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                火焰檢測設備是火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統的關鍵

                2021-01-06 14:55:49

                1.1 用途  

                火焰檢測設備是火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統(FSSS)中的關鍵設備,它的作用貫穿于從鍋爐啟動至滿負荷運行的全過程,用于判定全爐膛內或單元燃燒器火焰的建立/熄滅或有火與無火,當發生全爐膛滅火或單元燃燒器熄火時,火焰檢測設備觸點準確動作發出報警,依靠FSSS系統連鎖功能,停止相應給粉機、磨煤機、燃油總閥或一次風機等的運行,防止爐膛內積聚燃料,異常情況被點燃引起鍋爐爆炸惡性事故的發生,因此設備性能即設備運行的可靠性與檢測的準確性直接關系到機組的運行安全與穩定性,ZHJZ-IV型火焰檢測器適用于按各種方式分類的鍋爐,包括按燃料類型分為燃油、燃煤、燃氣鍋爐,按機組容量分類的各種大中小型鍋爐,按爐型分類的四角切圓燃燒、對沖燃燒、循環流化床等各種鍋爐。

                1.2 火焰檢測原理  

                油、煤或氣體燃料的燃燒其實質是燃料化學能以電磁波的形式釋放,燃燒器火焰一般都能發射幾乎連續的發光光譜,其發射源是燃燒過程中生成的高溫炭素微粒子、微粉炭粒子群和氣體等,不同的燃料燃燒過程中的中間產物不完全相同或中間產物的所占比例各不相同,不同的燃燒中間產物所發射的光譜不完全一樣,這是選擇不同類型火焰檢測器依據,C2發射可見光(發射波長為473.7納米左右)、CH化合物發射紫外到藍光區波段的光譜、炭素粒子群發射紅光區光譜、CO2、H2O和SO2等三原子氣體發射紅外光,不同燃料的光譜分布特性是油火焰含有大量的紅外線、部分可見光、和少量紫外線,煤粉火焰含有少量紫外線、豐富的可見光和少量紅外線。氣體火焰有豐富的紫外線、紅外線和較少的可見光,而且對于單只燃燒器火焰,其輻射光譜沿火焰軸線分布是有規律的,例如煤粉鍋爐中煤粉燃燒器沿軸線從里至外分為4個區域即預熱區、初始燃燒區、安全燃燒區和燃盡區,在初始燃燒區不但可見光較豐富而且能量輻射率變化聚烈,因此火焰檢測探頭準確對準燃燒器的初始燃燒區是極好的選擇。  ZHJZ-IV型火焰檢測器的火焰檢測設備是一種間接輻射型可見光式火焰檢測設備,它利用燃燒器初始燃燒區域內可見光的亮度和燃料燃燒輻射率的動態變化、火焰包絡形狀的改變引起的脈動頻率來判斷火焰的“有”或“無”,是一種雙信號處理的火焰檢測設備。

                火焰檢測器

                通過火焰檢測探頭的視角調整機構或探頭安裝位置準確布置,將探頭調整至視野區,使探頭準確對準燃燒器的初始燃燒區,探頭將采集到的可見光信號經凸透鏡、光導纖維等器件組成的傳光系統送至探頭放大器,探頭放大器的光敏元件(光電管)將光信號變為電信號,再經對數放大變為穩定的0~2mA的電流信號(見上圖1),采用對數放大方式即保證火焰亮度與信號強度的線性增益關系,又防止了電流信號飽和的發生,再將火焰信號以電流的方式通過4芯屏蔽柔性電纜被傳輸至火檢處理儀,采用電流方式傳輸可確保信號不失真,火焰檢測處理儀是一種雙信號火焰處理儀,火檢處理儀經1千歐姆檢測電阻把來自探頭的火焰電流信號變為電壓信號接收下來,電壓信號通過火焰處理儀的強度處理回路與頻率處理回路被分成兩路信號:即強度信號和頻率信號。強度信號代表火焰的亮度,頻率信號代表火焰的脈動或閃爍頻率。當強度實時值與頻率實時值均高于強度閾值和頻率閾值時,有火繼電器觸點動作,發出有火接點信號,任一條件不滿足均發出無火信號。信號采集、轉換、放大、傳輸、處理、判斷、信號輸出過程如下圖2所示

                火焰檢測器

                對強度信號的處理是將實時火焰強度與強度閾值進行比較,當火焰強度高于強度閾值時,就是火焰的強度判定條件成立。      

                頻率的處理實際上是對火焰信號波動部分的處理,這部分的處理相對要復雜一些。這是因為頻率信號包含信號的頻譜、帶寬、峰—峰值等參數,所以要對這部分信號進行濾波、變換,從中提取火焰的燃燒特征。

                由于火焰的頻帶寬度1Hz~200Hz,而爐膛內熾熱的焦渣及灰粉發光的頻率不超過2Hz,所以通過頻率信號的頻譜分析完全可以證實火焰的存在。  對于來自相鄰燃燒器火焰的識別是火焰檢測的難點,由于相鄰燃燒器火焰的頻率和主火焰頻率有時非常接近,要對頻率信號進行頻譜分析,從而提高識別能力。具有智能的火焰檢測器除提供頻率增益調整方式外,還具有算法模式功能,一共有8種模式,可以選擇不同模式以適應火焰識別的需要。算法模式與頻率增益設定值配合,可獲得最終的識別效果。 當實時頻率和強度皆高于設定的閾值時,判定為有火。反之,判定為無火這在多數情況下是十分可靠的。但也有時由于火焰燃燒過程中出現偶爾的擾動或“黑龍”的影響,火焰的強度或頻率會短時間低于閾值,這時如果發無火信號,就將增加滅火保護系統誤動的可能性。為了避免發滅火信號提高火焰檢測器的可靠性,一般的火焰檢測器都加1至5秒的延時。但延時的大小很難確定,因為延時小了難免誤動,延時太大又會降低保護動作的靈敏性,甚至引起拒動。ZFD-02型智能火檢處理儀專門設計了一種反時限特性的延時機構。使無火延時的大小取決于滅火前的強度頻率的變化速率(反延時計算公式見上頁)。當火焰的強度,頻率值以高速率降至閾值以下時,延時時間應長一些。因為這時爐內有足夠的能量支持燃燒,不會達到真正滅火的狀態。當火焰的強度,頻率緩慢地降至閾值時,

                說明火焰的支持能量較小,延時時間就要短一些,以防止拒動。從而提高了火焰檢測的可靠性、準確性。  火檢探頭的輸入光信號與輸出電流信號之間、火檢處理儀的輸入電流信號與輸出實時百分比值之間均為反比關系,也就是說輸入光信號越強輸出電流信號越弱,輸入電流信號越小則輸出的實時百分比值越大。

                7.2 系統的維護與定檢 

                7.2.1  火焰檢測器  ZHJZ-IV型火焰檢測器是一種智能型火焰檢測器,ZFD-02型火檢處理儀有完善的自診斷及故障報警功能,診斷能力可達探頭級,長期運行在惡劣環境內的火檢探頭主要結構件均采用不銹鋼材料制造,堅固、耐腐蝕,探頭放大器中使用進口可承受高溫的電子元件,并用環氧樹脂密封固化,防護等級可達IP66級,因此基本上沒有需維護的工作,僅有需要維護內容是: 

                 (1)定期清潔火檢探頭中的透鏡組件。 透鏡組件清潔方法參見第12章火檢探頭。  

                (2)做好日常對火檢處理儀的巡檢工作。  

                9.5 探頭的維護與維修 

                9.5.1探頭的維護  

                ·確保冷卻風的持續供應。在鍋爐啟動前要先啟動冷卻風機,在停爐后要等爐溫降至50℃以下才可停止冷卻風機。 

                ·裝置在安裝前應進行檢查。  

                ·開孔位置盡量避開結焦區。當觀火孔被焦覆蓋時要及時清理。 

                ·定期檢查探頭鏡片是否被灰污染而導致靈敏度下降。若被污染要擦干凈,每次結合檢修要進行一次維護。  

                ·做日常的巡檢工作,當火檢強度與頻率值異常時,原因可能為透鏡積灰、透鏡組件損壞或光導纖維損壞所致。  

                ·應避免鍋爐出現長時間的正壓燃燒工況,導致光導纖維燒壞。 

                9.5.2 探頭的維修  1.ZFDT-T1H0V型探頭  探頭放大器、光纖和透鏡組件的更換方法:  

                注意:在鍋爐運行時更換光纖和透鏡組件,要保持冷卻風運行。  

                一、將探頭后蓋打開,用一字螺絲刀旋松后蓋固定M4螺釘,旋轉并拔出后蓋 

                二、拔下放大器接線端子,松開放大器與光纖連接螺母,取出放大器。 

                三、用6mm六方板手擰松法蘭盤處3個M8內六角螺栓,旋轉拔出內芯組件。 

                注意: 

                (1)內芯組件前部會很燙,移出時要戴上保護手套。  

                (2)內芯組件移出后不要從探頭后部向鍋爐內觀望,防止飛灰濺傷 

                (3)從柔性探頭還要注意在移出時避免磕碰,損壞透鏡。  第四步:待內芯組件前部溫度降低時,拆下透鏡組件。  

                五、 從支撐環上擰下M5螺母,拆下探頭頭上M4固定螺釘,然后拆下光纖前端, 從探頭后端抽出光纖。  

                注意:保管好螺母、墊片等零件,防止丟失。  更換探頭放大器  執行第1至第2步,然后反序裝好。  更換透鏡組件  執行第1至第4步,然后反序裝好。  更換探頭放大器  執行第1至第5步,然后反序裝好。  

                2.ZFDT-T1B0V型探頭  探頭放大器、光纖和透鏡組件的更換方法:  

                注意:在鍋爐運行時更換光纖和透鏡組件,要保持冷卻風運行。  

                一、將探頭后蓋打開,用一字螺絲刀旋松后蓋固定M4螺釘,旋轉并拔出后蓋。 

                二、拔下放大器接線端子,松開放大器與光纖連接螺母,取出放大器。 

                三、用6mm六方板手擰松法蘭盤處3個M8內六角螺栓,旋轉拔出內芯組件。 

                注意:

                (1)內芯組件前部會很燙,移出時要戴上保護手套。  

                (2)內芯組件移出后不要從探頭后部向鍋爐內觀望,防止飛灰濺傷 

                (3)從柔性探頭還要注意在移出時避免磕碰,損壞透鏡。 

                四、待內芯組件前部溫度降低時,旋下透鏡組件。  

                五、從支撐環上擰下M5螺母,拆下光纖前端,然后從探頭后端抽出光纖。         

                注意:

                保管好螺母、墊片等零件,防止丟失。 

                更換探頭放大器:

                執行第1至第2步,然后反序裝好。  更換探頭放大器  執行第1至第2步,然后反序裝好。  更換透鏡組件  執行第1至第4步,然后反序裝好。  更換探頭放大器  執行第1至第5步,然后反序裝好。


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