COEN火焰检测系统在600MW锅炉的应用

COEN火焰检测系统在600MW锅炉的应用
安徽淮南田集电厂生产技术部张健232098
简介：火焰检测系统是炉膛安全监控系统（FSSS）的重要组成部分，它能否可靠地运行直接影响锅炉的安全。

因此，以美国COEN火焰检测系统为例，分析它在安徽淮南田集电厂2*600MW机组锅炉的安装使用和维护。

关键字：火焰检测；锅炉；燃烧器
安徽淮南田集电厂2*600MW机组锅炉为上海锅炉有限责任公司生产的超临界压力螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

设计煤种和校核煤种均为淮南煤，采用四角切圆直流燃烧方式。

布置A、B、C、D、E、F五层煤燃烧器，煤燃烧器布置方式为四角六层布置，每层4只燃烧器，共24只煤燃烧器，油燃烧器四角三层布置，每层4只燃烧器，共12台油燃烧器，火焰检测器采用一对一配置。

本期工程每台锅炉火焰检测器共计36台火检。

火焰检测系统使用的是美国COEN公司提供的ISCAN型火检,相应火焰检测设备为：六层煤24个煤火检，三层油12个油火检。

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。

检测器探头的冷却风由两台火检冷却风机提供，冷却风系统母管全压P=6016Pa，设计流量为Q=1447标准立方米/小时，火检及火检冷却风机都由美国供应商配套供给。

火检安装位置由锅炉厂家提供有关燃烧数据，由火检供应商确定。

⒈火检的组成及工作原理
在大型锅炉的燃烧过程中，要判断锅炉的燃烧状况，实现燃烧的自动管理和控制，火焰检测装置是必不可少的。

而先进的火焰检测装置不但能检测出火焰的燃烧和熄灭，还能检测出火焰的稳定性，有利于提高锅炉的安全水平。

火焰检测器能正确监视各种火焰状态（如火焰频率和强度），不发出错误信息。

火焰检测回路的灵敏度能对低光度有足够的响应，并有过滤、抑制干扰光的能力。

对各种干扰分别进行可靠的逻辑处理，以正确识别。

火焰检测器的安装位置能使其相邻的、对面炉膛反射的或相邻火焰的背景干扰处于最小。

火焰检测器的视角可调整，以便在全负荷范围内均能观察到火焰。

提供的火焰检测器最大视角范围为±5º，最佳视角通过试验确定。

1.1. 火焰检测器具有全电子自检系统,提供直观的火焰信号，确保不会提供一个虚假的“有火焰或逻辑有火焰”信号。

1.2 每只火焰检测器配有前置放大器，火焰检测器-放大器是一个完整的、隔离的系统，该系统包括模拟及数字自检电路、监视管、安装配件、带接插件的预制电缆和集装的供电单元。

当检测系统故障时，能发出火检系统故障信号，防止保护系统误动或拒动。

美国COEN公司的ISCAN型系列火焰检测系统主要包括火检探头和信号处理器两部分，火检探头部分由外套管、瞄准管、凸透镜片、光导纤维和冷却风管组成；信号处理器为集成的ISCAN型火检传感器。

火检工作原理如下：
炉膛内燃料燃烧产生的光线穿过火检探头前部的凸透镜片，落在光导纤维的端部，光信号经过光导纤维传输送至炉墙外侧的火检探头，火检探头内的硅光电池将光信号转换成正比于火焰强度的电脉冲信号，在信号处理器内被检测火焰的电脉冲信号分别转换成4—20mA模拟量信号和无源开关量信号经过电缆送往系统模拟量信号在操作员站上作棒状图显示，开关量信号送入FSSS系统用于逻辑运算。

通讯连接图：
2.火焰检测系统有关参数调整：
维护调试人员对有关火检的参数进行调整应该遵循以下几个原则：
1）门坎值（THRESHOLD）绝不能低于-36DB；
2）闪烁频率（FLICKER FREQUENCY）最低不能低于22HZ，带宽（BANDWIDTH）不能低于4HZ。

一般情况下，当闪烁频率为24HZ时，带宽则为8HZ；当闪烁频率为26HZ时，带宽则为12HZ。

闪烁频率可以设为26HZ以上，但带宽则一般只设为12HZ。

就闪烁频率与火焰的关系来讲，闪烁频率越小，越能检测到火焰，感受到的火焰强度也越大，但偷看的概率也越大；带宽值越大，其检测到火焰的稳定性则越强。

3）火检的增益（GAIN）值软件中有2个控制通道，高增益（HIGH）通道可以将原始火焰信号放大到1000倍，低增益（LOW）通道可以将原始火焰信号放大到100倍。

4）火检增益（GAIN）值大小的确定是根据不同燃烧器的不同工况条件来进行的。

我们的软件中设有手动（MANUAL）和自动（AUTOMATI）两种。

A：手动（MANUAL）设置火检增益：绝大多数情况下，我们选用手动方式。

B：自动（AUTOMATI）设置火检增益：一般只在单台燃烧器锅炉中使用或在多台燃烧器锅炉中的特殊情况下使用。

例如，由于某台燃烧器的工况极不稳定，火焰经常发生偏移，使的监测该燃烧器的火检信号变化很大，火焰信号忽高忽低，时有时无，在这种情况下，我们选择自动增益方式，火检就能根据锅炉内的实际工况相应地调整增益值的大小，近似0 DB的信号。

其主要缺点是当目标燃烧器关闭后，该火检仍然会自动追踪其它燃烧器的火焰并发出有火信号，但对安全保护没有影响。

当全炉膛灭火发生时该火检与其它火检一样会同时发出无火信号。

参数设置画面：
3. 存在的问题：
1）火检不稳定
锅炉在高负荷且不断层运行的情况下,煤层每层有一到两只火检闪烁,在断层或低负荷时,煤层每层有时有一只不见火,其他3只火检闪烁；而油层火检有时会无法满足点火需要。

为维持锅炉运行,有的火检需要将开关量信号强制为1,严重影响锅炉的安全。

2）偷看严重
3）维护量大,备件消耗多
维护人员几乎每天都要对火检探头进行维护,火检探头凸透镜容易积灰；另外因为探头自身结构的限制,冷却风不畅通,探头冷却风无法将整个火检探头冷却，光纤及透镜损坏也较严重。

4）高温造成光电池光电特性降低,探头检测火焰能力差
火检传感器大约安装于距离炉墙200mm 处，始终在高温环境中工作。

根据光电池光电特性与环境温度的关系分析,其光电特性受工作环境温度的影响较大。

当传感器温度超过89℃时,光电池的光电特性急剧下降,使火检探头丧失检测火焰的能力。

5）火检探头卡涩
火检探头安装于保护套管内，保护套管由于长期工作在高温环境下产生变形，造成火检探头在维护时卡涩难以拔出。

另外,燃烧器摆角及二次小风门挡板的位置也容易造成火检探头卡涩。

4．主要问题分析及改进：
1）火检不稳定：
影响火检质量的因素主要有：
光纤内缩或探头视角不正常，检测不到火焰。

初始直流信号 Raw AC Signal
增益调节 火焰状态
火焰监测器 故
障状态
规则状态
闪烁频率 信号强度
闪烁频率 阈值
调节 闪烁频率调节
增益控制 允许编程
增益设定值
闪烁频率
阈值设置
运行人员对炉膛进行吹灰，引起炉膛内火焰变暗，影响火检信号大小。

二次风配风不当，引起火检状况恶化。

燃烧器喷口结焦，盖住凸透镜片，使探头无法接收光线，导致火检失去。

当燃烧的煤种不好时，炉膛内火焰不稳定，也会导致火检不良。

凸透镜片前结焦、凸透镜片老化、光纤损坏、瞄准管脱落或移位造成光信号弱或没有。

火检探头参数设置不当。

针对火检不稳定可以采取以下措施：
一、由于煤质变化或锅炉内工况条件改变，使该火检信号减弱，可以通过提高该火检增益来解决。

二、火检信号减弱大多是因为光纤镜头脏了，即被煤粉尘污染盖住了，将镜头清洁即可。

三、请运行人员对燃烧进行适当的调整。

火检偷看的原因和对策
火检偷看问题在目前使用的火焰检测器上都存在,只是偷看程度大小不同而已。

探头看火角度不佳,检测火焰能力差,造成偷看严重。

燃料喷入炉膛燃烧,火焰可分为黑笼区,初始燃烧区,安全燃烧区及燃尽区。

初始燃烧区火焰的脉动最强,火检探头只有对准火焰的初始燃烧区才能获得最佳的检测效果,否则将检测不到火焰或偷看。

火检探头的镜头固定在二次风喷口上,由于摆角的摆动及锅炉长时间运行造成二次风喷口与燃料喷口不平行,使探头失去最佳看火角度。

为解决火焰检测器偷看比较严重的问题已采取了以下措施：
一是调整煤、油火检的安装角度。

油火检探头的视线与燃烧器中心线相交有一个微小的角度（如5°），且能看到最大的主燃烧区域；煤火检探头安装于燃烧器平行的角度，正对主燃烧区。

二、是调整信号增益及坎值的设置解决偷看问题。

火检频繁烧毁的原因及改进：
投产以来，火检凸透镜头被高温烧坏严重，致使维护成本偏高。

经过进炉膛勘察实际安装位置发现火检探头安装位置距煤粉喷嘴较近，距二次风喷嘴端面只有100mm左右，此外已发现煤粉喷嘴有烧坏的现象，可见此处的温度较高，不能满足探头对温度环境要求。

另外部分火检探头安装于燃烧器近火点，火检探头受到炉膛火焰辐射热及煤粉燃烧时喷燃器附近被卷吸回来的高温烟气中灰渣影响，
探头烧毁、结焦情况严重。

为了解决这个问题，采取了以下措施：
一是对火检探头安装位置进行改造。

安装时应考虑到燃烧器二次风的转向问题。

当燃料风以足够的旋转速度进入炉膛时会使点火火焰随旋转方向偏移，从炉膛内部的上方看，火焰呈逆时针方向旋转，瞄准管应位于燃烧器的左侧。

根据燃烧器的配风情况，瞄准管中心对准火焰中心点。

火检卡涩
火检检查时光纤和内套管抽出后很难插回到原位，致使透镜不能直窥炉膛内，遇到这种情况需将炉墙上固定的外套管顶丝松开，将外套管轻轻向外拉，使挠性部分拉直，此时就很容易将内套管插进到位了。

同时应注意燃烧器摆角和二次风小风门的位置，以免造成火检探头卡涩。

5.火检探头维护的几点注意事项：
1）平时应定期清洁火检透镜。

火检透镜运行时间长，由于高温、积灰、腐蚀等原因，在透
镜表面常形成斑点，严重时就会影响透光，导致火检检不到火。

2）火检光纤运行时间长会变脆，在更换透镜或其它操作时一定要动作轻缓，否则很容易拉断光纤与透镜的连接处，使光纤报废。

另外探头的端盖保持密封，防止飞灰进入内部损坏电路板；航空插头要注意密封，防尘防水，插拔时不可太用力，以免损坏。

3）平时经常检查探头处冷却风量，检查冷却风管是否漏泄、脱落，尤其是新建机组，应防止杂物堵塞风管阀门及其它各部位，防止由于冷却风不足烧毁火检。

4）检修完火检探头回装时应缓慢插入套管，防止火检探头升温过快，凸透镜片和光纤损坏。

6.火检改造后的效果
热控维护人员利用＃1炉小修的机会，对火检系统进行了检查，针对火检探头易烧毁、偷看严重、探头卡涩等问题进行了相应的技术改造，调整了火检的安装位置和安装角度，更换了部分火检探头。

从＃1炉启动到现在的火检运行情况来看，火检的维护量明显减少，火检探头积灰、烧毁情况较轻。

其间＃1炉由于引风机故障甩负荷，磨煤机跳闸，MFT动作，锅炉灭火，后又紧急启动，在此过程中，火检均正确检测无误，保证了锅炉的安全。

7.结束语：
火焰检测器作为锅炉安全监测和保护系统中的重要组成部分，我们在今后的工作中要不断探索COEN火焰检测系统的维护方法，并对其进行技术改造，以保证火焰检测系统的安全、准确、可靠。

以上只是我们维护COEN火焰检测系统的一些心得、体会，在此跟各位同行交流，以期共同提高。