论文部分内容阅读
摘 要：火焰检测系统是FSSS的基础设备，它的作用是对炉膛火焰和各燃烧器火焰进行检测，输出至FSSS的逻辑控制系统，其工作好坏对整个FSSS系统能否正常工作是至关重要的。一定要做到安全、准确、可靠，避免因为其检测效果而导致的MFT保护误动或拒动，为机组的安全稳定运行保驾护航。
关键词：FSSS；火焰检测器；保护
锅炉炉膛安全监视系统FSSS，也称为燃烧器管理系统，是火电厂自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。在《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》中的定义为：FSSS是保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全启停、投切，并能在危急工况下，迅速切断进入炉膛的全部燃料（包括点火燃料），防止发生爆燃、爆炸等破坏性事故的安全保护和顺序控制装置。
锅炉安全保护作用主要包括在锅炉运行的各个阶段，对参数、状态进行连续地监视；不断地按照安全规定的顺序对它们进行判断、逻辑运算；遇到危险工况，能自动地启动有关设备进行紧急跳闸，切断燃料，使锅炉紧急停炉，保护主、辅设备不受损坏或处理未遂性事故。
火焰检测系统是FSSS的基础设备，它的作用是对炉膛火焰和各燃烧器火焰进行检测，输出至FSSS的逻辑控制系统，其工作好坏对整个FSSS系统能否正常工作是至关重要的。因为在锅炉正常燃烧时，有可能会因为燃烧供应不稳定或者氧气不足等原因而使燃烧器熄火，而如果此时的燃料还在继续不停的供应，就会在炉膛内堆积很多未燃燃料和送风空气的可燃混合物，而这些混合物很可能在炉膛内温度较高但是又达不到正常燃烧温度时发生爆燃。炉膛内的可燃混合物几乎在同时被点燃，生成大量的气体并且体积膨胀，使炉膛内的压力在短时间内骤增，从而发生锅炉爆炸事故。
鉴于此种情况，火电厂的锅炉系统都加上了锅炉监控装置，目的就是对炉膛内火焰状况进行监控，经过一系列的处理实现火焰有无的自动判别。当火焰一旦熄灭时，便自动切断燃料和空气供应，防止爆炸事故发生，并及时报警。
一、火焰检测原理
油、煤或气体燃料的燃烧其实质是燃料化学能以电磁波的形式释放，燃烧器火焰一般都能发射几乎连续的发光光谱，其发射源是燃烧过程中生成的高温炭素微粒子、微粉炭离子群和气体等，不同的燃料燃烧过程中的中间产物不完全相同或中间产物的所占比例各不相同，不同的燃烧中间产物所发射的光谱不完全一样，这是选择不同类型火焰检测器的依据。
油火焰含有大量的红外线、部分可见光和少量紫外线；煤粉火焰含有少量紫外线、丰富的可见光和少量的红外线；气体火焰有丰富的紫外线、红外线和较少的可见光。而且对于单只燃烧器火焰，其辐射光谱沿火焰轴线分布是有规律的。
燃煤锅炉中煤粉燃烧器沿轴线从里之外分为4个区域，即预热区、初始燃烧区、安全燃烧区和燃尽区，在初始燃烧区不但可见光较丰富而且能量辐射率变化剧烈，因此火焰检测探头准确对准燃烧器的初始燃烧区才是最佳选择。
通过火焰检测探头的视角调整机构或探头安装位置准确布置，将探头调整至最佳视野区，使探头准确对准燃烧器的初始燃烧区，探头将采集到的可见光信号经凸透镜、光导纤维等器件组成的传光系统送至探头放大器，探头放大器的光敏元件将光信号变为电信号，再经对数放大变为稳定的0～2mA的电流信号，采用对数放大方式即保证火焰亮度与信号强度的线性增益关系，又防止了电流信号饱和的发生，再将火焰信号以电流的方式通过4芯屏蔽电缆传输至火检处理器处，采用电流方式传输可确保信号不失真，火焰检测处理器是一种双信号火焰处理器，其经1千欧姆检测电阻把来自探头的火焰电流信号变为电压信号接收下来，电压信号通过火焰处理器的强度处理回路与频率处理回路被分为两路信号：即强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的脉动或闪烁频率。当强度实时值与频率实时值均高于一定值时，有火继电器触点动作，发出有火接点信号，任一条件不满足均发出无火信号。
二、火焰检测器的安装
在锅炉任何运行工况下，很好地检测炉膛内火焰常常是件困难的事。要很好的检测炉膛内的火焰，必须正确的安装火焰检测器。火焰在其燃烧的第一阶段，即靠近火焰根部区域，也就是一次燃烧区。在一次燃烧区内，火焰强度最大，火焰的脉动频率也最大，是检测火焰“有”或“无”最敏感的区域。火焰离开一次燃烧区继续燃烧，这个火焰的前端区域称之二次燃烧区。在二次燃烧区内，火焰强度明显减弱，火焰的脉动频率也随着离燃烧器喷口的距离增加而递减。
对于燃烧器前后墙布置的锅炉，火焰检测器用于各个燃烧器（包括油枪）的火焰。火焰检测器的安装位置应这样确定：火焰检测器的视线应既对准该燃烧器的一次燃烧区，又不要“偷看”到邻近或其他燃烧器火焰的一次燃烧区。
火焰检测器探头的位置对频率具有重要影响，当其安装在油喷嘴根部靠近燃罩附近时，频率可达到上述频率；但安装位置远离油枪根部时或油枪火焰燃烧不稳定时，频率降低。如果探头装于二次风风口内，油枪也装于二次风风口内，此二次风若上、下与一次风相邻，此二次风口内的火焰检测探头既可以检测油枪火焰，又可以检测一次风风口的煤粉火焰。若需要鉴别油枪是否点燃，则需要两路频率检查回路与此探头相连，一路按油火焰频率整定，一路按煤粉火焰频率整定，这样就避免了在同一个二次风口内装设两套火焰检测探头的必要，可以节省一部分探头及电缆的投资。
三、火焰检测系统热态试验
下面以国内某厂燃煤锅炉的现场热态试验为例，进行探讨。
整个试验分两个阶段，第一阶段是在滑参数停炉过程中测定的，第二阶段是在冷态启动锅炉中进行试验。在试验过程中使用光线示波器及数字毫伏记录仪分别记录了各个火焰检测器在全部降负荷及升负荷过程中火焰的闪动频率和信号强度的变化情况。根据这些数据归纳出以下一些规律，并且据此提出了火焰检测器各个整定参数的推荐值及装置使用时的一些局限性。
1.煤粉火焰根部的闪动频率大于炉膛火球的闪动频率，但它们的差值并不悬殊。
2.当锅炉负荷在40%以上时，火球的强度信号大于火焰根部的强度信号。
3.锅炉负荷由100%降至40%，各层煤火焰检测器的信号强度电平变化不明显，根据得到的测量数据（低负荷下较低读数为2.59mA），建议“升伐值”可定为2.0mA，“降伐值”可定在1.5mA左右。在冷态启动过程中所测数据也证明了上述推荐值是合理的。
4.在冷态启动中，点火油枪的火焰频率变化较大。刚点火时，闪动频率只有10～20Hz，但随着炉温及二次风温的上升，火焰根部的频率可达到30～40Hz。观察分析发现是因油温较低，二次风速稍高，使油枪根部脱火，而在距喷口1～2m处燃烧，探头测到的较低频率为背景光所有。
5.在实验过程中发现，当锅炉在80%负荷以上工作时，所有喷嘴均投入，这时各個煤火焰检测器均监视火焰根部，此时参考频率可设定为10Hz左右。以层火焰监视为主，当锅炉处于启停炉及低负荷运行时，火焰频率低且不稳定，为安全考虑，应将参考频率定在3.5Hz，以监视火球为主。
四、结语
火焰检测器作为锅炉安全监测和保护系统中的重要组成部分，在机组投正常运行过程中，一定要做到安全、准确、可靠，避免因为其检测效果而导致的MFT保护误动或拒动，为机组的安全稳定运行保驾护航。
关键词：FSSS；火焰检测器；保护
锅炉炉膛安全监视系统FSSS，也称为燃烧器管理系统，是火电厂自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。在《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》中的定义为：FSSS是保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全启停、投切，并能在危急工况下，迅速切断进入炉膛的全部燃料（包括点火燃料），防止发生爆燃、爆炸等破坏性事故的安全保护和顺序控制装置。
锅炉安全保护作用主要包括在锅炉运行的各个阶段，对参数、状态进行连续地监视；不断地按照安全规定的顺序对它们进行判断、逻辑运算；遇到危险工况，能自动地启动有关设备进行紧急跳闸，切断燃料，使锅炉紧急停炉，保护主、辅设备不受损坏或处理未遂性事故。
火焰检测系统是FSSS的基础设备，它的作用是对炉膛火焰和各燃烧器火焰进行检测，输出至FSSS的逻辑控制系统，其工作好坏对整个FSSS系统能否正常工作是至关重要的。因为在锅炉正常燃烧时，有可能会因为燃烧供应不稳定或者氧气不足等原因而使燃烧器熄火，而如果此时的燃料还在继续不停的供应，就会在炉膛内堆积很多未燃燃料和送风空气的可燃混合物，而这些混合物很可能在炉膛内温度较高但是又达不到正常燃烧温度时发生爆燃。炉膛内的可燃混合物几乎在同时被点燃，生成大量的气体并且体积膨胀，使炉膛内的压力在短时间内骤增，从而发生锅炉爆炸事故。
鉴于此种情况，火电厂的锅炉系统都加上了锅炉监控装置，目的就是对炉膛内火焰状况进行监控，经过一系列的处理实现火焰有无的自动判别。当火焰一旦熄灭时，便自动切断燃料和空气供应，防止爆炸事故发生，并及时报警。
一、火焰检测原理
油、煤或气体燃料的燃烧其实质是燃料化学能以电磁波的形式释放，燃烧器火焰一般都能发射几乎连续的发光光谱，其发射源是燃烧过程中生成的高温炭素微粒子、微粉炭离子群和气体等，不同的燃料燃烧过程中的中间产物不完全相同或中间产物的所占比例各不相同，不同的燃烧中间产物所发射的光谱不完全一样，这是选择不同类型火焰检测器的依据。
油火焰含有大量的红外线、部分可见光和少量紫外线；煤粉火焰含有少量紫外线、丰富的可见光和少量的红外线；气体火焰有丰富的紫外线、红外线和较少的可见光。而且对于单只燃烧器火焰，其辐射光谱沿火焰轴线分布是有规律的。
燃煤锅炉中煤粉燃烧器沿轴线从里之外分为4个区域，即预热区、初始燃烧区、安全燃烧区和燃尽区，在初始燃烧区不但可见光较丰富而且能量辐射率变化剧烈，因此火焰检测探头准确对准燃烧器的初始燃烧区才是最佳选择。
通过火焰检测探头的视角调整机构或探头安装位置准确布置，将探头调整至最佳视野区，使探头准确对准燃烧器的初始燃烧区，探头将采集到的可见光信号经凸透镜、光导纤维等器件组成的传光系统送至探头放大器，探头放大器的光敏元件将光信号变为电信号，再经对数放大变为稳定的0～2mA的电流信号，采用对数放大方式即保证火焰亮度与信号强度的线性增益关系，又防止了电流信号饱和的发生，再将火焰信号以电流的方式通过4芯屏蔽电缆传输至火检处理器处，采用电流方式传输可确保信号不失真，火焰检测处理器是一种双信号火焰处理器，其经1千欧姆检测电阻把来自探头的火焰电流信号变为电压信号接收下来，电压信号通过火焰处理器的强度处理回路与频率处理回路被分为两路信号：即强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的脉动或闪烁频率。当强度实时值与频率实时值均高于一定值时，有火继电器触点动作，发出有火接点信号，任一条件不满足均发出无火信号。
二、火焰检测器的安装
在锅炉任何运行工况下，很好地检测炉膛内火焰常常是件困难的事。要很好的检测炉膛内的火焰，必须正确的安装火焰检测器。火焰在其燃烧的第一阶段，即靠近火焰根部区域，也就是一次燃烧区。在一次燃烧区内，火焰强度最大，火焰的脉动频率也最大，是检测火焰“有”或“无”最敏感的区域。火焰离开一次燃烧区继续燃烧，这个火焰的前端区域称之二次燃烧区。在二次燃烧区内，火焰强度明显减弱，火焰的脉动频率也随着离燃烧器喷口的距离增加而递减。
对于燃烧器前后墙布置的锅炉，火焰检测器用于各个燃烧器（包括油枪）的火焰。火焰检测器的安装位置应这样确定：火焰检测器的视线应既对准该燃烧器的一次燃烧区，又不要“偷看”到邻近或其他燃烧器火焰的一次燃烧区。
火焰检测器探头的位置对频率具有重要影响，当其安装在油喷嘴根部靠近燃罩附近时，频率可达到上述频率；但安装位置远离油枪根部时或油枪火焰燃烧不稳定时，频率降低。如果探头装于二次风风口内，油枪也装于二次风风口内，此二次风若上、下与一次风相邻，此二次风口内的火焰检测探头既可以检测油枪火焰，又可以检测一次风风口的煤粉火焰。若需要鉴别油枪是否点燃，则需要两路频率检查回路与此探头相连，一路按油火焰频率整定，一路按煤粉火焰频率整定，这样就避免了在同一个二次风口内装设两套火焰检测探头的必要，可以节省一部分探头及电缆的投资。
三、火焰检测系统热态试验
下面以国内某厂燃煤锅炉的现场热态试验为例，进行探讨。
整个试验分两个阶段，第一阶段是在滑参数停炉过程中测定的，第二阶段是在冷态启动锅炉中进行试验。在试验过程中使用光线示波器及数字毫伏记录仪分别记录了各个火焰检测器在全部降负荷及升负荷过程中火焰的闪动频率和信号强度的变化情况。根据这些数据归纳出以下一些规律，并且据此提出了火焰检测器各个整定参数的推荐值及装置使用时的一些局限性。
1.煤粉火焰根部的闪动频率大于炉膛火球的闪动频率，但它们的差值并不悬殊。
2.当锅炉负荷在40%以上时，火球的强度信号大于火焰根部的强度信号。
3.锅炉负荷由100%降至40%，各层煤火焰检测器的信号强度电平变化不明显，根据得到的测量数据（低负荷下较低读数为2.59mA），建议“升伐值”可定为2.0mA，“降伐值”可定在1.5mA左右。在冷态启动过程中所测数据也证明了上述推荐值是合理的。
4.在冷态启动中，点火油枪的火焰频率变化较大。刚点火时，闪动频率只有10～20Hz，但随着炉温及二次风温的上升，火焰根部的频率可达到30～40Hz。观察分析发现是因油温较低，二次风速稍高，使油枪根部脱火，而在距喷口1～2m处燃烧，探头测到的较低频率为背景光所有。
5.在实验过程中发现，当锅炉在80%负荷以上工作时，所有喷嘴均投入，这时各個煤火焰检测器均监视火焰根部，此时参考频率可设定为10Hz左右。以层火焰监视为主，当锅炉处于启停炉及低负荷运行时，火焰频率低且不稳定，为安全考虑，应将参考频率定在3.5Hz，以监视火球为主。
四、结语
火焰检测器作为锅炉安全监测和保护系统中的重要组成部分，在机组投正常运行过程中，一定要做到安全、准确、可靠，避免因为其检测效果而导致的MFT保护误动或拒动，为机组的安全稳定运行保驾护航。