新型微油點火一體化可見光火焰檢測探頭應(yīng)用分析

引言

神華勝利電廠新建工程項目2×660Mw超超臨界機(jī)組的鍋爐等離子煤粉點火裝置中的冷爐制粉裝置安裝在鍋爐兩側(cè)的熱一次風(fēng)母管上,冷爐制粉裝置采用加裝微油油槍點火油燃燒加熱的方案,在鍋爐冷態(tài)啟動時利用微油油槍點燃油槍噴出的空氣霧化燃油,通過油的燃燒產(chǎn)生熱量將磨入口熱風(fēng)加熱到制粉系統(tǒng)出口需要的溫度。

該機(jī)組冷爐制粉裝置微油點火油槍配套某進(jìn)口火焰檢測裝置,每臺爐共計8只。在機(jī)組初次調(diào)試運行過程中,其在著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測有火信號消失的現(xiàn)象,導(dǎo)致點火失敗,影響系統(tǒng)正常運行。本文在進(jìn)口火焰檢測探頭的基礎(chǔ)上,對微油點火啟動及點火燃燒時的著火狀況進(jìn)行研究,討論新型一體化可見光火焰檢測探頭的設(shè)計原理、檢測方式,分析影響火焰檢測準(zhǔn)確性的因素,進(jìn)而對微油點火配套的火焰檢測提出要求,達(dá)到提高火焰檢測準(zhǔn)確性和保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。

1神華勝利電廠冷爐制粉裝置火檢系統(tǒng)組成

冷爐制粉裝置設(shè)置在鍋爐兩側(cè)的熱一次風(fēng)母管上（圖1）,每臺爐共計設(shè)置2套,每套安裝4只微油點火油槍。

圖1冷爐制粉裝置油槍布置示意圖

火焰檢測探頭沿油槍軸向插入,火檢探頭長度約為3m,采用DC24V的供電方式,每臺爐共計8個一體化可見光火檢探頭?；饳z探頭檢測器將檢測信號先送至微油點火就地控制柜,再送至機(jī)組DCs系統(tǒng),參與微油點火系統(tǒng)的邏輯保護(hù)。

因冷爐制粉在運行過程中且著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測有火信號消失的情況,導(dǎo)致點火失敗,根據(jù)出現(xiàn)的問題,目前已將原探頭更換為新型微油點火一體化可見光火焰檢測探頭,主要更換了探頭、光纖、檢測器及配套預(yù)制電纜,供電及信號接口均相同。更換完成后火焰檢測信號準(zhǔn)確,保證了系統(tǒng)正常運行。

2一體化可見光火焰檢測介紹

2.1工作原理

油、煤或氣體燃燒時,會發(fā)出具有各自特性的光譜,包含了火焰燃燒的亮度、脈動等特征。不同燃料燃燒時,光譜成分有明顯區(qū)別,例如煤、油燃燒時發(fā)出大量的可見光和紅外線,僅有少量紫外線:氣體燃燒時則含有大量的紫外線和紅外線,僅有少量可見光。選用合適的檢測元件不但能保證火焰的準(zhǔn)確檢測,還能在很大程度上避免對其他燃料火焰的偷看問題。由于國內(nèi)的煤種比較復(fù)雜,受各種因素的限制,往往同一個電廠的煤種也很難保持不變,這就造成目前國內(nèi)電廠鍋爐燃燒情況比較復(fù)雜多變。在這種情況下,傳統(tǒng)的單一判據(jù)的火檢就可能會出現(xiàn)判斷不穩(wěn)定的問題。一體化火焰檢測器正是針對這種情況而推出的綜合型火檢,通過合理地配置有火判斷參數(shù)和判斷條件,一體化火焰檢測器可以適應(yīng)復(fù)雜多變的燃燒情況,保證穩(wěn)定地發(fā)出有火信號。

同時一體化火焰檢測器還具有文件選擇功能和多種文件切換方式,用戶可以根據(jù)常用的幾種煤種或油燃料制訂相應(yīng)的文件,在燃料變化時切換到相應(yīng)的文件即可實現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的有火判斷。當(dāng)燃料燃燒時,其中燃燒區(qū)亮度較高,并且有豐富的脈動成分,是進(jìn)行火焰檢測的理想?yún)^(qū)域。

一體化火焰檢測器對火焰燃燒區(qū)的火焰信號進(jìn)行采集,然后將其中的亮度和脈動成分分別進(jìn)行程控放大和濾波,最終送入CPU進(jìn)行處理。CPU對亮度和脈動信號進(jìn)行采集后,通過實時計算和FFT變換提取出火焰燃燒的8個特征量,供有火判斷使用。有火判斷采用組態(tài)方式,用戶可自由選擇1～2個燃燒特征量,每個特征量的有火邏輯和整體的有火邏輯均可自由選擇,最終實現(xiàn)可完全定制的有火邏輯判斷。

可見光火焰檢測器是通過檢測火焰發(fā)光亮度及脈動特性進(jìn)行有火/無火判斷的一種火焰檢測裝置。它利用油、煤燃燒時輻射出的具有脈動的光譜成分,經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后成為電壓信號,然后分別對亮度及脈動成分進(jìn)行濾波放大后送入CPU,CPU通過用戶選擇的判斷條件判斷火焰是否存在。

2.2設(shè)計特點

(1）可從8種火焰燃燒特征量中選擇1～2種作為有火判斷依據(jù)。

(2）每個特征量的有火邏輯及兩個特征量的整體邏輯均可自由選擇。

(3）具有4個可選編程文件,可存儲4種不同的判斷方式,支持文件復(fù)制。

(4）可通過硬接線遠(yuǎn)程控制文件切換,實現(xiàn)不同判斷方式的轉(zhuǎn)換。

(5）提供2個參考文件,對于一般應(yīng)用僅需設(shè)置幾個參數(shù)即可簡單使用。

(6）具有2路開關(guān)量輸入,可實現(xiàn)多種功能擴(kuò)展。

(7）采用動態(tài)菜單,自動屏蔽無關(guān)內(nèi)容,方便操作,設(shè)置菜單具有密碼保護(hù)。

2.3火焰燃燒特征量

火焰燃燒區(qū)的火焰信號信息非常豐富,火焰檢測器可以從中提取8種火焰燃燒特征量供有火判斷使用,每種特征量的標(biāo)號及含義如表1所示。

2.4一體化可見光火檢參數(shù)

一體化可見光火檢參數(shù)如表2所示。

2.5一體化可見光火檢應(yīng)用特點

一體化可見光火檢設(shè)計簡單緊湊,分體式火檢需要另外設(shè)置安裝火焰信號處理器的控制柜,系統(tǒng)較為復(fù)雜。一體化可見光火檢探頭、光纖及火焰信號處理器均設(shè)置在就地需要檢測的設(shè)備位置,火焰信號處理器直接將檢測信號送至上級處理系統(tǒng),系統(tǒng)組成簡單,檢修維護(hù)方便。

一體化可見光火檢主要應(yīng)用于鍋爐煤粉燃燒器和油燃燒器的火焰檢測,在鍋爐冷爐制粉裝置中微油點火配套設(shè)計專用的一體化可見光火檢適應(yīng)了特殊點火裝置的需要,可以有效解決常規(guī)火檢在微油點火過程中出現(xiàn)的問題。

3導(dǎo)致微油點火火焰檢測不穩(wěn)定的因素

鍋爐冷爐制粉裝置設(shè)計的微油點火裝置為內(nèi)部燃燒方式,火焰檢測探頭沿微油油槍軸向插入,不同于鍋爐煤粉燃燒器或者大油槍油燃燒器的火檢,煤粉燃燒器或者油燃燒器的著火火焰位于燃燒器噴口,通過安裝在煤粉燃燒器或者油燃燒器附近的火檢,以一定的角度采集燃燒器噴口火焰正常工況下著火最明亮的區(qū)域信息,而微油點火裝置著火火焰位于裝置內(nèi)部,裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,火焰檢測的工作環(huán)境產(chǎn)生了明顯的變化。

導(dǎo)致火焰信號檢測不穩(wěn)定的因素主要包括以下3個方面:火檢探頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)、火檢探頭的安裝位置、燃燒區(qū)域的火焰狀態(tài)。

3.1火檢探頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)問題

鍋爐冷爐制粉裝置配套微油點火裝置中的火檢探頭不同于燃煤鍋爐的火檢裝置,燃煤鍋爐火檢探頭前端可直接檢測燃燒器噴口火焰,而微油點火裝置中的火檢探頭前端與微油點火油燃燒區(qū)域有機(jī)械件遮擋,進(jìn)入探頭的光通量大幅減少,有可能造成火焰檢測不準(zhǔn)確。

火焰檢測探頭對火焰信號的采集先是通過光纖前端的石英鏡片,再通過光纖將信號送至火焰檢測探頭后端的處理器,而本項目微油點火裝置配套火焰檢測探頭長度為3m,這就對光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。

3.2火檢探頭的安裝位置問題

微油點火裝置中的火檢探頭安裝空間狹窄,火焰檢測探頭與燃燒區(qū)域的距離差異、火焰檢測探頭安裝的角度不同及油槍點火噴油產(chǎn)生的擴(kuò)散油霧問題等因素中的一種或者幾種疊加,必然對火焰檢測的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利影響。

3.3燃燒區(qū)域的火焰狀態(tài)問題

可見光火焰檢測器是通過檢測火焰發(fā)光亮度及脈動特性進(jìn)行分析判斷的,因此燃燒區(qū)域火焰狀態(tài)的穩(wěn)定性也是影響火檢探頭火焰信息采集的因素之一。

當(dāng)鍋爐煤粉燃燒器或油燃燒器燃料自噴口噴出時,燃料著火區(qū)域無遮擋,燃料燃燒充分,火焰檢測探頭可檢測區(qū)域面積大,采集的有效信息有保證:而微油點火裝置中的火焰燃燒體積小,火焰檢測探頭受安裝空間影響可采集的有效火焰區(qū)域有限,這也是影響檢測火焰狀態(tài)穩(wěn)定性的另一個因素。

4采取的改進(jìn)措施

4.1優(yōu)化探頭設(shè)計結(jié)構(gòu)

基于以往施工工程的調(diào)試和運行情況,對火焰檢測探頭光纖的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),主要目的是增大火焰檢測探頭與目標(biāo)燃燒區(qū)域的檢測視角,進(jìn)而提高火焰檢測探頭的采光量,確?；鹧鏅z測探頭對燃燒火焰信息采集的"數(shù)量"和"質(zhì)量"滿足要求。

4.2合理調(diào)整火檢探頭的安裝位置

結(jié)合神華勝利電廠的實際情況及原使用的進(jìn)口火檢的安裝方式,調(diào)整火檢探頭前端深入微油點火裝置內(nèi)部的尺寸,以增大火檢探頭檢測視角,提高檢測靈敏度,并嚴(yán)格控制火檢探頭前端與燃燒區(qū)域的安裝角度。

4.3做好必要的檢查和維護(hù)

定期檢查火檢冷卻風(fēng)的通風(fēng)效果,看是否有堵塞及漏風(fēng)的情況:定期對火檢探頭光纖進(jìn)行檢查,看是否有光纖采光面高溫脫落的情況:定期對火檢檢測器及對應(yīng)回路的接線進(jìn)行檢查,看是否有松動的情況。

5結(jié)語

新型一體化可見光火焰檢測探頭能有效解決冷爐制粉裝置配套的微油點火火檢檢測不準(zhǔn)確的問題,能夠真實反映油槍燃燒區(qū)域的著火狀況,避免了火檢信號誤發(fā)造成油角閥關(guān)閉及系統(tǒng)停運的問題,保證了鍋爐啟動過程中冷爐制粉系統(tǒng)的正常運行,確保了機(jī)組的順利投運。因此,新型一體化可見光火焰檢測技術(shù)完全可以在微油點火裝置上使用,并且可以推廣。