新型微油点火一体化可见光火焰检测探头应用分析

引言

神华胜利电厂新建工程项目2×660Mw超超临界机组的锅炉等离子煤粉点火装置中的冷炉制粉装置安装在锅炉两侧的热一次风母管上,冷炉制粉装置采用加装微油油枪点火油燃烧加热的方案,在锅炉冷态启动时利用微油油枪点燃油枪喷出的空气雾化燃油,通过油的燃烧产生热量将磨入口热风加热到制粉系统出口需要的温度。

该机组冷炉制粉装置微油点火油枪配套某进口火焰检测装置,每台炉共计8只。在机组初次调试运行过程中,其在着火良好的情况下频繁出现火焰检测有火信号消失的现象,导致点火失败,影响系统正常运行。本文在进口火焰检测探头的基础上,对微油点火启动及点火燃烧时的着火状况进行研究,讨论新型一体化可见光火焰检测探头的设计原理、检测方式,分析影响火焰检测准确性的因素,进而对微油点火配套的火焰检测提出要求,达到提高火焰检测准确性和保证系统稳定运行的目的。

1神华胜利电厂冷炉制粉装置火检系统组成

冷炉制粉装置设置在锅炉两侧的热一次风母管上（图1）,每台炉共计设置2套,每套安装4只微油点火油枪。

图1冷炉制粉装置油枪布置示意图

火焰检测探头沿油枪轴向插入,火检探头长度约为3m,采用DC24V的供电方式,每台炉共计8个一体化可见光火检探头。火检探头检测器将检测信号先送至微油点火就地控制柜,再送至机组DCs系统,参与微油点火系统的逻辑保护。

因冷炉制粉在运行过程中且着火良好的情况下频繁出现火焰检测有火信号消失的情况,导致点火失败,根据出现的问题,目前已将原探头更换为新型微油点火一体化可见光火焰检测探头,主要更换了探头、光纤、检测器及配套预制电缆,供电及信号接口均相同。更换完成后火焰检测信号准确,保证了系统正常运行。

2一体化可见光火焰检测介绍

2.1工作原理

油、煤或气体燃烧时,会发出具有各自特性的光谱,包含了火焰燃烧的亮度、脉动等特征。不同燃料燃烧时,光谱成分有明显区别,例如煤、油燃烧时发出大量的可见光和红外线,仅有少量紫外线:气体燃烧时则含有大量的紫外线和红外线,仅有少量可见光。选用合适的检测元件不但能保证火焰的准确检测,还能在很大程度上避免对其他燃料火焰的偷看问题。由于国内的煤种比较复杂,受各种因素的限制,往往同一个电厂的煤种也很难保持不变,这就造成目前国内电厂锅炉燃烧情况比较复杂多变。在这种情况下,传统的单一判据的火检就可能会出现判断不稳定的问题。一体化火焰检测器正是针对这种情况而推出的综合型火检,通过合理地配置有火判断参数和判断条件,一体化火焰检测器可以适应复杂多变的燃烧情况,保证稳定地发出有火信号。

同时一体化火焰检测器还具有文件选择功能和多种文件切换方式,用户可以根据常用的几种煤种或油燃料制订相应的文件,在燃料变化时切换到相应的文件即可实现准确可靠的有火判断。当燃料燃烧时,其中燃烧区亮度较高,并且有丰富的脉动成分,是进行火焰检测的理想区域。

一体化火焰检测器对火焰燃烧区的火焰信号进行采集,然后将其中的亮度和脉动成分分别进行程控放大和滤波,最终送入CPU进行处理。CPU对亮度和脉动信号进行采集后,通过实时计算和FFT变换提取出火焰燃烧的8个特征量,供有火判断使用。有火判断采用组态方式,用户可自由选择1～2个燃烧特征量,每个特征量的有火逻辑和整体的有火逻辑均可自由选择,最终实现可完全定制的有火逻辑判断。

可见光火焰检测器是通过检测火焰发光亮度及脉动特性进行有火/无火判断的一种火焰检测装置。它利用油、煤燃烧时辐射出的具有脉动的光谱成分,经光电转换后成为电压信号,然后分别对亮度及脉动成分进行滤波放大后送入CPU,CPU通过用户选择的判断条件判断火焰是否存在。

2.2设计特点

(1）可从8种火焰燃烧特征量中选择1～2种作为有火判断依据。

(2）每个特征量的有火逻辑及两个特征量的整体逻辑均可自由选择。

(3）具有4个可选编程文件,可存储4种不同的判断方式,支持文件复制。

(4）可通过硬接线远程控制文件切换,实现不同判断方式的转换。

(5）提供2个参考文件,对于一般应用仅需设置几个参数即可简单使用。

(6）具有2路开关量输入,可实现多种功能扩展。

(7）采用动态菜单,自动屏蔽无关内容,方便操作,设置菜单具有密码保护。

2.3火焰燃烧特征量

火焰燃烧区的火焰信号信息非常丰富,火焰检测器可以从中提取8种火焰燃烧特征量供有火判断使用,每种特征量的标号及含义如表1所示。

2.4一体化可见光火检参数

一体化可见光火检参数如表2所示。

2.5一体化可见光火检应用特点

一体化可见光火检设计简单紧凑,分体式火检需要另外设置安装火焰信号处理器的控制柜,系统较为复杂。一体化可见光火检探头、光纤及火焰信号处理器均设置在就地需要检测的设备位置,火焰信号处理器直接将检测信号送至上级处理系统,系统组成简单,检修维护方便。

一体化可见光火检主要应用于锅炉煤粉燃烧器和油燃烧器的火焰检测,在锅炉冷炉制粉装置中微油点火配套设计专用的一体化可见光火检适应了特殊点火装置的需要,可以有效解决常规火检在微油点火过程中出现的问题。

3导致微油点火火焰检测不稳定的因素

锅炉冷炉制粉装置设计的微油点火装置为内部燃烧方式,火焰检测探头沿微油油枪轴向插入,不同于锅炉煤粉燃烧器或者大油枪油燃烧器的火检,煤粉燃烧器或者油燃烧器的着火火焰位于燃烧器喷口,通过安装在煤粉燃烧器或者油燃烧器附近的火检,以一定的角度采集燃烧器喷口火焰正常工况下着火最明亮的区域信息,而微油点火装置着火火焰位于装置内部,装置内部结构复杂,火焰检测的工作环境产生了明显的变化。

导致火焰信号检测不稳定的因素主要包括以下3个方面:火检探头的设计结构、火检探头的安装位置、燃烧区域的火焰状态。

3.1火检探头的设计结构问题

锅炉冷炉制粉装置配套微油点火装置中的火检探头不同于燃煤锅炉的火检装置,燃煤锅炉火检探头前端可直接检测燃烧器喷口火焰,而微油点火装置中的火检探头前端与微油点火油燃烧区域有机械件遮挡,进入探头的光通量大幅减少,有可能造成火焰检测不准确。

火焰检测探头对火焰信号的采集先是通过光纤前端的石英镜片,再通过光纤将信号送至火焰检测探头后端的处理器,而本项目微油点火装置配套火焰检测探头长度为3m,这就对光纤的结构设计提出了更高的要求。

3.2火检探头的安装位置问题

微油点火装置中的火检探头安装空间狭窄,火焰检测探头与燃烧区域的距离差异、火焰检测探头安装的角度不同及油枪点火喷油产生的扩散油雾问题等因素中的一种或者几种叠加,必然对火焰检测的准确性产生不利影响。

3.3燃烧区域的火焰状态问题

可见光火焰检测器是通过检测火焰发光亮度及脉动特性进行分析判断的,因此燃烧区域火焰状态的稳定性也是影响火检探头火焰信息采集的因素之一。

当锅炉煤粉燃烧器或油燃烧器燃料自喷口喷出时,燃料着火区域无遮挡,燃料燃烧充分,火焰检测探头可检测区域面积大,采集的有效信息有保证:而微油点火装置中的火焰燃烧体积小,火焰检测探头受安装空间影响可采集的有效火焰区域有限,这也是影响检测火焰状态稳定性的另一个因素。

4采取的改进措施

4.1优化探头设计结构

基于以往施工工程的调试和运行情况,对火焰检测探头光纤的选型、结构设计进行优化改进,主要目的是增大火焰检测探头与目标燃烧区域的检测视角,进而提高火焰检测探头的采光量,确保火焰检测探头对燃烧火焰信息采集的"数量"和"质量"满足要求。

4.2合理调整火检探头的安装位置

结合神华胜利电厂的实际情况及原使用的进口火检的安装方式,调整火检探头前端深入微油点火装置内部的尺寸,以增大火检探头检测视角,提高检测灵敏度,并严格控制火检探头前端与燃烧区域的安装角度。

4.3做好必要的检查和维护

定期检查火检冷却风的通风效果,看是否有堵塞及漏风的情况:定期对火检探头光纤进行检查,看是否有光纤采光面高温脱落的情况:定期对火检检测器及对应回路的接线进行检查,看是否有松动的情况。

5结语

新型一体化可见光火焰检测探头能有效解决冷炉制粉装置配套的微油点火火检检测不准确的问题,能够真实反映油枪燃烧区域的着火状况,避免了火检信号误发造成油角阀关闭及系统停运的问题,保证了锅炉启动过程中冷炉制粉系统的正常运行,确保了机组的顺利投运。因此,新型一体化可见光火焰检测技术完全可以在微油点火装置上使用,并且可以推广。