300 MW机组火焰检测系统的故障分析及处理

王永杰

(新疆天电奇台能源有限责任公司，新疆 昌吉 831800)



300 MW机组火焰检测系统的故障分析及处理

王永杰

(新疆天电奇台能源有限责任公司，新疆 昌吉 831800)

〔摘 要〕介绍了某电厂锅炉火焰检测系统组成及其存在的问题，分析了引起故障的原因，提出了加厚锅炉本体保温棉、加长火检光纤组件、改造火检透镜探头套筒结构冷却风等措施，提高了锅炉火焰检测系统运行的安全可靠性。

〔关键词〕火焰检测系统；火检探头；镜片结焦

0　引言

火焰检测系统是炉膛安全监控系统(FSSS)的重要组成部分，其运行可靠性直接影响锅炉的安全性能。某电厂2×300 MW机组锅炉为亚临界一次中间再热自然循环汽包炉，配有5台中速磨煤机，采用四角切圆直流燃烧方式。布置A，B，C，D，E 5层煤燃烧器，配备等离子点火系统；布置AB，BC，DE 3层油燃烧器，配备油枪点火系统。每个燃烧器旁布置1套火焰检测装置，1台锅炉共有32套火焰检测装置，使用美国COEN公司提供的ISCAN型火焰检测系统，相应火焰检测设备为：5层煤燃烧器，20个煤火检探头；3层油燃烧器，12个油火检探头。煤火检探头外罩位于二次风箱喷嘴内，油火检探头外罩位于带油枪的二次风风箱喷嘴内。火焰检测器探头的冷却风由2台火检冷却风机提供，每台风机出口风压为8 kPa，设计流量为3 000 m3/h。

1　火焰检测系统运行现况及存在问题

ISCAN型红外火焰检测器的测量检测头和信号处理部分设为一体，自机组投产以来，煤火检探头一直存在“偷看”“漏看”、镜片结焦和火检信号稳定性差等问题。

(1)由于该电厂2×300 MW机组均采用全封闭式锅炉，且锅炉本体及各个热风管道保温不好，当夏季环境温度太高时，造成大部分火检探头长时间在高温环境中工作，导致很多火检探头损坏或工作状态不稳定。根据火焰检测系统说明书，ISCAN火焰检测系统的正常工作温度不能超过75 ℃，但该电厂机组在夏季运行时有19台火检探头运行温度超过火检探头的正常工作温度，比例约为60 %，某些火检探头温度甚至达到90-100 ℃，严重影响机组的安全稳定运行。

(2)大部分煤火检信号频率较低、强度较弱，并随机组负荷、煤种产地不同而发生变化，火检信号波动较大；当燃烧器停用后，火检信号强度反而增强。由于火焰检测系统运行不稳定，在机组启停炉、锅炉低负荷或磨煤机启动时，仍需要强制火焰信号。为此，工作人员不得不对其进行频繁调整，但效果不佳，严重影响机组的安全运行。

(3)光纤及镜头组件更换难度大、抽放费力，在运行中经常难以抽出火检探头，且一旦抽出火检探头后又无法将其归置原处(此时摆角在水平位置)，给日常检修维护工作造成较大困难。

2　燃烧火焰特性及对火检探头的基本要求

燃料经燃烧器喷入炉内燃烧，燃烧火焰分为4部分，从喉口开始依次为黑龙区、初始燃烧区、完全燃烧区和燃烬区。在燃料燃烧的不同阶段，火焰辐射的光谱频率与光强不断变化。不同燃料的光谱分布特性是不完全一样的，油火焰含有大量的红外线、部分可见光和少量紫外线，而煤火焰含有丰富的可见光、红外线和少量紫外线。对于单只煤粉燃烧器，在初始燃烧区不但有较为丰富的可见光和红外线，且能量辐射率变化剧烈。

因此，要获得较好的火检效果，火检探头必须对准燃烧器的初始燃烧区，这是确保良好火检效果的基本要求。

3　 原因分析

(1)火检探头的检测视角较小，不能适应火焰中心大幅度漂移的检测要求。为保证信号的可靠性，减少其他燃烧器火焰和背景火焰对信号的干扰，探头的安装视角一般为10-15 ℃。但是实际运行中，由于受到煤种变化或锅炉燃烧工况调整、配风变化等因素的影响，燃烧火焰中心会在较大范围内漂移，造成火焰信号晃动甚至误动，从而错发灭火信号。

(2)火检信号检测器调节参数的静态整定，不能有效满足火焰动态变化的需求。一般情况下，在火焰检测系统调试过程中，应分不同工况和不同负荷阶段进行，按步调整系统参数，使其能够正确表征燃烧器火焰的有无，最大程度地避免“偷看”现象。一旦功能调试正常后，系统参数就一次性整定结束，不再调整。然而，当机组煤种频繁变化或机组运行方式变化时，对火检探头信号的检测频率、强度等参数就有不同的要求，固定参数不能实现在线调节，降低了火检的可靠性。

(3)火检探头正常工作温度超过了75 ℃，造成火检效果不佳及火检探头损坏。

(4)在锅炉运行过程中，因操作不当造成炉膛正压，灰尘会逐渐覆盖到火检镜片上，在高温下容易结焦，使检测到的火焰强度大幅度下降，从而造成火焰检测信号微弱或检测不到火焰。

4　 解决措施

针对火焰检测系统存在的问题，提出并实施了以下改造方案。

4.1优化火检探头安装角度和位置

因为煤火焰的燃烧特性，火检探头的安装角度需对准火焰的高频区，该区域的红外信号释放最为丰富。为此，需根据一、二次风配比情况和燃烧火焰的实际情况，将探头对焦点定为从燃烧器喷口沿一次风筒边缘往炉膛内延伸约1.5 m处。为避免内二次风筒对探头的遮挡和适当增大探头的视角，提高对不同火焰的适应性，应在保证充分冷却的情况下适当前移火检探头的安装位置，并根据不同燃烧器而灵活把握尺度。

4.2全面整定系统参数

在火焰检测系统调试过程中，应分不同工况和不同负荷阶段进行，需要分别设置每个火焰探测器的参数，模拟高负荷时炉膛的背景火焰强度，对被调燃烧器对应的火焰探测器参数进行设置和调整，确保不“偷看”。模拟低负荷时炉膛非常暗弱的背景强度，最好只投用被调燃烧器，停用其他所有的燃烧器，调整火焰探测器的参数，确保不“漏看”。若经多次调整，火检效果仍然不理想，可适当调整火焰检测器的灵敏度，采用对油火检“宁漏不偷”、对煤火检“宁偷不漏”的原则。这是因为投油时，锅炉炉温比较低，必须保证炉膛安全；投煤时，锅炉炉温一般较高，煤粉几乎都能燃烧。经过上述细致的调试工作后，能够最大程度提高火焰检测系统的可靠性。

4.3全面检查锅炉本体的保温情况

在机组停运或者机组检修期间，全面检查锅炉本体的保温情况，特别是热一次风管道裸露部分和火焰检测系统周围区域。对保温不合格的部位重新进行保温处理，避免锅炉本体的辐射热造成温度升高，影响火焰检测系统工作的稳定性。

要彻底解决火检高温问题，除了完善锅炉保温外，还应改造光纤组件，将其加长500-800 mm。目前，火检探头距离炉壁太近，只有200-300 mm，很容易造成火焰检测器温度过高。

4.4其他措施

改造并调整火检探头套筒结构，使冷却风从镜头前面四周出风，风向镜片中心吹，然后风向转90°吹入炉膛，在镜头前产生高静压区，相当于1个风幕。克服煤质不好、燃烧不稳定、炉膛正压等因素对镜头的干扰，解决镜头结焦造成日常维护量大、火检光纤和镜头损坏率高等问题。

5　 结束语

机组的安全经济运行与火焰检测系统的可靠性确性。总之，通过上述改造措施，确保该电厂火焰检测系统运行的稳定性，基本上杜绝了火检在正常运行过程中的“偷看”“漏看”现象。密切相关，因此必须十分重视火焰检测系统。该电厂通过对炉本体保温棉的加厚处理和火检光纤组件的加长措施，解决了火焰检测器因受炉膛辐射热而造成的火检探头长期超温运行问题，确保了火焰检测器处于稳定的运行状态；通过对火检透镜探头套筒结构冷却风的改造，确保火检探头不易积灰，解决了镜头表面结焦问题，从而保证了火检探头对火焰检测的灵敏度；通过全面整定火焰检测系统参数，优化探头安装角度，确保了火检检测火焰状态的准

王永杰(1976-)，男，工程师，主要从事火电厂锅炉检修及维护工作，email：yongjie818@163.com。

作者简介：

收稿日期：2015-11-02。