（河北大唐国际唐山热电有限责任公司）
摘要：本文通过对河北大唐国际唐山热电公司300MW×2亚临界供热机组的锅炉火焰检测系统改造案例，详细叙述了哈尔滨中能控制工程有限公司研发的，ZHJZ-IV型火焰检测器系统的工作原理、装置结构、性能，安装调试方法和相关参数的设定。
关键词：炉膛火焰；火焰强度；火焰频率
1、引言
炉膛火焰检测设备是火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）中的关键设备，它的作用贯穿于从锅炉启动至满负荷运行的全过程，依靠FSSS系统连锁功能，停止相应给粉机、磨煤机、燃油总阀或一次风机等的运行，防止炉膛内积聚燃料，异常情况被点燃引起锅炉爆炸恶性事故的发生，因此设备性能即设备运行的可靠性与检测的准确性直接关系到机组的运行安全与稳定性。
我厂300MW锅炉为上海锅炉厂制造1025t/h亚临界压力的自然循环汽包燃煤锅炉。锅炉火焰检测系统为FORNEY-DR6101E （PM系列）火焰检测器系列测量组件，分煤粉检测5层、燃油检测3层每层均4组探头。
2、改造的目的
电厂锅炉的火焰检测和诊断功能，对于锅炉的安全运行有着至关重要的意义。对于燃煤锅炉而言，锅炉燃烧工况的组织和监控对电厂机组的可靠性、安全性和经济性都有一定的影响。燃烧是否稳定就决定了锅炉本身的安全性，燃料在炉膛内悬浮燃烧时，是一种极不稳定的燃烧状态，从而造成各部位受热不均匀。产生的火焰脉动也极易造成炉膛压力波动致使锅炉受损。如果火焰中心偏离设计值，也会造成水冷壁过热器结焦，一起热应力升高造成爆管，或者偏离火焰中心侧由于加热不足破坏炉内水循环，金属应力增加，降低锅炉管路使用寿命。
此外，随着电力行业总体控制经济成本影响，锅炉燃煤成本也逐年减少，燃煤供应种类也是丰富起来。燃煤热量从2000至6000大卡/千克范围变化，火焰燃烧时的强度、频率等重要参数范围变化幅度也随之增大。较早一些火焰检测装置，已不能适应多煤种燃烧变化的要求，需要应用具有适用各种煤型燃烧的火焰测量装置，来保障锅炉燃烧安全稳定运行。本文通过对唐山热电公司1号机组锅炉火焰检测系统升级改造案例解析，介绍哈尔滨中能自动化设备有限公司的ZFDZ-VIII系列炉膛火焰检测系统的应用中的情况。
3、存在的问题
我公司锅炉火焰检测系统为FORNEY-DR6101E PM系列，已连续使用15年。原有的FORNEY组件的为进口产品，采购周期长、费用较高，使用寿命较短，且初始型号已停产。为保证火检信号可靠性，我厂曾经对火检测量探头进行过改造，用过几种国内替代仿造产品，但效果不佳。随着使用周期的增长、火检变送器也故障频发维护量与费用大幅增加，为机组安全运行提供可靠保证，须更换所有火检现场元件及模板。如果不及时更换更耐温的新型产品，极有可能因火检系统故障，导致机组事故停机。
4、ZHJZ-IV型火焰检测器系统介绍
ZHJZ-IV型系列火焰检测器是中能公司开发的第四代智能型火焰检测设备。
4.1火焰检测原理
煤、油或气体燃料的燃烧其实质是燃料化学能以电磁波的形式释放，不同的燃料燃烧过程中的中间产物不完全相同或中间产物的所占比例各不相同，不同的燃烧中间产物所发射的光谱不完全一样，这是选择不同类型火焰检测器依据，不同燃料的光谱分布特性是油火焰含有大量的红外线、部分可见光、和少量紫外线，煤粉火焰含有少量紫外线、丰富的可见光和少量红外线。气体火焰有丰富的紫外线、红外线和较少的可见光，而且对于单只燃烧器火焰，其辐射光谱沿火焰轴线分布是有规律的，例如煤粉锅炉中煤粉燃烧器沿轴线从里至外分为4个区域即预热区、初始燃烧区、安全燃烧区和燃尽区，在初始燃烧区不但可见光较丰富而且能量辐射率变化聚烈，因此火焰检测探头准确对准燃烧器的初始燃烧区是最佳选择。不同燃料燃烧光谱如图1。
ZHJZ-IV型火焰检测器的火焰检测设备是一种间接辐射型可见光式火焰检测设备，它利用燃烧器初始燃烧区域内可见光的亮度和燃料燃烧辐射率的动态变化、火焰包络形状的改变引起的脉动频率来判断火焰的“有”或“无”，是一种双信号处理的火焰检测设备。电压信号通过火焰处理仪的强度处理回路与频率处理回路被分成两路信号：即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脉动或闪烁频率。当强度实时值与频率实时值均高于强度阈值和频率阈值时，有火继电器触点动作，发出有火接点信号，任一条件不满足均发出无火信号。
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对强度信号的处理是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，就是火焰的强度判定条件成立。
频率的处理实际上是对火焰信号波动部分的处理，这部分的处理相对要复杂一些。这是因为频率信号包含信号的频谱、带宽、峰—峰值等参数，所以要对这部分信号进行滤波、变换，从中提取火焰的燃烧特征。当实时频率和强度皆高于设定的阈值时，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。为了避免发灭火信号提高火焰检测器的可靠性，一般的火焰检测器都加1至5秒的延时。但延时的大小很难确定，因为延时小了难免误动，延时太大又会降低保护动作的灵敏性，甚至引起拒动。火检处理仪专门设计了一种反时限特性的延时机构。使无火延时的大小取决于灭火前的强度频率的变化速率。从而提高了火焰检测的可靠性、准确性。
火检探头的输入光信号与输出电流信号之间、火检处理仪的输入电流信号与输出实时百分比值之间均为反比关系，也就是说输入光信号越强输出电流信号越弱，输入电流信号越小则输出的实时百分比值越大。
5、改造方案
锅炉火焰检测系统分煤粉检测5层、燃油检测3层每层均4组探头，共有双通道变送器16个、电源模块4个、现场探头32个，机柜1台。对锅炉火焰检测进行升级改造。将现场探头FORNEY测量组件拆除（外套管、内套管、光纤、探头、冷却风软管等），在原位置安装哈中能的ZFDZ-VIII探头组件，信号电缆不换。火检机柜不换，端子排不换，端子排以内排线、FORNEY火检放大装置、电源模块、背板拆除，安装哈中能ZFDZ-VIII系列架构控制板件。拆除现有火焰检测器设备，包括火检探头、火检处理仪。火检冷却风系统保留不变，中能公司确认现有管路系统、冷却风机的容量能够满足改造后32路火检探头对冷却风流量、压力的要求。整套系统的火检电缆接线由中能公司完成并提供施工工程图纸。火检屏布置在#2机组12.6米平台火检小间内，火检探头信号经端子箱转接至火检屏。探头采用内窥式安装方式，按照一对一配置。
6、小结
通过此次升级改造，减少了因煤质变换炉膛火焰检测失常，而引发的磨煤机跳闸与MFT异常事件，从而保障了锅炉稳定运行与机组安全。
参考文献
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