提升鍋爐火焰檢測系統運行穩定性的實踐

張國政，閔 浩，陳光輝，林 羽

（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅嘉峪關 735100）

前言

酒泉鋼鐵（集團）宏晟電熱有限責任公司熱電分公司2×350 MW 機組配備鍋爐火焰檢測系統，運行時，鍋爐火焰檢測系統頻繁發生火檢信號波動現象，影響爐膛安全監控系統（簡稱FSSS）安全運行。

1 系統簡介

1.1 火焰檢測系統工作原理

2×350 MW 機組鍋爐火焰檢測系統通過火焰檢測器外導管內部的火檢光纖對鍋爐火焰燃燒工況進行檢測，由火檢光纖傳導火焰光強度、頻率信號至火焰檢測器?；鹧鏅z測器根據火檢光纖傳輸的火焰強度及頻率信號進行火焰檢測，其中火焰強度信號代表火焰的亮度、火焰頻率信號代表火焰的閃爍度，且火焰頻率信號包含火焰信號的頻譜、帶寬、峰峰值等參數，火焰的頻率信號大約為1～200 Hz，而爐膛內焦渣及灰粉發光的頻率不超過2 Hz，因此對頻率信號的頻譜分析可以確定是否存在火焰。火焰檢測器根據火焰的燃燒特性對燃燒工況進行實時檢測，從而判斷火焰的“有”或“無”，并輸出火檢信號至DCS 系統進行FSSS 系統監視、保護。［1］火焰檢測器控制原理圖見圖1。

圖1 火焰檢測器控制原理圖

1.2 火焰檢測系統檢測原理

（1）2×350 MW 機組鍋爐火焰檢測系統的火檢光纖設計長度為3 570 mm、直徑為2.5 mm，火檢光纖直接安裝于火焰檢測器外導管內，火檢光纖前端通過卡箍與外導管內卡扣固定，且火焰檢測外導管與燃燒器中心線相交角度在5°～10°之間，火檢光纖頭部直接與爐膛燃燒系統接觸，并檢測鍋爐火焰的初始燃燒區，從而獲得爐膛燃燒工況的最佳檢測效果［2］，火檢光纖檢測鍋爐燃燒工況示意圖見圖2。

圖2 火檢光纖檢測鍋爐燃燒工況示意圖

（2）2×350 MW 機組鍋爐火焰檢測系統的火檢光纖頭部設置了固定卡箍，通過火檢光纖外護管頭部設置的卡扣，防止火檢光纖伸入爐膛內（見圖3）。外護管內部通入冷卻風進行冷卻，防止火檢光纖燒損，實現對鍋爐燃燒工況的實時檢測。

圖3 火檢光纖與其內導管

2 火檢系統運行中存在問題及原因分析

2.1 火檢系統運行中存在的問題

（1）鍋爐運行過程中頻繁發生火檢信號波動、消失的現象，從而影響火焰檢測系統對鍋爐燃燒工況檢測，以致影響鍋爐FSSS系統安全穩定運行。通過對火檢信號波動、消失原因的檢查，確認80%的故障為火檢光纖頭部燒焦引起，其他為火檢光纖頭部積灰所致。［3］

（2）鍋爐運行過程中，由于火檢光纖頭部頻繁燒損，導致火檢光纖備件消耗量增大，從而造成火檢系統備件投入費用增加，進而增加機組運行成本。

（3）鍋爐運行過程中頻繁發生火檢信號波動、消失的現象，需要檢修維護人員解除鍋爐FSSS保護進行處理，不僅增加檢修維護人員的工作量，并嚴重影響鍋爐FSSS系統安全穩定運行。

2.2 火檢系統頻發故障原因分析

（1）火檢光纖卡箍與火焰檢測器外導管間隙較小，影響火檢光纖冷卻風對火檢光纖頭部的冷卻效果，從而造成火檢光纖頭部燒損加劇。

（2）火檢光纖截面直徑為2.5 mm，長期運行在鍋爐高溫火焰及煙氣環境中，造成火檢光纖頭部燒損加劇。

（3）火檢光纖頭部直接與爐膛高溫煙氣接觸，由于鍋爐高溫火焰及煙氣的燒烤，造成火檢光纖頭部頻繁燒損。

3 提升鍋爐火焰檢測系統穩定性

結合2×350 MW 機組鍋爐火焰檢測系統穩定運行的工況，對以下設備檢測方式進行優化，達到提升火檢系統穩定性的目標。

（1）對火焰檢測器外導管進行改造，增大火檢光纖外護管直徑，提高火檢光纖頭部冷卻風流量，從而降低火檢光纖運行溫度，進而降低火檢光纖頭部運行溫度。

（2）更換截面直徑2.5 mm 的火檢光纖為截面直徑不小于5 mm的火檢光纖，增大火檢光纖的檢測截面積，不僅提高鍋爐火焰檢測的靈敏度、可靠性，同時降低火檢光纖截面的燒損頻率。

（3）在火檢光纖外護管頭部加裝耐高溫的云母片檢測裝置（見圖4），由于云母片耐高溫性能遠高于火檢光纖的耐高溫性能，不僅避免火檢光纖頭部直接與鍋爐火焰及煙氣接觸，而且不影響火檢光纖對鍋爐燃燒工況的檢測，在減少火檢光纖頭部燒損頻率的條件下，確保鍋爐燃燒工況檢測的可靠性。

（4）提升鍋爐火焰檢測系統穩定性后，不僅解決了火檢光纖頭部頻繁燒損的問題，而且進一步提升了對鍋爐燃燒工況的可靠檢測，使得鍋爐火焰檢測系統設備穩定性大幅提高。鍋爐火焰檢測系統改造前后對比見表1，實踐后每個月的故障次數由原來的19次減少到8次，火焰檢測強度由97.8%提高到99.7%。

表1 鍋爐火焰檢測系統改造前后對比

圖4 火檢光纖與其內導管及云母片檢測裝置

4 結束語

針對鍋爐火焰檢測系統運行穩定性問題，本文詳細說明了火焰檢測系統工作原理，從火焰檢測系統運行中存在問題出發進行了針對性分析，開展了提升鍋爐火焰檢測系統穩定性的實踐，實踐結果具有借鑒意義。