美国Forney公司火焰检测器及其应用.doc

美国Forney公司火焰检测器及其应用包春雨（淮北国安电力有限公司，安徽淮北235106） 摘要：为防止炉膛爆炸，大容量机组的锅炉均装设锅炉灭火保护装置，但是如何选用安全可靠的火焰检测装置，将直接关系到炉膛和整个机组的安全经济运行。为此，以美国Forney火焰检测系统为例，介绍它在淮北二电厂的安装、使用和维护方面的一些经验，供同行借鉴。 关键词：Forney火焰检测器；锅炉；燃烧器；火焰检测系统是炉膛安全监控系统中的一个十分重要的组成部分。该系统可靠与否，直接关系到炉膛的安全运行。淮北二电厂炉膛火焰检测系统采用美国Forney公司生产的内窥式数字剖面火焰监测器（Digital Profile Detector，以下简称DPD火检）。它采用了微处理技术和专用软件，用于鉴别单燃烧器或多燃烧器燃烧环境中的目标火焰。锅炉炉膛每个火焰都有独特的剖面特性，就如同人的“指纹”一样。在“学习”模式下，DPD火检装置对目标火焰交流信号的频谱进行实时分析，以确定被监测火焰的类型（如本燃烧器有火、相邻燃烧器窜火、背景火焰或无火）和火焰频谱的特定剖面形状，建立数学模型；在“运行”模式下，DPD火检装置则不断地将目标火焰信号与建立的数学模型进行比较，从而对火焰的有无作出准确可靠的判断。1淮北二电厂火焰检测系统构成淮北二电厂2300 MW机组的锅炉为DG10251834型亚临界自然循环汽包锅炉，一次再热、单炉膛、平衡通风、半露天型布置，点火及助燃油为0号柴油。机组采用钢球磨中储式制粉系统，用热一次风送粉；燃烧器为直流式四角切圆布置，有A，B，C，D，E五层，另有AB，BC，DE三层点火油枪，八层辅助二次风，顶层有一层燃尽风，其下面是两层三次风（制粉系统乏气），每层煤粉燃烧器都配有周界风。淮北二电厂DCS采用美国西屋WDPFII型控制系统，具有DAS，CCS，SCS，BMS，DEH和BFPT等主要功能。淮北二电厂火焰检测系统主要包括DPD火检探头和DP7000火检放大器两部分，其中DPD火检探头组件由外套管、内套管、瞄准透镜（0）、瞄准管和光纤等组成；DP7000火检放大四层布置插槽，装有32块DP7000火检放大卡，分别对应32个DPD火检探头，其面板上有代表火焰强度的0250范围内的数码显示（对应420 mA输出），“有火”指示灯和4个编程触摸键。在火检柜上还装有5个24 V直流25 A电源卡，其中4个分别为每一层放大卡件和探头供电，另一个备用。通常，炉膛内燃料燃烧产生的可见光穿过炉膛内的瞄准透镜落到光导纤维的端部，光导纤维将光信号传送到安装在锅炉外部的DPD火检探头内。探头将可见光转换成数字脉冲信号，通过一根8芯屏蔽电缆传送到电子间的火检放大卡当中。在DP7000放大卡内部，该火焰脉冲分别转换成420 mA模拟量信号和无源开关量信号并通过盘间电缆送往DCS。模拟量信号通过QAW卡作0100CRT棒状图显示，开关量信号通过QCI卡用于判断有火、无火作投油投粉和MFT的逻辑之用。原理部分详见图1。探头组件通过挠性金属管与刚性金属管连接，用于保护从透镜到DPD火检探头之间传递光信号的光导纤维，刚性管同时与冷却风相连。DPD火检探头冷却风由两台冷却风机提供（Forney供货），通常只需一台冷却风机投入运行，另一台热备用。冷却风压低报警值为549 kPa，导致MFT动作的定值是低于4 kPa（延时10 s）。冷却风经过刚性导管、挠性导管，最后经过瞄准透镜和瞄准管排入炉膛。冷却风是探头部分正常工作不可缺少的，它的作用有两方面：一是使瞄准透镜得到冷却；二是使透镜保持清洁。探头的外套管主要起到固定和安装内套管的作用。2淮北二电厂火检运行参数整定21DPD火检探头有关参数 DPD火检探头有关参数见表1。22DPD火检放大卡有关参数DPD火检放大卡有关参数见表2。3DPD火检探头的几个特点31智能显示用于快速设置、精确瞄准以及火焰信号显示。八位连续滚动的LED能提供DPD火检装置所有设定值和火焰状况的瞬时读数显示（Flame onoff）。32编程简单可靠探头背后的三个按钮和LED视窗可使用户直接对火检进行编程和显示，为了避免未经授权的人员误改参数，在火检的后盖板下面装有编程，把“ProgramEnable”锁定。33灵活的运行参数火焰熄火响应时间（FFRT）可选择26 s；背景火焰熄火响应时间（BFRT）可选择28 s；有火信号延时（OTD）可选择24 s。温度显示可选择华氏或摄氏。34适用于任何结构的燃烧器适用于低NOx、枪式、摆动式、棒式、环式、层燃式等结构的燃烧器。35适用于任何燃料Super blue型DPD火焰检测器可适用于大多数燃料的火焰监测，而Classic型DPD火焰适用于煤和油的火焰（淮北二电厂用）。36可选用光纤在摆动式燃烧器或者空间受限制的应用中可选用光纤，光纤可穿过狭小的燃烧器空间使火焰检测器实现长距离安装。37有火与无火的区别DPD探头判断有火与无火的界限并非高（低）于某一个点判断为有火（无火），而是一个区间，从而避免DPD火检装置在有火与无火之间反复跳动，减少了保护误动次数，增加了系统的可靠性。38直接、实时的监测和分析通过RS485串行通信接口，将火焰参数远程上载或下载至计算机或其它智能设备，从而对火焰参数进行直接的监测和分析。4应用DPD火检探头的几点经验a）当DPD火焰检测器的视线与燃烧器中心线相交有一个微小的角度（如5），且能看到最大的主燃烧区域时即得到最佳效果，如图2所示。如果每个燃烧器只使用一个火焰检测器，则火焰检测器的视线同时也应与点火火焰相交。b）当使用不同的DPD火焰检测器来检测主燃料火焰和点火火焰时，主燃料火焰检测器的视线不应检测到点火火焰。c）火焰检测器的视野应不受阻碍，如辅助风叶片等障碍物应予以回避，这些障碍物不应在视线范围内，见图2。d）安装时应考虑到燃烧器二次风的转向问题（有些燃烧器的二次风顺时针旋转，而有些逆时针旋转）。当燃料风以足够的旋转速度进入炉膛时会使点火火焰随旋转方向偏移，所以应将DPD火焰检测器安装在点火器下游1030的位置上，并使之靠近燃烧器喇叭口的边缘（如图3所示）。 e）火检检查时光纤和内套管抽出后很难插回到原位，致使透镜不能直窥炉膛内，遇到这种情况需将炉墙上固定的外套管顶丝松开，将外套管轻轻向外拉，使挠性部分拉直，此时就很容易将内套管插进到位了。理想的火检位置应能在所有风量和炉膛负荷的情况下，都能确保对主火焰和点火火焰的检测。f）火检透镜必须保持清洁无污染，火检温度不得超过它的最高额定温度65。过高的温度会缩短火检的使用寿命。从火检探头前的“Y”型三通处连续不断地注入冷却风，可满足这两个要求。g）在清洁燃料且环境温度适中的情况下，吹扫风量一般需要133 Lmin。在燃油和煤粉产生大量飞灰、烟灰或环境较热的情况下，吹扫风的流量需要达到425 Lmin，以保证火检的内部温度维持在规定范围内。h）在锅炉运行和刚刚停运期间，应确保适量的冷却风通过。平时经常检查探头处冷却风量，检查冷却风管是否漏泄、脱落，尤其是新建机组，应防止杂物堵塞风管阀门及其它各部位，防止由于冷却风不足烧毁火检。i）内窥式火检在检查透镜和光纤时，应轻轻抽出和插入，要防止瞄准管与内套管分离，防止瞄准管与透镜滞留在外套管内，否则会很难被取出。j）FORNEY火检有0，5，9三种透镜，更换透镜时需核准原透镜角度和序列号，否则会影响到火检的正常判断。k）平时应定期清洁火检透镜。火检透镜运行时间长，由于高温、积灰、腐蚀等原因，在透镜表面常形成斑点，严重时就会影响透光，导致火检检不到火。l）可将火检模拟量参数写进DCS历史趋势中，用于事故或缺陷状况下分析原因，同时也可用于观察各个火检的运行状态。m）火检光纤运行时间长会变脆，在更换透镜或其它操作时一定要动作轻缓，否则很容易拉断光纤与透镜的连接处，使光纤报废。n）探头的端