DIGIT-ALL火焰检测器应用分析

余星育，李 波

(江苏阚山发电有限公司，江苏 徐州 221134)

0 引言

火焰检测装置是电站锅炉燃烧运行时火焰监测的关键设备，要实现燃烧的自动管理和控制，火焰检测装置是必不可少的。火焰检测装置是根据炉膛火焰的物理特性对着火工况进行监测，不仅能检测火焰的着火和熄灭，还能检测出火焰的稳定性，当火焰燃烧状况不良或炉膛熄灭时，可给出开关量、模拟量信号，作为故障报警和炉膛安全监控系统(furnace safeguard supervisory system, FSSS)的逻辑判断依据，因此，火焰检测装置在发电厂锅炉炉膛安全监控系统中起着极其重要的作用。

火焰监测装置一般由探头、电源、电压放大器、检测屏、逻辑屏等部件组成，其工作原理是由探头探测燃烧火焰的强度和脉动频率，并将探测到的火焰信号转换为电信号，传送到信号处理中心，只有当燃烧火焰的强度和频率同时满足时，探测到的火焰才是真实的火焰，并发出有火信号;否则，判断为无火。

1 DIGIT-ALL火检系统功能

1.1 工作原理

DIGIT-ALL火焰检测器装置是根据辐射光能强度检测的原理实现的，它利用探头接收火焰发出的光辐射，按照其强度大小判断火焰的存在与否，即：锅炉燃烧器燃烧产生的红外线被火检探头捕捉，火检探头将接收到的光信号转换为电信号，经过初级放大和处理后，将代表火焰特性的电信号通过电缆组件传递到放大器，放大器将火焰信号经过放大处理后输出有火/无火接点信号和相应的火焰强度的模拟量信号，并输入分布式控制系统(distributed control system，DCS)。

1.2 系统功能

DIGIT-ALL火焰检测器主要包括：SF-300IR火检探头、SA-3000火检放大器、火检外导管组件、内导管组件、电缆组件等设备。其中火检探头采用红外线火检检测技术，适用于探测煤和/或油燃烧的火焰，并具有耐100 ℃高温、持续地检测燃烧器火焰的闪烁频率和振幅的特征。

SA-3000火检放大器为基于数字信号处理(digital signal processing, DSP)的微处理器，放大器内部存储有4套火检程序文件。当探头检测到目标燃烧器有火焰时，SA-3000输出有火接点信号和相对应火焰强度的模拟量信号，并输入DCS。该火检放大器带有独立的电子自检系统，自检故障时探头将输出故障报警信号。火检放大器通过专用软件与电脑进行通信联网，并可显示实时火焰状态及其他信息，用户可通过火检软件进行实时调试，便于对所检测的火焰进行燃烧分析和监视。

2 火检常见问题及原因分析

2.1 火检信号波动

(1) 在机组低负荷(低于65 %额定负荷)运行时，磨煤机入口一次风量过大，未燃区会因一次风速增高、煤气细度增大而加长，煤气热值降低，使煤气着火距离后移，初燃区中心偏离原来火检导光管对准的区域，检测火焰亮度发生变化，造成火检信号波动。

(2) 二次风挡板开不到位，燃烧器燃烧配风不够，燃烧工况恶化，使信号不稳定。

(3) 导光管冷却效果不好，火检探头工作环境温度过高，探头老化或损坏。

(4) 高温导致光纤烧损、光纤前端镜片积灰，影响信号稳定性。

2.2 检测不到火焰

(1) 长期运行或冷却效果不好造成局部过热，导致光纤透光性变差，过热时光纤、探头烧坏，不能正常检测。

(2) 由于锅炉风煤比设定不合适，造成火检镜片结焦，影响正常监测。

(3) 入炉煤质发生变化，造成火焰亮度、频谱、闪烁频率改变，超出火检系统预设工作范围，导致火检系统无法正常工作。

2.3 误报警

(1) 电缆线芯氧化或接地，接线松动，保险烧坏，放大器产生报警。

(2) 炉墙和煤粉管道的热辐射导致火检探头工作温度过高引发报警。

(3) 火检探头信号电压不稳，传感器产生的模拟信号大小受电源电压的影响，当超出火检信号工作范围后，引起火检报警。

(4) 增益调整不合适会造成火检的故障报警。

2.4 火检“偷看”

要满足低负荷看到火，高负荷不“偷看”是不现实的，因为高负荷时的背景火焰信号比低负荷的主火焰信号还要强。单从火检参数调试情形下，无法根本解决“偷看”问题，只可能减少“偷看” 情况发生。因此，要求在调试过程中，要确保油与油之间、油与煤之间不能出现“偷看”，煤与煤之间尽量减少“偷看”。

3 火检问题解决方案

3.1 火检信号波动解决方案

(1) 针对着火距后移的问题，可在燃烧稳定的情况下适当调强火检信号。停炉期间，可以调整喷燃器的火焰中心，调整单个喷燃器的火检测量孔，同时增大火检视角范围，减少火焰扰动或漂移对检测的影响。

(2) 确保二次风挡板行程开关正常工作且开信号到位，联系有关部门检测风压和风煤比，确保燃烧工况稳定。

(3) 减小火检内、外套管管壁间缝隙，使冷却风从内外导管的间隙通过，到达内导管的前端；确保内外导管之间无堵塞，不漏风，使冷却风可以通过；适当增加风压，同时在内导管上装设通风槽，以冷却导管和光纤，降低内导管前端温度，提升导管和光纤的使用寿命，也减少光纤积灰的可能。在冷却风流量一定的情况下，可以增加风压，使其在内导管石英片前端形成屏障，以防止石英片结焦，且石英片得到有效冷却，以降低内导管前端温度。

(4) 正常情况下，光纤和内导管组件日常维护周期为6个月，但在启停炉期间，光纤损坏数量多，因此每次机组B级、C级检修时，可以将光纤全部更换，大大节约人力资源。

3.2 检测不到火焰解决方案

(1) 更换损坏光纤、探头，清理光纤积灰。

(2) 检查火检系统是否正常工作，询问运行人员及煤化验人员煤质是否发生变化，当煤质变化较大时，保证喷燃器的着火区与火检测量孔相对应，适当降低一次风速，在储存的A，B，C，D四套火检程序中进行切换，选择合适程序。

(3) 信号过饱和或过低时探头感受不到频率，可调整光纤和探头之间的相对距离。

3.3 火检误报警解决方案

(1) 保险丝若烧毁及时更换。

(2) 使火检导管远离炉膛高温区以降低火检探头的环境温度，提高火焰检测的稳定性；也可用石棉板隔离炉墙和煤粉管道对火检探头的热辐射，同时适当增加冷却风。

(3) 火检探头信号电压不稳时，更换探头。

(4) 增益过调时，适当减小增益。增益和火焰继电器门槛值选定后，必须对燃烧器进行多次合适的火焰检测和辨别率启停检验，对于所有的火焰输出状态，火焰继电器必须保证不被激励。这些测试必须是在各个相邻燃烧器投运和切除以及不同的负荷等级的情况下进行，以确保正确运行。

3.4 减少火检“偷看”

要减少火检“偷看”，需要处理好灵敏度和分辨能力两方面的问题。既要有足够的灵敏度保证火检信号的稳定，又要将本身的火焰与相邻、相对的火焰区分开来。可通过增加火检的视角范围来减小火焰扰动或漂移对火焰检测的影响，在安装火检时安装角度瞄准目标火焰以提高火焰检测的准确性。

(1) 在安装时，可利用安装位置减少“偷看”，如图1，2所示。

图1 上下邻角减少火检“偷看”

图2 相对角减少火检“偷看”

(2) 油阀开关或磨煤机运行信号之间添加“与”逻辑，来判断燃烧器是否有火。

(3) 可用A，B，C，D四个文件设置参数的不同来检测不同的工况(远程文件选择功能)来减少“偷看”。

4 结束语

由于火检监测设备在高温、高灰份的恶劣环境下运行，出现火检信号波动、检测不到火焰、报警、“偷看”等问题在所难免，但经过合理的维护和检修，可以大大减少出现问题的几率，通过调整内外导管间隙、配置通风槽双重冷却技术，有效地解决了探头易烧损、光纤损坏频繁、积灰等问题，延长了产品使用寿命。通过对通道屏蔽线端连接增加电缆保护套、用石棉板隔离炉墙和煤粉管道对火检探头的热辐射、及时调整火检探头安装方位、增加逻辑判断等手段来减少误报警及火焰“偷看”现象的发生。

实践证明，定期进行以上维护、检查和保养工作，可以大大提高装置的可靠性，有效减少出现问题的几率，无论在点火启动、负荷低谷还是煤质变化时，均展现了良好的监测效果，提高了火检设备运行的稳定性和准确性，为机组的安全运行提供了可靠保障。