COEN火焰檢測系統在300MW鍋爐的應用
尉守成 程廷曉
（山西興能發電有限公司 山西古交 030200）
[摘要] 火焰檢測系統是爐膛安全監控系統（FSSS）的重要組成部分，它能否可靠地運行直接影響鍋爐的安全。因此，以美國COEN火焰檢測系統為例，分析它在山西興能發電有限公司300MW鍋爐的安裝使用和維護。
[關鍵詞] 火焰檢測；鍋爐；燃燒器
Application of COEN Flame Detector System in 300MW Boiler
Wei Shou-cheng Cheng Ting-xiao
(Shanxi Xingneng Limit Co.,Gujiao,Shanxi 030200 china)
[Abstract] Flame detector system is an important part of furnace safety supervisory system(FSSS) whether the operation of this system is reliable will influence the safety of boiler immediately.Consequently,the COEN flame detector system and it is installation,usage and maintenance in Shanxi Gujiao Power Plant are analyzed.
[Key words] Flame detector；boiler；burner
山西興能發電有限公司古交電廠2*300MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司生產的HG－1025/17.5－ＹM17型亞臨界一次中間再熱自然循環汽包爐，配有五台ZGM—95G型中速磨煤機，採用四角切圓直流燃燒方式。布置A、B、C、D、E五層煤燃燒器，鍋爐啟動和低負荷階段燃用輕柴油，布置AB、BC、DE三層油燃燒器。每個燃燒器旁布置一套火焰檢測裝置，一台鍋爐共有32套火焰檢測裝置。火焰檢測系統使用的是美國COEN公司提供的ISCAN型火檢,相應火焰檢測設備為：五層煤20個煤火檢，三層油12個油火檢。煤火檢探頭外罩位於二次風箱噴嘴內,油火檢探頭外罩位於帶油槍的二次風風箱噴嘴內。檢測器探頭的冷卻風由兩台火檢冷卻風機提供，每颱風機出口風壓為5697pa，設計流量為1610立方米/小時，火檢及火檢冷卻風機都由美國供應商配套供給。火檢安裝位置由鍋爐廠家提供有關燃燒數據，由火檢供應商確定。自2005年投入使用以來，火檢檢測器件雖然均能檢測鍋爐燃燒狀況，滅火保護動作正確率100%，未發生過誤動與拒動，較好地實現了防止鍋爐滅火爆炸的功能,但是由於火檢系統還存在一些缺陷，影響了運行安全，增加了維護工作量。
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⒈火檢的組成及工作原理
在大型鍋爐的燃燒過程中，要判斷鍋爐的燃燒狀況，實現燃燒的自動管理和控制，火焰檢測裝置是必不可少的。而先進的火焰檢測裝置不但能檢測出火焰的燃燒和熄滅，還能檢測出火焰的穩定性，有利於提高鍋爐的安全水平。
美國COEN公司的ISCAN型系列火焰檢測系統主要包括火檢探頭和信號處理器兩部分，火檢探頭部分由外套管、瞄準管、凸透鏡片、光導纖維和冷卻風管組成；信號處理器為集成的ISCAN型火檢感測器。
火檢工作原理如下：
爐膛內燃料燃燒產生的光線穿過火檢探頭前部的凸透鏡片，落在光導纖維的端部，光信號經過光導纖維傳輸送至爐牆外側的火檢探頭，火檢探頭內的硅光電池將光信號轉換成正比於火焰強度的電脈衝信號，在信號處理器內被檢測火焰的電脈衝信號分別轉換成4—20mA模擬量信號和無源開關量信號經過電纜送往系統模擬量信號在操作員站上作棒狀圖顯示，開關量信號送入FSSS系統用於邏輯運算。如圖1所示：
2.火焰檢測系統有關參數調整：
維護調試人員對有關火檢的參數進行調整應該遵循以下幾個原則：
1）門坎值（THRESHOLD）絕不能低於-36DB；
2）閃爍頻率（FLICKER FREQUENCY）最低不能低於22HZ，帶寬（BANDWIDTH）不能低於4HZ。一般情況下，當閃爍頻率為24HZ時，帶寬則為8HZ；當閃爍頻率為26HZ時，帶寬則為12HZ。閃爍頻率可以設為26HZ以上，但帶寬則一般只設為12HZ。就閃爍頻率與火焰的關係來講，閃爍頻率越小，越能檢測到火焰，感受到的火焰強度也越大，但偷看的概率也越大；帶寬值越大，其檢測到火焰的穩定性則越強。 字串3
3）火檢的增益（GAIN）值軟體中有2個控制通道，高增益（HIGH）通道可以將原始火焰信號放大到1000倍，低增益（LOW）通道可以將原始火焰信號放大到100倍。
4）火檢增益（GAIN）值大小的確定是根據不同燃燒器的不同工況條件來進行的。我們的軟體中設有手動（MANUAL）和自動（AUTOMATI）兩種。
A：手動（MANUAL）設置火檢增益： 絕大多數情況下，我們選用手動方式。
B：自動（AUTOMATI）設置火檢增益：一般只在單台燃燒器鍋爐中使用或在多台燃燒器鍋爐中的特殊情況下使用。例如，由於某台燃燒器的工況極不穩定，火焰經常發生偏移，使的監測該燃燒器的火檢信號變化很大，火焰信號忽高忽低，時有時無，在這種情況下，我們選擇自動增益方式，火檢就能根據鍋爐內的實際工況相應地調整增益值的大小，近似0 DB的信號。其主要缺點是當目標燃燒器關閉后，該火檢仍然會自動追蹤其它燃燒器的火焰併發出有火信號，但對安全保護沒有影響。當全爐膛滅火發生時該火檢與其它火檢一樣會同時發出無火信號。
3. 改進前火檢狀況：
1）火檢不穩定
鍋爐在高負荷且不斷層運行的情況下,煤層每層有一到兩隻火檢閃爍,在斷層或低負荷時,煤層每層有時有一隻不見火,其他3隻火檢閃爍；而油層火檢有時會無法滿足點火需要。為維持鍋爐運行,有的火檢需要將開關量信號強製為1,嚴重影響鍋爐的安全。 字串6
2）偷看嚴重
3）維護量大,備件消耗多
維護人員幾乎每天都要對火檢探頭進行維護,火檢探頭凸透鏡容易積灰；另外因為探頭自身結構的限制,冷卻風不暢通,探頭冷卻風無法將整個火檢探頭冷卻，光纖及透鏡損壞也較嚴重。
4）高溫造成光電池光電特性降低,探頭檢測火焰能力差
火檢感測器大約安裝於距離爐牆200mm處，始終在高溫環境中工作。根據光電池光電特性與環境溫度的關係分析,其光電特性受工作環境溫度的影響較大。當感測器溫度超過89℃時,光電池的光電特性急劇下降,使火檢探頭喪失檢測火焰的能力。
5）火檢探頭卡澀
火檢探頭安裝於保護套管內，保護套管由於長期工作在高溫環境下產生變形，造成火檢探頭在維護時卡澀難以拔出。另外,燃燒器擺角及二次小風門擋板的位置也容易造成火檢探頭卡澀。
4．主要問題分析及改進：
1）火檢不穩定：
影響火檢質量的因素主要有：
光纖內縮或探頭視角不正常，檢測不到火焰。
運行人員對爐膛進行吹灰，引起爐膛內火焰變暗，影響火檢信號大小。
二次風配風不當，引起火檢狀況惡化。
燃燒器噴口結焦，蓋住凸透鏡片，使探頭無法接收光線，導致火檢失去。
當燃燒的煤種不好時，爐膛內火焰不穩定，也會導致火檢不良。 字串8
凸透鏡片前結焦、凸透鏡片老化、光纖損壞、瞄準管脫落或移位造成光信號弱或沒有。
火檢探頭參數設置不當。
針對火檢不穩定可以採取以下措施：
一、由於煤質變化或鍋爐內工況條件改變，使該火檢信號減弱，可以通過提高該火檢增益來解決。
二、火檢信號減弱大多是因為光纖鏡頭髒了，即被煤粉塵污染蓋住了，將鏡頭清潔即可。
三、請運行人員對燃燒進行適當的調整。
2）火檢偷看的原因和對策
火檢偷看問題在目前使用的火焰檢測器上都存在,只是偷看程度大小不同而已。探頭看火角度不佳,檢測火焰能力差,造成偷看嚴重。燃料噴入爐膛燃燒,火焰可分為黑籠區,初始燃燒區,安全燃燒區及燃盡區。初始燃燒區火焰的脈動最強,火檢探頭只有對準火焰的初始燃燒區才能獲得最佳的檢測效果,否則將檢測不到火焰或偷看。火檢探頭的鏡頭固定在二次風噴口上,由於擺角的擺動及鍋爐長時間運行造成二次風噴口與燃料噴口不平行,使探頭失去最佳看火角度。
為解決火焰檢測器偷看比較嚴重的問題已採取了以下措施：
一是調整煤、油火檢的安裝角度。油火檢探頭的視線與燃燒器中心線相交有一個微小的角度（如5°），且能看到最大的主燃燒區域；煤火檢探頭安裝於燃燒器平行的角度，正對主燃燒區。如圖2所示：
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二是調整信號增益及坎值的設置解決偷看問題。
3）火檢頻繁燒毀的原因及改進：
投產以來，火檢凸透鏡頭被高溫燒壞嚴重，致使維護成本偏高。經過進爐膛勘察實際安裝位置發現火檢探頭安裝位置距煤粉噴嘴較近，距二次風噴嘴端面只有100mm左右，此外已發現煤粉噴嘴有燒壞的現象，可見此處的溫度較高，不能滿足探頭對溫度環境要求。另外部分火檢探頭安裝於燃燒器近火點，火檢探頭受到爐膛火焰輻射熱及煤粉燃燒時噴燃器附近被卷吸回來的高溫煙氣中灰渣影響，
探頭燒毀、結焦情況嚴重。
為了解決這個問題，採取了以下措施：
一是對火檢探頭安裝位置進行改造。安裝時應考慮到燃燒器二次風的轉向問題。當燃料風以足夠的旋轉速度進入爐膛時會使點火火焰隨旋轉方向偏移，從爐膛內部的上方看，火焰呈逆時針方向旋轉，瞄準管應位於燃燒器的左側。根據燃燒器的配風情況，瞄準管中心對準火焰中心點。
如圖3所示：
4）火檢卡澀
火檢檢查時光纖和內套管抽出后很難插回到原位，致使透鏡不能直窺爐膛內，遇到這種情況需將爐牆上固定的外套管頂絲鬆開，將外套管輕輕向外拉，使撓性部分拉直，此時就很容易將內套管插進到位了。同時應注意燃燒器擺角和二次風小風門的位置，以免造成火檢探頭卡澀。
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5.火檢探頭維護的幾點注意事項：
1）平時應定期清潔火檢透鏡。火檢透鏡運行時間長，由於高溫、積灰、腐蝕等原因，在透鏡表面常形成斑點，嚴重時就會影響透光，導致火檢檢不到火。
2）火檢光纖運行時間長會變脆，在更換透鏡或其它操作時一定要動作輕緩，否則很容易拉斷光纖與透鏡的連接處，使光纖報廢。另外探頭的端蓋保持密封，防止飛灰進入內部損壞電路板；航空插頭要注意密封，防塵防水，插拔時不可太用力，以免損壞。
3）平時經常檢查探頭處冷卻風量，檢查冷卻風管是否漏泄、脫落，尤其是新建機組，應防止雜物堵塞風管閥門及其它各部位，防止由於冷卻風不足燒毀火檢。
4）檢修完火檢探頭回裝時應緩慢插入套管，防止火檢探頭升溫過快，凸透鏡片和光纖損壞。
6.火檢改造后的效果
熱控維護人員利用＃1爐小修的機會，對火檢系統進行了檢查，針對火檢探頭易燒毀、偷看嚴重、探頭卡澀等問題進行了相應的技術改造，調整了火檢的安裝位置和安裝角度，更換了部分火檢探頭。從＃1爐啟動到現在的火檢運行情況來看，火檢的維護量明顯減少，火檢探頭積灰、燒毀情況較輕。其間＃1爐由於引風機故障甩負荷，磨煤機跳閘，MFT動作，鍋爐滅火，后又緊急啟動，在此過程中，火檢均正確檢測無誤，保證了鍋爐的安全。 字串4
7.結束語：
火焰檢測器作為鍋爐安全監測和保護系統中的重要組成部分，我們在今後的工作中要不斷探索COEN火焰檢測系統的維護方法，並對其進行技術改造，以保證火焰檢測系統的安全、準確、可靠。以上只是我們維護COEN火焰檢測系統的一些心得、體會，在此跟各位同行交流，以期共同提高。
