火检及火检风机

1、第七章：火检及火检风机第二节 ALSTOM锅炉火检装置一 火检基本知识火焰检测器是燃烧器自动装置中的重要部件之一，它利用各种火焰检测管对炉膛中的火焰进行检测和监视，在锅炉点火、低负荷运行或者有异常共况时，及时检测出炉膛内是否灭火，根据火检检测结果BMS（燃烧器管理系统）进行相关连锁动作，防止炉膛灭火和炉内爆炸事故，确保锅炉安全运行。 火检检测器是利用炉膛中火焰特性及辐射光谱，对炉膛是否有火进行判断的。锅炉使用的燃料主要有煤、油、天然气等，这些燃料在燃烧过程中会发出可见光、红外线，紫外线等。燃料不同，三种光线的强度也不同。煤粉火焰除了不发光的二氧化碳和蒸汽三原子气体外，还有部分灼热发光的焦碳粒子

2、和灰粒等，他们有较强的可见光和一定数量的紫外线，而且火焰的形状会随着负荷的变化而有明显的变化；天然气火焰中除了含有大量二氧化碳和蒸汽等三原子气体外，还包含了较强的紫外线和一定数量的可见光，天然气火焰的紫外线主要产生在火焰根部的初始燃烧区；重油火焰除了一部分不发光的二氧化碳和蒸汽三原子气体外，还悬浮着大量发光的碳黑粒子等。可见光、紫外线、红外线三种光线的光谱不一样，而不同的火焰检测管对光线光谱的使用范围及相对灵敏度也不一样。这样根据炉膛燃用的燃料特性不同，我们就可以选择不同的火焰检测管，检测和监视炉膛中的火焰。二 #5、6锅炉火检配置 #5、6锅炉为CE-ALSTOM生产，配置了CE公司研制的最

3、新安全火检SAFE SCAN TM DFS .CE公司研制的安全火检有好几代 SAFE SCAN-1，SAFE SCAN-2， SAFE SCAN3，SAFE SCAN3和SAFE SCAN TM DFS等 ，其中SAFE SCAN TM DFS是CE公司最新的火检产品，它正逐步取代前面几代SAFE SCAN火检。CE公司SAFE SCAN几代产品的结构及工作原理基本一样，都是利用探测矿物燃料发出的可见光谱来鉴别火焰是否存在的新型火焰检测器。#5、6炉配置了24只SAFE SCAN TM DFS火焰检测器。#5、6炉燃烧器由6层煤和3层重油组成，燃烧器分上中下三组，每组由2层煤和1层油组成，油

4、燃烧器布置于2层煤燃烧器之间。每组燃烧器配有2组火检，下层煤燃烧器和油燃烧器共用一组火检，上层煤燃烧器单独用一组火检。具体就是下组燃烧器A磨和AB层油共用一组火检，B磨单独一组火检；中组燃烧器C磨和CD层油共用一组火检，D磨单独一组火检；上组燃烧器E磨和EF层油共用一组火检，F磨单独一组火检。三 CE SAFE SCAN安全火检的基本结构和工作原理 CE-SAFE 基本结构是由2个部分组成，即安装在锅炉燃烧器上的探头部分和安装在电子间的电子处理机架部分。探头部分由探头、刚性管，挠性金属管以及探头安装室组成。探头由探头筒体、瞄准管和罩壳、瞄准透镜和筒体、安装板、锁紧螺母和压缩弹簧、光导纤维电缆等

5、组成。瞄准管和罩壳滑动固定在探头体上，瞄准管和罩壳和探头筒体之间留有间隙，这样冷却空气可以通过探头头部，光导纤维电缆将探头接受到的可见光传递到安装在燃烧器外部的探头安装室。整个探头均安装在导管组件内，导管组件由探头罩、挠性金属管、刚性管和装有法兰的冷却风室组成。探头罩是一个不锈钢管，位于辅助风箱喷嘴内，并直接焊在喷嘴上。探头罩内侧装有导叶使探头正好位于中心位置，从而提供一个均匀的冷却空气通道。探头安装室在燃烧器外侧的导管内，里面装置有光电二极管和对数放大器等电子元件，这些装置把光导纤维传递过来的可见光转换成电流信号，然后通过电缆传送到电子间的电子处理机架，探头安装室内的电子元件在制造时已经调整

6、好，一般不需要现场重新调整。探头组件通过挠性金属管和刚性管与探头安装室相连，用于保护从探头部分到探头安装室之间传递信号的光导纤维，采用挠性管是为了让探头部分能随燃烧器一起摆动，以免损坏内部的光导纤维电缆。下图为5，6锅炉火检探头部分照片： 电子处理机架安装在电子间内，机架上装有6台火焰检测器机箱，每层火检对应一台火焰检测器机箱。每台火焰检测器机箱负责处理同一层4个火焰检测器送来的电流信号，根据对送来的电流信号进行处理，判定该层燃烧器有无火焰。每台火焰检测器机箱由13个插件和电源组成，电源布置在机箱的后面，13个插件包括4个频率插件、4个强度插件、2个灯和表记插件、1个2/4火焰信号插件、1个电

7、源插件和一个扩展插件。电源插件面板上装有电源开关和指示正、负15V直流电压的指示灯，显示直流电压供应是否正常。当总电源开关断开时候，所有插件板均无电源，因此插件板触点均认为无火焰存在。扩展插件是检查其他插件内部线路时候使用的，供检修人员进行检查。强度插件和频率插件是整个火检装置的关键部分，他们分别对火检探头送来的火焰信号进行强度分析和频率分析。同时强度插件中还包含了一个故障检测回路对送来的信号进行自检，当发现送来的信号电压不在预设的范围内（过高或者过低），该插件发出“故障”信号点亮插件面板上的 “故障”指示灯，并闭锁该路火焰信号输出。当一路火焰信号的强度、频率正常且无故障出现时候，面板上的“火

8、焰存在”指示灯将点亮，同时在一块面板上可以看到火焰信号的强度、频率及 显示，这三个显示可以通过上、下键切换查看。2/4火焰信号插件将来自同一层4个角的探头火焰信号进行逻辑运算，当4个探头中有2个以上（包括2个）检测有火时候，它就发出“2/4火焰”信号，显示该层火检有火，并将该信号送到FSSS中去做为某一层燃烧器的火焰信号。对于鉴别单根油枪火焰的火检来说该回路是多余的。每个火焰检测器探头和电子处理机架之间都是用一条带屏蔽的4线电缆传递信号，其中2根线提供探头安装室的电源，另外2根将探头安装室的电流信号送到电子处理机架，这些导线都采用带屏蔽的双绞线电缆，以减少火检系统对噪声的敏感度。下图为5，6炉

9、电子 该照片下面还有2台火焰检测器未拍到四 CE SAFE SCAN 火检运行原理1 CE SAFE SCAN 火焰检测器的探头部分工作原理 火焰检测器的探头部分把矿物燃料燃烧的可见光转变为脉动的电流信号。炉膛中燃料燃烧产生的可见光穿过探头头部的瞄准透镜落到光导纤维的端部，光导纤维将光信号送到探头安装室内，将光照到探头安装室内的光电二极管上，使得光电二极管产生电流信号，完成了光电转换。光电二极管产生的电流信号通过对数放大器转变为电压信号，并将该信号进行了放大，再通过传输放大器重新将电压信号转变成电流信号，再通过带屏蔽的电缆送至电子间的电子处理机架。整个探头部分的工作具有以下特点： a 探头瞄准

10、透镜采用平凸透镜，这种平凸透镜能使得探头的视角限制在3.5度范围内。实验表明，限制视角将能加强火焰信号脉动的峰-谷值，增加脉动的幅值将便于电子处理回路检测和放大低频脉动，同时限制视角也将有效避免某层火焰检测器偷看邻层火焰的情况发生。 b 采用带红外滤波的特种光电二极管 光电二极管对可见光的灵敏度相当于人的眼睛，下图给出了光导纤维、无滤波的光电二极管和带红外滤波的光电二极管对各种波长的响应曲线。 从曲线上可以看出光导纤维、无滤波的光电二极管和带红外滤波的光电二极管对紫外线均无响应。光导纤维的传输特性在波长400-1500毫微米的范围内是平坦的，无滤波的光电二极管对可见光和近红外区有响应，带红外滤

11、波的光电二极管仅对可见光有响应。用光谱分析仪和示波器记录的脉动特性表明，无滤波的光电二极管对频率3-6HZ的光波响应强烈，随着频率增加响应减弱，到20-30HZ基本无响应；而带红外滤波的光电二极管对5-12HZ的光波响应强烈，到60-80HZ基本上无响应。通过对这2种火焰信号的光谱分析进行实时比较，发现无滤波的光电二极管尽管它的信号量较大，但波形平坦、变化小，它的波形的峰-谷值比带红外滤波的光电二极管小得多。由于锅炉旋转的烟尘、热烟气、炉渣和炉墙均辐射红外线，并足以于燃烧产生的可见光发生混淆，因此可能产生误判。而采用红外滤波的光电二极管仅对可见光响应，其波形的峰-谷值大，灵敏度较高，所以采用红

12、外滤波的光电二极管来检测燃料产生的可见光是比较适合的，这将大大增强整个火焰检测系统的可靠性和鉴别能力。 c 采用了对数放大器 由于光电二极管产生的电流是光强度的对数函数，电路中采用了对数放大器将光电管产生的电流转变为电压信号并进行了预放大。采用对数放大器可以防止信号饱和，使得各种情况下的火焰信号都在预定值内，这样就可以用所测得的火焰强度信号作为火焰检测器自身是否有故障的判断依据。 d 电压-电流转换 对数放大器 输出的电压信号又通过传输放大器再转换成电流，其原因是电流传输比电压传输具有抗干扰能力强和长距离传输信号衰减极小的优点。该火焰检测器允许的传输距离为1500米，而实际锅炉燃烧器到电子间电

13、子处理机架的距离要小于这个距离，保证了火检信号不失真。2 CE SAFE SCAN 电子处理机架工作原理 下图表示了电子间电子处理机架对一个火焰信号进行处理的简化框图，从图中可以看出电子处理机架的工作原理。 从透头部分传送来的电流信号先经过电流-电压转换变成电压信号，这个电压信号分送到频率、强度、故障三个电子回路进行检查。这三路电子信号处理都有自己的发光二极管来指示它们自身的检查结果，频率容许灯装在频率插件的印刷电路板上，强度容许灯装在强度插件的印刷电路板上，故障灯则装在灯和表记插件的印刷电路板上。当这三路信号正常，即频率容许、强度容许且无故障时，灯和表记上的指示灯将点亮，指示这一个角的火焰存

14、在。同时在电子处理机架上还可以看出火焰的频率、强度和质量（相当于故障指数）数值，这三个数值可以通过面板上的上、下键切换查看，如下图所示图中FLAME 火焰 （该角有火时候FLAME灯点亮） DISCRIMINATION INTEN 火焰强度 FREQ 火焰频率 QUAL 质量（火检是否故障） 下排4个按键前2个PROG和DISP 是火焰频率及强度设置是使用的，可以根据实际机组燃用不同的燃料来设置，一般为厂家或者检修调试测试时候使用；后面2个上下键可以来回切换查看这个角的火焰强度频率质量参数。 原始火焰信号的波形是很不规则的，他的强度和频率都是不断变化的，对这样的信号处理必须使用一些特殊的方法。

15、在处理火焰的强度时用普通的施密特触发器的单一门槛值来鉴别火焰会带来困难。特别是在鉴别单根油枪火焰时就更困难，提高灵敏度容易引起误动；即容易受到临层或对侧油枪火焰的干扰，降低灵敏度又怕引起拒动，即无法足够灵敏地检测出油枪火焰。CE SAFE SCAN使用了一种特殊的电路设计很哈派解决了这一难点，以下就是CE SAFE SCAN 的强度和故障分析部分的简图图中下部为强度信号的处理方法，它先分别设定强度信号的上限和下限，当火检探头送过来的火检信号高于上限值时强度信号就容许，只有在送来的火检信号低于下限时强度信号才不容许。强度信号的上限和下限由两只电位器确定（安装在强度插件内部的印刷板上），这样可以根

16、据调高上限值来提高火焰鉴别能力，防止误发“有火”，通过调整下限值保证火检的灵敏度。实际工作中可以根据现场灵活调整，从而适应不同的机组、不同的燃料的需要。故障检测分析回路也设置了上、下限。由于探头的预处理部分设计了对数放大器，这样就可以将火焰信号的强度分量控制在需求的范围内，也就是说可以将他作为探头或者传输信号电缆是否工作正常的依据。正常时候所有火焰信号的强度幅值都应在上、下限之间，而当探头故障或着传输电缆短线时候，输入信号将会超出上、下限，此时我们就可以判断火检是探头或者传输电缆故障。 频率检测回路的核心是用一个频率比较器，它利用不同燃料产生的火焰脉动频率具有很大区别这一原理来判断所要检测的火

17、焰是否存在。下图为频率检测部分的简单方框图送来的火检信号经过一个交流放大器和触发器变换成一系列的方波脉冲，这一系列的方波脉冲频率也是不断变化的。方波脉冲频率与一个内部设定频率在一个可调整鉴别器内进行比较，当火焰信号高于设定频率，鉴别器就有输出；当输入信号的频率低于设定频率，鉴别器就无输出，也是是说要检测的火焰脉动频率不可能那么低，因而也就不会发出火焰存在的信号。频率检测部分对火焰检测器系统的正常运行至关重要，因为火焰的脉动常常比强度更能放映出燃烧火焰的特征。比如煤火焰的脉动频率在10HZ左右，而油火焰的频率在40-60HZ之间，单根油枪频率一般杂30-40HZ之间。至于炉墙和热烟气等辐射源的频

18、率就几乎为零。这样我们通过调整频率鉴别器的内部频率就可以很好的将所要检测的火焰区别开来，从而提高火焰检测装置的可靠性。频率检测回路中只要多增加一个频率鉴别器，即有2个频率鉴别器就可以同时检测油火焰和煤火焰了。 以上简单介绍了一个角火焰信号的处理原理，其余3个角的工作原理也是一样。同一层4个角的火焰信号处理后送到2/4火焰信号插件进行逻辑运算，当有2个角有火焰时候，电子处理机架就认为该层燃烧器“有火”，低于2个角有火焰，则认为该层燃烧器“无火”。电子处理机架将所测的“有火”、无火”信号送到BMS中进行相关连锁保护，从而保证锅炉的安全运行。五 火检的冷却系统为了保证探头能在安全、可靠的工况下运行，避免烧坏，必