襄樊電廠鍋爐是由上海鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界中間再熱自然循環(huán)汽包鍋爐。燃燒器采用四角布置切園燃燒方式,四組直流式寬調(diào)節(jié)比(wr燃燒器)擺動式燃燒器布置于爐膛下部的四角。每組燃燒器由5層一次風(fēng)噴嘴,8層二次風(fēng)噴嘴和2層三次風(fēng)噴嘴組成,其中有3層二次風(fēng)噴嘴中設(shè)置了輕油油槍,每支油槍相應(yīng)地配備了一支高能點火器,自動控制點火,油槍采用機(jī)構(gòu)霧化,燃燒器的煤粉噴嘴和油槍均配有火焰檢測裝置。
一、系統(tǒng)的組成及檢測原理
襄樊電廠火焰檢測裝置是美國for—ney公司提供,其主要組成包括探測器和放大器兩大部分。其中探測器部分又由探頭和光纖電纜部件組成。
1.光纖電纜部件:由美國fireye公司提供,其組成為光學(xué)鏡頭、光纖束和內(nèi)外支架等部分。光學(xué)鏡頭安裝在鍋爐的風(fēng)箱和爐墻附近。內(nèi)支架從鍋爐的爐墻通過金屬軟管與外支架相連。內(nèi)、外支架主要是起固定作用。光纖束放置于金屬軟管內(nèi),光纖與探頭相連。
當(dāng)燃燒器擺動、風(fēng)箱內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)或燃燒器的噴嘴影響火焰探頭對爐膛火焰檢測的視線角度時,我們就需要通過光纖將火焰引出來。一般鍋爐燃燒時,爐膛會形成一個較大的火球,常規(guī)檢測都是采用測量單個燃燒器的火焰確定燃燒器火焰的有無。為了避開火球?qū)蝹€燃燒器火焰的影響,便于準(zhǔn)確測量單個燃燒器火焰狀態(tài),需要對火焰測量的角度做一些調(diào)整,而采用光纖電纜正是為了滿足這一要求,它既可以較容易地實現(xiàn)安裝,又增加了測量的準(zhǔn)確度,同時通過光纖可將探頭遠(yuǎn)離鍋爐的高溫區(qū),有利地保護(hù)了探頭的元器件。
2.探頭:型號dpd(ir)為智能型。主要將火焰燃燒器燃燒的形狀以文本方式寄存,利用微處理器和軟件計算,不斷地測量火焰的幅值和頻率特性來判斷火焰的狀態(tài),并且將火焰燃燒工況轉(zhuǎn)換成脈沖信號。
每個燃燒器都有它特定的火焰形態(tài),包括外形(包絡(luò)線)和火焰強(qiáng)度。dpd探頭由此形成一個文本,在學(xué)習(xí)“(learn)”方式下,對目標(biāo)火焰信號的頻率特性進(jìn)行實時分析、確定火焰的類型(如有火焰、相鄰火焰、背景火焰、無火焰等)和火焰頻譜特性映像。在“工作(run)”方式下能將所測火焰信號與存檔火焰進(jìn)行比較、鑒別,以判別火焰的狀態(tài)。
這種數(shù)字文本技術(shù)設(shè)計大大簡化了人機(jī)接口,簡化了人們對探頭的靜態(tài)校驗工作,特別是自診斷和“步進(jìn)式”編程使得探頭操作簡單。
3.火焰放大器:其型號為dp7000,接收探頭發(fā)出的火焰脈沖信號,并進(jìn)行綜合處理,發(fā)出有/無火焰狀態(tài)信號、臨界火焰報警信號以及4—20ma的火焰信號。
二、系統(tǒng)安裝
爐膛火焰系統(tǒng)安裝質(zhì)量將直接影響到火焰檢測裝置測量的結(jié)果,特別是探測器部分,它是將火焰信號變成可處理的數(shù)字信號的重要環(huán)節(jié),是系統(tǒng)的一次元件,安置于鍋爐爐前就地。下面簡要介紹一下探測器部分在安裝過程中應(yīng)注意的幾個問題:
1.探測器的內(nèi)支架中心線與燃燒器火焰中心線應(yīng)成5度左右的夾角,以保證探測器對準(zhǔn)火焰的初始燃燒區(qū)。
2.探測器的光纖束軟管部分應(yīng)盡量繞開障礙物(如空氣擋板等),或在障礙物上適當(dāng)位置開孔(槽)。在試運(yùn)前試動一下空氣擋板,檢查是否與軟管或支架相碰,同時考慮到鍋爐膨脹的行程。
3.安裝探測器應(yīng)注意爐膛二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向,探測器應(yīng)安裝在按氣流旋轉(zhuǎn)方向點火器下10—30度左右的位置。
4.探測器安裝的位置應(yīng)在50—150cm的可視目標(biāo)區(qū)域工作,可視區(qū)域太大或太小都容易引起“偷窺現(xiàn)象”或“火焰失真”的產(chǎn)生。
5.探頭應(yīng)避免油、灰、煙塵等污染物污染。探頭安裝位置的溫度不能超過65℃,否則會影響探頭的壽命。
6.探頭必須與地絕緣,應(yīng)在支架上安裝絕緣套。絕緣套有兩個方面的作用,其一是防止熱傳導(dǎo),避免爐膛熱沿支架傳導(dǎo)到探頭上,其二起電氣絕緣作用,避免對測量信號產(chǎn)生干擾和噪聲。測量信號連接應(yīng)采用屏蔽電纜并將其連接至dcs接地系統(tǒng),防止強(qiáng)電干擾。
三、系統(tǒng)的調(diào)試及維護(hù)
火焰系統(tǒng)的調(diào)試就是使系統(tǒng)正確反映火嘴燃燒工況,準(zhǔn)確分辨出燃煤還是燃油,并且不致偷窺到上、下或相鄰火嘴以及整個爐膛背景火焰。在調(diào)試過程中首先對forney智能型火焰探頭進(jìn)行靜態(tài)整定和動態(tài)學(xué)習(xí)火焰燃燒情況調(diào)整。對探頭靜態(tài)整定包括對探頭進(jìn)行組態(tài),產(chǎn)生一個文本,然后存儲文本,投入運(yùn)行。一個完整的文本包括一系列設(shè)定的參數(shù)和已存火焰有/無狀態(tài)文件。在探頭上有八位led顯示和4個用于設(shè)定不同值和參
數(shù)的按鈕,其中三個按鈕位于探頭表面,它們分別是advance、help、change。
advance:顯示文件內(nèi)容和目錄。
help:說明文件內(nèi)容的意義。
change:修改目錄范圍內(nèi)的設(shè)定值,在修改數(shù)字之前要按編程使能鍵。
在探頭的側(cè)面(外殼內(nèi))有programen—able鍵,即編程使能鍵,用于編程允許。
編程的步驟主要如下:
1.按編程使能鍵,使探頭處于設(shè)定狀態(tài)。
2.編程文件文本。
3.組態(tài)探頭的狀態(tài)和各種參數(shù)。
4.調(diào)整探頭對準(zhǔn)火焰的角度、量程和靈敏
5.學(xué)習(xí)火焰有狀態(tài)。
6.學(xué)習(xí)火焰無狀態(tài)。
7.存儲文本數(shù)據(jù)。
8.將探頭置于運(yùn)行狀態(tài)備用。
探測器共有兩級清單,即狀態(tài)清單和設(shè)定值編程清單。狀態(tài)清單只用于顯示當(dāng)前探測器的被檢燃燒器火焰的狀態(tài)信息。設(shè)定值清單則用于對探測器靜態(tài)和參數(shù)設(shè)定,具體整定調(diào)整見表1和表2
探測器的動態(tài)調(diào)試就是在一定的負(fù)荷情況下分別對每個燃燒器的火焰進(jìn)行學(xué)習(xí)。在動態(tài)調(diào)試過程中一定要保持鍋爐負(fù)荷的穩(wěn)定(不能擺動火嘴),同時相鄰火嘴燃燒工況要保持不變。探測器屏幕顯示lrn=110開始遞減,當(dāng)減至100時,顯示newdata,然后繼續(xù)。在學(xué)習(xí)過程中,如果出現(xiàn)負(fù)荷變化或相鄰火焰的切除或投入,顯示屏?xí)亠@示newdata,并復(fù)位至100,重新開始計數(shù),當(dāng)減至0時,顯示學(xué)習(xí)完成。具體調(diào)試如下:
1.在機(jī)組高負(fù)荷(270mw以上即90%負(fù)荷以上)工況下,分別對煤火檢在給粉機(jī)轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分和700轉(zhuǎn)/分時,對有火狀態(tài)(燃燒器投運(yùn))和無火狀態(tài)(燃燒器切除)的工況下分別進(jìn)行l(wèi)earnonnew和learnonadd設(shè)定,然后投入保護(hù)。
2.經(jīng)過以上調(diào)試,機(jī)組緩減負(fù)荷分別在240mw(80%負(fù)荷)、200mw(70%負(fù)荷)穩(wěn)定工況,檢查火焰實際運(yùn)行情況進(jìn)行燃燒器投/切實驗,檢測是否真實,有無虛假火焰現(xiàn)象。
3.為了保證火檢在任何工況下均能穩(wěn)定工作,需將鍋爐負(fù)荷降至170mw左右(不投油助燃),然后逐一將煤火檢在給粉機(jī)轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分以下時再進(jìn)行l(wèi)earnonnew設(shè)置,然后在700轉(zhuǎn)/分左右高速轉(zhuǎn)動時進(jìn)行l(wèi)earnonadd調(diào)整。
4.在運(yùn)行中如果火檢出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,可再作1—2次升、降負(fù)荷,按上述步驟進(jìn)行l(wèi)earnonadd調(diào)整。
其次對火檢放大器進(jìn)行組態(tài)調(diào)試。每個dp7000放大器可以接收兩路火檢探測器發(fā)送的脈沖信號,襄樊電廠采用一路配置。放大器的顯示值同樣分成兩組,即狀態(tài)組和設(shè)定值組態(tài)組。狀態(tài)組顯示運(yùn)行參數(shù),所有參數(shù)以縮寫方式顯示。見表3:
設(shè)定值組態(tài)組用于對放大器進(jìn)行組態(tài)設(shè)定和參數(shù)修改。在動態(tài)調(diào)試過程中火檢判別繼電器動作值根據(jù)實際情況而定。我們設(shè)定在200pps左右,在實際調(diào)試過程中一般有火頻率在250pps左右,發(fā)出信號繼電器的動作值一般應(yīng)比實測值低50個脈沖,無火頻率在150pps左右,臨界報警火焰動作值比無火動作值高20個脈沖。見表4
通過對探頭和放大器的調(diào)試可知有火響應(yīng)時間為1秒,火焰失去響應(yīng)總時間為4+1=5秒,即從探頭觀察不到火焰到放大器發(fā)出無火焰信號為5秒時間。
四、影響火焰檢測的因素及分析
鍋爐燃燒方式燃料的種類對鍋爐燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)選型、鍋爐布置以及鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性都有著較大的影響,直接影響到鍋爐的燃燒,而燃燒狀態(tài)的穩(wěn)定與否以及燃燒形成的火焰形狀又影響火焰檢測的準(zhǔn)確性和靈敏性。以下就這些方面分別予以分析說明:
1.燃燒方式對火檢的影響
forney公司的火檢系統(tǒng)以火焰外形與火焰強(qiáng)度形成一個文本,在此基礎(chǔ)上,通過特定的軟件,對文本進(jìn)行分析和處理。不同的燃燒方式形成的背景火焰形狀不同,對燃燒器火焰產(chǎn)生的影響因而也不同,因此,在軟件方面對火焰信號的處理是不具有通用性,同時,上下或相鄰的火焰對單個燃燒器火焰影響又各異,通過數(shù)字文本對火焰檢測進(jìn)行判別影響較大。
2.燃燒對火檢的影響
燃燒動態(tài)過程的穩(wěn)定性對火焰的測量有著非常重大的意義,燃燒的穩(wěn)定雖然與燃料的細(xì)度、燃料/風(fēng)的配比有著直接的關(guān)聯(lián),同樣與燃料的種類也密不可分。從燃料的常規(guī)分析來看,煤燃燒時,除部分固定和游離氫外,元素成分大都不是單質(zhì)狀態(tài)燃燒,而是組成復(fù)雜的有機(jī)參與燃燒,其燃燒過程與工業(yè)分析中分析出過程大致相同,因此,直接影響鍋爐燃燒及運(yùn)行的因素,主要是煤的工業(yè)分析成分,即揮發(fā)分、水分和灰分?,F(xiàn)簡述它們對燃燒的影響:
(1)揮發(fā)分的影響
揮發(fā)分含量越多的煤,越容易著火,燃燒也易于*。這是因為:揮發(fā)分是氣體可燃物,其著火溫度較低,揮發(fā)分越多,其著火溫度越低,使煤易于著火;揮發(fā)分多,相對來說煤中難燃的焦炭便少;大量揮發(fā)分析出,著火燃燒可以放出大量熱量,造成爐內(nèi)高溫,有助于焦炭的迅速著火和燃燒,因而揮發(fā)分多的煤也較易于燃盡,揮發(fā)分是從固體燃料內(nèi)部析出,它析出后使燃料具有孔隙性,揮發(fā)分越多,燃料顆粒的孔隙性越多、越大,使燃料與空氣接觸面增大,便于燃燒*。襄樊電廠設(shè)計煤種為登封貧煤和黃陵煙煤各50%混合,其可燃基揮發(fā)分為22.62%,校核煤種a為河南登封貧煤,揮發(fā)分含量為14.22%,校核煤種b為陜西黃陵煙煤,揮發(fā)分含量為35.46%。較大幅度的變化時對火檢系統(tǒng)的檢測產(chǎn)生了很大影響,當(dāng)煤種發(fā)生變化時需要進(jìn)行動態(tài)學(xué)習(xí)調(diào)整。
(2)水分的影響
燃煤中水分多,燃燒時放出的有效熱量便減少,水分多,會降低爐內(nèi)燃燒溫度,并增加著火熱量,因而可使著火推遲,甚至?xí)怪鸢l(fā)生困難。
(3)灰分的影響
燃料中的灰分不但不能燃燒,而且降低燃料的發(fā)熱量,妨礙可燃質(zhì)與氧的接確,增加燃料著火和燃燒的困難,還使燃燒損失增加。燃料中灰分增加,可以使火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢,影響著火,也會使火焰溫度降低,這是因為加熱灰分的熱量消耗隨之增加。煤的發(fā)熱量降低,灰分和水分含量越大,灰分增加而引起的溫度下降幅度越大。
五、結(jié)束語
forney公司智能型火焰檢測系統(tǒng)通過文本處理對火焰狀態(tài)進(jìn)行分析處理,給我們提供了一套嶄新的測量方法?;谖⑻幚砥骱蛙浖嬎惴治霾粩嗟貦z視被測火焰的強(qiáng)度(幅度)和頻率特性,方便地實現(xiàn)了對系統(tǒng)的靜態(tài)整定和測量元器件的校驗,簡化了人機(jī)操作,為火焰檢測裝置的開發(fā)與應(yīng)用開拓出新的方向。但在實際運(yùn)行中,運(yùn)行工況發(fā)生變化或煤質(zhì)發(fā)生變化,對其測量的準(zhǔn)確度、靈敏度產(chǎn)生較大的影響,甚至出現(xiàn)錯誤的結(jié)果,需要根據(jù)實際情況不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)調(diào)整,這樣給運(yùn)行維護(hù)人員增加了較大的工作量,同時在調(diào)整過程中對穩(wěn)定工況要求較嚴(yán),并且要通過升、降負(fù)荷幾次才能確定,給運(yùn)行人員增加了難度,也增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本。