锅炉机组的热工保护课件.pdf

SHANDONG UNIVERSITY弟一早锅炉的热工保护6才有SHANDONG UNIVERSITY电站煤粉锅炉机组框图锅炉,组锅炉的汽水系统，用以完成水变成蒸汽 的吸热过程。由汽包，下降管，联箱，导管及各热交换受热面等承压部件组成锅炉的燃烧系统，用以完成煤的 燃烧过程。由炉膛，燃烧器，烟道,炉墙构架等非承压部件组成。2SHANDONG UNIVERSITY6才有煤、风、烟系统冷空气烟气 烟气 烟气1 1 烟囱引风机一除尘器1空气坪热器 细微灰粒 飞灰 I（二次风）灰媪沟原煤 排粉风机I（一次风）烟气 烟气给煤机一磨煤机一 燃嫁器一 炉膛一水平烟道一尾部烟盘原煤 风、粉 风、粉未燃煤粒灰渣灰渣 灰渣 v灰渣沟-排渣装置-冷灰斗未燃煤粒 未燃煤粒36才有SHANDONG UNIVERSITY汽、水系统汽机主凝结水水 水 汽水混合物给水泵一省煤器一汽包-汽水分离器一1化学补充水 汽水混翱下降管一下联箱一水冷壁-,上联箱二汽管水/水 水 汽水混合物 汽水混合物饱和蒸过热蒸汽过熟器,汽轮机调节级2/2乙JSHANDONG UNIVERSITY5锅炉机组热工保护的必要性1.锅炉是一个复杂的系统：风烟系统、汽水系统、制粉系统、辅助设备、辅 助系统等。2.事故时，需要应急处理：正常情况下通过热工检测和自动调节的作用，维 持正常工作。然而由于煤种变化、设备故障、运行人员操作不当或汽轮机突然 甩负荷等原因,往往会造成运行参数超过规定的限值,甚至发生设备或人身事故。锅炉机组热工保护的任务当某台设备或系统运行工况不正常时,如主蒸汽压力过高、汽包水位过高或 过低、再热汽温过高、直流锅炉断水和炉膛熄火等情况发生时,保护装置及时 采取措施，防止事故的发生和扩大,使设备尽快恢复正常运行。锅炉机组热工保护的内容设备结构、容量、运行方式和热力系统的特点决定热工保护的内容。一般 都设有汽压保护、水位保护、再热器保护、直流锅炉断水保护、炉膛熄火保护 及紧急停炉保护等。具体可分为：（1）限值保护；（2）联锁保护；（3）紧急停炉 保护6SHANDONG UNIVERSITY6仃国限值保护：根据锅炉和辅机的运行工况对锅炉的最大出力和变负荷速度 予以限制；对锅炉的各种调节阀门和挡板的最大、最小开度加以 限位。联锁保护：锅炉在启停或运行中,一旦出现误操作,联锁保护装置能自动 加以制止；在锅炉运行中如某些辅机发生故障时,与其相关的设备 立即动作,以避免事故进一步扩大。紧急停炉保护：当某些重要辅机发生故障时,应迅速降低锅炉的负荷或停止锅 炉运行；当锅炉运行中某些主要参数超过允许值时，保护装置立即 动作,采取紧急措施,直至紧急停炉保护,以免事故发生或扩大。6才有SHANDONG UNIVERSITY锅炉汽水系统热工保护当前的发电机组，主汽温度在550或更高，压力在十几到二十几兆帕。在这样的条件下，钢材的强度余量很小，超压后容易出现爆管。因此必须设置 压力保护装置。一般在汽包上、过热器和再热器出口联箱上都按装有安全阀。为防止安全门拒动，规程规定压力容器上不许只安装一个安全门。万一出现超压，这些安全门可以分批动作。（控制和工作安全门）既减小了对系统的冲击，又能够保证安全 安全阀的动作顺序应该是逆着蒸汽流程进行的 这样可以防止受热面干烧。安全门的术语：排放压力：门芯全开时的压力 开启压力：蒸汽明显排出的压力 工作压力：正常工作的压力 关闭压力：门芯回位时的压力（一般是工作压力的95%）压力保护装置一安全门：静重式安全门、杠杆式安全门、弹 簧式安全门和脉冲式安全门等排放压力：安全门门芯开启后，设备中压力继续上升,当达到 设备允许超过的最高压力时门芯全开,排出额定排汽量。此时,阀门进口处的压力叫排放压力。关闭压力：安全门开启，排出部分介质后，设备中压力逐渐降 低,当降至小于设备压力的预定值时，门芯关闭,介质停止流动，此时阀门的进口压力叫关闭压力。关闭压力通常由阅门厂规 定,一般为工作压力的95%。工作压力：锅炉正常工作时介质压力。开启压力：当介质压力上升到安全门安装调整的预定压力时，门芯自行开启,介质明显排出。此时阀门进口处压力称为开启 压力。/关系：排放压力开启压力工作压力,关闭压力/9J 4%&SHANDONG UNIVERSITY弹簧式安全阀SHANDONG UNIVERSITY杠杆式脉冲安全阀SHANDONG UNIVERSITY脉冲安全阀主阀6才有SHANDONG UNIVERSITY电磁泄压阀1.普通安全门上的重锤和弹簧的大小决定于阀座通道直径和工作压力。2,锅炉工作压力和容量的增大，使得不得不用大重锤和强力弹簧。电磁泄压阀的用途电磁泄压阀的结构及工作原理图2-1电磁泄压阀动作原理图SHANDONG UNIVERSITY1 一主安全门2门座3门杆 4活塞5一活塞杆6一压缩弹簧7-缓冲器8脉冲门芯9一杠杆 10一重锤11一起座电磁线圈12 一回座电磁线图13一脉冲管道14一支气管蒸汽 蒸汽7-3重锤式电磁安全门结构示意6才累弹簧式安全阀1.弹簧式安全阀结构原理(b)图2-3调节阀的作用(a)下调节环(喷嘴环)的作用；(b)上调节环(导向环)的佐田当蒸汽压力超过弹簧的压紧力，阀瓣就被顶开。阀瓣顶开后，推 出蒸汽由于下调节环的反弹而作 用在阀瓣夹持圈上，使阀门迅速 打开，随着阀瓣的上移，蒸汽冲 击在上调节环上，使排汽方向趋 于垂直向下，排汽产生的反作用 力推着阀瓣向上，并且在一定的 压力范围内使阀瓣保持在足够的 提升高度上，随着安全阀的打开,蒸汽不断排出，系统内的蒸汽压 力逐步降低。此时，弹簧的作用 力将克服作用于阀瓣上的蒸汽压 力和排汽的反作用力，从而关闭 安全阀。171310926430313416-205HC型2529242623调节环调 整值标记271421313331323031g型 34 在整定后装上两块钢垫f弹簧式安全阀的泄露现象当安全阀喷嘴内的蒸汽压力作用于阀瓣上的力与弹簧作用于阀瓣上使密 封的力相等时，安全阀未跳前，这时少量的蒸汽往往以极高的速度从阀线间 隙中逸出，称之为“前泄”，很容易使阀线受到吹损而造成缺陷性泄漏。采用辅助启闭装置正常运行时气缸的上缸与气源接通，下缸通大气，使阀瓣上附加了 200300N的紧力。采用特殊的阀瓣阀座结构在阀瓣外侧的导向筒和喷嘴上各套有一只圈，分别称为上调节圈和下调 节圈，用以增加阀瓣和喷嘴的截面积，使得安全阀在即将起座时泄出来的介 质作用在较大的面积上而产生较大的起跳力，从而消除“前泄”现象。16RSITY汽压高控制开关汽压低&叁1叁1安全门起座（开阀）安全门回座（关阀）17脉冲式电磁安全门的控制框图入-v+关自打 序-闭动开 r十啊电触点行力表_KK i0-.!5mciKM2KMC2 18-e-(DR-L-E3-KM2口F：Okmci KMC1 p/KMC2KMQKMlLZJ-0HZD0KG连锁定时打开接触器关闭电磁铁位置信号关闭铁闭锁保护SHANDONG UNIVERSITY自动控制开关KK置于自动，触 点5-6和7-8接通当蒸汽压力升高达开阀的 规定值时，电触点压力表的低 值触点断开而高值触点接通。中间继电器KM1动作，通开阀 接触器KMC1。接触器KMC1接通 开阀电磁铁，使脉冲门开启。安全门起座，红灯HR亮。KMC1 同时合通中间继电器KM2,为 关阀电路作准备。(+)-220V口 KMC1-封中的曲电M中同嫌电器本像低1X俨中阿继电石中何嫌也B中阿篆也器 A 后切中*可 0 A r，.iiX9天9小同姬电君水位离水怆依电源赛视灯9ZJ水位离一伯水位充二值水位高三X位每一倒1R二值水位低三开磊用总节门开事故放水门关事故取水门家念停炉子叵粉至定期建污子回路346才有SHANDONG UNIVERSITY1.当水位高到第一值时,水位高:一值触点（由单独水位发送器或 带触点的水位表提供）闭合，中 间继电器23ZJ带电,它的一副常 开触点闭合发出灯光报警信号，另一副常开触点闭合，作为打开 事故放水门的与条件，它的一 副常闭触点断开，闭锁打开备用 给水门的操作。2.当水位高到二值时,水位 高二值触点闭合,继电器4ZJ的线 圈通电,它的一副常开触点闭合,发出水位高二值的灯光报警信号,另一副常开触点闭合,发出开事 故放水门的启动指令,通过1ZJ和 2ZJ的常闭触点,使中间继电器 6ZJ的工作线圈通电。J2J匚CFTR*SJ-L232J水饺高一包水位高二但水校商三位0水位低一位名 水位低二值安全门动作412-D-D口-Q7ZJ szT 亘 1OZJ水位低三值1OZJ 11ZJ48V电源及络断卷但沪开关安金门来信号计算机行令中风埃电&水位高傀伊中风牖电君中伊谈电却启动令*中向轰电却中的携电器水怆低保价中风姬电巧中风谈电器中M谈电器后动令口A(1中阿娘电图水校高水饺低电寤蚁视灯水位高一伯水位离二伯水位高三值水位低一 fa水位旗二伯水位低三倍开工用1冏节门开事故放水门关事故放水门家急停炉于回路至定期律污子回路UJ356才有SHANDONG UNIVERSITY6ZJ有两副常开触点,第一副 闭合，发出打开事故放水门的 信号（通过事故放水门的控制 回路起作用），第二副触点闭 合，作为水位高三值的“与”条件。3.事故放水门是否打开,除取 决于水位高一值和水位高二 值是否同时出现外,还取决于 1ZJ或2ZJ的常闭触点是否断 开,因为在电气回路上23ZJ、4ZJ1ZJ 2ZJ组成了“禁止”逻辑门，只要1ZJ和2ZJ中 的任一触点断开,启动指令都 被禁止。1ZJ断开的条件是安 全门动作,2ZJ断开的条件是 计算机有禁止信号发出。48V电源及络断卷但沪开关安金门来信号计算机行令中风埃电&水位高傀伊中风牖电君中伊谈电却启动令*中向轰电却中的携电器中风姬电巧中风谈电器中M谈电器后动令口A(1中阿娘电图水校高水饺低电寤蚁视灯水位高一伯水位离二伯水位高三值水位低一 fa水位旗二伯水位低三倍开工用1冏节门开事故放水门关事故放水门家急停炉于回路至定期律污子回路6才有SHANDONG UNIVERSITY当安全门动作时,DKJ触点 闭合产生禁止信号,这个禁 止信号经过一段时间后自动 消除,因此专门设置了一个 延时回路，它的工作原理如 下：DKJ触点闭合，时间继电器 SJ带电,而1ZJ通过SJ的常闭 触点通电,1ZJ的常开触点闭 合,起自保持作用，常闭触点 1ZJ断开,对事故放水门的启 动指令起禁止作用。当计算机发出不允许开事故 放水门的信号时,计算机的 常开触点闭合,2ZJ通电，常 闭触点断开,启动指令被禁 止。UJ48V电源及络断卷但沪开关安金门来信号计算机行令中风埃电&水位高傀伊中风牖电君中伊谈电却启动令*中向轰电却中的携电器水怆低保价中风姬电巧中风谈电器中M谈电器后动令口A(1中阿娘电图水校高水饺低电寤蚁视灯水位离一伯水位离二伯水位高三值水位低一 fa水位旗二伯水位低三倍开工用1冏节门开事故放水门关事故放水门家急停炉于回路至定期律污子回路37如果水位高一值和高二值同时出现后，无禁令信号到来,开事故放水门的启动 指令就顺利通过,这时将放水门打开,进行事故放水。4.当水位高到第三值时,水位高三值常 开信号触点闭合,继电器5ZJ通电,其常 开触点闭合,6ZJ触点已处于闭合状态，中间继电器12ZJ通电，12ZJ的常开触点 闭合,发出紧急停炉信号,然后就按事故 停炉的顺序停止锅炉的运行。打开事故放水门后,如水位降到高一值 以下,这时水位高一值触点断开,23ZJ断 电,6ZJ相应断电,开事故放水门的信号消除。23ZJ的常闭触点闭合，发出关闭 事故放水门的信号（见图2-6中至被控设备回路）。48 V电源及熔斯帮保伊开关安全门东借号计篁机微令中蔺统电器水饺高保沪中风窈电图中风统电图后动令ta*中帆轰电器中蔺/电器水位低保护中闹/电器中风/电器中M第电器启动令*%n*天方令中网第电弗水粒高水位低电淀殿祝灯水位高一值水位离二值水位高三伯水位低一值水位低二至水位低三值开端用g节门开事故放水门关事故放水门紧急停炉子回路至定期律污子回路38%工SHANDONG UNIVERSITY2.3直流锅炉断水保护一、直流锅炉汽水系统的特点各受热面（省煤段、蒸发段和过热段）没有明显分界线,没有中间储存环节,从给 水泵给水到过热蒸汽形成的过程是连续的、一次完成的。由于中间没有缓冲地带,因此对于供水的要求很严。直流锅炉要求给水和燃料 必须紧密配合,从而保持汽水行程中各处的湿度和温度一定。如果直流锅炉在运行中发生断水故障,就会导致受热面严重超温而损坏,如果在 断水后几秒钟内不能恢复供水,这将严重危及锅炉的安全,为此应装设断水保护系 统。三、直流锅炉断水保护系统图2-8直流锅炉断水停炉保护系统(a)单炉就直流锅炉的断水保护硒$(b)双炉膛百薄锅炉的断水保护系统40SHANDONG UNIVERSITY锅炉再热器保护再热器壁温高保护锅炉点火后,受热面被加热,受热管道中的积水被蒸发。升压后,部分管道中积水亦被流过的蒸汽所造成的受热面进出口压差所排除。在汽轮机冲转前，过热器、再热器通汽量受到旁路系统容量的限制。汽轮机 冲转后又受到汽轮机流通量限制，因而蒸汽在管内的流量还是很小的。为此需对再热器进行壁温高的保护。41SHANDONG UNIVERSITY锅炉再热器保护再热器壁温高保护的措施采用限制受热面入口烟气温度的方法,防止管壁超温。烟气进口温度控制值应比金属材料最高允许温度还要低些。当烟温超过规定限值时,应停运若干个油燃烧器,并及时调整风量,使烟温不超 过规定值。若调整失效,烟温继续超过限值,则主燃料跳闸(MFT),迫使紧急停炉。而当锅 炉启动成功,再热器内有冷却蒸汽流动,则该项保护措施将手动切除。42SHANDONG UNIVERSITY甲侧炉膛烟温高乙侧炉膛烟温高锅炉两侧装设能伸缩的烟温归 测器。锅炉启动时将测温探头 伸进烟道，严密监视烟气温度。启动结束转为正常运行时，将 测温探头退出，以免探头烧坏。当烟温超过规定限值时，应停 运若干个油燃烧器，并及时调 整风量，使烟温不超过规定值。若调整失败，烟温继续超过限 值，则主燃料跳闸(MFT),迫 使紧急停炉。而当锅炉启动成 功，再热器内有冷却蒸汽流动,则该项保护措施将手动切除。锅炉启动结束车停若干油燃烧器t延时屏式再热器壁温高保护系统框图431号中压调门关1号再热器门关2号中压调门关2号再热器门关加不哥政门芈 I-9，一高压旁路门关1号主汽门关2号主汽门关(1)汽轮机跳闸时燃料量25%额定值，并且锅炉热负荷40乐贝！1MFT动作。(2)汽轮机跳闸时燃料量25%额定值，且发生中压调门与低压旁路门同时 关闭，或者发生主汽门和高压旁路门都关闭，贝！IMFT动作。(3)发电机并网后发生中压调门和低压旁路门都关闭，或者发生主汽门和 高压旁路门同时关闭，贝！IMFT动作。(4)发电机尚未并网，但油燃烧器28个投入运行，并且发生中压调门和低 压旁路门关闭，或者高压旁路门和主汽门都关闭，贝！IMFT动作。44SHANDONG UNIVERSITY再热汽温高保护一般通过改变煤粉燃烧器的上、下摆动角来调节。但当再热汽 温超过规定的限值时,为了防止再热器损坏,不得不使用喷水减温。当再热汽温达到正常值时，自动关闭事故喷水电动门。当锅炉燃烧恶化而引起烟道中 二次燃烧、再热器前受热面积 灰、结焦而引起再热器进口烟 温严重升高，或减温减压装置 失灵等，都可能引起再热汽温 过高。保护措施是打开事故喷 水门，进行紧急降温，以保护 再热器。当再热汽温达到常值 时，自动关闭事故喷水电动门。45SHANDONG UNIVERSITY2.2炉膛爆燃的原因及防止炉膛爆燃炉毒藻燃是一种在极短的时间内发生异常猛烈的炉内爆燃过 程。此时，炉内反应物放热速度极高，烟气迅速膨胀，并且炉 内多个不同的爆炸中心形成的压力波互相重叠，使炉内压力迅 速升高。这个压力往往超过炉膛承受内压强度的若干倍，使炉 膛遭到破坏。同时，高温烟气和煤粉喷出，会危及人身安全。在锅炉的炉膛、烟道和通风管道中积聚了一定数量的可燃 混合物突然同时被点燃，这种现象称为爆燃，俗称“放炮”，严重的爆燃即为爆炸。由于炉膛压力骤增，超过炉膛结构所能 承受的压力，使炉墙外延崩塌称为“外爆”。当炉膛压力过低,其下降幅值超过炉膛结构所能承受的压力时，炉膛就会向内坍 塌，这种现象称为炉膛“内爆”。46炉膛外爆只有符合下列三种情况才 有可能发生爆燃。(1)炉膛或烟道内积存了燃 料和助燃空气。(2)积存的燃料和空气的混 合物是具有爆炸性的，即 可以点燃的混合物(达到了 爆燃的浓度)。(承)R饨在201c时 可燃范B9700c时犷大可IB范Bl10 15 20天然气的容枳()具有足够的点火能源。当这三个条件中有一个不存在时，就不 会发生爆燃。在锅炉启动、工作过程中不可能没有可燃混合物，也 不可能没有点火能源，因此，防止爆燃的主要措施是防止可燃物在 炉膛、烟道中的积存。476才有SHANDONG UNIVERSITY炉膛内最可能发生可燃混合物积存的几种危险情况:(1)燃料在停炉时积存或停炉后漏进锅炉炉膛中，未 经吹扫，进行点火。(2)重复不成功的点火，未及时吹扫，造成大量爆炸 性混合物积聚。(3)在多个燃烧器运行时，一个或者几个燃烧器燃烧 不良或失去火焰，从而堆积起可燃的混合物。(4)运行中整个炉膛熄火，造成燃料和空气可燃混合 物的积聚，随后再次点火或者有其他点火源存在时，使 这些可燃混合物点燃。48SHANDONG UNIVERSITY=YrQrvcv _ vr 2、P?Py(1 H)P2 _T2 _7+AT_ AT 2 1 V Cy7 I-I6(影响爆燃后压力升高的主要因素是：(1)可燃混合物贮存容积同炉膛容积的比值Vr/V(炉膛容积V为定值)；(2)可燃混合物单位容积发热量虹；(3)爆燃前炉膛介质的绝对温度 o49/P2=a（1+K/_）shandongun（DVr/Vo是一个相对值。对某一台锅炉而言，V为常数，只有当可 燃混合物容积比较大时（也就是说炉膛内积存的可燃混合物较多时）爆燃压力才会升高较大。炉膛内产生可燃混合物的积存是因为有未 经点燃而进入炉膛的燃料，延续时间越长可燃物的积存量将越多，这说明在点火时如送入的燃料未点燃或已点燃而火焰又中断时，就 应立即切断燃料，切断越快进入炉膛的燃料就越少。（2）Qro Qr越大，爆燃后的压力升高就越大。Qr值的大小同燃料空 气的浓度比有关。在理论燃烧空气量时，Qr值最高且火焰传播速度 最快。当空气量超过理论值时热值降低，空气过多的混合物将成为 不可燃物。如果混合物中燃料浓度过高则会造成氧气不足。但有一 点值得说明的是：随着以后外界空气扩散进去高浓度的燃料将成为 可燃混合物。在实际运行中如因火焰熄灭而切断燃料，炉膛和烟道 中可能有未点燃的燃料积存暂时因空气不足是不可燃的，但是当空 气扩散进入后就可能会引起爆燃。SHANDONG UNIVERSITYV QP2=0(1+：M)(3)TloT1越低，爆燃后的破坏压力越大。这是因为容积和压力一 定时，绝对温度越低介质的质量就越多。在锅炉点火期间炉膛 温度低，这时爆燃的破坏力将更为严重。炉膛介质温度高时其 破坏力将大为减小。当炉膛温度越过可燃混合物的着火温度时 混合物一进入炉膛就立即被点燃，也就不会有可燃混合物的积 存。化石燃料的着火温度一般不超过650,理论上当炉膛温 度超过此值就不会有爆燃情况发生。但由于燃烧器送入的混合 物有一定流速，这就要求有更高的温度才能使燃料迅速点燃，一般认为当炉膛温度超过750时，可保证不发生炉膛爆燃。51SHANDONG UNIVERSITY炉膛内爆当炉膛压力过低，使锅炉受到由外向内的挤压，并炉膛内外差压超过 炉墙所能承受的压力时，使炉墙向内受到损坏，这就是发生了内爆。n MRT 殳 _P=-V q MT在稳态运行时，P在近似于大气压力下保持为常数，并且与质量M和温度T 取得平衡。锅炉的炉膛温度取决于热量输入与热量输出之间的热平衡，所以 通过控制锅炉排烟量，维持炉膛压力一定。炉膛灭火后，停止输入燃料时这 一平衡就不复存在。在燃料切断后的任意给定时间内存留在炉膛中或烟道中 的烟气平均温度将迅速降低，由于温度的下降，炉膛中的压力也开始下降。如果系统中存留的质量在数量方面保持不变时，则炉膛中绝对压力将随着绝 对温度下降成比例地下降。因此，维持炉膛压力不变的关键是保持存留的质 量与温度的乘积不变。炉膛熄灭后温度T下降，又引起P下降，这个下降幅值超过炉膛结构所能 承受的压力时，炉膛就会内爆。52炉膛内爆一般发生在燃料中断之后如:(1)锅炉在一瞬间突然熄火，由于炉内温度下降，造成炉膛负压过大。(2)燃料突然中断造成炉膛负压增大。(3)运行人员的误操作或控制系统失灵也可造成炉膛内爆。如打开运行着的引风机挡板同时关闭送风机挡板，即使锅炉没有燃烧，也会造 成破坏性负压。假如在采用平衡通风的机组上，当主燃料点燃之前或燃料突然中 断时，送风机突然停转，而引风机还在抽吸，因而使炉内的空气及烟气量陡减，在1020s之内烟气量减少到额定值的50%,因而烟气侧的压力急降，使炉膛负压 在78s之内降到30506860Pa,造成炉膛钢性梁及炉墙的破坏。炉膛熄火的速度 越快或熄火时锅炉的负荷越大则炉膛发生内爆后的破坏性越大图1-3 2575s等速减少燃料53SHANDONG UNIVERSITY(E)图 wfi.金0：-1.27.-2.54,3 Bl548炉肱负A 1030时间(s)54SHANDONG UNIVERSITY1901防止炉膛爆燃防止炉膛爆燃的原则应当是限制炉膛中可燃混合物的数量与炉膛总容积的比例 O但爆燃经常发生在锅炉点火、熄火或锅炉突然甩负荷的过程中，对于不同的运 行情况要采用不同的方法防止炉膛爆燃。防止炉膛爆燃的原则性措施(1)点火器的安装位置要恰当，火焰要稳定，在主燃料与空气混合物进口处有 足够的点火能源，能把主燃料点燃。(2)当有未点燃的燃料进入炉膛时，这段时间应尽可能缩短，使积存的可燃物 容积只占炉膛容积的极小部分。(3)点火之前或炉膛熄火后对已进入炉膛的可燃混合物应尽快地冲淡，使之超 出可燃范围，并不断地把它吹扫出去。(4)锅炉在起、停、运行过程中，当送入炉膛的燃料只有部分燃烧时应立即切 断未燃烧的燃料，并应冲淡未燃烧的燃料使之成为不可燃的混合物。点火暖炉期间防止炉膛爆燃点火之前炉膛是冷的，这时还没有预热空气，从达到点火条件到点火期间需要 启动的设备和进行的操作很多，很易发生误操作，致使炉膛火焰不稳定而灭火。所以点火暖炉油燃烧器的数量应尽可能的少，但每只油燃烧器的燃烧率应大些，保证有足够的火焰，达到使操作简化，火焰稳定，炉膛能均匀加热的目的。另外 点火由手动改为自动也是减少误操作的一种措施。在点火器点燃之前应保证炉膛与烟道内没有积存的可燃混合物。这样在点火前 必须要做的工作是用空气吹扫炉膛和烟道，将积存在炉膛内的可燃混合物都吹扫 出去，同时还要防止燃料再流入炉膛和烟道。如何才算达到吹扫目的呢?吹扫时 要使炉膛有一定的换气量和一定的空气流速，一般要求换气量不少于炉膛容积4 倍的空气量，而空气量应不小于额定负荷时空气流量的25%30%,以免被吹起 的燃料又沉积下来。吹扫时间为5min以上才认为炉膛内没有可燃混合物的积存。点火时，若点火能量过小，不足以把主燃烧器点燃。这时火焰监测器检测出有 火焰即点火器火焰，而实际上主燃烧器并没有点燃。另外，有时点火能量不大也 可能点燃主燃烧器，但点火延迟时间过长，在点火延迟时间内送入炉膛的燃料未 点燃而积存在炉膛中，当主燃烧器点燃后又会把积存的燃料一起点燃，形成爆燃 o正确安装点火器并加大点火能量；缩短主燃烧器点火时间，一般点火延迟时间 为10s,在10s内没能点燃主燃烧器，应立即切断燃料；就能克服点火能量过小而 引起的爆燃。火焰中断时防止炉膛爆燃只要燃烧器的火焰熄灭，就应立即切断燃料，不可先去炉前观察火孔后再回到控制室 切断燃料，因为这段时间一般需要20s。如果是1000T/h锅炉在满负荷时，每秒约有40kg 煤粉进入炉膛，20s就有800多kg煤粉进入炉膛，大量没有燃烧的燃料在炉膛内积存，时 间越长积存的就越多，在灼热的炉膛内引起爆燃的可能性和危险性就越大（尤其是在部 分火嘴先熄灭时）。当任一燃烧器先熄灭时，就应该立即切断该燃烧器的燃料，当全部 火焰熄灭时，应立即切断全部燃料。%工SHANDONG UNIVERSITY/匕 Qr x Cv-1）V V22二21（1+包）_J_R（-1）JVC】展 a 一 c（片）腺其中P2炉墙结构所能承受的压力为已知的，假定由已熄灭的燃 烧器进入炉膛的可燃混合物为理论燃料空气混合物，这样单位容积 混合物的热值Qr为已知的，允许的最大延迟时间t为上式，火焰熄 灭到切断燃料这段时间越短越好。因此若由人工操作改为自动保护,就可降低这段时间。火焰熄灭后只切断燃料，是不是就没有燃料继续进入炉膛呢？如在燃料阀门与燃烧器之间有一段管道，燃料切断后管道中积存的 燃料还会进入炉膛；若燃料阀门关不严，仍有燃料漏进炉膛，若由 于空气不足引起火焰的熄灭，当燃料切断后空气仍然继续流入，有 可能使积存的燃料成为可燃混合物。因此一般采用在燃料切断后的 同时，进行炉膛吹扫。57SHANDONG UNIVERSITY防止炉膛内爆的措施：为了防止炉膛内爆发生，在运行中应严格控制炉膛的负压值，若因灭火切断燃 料时，应逐渐关小引风机挡板，以免炉内负压骤增；另外设置炉内压力报警和安 全保护装置也是重要措施。锅炉运行时，正常情况下炉膛负压应控制在“JmmHzO到25mm耳0。当炉 膛负压低于“GmmHzO时应报警；如果负压低于-ZSdmmHzO时且持续2s应切断 主燃料；在主燃料重新着火之前和主燃料切断后，进行通风的5min内，如果炉 膛压力低于.254mmH2O达2s时应切断所有送、引风机。锅炉甩负荷时，炉膛的送风量必须维持在甩负荷的数值；机组甩负荷时应尽可 能地减少炉膛中的燃料，若能在510s内减少掉，炉膛压力偏离的幅度就可能缩图4-1 MFT时引风机动时控制前馈信号示意图20 时间58SHANDONG UNIVERSITYMFT信号信号送风机挡板 指令引风机挡板 指令592.3火焰检测系统 火焰检测器炉膛安全监控系统的正常运行依赖于准确、可靠的火焰信 号。火焰检测器是FSSS重要的前端设备，它提供的信号准确与 否对炉膛安全监控系统的正常运行起着决定性的作用。火焰检测器是用于监视炉膛内火焰燃烧的稳定性和火焰动 态变化的探测与监视，对于防止炉膛爆燃、维护锅炉运行的安 全性极为重要。对于大容量锅炉、燃烧器多层布置且多数配置 中速磨直吹式制粉系统。由于磨煤机运行性能直接影响燃烧稳 定性，在煤质变差或低负荷燃烧工况下，燃烧稳定性变差，容 易出现灭火或爆燃事故。为此，不仅需要全炉膛火焰探测与监 视，而且更需要实现单只燃烧器火焰的探测与鉴别，判别层火 焰的稳定性及火焰是否存在。因此，火焰检测器是锅炉炉膛安 全监控系统十分重要的部件。60SHANDONG UNIVERSITY火焰检测原理物体温度高于绝对零度时会因为其内部带电粒子 的热运动而向外发射不同波长的电磁波，这称为物体 的热辐射。热辐射是电磁波，因而与可见光等有相似 的性质，如以光速传播、服从折射和反射定理等。锅 炉炉膛内燃料燃烧时会发出大量热辐射。锅炉使用的 燃料主要有煤、油和可燃气体，这些燃料在燃烧过程 中会以热辐射的形式向外发射不同波长的电磁波。61孰当SHANDONG UNIVERSITY以煤、油作为锅炉燃料，这些燃料在燃烧过程中会发出红外 线、可见光和紫外线。不同种类的燃料发出火焰光线的强度分布 是不相同的，因此采用火焰检测元件也不同。如煤粉火焰中除了 有不发光的CO?和水蒸气外，还有部分灼热发光的焦碳粒子和炭粒,它们有较强的可见光、红外线和一些紫外线，而紫外线容易被燃 烧产物如灰粒等吸收而很快被减弱，因而宜采用可见光或红 外线火焰检测器。如暖炉 油火焰中除了有一部分C02 和水蒸气外，还存在大量 发光的炭黑粒子，它也能 发出较强的可见光、红外 线和紫外线，因而可采用 可见光、红外线和紫外线 火焰检测器。mgnrQM油-1-1-1-1-1_ _L 1100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100K/nm62SHANDONG UNIVERSITY火焰具有二大特性.及痴J波长、.燃烧频率、强度。(1)油燃烧的火焰含有大量的紫外线、红外线、可见光，燃烧频率较高。可用可见光、红外线或紫外 线火焰检测器。但是，蒸汽雾化的油燃烧的火焰应使 用红外线火焰检测器，因为蒸汽和灰分能吸收部分紫 外线而可能导致紫外线火焰检测器不稳定。(2)煤粉燃烧的火焰含有大量的红外线、可见光,燃烧频率较低。一般使用可见光或红外线火焰检测器。(3)气体燃烧的火焰含有大量的紫外线，少量的 红外线和可见光，燃烧频率较高。一般吏用紫外线火 焰检测器。63SHANDONG UNIVERSITY不同的燃料选用火焰检测器的形式不一样，火焰检测器有以下几种：紫外光(UV)火焰检测器，响应紫外光谱约290320nm波长，适用于检测气体和轻油燃料火焰。(2)红外光(IR)火焰检测器，响应红外光谱约7001700nm波长，适用于检测油、煤、固体燃料燃烧的火焰检测。(3)可见光火焰检测器，适用于检测重油和煤火焰，也 可用于检测轻油火焰，但受背景光干扰大，穿透黑龙 区的能力较差。(4)离子棒(火焰棒)火焰检测器，利用火焰的导电性检 测气体燃烧的火焰(一般为气体点火火焰)。64SHANDONG UNIVERSITY紫外线火焰检测器利用火焰本身特有的紫外线强度 来判别火焰的有无。紫外线波长范围较小，在2X10 73X10m间，探头采用紫外光敏管，它是一种固态脉 冲器件，发出的信号是脉冲频率与UV管辐射成正比例 的随机脉冲。紫外线火焰检测器对天然气和透明无遮 盖的轻油火焰效果较好，能有效地监视单只燃烧器的 着火情况，在油、气炉上被广泛采用。由于紫外线辐 射易被油雾、水蒸气、煤尘及燃烧产物所吸收，所以 在风量失调工况下的重油燃烧或煤粉燃烧中，用紫外 线管检测是不可靠的，尤其在低负荷下，用紫外线检 测煤火焰灵敏度很低，故紫外线检测只适用于气体燃 料而不适用于煤粉。65SHANDONG UNIVERSITY红外线火焰检测器利用火焰大量存在着9 X 10-7m 以上的红外线，这些波长的光线不易被煤尘和其他燃 烧产物吸收，故适用于检测煤粉火焰，也可用于重油 火焰，是一种较好的火焰检测器。可见光火焰检测器利用火焰中存在的可见光的脉 动频率和强度来判断火焰有无。可见光的强度和火焰 的闪烁频率经逻辑处理后，即可鉴别相应燃烧的火焰“有”和“无”。可见光敏感元件为硅光电二极管，经红外滤波后，感受区在3X10-78X10-7m之间。美 国CE公司生产的可见光火焰检测器是一种带有近红外 滤波光敏特性的光电元件，光电管频率响应曲线如图 所示，它是在大型燃煤炉上作出的一组试验曲线。66SHANDONG UNIVERSITYSAFE-SCAN型火焰检测器SAFE-SCAN-1型火焰检测器是一种带有近红外线滤波光敏特性 的光电元件，如图所示为光纤和光电管的光敏特性无红外滤波光电管对红外线区和可见光区有响应，而带红外 滤波的光电管仅对可见光区有响应，从图中三条曲线来看，它们对 紫外线区均不敏感，因而它们不会受紫外线的干扰SAFE-SCAN型火焰检测器采用了带红外滤波器的光电二极管，它的敏感波长仅为400700mn,波形的峰一峰值较大，灵敏度高670 0 0 50 7 5 2 14以誓餐要紫外线可见光红外线探头模拟相亲图2-15火焰检测原理框图炉膛火焰的可见光通过探头内的透镜将光信号引 出炉膛，经光电二极管将光信号转换成电流信号，该电 流信号的大小反映了炉膛火焰的强弱，电流信号的频率 反映了火焰的脉动频率。电流信号经放大后送往远方处理机架，该机架有三 个通道，分别对火焰的强度、频率进行检测，若检测电 路工作正常，而火焰的强度和频率又在设定范围内，则“强度”、“频率”指示灯亮，“故障”指示灯灭，并 发出“有火焰”信号。68对数放大器硅光电管光/电电流/电压转换传输放大器电压/电流转换I(1)探头部分。火焰检测器的探头由平镜、凸镜、光纤导管等组成。炉膛火 焰经过视角为3。5。的透镜后再经过长度为1.52m的光纤电缆将火焰信号直接照 射到光电管上，光电管将光信号转换成电流信号，并由对数放大器转换为电压信 号。由于光电二极管输出的电流值是发光强度的指数函数，故采用对数放大器。当可见光发光强度大幅度变化时对数放大器的输出呈小幅度变化，这样可以避免 放大器饱和，使得不同负荷下的正常火焰信号都在预定值之内。在对数放大器上 连接了一个发光二极管(LED)负反馈回路，使得在停炉期间仍有LED的光线照射 到光电管上，于是探头可以向后端处理电路发送一个稳定的电流信号，使检测器 处于工作准备状态而不是报警状态。当此探头输出的电流过大或过小时，表明探 头部分的电子元件或连接电缆可能出现故障。对数放大器输出的电压信号经过传 输放大器转换成电流信号然后由屏蔽电缆传输至处理机箱。采用电流传输可以提 高信号的抗干扰能力减小信号的衰减适合远距离传输。69SHANDONG UNIVERSITYN 光导纤维管怖炉膛火焰探头板 光电信号转换为电流信号频率检测 强度检测 自身故障检测火焰0故障(2)处理机架o对从探头传 输回来的信号进行处理得出火焰 的“有”、“无”信号。从探头 输出来的电流信号的大小反映了 炉膛火焰的强弱，电信号的频率 反映了炉膛火焰的脉动频率。电 流信号在处理机架内经“电流.电 压放大”模块转换、放大后分别；送入三个通道对火焰信号进行频 I率检测、强度检测和故障检测。三路信号均用发光管指示检测结 果，还可以在一个指示表上反映0戢工皿%的O火焰信号的强度。如果火焰检测 器本身没有故障，火焰频率信号 和强度信号又在设定范围内，则“强度”、“频率”指示灯亮，“故障”指示灯灭，并发出“有 火焰”信号。706#*L强度检测强度允许强度检测是对火焰的直流分量进 行检测,直流分量反映的是火焰强 度（亮度），火焰强度越高，信号的直 流分量就越大。我们就是通过强 故障检测J度检测电路来对火焰的直流分量进行检测的。强度检测电路的信号强度设定值也 分上限设定和下限设定,即“置出”和“置入”，这两个设定值确定了信号设定范 围“置入”设定值略低于燃烧器燃烧时的火焰强度，“置出”定值的设定根据检 测器使用目的而定。如果检测器不仅用于单个燃烧器监视,而且还用于全炉膛火 焰监视，那么“置出”值就要设定得略低于火球强度设定值,就是说，所监视的燃 烧器熄火，但炉膛仍有火焰时，强度信号虽然低于“置入”值，但不低于“置出”值，仍然要显示“有火焰”，直到炉膛熄火,强度信号消失，这时才显示“无火焰”；如果单纯地用来监视燃烧器火焰，“置出”值就要接近“置入”值,只要燃烧器熄 火，马上显示“无火焰”，这时背景火焰对探测器应无影响。当然这些设定值要通 过现场试验来 确定。此外,强度信号还可以用来作为模拟量显示信号，送到火焰 强度指示表去。71频率检测不同燃料燃烧时,其火 焰的脉动频率是不同的,如 煤粉火焰脉动频率大约为 10Hz左右,油火焰为30Hz左 右,这是由燃料的固有特性 所决定的。由于这种特性,脉冲图煤粉火焰脉冲图jinjmnAnnjmnnjuuiniuLnnnnjinnnjiniui、时标0.1sjuuLnjULTLnjuLnjLnjuuLnjuLn-在多种燃料同时燃烧时,就可以检测到各种燃料的燃烧状态。例如,煤粉和 油同时燃烧,要鉴别油枪火焰,尽管检测器探头只对准油枪火焰，但炉膛背景 火焰（煤粉燃烧形成的火球）不可避免地被摄取,但是这两种火焰的脉动频率 有明显的差异,油火焰的脉动频率大于煤火焰的脉动频率,采用高通滤波器 就可将火焰信号中煤火焰的低频分量滤去,然后得到的信号就完全是油火焰 的信号。72来自I/U的信号经交流放大器和触发器后转换成一系列方波脉冲，该脉冲的频 率随火焰信号的频率而变，它与一个频率可调的鉴频器的内部设定频率进行比较。当火焰信号频率高于设定频率时，鉴频器就有输出，反之没