摘要：随着经济的发展，用电量日益增加，发电厂机组的单机容量随之增加，机组的安全和稳定运行越来越显得重要。全炉膛灭火保护属 MFT条件之一，通过火检系统，实现从监测到动作全过程监视炉膛燃烧情况，对火焰丧失作提前切断主燃料，避免锅炉发生打炮、爆炸等恶 性事故。整个测量、判断、动作过程，对设备、逻辑及各通信部件的精度和可靠性要求极高，在现实应用中常有误动拒动的现象。如何确保 该保护动作准确可靠，目前已成为大容量机组能否稳定运行的新挑战。基于此，本文重点分析影响该保护异常的各种因素，并提出相应的优 化防范措施。
关键词：火电厂；全炉膛灭火保护；火检；FSSS；MFT；准确可靠性
引言
全炉膛灭火保护功能是FSSS锅炉安全保护功能中的重要功能之一，也是实现起来最为复杂的一项功能：它先是通过火检探头检测燃烧器的燃 烧状况，再由光电二极管将检测到的光信号转换为电流信号，这个电流信号既反映了火焰强度，又反映了火焰的脉动频率。该信号经过放大 送到三个通道进行处理，这三个通道电路分别对火焰的电平强度、脉动频率和故障检测进行分析。只有这三个通道电平分别在其特定的范围 内，检测器才能发出供DCS使用的火焰信号；DCS根据接受到的信号进行一定的逻辑运算，判断是否“全炉膛火焰失去”；一旦“全炉膛火焰 丧失”信号为“1”，FSSS则立即发出MFT主燃料跳闸信号，迅速切断全部燃料，以免炉膛发生恶性事故。正是由于这一功能的复杂性，致使 在实际应用中由于某一环节出现问题而造成灭火保护误动作或拒动作的情况多有发生，严重影响机组的安全经济稳定运行。下文着重分析影 响锅炉灭火保护功能故障的因素并提出相应的优化改进措施。
一、影响锅炉灭火保护功能失常的因素
1.火检方面的原因
火焰检测系统是炉膛监控系统的重要组成部分，火检信号参与整个FSSS的逻辑运算，用以判断炉膛内的火焰情况，故火检信号的正确与否直 接关系到锅炉灭火保护正确动作还是误动作。
1.1火检探头安装位置
对于煤粉燃烧情况，煤粉火焰大体上分为四段：第一段预热区是一次风喷射出的一股暗色的煤粉与一次风混合物流；第二段是初始燃烧区， 煤粉因受到高温炉气和火焰回流的加热开始燃烧大量的煤粉颗粒爆燃形成亮点流，此段亮度不是最大，但变化频率达到最大值；第三段为完 全燃烧区，煤粉颗粒在与二次风的充分混合下完全燃烧，此段亮度最高且稳定；第四段为燃烬区，煤粉绝大部分燃烧完毕形成飞灰，只有少 数较大的颗粒继续燃烧，亮度和变化频率较低。由此可见，初始燃烧区是预热区到完全燃烧区的过度区，它是煤粉的燃烧速度和煤粉的喷射 速度的平衡点，该点是动态点，不仅与煤粉的喷射速度有关，同时也和煤粉颗粒大小、煤质、一次风温等因素有关。火检探头的安装必须使 其视线落在初始燃烧区中，如果视线在预热区，势必造成盲火；若在燃烧区靠近炉膛中心，则必然偷看其他燃烧器的火焰，不能反应本燃烧 器的真实情况。因此火检的安装位置很重要，安装位置不当会严重影响火检性能，易使保护误动作。
1.2火检自身比对参数
炉膛内燃料充分燃烧一段时间后，不仅存在火焰光，而其“背景光”如炉膛四壁发出的光线辐射能力也是很强的，因此火检要想正确地检测 火焰只检测光亮强度是不可靠的，因为炉膛的背景光会使检测光亮强度的火检处于常有“火焰”的错误指示中，造成灭火保护拒动。另外， 火检灵敏度要调整恰当，过低，火检不能足够灵敏地检测火焰状况，易造成误动；过高，又易使火检误发有火信号，造成灭火保护拒动。
1.3火检冷却系统
冷却空气是探头正常工作不可缺少的，它既能使检测器光纤得到冷却，又能使镜片保持清洁。因此一旦失去探头冷却风，光纤必烧无疑。
1.4火检热控电气回路
1.4.1火检探头多为航空插头，插头中插针因检修插拔导致弯曲变形，插头锁定环因磨损使插头松动，均可能接触不良使信号跳变。特别是 机组启动点火阶段，炉内火焰不稳定，加之火检跳变，增加了锅炉跳闸的概率。
1.4.2 火检探头及探头电缆距高能点火器较近，高电平启动可能使信号误发。
1.4.3单个火检送出信号可能含火焰强度AI、有火信号DI、故障信号DI，多数电厂为节约电缆使用一根多芯电缆，电缆问题造成该火检整体 失联的风险大大增加，其实这些信号均可单独使用在各逻辑中。
1.4.4现火检装置一体化程度高，监测处理单元多设计在燃烧器附近，因现场环境不可控，震动导致端子松动、煤灰导致接线短路、高温导 致继电器老化，这都可能影响火检测量回路。
2.实际燃烧工况的变化
火焰是一定配比的燃料和空气混合燃烧的产物。各喷嘴一、二次风速配比不当，来粉不均有差异，都将造成燃烧位置改变，燃烧中心偏斜。 一次风速较二次风高，着火点延后，火焰中心上移；一次风速过低，着火点过于靠前。使得火焰燃烧位置偏离火检视线，造成火检失准。因 此，煤种变化过大和风煤比不当均能够影响火检真实度。
3.炉膛结焦、掉焦等情况对火检的影响
炉膛结焦、掉焦会使灰水蒸腾，使火检检不到火，以及炉膛内落焦时火检信号闪烁等等使灵敏性能差的火检误发“无火焰”信号，锅炉灭火 误动作。
4.火检相关DCS设计方面的原因
4.1火检的单火嘴鉴别能力有一定困难。在投用初层燃烧器时，火检可以较准确地判别火嘴的燃烧状况，一旦有两层或两层以上的燃烧器投 入运行，火检较难分开所对应燃烧器燃烧状况，也就是说火检检测信号易受相邻层或对角火焰的影响。
4.2火检冷却风失去，逻辑多用风机运行信号作为跳闸条件，容易造成MFT。其实此跳闸条件出发点是保护火检，而风机的短时间停运并不代 表冷却风的立即失去，再者，火检光纤耐高温的时间一般都在1800S，暂时失去风机而首出MFT，属误动。
4.3火检信号延时时间不当造成误动拒动；缺乏模拟量信号作为跳闸的判断。
4.4控制器或卡件未分散布置，同层火检常分在同一块卡件上，卡件故障将导致该层火检同时失去，对应制粉系统误跳闸。
二、提高灭火保护功能可靠性的途径
1.提高火焰检测器的可靠性
1.1火检安装位置
为使火检有效区分火焰和其他燃烧器火焰等背景光源，火焰监测装置位置要求离它自己监视的火焰距离尽可能近、而离邻近火焰尽可能远， 传感器的视角应该始终包括它本身火焰底部的1/4，且不与其他燃烧器的火焰重迭，保证工况变化时火检信号强度不受影响。
1.2采用“火焰强度”和“闪烁频率”双信号判定火焰信号，剔除“背景光”的干扰
不同燃料的燃烧有不同的闪烁频率；火焰根部的闪烁频率较高，火焰远方较低，而炉膛四壁和溶渣发出的光的闪烁频率更低。根据燃烧火焰 这一特性，可采用“火焰强度”和“闪烁频率”双信号判定火焰信号，以保证火检的准确可靠。
1.3火检内外护管改进，增强冷却效果
火检光纤安装在内护管中，内护管前端有透镜封闭，冷却风只能从内、外护套管之间流过，对光纤前端和透镜冷却效果较差。可以通过在内 护管开出风口和对前端组件进行改进，形成一条直接冷却光纤的冷却风通道，从而达到双层冷却的效果。
1.4保持冷却风均匀通畅，避免冷却风管路U型设计
同一层燃烧器的煤和油火检的冷却风尽量分别从支路母管上独立引出，这样可使冷却风分配更均匀；由于冷却风风压不大，管路较长，两端 温差较大，容易形成凝结水，避免U型弯导致积水，冬季还可能结冰，阻碍冷却风通流。
2.增加制粉系统密封风作火检冷却风备用
一般采用两台互为备用的冷却风机进行冷却，但若两风机交汇母管三通处漏风断裂，将失去冷却风。所以可以就近选择压力合适气源干净的 制粉系统密封风作备用风，接入母管，实现供给风冗余，可靠性大大增加。
3.电源系统实现冗余
火检电源系统应做到供电冗余，必须有可靠的两路独立的供电电源，优先考虑单路独立运行就可以满足系统容量要求的二路不间断电源供电 ，正常运行时各带一半负荷同时工作，确保电源切换对系统不产生扰动。
4.信号传输减少环境干扰
4.1分析处理仪表尽量安装在DCS电子间内，统一管理。一是避免现场环境影响，二是缩短了继电器出口送DCS卡件电缆，避免线间电容过大 的影响。
4.2探头输出信号若有模拟量、开关量分类功能，建议DCS直接引用该信号。多数设计单位在探头有开关量输出的情况下，仍增加中间继电器 ，再由继电器动作节点送DCS，平白无故的增加了一个故障点。
4.3就地接线箱应防火防尘设计，送入电子间的电缆应考虑强弱电分开原则。
4.4尽量缩短探头引线长度，就近安装转接盒，将探头软接线通过端子转换为普通电缆，便于探头电缆的更换。
4.5处理单元在现场的：单个火检送出的信号，需独立电缆分别敷设；处理单元统一位置安装的：同层火检同类信号禁止同根电缆敷设。
5.火检逻辑的优化
5.1增加有火信号认证条件
鉴于火检无法可靠的判断单层燃烧器火焰，则每个油角在服务必须经过油阀限制才能得出该油角在服务；煤火检有火必须用对应层制粉系统 加于限制。
5.2无火判断条件要严格煤（油）火焰有火必须是六层燃烧器煤（油）层中每支火检都有火才判断有火信号，再在逻辑中通过取反得出煤（油）火焰无火信号。
当油火焰无火与煤火焰无火信号都满足的条件下，导出无火信号：
最后全炉膛无火信号是在6台给煤机有任一及以上在运行、六层煤层燃烧器没有一层在服务、六层油层燃烧器没有一层在服务，条件都满足 时，全炉膛无火信号逻辑条件满足，触发锅炉MFT信号。
5.3增加火检电源模块故障监视
火检电源模块增加电压监视，当被监视模块输出电压正常时，报警继电器得电吸合，报警输出常闭触点断开；当模块输出电压消失，报警继 电器失电，报警触点复位闭合，送至DCS报警。
5.4卡件布置须分散
同一层的火检信号，要分布在同一控制器不同支线、不同卡件上。不同层的信号要分布在不同控制器上。避免卡件故障对保护的误发。
5.5增强“火检冷却风失去”判断条件
一般火检失去冷却风后，满负荷运行机组半个小时内火检不会有损坏，所以冷却风机全停不能直接作为跳闸条件，应以冷却风母管风压开关 低和模拟量低同时触发为准，延时的时间根据不同机组试验所得。
5.6增加火检有火丢失模拟量速率判断
当火焰的强度、频率值以高速率降至闭值以下时，延长时间应长一些，因为这时炉内有足够的能量支持燃烧未达到真正灭火的状态；当火焰 的强度、频率缓慢的降至闭值时，说明炉内支持燃烧的能量较小，延时时间应短一点，以防拒动。
5.7火检有火、无火延时判定，剔除炉膛结焦、掉焦等不稳定因素
火检的强度及频率同时达到门槛值，即触发“有火”；反之，任一条不满足，“有火”即丧失。在此基础上，增加延时判定，强度和频率达 到门槛后，经过延时滤波，可加强信号的准确度；从“有火”到“无火”，增加延时，避免误动，但延时的时间不可太长，防止拒动。
5.8风煤比参数要恰当，煤种变化较大时，要做好实验，重新标定系数。
5.9增加画面强制按钮，便于热控人员快速安全的退出保护
在燃烧控制画面增加火检强制按钮。机组启动或机组低负荷运行时，燃料燃烧不稳定，为保证机组稳定运行，避免热控人员紧急情况下强制 错误，在燃烧控制画面增加火检强制按钮，同时也便于检修火检单个隔离。
结束语
综上所述，随着机组容量不断增大，锅炉各参数指标不断突破新高，全炉膛灭火保护作为MFT重要跳闸条件之一，如何提高保护的准确、可 靠、及时性，我们需要不断的对火焰检测系统、光纤冷却系统和逻辑跳闸系统等优化，从而保障锅炉安全、经济的运行。
参考文献：
[1] 周滔.锅炉灭火及防范措施[J].中国高新技术企业，2010.
[2] 董茂良.200MW机组锅炉灭火保护系统优化[J].华电技术，2011.
作者简介：
朱睿（1984-），男，籍贯：安徽省巢湖市人，民族：汉；职称：助理工程师，学历：大学本科。研究方向：影响全炉膛灭火保护异常的问 题分析及优化措施探讨.
论文作者:朱睿
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/13
标签：火焰论文; 信号论文; 炉膛论文; 机组论文; 锅炉论文; 频率论文; 强度论文; 《电力设备》2018年第12期论文;