反光镜片在气化炉火焰检测系统中的应用

陈佳元，袁富康

（神华宁夏煤业集团有限责任公司 煤制油仪表管理中心，银川 750411）

0 引言

火焰检测的方法虽多，但应用到不同燃料或不同类型的燃烧设备上，并非都能收到满意的效果，而火焰测量的可靠性和准确性又是锅炉等燃烧设备安全运行和停车保护的重要依据。不同类型甚至同种类不同类型的火焰检测器，都有它既定的工作特性和相应的使用条件。对于GSP气化炉来说，火焰检测系统是必不可少的检测系统，它是气化炉能否点火、投煤成功的重要检测系统之一，是保证气化炉安全运行的首要条件。通过火焰检测器的实时监控，能够更好地了解点火时火焰的燃烧状态。

某项目气化装置的火焰检测系统的主要作用是检测气化炉内的火焰燃烧状态，避免由于点火过程中过氧、缺氧而造成设备损坏等事故[1]。火焰检测系统是气化炉、锅炉、燃气炉等所必要的检测系统。其中，常用的火焰检测器有西门子、DURAG火焰检测器，用来检测火检强度和火焰有无，通过模拟量和开关量的输出进行检测控制。取源孔出现杂物堵塞或者透镜变脏都会直接造成火检信号消失，故需要增加一个视频信号，辅助检测炉内火焰情况，便于观察火焰和判断故障的原因。由于同一取源孔无法加装检测器和视频两个装置，对此进行改良测试。

1 重要性

火焰检测器是气化炉点火、运行的重要检查信号，直接关系到气化炉的安全稳定运行，对炉内火焰的状态、燃烧情况做出准确地测量和判断。火焰检测系统是燃烧保护系统最重要的组成部分，而锅炉稳定燃烧是保证火电机组正常运行的源泉，火检探头则是保证炉膛燃烧的眼睛。火检探头安装的精准度将反映炉膛火焰燃烧的准确性，不同型号、不同大小的锅炉，火检探头的安装位置也不同。

图1 原火检装置原理图Fig.1 Schematic diagram of the original fire detection device

火检探头安装深了，将出现“偷看”现象；安装浅了，火检探头则检测不到火焰。只有提高火检探头安装的精准度，消除出现的“偷看”及检测不到火焰等现象，才能杜绝火检探头误报。

2 GSP气化炉的火检现状

GSP气化炉烧嘴火焰检测装置使用一寸管道进行取火，单一信号火焰检测器所选择的检测器属非接触式，其敏感元件为紫外光敏管，置放在离开火焰但能“看见”火焰的地方[2]。紫外光敏管是一种特殊的光敏元件，它接收火焰发出的180mm～260mm波长的紫外线，具有灵敏度高、影响速度快、抗干扰能力强等特点。在气化炉点火过程中，由于火焰燃烧状态存在不固定性，给火焰检测带来一定难度，一旦火焰偏离检测口的中心位置，就会出现检测器的错误指示，不能真实地反应火焰的燃烧信号，容易造成停车等事故，存在很大的安全隐患。

3 实际应用中出现的问题

1）火焰检测器存在测量不稳定，时常会出现装置在点火的情况下突然检测不到火焰信号，从而造成误报警、误动作的情况。

2）装置运行过程中火焰信号一旦丢失，便无法准确地掌握气化炉内的火焰状态，为避免发生爆炸事故只能被动拍停运行设备。

3）单一的测量方式无法稳定准确地对运行装置的火焰状态进行检测，降低了装置运行的稳定性，提高了运行成本。

4）所有火焰检测系统均设计为单点联锁停车动作，一旦出现误指示就会造成装置跳车事故，给仪表维护增加了难度，对电子设备的性能要求也更高。但是，设备的不稳定因素是客观存在的。因此，单点联锁存在不合理性，需要对此进行改造，实现提高设备运行稳定性和降本增效的目标。

4 反光镜片在气化炉火焰检测系统中的应用方案

1）改造方案

① 为避免在装置运行过程中出现火焰检测器误报警、误动作，火焰检测器在原有的开关量信号基础上，新引入模拟量火焰强度信号，并对这两种信号进行2oo2联锁逻辑组态。当火焰强度小于某设定值时，模拟量信号消失，与此同时开关量消失时触发联锁；当两种信号有一种存在时，不予联锁动作。

② 同时，在火焰检测系统中增加一组视频显示信号，用于实时监控火焰的燃烧情况，一旦由于火焰检测器出现设备故障而导致火焰检测信号消失时，可通过视频信号掌握火焰的实际状态；在联锁动作延时期间内解除联锁，通过观察视频中火焰状态来进行监控，待设备处理正常后恢复联锁。

2）改造瓶颈

由于火焰检测器的取源孔只有一处，而设想的火焰检测方式有两种，内窥式火焰检测器必须通过取火孔进行检测，这给增加视频信号的方案带来了一定的难度。因此，如何实现单取源孔双检测的效果将是今后改造的重点。

3）改造措施

通过反复试验和测试，增加中孔光学反光镜片，将取源孔所取得的光源通过镜片90°角折射到视频检测器中，使火焰检测器通过光学镜片的中孔检测光源，达到双重检测的目的。光学平面镜反射光源，中间的空洞大小需要反复的测试和比对，在不影响视频监控效果的情况下，保证火焰检测器的检测强度达到最佳状态。

图2 改造原理简图Fig.2 Schematic diagram of transformation principle

图3 GSP气化炉改造后的组合烧嘴附上烧嘴结构图Fig.3 Combined burner with retrofit of GSP gasifier with burner structure

5 结束语

通过在火焰检测器取源装置中增加中孔漏空反光镜片，实现了火焰检测器和视频检测同时检测的效果，提高了火焰检测系统的稳定性。通过视频检测能够实时监控气化炉内的燃烧状况，避免发生火焰检测器故障造成的联锁停车，大大提高了气化炉运行的稳定性。随着化工行业的快速发展，各种燃气炉、焚烧炉、气化炉等炉内也与日俱增，集成化火焰检测器种类和品牌也层出不穷，对于小型化、图形化的要求也在不断提高[3]。因此，通过不同的检测方式来保证装置的稳定运行是势在必行的，在满足安全认证和防爆认证等硬性要求的同时，稳定、准确是保证装置不间断运行的基本要求，利用物理原理突破常规的检测方式，在不增加成本的基础上满足检测要求，成为当前该领域发展的趋势。