新型微油點(diǎn)火一體化可見光火焰檢測(cè)探頭應(yīng)用分析

引言

神華勝利電廠新建工程項(xiàng)目2×660Mw超超臨界機(jī)組的鍋爐等離子煤粉點(diǎn)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(diǎn)火油燃燒加熱的方案,在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)利用微油油槍點(diǎn)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(diǎn)火油槍配套某進(jìn)口火焰檢測(cè)裝置,每臺(tái)爐共計(jì)8只。在機(jī)組初次調(diào)試運(yùn)行過程中,其在著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測(cè)有火信號(hào)消失的現(xiàn)象,導(dǎo)致點(diǎn)火失敗,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。本文在進(jìn)口火焰檢測(cè)探頭的基礎(chǔ)上,對(duì)微油點(diǎn)火啟動(dòng)及點(diǎn)火燃燒時(shí)的著火狀況進(jìn)行研究,討論新型一體化可見光火焰檢測(cè)探頭的設(shè)計(jì)原理、檢測(cè)方式,分析影響火焰檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素,進(jìn)而對(duì)微油點(diǎn)火配套的火焰檢測(cè)提出要求,達(dá)到提高火焰檢測(cè)準(zhǔn)確性和保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(tái)爐共計(jì)設(shè)置2套,每套安裝4只微油點(diǎn)火油槍。

圖1冷爐制粉裝置油槍布置示意圖

火焰檢測(cè)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(tái)爐共計(jì)8個(gè)一體化可見光火檢探頭?；饳z探頭檢測(cè)器將檢測(cè)信號(hào)先送至微油點(diǎn)火就地控制柜,再送至機(jī)組DCs系統(tǒng),參與微油點(diǎn)火系統(tǒng)的邏輯保護(hù)。

因冷爐制粉在運(yùn)行過程中且著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測(cè)有火信號(hào)消失的情況,導(dǎo)致點(diǎn)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(diǎn)火一體化可見光火焰檢測(cè)探頭,主要更換了探頭、光纖、檢測(cè)器及配套預(yù)制電纜,供電及信號(hào)接口均相同。更換完成后火焰檢測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確,保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2一體化可見光火焰檢測(cè)介紹

2.1工作原理

油、煤或氣體燃燒時(shí),會(huì)發(fā)出具有各自特性的光譜,包含了火焰燃燒的亮度、脈動(dòng)等特征。不同燃料燃燒時(shí),光譜成分有明顯區(qū)別,例如煤、油燃燒時(shí)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(shí)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(cè)元件不但能保證火焰的準(zhǔn)確檢測(cè),還能在很大程度上避免對(duì)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(gè)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(huì)出現(xiàn)判斷不穩(wěn)定的問題。一體化火焰檢測(cè)器正是針對(duì)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(cè)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(hào)。

同時(shí)一體化火焰檢測(cè)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(shí)切換到相應(yīng)的文件即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的有火判斷。當(dāng)燃料燃燒時(shí),其中燃燒區(qū)亮度較高,并且有豐富的脈動(dòng)成分,是進(jìn)行火焰檢測(cè)的理想?yún)^(qū)域。

一體化火焰檢測(cè)器對(duì)火焰燃燒區(qū)的火焰信號(hào)進(jìn)行采集,然后將其中的亮度和脈動(dòng)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(duì)亮度和脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集后,通過實(shí)時(shí)計(jì)算和FFT變換提取出火焰燃燒的8個(gè)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(gè)燃燒特征量,每個(gè)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(shí)現(xiàn)可完全定制的有火邏輯判斷。

可見光火焰檢測(cè)器是通過檢測(cè)火焰發(fā)光亮度及脈動(dòng)特性進(jìn)行有火/無火判斷的一種火焰檢測(cè)裝置。它利用油、煤燃燒時(shí)輻射出的具有脈動(dòng)的光譜成分,經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后成為電壓信號(hào),然后分別對(duì)亮度及脈動(dòng)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(jì)特點(diǎn)

(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(gè)特征量的有火邏輯及兩個(gè)特征量的整體邏輯均可自由選擇。

(3）具有4個(gè)可選編程文件,可存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)不同判斷方式的轉(zhuǎn)換。

(5）提供2個(gè)參考文件,對(duì)于一般應(yīng)用僅需設(shè)置幾個(gè)參數(shù)即可簡(jiǎn)單使用。

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

(7）采用動(dòng)態(tài)菜單,自動(dòng)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(hào)信息非常豐富,火焰檢測(cè)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(hào)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(diǎn)

一體化可見光火檢設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單緊湊,分體式火檢需要另外設(shè)置安裝火焰信號(hào)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(hào)處理器均設(shè)置在就地需要檢測(cè)的設(shè)備位置,火焰信號(hào)處理器直接將檢測(cè)信號(hào)送至上級(jí)處理系統(tǒng),系統(tǒng)組成簡(jiǎn)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(cè),在鍋爐冷爐制粉裝置中微油點(diǎn)火配套設(shè)計(jì)專用的一體化可見光火檢適應(yīng)了特殊點(diǎn)火裝置的需要,可以有效解決常規(guī)火檢在微油點(diǎn)火過程中出現(xiàn)的問題。

3導(dǎo)致微油點(diǎn)火火焰檢測(cè)不穩(wěn)定的因素

鍋爐冷爐制粉裝置設(shè)計(jì)的微油點(diǎn)火裝置為內(nèi)部燃燒方式,火焰檢測(cè)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(diǎn)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(cè)的工作環(huán)境產(chǎn)生了明顯的變化。

導(dǎo)致火焰信號(hào)檢測(cè)不穩(wěn)定的因素主要包括以下3個(gè)方面:火檢探頭的設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)構(gòu)問題

鍋爐冷爐制粉裝置配套微油點(diǎn)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(cè)燃燒器噴口火焰,而微油點(diǎn)火裝置中的火檢探頭前端與微油點(diǎn)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(cè)不準(zhǔn)確。

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

3.2火檢探頭的安裝位置問題

微油點(diǎn)火裝置中的火檢探頭安裝空間狹窄,火焰檢測(cè)探頭與燃燒區(qū)域的距離差異、火焰檢測(cè)探頭安裝的角度不同及油槍點(diǎn)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(duì)火焰檢測(cè)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(cè)器是通過檢測(cè)火焰發(fā)光亮度及脈動(dòng)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(shí),燃料著火區(qū)域無遮擋,燃料燃燒充分,火焰檢測(cè)探頭可檢測(cè)區(qū)域面積大,采集的有效信息有保證:而微油點(diǎn)火裝置中的火焰燃燒體積小,火焰檢測(cè)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(cè)火焰狀態(tài)穩(wěn)定性的另一個(gè)因素。

4采取的改進(jìn)措施

4.1優(yōu)化探頭設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

基于以往施工工程的調(diào)試和運(yùn)行情況,對(duì)火焰檢測(cè)探頭光纖的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),主要目的是增大火焰檢測(cè)探頭與目標(biāo)燃燒區(qū)域的檢測(cè)視角,進(jìn)而提高火焰檢測(cè)探頭的采光量,確保火焰檢測(cè)探頭對(duì)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(shí)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(diǎn)火裝置內(nèi)部的尺寸,以增大火檢探頭檢測(cè)視角,提高檢測(cè)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(duì)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(duì)火檢檢測(cè)器及對(duì)應(yīng)回路的接線進(jìn)行檢查,看是否有松動(dòng)的情況。

5結(jié)語

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