（大唐西安热电厂 陕西西安 710302）
摘要：本文通过大唐某热电厂2号机组锅炉火焰检测系统的改造实例，从硬件和软件两方面分析了ZHJZ型火焰检测系统的特点,验证了国产火检设备的稳定性和安全性，是推进国产设备的一次有益尝试。
关键词：火焰检测；FSSS；国产
1.前言
火焰检测设备是火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System,简称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，用于判定全炉膛内或单元燃烧器火焰的建立或熄灭，它的误判断可能产生锅炉灭火、“打炮”等严重后果，所以对其设备的选择和改动是审慎、渐进的过程。
大唐某热电厂装机容量2ⅹ300MW，锅炉配置5台中速直吹式磨机，四角切圆燃烧方式，配置AB、BC、DE油层及微油点火装置。 FSSS系统装配UR600型火焰检测设备，在8年的运行时间中出现过各类异常状况，为深入分析和对比， 将E煤层和DE油层火检，更换为ZHJZ-Ⅳ型。使用两年时间以来，整体效果良好，为火焰检测设备整体升级换型打下良好基础。
2.火焰检测原理
2.1 燃烧火焰具有多种特性，如发热程度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光谱及火焰的脉动或闪烁现象、差压、音响等，均可用来检测火焰的“有”或“无”。
以煤、油作为燃料的锅炉在燃烧过程中会辐射红外线（IR）、可见光和紫外线（UV），而不同种类的燃料，其燃烧火焰辐射的光线强度分布不同，相应采用的火焰检测元件也会不一样。
一般来说，煤粉火焰中除了含有不发光的CO2和水蒸汽等三原子气体外，还有部分灼热发光的焦碳粒子和炭粒，它们辐射较强的红外线、可见光和一些紫外线，而紫外线往往容易被燃烧产物和灰粒等吸收很快减弱，因此煤粉燃烧火焰宜采用可见光或红外线检测器。
在暖炉油火焰中，除了有一部分CO2和水蒸汽外，还存在大量的发光碳黑粒子，它也能辐射较强的可见光、红外线和紫外线，因此可采用对这三种火焰较敏感的检测元件来测量。
2.2 所有的火焰均呈脉动变化，燃煤与燃油的多燃烧器炉膛在“有火”或“无火”时的火焰闪烁频率不同。在低频范围（10-20Hz），煤粉火焰与油火焰判断“有火”或“无火”之间闪烁强度差异量都很小，而在较高频率（100-300Hz），煤粉火焰和油火焰则可轻易判断“有火”或“无火”。
火焰检测器就是利用火焰的闪烁频率和光强度来鉴别火焰有无的。对燃煤或燃油锅炉推荐采用检测火焰闪烁高频分量的可见光火检器或红外线火检器。
3. ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器系统构成
ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器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。
3.1它的主要系统组成
3.1.1光纤导光管部件。炉膛火焰通过视角为3°-5°透镜，再经过长度为1.5-2m的光纤，将火焰信号送到锅炉墙外的探头板上。光纤传输的光电信号直接照射到光电管，由于光电二极管输出的电流是光信号的对数关系，故在此采用了对数放大器，使转换后的电流信号与光信号成线性关系。
然后通过四芯屏蔽电缆将电流信号送至电子设备间处理器机架。
3.1.2一体化火焰检测器。本部分包括探头板的光电转换电路、信号线性放大电路、微处理器系统及输入输出接口电路。作用是：把光纤传递来的火焰光强度信号和闪烁光信号通过光电转换电路变成电流信号，再把电流信号转换成电压信号，通过放大器线性放大整形变成标准电压信号。这里对电压信号进行了强度检测、频率检测和故障检测。
3.1.2.1强度检测回路。首先对强度信号的高限和低限进行设定，当火焰的强度信号超过高限设定值时，强度允许信号即有输出。反之，低于低限设定值时则没有输出。适当提高高限值以提高火焰鉴别能力，设置较低的低限值以保证有足够的灵敏度。
3.1.2.2频率检测回路。电压信号经交流放大器和触发器后转换成一系列方波脉冲，该脉冲信号的频率随火焰信号的频率而变，它与可调的内部设定频率进行比较。当火焰信号频率高于设定频率时，鉴频器输出“频率允许”信号，反之没有输出。这一功能在煤、油混合燃烧工况时发挥作用。煤燃烧的火焰频率约为10Hz，油燃烧的火焰频率为30Hz，若要鉴别油枪的火焰，尽管检测器探头对准油枪火焰，但炉膛背景火焰为煤粉燃烧火焰不可避免被摄取，此时采用高通滤波器将低频分量滤去，就可容易地获取油燃烧火焰信号。
3.1.2.3故障检测回路。当探头、信号传送电缆或光电转换电路出现故障时，检测回路的输入信号就会高于高限值或低于低限值，回路将输出高电平，故障报警指示灯亮，“有火”信号被闭锁。
3.1.3冷却风装置。本部分包括：风机、导风软管等。主要作用是通过送入冷风散热来保护光导纤维、玻璃平镜和凸透镜等元件，同时防止锅炉燃烧时的烟气灰尘对镜头的污染，保证探头可视区域清晰。
4.ZHJZ-Ⅳ型火焰检测系统特性
4.1独特的学习功能。提供了一种自动动态调试的手段，将人工动态数据记录过程改由火检处理卡件自动来完成。每个燃烧器投运时进行有火学习，停运时进行无火学习，将这个闭环学习过程中采集到的数据按照经验算法分析处理， 求出相应燃烧器有火条件的强度阈值和频率阈值。
4.1动态的反延时功能。炉膛燃烧中，有时出现偶尔的扰动或“黑龙”的影响，火焰的强度或频率会短时间低于阈值。为了避免误发灭火信号， ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器设计了一种反时限特性的延时机构。当火焰的强度、频率值以高速率降至阈值以下时，延时时间长一些，因为这时炉内有足够的能量支持燃烧，不会达到真正灭火的状态；当火焰的强度、频率缓慢地降至阈值时，说明火焰的支持能量较小，延时时间就要短一些，以防止拒动。
5.完善与优化
在ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器使用中，进行了部分DCS逻辑优化。尽管在煤、油火焰的鉴别上，火焰检测毫无问题，但受相邻的D煤层煤燃烧器火焰影响，偶尔还是有“偷看”现象。所以在控制逻辑中加入“E煤层投运”作为判断E层有火的条件。
6.结束语
ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器在大唐某热电厂的成功应用，说明了国产火检设备在激烈的市场竞争中已经迎头赶上，技术水平达到或超过国外同类产品。随着中国制造业的科技发展，最终将逐步实现国产替代。
参考文献
[1]高伟主编.计算机控制系统.北京：中国电力出版社，2000.
[2]叶岩松主编.ZHJZ-Ⅳ型火焰检测器系统用户手册. 2009.
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[4]中国大唐集团公司提高火电厂主设备热工保护及自动化装置可靠性指导意见.北京.2009.