图像火焰检测系统在660MW机组中的应用及改进

王世朋

（神华国能宁夏煤电有限公司，宁夏 银川750011）

0 引言

火力发电厂锅炉燃烧的稳定性直接影响到电力生产的安全、经济运行，随着锅炉设备的结构及其辅机系统日趋复杂，煤种变化大、负荷频繁调整，影响锅炉安全稳定运行的因素日益增多，一旦遇到判断失误或工况调整不及时，就会造成炉内燃烧不稳定，进而炉膛灭火，若此时仍向炉膛内送粉，很可能造成炉膛爆炸。因此，为了能及时、灵敏、有效地检测炉膛燃烧工况，防止在燃烧不稳定工况下发生炉膛爆炸事故，火力发电厂锅炉必须配置功能齐全的炉膛安全监视系统FSSS。而FSSS系统的可靠性，在很大程度上取决于所用的火焰检测系统的可靠和完善。

我国火力发电厂锅炉大多采用的火焰检测器是以CE为代表的可见光光敏元件和以FORNEY为代表的红外光敏元件的检测器。这类火检探头的视角比较小（一般是3°～5°），在锅炉运行过程中，由于锅炉运行工况变化较大，燃烧器区域二次风扰动，燃烧器区域的火焰中心很容易偏离火检探头的视角，造成错误判断。

针对目前国内火检状况，神华国能宁夏煤电公司采用了龙源推出的新一代火焰检测装置—图像火检。该火检是对炉膛内部纯粹的火焰视频信号进行分析处理，对火焰状态的判断不受煤种和负荷变化影响。采用广角长焦距工作镜头配套彩色CCD摄像机直接拍摄燃烧器火焰图像（视角为85°～90°），每个燃烧器入口的火检探头实时检测炉内火焰，动态的火焰视频信号能实时送至集控室的CRT显示屏，运行操作员可以参考火焰的实际燃烧状况进行给煤量和送风量的配比，达到燃烧优化，而火焰检测装置配套的下位机对火焰图像进行分析判断，准确发出火检有无的开关量信号作为锅炉安全运行的保护。

1 图像火检的工作原理

图像型火检是基于火焰电视、综合多媒体技术和数字图像处理技术发展起来的，它突破了常规火检的检测机理，通过每个燃烧器喷口和全炉膛的火焰图像来实时监测锅炉的燃烧状况，利用模式识别、数字图像处理神经网络等技术对火焰图像进行检测分析，从而准确发出单个燃烧器喷口火焰的ON／OFF信号，送入FSSS或DCS参与锅炉安全保护。图像火检真正实现了单火嘴准确检测，对于因煤质、负荷等引起的工况变化具有较强的适应性。

2 图像火检的系统组成

神华国能宁夏煤电公司鸳鸯湖电厂一期2×660MW超临界燃煤空冷机组，锅炉火检及冷却风系统采用烟台龙源电力技术有限公司的新型图像火检系统，鸳鸯湖电厂燃烧器布置方式为四角切向，四角各六层布置（A～F层），每台磨煤机对应一层4台燃烧器，每层4台燃烧器，共24台燃烧器，每台燃烧器配备一套煤火检探头，由于鸳鸯湖电厂锅炉采用等离子点火技术，即A、B层为等离子燃烧器，等离子也为每个燃烧器配套了一套等离子火检探头，鸳鸯湖电厂共计图像火检探头32套，配套两台火检冷却风机，一用一备，每台火检冷却风机参数380VAC、50Hz、22kW，冷却风流量8 500m3／h，压头7 200Pa。

LY2000图像火焰检测系统的核心是对煤粉燃烧火焰图像进行分析，因此整个系统是围绕着火焰图像视频信号的处理来组成的，具体如图1所示。

图1 图像火检系统构成

3 出现的主要故障及改进方法

LY2000新型图像火检系统在鸳鸯湖电厂660MW机组实际运用过程中，从安装到运行，主要故障表现为火检无法从炉膛拔出、火检探头及其连接视频电缆超温被烫坏。

3.1 火检无法从炉膛拔出

火检探头无法从炉膛拔出，给火检的日常维护带来了极大的困扰。火检外套管是直杆套管，内套管一半直杆一半挠杆，即延伸在炉膛最里面的部分设计为挠杆，以方便火检探头角度调整。火检探头是安装在火检内套筒中的，而内套筒与外套筒是活连接，应该很容易进行内外套筒的分离，将火检探头拿出，但是初期的安装方式不合理或锅炉热膨胀等不可抗拒的因素均会造成火检无法从炉膛拔出，针对在鸳鸯湖电厂安装试运出现的问题以及提出的解决方案分类如下：

（1）安装不合理：鸳鸯湖电厂＃1机组火检安装时，大部分火检内外套管均在锅炉燃烧器及风道内有弯曲，造成火检无法从炉膛拔出。故安装前要了解燃烧器及风道的结构和尺寸确定安装位置，开孔时应避开二次风导流板和拉杆，确保火检套管在燃烧器和风道内不弯曲，保证火检套筒在冷态可以顺利抽出炉膛。

（2）锅炉热膨胀：焊接在锅炉本体上的外套管冷却风口应朝向锅炉就近的冷却风管道安装，另一路冷却风口可旋转360°，保证锅炉在冷态和热膨胀时，冷却风管伸展自如、平顺，保证冷却风畅通。还有一个值得关注的问题就是：在冷态的时候火检能顺利从锅炉拔出，在热态的时候，内套管在外套管内旋转自如，但是受到了锅炉热膨胀的影响，内套筒在拔出一半的时候受到了锅炉承重钢梁的阻挡仍无法顺利拔出。比如：冷态时火检内套筒能从火检安装口所对钢梁的下边界拔出，由于热态锅炉膨胀，火检安装位置整体膨胀上移了5cm或更多，这时火检内套筒拔出时就会受到火检安装口所对钢梁的独挡而无法拔出，由于锅炉热膨胀是一个不可抗拒的因素，而这种膨胀会随着机组的启停交替出现，所以我们需要一个比较现实的解决方案。通过尝试，我们在把内套筒更换成全挠的波纹套管时，内套管拔出时不受空间和方向的限制，从而解决了这个问题。

3.2 针对火检探头及其连接视频电缆超温被烫坏

鸳鸯湖电厂通过多次技术改造，最初方案是取消只作为监视的等离子火检，单台机组减少8路冷却风用风量，保证煤火检的冷却效果，当时火检探头烫坏的频率有所减少，但火检内套筒中的视频线老化现象仍没有得改观。后来，鸳鸯湖电厂对整个火检安装套管以及火检冷却风系统进行改造。

原始的安装方式：外套筒直接焊接在锅炉开孔处，内套筒通过卡槽螺丝安装在外套筒内，内套筒可以从炉膛拔出，整个检测元件（火检探头、视频线）都安装在内套筒中，火检冷却风是从外套筒开孔处进入，实现对内套筒以及内部视频线火检探头的冷却。

改造后的安装方式：采用双套筒、双路冷却风模式，即一路冷却风进入内套筒实现对火检探头以及视频线的冷却保护，一路冷却风进入外套筒，实现外套筒以及内套筒外壁的冷却，由于双冷却风系统增加了冷却风用量，同时火检冷却风机增容，原功率22kW、冷却风流量为8 500m3／h增容至功率30kW，冷却风流量为8 919m3／h，保证火检冷却风压力，通过整个技术改造，保证火检探头以及内部视频电缆的冷却效果，极大地降低了火检的故障率。

4 结论

（1）图像火检采用广角长焦距工作镜头和彩色CCD摄像机直接拍摄燃烧器火焰，大大提高了火焰检测的直观性、灵敏性、准确性和鉴别能力。

（2）运行人员可以直观、清晰地在中央控制室的大屏幕CRT上观察每个燃烧器及全炉膛的燃烧状态，及时进行燃烧调整，提高燃烧效率。

（3）能够自动记录24h的火焰图像并可按要求回放。这个图像存储功能不仅有助于事故追忆且可用于分析燃烧工况，提高运行水平。

［1］新版图像火检说明书［Z］，2009.

［2］张文红.电厂火检装置的原理及应用［J］.广东水利电力职业技术学院学报，2005（1）.

［3］刘士香.图像火检系统原理及应用［J］.黑龙江电力，2001（3）.