330MW亚临界机组在机组停炉时因火检信号失去引发机组MFT的分析与处理                           

330MW亚临界机组在机组停炉时因火检信号失去引发机组MFT的分析与处理

屠永强

深圳妈湾电力有限公司 518052

摘要：某330MW电厂在机组停炉过程中，存在火焰检测信号不稳的情况。当负荷降至73MW时发生因火检信号失去，引发锅炉MFT的情况。分析火检信号失去的原因后，通过优化运行方式、调整火检探头安装位置、调整辅助风挡板以及摆角位置、控制总风量等整改措施后，在机组停炉过程中再未发生因火检信号失去引发锅炉MFT的情况。

关键词：火检；MFT；FORNEY；IR；UV

Analysis and Treatment of MFT Triggered by The Loss of Flame Detection Signal During Shutdown of a 330MW Power Plant

Tu Yongqiang

SHENZHEN MAWAN POWER CO.,LTD.

Abstract: During the shutdown process of a 330MW power plant, there was instability in the flame detection signal. When the load dropped to 73MW, the boiler's MFT (master fuel trip) occurred due to the loss of flame detection signals. After analyzing the reasons for the loss of flame detection signals, measures such as optimizing the operation mode, adjusting the installation position of the flame detector probe, adjusting the auxiliary air baffle and swing angle position, and controlling the total air volume were taken. Since then, no MFT caused by the loss of flame detection signals has occurred during the shutdown process of the unit.

Keywords: flame detection; MFT; FORNEY; IR; UV

火焰检测的作用是对火焰进行检测和监视，在锅炉运行全过程，防止锅炉灭火或炉内爆炸事故，确保锅炉炉安全运行的装置。根据《火电厂煤粉炉燃烧防爆规程》中规定，蒸发量在670t/h及以上的锅炉应配有炉膛安全监控装置(FSSS系统)，其中包括各单火嘴及各层火焰监测在内必须配有炉膛火焰检测装置。

火焰检测（简称火检）系统作为火力发电厂FSSS系统的一个重要组成部分，一直存在着火焰检测信号不稳的情况。笔者通过分析某电厂330MW机组在停炉过程中因火检信号失去引发MFT情况进行分析，并针对火检信号失去的原因实施了相关的整改措施。

1 基本情况

1.1机组概况

该电厂#5机组于2001年投产。锅炉为亚临界强制循环汽包锅炉、一次再热，型号为HG-1025/18.3-YM6型锅炉。主要设计参数如表1。燃烧器采用直流式四角切圆布置，有A、B、C、D、E、F六层煤层，AB、CD、EF三层气枪（采用天然气）助燃，14层辅助风（其中AB、CD、EF层辅助风用于给气枪提供二次风）。

表1

火焰检测系统采用的是美国FORNEY公司生产的IDD9000型火焰检测系统。该火检系统主要由火检探头和火检放大器两部分组成，其中火检探头主要由套管、光纤（煤层红外光纤，气枪紫外光纤）、探头组成；火检放大器主要由IDD9000型火检放大器组成，5号机组共有36个火检探头配以18个火检放大器（1个放大器接2个火检探头）。

1.2火焰检测原理

火焰检测原理基于光学检测技术。不同燃料的燃烧将产生不同的火焰特性，其中对于煤粉的燃烧在火焰的燃烧区域将发射大量的IR光波（红外波长760-1100nm）；对于天然气的燃烧在火焰的燃烧区域将发射大量的UV光波（紫外波长280-380nm）。IDD9000型火焰检测系统正是利用上述现象，对煤层配以IR检测探头，对气枪层配以UV检测探头。火检探头将检测到的光波信号送至火检放大器进行信号处理，针对IR(UV)光波的强度输出4-20MA的模拟量信号以及“有火”“无火”的开关量信号提供给DCS系统进行逻辑判断。

1.3事件经过

2024年2月2日机组停机期间，当负荷减至73MW时，仅有B、C煤层运行其中B煤层给煤量7t/h，C煤层给煤量18T/h；CD层1、3、4气枪运行。0时43分46秒CD3气枪跳闸。0时45分40秒B3、C3火检失去（B1、B2、C1、C2火检在0时45分前已消失），煤层火检只剩下B4、C4，全炉膛火焰丧失跳闸信号发出，锅炉MFT。CD3、C3火焰强度趋势如图1所示（绿色为CD3气枪火焰强度信号，红色为C3火焰强度信号），由趋势图可知CD3、C3火焰强度信号波动是非常剧烈，很不稳定的。

图1 CD3 、C3火焰强度趋势

全炉膛火焰丧失逻辑为：当六层给煤机均停止运行超过2秒或者是六层煤层火检每层均少于2个火检检测到，同时没有“任何一层气枪投运”；其中“任何一层气枪投运”逻辑为AB、CD、EF层任意一层气枪不少于3只气枪投运。如图2所示：

图2 炉膛火焰丧失逻辑

显然导致全炉膛火焰丧失的逻辑原因为6层煤层火检每层均少于2个火检检测到同时没有“任何一层气枪投运”（B、C煤层均少于2个火检且CD气枪层只有2只气枪投运）。

2 原因分析

2.1直接原因

在停炉期间，仅有B、C煤层以及CD1、CD3、CD4气枪运行，其他煤层和气枪均已停止运行。0时43分46秒随着CD3气枪由于火焰信号失去跳闸，CD层气枪只有CD1、CD4保持运行（少于3只气枪投运）导致“任何一层气枪投运”信号消失。此时B煤层仅带7T/H的煤量运行（该煤量无法保证B煤层的稳定燃烧）且与B煤层相近的AB层气枪没有气枪投运助燃，导致B煤层火检只有B4火检检测到火焰（B煤层少于2个运行）；C煤层虽然带18T/H煤量运行但由于锅炉掺烧污泥的原因，原煤仓中存在着污泥导致燃烧不稳定，且当时负荷已降至73MW，炉膛内的温度以及辐射强度也大幅下降，导致通过光学检测作为原理的火检装置比较难检测到火焰（红外光的强度不够）。通过调用火焰强度趋势，当时只有C4火检稳定检测到火焰，C3火检检测很不稳定、火焰强度大幅波动（参考图1红色趋势线），C1、C2已检测不到火焰信号（火焰强度信号显示为0）；0时43分46秒CD3气枪跳闸后，随着0时45分40秒C3火检的失去，导致6层煤层火检每层均少于2个火检检测到同时没有“任何一层气枪投运”逻辑成立，全炉膛火焰丧失触发锅炉MFT。

2.2间接原因

（1）运行方式的原因

通过对全炉膛火焰丧失的原因进行分析，由于逻辑中“任一层气枪投运”要求是不小于3只气枪投运才成立，显然当时仅有CD1、3、4气枪的运行方式是存在很大的风险的（此时若任一支气枪跳闸将使得“任一层气枪投运”条件失去）。同时在负荷只有73MW的情况下仅投运一层气枪助燃两层煤层（其中B煤层还不与CD层气枪相邻）是非常不合理的运行方式。

（2）火检信号失去的原因

从事件经过可知CD3气枪因火检失去跳闸是触发全炉膛火焰失去的直接原因之一。CD3气枪火检采用的是动态UV检测原理，是通过检测紫外线的强度以及“闪烁”频率来进行火检的检测。调用火检强度的趋势发现CD3的火检强度在0-90%大幅波动（如图1绿色趋势线所示），工作很不稳定。事后将CD3火检光纤抽出，并用紫外灯照射，火检探头和火检放大器均能正常工作，火检检测装置检测正常，基本排除是火检硬件的原因导致火检不稳。

火检说明书要求，火检探头的视线要与燃烧器的中心线相交成一个很小的角度并且最大限度的看到主燃烧区，如图3所示。

图3 单燃烧器火检视线

同时必须考虑到燃烧器的二次风向，因根据二次风的旋转方向合理的安装火检探头。如图4所示：

图4 火检相对二次风向布置

根据火检说明书的要求，得知火检的检测好坏与火检探头的安装位置有很大的关系，火检探头的视线要尽可能的看到主燃烧区域。调用该机组火检安装的检修资料发现，CD3气枪火检相对二次风向的位置与说明书要求的刚好相反，安装在了燃烧器靠右侧的方向。

进一步检查发现，当时CD3辅助风挡板的开度在19%，而机组使用的天然气为市政天然气，气压仅有180KPa左右且不可调压。由于天然气母管压力相对较低以及辅助风量大的原因，都有可能使得天然气从燃烧器喷出后出现火焰上飘从而脱离了火检探头的视线（火检探头的视线与燃烧器主燃烧区域中心线未相交），火检检测不到相应强度的紫外线以及“闪烁”频率从而造成火检不稳的情况发生。

3整改措施

（1）优化停炉过程中的运行方式，在停炉过程中当煤层少于3层运行时，要求确保投入6-7只气枪运行，同时要保证一层气枪稳定运行（该层气枪最好4只同时投入运行）。这样不仅能保证煤层的稳定燃烧，同时在逻辑上也避免了当一只气枪意外跳闸时，引发“任一层气枪投运”条件的消失。

（2）该机组燃烧器采用直流式四角切圆布置，从锅炉上部向下看是逆时针切圆燃烧。针对火检信号失去的原因，利用机组检修机会将火检的安装位置与FORNEY火检说明书要求的位置一致（参考图3的左图），并且确保火检的视线能看到主燃烧区域（参考图2）。

（3）控制气枪辅助风挡板的开度在5%左右，防止由于辅助风太大从而引起的火焰上飘从而脱离火检探头视线的情况。同时当煤层小于3台运行时，总风量尽量控制在30-40%之间运行。

（4）在停炉过程中，当煤层少于3台运行时，尽量控制摆角的位置在水平位。已防止火检探头视角偏移。

采取以上优化整改措施后，该电厂火检系统的稳定性有了很大的提升，在停炉过程中再未发生因火检信号失去，引发锅炉MFT的情况出现。图5为实施整改措施之后的火焰强度信号柱状图。

图5 火焰强度信号柱状图

4 结语

某电厂330MW亚临界机组在停机过程中因火检信号失去，引发锅炉MFT的情况。通过分析得到火检信号失去的主要原因为火检探头的视线未能看到主燃烧区域，并针对这一原因制定了相应的整改措施。

通过优化运行方式、调整火检探头安装位置、调整辅助风挡板以及摆角位置、控制总风量等整改措施的实施，该电厂火检信号检测的稳定性有了较大的改善。给同类电厂处理相似缺陷提供帮助与借鉴！

参考文献：

[1]贾志军,范伟,任少君,魏唐斌.600 MW亚临界机组长时间深度调峰燃烧稳定性研究[J].发电技术,2024,45(02):216-225.

[2]杜来会,杨永恒.Forney一体化火检在潍坊电厂的应用[J].山东电力高等专科学校学报,2004,(04):178-181

[3]雷鸣,林宇鹏,陈鑫,郑成峰,蔡巍.关于如何解决发电厂锅炉火检丢失[J].大众标准化,2024,(07):161-163.