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ZHJZ型火焰檢測系統在工業煤粉鍋爐上的應用

文檔作者：王磊，邢小亮文檔來源：國電吉林熱電廠		點擊數：	更新時間： 2022年12月10日
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熱電技術 2009年第3期(總第103期)
ZHJZ—III型火焰檢測系統在工業煤粉鍋爐上的應用
王磊，邢小亮
(國電吉林熱電廠，吉林吉林132027)
摘要介紹了哈爾濱中能自動化設備有限公司生產的
z珊z一Ⅲ 系列火焰檢測裝置的構成、檢測原理及在煤粉鍋爐
上的應用情況，并提出了常見缺陷的處理方法及建議。
關鍵詞 火焰檢測煤粉鍋爐 燃燒器
1 前言
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
單元燃燒起火焰的建立、熄滅或有火、無火，當鍋爐
發生全爐膛滅火或單元燃燒器熄火的時候，及時發
出報警，并通過FSSS的連鎖功能，停止所有向爐膛
輸送燃料的設備，防止鍋爐爆炸的惡性事故發生。
國電吉林熱電廠11號鍋爐是俄羅斯西伯利亞動力
機械制造有限公司生產的超高壓參塔式單汽包自然
循環、膜式水冷壁蒸汽鍋爐，型號為E一500一l3．8—
560KT。該鍋爐配有l2個支流煤粉燃燒器，分上下
兩層，每層有6個成正切布置在鍋爐爐膛水冷壁上。
ZHJZ—III系列火焰檢測裝置的探頭就依次安裝在
各個燃燒器的正上方。對提高鍋爐運行的穩定性和
可靠性起到了重要的作用。
2 系統組成及原理
2．1 系統組成
ZHJZ—III型火焰檢測系統由火檢柜、智能火檢
處理儀、火檢探頭、工作站、火檢屏蔽電纜、火檢端子
箱、及冷卻風系統。
2．2 工作原理
ZHJZ—III型火焰檢測系統的火焰檢測設備是
一種間接輻射型可見光火焰檢測設備，它利用了燃
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”，是一種雙信號火焰檢
測設備。
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，將探頭調整至最佳視野區，使探頭準
確的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將光信
號轉變為電信號，再經對數放大變為穩定的0—2mA
的電流信號，采用對數放大方式既能保證火焰亮度
與信號強度的線性增益關系，又防止了電流型號飽
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
的火焰處理儀，火檢處理儀經1kQ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、信號的輸出過程見圖
1。
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，當火焰強度高與強度閾值時，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為l～200HZ，而爐膛內熾
熱的焦渣及灰粉發光的頻率不超過2HZ，所以要通
過頻率信號的頻譜分析完全可以確定火焰的存在。
王磊等：zHJz—III型火焰檢測系統在．x-qk煤粉鍋爐上的應用
火焰
探頭放火器 火檢女b理#件
+
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一幽 ： 模擬l斟—地 ——1 ‘ ． 甲 lf
．． ．．．__J
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電流信號
～ 一～ 中 【：
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模擬最輸Lfj
圖1 把圖名添上
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了提供頻率增益
調整方式外，還具有算法模式功能，一共有8種模
式，可以選擇不同的模式以適應火焰識別的需要。
算法模式與頻率增益的設定值配合，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。在多數情況下
是十分可靠的。但也有時對于火焰燃燒過程中出現
偶爾的擾動或“黑龍”現象的影響，火焰強度或頻率
會短時間低于閾值，這時如果發無火信號，就將增加
滅火保護系統的誤動的可能性。為了避免發滅火信
號提高火焰檢測的可靠性，一般的火焰檢測器都加1
至5秒的延時。但是延時的大小很難確定，因為延
時小了難免誤動，延時太大會降低保護動作的靈敏
性，甚至引起拒動。ZHJZ—III型火焰檢測系統的智
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的變化
率。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、頻率值緩慢的下降至閾值時，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，
也就是說輸人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。
有火開關量輸出
故障 } 量輸出
3 ZFDT~THXX(TBXX)型火檢探頭
3．1 構成及作用
ZHJZ—IⅡ系列火焰檢測裝置采用了z
THXX(TBXX)型火焰探頭，其中TH代表硬管探頭，
TB代表軟管探頭，XX代表探頭總長。
ZFDT-THXX(TBXX)型火焰探頭是由外導管
組件、內芯組件、探頭放大器三部分組成，而外導管
組件主要包括冷卻風口、外導管兩部分，作用是完成
與鍋爐的連接，保護內芯組件，對內芯組件進行冷卻
并清潔透鏡。內芯組件包括探頭頭、內導管、光纖、
接線端子等，作用是完成光信號的傳輸、電纜連接、
探頭放大器保護等功能。探頭結構見2圖。
圖2 探頭結構
3．2 性能特點
ZFDT~THXX(TBXX)型火檢探頭具有結構緊
湊、自動調零、抑制零點漂移、免維護的功能；它的結
構組件采用不銹鋼材料制造，因此提高了產品的耐
高溫、耐腐蝕的性能；除此之外，探頭采用高壓旋流
風清掃鏡片，可以使鏡片大大減少污染，提高使用壽
命；探頭放大器采用四針接插端子接線，螺紋連接方
式，拆裝十分方便；信號傳輸采用電流傳輸方式，能
一27 —
熱電技術 2009年第3期(總第103期)
確保信號不失真。
3．3 探頭的安裝
ZFDT-THXX(TBXX)型火檢探頭采用了內窺
式安裝方式，火焰檢測器全部安裝在燃燒器的主軸
線上，使探測實現基本上與燃料的噴射方向相同，并
略有傾斜使之與火焰根部相交。
這種安裝方式的優點就在于將火檢探頭直接對
準了火焰著火區，即火焰根部發亮的部分。這樣，在
實際運行中，一方面，由于煤種變化、燃燒調整所導
致的火焰漂移以及其他燃燒器火焰和背景火焰以及
“偷看”對于實時火焰檢測的影響就相對減少了。
因此，當煤質、負荷、風量等發生變化時，火焰檢測器
才能正確的進行檢測，正確的發出滅火信號，而不會
發錯信號，這對于鍋爐的正常運行起到了很重要的
作用。
雖然這樣的安裝方式有很多優點，但也存在不
足。探頭全部安裝在燃燒器的正上方，鍋爐的每一
個燃燒器距離地面最近的也要3—4m，而且探頭本
身比較長，長時間在鍋爐爐體內使其表面溫度很高，
給維護工作造成不便。基于上面的原因，建議使用
ZHJZ一ⅡI型火焰檢測系統的電廠在安裝火檢探頭
的時候應該同時搭建維護平臺，以便維護。
4 通訊方式
ZHJZ—HI型火焰檢測系統是一種分體式火焰
檢測器，有通訊要求時，將全部火檢處理儀各自火檢
機箱母板后部portl口通過火檢機箱擴展電纜并聯
到一起，冗余通訊卡件插在任意兩個火檢處理儀內，
工作站通過火檢機箱母板后部port3 121通訊，與DCS
則通過port2 121進行通訊，通訊卡件做冗余配置時，
一種方案是將裝有通訊卡件的兩個火檢處理儀的
port2口與port3口通過火檢機箱擴展電纜連通后同
時與DCS連接，也可采用DPM方案即每一塊通訊卡
件同時與各自獨立的DCS進行連接，而和 Ss有關
的各個部分邏輯全部在DCS中做。
5 常見缺陷的判斷和處理
5．1 冷卻風系統引起的火檢故障
a． 冷卻風壓低會導致探頭部分燒壞。如果火
檢的鏡片，光纖經常燒壞，就要檢查風壓是否滿足，
風機過濾器是否堵塞。
b． 熱繼電器動作，斷路器動作導致風機不能
正常運轉而引起的探頭燒壞，首先要查明熱繼電器
或斷路器動作的原因，然后才能給風機通電。
5．2 常見的火檢故障
a． 火檢處理板上的顯示窗無顯示。一般是由
于火檢處理板與機箱接觸不良造成，需拆下處理板
重新裝入。
b． 故障燈和有火燈同時亮。火檢板有故障，
需交廠家處理。
c． 電源故障。首先查明送到火檢屏的電源是
否有問題，然后看火檢電源卡件保險是否熔斷。
d． 火檢處理板上的故障燈亮(紅色)，表示探
頭部分故障。可操作卡件2C自檢功能，確定故障原
因。按表l提供的方法進行逐一排除。
表1 把表的名頭添上
注：更換保險管時，一定要更換和原來同一規格的保險管。
若2c自檢顯示EE一為不明探頭故障，需人工查明，通常是探頭板需要更換。
e． 卡件上的故障燈亮(黃色)，表示火檢卡件故障。
這時要檢查電源是否正常，更換其它卡件以確認卡
件是否存在故障，如有故障交廠家處理。如電源有
故障，需更換電源，首先解除保護，切記電源卡件不
王磊等：ZHJZ—III型火焰檢測系統在工業煤粉鍋爐上的應用
可以帶電插拔，更換新的卡件正常后再投入保護。
f． 模擬量輸出有故障，先用電流表測量火檢端
子輸出是否滿足4—20mA，確認卡件無問題后檢查
模擬量回路。如卡件不能輸出模擬量，需交廠家處
理。
g． 關量無輸出。先用萬用表測一下火檢機箱
是否有輸出，后再查出電子線路有故障的地方。
h． 探頭故障。火檢電子回路都沒有問題，而
顯示窗口無顯示值，這就需要查探頭部分。
6 常見的疑問及建議
8． 除了上面常見的缺陷以外，在日常維護中
經常會有運行人員提出這樣的疑問，在FSSS火檢主
機上面有某一通道的火焰狀態為“無火”狀態，但是
在運行操作員站的火焰模擬顯示相對應的火焰模擬
條卻顯示“有火”，而且火焰條很高。所以基于上述
現象。經常有運行人員提出這種情況到底是“有火”
還是“無火”。對于這個問題，準確的說在這種情況
下是“無火”狀態，因為ZHJZ—III型火焰檢測裝置
對于火焰的識別和檢測是從“火焰強度”和“火焰頻
率”兩個方面同時進行的，對于這點也是zHJz—m
型火焰檢測裝置的一大特點。所以，在設計的時候，
只有“火焰強度”和“火焰頻率”同時達到條件值的
時候才能發“有火”信號，只有一個條件滿足不會發
“有火”信號。運行操作員站顯示的火焰模擬條是對
于“火焰強度”和“火焰頻率”進行的中和值，即所謂
的“火焰品質”，它不能說明現在是“有火”還是“無
火”。因此，我們在判斷“有火”和“無火”時，必須到
FSSS主機看對應通道是否顯示“有火”，是不能依靠
操作員站的火焰模擬條進行判斷的。
為了使操作員站能直接判斷火焰狀態，建議在
系統改造時在火焰模擬條的下方加一個“點”，將其
設置為有火為“綠色”，無火時變為“紅色”，這樣運
行人員就可以直接在操作員站得知火焰的實際狀
態。
b． 國電吉林熱電廠的FSSS火焰檢測系統，共
接有兩路電源，一路為UPS電源，一路為廠用電電
源。其中UPS電源給FSSS主機電源模塊和系統擴
展繼電器供電，而廠用電給FSSS火檢主機風扇供
電。鍋爐爐膛燃燒火焰正常時，FSSS擴展繼電器勵
磁，當火焰失去時，繼電器失磁，FSSS保護動作。
FSSS火檢電源取自UPS出口電源，這個取法有一定
的弊端，就是說，當UPS由于某種原因不能給FSSS
主機電源模塊和系統擴展繼電器供電的時候，由于
FSSS內部設置，擴展繼電器失磁會導致滅火保護動
作，這是一個安全隱患。對于這個問題，可以在FSSS
電源回路中加入電源切換裝置，將UPS電源和廠用
電同時引入，在一方不能正常供電的時候進行切換
由另一方供電，使FSSS能正常運行。但是，在加電
源切換裝置的時候一定要考慮到切換的延時時間，
要小于滅火保護動作的時間(小于0．1S)。
7 結束語
ZHJZ—III型火焰檢測系統與傳統火檢系統相
比，它改變了傳統火檢系統僅靠檢測火焰強度來判
斷火焰狀態的方式，在安裝位置上也改變了傳統的
火檢單一的檢測爐膛火焰而不對燃燒器進行檢測的
弊端，它的這些特點對于鍋爐的正常運行，正確的發
出報警信號起到了不可忽視的作用。
《上接第25頁)
另一方面是由于進口管道的口徑太小，小于閥
門的進口通徑或進口管阻力過大，消除的方法是在
安裝閥門時，使進口管內徑不小于閥門進口通徑或
者減少進口管道的阻力。排放管道阻力過大，造成
排放時過大的壓力也是造成閥門顫振的一個因素，
可以通過降低排放管道的阻力加以解決。
3 結束語
目前電站鍋爐安全閥都是由主、輔閥配套組成
的，并采用機械和熱工控制雙重保護，有些故障不易
發生，但只有充分掌握安全閥的常見故障原因和消
除方法，在故障發生時處理起來才能得心應手，對保
證設備的安全運行有著重要的意義。

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