鍋爐機組的熱工保護

1第二章鍋爐的熱工保護

2鍋爐鍋爐本體輔助設備鍋爐機組電站煤粉鍋爐機組框圖3

冷空氣煙氣煙氣煙氣煙囪

引風機

除塵器空氣預熱器

細微灰粒飛灰

（二次風）

灰渣溝

原煤排粉風機

（一次風）煙氣煙氣給煤機磨煤機燃燒器爐膛水平煙道尾部煙道

原煤風、粉風、粉

未燃煤?；以?/p>

灰渣灰渣灰渣溝排渣裝置冷灰斗

未燃煤粒未燃煤粒煤、風、煙系統(tǒng)4汽機主凝結水

水水汽水混合物

給水泵省煤器汽包汽水分離器①

化學補充水

汽水混合物下降管下聯(lián)箱水冷壁上聯(lián)箱導汽管

水水水汽水混合物汽水混合物①飽和蒸汽過熱蒸汽

過熱器汽輪機調節(jié)級2/2汽、水系統(tǒng)56鍋爐機組熱工保護的必要性

1.鍋爐是一個復雜的系統(tǒng)：風煙系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、輔助設備、輔助系統(tǒng)等。2.事故時，需要應急處理：正常情況下通過熱工檢測和自動調節(jié)的作用，維持正常工作。然而由于煤種變化、設備故障、運行人員操作不當或汽輪機突然甩負荷等原因,往往會造成運行參數(shù)超過規(guī)定的限值,甚至發(fā)生設備或人身事故。鍋爐機組熱工保護的任務

當某臺設備或系統(tǒng)運行工況不正常時,如主蒸汽壓力過高、汽包水位過高或過低、再熱汽溫過高、直流鍋爐斷水和爐膛熄火等情況發(fā)生時,保護裝置及時采取措施,防止事故的發(fā)生和擴大,使設備盡快恢復正常運行。鍋爐機組熱工保護的內容

設備結構、容量、運行方式和熱力系統(tǒng)的特點決定熱工保護的內容。一般都設有汽壓保護、水位保護、再熱器保護、直流鍋爐斷水保護、爐膛熄火保護及緊急停爐保護等。具體可分為：(1)限值保護；(2)聯(lián)鎖保護；(3)緊急停爐保護

7限值保護：

根據(jù)鍋爐和輔機的運行工況對鍋爐的最大出力和變負荷速度予以限制；對鍋爐的各種調節(jié)閥門和擋板的最大、最小開度加以限位。聯(lián)鎖保護：

鍋爐在啟停或運行中,一旦出現(xiàn)誤操作,聯(lián)鎖保護裝置能自動加以制止；在鍋爐運行中如某些輔機發(fā)生故障時,與其相關的設備立即動作,以避免事故進一步擴大。緊急停爐保護：

當某些重要輔機發(fā)生故障時,應迅速降低鍋爐的負荷或停止鍋爐運行；當鍋爐運行中某些主要參數(shù)超過允許值時,保護裝置立即動作,采取緊急措施,直至緊急停爐保護,以免事故發(fā)生或擴大。8鍋爐汽水系統(tǒng)熱工保護

當前的發(fā)電機組，主汽溫度在550℃或更高，壓力在十幾到二十幾兆帕。在這樣的條件下，鋼材的強度余量很小，超壓后容易出現(xiàn)爆管。因此必須設置壓力保護裝置。一般在汽包上、過熱器和再熱器出口聯(lián)箱上都按裝有安全閥。為防止安全門拒動，規(guī)程規(guī)定壓力容器上不許只安裝一個安全門。萬一出現(xiàn)超壓，這些安全門可以分批動作。（控制和工作安全門）既減小了對系統(tǒng)的沖擊，又能夠保證安全安全閥的動作順序應該是逆著蒸汽流程進行的這樣可以防止受熱面干燒。安全門的術語：排放壓力：門芯全開時的壓力開啟壓力：蒸汽明顯排出的壓力工作壓力：正常工作的壓力關閉壓力：門芯回位時的壓力（一般是工作壓力的95％）9壓力保護裝置—安全門：靜重式安全門、杠桿式安全門、彈簧式安全門和脈沖式安全門等排放壓力：安全門門芯開啟后,設備中壓力繼續(xù)上升,當達到設備允許超過的最高壓力時門芯全開,排出額定排汽量。此時,閥門進口處的壓力叫排放壓力。關閉壓力：安全門開啟,排出部分介質后,設備中壓力逐漸降低,當降至小于設備壓力的預定值時,門芯關閉,介質停止流動,此時閥門的進口壓力叫關閉壓力。關閉壓力通常由閱門廠規(guī)定,一般為工作壓力的95%。工作壓力：鍋爐正常工作時介質壓力。開啟壓力：當介質壓力上升到安全門安裝調整的預定壓力時,門芯自行開啟,介質明顯排出。此時閥門進口處壓力稱為開啟壓力。關系：排放壓力＞開啟壓力＞工作壓力＞關閉壓力彈簧式安全閥杠桿式脈沖安全閥脈沖安全閥主閥13電磁泄壓閥1.普通安全門上的重錘和彈簧的大小決定于閥座通道直徑和工作壓力。2.鍋爐工作壓力和容量的增大，使得不得不用大重錘和強力彈簧。電磁泄壓閥的用途電磁泄壓閥的結構及工作原理15彈簧式安全閥

1.彈簧式安全閥結構原理當蒸汽壓力超過彈簧的壓緊力，閥瓣就被頂開。閥瓣頂開后，推出蒸汽由于下調節(jié)環(huán)的反彈而作用在閥瓣夾持圈上，使閥門迅速打開，隨著閥瓣的上移，蒸汽沖擊在上調節(jié)環(huán)上，使排汽方向趨于垂直向下，排汽產(chǎn)生的反作用力推著閥瓣向上，并且在一定的壓力范圍內使閥瓣保持在足夠的提升高度上，隨著安全閥的打開，蒸汽不斷排出，系統(tǒng)內的蒸汽壓力逐步降低。此時，彈簧的作用力將克服作用于閥瓣上的蒸汽壓力和排汽的反作用力，從而關閉安全閥。16彈簧式安全閥的泄露現(xiàn)象

當安全閥噴嘴內的蒸汽壓力作用于閥瓣上的力與彈簧作用于閥瓣上使密封的力相等時，安全閥未跳前，這時少量的蒸汽往往以極高的速度從閥線間隙中逸出，稱之為“前泄”，很容易使閥線受到吹損而造成缺陷性泄漏。

采用輔助啟閉裝置

正常運行時氣缸的上缸與氣源接通，下缸通大氣，使閥瓣上附加了200~300N的緊力。采用特殊的閥瓣閥座結構

在閥瓣外側的導向筒和噴嘴上各套有一只圈，分別稱為上調節(jié)圈和下調節(jié)圈，用以增加閥瓣和噴嘴的截面積，使得安全閥在即將起座時泄出來的介質作用在較大的面積上而產(chǎn)生較大的起跳力，從而消除“前泄”現(xiàn)象。17脈沖式電磁安全門的控制框圖

1819自動

控制開關KK置于自動,觸點5-6和7-8接通當蒸汽壓力升高達開閥的規(guī)定值時，電觸點壓力表的低值觸點斷開而高值觸點接通。中間繼電器KM1動作，通開閥接觸器KMC1。接觸器KMC1接通開閥電磁鐵，使脈沖門開啟。安全門起座，紅燈HR亮。KMC1同時合通中間繼電器KM2，為關閥電路作準備。20當蒸汽壓力低于開閥的規(guī)定值時，電觸點壓力表的高值觸點斷開。中間繼電器KM1自保持并維持脈沖門在開啟狀態(tài)。當蒸汽壓力降到關閥的規(guī)定值時，電觸點壓力表的低值觸點接通，使中間繼電器KM1釋放，切斷開閥接觸器KMC1和開閥電磁鐵KD的電路，并接通關閥接觸器KMC2的電路。關閥接觸器KMC2使關閥電磁鐵KG工作，以關閉脈沖門，使安全門回座。21在關閥接觸器動作時，啟動時間繼電器KT。10s后，KT的延時觸點斷開，切斷中間繼電器KM2的自保持電路，使關閥接觸器和關閥電磁鐵斷電。手動

如果脈沖安全門的工作失誤，也可以人工操作控制開關KK，控制安全門的開啟和關閉。為了避免人工控制安全門時發(fā)出的關閉指令過長，關閥位置的綠色信號燈HG是接在閃光電源上的。22當人工關閉安全門后將控制開關放在自動位置時，綠色信號燈的電源恢復正常，這時綠燈轉為平光。對汽包鍋爐來說，當蒸汽壓力降低時，汽包水位會產(chǎn)生瞬時上升的假水位現(xiàn)象，因此，在安全門開啟時為避免水位保護動作，應通過開閥接觸器KMC1的觸點閉鎖水位保護。23汽壓保護系統(tǒng)母管制運行鍋爐：汽壓保護系統(tǒng)動作參數(shù)分兩值，當鍋爐汽壓升高到第一值時,保護系統(tǒng)應發(fā)出壓力偏高信號,此信號并作第二值的“與”條件。當壓力升高到第二值時,停掉部分給粉機或開對空排汽門使主汽壓力回降。單元制運行鍋爐：對于單元制的燃煤鍋爐,分有旁路系統(tǒng)的鍋爐保護系統(tǒng)和無旁路系統(tǒng)的鍋爐保護系統(tǒng)。高三值對空排汽汽包爐水位保護2425水位保護的重要性

汽包水位過高將減少蒸汽重力分離行程、破壞汽水分離效果,使蒸汽帶水造成過熱器中鹽類沉積,惡化過熱器的工作條件,嚴重時還可能引起汽輪機水沖擊,造成汽輪機轉軸彎曲等惡性事故。水位過低時鍋爐水循環(huán)將遭破壞,水冷壁安全受到威脅。水位保護的作用

當鍋爐缺水而造成汽包水位過低時,為了避免“干鍋”和燒壞水冷壁管,應采取保護措施,如打開備用給水門,必要時采取緊急停爐；當水位過高而造成“滿水”時,及時打開放水門,必要時也采取緊急停爐,以避免事故發(fā)生或防止事故擴大。261.鍋爐缺水汽包水位低于規(guī)定的最低水位時稱為缺水。缺水分為輕微缺水和嚴重缺水。當水位低于規(guī)定的最低水位，但仍有可見水位時，為輕微缺水；當水位不僅低于規(guī)定的最低水位，且無可見水位時，即為嚴重缺水。(1)鍋爐缺水的原因。1)水位計指示不準確，無法判明真實水位。2)給水自動調節(jié)系統(tǒng)故障或給水調整門卡死，造成自動調節(jié)失控。3)給水壓力降低。4)鍋爐受熱面爆管。5)鍋爐排污不當。6)運行人員誤操作。27(2)鍋爐缺水的處理。運行中發(fā)現(xiàn)水位低于正常水位，尚屬輕微缺水時，應核對水位計，并查找原因，加強給水調節(jié)，必要時降低機組的負荷。若水位急劇下降或低于可見水位并無法維持時，即屬嚴重缺水，此時應立即停爐，并嚴禁向爐內進水。因為嚴重缺水時，無法判明缺水的程度，水冷壁可能處于干燒，此時若強行進水，則會由于溫差過大，產(chǎn)生過大的熱應力，造成水冷壁爆管。鍋爐缺水時，應停止排污，同時，應注意調節(jié)過熱汽溫。282.鍋爐滿水

汽包水位高于規(guī)定的最高水位時稱為滿水。滿水也分為輕滿水和嚴重滿水。當水位高于規(guī)定的最高水位，但仍有可見水位時，為輕微滿水；若水位不僅高于規(guī)定的最高水位，且無可見水位時，為嚴重滿水。鍋爐水位保護系統(tǒng)

鍋爐水位保護與鍋爐的容量、結構和運行方式有關。一般水位偏差分為三個值,稱為高一、高二、高三值(例如:+50、+150、+250mm)，反之稱為低一、低二、低三值(例如:-50，-150、-250mm)。高或低一、二值為報警值,三值為停爐值。293032DCS系統(tǒng)鍋爐汽包水位保護邏輯原理圖3334水位保護的電氣原理35水位保護的電氣原理1.當水位高到第一值時,水位高一值觸點(由單獨水位發(fā)送器或帶觸點的水位表提供)閉合,中間繼電器23ZJ帶電,它的一副常開觸點閉合發(fā)出燈光報警信號,另一副常開觸點閉合,作為打開事故放水門的"與"條件，它的一副常閉觸點斷開，閉鎖打開備用給水門的操作。2.當水位高到二值時,水位高二值觸點閉合,繼電器4ZJ的線圈通電,它的一副常開觸點閉合,發(fā)出水位高二值的燈光報警信號,另一副常開觸點閉合,發(fā)出開事故放水門的啟動指令,通過lZJ和2ZJ的常閉觸點,使中間繼電器6ZJ的工作線圈通電。

366ZJ有兩副常開觸點,第一副閉合,發(fā)出打開事故放水門的信號(通過事故放水門的控制回路起作用),第二副觸點閉合,作為水位高三值的“與”條件。3.事故放水門是否打開,除取決于水位高一值和水位高二值是否同時出現(xiàn)外,還取決于1ZJ或2ZJ的常閉觸點是否斷開,因為在電氣回路上23ZJ、4ZJ和lZJ、2ZJ組成了“禁止”邏輯門,只要1ZJ和2ZJ中的任一觸點斷開,啟動指令都被禁止。1ZJ斷開的條件是安全門動作,2ZJ斷開的條件是計算機有禁止信號發(fā)出。37當"安全門"動作時,DKJ觸點閉合產(chǎn)生禁止信號,這個禁止信號經(jīng)過一段時間后自動消除,因此專門設置了一個延時回路,它的工作原理如下:DKJ觸點閉合,時間繼電器SJ帶電,而lZJ通過SJ的常閉觸點通電,lZJ的常開觸點閉合,起自保持作用,常閉觸點1ZJ斷開,對事故放水門的啟動指令起禁止作用。當計算機發(fā)出不允許開事故放水門的信號時,計算機的常開觸點閉合,2ZJ通電,常閉觸點斷開,啟動指令被禁止。38如果水位高一值和高二值同時出現(xiàn)后,無禁令信號到來,開事故放水門的啟動指令就順利通過,這時將放水門打開,進行事故放水。

4.當水位高到第三值時,水位高三值常開信號觸點閉合,繼電器5ZJ通電,其常開觸點閉合,6ZJ觸點已處于閉合狀態(tài),中間繼電器12ZJ通電,12ZJ的常開觸點閉合,發(fā)出緊急停爐信號,然后就按事故停爐的順序停止鍋爐的運行。打開事故放水門后,如水位降到高一值以下,這時水位高一值觸點斷開,23ZJ斷電,6ZJ相應斷電,開事故放水門的信號消除。23ZJ的常閉觸點閉合,發(fā)出關閉事故放水門的信號(見圖2-6中至"被控設備"回路)。392.3直流鍋爐斷水保護一、直流鍋爐汽水系統(tǒng)的特點各受熱面(省煤段、蒸發(fā)段和過熱段)沒有明顯分界線,沒有中間儲存環(huán)節(jié),從給水泵給水到過熱蒸汽形成的過程是連續(xù)的、一次完成的。由于中間沒有緩沖地帶,因此對于供水的要求很嚴。直流鍋爐要求給水和燃料必須緊密配合,從而保持汽水行程中各處的濕度和溫度一定。如果直流鍋爐在運行中發(fā)生斷水故障,就會導致受熱面嚴重超溫而損壞,如果在斷水后幾秒鐘內不能恢復供水,這將嚴重危及鍋爐的安全,為此應裝設斷水保護系統(tǒng)。二、直流鍋爐斷水保護系統(tǒng)4041鍋爐再熱器保護再熱器壁溫高保護

鍋爐點火后,受熱面被加熱,受熱管道中的積水被蒸發(fā)。升壓后,部分管道中積水亦被流過的蒸汽所造成的受熱面進出口壓差所排除。在汽輪機沖轉前,過熱器、再熱器通汽量受到旁路系統(tǒng)容量的限制。汽輪機沖轉后又受到汽輪機流通量限制,因而蒸汽在管內的流量還是很小的。為此需對再熱器進行壁溫高的保護。42鍋爐再熱器保護再熱器壁溫高保護的措施

采用限制受熱面入口煙氣溫度的方法,防止管壁超溫。煙氣進口溫度控制值應比金屬材料最高允許溫度還要低些。當煙溫超過規(guī)定限值時,應停運若干個油燃燒器,并及時調整風量,使煙溫不超過規(guī)定值。若調整失效,煙溫繼續(xù)超過限值,則主燃料跳閘(MFT),迫使緊急停爐。而當鍋爐啟動成功,再熱器內有冷卻蒸汽流動,則該項保護措施將手動切除。43屏式再熱器壁溫高保護系統(tǒng)框圖鍋爐兩側裝設能伸縮的煙溫檢測器。鍋爐啟動時將測溫探頭伸進煙道，嚴密監(jiān)視煙氣溫度。啟動結束轉為正常運行時，將測溫探頭退出，以免探頭燒壞。當煙溫超過規(guī)定限值時，應停運若干個油燃燒器，并及時調整風量，使煙溫不超過規(guī)定值。若調整失敗，煙溫繼續(xù)超過限值，則主燃料跳閘(MFT)，迫使緊急停爐。而當鍋爐啟動成功，再熱器內有冷卻蒸汽流動，則該項保護措施將手動切除。

44(1)汽輪機跳閘時燃料量>25%額定值，并且鍋爐熱負荷>40%，則MFT動作。(2)汽輪機跳閘時燃料量>25%額定值，且發(fā)生中壓調門與低壓旁路門同時關閉，或者發(fā)生主汽門和高壓旁路門都關閉，則MFT動作。(3)發(fā)電機并網(wǎng)后發(fā)生中壓調門和低壓旁路門都關閉，或者發(fā)生主汽門和高壓旁路門同時關閉，則MFT動作。(4)發(fā)電機尚未并網(wǎng)，但油燃燒器≥8個投入運行，并且發(fā)生中壓調門和低壓旁路門關閉，或者高壓旁路門和主汽門都關閉，則MFT動作。45再熱汽溫高保護

一般通過改變煤粉燃燒器的上、下擺動角來調節(jié)。但當再熱汽溫超過規(guī)定的限值時,為了防止再熱器損壞,不得不使用噴水減溫。當再熱汽溫達到正常值時,自動關閉事故噴水電動門。當鍋爐燃燒惡化而引起煙道中二次燃燒、再熱器前受熱面積灰、結焦而引起再熱器進口煙溫嚴重升高，或減溫減壓裝置失靈等，都可能引起再熱汽溫過高。保護措施是打開事故噴水門，進行緊急降溫，以保護再熱器。當再熱汽溫達到常值時，自動關閉事故噴水電動門。462.2爐膛爆燃的原因及防止爐膛爆燃

爐膛爆燃是一種在極短的時間內發(fā)生異常猛烈的爐內爆燃過程。此時，爐內反應物放熱速度極高，煙氣迅速膨脹，并且爐內多個不同的爆炸中心形成的壓力波互相重疊，使爐內壓力迅速升高。這個壓力往往超過爐膛承受內壓強度的若干倍，使爐膛遭到破壞。同時，高溫煙氣和煤粉噴出，會危及人身安全。在鍋爐的爐膛、煙道和通風管道中積聚了一定數(shù)量的可燃混合物突然同時被點燃，這種現(xiàn)象稱為爆燃，俗稱“放炮”，嚴重的爆燃即為爆炸。由于爐膛壓力驟增，超過爐膛結構所能承受的壓力，使爐墻外延崩塌稱為“外爆”。當爐膛壓力過低，其下降幅值超過爐膛結構所能承受的壓力時，爐膛就會向內坍塌，這種現(xiàn)象稱為爐膛“內爆”。

47爐膛外爆只有符合下列三種情況才有可能發(fā)生爆燃。(1)爐膛或煙道內積存了燃料和助燃空氣。(2)積存的燃料和空氣的混合物是具有爆炸性的，即可以點燃的混合物(達到了爆燃的濃度)。

(3)具有足夠的點火能源。當這三個條件中有一個不存在時，就不會發(fā)生爆燃。在鍋爐啟動、工作過程中不可能沒有可燃混合物，也不可能沒有點火能源，因此，防止爆燃的主要措施是防止可燃物在爐膛、煙道中的積存。48爐膛內最可能發(fā)生可燃混合物積存的幾種危險情況：(1)燃料在停爐時積存或停爐后漏進鍋爐爐膛中，未經(jīng)吹掃，進行點火。(2)重復不成功的點火，未及時吹掃，造成大量爆炸性混合物積聚。(3)在多個燃燒器運行時，一個或者幾個燃燒器燃燒不良或失去火焰，從而堆積起可燃的混合物。(4)運行中整個爐膛熄火，造成燃料和空氣可燃混合物的積聚，隨后再次點火或者有其他點火源存在時，使這些可燃混合物點燃。49影響爆燃后壓力升高的主要因素是：(1)可燃混合物貯存容積同爐膛容積的比值Vr/V（爐膛容積V為定值）；(2)可燃混合物單位容積發(fā)熱量Qr；(3)爆燃前爐膛介質的絕對溫度T1。50(1)Vr/V。是一個相對值。對某一臺鍋爐而言，V為常數(shù)，只有當可燃混合物容積比較大時(也就是說爐膛內積存的可燃混合物較多時)爆燃壓力才會升高較大。爐膛內產(chǎn)生可燃混合物的積存是因為有未經(jīng)點燃而進入爐膛的燃料，延續(xù)時間越長可燃物的積存量將越多，這說明在點火時如送入的燃料未點燃或已點燃而火焰又中斷時，就應立即切斷燃料，切斷越快進入爐膛的燃料就越少。(2)Qr。Qr越大，爆燃后的壓力升高就越大。Qr值的大小同燃料空氣的濃度比有關。在理論燃燒空氣量時，Qr值最高且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?。當空氣量超過理論值時熱值降低，空氣過多的混合物將成為不可燃物。如果混合物中燃料濃度過高則會造成氧氣不足。但有一點值得說明的是：隨著以后外界空氣擴散進去高濃度的燃料將成為可燃混合物。在實際運行中如因火焰熄滅而切斷燃料，爐膛和煙道中可能有未點燃的燃料積存暫時因空氣不足是不可燃的，但是當空氣擴散進入后就可能會引起爆燃。51(3)T1。

T1越低，爆燃后的破壞壓力越大。這是因為容積和壓力一定時，絕對溫度越低介質的質量就越多。在鍋爐點火期間爐膛溫度低，這時爆燃的破壞力將更為嚴重。爐膛介質溫度高時其破壞力將大為減小。當爐膛溫度越過可燃混合物的著火溫度時混合物一進入爐膛就立即被點燃，也就不會有可燃混合物的積存?；剂系闹饻囟纫话悴怀^650℃，理論上當爐膛溫度超過此值就不會有爆燃情況發(fā)生。但由于燃燒器送入的混合物有一定流速，這就要求有更高的溫度才能使燃料迅速點燃，一般認為當爐膛溫度超過750℃時，可保證不發(fā)生爐膛爆燃。

52爐膛內爆當爐膛壓力過低，使鍋爐受到由外向內的擠壓，并爐膛內外差壓超過爐墻所能承受的壓力時，使爐墻向內受到損壞，這就是發(fā)生了內爆。在穩(wěn)態(tài)運行時，P在近似于大氣壓力下保持為常數(shù)，并且與質量M和溫度T取得平衡。鍋爐的爐膛溫度取決于熱量輸入與熱量輸出之間的熱平衡，所以通過控制鍋爐排煙量，維持爐膛壓力一定。爐膛滅火后，停止輸入燃料時這一平衡就不復存在。在燃料切斷后的任意給定時間內存留在爐膛中或煙道中的煙氣平均溫度將迅速降低，由于溫度的下降，爐膛中的壓力也開始下降。如果系統(tǒng)中存留的質量在數(shù)量方面保持不變時，則爐膛中絕對壓力將隨著絕對溫度下降成比例地下降。因此，維持爐膛壓力不變的關鍵是保持存留的質量與溫度的乘積不變。爐膛熄滅后溫度T下降，又引起P下降，這個下降幅值超過爐膛結構所能承受的壓力時，爐膛就會內爆。53爐膛內爆一般發(fā)生在燃料中斷之后如：(l)鍋爐在一瞬間突然熄火，由于爐內溫度下降，造成爐膛負壓過大。(2)燃料突然中斷造成爐膛負壓增大。(3)運行人員的誤操作或控制系統(tǒng)失靈也可造成爐膛內爆。如打開運行著的引風機擋板同時關閉送風機擋板，即使鍋爐沒有燃燒，也會造成破壞性負壓。假如在采用平衡通風的機組上，當主燃料點燃之前或燃料突然中斷時，送風機突然停轉，而引風機還在抽吸，因而使爐內的空氣及煙氣量陡減，在10~20s之內煙氣量減少到額定值的50%，因而煙氣側的壓力急降，使爐膛負壓在7~8s之內降到3050~6860Pa，造成爐膛鋼性梁及爐墻的破壞。爐膛熄火的速度越快或熄火時鍋爐的負荷越大則爐膛發(fā)生內爆后的破壞性越大5455防止爐膛爆燃防止爐膛爆燃的原則應當是限制爐膛中可燃混合物的數(shù)量與爐膛總容積的比例。但爆燃經(jīng)常發(fā)生在鍋爐點火、熄火或鍋爐突然甩負荷的過程中，對于不同的運行情況要采用不同的方法防止爐膛爆燃。防止爐膛爆燃的原則性措施(1)點火器的安裝位置要恰當，火焰要穩(wěn)定，在主燃料與空氣混合物進口處有足夠的點火能源，能把主燃料點燃。(2)當有未點燃的燃料進入爐膛時，這段時間應盡可能縮短，使積存的可燃物容積只占爐膛容積的極小部分。(3)點火之前或爐膛熄火后對已進入爐膛的可燃混合物應盡快地沖淡，使之超出可燃范圍，并不斷地把它吹掃出去。(4)鍋爐在起、停、運行過程中，當送入爐膛的燃料只有部分燃燒時應立即切斷未燃燒的燃料，并應沖淡未燃燒的燃料使之成為不可燃的混合物。點火暖爐期間防止爐膛爆燃點火之前爐膛是冷的，這時還沒有預熱空氣，從達到點火條件到點火期間需要啟動的設備和進行的操作很多，很易發(fā)生誤操作，致使爐膛火焰不穩(wěn)定而滅火。所以點火暖爐油燃燒器的數(shù)量應盡可能的少，但每只油燃燒器的燃燒率應大些，保證有足夠的火焰，達到使操作簡化，火焰穩(wěn)定，爐膛能均勻加熱的目的。另外點火由手動改為自動也是減少誤操作的一種措施。56在點火器點燃之前應保證爐膛與煙道內沒有積存的可燃混合物。這樣在點火前必須要做的工作是用空氣吹掃爐膛和煙道，將積存在爐膛內的可燃混合物都吹掃出去，同時還要防止燃料再流入爐膛和煙道。如何才算達到吹掃目的呢?吹掃時要使爐膛有一定的換氣量和一定的空氣流速，一般要求換氣量不少于爐膛容積4倍的空氣量，而空氣量應不小于額定負荷時空氣流量的25%~30%，以免被吹起的燃料又沉積下來。吹掃時間為5min以上才認為爐膛內沒有可燃混合物的積存。點火時，若點火能量過小，不足以把主燃燒器點燃。這時火焰監(jiān)測器檢測出有火焰即點火器火焰，而實際上主燃燒器并沒有點燃。另外，有時點火能量不大也可能點燃主燃燒器，但點火延遲時間過長，在點火延遲時間內送入爐膛的燃料未點燃而積存在爐膛中，當主燃燒器點燃后又會把積存的燃料一起點燃，形成爆燃。正確安裝點火器并加大點火能量；縮短主燃燒器點火時間，一般點火延遲時間為10s，在10s內沒能點燃主燃燒器，應立即切斷燃料；就能克服點火能量過小而引起的爆燃?；鹧嬷袛鄷r防止爐膛爆燃

只要燃燒器的火焰熄滅，就應立即切斷燃料，不可先去爐前觀察火孔后再回到控制室切斷燃料，因為這段時間一般需要20s。如果是1000T/h鍋爐在滿負荷時，每秒約有40kg煤粉進入爐膛，20s就有800多kg煤粉進入爐膛，大量沒有燃燒的燃料在爐膛內積存，時間越長積存的就越多，在灼熱的爐膛內引起爆燃的可能性和危險性就越大（尤其是在部分火嘴先熄滅時）。當任一燃燒器先熄滅時，就應該立即切斷該燃燒器的燃料，當全部火焰熄滅時，應立即切斷全部燃料。57其中P2爐墻結構所能承受的壓力為已知的，假定由已熄滅的燃燒器進入爐膛的可燃混合物為理論燃料空氣混合物，這樣單位容積混合物的熱值Qr為已知的，允許的最大延遲時間τ為上式，火焰熄滅到切斷燃料這段時間越短越好。因此若由人工操作改為自動保護，就可降低這段時間。

火焰熄滅后只切斷燃料，是不是就沒有燃料繼續(xù)進入爐膛呢?如在燃料閥門與燃燒器之間有一段管道，燃料切斷后管道中積存的燃料還會進入爐膛；若燃料閥門關不嚴，仍有燃料漏進爐膛，若由于空氣不足引起火焰的熄滅，當燃料切斷后空氣仍然繼續(xù)流入，有可能使積存的燃料成為可燃混合物。因此一般采用在燃料切斷后的同時，進行爐膛吹掃。58防止爐膛內爆的措施：為了防止爐膛內爆發(fā)生，在運行中應嚴格控制爐膛的負壓值，若因滅火切斷燃料時，應逐漸關小引風機擋板，以免爐內負壓驟增；另外設置爐內壓力報警和安全保護裝置也是重要措施。鍋爐運行時，正常情況下爐膛負壓應控制在-1.3mmH2O到-2.5mmH2O。當爐膛負壓低于-76mmH2O時應報警；如果負壓低于-254mmH2O時且持續(xù)2s應切斷主燃料；在主燃料重新著火之前和主燃料切斷后，進行通風的5min內，如果爐膛壓力低于-254mmH2O達2s時應切斷所有送、引風機。鍋爐甩負荷時，爐膛的送風量必須維持在甩負荷的數(shù)值；機組甩負荷時應盡可能地減少爐膛中的燃料，若能在5~l0s內減少掉，爐膛壓力偏離的幅度就可能縮小。59602.3火焰檢測系統(tǒng)火焰檢測器

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行依賴于準確、可靠的火焰信號。火焰檢測器是FSSS重要的前端設備，它提供的信號準確與否對爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行起著決定性的作用。

火焰檢測器是用于監(jiān)視爐膛內火焰燃燒的穩(wěn)定性和火焰動態(tài)變化的探測與監(jiān)視，對于防止爐膛爆燃、維護鍋爐運行的安全性極為重要。對于大容量鍋爐、燃燒器多層布置且多數(shù)配置中速磨直吹式制粉系統(tǒng)。由于磨煤機運行性能直接影響燃燒穩(wěn)定性，在煤質變差或低負荷燃燒工況下，燃燒穩(wěn)定性變差，容易出現(xiàn)滅火或爆燃事故。為此，不僅需要全爐膛火焰探測與監(jiān)視，而且更需要實現(xiàn)單只燃燒器火焰的探測與鑒別，判別層火焰的穩(wěn)定性及火焰是否存在。因此，火焰檢測器是鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)十分重要的部件。

61火焰檢測原理

物體溫度高于絕對零度時會因為其內部帶電粒子的熱運動而向外發(fā)射不同波長的電磁波，這稱為物體的熱輻射。熱輻射是電磁波，因而與可見光等有相似的性質，如以光速傳播、服從折射和反射定理等。鍋爐爐膛內燃料燃燒時會發(fā)出大量熱輻射。鍋爐使用的燃料主要有煤、油和可燃氣體，這些燃料在燃燒過程中會以熱輻射的形式向外發(fā)射不同波長的電磁波。

62

以煤、油作為鍋爐燃料，這些燃料在燃燒過程中會發(fā)出紅外線、可見光和紫外線。不同種類的燃料發(fā)出火焰光線的強度分布是不相同的，因此采用火焰檢測元件也不同。如煤粉火焰中除了有不發(fā)光的CO2和水蒸氣外，還有部分灼熱發(fā)光的焦碳粒子和炭粒，它們有較強的可見光、紅外線和一些紫外線，而紫外線容易被燃燒產(chǎn)物如灰粒等吸收而很快被減弱，因而宜采用可見光或紅外線火焰檢測器。如暖爐油火焰中除了有一部分CO2和水蒸氣外，還存在大量發(fā)光的炭黑粒子，它也能發(fā)出較強的可見光、紅外線和紫外線，因而可采用可見光、紅外線和紫外線火焰檢測器。63火焰具有三大特性：

火焰的波長、燃燒頻率、強度。

(1)油燃燒的火焰含有大量的紫外線、紅外線、可見光，燃燒頻率較高?？捎每梢姽狻⒓t外線或紫外線火焰檢測器。但是，蒸汽霧化的油燃燒的火焰應使用紅外線火焰檢測器，因為蒸汽和灰分能吸收部分紫外線而可能導致紫外線火焰檢測器不穩(wěn)定。

(2)煤粉燃燒的火焰含有大量的紅外線、可見光，燃燒頻率較低。一般使用可見光或紅外線火焰檢測器。

(3)氣體燃燒的火焰含有大量的紫外線，少量的紅外線和可見光，燃燒頻率較高。一般吏用紫外線火焰檢測器。64不同的燃料選用火焰檢測器的形式不一樣，火焰檢測器有以下幾種：(l)紫外光(UV)火焰檢測器，響應紫外光譜約290~320nm波長，適用于檢測氣體和輕油燃料火焰。(2)紅外光(IR)火焰檢測器，響應紅外光譜約700~1700nm波長，適用于檢測油、煤、固體燃料燃燒的火焰檢測。(3)可見光火焰檢測器，適用于檢測重油和煤火焰，也可用于檢測輕油火焰，但受背景光干擾大，穿透黑龍區(qū)的能力較差。(4)離子棒(火焰棒)火焰檢測器，利用火焰的導電性檢測氣體燃燒的火焰(一般為氣體點火火焰)。65紫外線火焰檢測器利用火焰本身特有的紫外線強度來判別火焰的有無。紫外線波長范圍較小，在2×10-7~3×10-7m間，探頭采用紫外光敏管，它是一種固態(tài)脈沖器件，發(fā)出的信號是脈沖頻率與UV管輻射成正比例的隨機脈沖。紫外線火焰檢測器對天然氣和透明無遮蓋的輕油火焰效果較好，能有效地監(jiān)視單只燃燒器的著火情況，在油、氣爐上被廣泛采用。由于紫外線輻射易被油霧、水蒸氣、煤塵及燃燒產(chǎn)物所吸收，所以在風量失調工況下的重油燃燒或煤粉燃燒中，用紫外線管檢測是不可靠的，尤其在低負荷下，用紫外線檢測煤火焰靈敏度很低，故紫外線檢測只適用于氣體燃料而不適用于煤粉。

66紅外線火焰檢測器利用火焰大量存在著9×10-7m以上的紅外線，這些波長的光線不易被煤塵和其他燃燒產(chǎn)物吸收，故適用于檢測煤粉火焰，也可用于重油火焰，是一種較好的火焰檢測器?？梢姽饣鹧鏅z測器利用火焰中存在的可見光的脈動頻率和強度來判斷火焰有無?？梢姽獾膹姸群突鹧娴拈W爍頻率經(jīng)邏輯處理后，即可鑒別相應燃燒的火焰“有”和“無”。可見光敏感元件為硅光電二極管，經(jīng)紅外濾波后，感受區(qū)在3×10-7～8×10-7m之間。美國CE公司生產(chǎn)的可見光火焰檢測器是一種帶有近紅外濾波光敏特性的光電元件，光電管頻率響應曲線如圖所示，它是在大型燃煤爐上作出的一組試驗曲線。67SAFE-SCAN型火焰檢測器

SAFE-SCAN-I型火焰檢測器是一種帶有近紅外線濾波光敏特性的光電元件，如圖所示為光纖和光電管的光敏特性

無紅外濾波光電管對紅外線區(qū)和可見光區(qū)有響應，而帶紅外濾波的光電管僅對可見光區(qū)有響應，從圖中三條曲線來看，它們對紫外線區(qū)均不敏感，因而它們不會受紫外線的干擾

SAFE-SCAN型火焰檢測器采用了帶紅外濾波器的光電二極管，它的敏感波長僅為400~700nm，波形的峰一峰值較大，靈敏度高68

爐膛火焰的可見光通過探頭內的透鏡將光信號引出爐膛，經(jīng)光電二極管將光信號轉換成電流信號，該電流信號的大小反映了爐膛火焰的強弱，電流信號的頻率反映了火焰的脈動頻率。

電流信號經(jīng)放大后送往遠方處理機架，該機架有三個通道，分別對火焰的強度、頻率進行檢測，若檢測電路工作正常，而火焰的強度和頻率又在設定范圍內，則“強度”、“頻率”指示燈亮，“故障”指示燈滅，并發(fā)出“有火焰”信號。69（1）探頭部分?；鹧鏅z測器的探頭由平鏡、凸鏡、光纖導管等組成。爐膛火焰經(jīng)過視角為3o~5o的透鏡后再經(jīng)過長度為1.5~2m的光纖電纜將火焰信號直接照射到光電管上，光電管將光信號轉換成電流信號，并由對數(shù)放大器轉換為電壓信號。由于光電二極管輸出的電流值是發(fā)光強度的指數(shù)函數(shù)，故采用對數(shù)放大器。當可見光發(fā)光強度大幅度變化時對數(shù)放大器的輸出呈小幅度變化，這樣可以避免放大器飽和,使得不同負荷下的正常火焰信號都在預定值之內。在對數(shù)放大器上連接了一個發(fā)光二極管(LED)負反饋回路，使得在停爐期間仍有LED的光線照射到光電管上，于是探頭可以向后端處理電路發(fā)送一個穩(wěn)定的電流信號，使檢測器處于工作準備狀態(tài)而不是報警狀態(tài)。當此探頭輸出的電流過大或過小時，表明探頭部分的電子元件或連接電纜可能出現(xiàn)故障。對數(shù)放大器輸出的電壓信號經(jīng)過傳輸放大器轉換成電流信號然后由屏蔽電纜傳輸至處理機箱。采用電流傳輸可以提高信號的抗干擾能力減小信號的衰減適合遠距離傳輸。70(2)處理機架

。對從探頭傳輸回來的信號進行處理得出火焰的“有”、“無”信號。從探頭輸出來的電流信號的大小反映了爐膛火焰的強弱，電信號的頻率反映了爐膛火焰的脈動頻率。電流信號在處理機架內經(jīng)“電流-電壓放大”模塊轉換、放大后分別送入三個通道對火焰信號進行頻率檢測、強度檢測和故障檢測。三路信號均用發(fā)光管指示檢測結果，還可以在一個指示表上反映火焰信號的強度。如果火焰檢測器本身沒有故障，火焰頻率信號和強度信號又在設定范圍內，則“強度”、“頻率”指示燈亮，“故障”指示燈滅，并發(fā)出“有火焰”信號。71強度檢測強度檢測是對火焰的直流分量進行檢測,直流分量反映的是火焰強度(亮度),火焰強度越高,信號的直流分量就越大。我們就是通過強度檢測電路來對火焰的直流分量進行檢測的。強度檢測電路的信號強度設定值也分上限設定和下限設定,即“置出”和“置入”,這兩個設定值確定了信號設定范圍“置入”設定值略低于燃燒器燃燒時的火焰強度,“置出”定值的設定根據(jù)檢測器使用目的而定。如果檢測器不僅用于單個燃燒器監(jiān)視,而且還用于全爐膛火焰監(jiān)視,那么“置出”值就要設定得略低于火球強度設定值,就是說,所監(jiān)視的燃燒器熄火,但爐膛仍有火焰時,強度信號雖然低于“置入”值,但不低于“置出”值,仍然要顯示“有火焰”,直到爐膛熄火,強度信號消失,這時才顯示“無火焰”；如果單純地用來監(jiān)視燃燒器火焰,“置出”值就要接近“置入”值,只要燃燒器熄火,馬上顯示“無火焰”,這時背景火焰對探測器應無影響。當然這些設定值要通過現(xiàn)場試驗來確定。此外,強度信號還可以用來作為模擬量顯示信號,送到火焰強度指示表去。72頻率檢測不同燃料燃燒時,其火焰的脈動頻率是不同的,如煤粉火焰脈動頻率大約為10Hz左右,油火焰為30Hz左右,這是由燃料的固有特性所決定的。由于這種特性,在多種燃料同時燃燒時,就可以檢測到各種燃料的燃燒狀態(tài)。例如,煤粉和油同時燃燒,要鑒別油槍火焰,盡管檢測器探頭只對準油槍火焰,但爐膛背景火焰(煤粉燃燒形成的火球)不可避免地被攝取,但是這兩種火焰的脈動頻率有明顯的差異,油火焰的脈動頻率大于煤火焰的脈動頻率,采用高通濾波器就可將火焰信號中煤火焰的低頻分量濾去,然后得到的信號就完全是油火焰的信號。73來自I/U的信號經(jīng)交流放大器和觸發(fā)器后轉換成一系列方波脈沖，該脈沖的頻率隨火焰信號的頻率而變，它與一個頻率可調的鑒頻器的內部設定頻率進行比較。當火焰信號頻率高于設定頻率時，鑒頻器就有輸出，反之沒有輸出。即火焰信號頻率不可能低于某設定值，低于此值就不會發(fā)出“頻率允許”信號?？烧{頻率鑒頻器的頻率設定值是由機箱面板上的8個小型開關（DIP開關）來進行設定，設定范圍為3~100Hz。這個頻率設定范圍是充分考慮了各種鍋爐，不同燃燒工況和不同燃料的情況下確定的。如油火焰根部的脈動頻率為20~30Hz，而火球的脈動頻率約為5~15Hz。隨著負荷增加，火焰的脈動頻率增加。為了防止火焰脈動頻率瞬時波動的影響,延時2s。74在多種燃料同時燃燒時就可以檢測到各種燃料的燃燒狀態(tài)。不同火焰的脈動頻率有明顯的差異，油火焰的脈動頻率大于煤火焰的脈動頻率，采用高通濾波器就可將火焰信號中煤火焰的低頻分量濾去，然后得到的信號就完全是油火焰的信號。交流電壓信號進入頻率檢測回路后首先經(jīng)過半波整流變成“零基”方波信號，再送入高通濾波器。高通濾波器的頻率設定值可調，可以在現(xiàn)場進行試驗來確定頻率設定值。這樣就可以區(qū)別油槍火焰狀態(tài)和背景火焰狀態(tài)。75故障檢測從現(xiàn)場來的電流信號送到處理機柜后,首先經(jīng)過一次放大,將電流信號轉換成電壓信號,然后分三路同時送到故障檢測、頻率檢測和強度檢測電路中去?；鹧嫘盘柦?jīng)電流電壓轉換后,送到故障檢測回路,與事先整定的火焰信號電平設定值進行比較,電平設定值分上限設定值和下限設定值。當光電轉換回路工作正常時,火焰信號電平在上、下限之間的正常范圍內,檢測電路輸出低電平信號,經(jīng)反相后,表示無故障,故障指示燈不亮。當光電轉換電路出現(xiàn)故障時,如斷路等,那么信號電平就會超過上下限設定值,檢測器輸出高電平報警信號,故障指示燈亮,火焰指示信號被閉鎖。76層火焰監(jiān)視原理對于四角布置、切圓燃燒的鍋爐來講,檢測器也是四角布置,一個角布置一只。一般來講,爐膛火焰監(jiān)視都是以層為單位的,“層火焰”的概念通常設計為:(1)層火焰顯示。接受四個檢測器的火焰信號,進行四取二邏輯判斷,當四個檢測器中有兩個顯示有火焰時,則輸出"本層有火焰"信號。(2)層故障報警。四個檢測器中有任何一個出現(xiàn)故障,則發(fā)出"本層火焰檢測器故障"信號,進行聲光報警,并將層火焰信號閉鎖。77全爐膛滅火檢測全爐膛滅火檢測采用“投票”方式進行，因為全爐膛是否滅火的判斷不僅依賴于煤粉層和油層。只有在煤粉層和油層同時投“滅火”票時，才能證實全爐膛滅火。每個“層”火焰信號與相鄰層煤粉噴嘴的工作情況合為一個煤粉層“投票”信號。當油層2/4有火焰時，可以支持全爐膛火焰燃燒，不發(fā)出滅火信號，而當油層3/4無火焰時，油層投票“滅火”

全爐膛滅火檢測邏輯圖78(二)SAFE-SCAN-Ⅱ型火焰檢測器

測量原理與I型基本相同，但它采用一個探頭同時檢測兩種不同的火焰，它能在背景是爐膛火球火焰的情況下，鑒別出鄰近單根油槍的火焰。探頭部分將檢測到的兩種燃料的可見光信號轉換成電流信號，送到檢測器的處理機架，處理機架內部也設有頻率檢測、強度檢測和故障檢測回路。Ⅱ型火焰檢測器的頻率檢測回路有兩路：一路按單根油槍火焰頻率設定；另一路按煤粉火焰頻率設定。兩路頻率檢測回路都與探頭相連，這樣就避免了在同一個二次風室內裝設兩套火焰檢測探頭的必要，可以節(jié)省一部分探頭及電纜的投資。探頭置于油槍邊，當油槍停止工作時，又可監(jiān)視煤粉火焰。79(三)SAFE-FLAME-DFS數(shù)字式火焰檢測器

使用多燃料的檢測探頭，即一個探頭可同時檢測煤、油、天然氣等不同燃料。采用計算機技術，每個信道都配有獨立的微處理器，靈敏度和可靠性都有提高，具有相互獨立的檢測、判斷輸出、有多種接口的輸出方式。

由火焰探頭和信號處理機架組成，機架和探頭最遠可相距2000m，每一個信號處理機架有4塊獨立的信號處理卡、一塊信號故障輸出卡和一塊電源卡。探頭電流信號通過信號處理卡對信號進行放大，數(shù)據(jù)采集和A/D轉換，經(jīng)微處理器處理后，對火焰信號進行判別，火焰檢測卡將DFS火焰檢測信號和背景特征參數(shù)比較，進行判別計算，得出綜合輸出，對特征參數(shù)(頻率、強度)進行顯示。

DFS檢測器還有火焰品質參數(shù)計算功能，它是對火焰檢測效果的綜合反映。通過對火焰檢測計算出火焰頻率、強度及火焰品質，可以方便地對火焰檢測設備進行調整、設定及維護。80UNIHAME火焰檢測器火焰檢測器原理

FORNEY公司UNIFLAME系列火焰檢測器是智能一體化火焰檢測器，火焰探頭是基于微處理器的火焰探頭，采用了固態(tài)紅外、紫外和雙通道傳感器。

火焰光信號通過光纖裝置(或觀察管)傳遞到NIFLAME探頭的光電傳感器上進行光/電轉換，電流信號經(jīng)過放大并進行信號預處理，然后將有一定特征(代表火焰的波長、頻率、強度)的信號轉化為脈沖信號，完成火檢信號的預處理過程。

探頭可就地控制或遠程調試。就地控制可輸入密碼后進入編輯菜單直接對火焰探頭進行調試，特別適用于單個燃燒器故障，急需現(xiàn)場解決和現(xiàn)場調試的情況；遠程調試可在遠程PC上通過專用火檢軟件進行調試。81

UNIFLAME火檢含有自檢系統(tǒng)，以確保不會提供一個虛假的“有火焰”信號，每只火檢探頭的火焰強度信號輸出有4~20mA標準模擬量信號輸出，以及“有火/無火”開關量觸點輸出和火檢故障報警輸出，并伴有信號隔離措施，便于與DCS連接?；饳z系統(tǒng)組成

一套完整的UNIFLAME火焰檢測系統(tǒng)包括以下幾方面：①外導管組件、內導管組件(含光纖)和安裝管組件；②UNIFLAME探頭；③電纜組件及接線箱；④火檢電源箱；⑤PC、通信軟件及附件；⑥火檢冷卻風系統(tǒng)。82UVISOR型火焰檢測器

ABB公司UVISOR型火焰檢測器有兩種：UR600-1000UV型用于檢測油火焰的紫外線火焰檢測器；UR600-2000IR/EF-A型用于檢測煤火焰的紅外線火焰檢測器。

Gap是一種磷化鎵光敏電阻，其特點是對紫外線輻射特別敏感。燃料燃燒時，由化學反應產(chǎn)生閃爍的紫外線輻射，使磷化鎵光敏電阻感應，經(jīng)過光電轉換，再經(jīng)放大器運算處理后，輸出4~20mA的火焰強度信號。Pbs是一種硫化鉛光敏電阻，其特點是對紅外線輻射特別敏感，燃料燃燒時，由化學反應產(chǎn)生閃爍的紅外線輻射，使硫化鉛光敏電阻感應，經(jīng)光電轉換，再經(jīng)放大運算處理后，使硫化鉛光敏電阻感應，經(jīng)光電轉換，再經(jīng)放大運算處理后，輸出4~20mA的火焰強度信號。

火焰檢測器由石英鏡頭，光電二極管感應元件及位于探頭頭部的信號調節(jié)/前置放大電路組成。83火焰檢測器以下功能1.參數(shù)自動調整功能

使用自動調整菜單中的SCOFF，SCON和CALC命令可使通道有關的參數(shù)自動進行最優(yōu)選擇。燃燒器關閉時，通過SCOFF控制，處理器以火焰不存在為假設，對信號進行掃描檢測并查找可編程濾波器內的全部組合參數(shù)。得到的組合參數(shù)被保持一段時間，隨后將這一組參數(shù)儲存起來，它代表無火工況。

燃燒器投用時，通過SCON控制，處理器以火焰存在為假設，對信號進行掃描檢測，這個檢測過程保持400s時間，待監(jiān)測過程穩(wěn)定，如掃描過程不曾被中斷，則發(fā)出SCON、SCOFF、GOOD信息，否則發(fā)出BAD信號。再通過CALC命令，處理器自動計算出帶通最佳值(LF、HF)和背景值(B)，隨后這一組參數(shù)被儲存，它代表有火工況。842.自動診斷功能該處理器具有以下三種診斷功能。(1)啟動診斷：在火焰探測開始前先對硬件、軟件功能進行診斷。診斷通過后，表示已做好準備。(2)在線診斷：在運行中連續(xù)不斷地對電源系統(tǒng)進行診斷，發(fā)現(xiàn)問題會作處理并進行報警。(3)循環(huán)診斷：重復上電時的診斷，在發(fā)現(xiàn)故障時將關閉火焰繼電器，只有在一次自檢通過后火焰繼電器才恢復工作。3.預報警功能

當火焰信號達到預報警門檻時，發(fā)出預報警信號，預報警信號通信接口與監(jiān)控系統(tǒng)相連。4.記錄功能

火焰信號的信息可以記錄在儲存器中，共有1200對數(shù)據(jù)可儲存。85ISCAN火焰檢測器

COEN公司的ISCAN火焰檢測器既能探測紫外火焰，又能探測紅外火焰，它能夠檢測油、氣及煤等各種燃料的火焰。ISCAN從光轉換到電信號，直至數(shù)字信號的全部處理過程都在火檢探頭里完成，所以也是一體化火檢，不需要單獨的放大器。

ISCAN的工作原理是基于檢測火焰的閃爍頻率，找到最大背景輻射強度為零時的閃爍頻率點，忽略低于該頻率的所有信號，而只檢測閃爍頻率高于該點的火焰，即所謂單點檢測原理。ISCAN能夠對相鄰火焰視而不見，只對目標火焰響應。

對于對沖火焰，雖然火焰監(jiān)測器視線既穿過目標火焰的高頻區(qū)又穿過對沖火焰的高頻區(qū)，但對沖火焰高頻區(qū)距離較遠，火焰強度較弱，通過調節(jié)有火/無火閾值，將強度較弱的對沖火焰調至閾值以下，從而使火焰監(jiān)測器對對沖火焰也可視而不見，只對目標火焰響應。86火焰檢測器的安裝和調整

煤粉燃燒器的火焰監(jiān)視一般采用交叉布置,即相鄰兩層煤粉噴嘴中間布置一層探頭,該探頭對于上、下相鄰兩層煤粉噴嘴火焰均有信號反映,而以下層火焰監(jiān)視為主。這是因為探頭對于下層鄰近的一次風火焰敏感,而對于上層火焰有時由于風壓變動或在工況變動時會受到影響。探頭平行裝在二次風口內,有利于探頭清潔、防止結焦等。探頭開孔簡單,不涉及水冷壁彎管等問題。由于二次風道長,很難用機械的辦法調整探頭角度,一般采用固定探頭。探頭除了置于二次風口內外,也可將探頭從側墻看火孔或從側墻開孔插入，由于探頭不在二次風中,爐膛輻射溫度很高,因而要求探頭冷卻可靠。為降低探頭溫度,往往將探頭退至爐墻外,前端加裝導光管,對準目標區(qū)域。87在安裝和調整火焰檢測器時必須做到以下幾點：(1)火焰檢測器安裝位置要得當。原則是：視野合適，保證對火焰信號檢測效果的靈敏性和準確性；安裝方便，便于維護，盡量延長檢測器的使用壽命。(2)探頭的安裝數(shù)量要合適。(3)采用“火焰強度”和“閃爍頻率”雙信號判定火焰信號。(4)光纖必須可靠且要求冷卻風通暢。(5)保持探頭清潔。(6)做好調整標定工作。

安裝、調整和維護得當，才能正確檢測爐膛火焰的燃燒和熄滅，還能判斷火焰的穩(wěn)定性，有利于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的投運。882.4爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)的作用和組成

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的英文名稱為FurnaceSafeguardSupervisorySystem(簡稱為FSSS)，也可稱作燃燒器器管理系統(tǒng)(BurnerManagementSystem，簡稱BMS).

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)有兩項重要作用，分別是鍋爐安全保護作用和鍋爐安全管理作用，分別由燃料安全系統(tǒng)(FuelSafeguardSystem，簡稱FSS)和燃燒器控制系統(tǒng)(BurnerControlSystem，簡稱BCS)完成。鍋爐安全保護作用主要包括在鍋爐運行的各個階段，對參數(shù)、狀態(tài)進行連續(xù)地監(jiān)視；不斷地按照安全規(guī)定的順序對它們進行判斷、邏輯運算；遇到危險工況，能自動地啟動有關設備進行緊急跳閘，切斷燃料，使鍋爐緊急停爐，保護主、輔設備不受損壞或處理未遂性事故。

鍋爐安全操作管理作用主要包括制粉系統(tǒng)和燃燒器的管理即控制點火器和油槍，提供給粉（煤)機的自啟動和停止，提供制粉系統(tǒng)監(jiān)視和遠方操作，防止危險情況發(fā)生和人為操作的誤判斷，誤操作。分別監(jiān)視油層、煤層和全爐膛火焰。當吹掃、燃燒器點火和帶負荷運行時，決定風箱擋板位置，以便獲得所需要的爐膛空氣分布。同時還供狀態(tài)信號到協(xié)調控制系統(tǒng)、全廠監(jiān)測計算機系統(tǒng)及全廠報警系統(tǒng)等。爐水循環(huán)泵控制。89FSSS的基本功能

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能是確保鍋爐安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行，可分為燃燒器控制功能以及鍋爐安全監(jiān)控功能。具體將爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能分成以下幾個方面：(1)爐膛吹掃。(2)油槍或油槍組順控。(3)爐膛火焰檢測。(4)磨煤機組順序啟停和給煤機、磨煤機保護邏輯。(5)主燃料跳閘(MFT)901.爐膛吹掃

鍋爐停爐后，尤其是長期停爐后閑置的爐膛里必然會積聚一些燃料、雜物等給重新運行帶來不安全因素。因此FSSS系統(tǒng)設置了點火前爐膛吹掃功能。在吹掃許可條件滿足后，由運行人員啟動一次為時5min的爐膛吹掃過程。這些吹掃許可條件實際上是全面檢查鍋爐是否能投入運行。為了防止運行人員的疏忽，系統(tǒng)設置了大量的聯(lián)鎖，鍋爐如果不經(jīng)吹掃就無法進行點火。同時必須滿足5min的吹掃時間，如果因為吹掃許可條件失去而引起吹掃中斷必須等待條件重新滿足后，再啟動一次5min的吹掃，否則鍋爐也無法點火。啟動點火前吹掃時應保證爐膛內有足夠的風量，一般采用25%~30%額定空氣量。吹掃時應先啟動回轉式空氣預熱器，然后再按順序啟動引風機和送風機各一臺，這樣可防止點火后回轉式空氣預熱器因受熱不均勻而發(fā)生變形，同時也可對回轉式空氣預熱器進行吹掃。在進行鍋爐點火前吹掃時還應切斷電除塵器的電源，這是因為如果爐膛內有可燃混合物，在吹掃時這些可燃性混合物將通過電除塵器至煙囪，除塵器電極上的高壓有可能點燃可燃混合物引起爐膛爆燃。912.燃油投入許可及控制：在鍋爐完成點火前吹掃后，控制系統(tǒng)即開始對投油點火所必備的條件進行檢查，如吹掃是否完成、油系統(tǒng)泄露試驗是否成功、油源條件、霧化介質條件、油槍和點火槍機械條件等。上述條件經(jīng)確認滿足以后，F(xiàn)SSS向運行人員發(fā)出點火許可信號，一旦運行人員發(fā)出點火指令后，系統(tǒng)對將要投入的燃油層進行自動程序控制，內容包括：總油源、汽源打開，編排燃燒器啟動順序，油槍點火器推進，油槍閥控制，點火時間控制，點火成功與否判斷，點火完成后油槍的吹掃，油層點火不成功跳閘等。3.煤粉投入許可及控制：系統(tǒng)成功地進行了鍋爐點火及低負荷運行之后，即開始對投入煤粉所必備的條件進行檢查，完成大量的條件掃描工作。主要包括：鍋爐參數(shù)是否合適，煤粉點火能量是否充足，燃燒器工況，有關風門擋板工況等。待上述諸方面條件滿足后，系統(tǒng)向運行人員發(fā)出投煤粉允許信號。當運行人員發(fā)出投粉指令后，系統(tǒng)開始對將要啟動的煤層進行自動程序控制。內容包括：編排設備啟動順序、控制啟動時間、啟動各有關設備、監(jiān)視各種參數(shù)、啟動成功與否判斷、煤層自動啟動、不成功跳閘等。系統(tǒng)還對煤層正常停運進行自動程序控制。4.持續(xù)運行監(jiān)視：當鍋爐進入穩(wěn)定運行工況以后，系統(tǒng)全面進入安全監(jiān)控狀態(tài)(實際上從點火前吹掃開始鍋爐就置于系統(tǒng)的安全監(jiān)控之下)。系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)視鍋爐主要參數(shù)如汽包水位、爐膛壓力、汽輪機運行狀態(tài)、全爐膛火焰、各種輔機工況等。發(fā)現(xiàn)各種不安全因素時都給予聲光報警直至跳閘鍋爐。925.特殊工況監(jiān)控：這里的特殊工況是指“負荷返回”和“快速切負荷”，當機組發(fā)生這兩種工況時，F(xiàn)SSS的任務是與其他控制系統(tǒng)(主要是MCS)配合盡快將鍋爐負荷減下來。

“負荷返回(RB-RunBack)”是由主要輔機故障引起的鍋爐急劇減負荷的特殊工況，如給水泵、一次風機、引風機(不是全部)跳閘等。當發(fā)生這種情況時，F(xiàn)SSS迅速將鍋爐燃料減到與鍋爐運行的輔機負荷能力相匹配的值，同時將汽輪機負荷調整到該目標值。故障輔機不同目標值也不同，F(xiàn)SSS減燃料速率也不同。

“快速減負荷(FCB-FastCutBack)”是由汽輪機或發(fā)電機側故障引起的停機不停爐或帶廠用電運行的工況。這時鍋爐的目標負荷通常是10%MCR，并投入燃油以保證燃燒穩(wěn)定。6.緊急跳閘：鍋爐在運行中若出現(xiàn)了某些運行人員無法及時做出反應的危急情況時，系統(tǒng)將進行緊急跳閘。如出現(xiàn)爐膛熄火、燃料全中斷等情況時，F(xiàn)SSS將啟動主燃料跳閘(MFT，MainFuelTrip)，同時記錄和顯示“首出原因”，以便于處理。FSSS還向運行人員提供手動啟動主燃料跳閘的手段。發(fā)出主燃料跳閘信號后，F(xiàn)SSS將切除所有燃料設備和有關輔助設備，切斷進入爐膛的一切燃料。主燃料跳閘后仍需維持爐內通風，故需要進行吹掃以清除爐膛及尾部煙道中的可燃性混合氣體。吹掃結束前，在有關允許條件未滿足的情況下，不允許再送燃料至爐膛；系統(tǒng)不容許運行人員在不遵守安全規(guī)程的情況下啟動設備，如果違反安全規(guī)程，設備將無法啟動或自動停運。937.跳閘后爐膛吹掃：

鍋爐緊急跳閘時，爐膛在一瞬間突然熄火，殘留大量可燃性混合物而且溫度很高，很可能引起爐膛爆炸。因此，F(xiàn)SSS在鍋爐跳閘的同時啟動爐膛吹掃，吹掃時間也是5min。與點火前吹掃不同的是，跳閘后的爐膛吹掃被自動啟動，且許可條件大為減少。如果是由送、引風機引起的鍋爐跳閘，系統(tǒng)將全部煙、風擋板開至最大，利用自然通風冷卻爐膛。9495FSSS的組成l.系統(tǒng)的基本構成目前爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)通常由四個部分組成：控制臺(操作盤）、邏輯控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構和檢測元件（現(xiàn)場設備）見下圖。也可以說：爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由操作顯示盤、邏輯控制柜、檢測元件、驅動機構、被控對象等組成，

96(l)控制臺。FSSS的控制臺包括運行人員控制盤(操作員CRT和鍵盤)、就地控制盤、系統(tǒng)模擬盤等。FSSS運行人員控制指令可以通過運行人員控制盤來實現(xiàn)，運行人員控制盤包括指令器件和信息反饋器件。指令器件是用來操作有關設備的操作按鈕或開關，用來對燃燒設備進行操作，如鍋爐啟動時燃燒器點火和鍋爐停爐時燃燒器熄火等操作。信息反饋器件是指用來表示燃燒設備狀況信息的指示燈或其他設備，向運行人員反饋燃燒設備的運行狀況。運行人員控制盤一般安裝在中央控制室內，鍋爐燃燒設備的啟、停操作都可以在該控制盤上進行，燃燒設備狀況也從該盤上得到。為了便于維修、測試和校驗現(xiàn)場設備，F(xiàn)SSS一般需要設置就地控制盤，如給煤機就地盤、磨煤機液力和潤滑油系統(tǒng)就地盤等。系統(tǒng)模擬盤是系統(tǒng)調試和故障尋找的有力工具，它一般安裝在FSSS的邏輯柜中，可以對各層燃燒設備及總體功能進行模擬操作實驗。97(2)邏輯控制系統(tǒng)。邏輯系統(tǒng)可以看作是FSSS系統(tǒng)的“大腦”。FSSS需要控制的設備多、流程和操作方式多變，使得FSSS的邏輯控制系統(tǒng)比較復雜。邏輯控制系統(tǒng)一方面接收運行人員的操作指令，一方面接收檢測元件發(fā)送來的實時狀態(tài)信息，這些狀態(tài)信息既包括鍋爐爐膛的狀態(tài)信息，也包括執(zhí)行機構的執(zhí)行狀態(tài)。邏輯控制系統(tǒng)綜合運行人員的操作指令和檢測信號，進行一系列的邏輯運算，邏輯運算的結果驅動執(zhí)行機構，控制相應對象(如燃料閥、風門擋板等)。同時邏輯控制系統(tǒng)發(fā)送信息給反饋器件，使運行人員隨時掌握燃燒設備的運行狀態(tài)。FSSS并不是一個完全獨立的控制系統(tǒng)，它與其他控制系統(tǒng)有機地聯(lián)系在一起。98

FSSS采用了分層邏輯結構，分為下位邏輯和上位邏輯，而上位邏輯又分為層邏輯和公共邏輯。下位邏輯控制的具體對象是角邏輯回路，用來實現(xiàn)對一臺煤粉燃燒器或點火器的控制；層邏輯是對層燃燒器進行自動點熄火控制和狀態(tài)監(jiān)視的回路；公共邏輯是對全部燃燒器進行監(jiān)控，實現(xiàn)主燃料跳閘(MFT)或鍋爐緊急停爐、機組快速甩負荷(FCB)、主要輔機故障減負荷(RB)功能的邏輯控制。

運行中，操作指令(計算機指令或手動控制指令)送至上位邏輯，再由它向各個下位邏輯發(fā)出指令，對角邏輯回路實現(xiàn)控制。若上位邏輯發(fā)生故障，仍可通過下位邏輯或現(xiàn)場操作對燃燒器實現(xiàn)控制，不會影響鍋爐運行。若下位邏輯發(fā)生故障，則僅僅影響該邏輯控制的燃燒器運行，而其他燃燒器仍可繼續(xù)運行。

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)采用分層邏輯結構，既能使控制操作更加靈活，又能確保系統(tǒng)的可靠性，并且便于在線檢修。如果系統(tǒng)采用的是專門設計的面向控制對象的語言，就可以方便地修改系統(tǒng)的控制功能。99(3)執(zhí)行機構。

它也稱驅動裝置，是FSSS系統(tǒng)中的驅動機構。包括各種電磁閥、控制閥、點火槍的驅動機構、各種擋板的驅動裝置、給煤機的電動機控制器等。驅動裝置用于控制進入爐膛的燃料和空氣，相當于FSSS系統(tǒng)的“手腳”。燃燒系統(tǒng)的驅動裝置包括：①電動、氣動和液動的閥門；②電動機驅動設備，如給煤機，磨煤機，密封風機等；③點火器、油槍推進裝置等。

運行人員通過邏輯控制系統(tǒng)控制這些裝置。邏輯控制系統(tǒng)給這些驅動裝置的指令，不是開，就是關；不是啟動，就是停止；不是伸進，就是退出。(4)檢測元件。

檢測元件是FSSS的基礎，用來監(jiān)測爐內燃燒和燃料空氣系統(tǒng)狀態(tài)，如爐內有無火焰，空氣、燃油的壓力、溫度是否滿足規(guī)定要求，以及閥門、擋板開關位置等，檢測元件包括：反映執(zhí)行機構位置的限位開關；反映諸如壓力、溫度、流量是否正常的傳感器，如壓力開關、溫度開關、流量開關等；監(jiān)視爐膛壓力的壓力開關；監(jiān)視爐膛火焰的火焰檢測器等。它相當于FSSS系統(tǒng)的“耳目”。

1002.5FSSS系統(tǒng)的邏輯程序

FSSS系統(tǒng)的邏輯程序是指鍋爐燃燒系統(tǒng)各個設備的動作所必須遵循的安全連鎖、許可條件和先后順序以及它們之間的邏輯關系，它使得整個系統(tǒng)能按照正確的順序安全啟停和正常運行，一旦安全連鎖條件破壞或規(guī)定的許可條件不滿足，則自動停止執(zhí)行程序，并作出相應的動作，保證鍋爐燃燒系統(tǒng)所有設備保持在安全狀態(tài)。

FSSS邏輯程序的一個核心問題是通過周密的安全連鎖和許可條件，防止可燃性混合物在爐膛、煤粉管道和燃燒器中積存，以防止爐膛爆炸的發(fā)生。FSSS系統(tǒng)的邏輯程序一般分成以下幾個部分：爐膛吹掃、泄漏試驗、油層控制、煤層控制、火焰檢測及全爐膛滅火保護、主燃料跳閘、二次風擋板控制，輔機故障減負荷及機組快速甩負荷等控制邏輯。

101FSSS的圖紙

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)比較復雜，涉及到鍋爐的燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)和燃油等系統(tǒng)，數(shù)百個輸入、輸出信號需要與現(xiàn)場設備或其他系統(tǒng)聯(lián)系，并且這些信號之間具有復雜的邏輯關系。為了便于操作人員了解和掌握，便于安裝、調試、維修和事故處理，采用了一系列圖紙來清楚地說明整個系統(tǒng)各個信號之間的邏輯關系及聯(lián)系。（一）系統(tǒng)邏輯圖FSSS系統(tǒng)的邏輯功能是通過一系列安全許可條件、聯(lián)鎖和程序使得鍋爐燃燒系統(tǒng)安全又有次序的啟動、運行和停止。FSSS邏輯圖所表示的邏輯功能是由鍋爐安全運行的要求決定的，不管采用什么樣邏輯元件來實現(xiàn)，其邏輯功能不變。1021.邏輯符號邏輯符號表示實現(xiàn)不同邏輯功能的邏輯元件的符號。(1)門電路。通常有3種門電路：與門、或門、非門。從邏輯關系看，門電路輸入或輸出端只有2種狀態(tài)，無信號以“0”表示，有信號以“1”表示。1）與門（AND）。三輸入與門的邏輯符號如圖8-14所示。它的邏輯功能是：當輸入A、B、C均為“1”時，輸出端X才為“1”。當輸入有一個為“0”時，輸出X就為“0”其邏輯表達式為X=A·B·C2）或門（OR）。三輸入或門的邏輯符號如圖8-15所示。它的邏輯功能是：只要有一個輸入信號為“l(fā)”時，輸出端X為“1”，當輸入均為“0”時，輸出X就為“0”。其邏輯表式為X=A+B+C3）非門（NOT）。非門的邏輯符號如圖8-16所示。它的邏輯功能是：當輸入為“0”時，輸出為“1”。反之則然。由于A與X反相，所以又稱反相器。103104(2)存貯器（MEMORY）。存貯器的邏輯符號及等效邏輯圖如圖8-17所示。存貯器有2個輸入信號，2個輸出信號。它的邏輯功能是：當A輸入為“1”，B輸入信號為“0”時，則X輸出信號為“1”，通常稱為置位。當A輸入信號由“1”變?yōu)椤?”時，則X輸出信號仍然為“1”。只有B輸入為“1”時，才能使X輸出信號為“0”，通常稱為復位，但Y輸出信號為“1”。(3)時間延時器（TimeDelay）。時間延時器包括2種形式即延時接通和延時斷開。1）延時接通（TimeDelayEnergize-TDE）。延時接通器的邏輯符號及時序圖如圖8-18所示。它的邏輯功能是：當延時接通器的A輸入信號為“1”時，而輸出X經(jīng)過一定時間的延時，產(chǎn)生輸出信號，如果A輸送信號消失即為“0”，則輸出信號也即失去。2）延時斷開（TimeDelayDe-Energize-TDD）。延時斷開器的邏輯符號及時序圖如圖8-19所示。它的邏輯功能是：當延時斷開器的A輸入信號為“1”時，輸出X立即產(chǎn)生輸出信號即“1”。當A輸入信號消除后即為“0”，輸出X經(jīng)過一定的時間延時使輸出信號由“1”變?yōu)椤?”。105（4）單脈沖（SingleShot）。單脈沖的邏輯符號及時序圖如圖8-20所示。它的邏輯功能是：當A輸入信號為1時，輸出X立刻變?yōu)?，但輸出X保持“1”的時間