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【摘 要】电站锅炉火焰检测系统关系着整个电站的安全稳定运行，但是目前尤其是煤火焰检测系统或多或少存在一些问题，时常严重影响着电站锅炉和机组运行的可靠性和经济性。本文就以华能杨柳青发电厂6号300MW机组煤火焰检测系统为例，对其检测一直不稳定的原因进行了详细的研究和分析，同时结合现场实际情况，对原煤火焰检测系统及其装置提出了科学的改进方法，主要从硬件方面将德国DURAG公司生产的煤火焰检测系统更换为哈尔滨中能公司生产的ZHJZ-IV火焰检测系统。改进后的煤火焰检测系统经过1年多时间的运行，未出现过1次类似锅炉保护误动作的事故，煤火焰检测系统运行安全稳定，检测效果准确，从而也保证了整个机组的可靠、经济运行。
【关键词】电站锅炉；火焰检测；燃烧器；DCS；光纤探头；检测处理仪
引言
锅炉煤火焰检测系统（以下简称煤火检系统）是大型电站锅炉燃烧器管理和燃烧安全监控系统必不可少的组成部分，其作用贯穿于机组从启动到满负荷的各个阶段[1]。准确、快速、可靠地检测炉膛火焰，尤其是在变负荷或低负荷等燃烧不稳定工况下正确检测，是防止炉膛爆燃、确保锅炉安全运行的重要手段[2]。当发生全炉膛灭火或单元燃烧器熄火时，火检系统准确动作发出报警信号送往机组的分散控制系统（DCS），其中的锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）根据信号进行逻辑判断，联锁保护功能动作，切断相应的燃料系统中的设备，如给煤机、磨煤机、磨煤机出口闸板门等，并停运一次风机、冷热一次风隔绝门等燃料风系统中的相应设备，以防止炉膛内积聚燃料并在异常情况下被点燃引起锅炉爆炸恶性事故的发生[3]。因此，煤火检系统的可靠性与检测的准确性直接关系到锅炉是否能安全和经济运行[4]。
1.单元机组简介
华能杨柳青发电厂6号300MW机组锅炉设计为BLK-1025亚临界参数直流液态排渣炉、直吹式制粉系统、100%飞灰复燃，配有四台MPS-225型中速磨煤机。锅炉有两个燃烧室，呈W型火焰燃烧[5]，每个燃烧室顶部布置两排共八只漩流式燃烧器；每台磨煤机有四条煤粉管道分別与同一燃烧室同一排的四只燃烧器相连接，以保证在不同的工况下炉膛内热负荷平均分配。锅炉控制采用德国西门子公司TELEPERM XP/ME[6-7]分散控制系统（DCS），汽机控制采用美国西屋公司的OVATION数字电液调节系统（DEH）。
2.煤火检系统现存问题及原因分析
2.1煤火检系统现存问题
6号机组锅炉煤火检系统采用的是德国DURAG公司生产的火检探头及火检处理仪，其型号分别为D-LE600-G40和D-UG660-20，由于机组投产年限相对较长，设备老化程度比较严重，因而经常出现各类煤火检方面的故障，例如：火检探测信号不稳定、“偷看”、“漏看”等等；并且该类设备备件更新速度较快，原有型号火检探头及火检处理仪已经断货，新型号备件价格昂贵且安装、接线方式均有所不同，使用极其不便，维护检修工作极其困难。又由于机组常年的运行，锅炉以及燃烧器的运行工况也发生了变化，原有火检探头和火检处理仪的安装位置以及工作运行状态已经不能满足现实工况的检测要求，也就造成了锅炉煤火检系统时常无法正常、准确反映锅炉燃烧器火焰的真实状态，从而给整个机组安全稳定运行造成了极大的隐患。
2.2煤火检系统故障原因分析
一方面，燃烧器中的风场状况不是恒定不变的，当风场发生变化时，会导致燃烧器内火焰偏离正常检测位置，又由于煤火检探头安装位置的问题，探测范围较小，某些工况下无法检测到火焰，如图1右侧所示。进而DCS报警燃烧器没火，严重时会触发保护动作（同一排4个燃烧器，2个报警没火，相应磨煤机跳闸），造成重大经济损失。
另一方面，燃烧器周边环境恶劣，温度较高、粉尘较多、震动较大，尤其使安装在燃烧器周边的火检处理仪老化程度加快，故障频发；再加上产品更新换代，所需备品备件补充困难，为了保证整个煤火检系统的运行，只有经常不得以把火检信号强制为“有火”状态，锅炉运行面临安全隐患的形势严峻。因此，对锅炉煤火检系统的升级改进已经势在必行。
3.煤火检系统改进方案的研究与实施
3.1煤火检系统改进方案的分析
从煤火检系统故障原因分析和日常维护管理经验中，可以得出改进的煤火检系统需要保证以下几个方面：
第一，安装上的火检探头，在燃烧器内必须有较大的探测范围，以保证在风场变化时，也能正常探测到火焰的强度；理想的煤火检探头安装探测状态如图2所示。
第二，火检处理仪现场工作环境恶劣，所以为保证火检处理仪稳定工作，其工作运行环境也必须给予改善，此次改进的方案是将其放置安装在主控室电子间内。
第三，改进后的煤火检系统的产品及其附件应是标准化的工业设备，便于升级、改造和更换，性价比也应尽可能的高。
第四，原有煤火检系统故障率高且维护困难，所以此次改进方案必须充分考虑日后的维护工作，并且技术维护人员对新的煤火检系统及其相关设备最好有足够的认识和理解，有一定的运行维护经验。
3.2煤火检系统改进方案的研究
3.2.1煤火检系统改进方案的确定
通过对煤火检系统的分析，确定煤火检系统改进方案是主要从硬件方面更换德国DURAG公司的火焰检测系统为中国哈尔滨中能公司的ZHJZ-IV火焰检测系统。
这种方案的优点主要包括以下几点：
第一，不需改变原有的保护逻辑，每支火检探头和火检处理仪还是对应自己的燃烧器，除了需要更换原有的火检设备外，其他变动很少，改造工作量很低；
第二，ZHJZ-IV火焰检测系统在国内发电机组有着广泛的应用，火焰探测的准确度很高并且故障率很低，性价比高；
第三，在ZHJZ-IV火焰检测系统中，火检探头具有结构紧凑、探测范围广、免维护的功能，产品的耐腐性能极高，此次改造又把火检处理仪放置安装在了电子间内，免去了现场恶劣环境的影响，所以新的煤火检系统工作稳定，维护便利； 第四，ZHJZ-IV火焰检测系统的产品及其附件是标准化的工业设备，许多维护工程师都经历过全面的培训，因此煤火检系统日后进一步的升级、改造就有了坚实的基础。
3.2.2改进后煤火检系统的主要硬件组成
ZHJZ-IV火检系统使用硬管光纤型红外普通探头，硬管较长，便于深入燃烧器内扩展探头探测范围，且不容易烧损，探头的另一侧是信号处理装置（放大器），探头探测状态及结构如图2所示。火检处理仪采用的是ZFD型智能火焰检测器信号处理仪，其通过采集火焰强度和频率，进行双信号处理，能有效地反映火焰情况，保证机组安全稳定运行，其现场运行效果如图3所示。
除了主要设备火检探头和火检处理仪之外，ZHJZ-IV火检系统还包括的主要辅件、附件如表1所示。
3.2.3 ZHJZ-IV火檢系统的检测原理
火检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（光电管）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，再将火焰信号以电流的方式通过4芯屏蔽柔性电缆传输至火检处理仪，火焰检测处理仪是一种双信号仪器，它经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，电压信号分别送入火检处理仪内部的强度处理回路与频率处理回路，从而产生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强度阈值和频率阈值时，“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[8]。
3.3煤火检系统改进方案的实施
煤火检系统改进方案的实施过程包括以下7个方面：
（1）对锅炉煤火检系统的原理和结构深入分析，进一步确定换型单元具有可替代性；
（2）现场调研，确定火检设备的安装方式、位置和电缆走向；
（3）机组停运后进行原探头和处理仪的拆卸工作；
（4）拆卸完毕后，加装换型的探头和处理仪；
（5）对煤火检系统进行逐个信号的核对和通信试验；
（6）对煤火检系统进行调试试验；（调试分为静态调试和动态调试两个阶段。静态调试是指锅炉启动前对煤火检系统的调试；动态调试是指锅炉启动后对煤火检系统的调试。）
（7）技术交底，对所有技术记录，设备资料，试验数据等进行归档保存。
4.改进后煤火检系统运行效果
改进后的煤火检系统已经运行1年多的时间，运行平稳，没有出现过因煤火检系统故障造成的跳磨以及停炉停机的事故，以下给出改进前后不同年份（2011年和2012年）相同月份的煤火检系统缺陷统计结果，如表2所示。
5.结论
对于当代大型锅炉，锅炉灭火保护至关重要，国家电网公司和国家各个电力集团公司都多次重申严格执行《火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程》[9]和《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》[10]，严禁随意退出煤火焰检测探头或联锁装置，但煤火检问题对于许多电厂还都是一个令人头痛的问题。此次通过对华能杨柳青发电厂6号机组煤火检系统的研究与改进，圆满解决了煤火检系统多年来运行不稳定、故障率高、维护困难的问题，从而，保证了机组运行的安全、稳定和经济。
参考文献：
[1]何畅.电站锅炉火焰检测系统功能的实现与完善[J]. 浙江电力，2006，（2）：66-68.
[2]赵永生 宋新.DURAG火检系统在350MW机组中的应用与调试[J]. 电力建设，2004，25（9）：56-59.
[3]吴永存 高锦尧.国产火检在 1000MW 机组塔式锅炉的应用研究[J]. 电站系统工程，2010，26（6）：63-65.
[4]李国才 李春风 陶姬.600MW机组锅炉火焰检测装置存在的问题分析及改进[J]. 应用科技，2004，31（5）：15-18.
[5]汪华剑.W型火焰锅炉燃烧检测与优化研究[D]. 华中科技大学， 2010.
[6]曹冬林 丁劲松.西门子电站分散式控制系统的设计特点[J]. 电力自动化设备，2000， 20（6）：38-40.
[7]罗颖坚.西门子 TELEPERM XP分散控制系统在台山电厂的设计应用[J]. 广东电力，2006，19（4）：48-52.
[8]哈尔滨市中能自动化设备有限公司.ZHJZ-IV火焰检测系统用户手册.
[9]DL/T435-1991.火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程[S].
[10]DL/T435-2004.电站煤粉锅炉炉膛防爆规程[S].
【关键词】电站锅炉；火焰检测；燃烧器；DCS；光纤探头；检测处理仪
引言
锅炉煤火焰检测系统（以下简称煤火检系统）是大型电站锅炉燃烧器管理和燃烧安全监控系统必不可少的组成部分，其作用贯穿于机组从启动到满负荷的各个阶段[1]。准确、快速、可靠地检测炉膛火焰，尤其是在变负荷或低负荷等燃烧不稳定工况下正确检测，是防止炉膛爆燃、确保锅炉安全运行的重要手段[2]。当发生全炉膛灭火或单元燃烧器熄火时，火检系统准确动作发出报警信号送往机组的分散控制系统（DCS），其中的锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）根据信号进行逻辑判断，联锁保护功能动作，切断相应的燃料系统中的设备，如给煤机、磨煤机、磨煤机出口闸板门等，并停运一次风机、冷热一次风隔绝门等燃料风系统中的相应设备，以防止炉膛内积聚燃料并在异常情况下被点燃引起锅炉爆炸恶性事故的发生[3]。因此，煤火检系统的可靠性与检测的准确性直接关系到锅炉是否能安全和经济运行[4]。
1.单元机组简介
华能杨柳青发电厂6号300MW机组锅炉设计为BLK-1025亚临界参数直流液态排渣炉、直吹式制粉系统、100%飞灰复燃，配有四台MPS-225型中速磨煤机。锅炉有两个燃烧室，呈W型火焰燃烧[5]，每个燃烧室顶部布置两排共八只漩流式燃烧器；每台磨煤机有四条煤粉管道分別与同一燃烧室同一排的四只燃烧器相连接，以保证在不同的工况下炉膛内热负荷平均分配。锅炉控制采用德国西门子公司TELEPERM XP/ME[6-7]分散控制系统（DCS），汽机控制采用美国西屋公司的OVATION数字电液调节系统（DEH）。
2.煤火检系统现存问题及原因分析
2.1煤火检系统现存问题
6号机组锅炉煤火检系统采用的是德国DURAG公司生产的火检探头及火检处理仪，其型号分别为D-LE600-G40和D-UG660-20，由于机组投产年限相对较长，设备老化程度比较严重，因而经常出现各类煤火检方面的故障，例如：火检探测信号不稳定、“偷看”、“漏看”等等；并且该类设备备件更新速度较快，原有型号火检探头及火检处理仪已经断货，新型号备件价格昂贵且安装、接线方式均有所不同，使用极其不便，维护检修工作极其困难。又由于机组常年的运行，锅炉以及燃烧器的运行工况也发生了变化，原有火检探头和火检处理仪的安装位置以及工作运行状态已经不能满足现实工况的检测要求，也就造成了锅炉煤火检系统时常无法正常、准确反映锅炉燃烧器火焰的真实状态，从而给整个机组安全稳定运行造成了极大的隐患。
2.2煤火检系统故障原因分析
一方面，燃烧器中的风场状况不是恒定不变的，当风场发生变化时，会导致燃烧器内火焰偏离正常检测位置，又由于煤火检探头安装位置的问题，探测范围较小，某些工况下无法检测到火焰，如图1右侧所示。进而DCS报警燃烧器没火，严重时会触发保护动作（同一排4个燃烧器，2个报警没火，相应磨煤机跳闸），造成重大经济损失。
另一方面，燃烧器周边环境恶劣，温度较高、粉尘较多、震动较大，尤其使安装在燃烧器周边的火检处理仪老化程度加快，故障频发；再加上产品更新换代，所需备品备件补充困难，为了保证整个煤火检系统的运行，只有经常不得以把火检信号强制为“有火”状态，锅炉运行面临安全隐患的形势严峻。因此，对锅炉煤火检系统的升级改进已经势在必行。
3.煤火检系统改进方案的研究与实施
3.1煤火检系统改进方案的分析
从煤火检系统故障原因分析和日常维护管理经验中，可以得出改进的煤火检系统需要保证以下几个方面：
第一，安装上的火检探头，在燃烧器内必须有较大的探测范围，以保证在风场变化时，也能正常探测到火焰的强度；理想的煤火检探头安装探测状态如图2所示。
第二，火检处理仪现场工作环境恶劣，所以为保证火检处理仪稳定工作，其工作运行环境也必须给予改善，此次改进的方案是将其放置安装在主控室电子间内。
第三，改进后的煤火检系统的产品及其附件应是标准化的工业设备，便于升级、改造和更换，性价比也应尽可能的高。
第四，原有煤火检系统故障率高且维护困难，所以此次改进方案必须充分考虑日后的维护工作，并且技术维护人员对新的煤火检系统及其相关设备最好有足够的认识和理解，有一定的运行维护经验。
3.2煤火检系统改进方案的研究
3.2.1煤火检系统改进方案的确定
通过对煤火检系统的分析，确定煤火检系统改进方案是主要从硬件方面更换德国DURAG公司的火焰检测系统为中国哈尔滨中能公司的ZHJZ-IV火焰检测系统。
这种方案的优点主要包括以下几点：
第一，不需改变原有的保护逻辑，每支火检探头和火检处理仪还是对应自己的燃烧器，除了需要更换原有的火检设备外，其他变动很少，改造工作量很低；
第二，ZHJZ-IV火焰检测系统在国内发电机组有着广泛的应用，火焰探测的准确度很高并且故障率很低，性价比高；
第三，在ZHJZ-IV火焰检测系统中，火检探头具有结构紧凑、探测范围广、免维护的功能，产品的耐腐性能极高，此次改造又把火检处理仪放置安装在了电子间内，免去了现场恶劣环境的影响，所以新的煤火检系统工作稳定，维护便利； 第四，ZHJZ-IV火焰检测系统的产品及其附件是标准化的工业设备，许多维护工程师都经历过全面的培训，因此煤火检系统日后进一步的升级、改造就有了坚实的基础。
3.2.2改进后煤火检系统的主要硬件组成
ZHJZ-IV火检系统使用硬管光纤型红外普通探头，硬管较长，便于深入燃烧器内扩展探头探测范围，且不容易烧损，探头的另一侧是信号处理装置（放大器），探头探测状态及结构如图2所示。火检处理仪采用的是ZFD型智能火焰检测器信号处理仪，其通过采集火焰强度和频率，进行双信号处理，能有效地反映火焰情况，保证机组安全稳定运行，其现场运行效果如图3所示。
除了主要设备火检探头和火检处理仪之外，ZHJZ-IV火检系统还包括的主要辅件、附件如表1所示。
3.2.3 ZHJZ-IV火檢系统的检测原理
火检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（光电管）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，再将火焰信号以电流的方式通过4芯屏蔽柔性电缆传输至火检处理仪，火焰检测处理仪是一种双信号仪器，它经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，电压信号分别送入火检处理仪内部的强度处理回路与频率处理回路，从而产生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强度阈值和频率阈值时，“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[8]。
3.3煤火检系统改进方案的实施
煤火检系统改进方案的实施过程包括以下7个方面：
（1）对锅炉煤火检系统的原理和结构深入分析，进一步确定换型单元具有可替代性；
（2）现场调研，确定火检设备的安装方式、位置和电缆走向；
（3）机组停运后进行原探头和处理仪的拆卸工作；
（4）拆卸完毕后，加装换型的探头和处理仪；
（5）对煤火检系统进行逐个信号的核对和通信试验；
（6）对煤火检系统进行调试试验；（调试分为静态调试和动态调试两个阶段。静态调试是指锅炉启动前对煤火检系统的调试；动态调试是指锅炉启动后对煤火检系统的调试。）
（7）技术交底，对所有技术记录，设备资料，试验数据等进行归档保存。
4.改进后煤火检系统运行效果
改进后的煤火检系统已经运行1年多的时间，运行平稳，没有出现过因煤火检系统故障造成的跳磨以及停炉停机的事故，以下给出改进前后不同年份（2011年和2012年）相同月份的煤火检系统缺陷统计结果，如表2所示。
5.结论
对于当代大型锅炉，锅炉灭火保护至关重要，国家电网公司和国家各个电力集团公司都多次重申严格执行《火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程》[9]和《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》[10]，严禁随意退出煤火焰检测探头或联锁装置，但煤火检问题对于许多电厂还都是一个令人头痛的问题。此次通过对华能杨柳青发电厂6号机组煤火检系统的研究与改进，圆满解决了煤火检系统多年来运行不稳定、故障率高、维护困难的问题，从而，保证了机组运行的安全、稳定和经济。
参考文献：
[1]何畅.电站锅炉火焰检测系统功能的实现与完善[J]. 浙江电力，2006，（2）：66-68.
[2]赵永生 宋新.DURAG火检系统在350MW机组中的应用与调试[J]. 电力建设，2004，25（9）：56-59.
[3]吴永存 高锦尧.国产火检在 1000MW 机组塔式锅炉的应用研究[J]. 电站系统工程，2010，26（6）：63-65.
[4]李国才 李春风 陶姬.600MW机组锅炉火焰检测装置存在的问题分析及改进[J]. 应用科技，2004，31（5）：15-18.
[5]汪华剑.W型火焰锅炉燃烧检测与优化研究[D]. 华中科技大学， 2010.
[6]曹冬林 丁劲松.西门子电站分散式控制系统的设计特点[J]. 电力自动化设备，2000， 20（6）：38-40.
[7]罗颖坚.西门子 TELEPERM XP分散控制系统在台山电厂的设计应用[J]. 广东电力，2006，19（4）：48-52.
[8]哈尔滨市中能自动化设备有限公司.ZHJZ-IV火焰检测系统用户手册.
[9]DL/T435-1991.火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程[S].
[10]DL/T435-2004.电站煤粉锅炉炉膛防爆规程[S].