新疆天电电力工程有限公司 新疆昌吉 832200
摘要：新疆玛纳斯电厂2*300MW机组自2008年投运以来，火焰检测系统就存在很多问题，本文从火检特性进行了分析，分析了问题所在，并提出了解决方案期望对广大电厂工作者有所帮助，由于水平所限，不当之处敬请指正。
关键词：冷却风管；火焰检测；光纤探头
前言：玛纳斯发电厂安装2*300MW燃煤发电机组：锅炉为亚临界、单炉膛、四角切圆燃烧，锅炉设备主要采用5台磨直吹式制粉系统、液态排渣以及塔式直流炉搭建。共计20套煤火焰检测器，12套油火焰检测器，火焰检测器为美国FORNEY公司产品。该产品自2008年投运以来，煤、油火检光纤一直存在比较严重的结灰，检测系统存在“偷看”、闪烁不稳定的问题，不能准确的反应燃烧情况。本文旨在对火检工作原理和燃烧器燃烧特性进行分析，列出了几个影响火检正常检测的原因，并提出了一些解决方案。希望与广大朋友共同切磋学习。
1火焰检测器的原理及容易出现的问题
美国FORNEY火检系统主要由火检光纤、火焰检测器，通讯电缆及信号接口组成，每台燃烧器配有1只煤火检系统和1只油火检系统，其中煤火检采用的是红外线传感器，能够检测波长在700-2500nm范围内的红外线，辅助于光纤传输信号。由于不同燃料燃烧时具有的强度和燃烧频率不一样的特点，火焰检测器正是利用火焰这两个特性将光信号转换成电信号输出至DCS供运行监视。具体为燃料燃烧时火焰辐射的红外线照在光纤探头镜面上，光纤将辐射接受的物理光信号传输到火焰检测器上，再经交直流放大、滤波转换等，与火焰强度、频率成比例的脉冲信号送至火检控制单元进行处理、判断。控制单元判断有无火焰有多个条件：火焰的最小直流光强度；火焰的最小交流光强度；正确的光波长区域；最小的闪烁频率等，当检测到的火焰信号同时满足上述条件时，即判断为有火，发出“有火”信号。根据火焰燃烧特性可知，火焰闪烁频率在一次燃烧区（着火区）较高，在火焰外围处较低，为使火检有效的区分本火焰和其它燃烧器火焰等背景光源，火检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自己火焰底部的三分之一，并且不与其它燃烧器的火焰重迭，保证不管工况如何变化火检信号强度没有太大变化。玛纳斯发电厂2*300MW机组自投产以来，煤火检一直存在结灰，偷看，不稳定或稳定性差的问题，大部分煤火检频率较低，强度较弱，并随机组负荷、煤种的变化火检信号波动较大，甚至当燃烧器停用后信号强度反而增强了。为此维护人员不得不进行频繁的调整，擦拭就地探头，但效果不佳，严重影响机组的安全运行。
2锅炉燃烧器火检影响因素分析
燃烧器由火检工作原理可知火检检测效果的好坏是由其观测到的火焰燃烧情况决定的，而火焰的形状及空间分布又与炉膛及燃烧器的具体结构和燃料有关。因此解决火检存在的问题应由炉膛及燃烧器的结构、燃烧特性和燃烧调整方面进行分析。
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2.1锅炉燃烧特性影响分析
锅炉燃烧器选用旋流燃烧器，主要包括油枪、中心风管、一次风管、内二次风管和外二次风管等，煤火检安装于内二次风管内。风粉混合物喷入炉膛经过加热、气化、着火、燃烧等过程，初始着火区由于燃烧不稳定，因此具有强烈的闪烁频率，同时具有一定的辐射强度；随着火焰燃烧的稳定，其闪烁频率会逐渐降低，因此燃烧区辐射强度较强，闪烁频率较低；燃尽区其闪烁频率和辐射强度均已降到很低。因此火检安装于初始着火区有利于有效检测和区分于其它燃烧器火焰。目前火检安装于内二次风管内，所观测的视角应该为初始着火区。
但在运行中燃烧特性会受到许多因素影响，如煤质、煤粉细度、一次风量、一次风速、风温、锅炉负荷、旋流角度、冷热风调节门调节特性等。这些因素会直接影响着火所需时间和着火距离，即影响火焰各个区域的分布，使得初始着火区不停变化，燃煤粉在靠近燃烧器出口处对火焰检测起到一定的遮挡作用，形成遮盖区。当着火点的距离随煤质、负荷等因素的变化而变化时，遮盖区的大小也会随之变化。尤其随着近几年全国用煤形式的紧张，煤质不能得到保障，较大的煤质变化造成着火点的剧烈变化，因此遮盖区域变化频繁、剧烈。这与火检较小的视角范围相矛盾，使得火检检测的火焰信号发生大幅度变化，造成检测信号的不稳定和“漏看”的发生。
2.2锅炉燃烧调整影响
燃烧器旋流角度的大小直接影响到着火区的分布，由于锅炉存在比较严重的结焦问题，为减轻结焦，特将燃烧器旋流强度调整到较小位置，使着火区远离炉墙，着火点距离相应加长，遮盖区增大。火检观测位置位于二次风管内，靠一次风管较近，这样着火点外移后火检视线正好靠近或对准遮盖区，因此火检检测到的信号较弱，为此不得不将火检灵敏度调高。这样当燃烧器停用时，由于失去未燃煤粉的遮挡而观测到其它燃烧器火焰，使得信号反而比原来增强了，造成较严重的“偷看”。
3问题解决方案探讨
由以上分析可知影响火检观测效果主要是两方面的原因，其一观测位置设计不合适，火检视线易被未燃煤粉遮挡；其二，火检观测角度较小，适应性较差。四方面原因提出两个解决方案：
1）改变观测位置
合适的观测位置必须保证火检做到最佳和有选择的火焰监视，必须不管燃烧器的负荷范围如何都能准确地、有选择性地看到火焰，即应始终针对初始着火区。但由于火检较小的视角范围和负荷、煤质的大幅变化，使得选择始终合适的观测位置非常困难。
通过对燃烧火焰特性的研究可知，由于煤质变化和燃烧调整引起了着火区的外移，因此必须将观测位置相应外移。经研究考虑可将安装位置改至外二次风管处，以解决着火点外移问题，但能否较好的满足煤质剧烈变化的要求，能否避免“偷看”，有待实践论证。
2）采用新型火焰检测器
目前新一代火检装置-智能图像火焰检测器已逐渐成熟。图像火检是基于对热能的检测，通过耐高温摄像机采集每个燃烧器的火焰图像，运用数字图像处理技术对火焰图像进行处理，得出每个燃烧器在一定范围内的温度场分布，再对火焰温度场进行一定的算法分析，得出火焰有/无信号。
提高冷却风压及加装空气过滤器
现在冷却分压力较低不能起到吹扫作业，调大冷却风压力，进行不间断吹扫，这样可减少燃烧器结焦问题。另外冷却风机入口处加装空气过滤器，最大限度的净化冷却空气，避免灰尘摄入。
3）加大清理光纤灰尘
大燃烧器火检光纤灰尘次数，每周进行一次。且对光纤的目镜定期查看，有破损及时更换，使其聚光效应最大化。
4燃烧器方案的具体实施
对以上四个方案我们均进行了论证，方案三、四简单可行，效果有所好转，但煤质、负荷变化较大时，观测效果仍然不好。
经与生产厂商研究，确定可以通过改造火检探头电路，来提高检测回路灵敏度，保证火检视线被遮挡区影响时，仍能观测到火焰信号。这样虽然会造成一定的“偷看”，但由于火检检测的为动态火焰信号，仍将会检测到“无火”，不会发生拒动。并且锅炉一般不会发生单个燃烧器灭火事件，因此“偷看”不会威胁到锅炉的安全运行。
经过运行观察，火检检测正常，煤质不变情况下，机组“结焦”问题解决，目前灭火保护已经投入。虽然有“偷看”现象，但基本不会影响锅炉的安全运行。
结语：目前均通过选择合适的安装位置来避免发生“偷看”和“漏看”，因此对于应用此种火检的锅炉应高度重视火检安装位置的设计，选择经验丰富的承包商。否则设计位置不合适，极难保证正常的检测效果，解决起来比较困难。随着检测技术的发展，智能图像火焰检测器技术已比较成熟，由于其适应性较强，并能为燃烧调整提供参考。
论文作者:姚刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/9
标签：火焰论文; 风管论文; 燃烧器论文; 信号论文; 煤质论文; 检测器论文; 锅炉论文; 《防护工程》2018年第36期论文;