李彥猛，沈利

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

1 030 MW機組鍋爐旋流燃燒器外置式火檢信號丟失原因分析及對策

李彥猛1，沈利2

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

針對1 030 MW超超臨界機組鍋爐旋流燃燒器在配置外置式火檢時存在火檢信號丟失的問題，從鍋爐燃燒特性、火檢監(jiān)測系統(tǒng)及火檢與燃燒器匹配方面進行了深入分析，找出火檢失去的原因，并在此基礎上提出增加火檢套管、防止燃燒器二次風箱內(nèi)部揚灰以及優(yōu)化磨煤機因火檢失去而跳閘的邏輯等措施，結(jié)果表明采取以上整改措施后徹底解決了磨煤機因火檢信號失去而發(fā)生跳閘的問題。

燃煤鍋爐；旋流燃燒器；外置式火檢；火檢套管

浙江某發(fā)電廠1號、2號機組分別于2014年7月10日和9月17日投產(chǎn)運行，但自2014年10月22日1號機組B磨煤機因火檢信號失去而跳閘以來，多次發(fā)生中、下層燃燒器煤火檢信號失去情況。針對此問題，分別從鍋爐燃燒特性、火檢裝置及火檢與燃燒器匹配等方面進行深入分析，并提出了相應的解決措施。

1 機組概況

該發(fā)電廠2×1 030 MW超超臨界機組燃煤鍋爐為北京巴威公司生產(chǎn)的國內(nèi)首臺百萬千瓦級超超臨界參數(shù)鍋爐。鍋爐采用中速磨冷一次風機直吹式制粉系統(tǒng)，共分3層，采用前后墻對沖燃燒方式。每臺鍋爐配置48臺DRB-4ZTM型低NOX雙調(diào)風旋流燃燒器和16臺低NOX噴口（OFA），各燃燒器上分別配置ABB公司的UVISOR 810型號煤火檢和油火檢監(jiān)測系統(tǒng)。

2 外置式火檢監(jiān)測原理

ABB外置式火檢系統(tǒng)是利用火焰燃燒時具有亮度變化和脈動閃爍的特點來進行光電火焰監(jiān)測。燃料燃燒時，火焰輻射的紅外線照在探頭鏡面上，經(jīng)光敏元件轉(zhuǎn)換為弱電壓信號，再經(jīng)交流放大、濾波轉(zhuǎn)換成與火焰強度、頻率成比例的脈沖信號送至火檢控制單元進行處理、判斷，檢測方法如圖1所示。控制單元判斷有無火焰有4個條件：火焰的最小直流光強度、火焰的最小交流光強度、正確的光波長區(qū)域、最小的閃爍頻率。當檢測到的火焰信號同時滿足以上4個條件，即判斷為有火，發(fā)出“有火”信號，檢測原理如圖2所示。

圖1 ABB外置式火檢監(jiān)測示意

圖2 ABB外置式火檢監(jiān)測原理

火檢系統(tǒng)將探頭監(jiān)測煤粉燃燒所產(chǎn)生的光強度和閃爍頻率進行處理，最終形成火檢信號Q值，并根據(jù)Q值的大小來做出火檢有關(guān)的判斷。

3 火檢失去原因分析

3.1 火檢本身問題

針對1號、2號鍋爐多次發(fā)生因火檢信號失去而引起磨煤機跳閘的情況，初步判斷火檢系統(tǒng)可能存在問題，聯(lián)系廠家到現(xiàn)場對火檢裝置本身進行檢查。首先外窺式火檢探頭，安裝角度只能與燃燒器保持在一條直線上，也就不存在安裝角度不準的問題。然后對單只火檢進行了檢驗，將火檢探頭拆除后，用手電光“頻閃檔”對其照射，能夠監(jiān)測到頻率和強度。通過廠家現(xiàn)場確認及實際驗證和初期火檢系統(tǒng)的使用情況，可判定火檢裝置本身不存在問題。

3.2 鍋爐燃燒問題

根據(jù)采用旋流燃燒器的鍋爐的燃燒特性，分析造成火檢信號失去的原因[1]：一是火焰燃燒時形成黑龍區(qū)短時對火檢探頭造成了遮擋，如圖3所示；二是火焰在燃燒器噴口卷吸強烈，燃燒時頻率監(jiān)測信號達到飽和狀態(tài)（如強光照射火檢時一樣）而不能夠監(jiān)測到火焰閃爍頻率，導致火檢Q值降低而失去火檢。針對該燃燒問題，運行方面也采取了多項措施來避免黑龍區(qū)的形成：

（1）讓磨煤機分離器運行在高速區(qū)域，使煤粉細度能夠保證，不至于使著火區(qū)遠離燃燒器噴口。

（2）調(diào)節(jié)減小2號爐中、下層（D，F(xiàn)，A，B層）燃燒器內(nèi)二次風葉片的開度，增加其旋流強度。

（3）降低一次風壓，將1號、2號鍋爐的一次風壓力偏置設置為（-0.4 kPa），來降低一次風壓力，防止煤粉著火點過遠。

（4）保持燃燒高揮發(fā)分煤種。

然而這些手段都未解決火檢信號失去的問題，并且仍存在因火檢信號失去而引起磨煤機跳閘的情況。

圖3 火焰著火各區(qū)域示意

3.3 爐內(nèi)落灰遮擋問題

通過對其他電廠的調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)部分電廠因水平煙道落灰或折煙角落灰而造成對火檢探頭的遮擋從而發(fā)生火檢失去。一般落灰會對上層或中層煤火檢產(chǎn)生影響，而1號、2號爐均由于中、下層煤火檢信號失去，進而引起磨煤機跳閘。另外，通過對幾次火檢信號失去觸發(fā)磨煤機跳閘故障時的干渣機渣井工業(yè)電視回看分析，得出磨煤機跳閘前不存在大量積灰或結(jié)焦物落下。

3.4 一次風量過大問題

鍋爐在燃燒過程中，可能會存在一次風量過大導致燃燒器噴口脫火的情況。然而實際情況是鍋爐在正常運行時，只發(fā)生了中、下層煤火檢信號失去導致磨煤機跳閘，而上層磨煤機從未發(fā)生過這種情況。在相同的一次風壓下，不可能只有中、下層燃燒器脫火，而上層燃燒器燃燒正常。另外，磨煤機在啟停時，即使在煤量很低的情況下，也從未發(fā)生過因風量大而脫火失去火檢信號的情況。上述分析說明一次風量大不是火檢失去的主要原因。

3.5 火檢風機管道積灰問題

根據(jù)煤火檢失去而觸發(fā)磨煤機跳閘時的火檢冷卻風機出口壓力、濾網(wǎng)差壓以及爐膛負壓的變化情況，并結(jié)合火檢風機現(xiàn)場管路布置情況分析，認為火檢風機內(nèi)部管路積灰影響不大。由于在火檢風機切換、風壓波動擾動時未發(fā)生過磨煤機因火檢失去而跳閘，故排除了火檢風機管路內(nèi)部積灰對火檢探頭遮擋的影響[2]。

3.6 二次風箱內(nèi)部揚灰問題

通過對旋流燃燒器火檢安裝套管及外置式火檢安裝情況的分析，可知燃燒器的安裝外置式火檢的套管長度只有50 cm，未穿過整個二次風箱，如圖4所示。隨著機組運行時間的增加，二次風箱內(nèi)部及燃燒器上積灰增多，如圖5所示，而積灰增多后導致積灰脫落、揚灰等會對火檢窺視管頭部造成遮擋而使火檢信號短時失去。

圖4 燃燒器側(cè)面結(jié)構(gòu)及火檢安裝套管

圖5 燃燒器二次風箱內(nèi)部火檢套管管口

此鍋爐燃燒器采用一體式環(huán)形大風箱，當環(huán)形風箱底部積灰后，在二次風壓擾動下產(chǎn)生揚灰，距中、下層燃燒器最近，因此中、下層發(fā)生火檢信號失去的情況較多，且下層多于中層，大部分發(fā)生在減負荷過程中。通過分析認為，鍋爐在高負荷段時二次風箱壓力在0.3～0.5 kPa，當減負荷至600 MW左右時二次風箱壓力接近0 kPa或負壓狀態(tài)，此時發(fā)生風箱內(nèi)部擾動的幾率最大；并且在減負荷過程中，磨煤機煤量超調(diào)較大，燃燒器二次風電動小風門也參與調(diào)節(jié)，在動作過程中燃燒器上的積灰也會發(fā)生脫落或揚起，更加劇了對火檢窺視管口的遮擋。所以，在減負荷過程或減至低負荷階段容易造成火檢信號失去。

4 解決措施

由以上分析可知，造成火檢信號失去的主要原因是旋流燃燒器安裝的火檢套管過短，配置外置式火檢時，在二次風箱內(nèi)部火檢探頭存在裸露段，火檢信號受風箱內(nèi)部揚灰擾動影響較大，故采取以下措施加以解決。

4.1 增加火檢套管長度

為防止二次風箱的揚灰對火檢產(chǎn)生遮擋，故對各燃燒器的火檢探頭初始安裝套管進行窺視口加長，從原來50 cm增長至2 m，穿過二次風箱，前端延伸到旋流燃燒器外二次風葉片處，如圖6所示。

圖6 燃燒器增加二次風箱內(nèi)部火檢套

將旋流燃燒器上外置式火檢套管延長至穿過整個風箱，能夠有效避免二次風箱內(nèi)部揚灰對火檢探頭的積灰遮擋影響。但火檢套管加長后，受爐膛負壓的影響，火檢冷卻風在順向上的吹掃壓力減弱，原火檢探頭冷卻風Y型接口如圖7所示，不能有效清除火檢探頭上的積灰。為此又將火檢冷卻風的Y型接口由順向接入更換為反向接入即反向翻轉(zhuǎn)180°，更換后能夠正對火檢鏡頭吹掃，達到清灰冷卻的效果。

4.2 邏輯優(yōu)化

由于磨煤機火檢信號失去時，機組負荷均在500 MW以上，爐內(nèi)著火情況穩(wěn)定，燃燒工況對火檢信號的影響很小，經(jīng)與火檢設備廠家分析討論，對火檢的開關(guān)量觸發(fā)設定值進行了優(yōu)化，將中、下層4臺制粉系統(tǒng)煤火檢信號強度定值由25%優(yōu)化為10%，頻率定值由10 Hz優(yōu)化為5 Hz，降低火檢開關(guān)量的觸發(fā)值。同時，根據(jù)國內(nèi)同類型機組的調(diào)研情況及磨煤機在500 MW負荷以上燃燒情況，對磨煤機因火檢信號失去而跳閘的邏輯進行了優(yōu)化，將中、下層煤火檢信號失去3/8而觸發(fā)磨煤機跳閘修改為5/8。

圖7 原火檢探頭冷卻風Y型接口示意

4.3 燃燒調(diào)整

火檢信號失去主要是受二次風箱揚塵影響，因此對穩(wěn)定鍋爐燃燒防止二次風箱壓力波動方面也進行了改進，運行時盡可能保持二次風箱壓力為正值，防止爐膛負壓的大幅度擾動。同時通過燃燒調(diào)整合理控制各燃燒器二次風門開度及NOX風調(diào)節(jié)擋板開度，提高二次風箱壓力。

5 結(jié)語

對1 030 MW超超臨界機組鍋爐旋流燃燒器在配置外置式火檢時易發(fā)生磨煤機煤火檢信號失去的現(xiàn)象進行了分析，認為燃燒器初始安裝的火檢套管過短，導致外置式火檢受二次風箱內(nèi)部揚灰的擾動而失去火檢信號。通過加長火檢套管、轉(zhuǎn)換火檢風接口、優(yōu)化火檢邏輯及進行燃燒調(diào)整等措施有效避免了因火檢信號失去而觸發(fā)磨煤機跳閘。

[1]曲廣浩.660 MW機組火焰監(jiān)測系統(tǒng)存在問題分析[J].華東電力，2005，33（2）:54-56.

[2]張銳，徐冬青.火檢冷卻風機切換引起的磨組跳閘原因分析及對策[J].寧夏電力，2005，（3）:28-30.

（本文編輯：張彩）

高性能鋰硫電池研究獲進展為新一代電極材料開拓思路

作為鋰離子電池的正極材料，硫的高理論容量（1 675 mAh/g）引起了人們的極大關(guān)注。但是，硫具有不導電、中間產(chǎn)物聚硫鋰溶于電解質(zhì)、體積膨脹嚴重等缺點，這些問題使得鋰硫電池的大規(guī)模應用面臨諸多挑戰(zhàn)，包括安全性、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。

為了克服這些問題，中國科學院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)明了一種在三維多孔碳（3D PGC）結(jié)構(gòu)中原位制備并負載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負載量達到90%，創(chuàng)造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1 382 mAh/g；硫的原位負載還形成碳硫鍵，顯著提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過1 000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。因此，這一材料在提高硫的負載及利用效率的同時，還提高了電極材料3D S@PGC的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設計開拓了新思路。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上，隨后國際著名碳材料學家Rodney Ruoff教授和中國科學技術(shù)大學教授季恒星在《物理化學學報》（Acta Phys.Chim.Sin.）雜志上撰寫亮點文章，對以上研究成果的創(chuàng)新性進行了評價。該研究工作得到中國科學院“百人計劃”和國家自然科學基金的大力支持。

來源：光明網(wǎng)

Cause Analysis and Countermeasures on Signal Loss of External Fire Detection for Boiler Swirling Burner of 1 030 MW Units

LI Yanmeng1，SHEN Li2
（1.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Power Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China；2.Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

Aiming at signal loss of external fire detection for boiler swirling burner of 1 030 MW ultra-supercritical units，the paper conducts in-depth analysis on combustion characteristics，fire detection monitoring system and the matching between fire detection and burner to detect the reasons of fire detection loss；besides，it suggests equipping fire detection sleeve，preventing flying ash in secondary bellow of burner and optimizing tripping logic of coal pulverizer due to loss of fire detection.The result shows that tripping of coal pulverizer due to loss of fire detection is completely solved after the above corrective measures are taken.

coal-fired boiler；swirling burner；external fire detection；fire detection sleeve

TM621.2

：B

：1007-1881（2016）03-0038-04

2015-10-22

李彥猛（1983），男，工程師，從事火電廠鍋爐運行技術(shù)管理工作。