1、1大型锅炉炉膛安全保护培训班授课内容提要2大型锅炉炉膛安全保护培训班教学内容提纲。第一讲锅炉安全监控系统（共 20 学时）主要内容如下：一、 炉膛常见事故原因分析（二学时）1 炉膛爆燃事故。炉膛爆燃指的是在锅炉炉膛烟道和通风管道中积存的可燃混合物突然同时被点燃，而使烟气侧压力升高造成炉墙结构破坏的现象。在我国通常和炉膛灭火事故联系在一起，俗称“灭火放炮” 。（1） 爆燃过程理论分析：爆燃三条件：炉内积存可燃物；可燃物的浓度达到爆炸浓度；火源。设以 Vr和 Qr 表示积存可燃混合物容积和单位容积的发热量，爆燃后放出的热量为 rQr.设以表示炉膛容积，爆燃介质的温升为在定容绝热过程中进行，可列出下
2、列方程： rQr. （） （ ） （）式中： 、 为爆燃前后的压力 、 为爆燃前后的温度为定容过程中炉膛介质的平均比热。由（） 、 （）式联立求解得： P !1+Vr/V*Qr/C (3)由 Vr/V、Q r 、 等参数可分析爆燃过程对炉膛造成影响。V r/V 为相对值，最大为1； 、 Qr 大影响 大， 低影响大。（2）炉膛爆燃的防止。 炉膛灭火后必须吹扫后才能点火。 防止重复点火 防止燃料漏进停用的锅炉防止一个或几个燃烧器突然失去火焰。水冷壁泻漏爆管事故。如果炉内结焦又造成成水冷壁爆管可能造成炉内爆燃事故，因燃尽的焦炭与水起化学反应而产生水煤气。化学反应式为3C+H2OCO+ H 2CO
3、和 H2 均是易燃气体，加上炉内煤粉形成了一种混合爆燃物质，其爆燃强度相当危险。3 引风中断事故：该事故将造成炉膛压力增大，燃烧恶化。4、送风中断事故：该事故将造成炉膛灭火和炉膛压力过低。5、给水中断事故：将造成水冷壁管内失水烧坏水冷壁管，对于直流炉比汽包炉危险更大。6、掉焦事故：炉膛顶部掉焦砸坏下联箱造成灭火爆燃事故。二、 炉膛安全监控系统（FSSS ）概述（ 4 学时，主要内容如下）1、 FSSS 主要安全功能FSSS 主要是保证锅炉安全运行，不参与调节，它的联锁等级是最高的，具体的安全联锁条件要根据机组的燃料系统的物理特性和燃料种类决定。大型机组 FSSS系统包含下述主要安全功能炉膛点火
4、前后的吹扫；暖炉油点火；主燃料（煤粉）的引入；连续运行的监视；紧急停炉；燃烧后的吹扫。2、 FSSS 的自动化程度。、FSSS 一般属于“遥控手动”系统。更高一级自动化水平是可谓“自动”或“自动跟踪负荷” 。这时自动化系统只要求运行人员发出一个简单指令就能自动地将有关的燃料燃烧设备投入运行。、FSSS 系统的组成：系统由控制屏、逻辑屏和就地设备三部分组成。控制屏：内含运行人员控制屏仿真屏和就地控制屏。现场设备：包括驱动装置伺服电机，阀门、执行器、传感元件火焰检测器等设备。逻辑屏：逻辑屏可以看作是 FSSS 的大脑，所有运行人员的指令都是通过逻辑屏实现的，每个驱动装置和敏感元件的状态都是通过逻辑
5、系统进行连续的监测，运行人员发出的指令只有通过逻辑屏判断满足一定的安全许可条件后才能执行。当出现危及设备安4全运行情况，逻辑屏会自动停掉有关设备。逻辑屏硬件结构现多采用 PLC 可编程控制器。工程技术人员根据生产过程工艺要求编写出逻辑图，对于 FSSS 系统主要有下列几种逻辑图。自动吹扫逻辑图首次跳闸记忆逻辑图主燃料跳闸（MFT ）逻辑图炉膛熄火逻辑图风 量 大 于 30%TRT或 门 延 时 非 门触 发 器 与 门 指 示 灯吹 扫 启动 按 钮吹 扫 准 备 好5min 吹 扫 完 成报 警吹 扫 中 断吹 扫 进 行吹 扫 完 成MFT所 有 热 风 门 关 闭所 有 辅 助 风 档
6、板 在 调 节 状 态两 台 一 次 风 机 停所 有 系 统 电 源 正 常3/4检 测 器 无 火 焰锅 筒 水 位 正 常所 有 给 煤 机 停 运无 锅 炉 跳 闸 指 令所 有 磨 煤 机 停 运暖 炉 油 跳 闸 阀 关两 台 除 尘 器 脱 扣两 台 空 气 予 热 器 运 行所 有 油 层 油 喷 嘴 关 闭所 有 柜 都 在 运 行 或 模 拟 方 式图 1 自 动 吹 扫 逻 辑 图5炉 膛 熄 火2S2S2S2S任 一 台 给 煤 机 投 运EF层 2/4油 喷 咀 阀 未 开EF层 熄 火给 煤 机 F停 运给 煤 机 E停 运DE层 熄 火给 煤 机 E停 运给 煤
7、机 D停 运BC层 熄 火给 煤 机 C停 运给 煤 机 B停 运给 煤 机 A停 运给 煤 机 B停 运AB层 熄 火AB层 2/4油 喷 咀 阀 未 开图 2 炉 膛 熄 火 保 护 逻 辑 图2/4逻 辑1号 角 火 焰2号 角 火 焰3号 角 火 焰4号 角 火 焰 2/4火 焰 层 火 焰指 示层 熄 火汽 机 跳 闸 且 高 压 旁 路 打 不 开 RT停 磨 煤 机RS风 量 30%（ 吹 扫 期 间 ）送 风 中 断 跳 闸燃 料 中 断 跳 闸炉 膛 熄 火UNIT柜 失 电直 流 电 源 失 去 达 2S炉 膛 压 力 低炉 膛 压 力 高CS失 电人 工 紧 急 跳 闸汽
8、 包 水 位 低两 台 送 风 机 停 运两 台 引 风 机 停 运循 环 水 量 不 足MFT寄 存 器炉膛吹扫结束5S5S关 密 风 风 门关 油 喷 咀 阀 （ 三 用 阀 ）2S开 燃 料 风 档 板开 辅 助 风 档 板 辅 手 风 手 动30S2S6SUNIT电 源 柜 正 常 至 炉 膛 负 压 控 制停 一 次 风 机 B停 一 次 风 机 A一 次 风 机AB均 未 开5min 开 冷 风 档 板设 置 磨 煤 机 为 手 动 方 式关 燃 油 跳 闸 阀油 喷 咀 阀 未 关 切 除 吹 灰 器至 CS停 汽 动 给 水 泵切 除 除 尘 器至 汽 机 旁 路 控 制 系
9、统允 许 炉 膛 吹 扫图 3主 燃 料 （ MFT） 跳 闸 逻 辑6解 除 首 次 跳 闸 记 忆燃 料 中 断炉 膛 压 力 高火 焰 熄 灭水 位 不 正 常给 水 中 断送 风 中 断引 风 中 断RSRSRSRSRSRSRSRS炉 膛 压 力 低图 4 首 次 跳 闸 记 忆 逻 辑 图三、 火焰检测系统（4 学时）一、 现代燃煤锅炉火焰检测技术燃料燃烧的化学反应中将释放出大量的能量，包括光能，如紫外线（0.006-0.4M ）可见光（0.4-0.76M）红外线（0.76 M 以上） ，热能和声辐射能等，应用不同的火焰特征可以构成不同类型火检器。I 火检器的类型直接式火检器。一般用
10、于点火器的火焰检测，常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等。间接式火检器利用辐射光能原理，检测火焰中的紫外、可见和红外光线的存在以判定火焰状况。7数字图象火检装置用 CCD 摄象机摄取火焰图象送到计算机对图象进行数字化处理，计算出燃料燃烧火焰的温度场，火焰的能级，从而判断出燃烧的好坏及燃烧不稳告警和熄火保护等。2、火焰检测装置构造探头部分探头一般由透镜，光导纤维，光敏元件（包括光敏二极管、三极管，光电池和CCD 光图象器件）构成。由于是在高温和污染环境下工作，透镜、光纤和传感元件都密封在一长形钢管内，并以风冷却。确保探头不被损坏和污染.。火焰产生的辐射能和图象经过透镜聚焦到光纤输入端，输
11、出端传送到光电敏感元件而转换成电信号（包括模拟图象信号） ，送入电放大器和计算机进行信号处理，最后通过显示器显示火焰状况。机箱部分机箱内装有电子线路放大板和单片计算机等元器件。火焰信号经过多次转换成电流信号机箱里被转换成电压信号。机箱里包括了 4 个角的检测线路和 2/4 逻辑线路。对于不同的燃料，不同的火焰检测原理，机箱的线路结构均有不同。风冷部分由于探头工作环境温度很高，灰尘油雾等影响，设立了专门的风冷系统，用二台互为备用的风机，对探头进行冷却吹扫。3 各种火焰检测器综述红外线火检通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在，探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管，由于炉膛火焰
12、闪烁频率低于燃烧器频率，红外线火检能区分燃烧器和背景火焰。可见光火检同时检测火焰闪烁频率和可见光亮度，并进行逻辑加运算来检测燃烧火焰的存在。采用火焰平均光强和脉动闪烁频率双信号，可提高检测的可靠性。另外，可见光检测器有滤红外光功能，能排除烟尘，热烟气，炉渣和炉壁的红外辐射，进一步提高了火检的可靠性。但是可见光不能穿透灰尘、烟雾，而红外则有一定的穿透能力。因此，红外检测比可见光更理想。组合探头火检器。采用紫外线和红外线两种检测原理，它能同时检测各种燃料的能力，因为气体燃料燃烧的火焰主要是紫外线。而固体燃料燃烧的火焰介于二者之间。相关原理火焰检测相关性火焰检测器由英国 Land combustio
13、n 公司推出，它同时使用二只 相同的探测器，使检测区域在燃烧区域相交，利用相关理论分析方法，根据相关系数的大小判断燃烧器的燃烧状况。该理论虽有独道之处，但实际使用起来，由于制造技术和现场环境的污染，无法保持二只探险头特性完全一致，同时使检测探头增加一倍，造成安装维护困难。数字式火检器数字式火检器以公司产品为代表，该火检采用独特的火检方法，使用微处理器及相应的软件算法，通过检测目标火焰的辐度和频率，并与在学习8方式下存储的背景火焰图象进行比较，从而精确确定火焰的有无。每个燃烧器的火焰有着与其他燃烧器不同的火焰图象，这类似于人类指纹。数字式火检与传统火检器相比，有如下创新，指纹式鉴别火焰有无方式，
14、不同负荷下选择不同的鉴别图象文件；对准功能使火焰视角更佳。但它们无法跟踪各种动态因素导致火焰的漂移问题。各种火检器在应用中存在的问题。火焰参数静态整定与火焰状态动态变化的矛盾。燃烧火焰的闪烁频率是一个随机函数，它受煤种、负荷、送风量变化等诸多因素影响，静态整定参数无法满足动态要求。火检探头小视场角与火焰大幅度飘移的矛盾。要准确检测火焰，就必须将检测头对准燃烧器火焰着火区，为尽量减少其他燃烧器火焰和背景火焰对火检器的干扰和影响，探头视角一般限制为度度。这样小视角的检测器难于随时对准因负荷变化，煤种变化，风量变化而飘移的火焰着火区。火检探头安装与调整的矛盾分辨率不高，有“偷看”现象，是火检器普遍存
15、在的问题，改变探头视角是克服偷看，提高火焰正确性的主要手段，但几乎所有是电厂均采用固定式安装，从外部无法调整探头视角。火检功能与燃烧诊断的矛盾现有锅炉使用的火检，功能单一，只检测火焰有无，为锅炉灭火保护提供信号，但这种灭火保护是消极的。它没有积极予防灭火的功能。火检不能诊断燃烧火焰状态和稳定性，不利于运行人员发现潜在的燃烧故障，更谈不上有针对性的进行燃烧调整，挽救炉膛灭火，减少经济损失。5、数字式图象型火检图象型火检是基于火焰电视、综合多媒体计算机和数字图象处理技术发展起来的，它继承了火焰电视直观形象的优点，又充分发挥计算机强大的处理计算能力，使火焰检测功能得到了质的提高。图象型火检分单个燃烧
16、器的火焰图象检测和全炉膛火焰图象检测二部分，对于单个燃烧器的火焰检测主要是判断该燃烧器的好坏，发出熄火、着火和燃烧不稳的告警信号。对于全炉膛火焰检测主要是通过火焰图象信息计算出全炉膛火焰温度场分布状况及火焰燃烧的能级。防止火焰偏离中心和局部过热。目前正研究建立了一套完整的火焰图象的分析计算理论，就像天气预报的卫星云图一样，来9予测火焰的各种态势，计算全炉膛火焰燃烧的能量，将能量信号、温度信号和全炉膛熄灭着火信号分别送往 FSSS 系统和 CCS 系统，及时进行燃烧调整，保证锅炉在安全经济下运行。火焰图象检测器基本原理：火焰图象检测器基本原理如下 Panasonicwv-CP230视 频处 理器
17、图 像存 储器DSP燃 烧 状 态 输 出 数 字化 图象数 字化 图象视 频 信 号CD光 信 号传 像 光 纤图 5 火焰图像检测基本原理带有冷却风的传像光纤伸入炉膛将所检测的燃烧器火焰图像或全炉膛火焰图象的光信号的形式传到 CCD 摄像机的靶面上，将图像转化为标准模拟视频信号并通过视频电缆传给图像火焰检测器内的视频输入处理器（） 。将模拟视频信号经过转换，变成数字图像存储于图象存储器中。则将图像存储器中数字化的图像信息按照一定的判断体系进行计算，得出燃烧器火焰的信号和其他诊断信息，并送至和系统。燃烧器火焰熄火着火判据的分析。燃烧特征区判断：煤粉喷出燃烧器着火，燃烧有三个特征：即未燃区、初
18、始燃烧区和完全燃烧区。在每个特征区内分别划出一个小的计算区域。然后根据三个特征区平均亮度的差别判断是否着火熄火。如三个特征区亮度相等判定为熄火。 火焰锋面位置判断在黑龙区和着火区的局部灰度明显增大形成火焰锋面。利用这个特征值可判断火焰着火熄火。锋面位置差分判据煤粉着火可形成的锋面是不断抖动的。所谓差分就是利用相邻二次采样之间锋面位置的差分来描述这种抖动，设锋面沿轴变化，可得如下数字表达式（t）（t）（t） （）式中（t）时刻锋面位置。（）全炉膛火焰图象数据分析全炉膛火焰监视的主要目的包括观察燃烧器的点火过程，判别炉膛是否熄火，炉膛的火焰温度，幅射能量燃烧过程是否稳定，炉膛火焰中心是否处于正常位
19、置和形态。火焰图象中含有许多反应燃烧状态和特征的信息值得研究和利用。利用热幅射理论和比色测温原理可计算出火焰图象的温度和相应的幅射能。10炉膛燃烧温度和幅射能分布是人们在锅炉系统设计和设备运行控制中极为关心的重要参数，但长期以来没有可利用的合适的测量方法和技术条件获得实际数据。但计算机图象处理技术，使得人们能从摄取的火焰图象中得出它们的定量描述。 比色测温原理比色测温是一种非接触的光学测量法，较适用于测量燃烧火焰中介质的温度。当温度范围处于之间时，幅射定律可由下面的幅射定律取代：E （T）=（C 1/ 5）exp(C 2/T)(5)式中：E （t）表示波长为 ，绝对温度为时的单色幅射强度；C
20、1，C 2 分别为第一和第二 plank 常数； 为幅射率。根据（）式，若在两个不同波长 1 2 下同时测量到同一点发出的单色幅射能，并且假设不同波长下幅设率的变化可以忽略不计，可得测量区域比色法测量的温度的表达式：T= C2(1/ 1-1/ 2)/InE1 (T)/ E2 (T)( 1/ 2)2.(6)比色测温根据同一时刻测量到的两个相邻波长幅射能的“比值”确定温度值，镜头污染，器件特性漂移等时变因素相互抵消，同时，测量过程是可延续可重复的。来自彩色工业摄像机所拍摄的炉膛内部图像的每一个像素都是由红(R)绿(G)蓝(B)三基色组成，可以从红绿蓝中任取两值相比，根据比值确定每个像素对应的温度。
21、利用参考测温及推温度反推温度分布的检测计算方法，实时监测特定波长下的炉内幅射能及其变化率，重建炉膛温度场（二维或三维） 。该方法是通过比色法实时测得视场中某一参考点（，）实际温度，计算对应点相应波长下的实际幅射能量（，） 。假设在可见光范围内的光电转换特性为（） ，可以通过光学电路设计或数字补偿方法线性化，确定当前测量条件下图像亮度（，）和（，）之间的比例系数，再由图像数据计算炉膛其它区域的实际幅射能量值（，） ，最后反推出温度分布值。可见比色测温是实现火焰图像处理过程中的灰度归一化的有效方法。 火焰幅射图像处理幅射计算幅射以电磁波的形式传播，通过传播空间时将产生散射和被吸收，在充满气固两相流动介质的炉膛空间的过程更加复杂多变。针对这一过程的特殊性，火焰图像的处理基本上采用不确定性视觉计算的方法，重点在于幅射性质的研究和计算，假定炉膛空间的有效燃烧区域为一个由灰色固体壁面包灰色气体组成的物理空间。理论上，具有 mxn 个像素的器件的任一个像素（ ，）可接受到的幅射能可归纳为下式。E（ij ）= （） R(dj)(x、y、z)(ij)4kg(x、y、z)t 4g(x、y、z)dxdydz+(s)R dw(x/,y/)（ij） w(x/,y/)t 4g(x/,y/)dx/dy/(7)
