火焰检测器在火电厂中应用的探讨

　　一、国内引进火焰检测器的应用状况
　　
　　FORNEY公司的火焰检测器是用于对炉膛"临界火焰"进行检测。所谓"临界火焰"是指在单位时间内一定比例燃烧器的火焰检测器曾经闪动过，判断为燃烧不稳定，进行熄火而MFT。其中，"单位时间"的设定和"一定比例"的选取，是根据锅炉本体结构和不同的煤种经过大量试验而得出的。火焰检测器与燃烧器的布置方式采用检测器在前后墙与燃烧器成为夹角，国内引进BAILEY公司的火焰检测器的就在安装方式亦相同。
　　
　　CE公司的火焰检测器是对炉膛的"火球"进行检测。整个火球被分成假想的四层，就地安装方式是将每层的火焰检测器和燃烧器平行布置。每层的四个角中两个角有火焰时，判断为该层有火焰；少于两个角有火焰时，则认为该层无火；所有层火焰检测器都无火时，则断定为炉膛熄火，进行MFT。
　　
　　FORNEY和BAILEY两种火焰检测器就其本身性能来讲，都是很好的火焰检测器；但其就地布置方式对火焰检测而言，受煤种的变化影响较大，当煤种发生变化时，"着火点"就会发生变化，相应配风等都会发生变化，理论上火焰检测器易发生误动作。CE公司的火焰检测器采用四角与燃烧器平行布置的方式，是CE公司的，其对"火球"的检测不受煤种变化的影响。根据我们的国情，煤种经常要发生变化，因此应用CE公司的火焰检测器对国内大机组炉膛进行火焰监测更合适。
　　
　　对于国内引进的CE火焰检测器，在诊断炉膛有火和无火的逻加辑判断上，采取"四选二"的逻辑选择方式，即测到每层中任意两个角有火时，则认为该层有火；而FORNEY和BAILEY公司的火焰检测器在逻辑功能的实现上，采用"四选三"逻辑选择方式，即每层中有三个角有火，才断定该层有火。在机组低负荷燃烧不的情况下，甚至在机组满负荷燃烧很稳定的工况下，当煤种发生变化时，国内很多大型机组曾多次因检测的误诊导致炉膛熄火而MFT，致使无谓的影响了机组的安全经济运行。基于此，本人曾建议及帮助过国内几家大中型电厂，对FSSS系统火焰检测器检测的逻辑部分进行了修改，将层检测的逻辑由原来的"四选三"修改为目前的"四选二"，从而避免了这些机组此类误跳的继续发生。
　　
　　二、ABB-CE公司SAFEFLAMEⅠ型、Ⅱ型火焰检测器的功能及应用
　　
　　SAFEFLAME火焰检测器是由美国的ABB-CE（原CE）公司开发研制的，现已在几十个国家的电厂中得到广泛的应用。SAFEFLAME火焰检测器已由过去的Ⅰ型、Ⅱ型、ⅠA型、ⅡB型发展到目前的DFS（DigitalFlameScanner）型，现已有6000多套在应用中。SAFEFLAMEⅠ型、Ⅱ型是美国CE公司八十年代开发研制的产品，在国内大、中型机组上仍有很多的应用。
　　
　　SAFEFLAMEⅠ型、Ⅱ型火焰检测器都是通过炉膛四角的火焰探头，把在炉膛内探测到的可见光转换为电流信号，再输入到电子间机柜，进行处理诊。CE公司的Ⅰ型火焰检测器是通过检测到的电流的大小，来判断炉膛内煤粉和背景火球的频率和强度的状况。CE公司Ⅱ型火焰检则器是通过检测到的电流的大小，来判断煤油混燃和背景火焰的频率和强度。两者在火焰检测的探头部分是相同的，只是在电子间的信号处理机架部分，对信号进行处理诊断的卡件应用上有所不同。通常，有六快卡件来实现火检测的显示和诊断，即强度和故障检测卡、被检测角频率检测卡、被检测角强度显示卡、被检测角有火或无火指示灯显示卡、层"四选二"火焰诊断和故障报警卡、以及电源供给卡。
　　
　　火焰检测系统在选型和投入使用前要对供给卡件的电压和频率进行检测，输入电压要求为0.5V～125VAC；输入频率为50HZ～440HZ；在机组启动前和正常运行中，它的输出电压范围是-15V～＋15V（电压输出曲线如图1所示），火焰检测器输出电流范围是-0.～＋0.。因其输出电流范围有很大的局限性，通常不能实现FSSS与DCS系统之间的通讯，以致DCS系统无法对该型号的火焰检测系统进行监控。火焰检测系统投入前，还要对各卡的频率和强度门槛初值进行设定，通常煤的频率设定在3HZ～5HZ，油的频率设定在25HZ左右，强度设定在20％左右，具体数据要视本厂使用的煤种状况而定。　　SAFEFLAMEⅠ型、Ⅱ型火焰检测器在本厂十多年投入使用过程中，在检测的稳定性和对炉膛燃烧状况判别的正确性上，都是非常好的火焰检测器。在正常投入运行后，从未发生生过因火焰检测故障或误判而导致炉膛火。它的缺点是控制输出电流具有局限性，导致与DCS之间无法进行全程监控。因此，许多电厂目前采用在SAFEFLAMEⅠ型和Ⅱ型火焰检测器基本上开发研制出来的替代产品——SAFEFLAMEDFS数字型耐高温火焰检测器。
　　
　　三、SAFEPLAMEDFS数字型耐高温火焰检测器的功能及应用
　　
　　SAFEFLAMEDFS数字型耐高温火焰检测器也是采用了可见光波段对燃烧火焰进行动态检测，它采用了一种多燃料的检测探头，即一个探头可同时检测煤、油、天然气等不同燃料。它采用了计算机和大规模集成电路，对火焰检测信号进行数字化处理，和原来的模拟量信号处理相比，其灵敏度和可靠性有了进一步的提高。该火焰检测器数字化处理的应用，使火焰特征参数得以数字显示，更加明了和直观。DFS型火焰检测器的每个通道都带有独立的微处理器，相互独立的检测、判断输出，并带有多种接口的输出方式。
　　
　　DFS数字型耐高温火焰检测器的组态结构也是由火焰探头和信号处理机柜组成，但机柜和探头zui远可相距2000米。每一个信号处理机架有四块独立的信号处理卡，一块2/4信号、故障输出卡和一块电源卡。集成电路输出电压的特性曲线和输出电流特性曲线成对数关系。探头的电流信号通过信号处理卡对信号进行放大，数据采集和A/D转换，经微处理器处理后，对火焰信号进行判别，SAFEFLAMEDFS火焰检测卡放大方框图如图2所示。将DFS火焰检测信号和背景特征参数相比较，进行不断判别，同时进行计算，得出一个综合输出，对特征参数（频率，强度）进行显示。　　
　　DFS检测器除具有以上功能外，还有火焰的品质参数计算功能。火焰品质是对火焰检测效果的综合反映，是通过当前的频率、强度和zui低频率、强度值，用以下公式算出来的：
　　
　　品质（Quality）=（I-Is）×（F-Fs）×100/（In×Fn）％
　　
　　式中I——当前强度值
　　
　　Is——zui低强度跳闸值
　　
　　F——当前频率值
　　
　　Fs火焰频率跳闸值
　　
　　In-——强度正常值〖LL〗
　　
　　Fn——频率正常值
　　
　　通过对火焰检测计算出火焰频率、强度及火焰品质，可以极方便地对火焰检测设备进行调整设定及维护。
　　
　　DFS数字火焰检测系统对所有特征参数都是通过功能键进行输入，火焰检测系统的故障也是以错误码进行显示。功能码有F1～F15，每个功能码代表不同的含义。故障错误码为E1～E10，在在线自动诊断系统中，利用其每秒钟十次的自动故障诊断和扫描的功能，再根据每个故障的错误码表，可方便地在火焰出现故障时进行诊断和处理，给生产维护带来极大的方便。DFS数字火焰检测器的火焰参数应用范围如表1所示。　　
　　DFS数字火焰检测系统除了增加以上的功能外，与Ⅰ型和Ⅱ型火焰检测器相比，还具有以下新的特点：为保护探头而需要的冷却风的风量，要比Ⅰ型和Ⅱ型冷却风需求量小，而火焰检测探头的耐温性能却提高了近一倍，其数据比较见表2。从表2可以看出，DFS数字火焰检测系统在对环境要求上及适应性上，有了很大的提高。　　
　　四、结束语
　　
　　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，在机组投入生产运行中，一定要做到安全、准确、可靠。目前，国内阿城继电器厂、南京宇光电器厂等生产厂家已先后开发研制了各种引进、改进型的国产火焰检测器，并已被广泛地应用于我国300MW和600MW机组上。其性能价格比已接已*水平，但在材质、制造工艺和电子元器件的稳定性上还需不断改进和*，以尽快实现进口设备国产化替代的需求，来确保机组的安全经济运行。