火检系统

组炉膛火焰检测装置工作原理

【摘要】在火力发电厂中，火焰检测技术的水平及稳定直接影响机组安全正常运行，本文通过讲述炉膛火焰检测装置的工作原理，使我们进一步了解装置，从而保证机组的稳定运行。

1 前言

宣威发电厂五期机组锅炉为武汉锅炉厂有限责任公司生产的产品，燃烧方式采用四角切圆，共有32个燃烧器，每个燃烧器配一个火焰检测探头（以下简称火检）。火检系统为Forney公司较为成熟DPD数字剖面火检探头与DP7000数字剖面放大器配合使用的火焰检测产品，它们根据火焰的物理特性对燃烧工况进行检测，检测不到火焰时就延时输出开关量信号至FSSS系统，FSSS系统对接收到的信号进行逻辑运算和处理。火焰信号在油枪控制、磨煤机控制、锅炉灭火保护控制中起着十分主要的作用，直接影响锅炉的安全。

2 检测装置组成及工作原理

2.1 DPD火焰检测器

煤和油燃料燃烧的火焰会产生大量的红外线，DPD火焰检测器采用微处理技术和专用软件，对目标火焰的红外线频率和振幅特性不断进行检测。每个火焰有其独特的剖面特性，就犹如“指纹”一样。在“学习”模式下，火检对目标火焰交流信号的频谱进行实时分析以确定被检测火焰的类型(如：燃烧器有火、相邻燃烧器窜火、背景火焰、无火)以及火焰频谱的特定剖面形状；在“运行”模式下火焰检测器则不断将目标火焰信号与所学的剖面特性进行比较从而准确地判断火焰的状态，然后通过连接电缆将脉冲信号送至放大器处理。DPD火焰检测器先进的电子线路便于用户进行火检的瞄准和编程，而不必花数小时的时间反复调试；自诊断功能和按钮编程也使火检的其他操作极为方便。当频率和强度均高于设定的阈值时，判定为“有火”；反之，判定为“无火”。这在多数情况下是十分可靠的。但有时由于火焰燃烧过程中偶尔出现扰动的影响，火焰的强度或频率会短时间低于阈值，这时如果发出“无火”信号，就将增加灭火保护系统误动的可能性。为了避免误发灭火信号，提高火焰检测器的可靠性，DPD火焰检测器可以设置1～6s的熄火响应时间。

火焰信号通过八芯或十芯电缆传送到火焰放大器，火焰放大器经过处理后输出信号到DCS系统，如下图：

2.2 DP7000数字剖面放大器

放大器通过特殊的火焰信号平均处理，准确区分火焰检测器产生的脉冲率。用户可选择火焰有/无的独立门槛设定值，如果火焰继电器为断开状态，只有当平均火焰信号达到火焰门槛设定值以上且满足一定的时间延时，火焰继电器才被放大器激励产生输出；同样，只有当平均火焰信号低于无火焰门槛设定值，且满足用户选定的熄火响应时间，火焰继电器才会失电，同时将信号送至FSSS系统。

当然系统的核心组织还在火检探头，该探头具有以下技术特点。

火检探头由物镜组、光导纤维、光电传感器、放大器、电压—电流转换器等构成。传感器采用工作波长为700-2,500nm的对红外线感应的硫化铅传感器，适用于探测煤或油的火焰。对于燃煤火焰和燃油火焰的辐射，这种传感器能够有效地响应其波动特性，并根据初始燃烧区的火焰亮度和闪动，可靠地判定火焰的真实存在。可实现对锅炉燃烧火焰的实时检测。火焰检测装置是依据火焰信号的特性来检测火焰的。首先将火焰信号分成2路信号：强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的闪动。对强度信号的处理比较简单，只需将实时火焰强度与强度阈值进行比较，当火焰强度高于强度阈值时，判定火焰强度条件成立。频率的处理实际上是对火焰信号波动部分的处理。频率信号包含信号的频谱、带宽、峰—峰值等参数，要对这部分信号进行滤波、交换，从中提取火焰的燃烧特征。由于火焰的频率信号大约为1～200Hz，而炉膛内炽热的焦渣及灰粉发光的

频率不超过2Hz，所以通过频率信号的频谱分析完全可以确定火焰的存在。对火焰频率信号不只是要进行简单的分析，还要对火焰的波形进行数字滤波、傅立叶变换，提供火焰波形中最具火焰特征的信号。这些参数处理最终得到的综合标量仍称为频率，作为判定火焰“有”、“无”的依据。

探头出厂时灵敏度较高，但其内部火焰模型较普通，无法适应复杂的燃烧状况。探头的调试比较简单，在不同的锅炉工况下让探头多学习（LEARN）几次，使探头内的火焰模型尽可能地完善。也、可以通过LEARN 方式来建立或完善无火模型，但对无火模型修改后火检易漏检，这对燃烧器的稳定燃烧有很大影响，根据厂家建议及实际运行情况，一般不调整无火模型。这种调试方法也有较明显的弊端：为了获得丰富的火焰模型则需在各种不同的工况下学习。这在实际工作中难以办到，锅炉不可能长时间在某一工况下给我们热控人员调试，并且还要投撤不同的燃烧器。更不可能长时间地让热控人员在各种不同工况下进行调试。需要说明的是：火检的一个学习过程大约为120秒，在这120秒内火焰必须保持相对稳定，以供其采集足够的数据。如果在采集数据过程中火焰不够稳定，则火检跳出此计时过程，重新开始进行新一个采集计时。因此，当火焰不够稳定时是无法通过学习来提高火检准确度的。

3 影响火焰检测的因素及分析

锅炉燃烧方式燃料的种类对锅炉燃烧设备的结构选型、锅炉布置以及锅炉安全性和经济性都有着较大的影响，直接影响到锅炉的燃烧，而燃烧状态的稳定与否以及燃烧形成的火焰形状又影响火焰检测的准确性和灵敏性。以下就这些方面分别予以分析说明：

3.1燃烧方式对火检的影响

Forney公司的火检系统以火焰外形与火焰强度形成一个文本，在此基础上，通过特定的软件，对文本进行分析和处理。不同的燃烧方式形成的背景火焰形状不同，对燃烧器火焰产生的影响因而也不同，因此，在软件方面对火焰信号的处理是不具有通用性，同时，上下或相邻的火焰对单个燃烧器火焰影响又各异，通过数字文本对火焰检测进行判别影响较大。

3.2燃烧对火检的影响

燃烧动态过程的稳定性对火焰的测量有着非常重大的意义，燃烧的稳定虽然与燃料的细度、燃料／风的配比有着直接的关联，同样与燃料的种类也密不可分。从燃料的常规分析来看，煤燃烧时，除部分固定和游离氢外，元素成分大都不是单质状态燃烧，而是组成复杂的有机参与燃烧，其燃烧过程与工业分析中分析出过程大致相同，因此，直接影响锅炉燃烧及运行的因素，主要是煤的工业分析成分，即挥发份、水份和灰份。

3.3冷却风对火检影响

冷却风一直以来是火检探头在高温下能否正常工作的首要保证，它对火检的影响也是相当关键，如果机组正常运行的情况下，冷却风压力不足或冷却不到位，都会造成探头结焦或损坏。我厂#10机组火检系统运行维护几年来，就发生数只火检探头烧坏现象。

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火检安装图

热绝缘管