600MW超临界机组火检系统的改进

摘 要：本文结合机组以往运行中出现的火检光纤和火检扫描器烧毁等缺陷进行了分析，并有针对性的对该系统进行了改造，显著提高了火检系统设备可靠性，并降低设备维护费用。

关键词：火检；烧毁；维护费用；可靠性；安全

中图分类号：TK23 文献标识码：A

火检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情况。由于区域环境温度高，火检扫描器冷却风量不够，火检信号弱等原因，锅炉投产至今频繁发生火检光纤和火检扫描器由于超温而损坏等现象，严重影响了机组的正常安全运行。本文总结了在实际工作中出现的各类导致火检设备损坏的问题，有针对性的提出了解决方案，并结合2号机组火检系统的一般技改项目，总结出火检系统维护及改进的实践经验。

1 火检系统设备简介

浙江大唐乌沙山发电厂一期装机容量4× 600MW超临界燃煤机组，锅炉采用前后墙对冲燃烧，前墙和后各3层，每层有5支漩流燃烧器。前墙下层燃烧器使用等离子点火，余各层每支燃烧器都配有一支煤火检和一支油火。火检设备采用美国FORNY产品，该系列产品主要包括火检光纤、光纤内外护套管、火检扫描器和火检放大器。每台炉共计55套火检装置，另外每台炉配两火检冷却风机，一用一备。

1.1 火检系统的基本原理

FORNY公司的IDD系列火焰扫描器内含硫化铅（PbS）传感器和一个印刷线路板。当含有硫化铅的传感器检测到火焰时，同时输出不断变化的电压信号。信号通过四芯电缆传送到火焰放大器，火焰放大器经过处理后输出如上信号到DCS或BMS系统。如图1所示。

火检扫描器的运行是瞄准主燃烧区域的，火焰发射的辐射能量通过一根光纤传送到感光元件的表面，接受到辐射能的火检扫描器中硫化铅光敏元件的偏置电压为+50vdc，由于火焰辐射强度有增减，硫化铅感光胶层的阻力也会随之变化，该阻力的变化反过来产生一个与火焰辐射能变化量和变化率成正比的交流电压输出信号。

RM-IDD放大器由一块印刷电路板组成。它接收从火焰火检扫描器传输来的火焰强度模拟量信号，并将其转化为有火/无火的数字信号。该放大器既具有数字火焰状况输出功能，又可输出其它相关状况。

1.2 火检系统的相关逻辑

火检系统的相关逻辑涉及FSSS系统，是FSSS系统的重要组成部分。具体的保护与联锁如下：

（1）全炉膛灭火保护。当炉内油火检开关量全部失去，同时每层煤火检开关量至少同时失去两个时，触发MFT动作。

（2）冷却风全炉膛保护。当火检冷却风与炉膛差压低于3.23KPa时，触发MFT动作。

（3）磨煤机保护。当磨煤机对应的层燃烧器5个煤火检开关量同时消失3个及以上时，触发磨煤机保护动作。

2 火检系统主要设备存在问题

由于炉膛本身的设计原因及火检的设计安装问题，经常出现火检扫描器烧损、光纤超温、火检信号衰弱、偷窥频繁等现象，具体原因分析如下：

2.1 火检扫描器存在的问题

由于火检扫描器的安装距离炉膛比较近，受炉膛热辐射较严重，尤其是每年的夏季高温时期，在环境温度与炉膛辐射双重作用下，火检扫描器表面温度高达60℃。虽有冷却风运行，但冷却风并不对扫描器起到冷却作用。对于一般的扫描器产品，虽然短期的超温不会影响使用效果，但是长期处于超温状态，会大大缩短火检扫描器使用寿命，导致入夏以来由于高温烧坏火检扫描器的情况经常发生。火检扫描器的损坏会导致火检模拟量信号衰弱，甚至开关量消失等严重后果。

2.2火检光纤存在的问题

火检光纤受到炉膛的热传导，长期处于高温状态，容易导致光纤烧损。尽管有金属套管保护，但由于所采用的套管设计问题，导致冷却风难以顺利进入套管头部，使得冷却效果减弱。经测量，大部分火检套管头部的温度已达到200多摄氏度，存在严重的安全隐患。各层的火检冷却风管道紧贴炉膛铺设，夏季环境温度较高，外加炉膛辐射，用于火检光纤冷却的火检冷却风温，高达45℃，严重影响了火检光纤的冷却效果。并且有部分层的冷却风压力不能达到设计出力要求，这也是影响火检光纤冷却效果的重要原因。

2.3 火检信号衰弱的问题

火检模拟量信号经常出现摆动，不稳定等信号衰弱的现象。一方面与火检扫描器或光纤的损坏有关，另一方面与火检套管的导光性有关。火检套管前端安装有石英镜片，通过镜片将火焰的光传导至光纤。由于套管前端冷却效果不足，经常导致镜片被烧损，乃至裂开，影响采光性。另外，火检电缆信号线的屏蔽效果好坏，也对火检的模拟量信号有较大影响。

2.4火检偷窥的问题

为了得到准确的火焰信号，要求火检探头对准燃烧器火焰着火区。但在实际运行中，由于负荷扰动引起的燃烧变化，煤质，煤粉细度，挥发份，煤质掺配均匀度，煤粉湿度，一次风压 力（风煤比）、二次风调节等的影响，使得火焰经常发生飘逸，造成“偷窥”或火焰闪烁不稳定。不同火焰之间的干扰变得较为显著，尤其以并不处于监视状态的油火检偷窥为主。这也是造成该炉型中火焰检测探头“偷窥”的主要原因之一。

3 火检系统改进措施

经过多年的积累经验，我们对上述问题的处理有了较为深刻的认识，总结了处理方法，并在去年我公司进行的3号机组大修期间，对火检系统进行了改造。主要从以下方面进行了改进：

3.1 火检扫描器的改进

针对火检扫描器距离炉膛比较近，受炉膛热辐射较严重的问题，我们采用了某公司设计的隔热器，该隔热器能够使冷却风先冷却火检扫描器，使环境温度下降。通过使用专用隔热器，可以降低火检扫描器使用环境温度，延长火检探头的使用寿命。经测量，加装隔热器的火检扫描器表面温度均在30℃左右，能够有效的保护扫描器。同时采用火检外套管，延长扫描器与炉膛外壁的距离，尽可能的降低火检工作环境温度。隔热器设计图如图2所示：

3.2 火检光纤及冷却效果的改进

针对火检光纤易烧损的问题，采用了新型的光纤套管，该套管能够针对光纤冷却风量不足，提供两种弥补方法，即在套管上开通风槽，在火检套管出口处加装专用的火检镜头，镜头周围可通过冷却风，既冷却了光纤也增大了冷却风量，最主要是在光纤前端多了一层风幕，有效的防止了光纤结焦和烧损。该套管的设计图如图3所示。

在改造过程中，经现场勘查发现：冷却风母管出口处压力合适，但到燃烧器中间或再往后的位置火检冷却风量逐渐减小，以致无法维持有效出力。导致此现象的原因是火检冷却风管道的实际安装尺寸与厂家设计的尺寸有所出入，其管道尺寸如图4所示。

由图4可见，冷却风管道设计尺寸在通往前墙和后墙上层的母管处均为4英寸，而实际结构却只有2英寸。本次检修别对此重新进行了改造，使得实际尺寸按照原设计尺寸施工安装，并疏通管道，清理焊渣，保证管道畅通无阻。重新改造风管后的冷却风量能够满足各层火检的需要，冷却风效果良好。

3.3 火检信号衰减问题的处理

基于以上对火检扫描器、光纤、套管以及冷却风的改进，已能够保证火检信系统行正常。在检修期间，针对火检电缆进行了全面的检查，保证信号屏蔽线效果良好，周围没有特殊干扰，信号传导衰减问题极大的降低。

3.4 针对“偷窥”的解决方法

由于炉膛内燃烧的情况复杂，目前的火检设备尚不足以自行解决“偷窥”问题，需要在DCS系统中加入逻辑判断以辅助判断。具体方式是，采用各磨煤机出口门的开状态作为屏蔽信号，分别和相应各煤火检开关量做“与”计算；同样采用各油角阀的开状态和相应各油火检开关量做“与”计算，以此来作为火焰信号为真的判断依据。通过DCS的逻辑功能组态，保证火检的正常正确监控，成功避免了“偷窥”现象。

结语

本次针对乌沙山电厂3号机组火检系统的技术改造显著地提高了火检系统的寿命，极大地降低了现场维护量，较好地控制了运行成本，并增强了火检系统的可靠性，为机组的安全稳定运行提供了有力的保障。在如何进一步降低辐射温度，增加火检扫描器及光纤的寿命，仍然是一个没有完全解决的问题，需要在实践中不断的摸索。

参考文献

[1]王鸿懿.热控控制系统及设备[C].上海：华东电力集团出版社，1998.

[2]边立秀，等.热工控制系统[M].北京：中国电力出版社，2002.