1 机组介绍 1.1 锅炉

北方联合电力有限责任公司达拉特发电厂（以下简称达旗电厂）4期工程2×600 MW机组锅炉型式为亚临界参数、一次中间再热、强制循环、单炉膛、平衡通风、摆动燃烧器四角切圆燃烧、固态排渣煤粉炉。锅炉为全钢构架，紧身封闭，炉顶为大罩壳，整体呈倒U形布置，由上海锅炉厂有限公司制造，型号SG2008/17.47-M903^[1]。

每台锅炉配置3层油燃烧器和6层煤燃烧器，均为全摆动燃烧器。燃烧器火焰检测器及其冷却风系统（以下简称为火焰检测系统）采用上海神明控制工程有限公司配套的美国FORNEY公司产品，由一体化火焰检测探头、火焰检测电源柜、维护工作站、光纤及相关通信设备材料、冷却风管和接头等部件组成^[2]。外导管组件前端头通过垫块焊接在二次风箱的隔板上，由垫块确定火焰检测的观测角度和范围，外导管组件前端头的安装位置会直接影响火焰检测设备对炉膛工况的检测效果，导管的最前端至二次风风道口的距离为3~5 cm^[2]。

火焰检测导管可将炉膛内的火焰信号通过光纤传输到炉外的火焰检测探头上，作为锅炉FSSS系统的重要组成部分，火焰检测系统起着保证锅炉安全稳定运行的重要作用。

为了获得较好的检测效果，同时避免燃烧器挡板对火焰检测安装位置的影响，大部分火焰检测套管制作成挠性结构。火焰检测冷却风从火焰检测器的内、外套管之间通过，对火焰检测光纤进行间接冷却。受锅炉燃料燃烧时的大量辐射热及光纤固定部件对光纤传导热的影响，加之锅炉燃烧工况差、燃烧着火点过于接近炉膛、经常正压燃烧等不利因素的发生，在冷却效果不佳时，很容易造成光纤脱胶、烧毁或光纤通光率下降等问题^[3]。

燃烧器火焰检测系统自投运以来，频繁出现火焰检测器被灰堵塞而无法检测到火焰的情况，甚至部分火焰检测器光纤因堵灰、火焰检测风量不足而严重烧损。火焰检测探头被灰堵塞后，火焰检测信号强度会逐渐降低，直至完全消失，需要检修人员抽出火焰检测光纤内套管进行疏通。堵塞严重时，每天需要抽出8—10支火焰检测器进行清灰，劳动强度大，且易造成火焰检测器光纤折损。火焰检测套管冷却风系统改造前，已有大批火焰检测器光纤因高温或频繁抽取清灰而被损坏。

除上述问题外，目前达旗电厂4 期工程600 MW机组火焰检测系统还存在以下问题：

（1） 光纤易损坏，使用寿命偏短。目前正在使用的保护光纤的导管结构简单，对光纤的冷却效果较差，很难保证光纤的正常使用；火焰检测光纤前端冷却方式采用常规单层冷却，即火焰检测冷却风是通在内、外导管之间，对光纤进行间接冷却，不能有效降低光纤前端的温度，很容易导致光纤损坏^[4]。

（2） 更换光纤时，需要将火焰检测内套管拔出，光纤插拔困难，维护工作量大、成本高。

（3） 火焰检测导管内容易积灰，导管前端的石英镜片容易结焦等。

达旗电厂4期工程600 MW机组火焰检测系统存在的问题严重影响了机组的运行性能，尤其是投产以来频繁发生火焰检测探头被灰堵塞而检测不到火焰的故障情况，给机组的安全稳定运行带来了严重威胁。

机组停炉检修期间，通过对炉膛内部进行检查，发现锅炉炉膛内燃烧器周围结焦严重。如果煤质较差或经常变化，燃烧调整不及时、二次风配比不合理，以及燃烧器着火点过近或炉膛正压燃烧，很容易导致喷燃器前端温度较高^{[5, 6]}。光纤前端的石英镜片耐受温度为1200 ℃左右，而光纤的正常耐受温度只有450 ℃，因此石英镜片后面的光纤很容易被烧损，导致炉膛火焰检测信号不稳定，频繁闪烁。特别是机组在低负荷下运行时，有时多个火焰检测信号同时闪烁，很容易引起跳磨故障，严重时甚至会造成锅炉MFT（达旗电厂4期工程8号炉就曾发生过因2号角火焰探测信号丧失而导致的锅炉MFT事故）。

为了解决达旗电厂4期工程锅炉火焰检测系统存在的问题，提高锅炉机组运行的安全稳定性，在充分调研论证的基础上，决定利用机组大修机会对4期工程机组火焰检测冷却风系统进行技术改造。

为了尽可能降低火焰检测光纤的温度，消除火焰检测元件结焦现象，制订了以下升级改造方案。

温度调整二次风小风门开度，使着火点距离喷口约0.4 m。减小外导管前端热辐射所产生的热量，降低光纤前端的温度。

改变以前的单层冷却方式，采用双层冷却方式。对原有的火焰检测内导管结构进行改进，升级内导管组件，在内导管后端部位开通风孔槽，前端留有通风孔。冷却风在通入内、外导管间隙的同时，有1路风进入内导管和光纤之间，对光纤进行直接冷却，有效降低光纤前端温度，使光纤的使用寿命延长2~3 a。达旗电厂4期工程7号、8号机组分别在脱硝改造期间将原来的火焰检测光纤内套管71内蒙古电力技 术 2015年第33卷第6期升级改造为新型火焰检测内导管，改造后的新型内导管结构如图 1所示。

图 1

图 1 改造后新型内导管结构

3.2.3 改变火焰检测探头的安装位置

通过对炉膛内部进行实地勘察，发现火焰检测冷却系统的外套管从下方焊接在二次风箱的隔板上，而此位置恰好是积灰比较严重的部位；一旦积灰过多，将会阻挡光纤的观火路线，造成火焰检测信号不稳，火焰检测报警装置信号频繁闪烁。因此在此次改造过程中，经与火焰检测设备厂家协商，将火焰检测光纤的外套管悬吊焊接在二次风箱的隔板上方，避开了积灰严重部位（如图 2所示）。焊接完外套管后，将改进的新型火焰检测内套管装入外套管中，调节内套管后方的限位块，使得内套管前方正好顶住外套管内的限位圈，这样冷却风就能顺利通过内套管的通风孔槽及内、外套管间隙，对光纤进行双重冷却。

图 2

图 2 火焰检测外套管改造前、后安装位置

4 改造效果

达旗电厂4期工程通过对导管通风冷却方式及火焰检测探头安装位置进行升级改造，火焰检测系统运行性能明显提高，主要表现在以下方面：

（1） 采用双重冷却技术对导管和光纤进行多方位、全面冷却，冷却效果明显改善；

（2） 提高了导管前端头石英镜片组件的耐温等级，使其耐受温度提高至1200 ℃；降低了导管前端石英镜片的结焦程度；

（3） 导管、光纤安装维护更加简单方便，降低了现场维护工作量；

（4） 延长了火焰检测光纤的使用寿命，降低了运行成本；

（5） 有效缓解了火焰检测套管内的积灰程度和探头的堵塞情况；

（6） 光纤在正常运行工况下不会烧损，提高了火焰检测的稳定性以及设备运行的安全性。

达旗电厂4期工程7号、8号机组火焰检测系统升级改造后，火焰检测设备运行稳定，使用效果良好，很好地解决了光纤易损坏、导管易积灰等问题，经过3 a多的连续运行检验，再未发生过火焰检测探头被灰堵塞的情况，改造经验值得推广。