锅炉火焰检测系统的改造

薛 辉，胡文飞，王 睿，刘洪刚，李茹艳

（1.吉林电力股份有限公司，长春 130021；2.吉林电力股份有限公司四平热电公司，吉林 四平 136001；3.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021）

炉膛安全监测系统（FSSS）是现代大型火电机组锅炉必须具备的一种监控系统，而炉膛火焰检测（简称“火检”）系统是FSSS的重要组成部分，它能在锅炉正常运行和启停等各种工况下，连续密切监视燃烧系统的实时燃烧情况，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出报警和动作指令，通过相关逻辑和联锁装置，使燃烧设备严格按照既定的合理程序，完成必要的操作或处理未遂性事故，以保证锅炉燃烧系统的安全，是运行人员掌握炉内火焰情况的重要设备。吉林电力股份公司四平热电公司（以下简称四平热电公司）4号锅炉采用IFD－IR－101智能型一体化红外火检装置，该系统能够实时检测锅炉燃烧火焰强度，于2010年1月投入运行，但经过长时间运行，火检系统长期工作在高温、重粉尘的环境中，暴露出火检装置故障率高、光纤损坏频繁、光纤更换难度大等缺点，增加了维护工作量，直接影响炉膛灭火保护的稳定投入，威胁到锅炉的安全运行，因此决定对火焰检测系统进行改造。

1 设备概况及原理

四平热电公司4号机组是燃煤机组，锅炉为亚临界自然循环汽包锅炉，燃烧器为四角切圆燃烧方式，布置有A、B、C、D、E5层煤燃烧器，锅炉启动和低负荷阶段燃用轻柴油，布置AB、BC、DE3层油燃烧器。炉膛四角共放32只火焰检测装置，采用“一对一”的火焰检测方式，该系统采用内窥视火检系统，主要由光纤传导系统、IFD－IR－101智能型一体化红外火焰检测单元、控制单元和火检冷却风系统组成。

火焰检测原理是依靠光纤，将火焰光信号送至火检探头，检测煤粉燃烧器和燃油燃烧器的燃烧情况，再由光电转换器将检测到的光信号转换为模拟量电信号，模拟量电信号通过火检放大器运算判断后分别转换为一路模拟量信号，直接在分散控制系统（DCS）内以直观的光柱形式显示，以利于运行人员监测燃烧工况；另一路开关量信号送至DCS进行逻辑运算，判断是否“全炉膛火焰丧失”，一旦满足条件即发出主燃料跳闸（MFT）信号，迅速切断燃料，以免炉膛发生爆燃、爆炸等破坏性事故。由于火焰信号是跳磨和MFT 的重要逻辑，火焰检测信号若不可靠将严重威胁机组安全运行。

2 火检系统存在的主要故障

为提高锅炉的安全运行水平，及时消除缺陷，降低火检系统设备检修维护工作量，热工人员对4号炉火检系统缺陷进行了全面分析，通过连续密切监视火检探头的工作环境，发现火检探头靠近炉墙安装，工作温度常年在50 ℃以上，有些探头安装位置的保温不彻底，在夏季甚至能达到65℃。高温环境会使火检探头检测放大元器件加速老化，造成火检探头故障率升高，典型故障如下。

a.2013年1月14日，4号炉B层3号角火焰检测器失灵，火检信号消失，炉膛内故障原因为传导光纤烧损。由于采用的是内窥视火检系统，光纤导管前端温度较高，光纤工作面直接正对观火孔，在运行中一旦发生燃烧不稳，炉膛正压现象，极易烧损传导光纤。

b.2013年2月19日，4号炉A 层4号角火检信号光柱显示偏低，且无正常波动，与炉膛内实际燃烧情况不符，故障原因是由于传导光纤透光率下降。火检探头与光纤连接部分容易积灰，锅炉运行中工作环境恶劣，灰尘遮挡光纤镜面，长时间容易造成光纤镜头磨损，使光纤通光率下降，光纤使用寿命降低，影响检测效果。

c.2013年3月2日，4号炉E 层3号角火检探头开关量信号消失，模拟量信号正常，故障原因为火检探头设置的放大器放大倍数和门槛值与实际情况不匹配。

为解决上述问题，决定对火检系统进行改造。

3 改造方案

3.1 杜绝“偷看”与“漏看”

火焰 检 测 系 统 为IFD－IR－101（IFD－UV－101），是基于微处理器将火检探头与信号放大器合二为一的智能一体化火焰检测器，不同的负荷、煤种、位置，火焰燃烧的强度及频率都不一样。对火检装置发生“偷看”或“漏看”时的机组负荷、火焰检测强度及检测位置等情况与火检放大器放大倍数进行对照，发现火检探头设置的放大器放大倍数、门槛值等参数与实际情况不匹配。通过对不同情况下火焰燃烧的强度及频率分析，总结出经验参数并进行修改（见表1），使火检灵敏度提高了近5倍，并将部分信号特别弱的火检探头由线性放大改为对数放大。为检验调整参数后火检装置的可靠性，进行了多次机组变负荷试验、磨煤机切换试验和低负荷试验，并借停炉机会进行了灭火试验。经过一年来的观察和记录，火检装置模拟量输出信号反应迅速，与实际燃烧情况一致；开关量输出信号动作稳定、准确，基本杜绝了火检装置“偷看”“漏看”的问题。

3.2 清洁火检探头

定期清洁火检探头透镜和光纤镜面，及时更换受磨损的镜面；加强巡视力度，经常检查探头处冷却风量，看冷却风管是否漏泄、脱落，调整好冷却风吹扫的最佳角度和风量的大小，防止由于冷却风不足烧毁火检探头；防止杂物堵塞风管阀门及其他部位；火检探头的端盖保持密封，防止飞灰进入内部损坏电路板；电缆航空插头要注意密封，防尘防水。

3.3 更换光纤

火检光纤套管的挠性金属软管有较大的弯曲角度，而传导光纤的弯曲度和柔性有限，且十分脆弱易折，所以在更换光纤时，拔出和插入都十分困难，经常造成光纤损坏。为解决这一问题反复试验，在保证锅炉安全运行和原火检系统完整性的前提下，以减轻火检光纤更换难度为目的，对火检探头套管、光纤及固定法兰进行改造。

表1 火检探头主要功能参数整定

具体方法：设计两片法兰，1 号法兰和2 号法兰，1号法兰的内径与保护套管外径一致，把火检光纤的保护套管穿进1号法兰，在合适位置焊接，使1号法兰与保护套管固定在一起；2号法兰焊接在二次风箱外壁的炉墙上，用4个螺栓将1号法兰和2号法兰固定在一起，安装方法见图1。

图1 改造后法兰安装示意图

由于2号法兰焊接在炉墙上，设计的内径大于保护管，所以更换火检光纤时，只需要松开两个法兰之间的4个固定螺栓，将保护套管轻轻向外拉，使挠性金属软管部分拉直，此时很容易将光纤插入和取出。光纤更换完毕后，向里推入保护套管至两片法兰紧靠，紧固法兰螺栓，挠性金属软管保持原弯曲弧度不变。

4 改造效果

改造后解决了不能及时更换光纤的难题，设备缺陷得以及时处理，降低了工作强度和维护量，同时，提高了火检探头的灵敏度，基本杜绝了火检“漏看”现象。改造前后火检装置可靠性对比见表2，改造后每年的故障由原来的27次减少到8次，火焰检测系统的工作可靠性有了提高。

表2 改造前后火检装置可靠性对比 次

火焰检测系统是运行人员掌握炉内火焰情况的重要设备，由于火焰信号存在跳磨和MFT 的重要逻辑，信号的好坏严重威胁机组安全运行，所以此次改造为锅炉的安全稳定运行提供了可靠的保障。