（神华国神山西河曲发电有限公司 山西河曲 036500）
摘要：本文从河曲电厂火检风系统故障入手，阐述了火检风系统存在的安全隐患，及影响机组安全运行的可能性，提出了改造火检风系统的必要性及改造方案，通过分析选取最佳方案，并成功的进行了改造和试验，达到机组安全、节能、稳定的运行目标。最后对其它同类型运行或在建机组火检冷却风系统的运行优化提出了优化建议。
关键词：火检冷却风系统；优化；安全；节能
火焰检测器的探头部分把矿物燃料燃烧的可见光转变为脉动的电流信号。炉膛中燃料燃烧产生的可见光穿过探头头部的瞄准透镜落到光导纤维的端部，光导纤维将光信号送到探头安装室内，将光照到探头安装室内的光电二极管上，使得光电二极管产生电流信号，完成了光电转换。光电二极管产生的电流信号通过对数放大器转变为电压信号，并将该信号进行了放大，再通过传输放大器重新将电压信号转变成电流信号，再通过带屏蔽的电缆送至电子间的电子处理机架。探头得到适当的冷却降温，不使其温度过高；另外冷却风的吹扫也起到了清洁探头的作用。
为了保证探头能在安全、可靠的工况下运行，避免烧坏，必须使探头有足够的冷风进行不断的冷却，故需配备冷却风机（火检风机）。检测器探头的冷却火检风机通常只需一台投入运行，另一台作为备用。火检风机出口的冷风经过冷却风室进入挠性导管，挠性导管最后通过探头和描准管排入炉膛。冷却空气是探头部分正常工作不可缺少的，它主要有两个作用：使得检测器探头得到冷却，同时使探头保持清洁。火检风机风源取自大气，入口装有滤网以保证空气的干净，滤网脏时需及时联系清洗，否则会导致火检冷切风不足，严重时会导致火检探头烧损。本文针对河曲电厂的火检风系统故障入手，进行深入的分析和探讨并提出优化建议。
1系统概况
火检冷却风机系统一般有两台风机，一台风机特点是大风量低压力，另一台风机特点是小风量高压力。该两台风机叶轮采用双出轴电机直联，结构紧凑、运转平稳。风机输送空气和其他不自燃的，对人体无害的、对钢材无腐蚀性的气体。气体内不许有粘性物质，所含尘土及硬质颗粒物不大于150mg/m3，气体温度不得超过80℃。
河曲电厂四台机组制粉系统均采用双进双出钢球磨一次风机正压直吹式制粉系统，锅炉均采用切圆燃烧方式，主燃烧器布置在炉膛四个角或者水冷壁的四面墙上，每层4只燃烧器对应一台磨煤机。每只燃烧器又对应一只火检探头，每只火检探头均配有一套冷却风系统，供探头冷却，以便探头可以正常投入监视。一期炉膛火焰检测器共5层，每层布置4只火检探头，共4*5=20只，两台炉共计20*2=40只。二期锅炉共布置6层火焰检测器，两台炉合计6*4*2=48只火焰检测器。
我公司一、二期火检冷却风系统均由两台离心式风机单独提供，两台火检冷却风机一运一备，通过就地控制柜及远方逻辑功能实现风机的联锁启停。正常运行时一台运行，一台备用，当火检冷却风压力低于设定值时，连锁启动另一台风机，从而满足冷却风压力要求。
2火检冷却风系统存在问题
（1）锅炉主保护“火检探头冷却风压力炉膛差压低II值”即“如果火检冷却风压/炉膛差压低II值3个差压开关中三个条件2V3延时5min，则发火检探头冷却风/炉膛差压低IIMFT”。
（2）锅炉主保护“#*角火焰失去”即炉膛4个角任一角火检监视均无火则锅炉MFT。
（3）我厂火检冷却风系统均由两台离心式风机单独提供，一期风机型号为NY2406A7.5、转速为2920rpm，二期型号为9-12NO.6.8A、转速为2930rpm。由于火检风机转速高，重量小且基础台座单薄，致使设备缺陷频发。仅2015年7月到2016年11月共出现13条相关缺陷。近期又出现运行风机不明原因跳闸及出力低等问题（6KPa，正常6.5KPa），每次检查都战战兢兢，况且还查不出问题，回过头来都感觉后怕，一旦发生故障联启失败即触发MFT动作，给机组的安全稳定带来隐患。
3火检冷却风系统优化方案的可行性分析
经过商讨研究，鉴于安全性、节能性等方面的考虑，很有必要新增一路风源作为火检冷却风，根据机组运行情况实现火检风机的投切，达到火检冷却风可靠供应的目的。
3.1设备简介
3.1.1火检冷却风系统简介
我公司一、二期火检冷却风系统均由两台离心式风机、管道、调节阀、三通挡板、压力表及压力变送器等附属部件组成，电机电源由两路不同的电源提供，火检冷却风机一运一备。
3.1.2.密封风系统简介
我厂每台炉设置两台100%容量的密封风机供给磨煤机，其中一台备用，密封风机吸风取自冷一次风，经过滤后吸入密封风机。
3.1.3一次风系统简介
系统设2台50%容量的一次风机（一期双吸离心式、二期轴流式），为使两台一次风机出口风压平衡并可能单台风机运行，风机出口设有联络风道及电动隔离门。
3.2可行性方案分析
3.2.1方案一：从冷一次风母管引出一路作为火检探头冷却风。
各参数选取及计算如下：
根据表计参数、风机额定工况等参数，通过理论计算，上述三个方案均可行。但考虑各所引风源原有系统各子系统终端压力的差异，各方案有不同的偏差。方案一、二所引一次风系统原有各子系统终端压力与火检冷却风差异较小，或新系统的阻力要小于原各子系统，实际运行当中，理论流量计算值为最小流量。方案三所引密封风系统原各子系统阻力要远远小于新系统，新系统流量偏差较大，要小于上述理论计算值；并且密封风流速较快，密封风紊流情况更为混乱，母管与新管通流面积比值较小，新管壁厚环向截面造成的阻力相对较大，也会大大影响流入新管的流量。各方案优缺点如下：
方案一：优点：a接口处直管段较长，原母管风的流动较为稳定（与方案二、三相比），新管处风量在相同冷一次风量下较为平稳；b管道布置工作量小，投入资金少。
缺点：a新管路流量、压力会随着负荷变化而变化，且变化幅度较大，不利于系统稳定；b新管路流量、压力会随着季节变化而变化，不利于系统稳定；c新增滤网处风速较快，预计滤网使用寿命大大缩减，增加日常维护量；d单台一次风机运行时（或运行期间单台一次风机突然故障），由于一次风母管压力降低，会造成火检风压力低锅炉MFT。
方案二：优点：a新系统不影响原冷热一次风的比例。
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缺点：a新管路流量、压力会随着负荷变化而变化，且变化幅度较大，不利于系统稳定；b接口处直管段较短，风的流动不均匀，会影响新管路流量；c管道布置工作量大，投入资金大；d新增滤网处风速较快，预计滤网使用寿命大大缩减，增加日常维护量；e单台一次风机运行时（或运行期间单台一次风机突然故障），由于一次风母管压力降低，会造成火检风压力低锅炉MFT。
方案三：优点：a不用增设滤网，相对日常维护量较少；b管道布置工作量小，投入资金少。
缺点：a新管路流量、压力会随着负荷变化而变化，且变化幅度较大，不利于系统稳定；b接口处风速太大，新管路流量原小于计算值；c所引密封风系统原各子系统阻力要远远小于新系统，新系统流量偏差较大，要小于理论计算值；d密封风机全部故障后，会造成火检风压力低锅炉MFT。
综上所述，在理论计算上，方案三安全性低，建议不予考虑，方案一、二在理论计算上满足火检冷却风最低流量。结合实际运行情况，方案一、二流量、压力变化较大，系统不稳定，不利于机组及设备的安全，并鉴于一次风道布置情况，建议选用方案一作为火检冷却风气源。
4.火检冷却风系统优化方案的实施及效益分析
4.1火检冷却风系统优化方案的实施
（1）从冷一次风母管用DN300的管路引到13.7米平台，一次经过手动蝶阀、手动调阀、滤网及气动蝶阀汇入原火检风机出口母管路。
（2）热控专业施工方案
红色测点为新加测点，PI为就地显示压力表，PT原传压力传感器，PS连锁报警用压力开关。
（3）逻辑修改及优化：2台火检风机全停或火检冷却风压与炉膛差压低3取2，延时5minMFT动作，此保护取消。逻辑优化如下：火检风系统总联锁投入后，火检风压低（模拟量≤6.0kPa）或任一台一次风机不运行，联启预先选定的火检风机，风机跳闸时联启另一台火检风机；任一火检风机运行后，延时5s，自动投入原火检风机联锁；任一火检风机运行后，联开火检风机出口气动门，发5s脉冲联关冷一次风侧气动门；两台火检风机都不运行时，联关火检风机出口门；原火检风机联锁投入后，预先选定的火检风机压力低或跳闸时，联启另一台火检风机；
（4）注意事项及建议：
自冷一次风管道气动执行机构后至火检风机母管前应新加一手动隔离门，以便于气动执行机构故障检修隔离；
气动执行机构电磁阀控制优化，正常运行时，自冷一次风母管气动执行机构常开，火检风机出口气动执行机构为常关，故此时两台执行机构电磁阀均应为不带电状态，以提高设备运行可靠性。即火检风机出口气动执行机构带电开，失电关，自冷一次风气动执行机构电磁阀带电关，失电开。此功能通过DCS卡件指令隔离继电器实现。
4.2火检冷却风系统优化的效益分析
⑴安全效益，正常情况下锅炉火检冷却风由一次风提供，火检冷却风机停运备用，火检冷却风机风源作为机组启停或者冷一次风压力不足时的备用气源。锅炉火检系统增加了一路风源，保证了锅炉火检系统的可靠性，避免了锅炉主保护“火检冷却风丧失”误动的风险，减少了停机的时间，避免了可能产生的经济损失，较大的提高了我厂的经济效益和生产稳定性。
⑵经济效益，火检冷却风机停运备用，一定程度上降低了厂用电率，降低了发电成本。一台火检冷却风机停运，以一年时间为期限，可节约电量：√3×380×41.4×cos∮×24×365=20.28873万kW•h，按每1kW•h发电成本0.26元计算，节约发电成本：202887.3×0.26=5.275万元。4台机组即5.275*4=21.1万元。
5.结论
火焰检测器是燃烧器自动装置中的重要部件之一，它利用各种火焰检测管对炉膛中的火焰进行检测和监视，利用炉膛中火焰特性及辐射光谱，对炉膛是否有火进行判断的。锅炉使用的燃料主要有煤、油、天然气等，这些燃料在燃烧过程中会发出可见光、红外线，紫外线等。燃料不同，三种光线的强度也不同。煤粉火焰除了不发光的二氧化碳和蒸汽三原子气体外，还有部分灼热发光的焦碳粒子和灰粒等，他们有较强的可见光和一定数量的紫外线；天然气火焰中除了含有大量二氧化碳和蒸汽等三原子气体外，还包含了较强的紫外线和一定数量的可见光，天然气火焰的紫外线主要产生在火焰根部的初始燃烧区；重油火焰除了一部分不发光的二氧化碳和蒸汽三原子气体外，还悬浮着大量发光的碳黑粒子等。可见光、紫外线、红外线三种光线的光谱不一样，而不同的火焰检测管对光线光谱的使用范围及相对灵敏度也不一样。这样根据炉膛燃用的燃料特性不同，我们就可以选择不同的火焰检测管，检测和监视炉膛中的火焰，从而保证机器的正常运行和生产的效率。
火焰检测器在锅炉点火、低负荷运行或者有异常共况时，及时检测出炉膛内是否灭火，根据火检检测结果进行相关连锁动作，防止炉膛灭火和炉内爆炸事故，确保锅炉安全运行。因为火检探头的工作环境温度高、灰尘大。冷却风的主要作用就是改善火检探头的工作环境，冷却风可使探头得到适当的冷却降温，不使其温度过高；另外冷却风的吹扫也起到了清洁探头的作用。
经过对两台机组锅炉火检冷却风系统优化，从实验及新系统长期运行的情况看，锅炉火检冷却风系统安全可靠性得以提高且经济效益明显。该系统的成功优化完全值得同行业借鉴，同时新建机组可按此方案进行设计优化，做到系统简化、安全裕度提高和能耗降低。
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作者简介：
杨振立（1979-10），男，汉族，研究生，工程师，单位：神华国神山西河曲发电有限公司，研究方向：发电安全生产管理
吕彦飞（1983-11-14），男，汉族，助理工程师，本科，单位：神华国神山西河曲发电有限公司
论文作者:杨振立,吕彦飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/25
标签：风机论文; 系统论文; 炉膛论文; 风压论文; 火焰论文; 锅炉论文; 方案论文; 《电力设备》2017年第13期论文;