炉膛火焰监控系统在高炉煤气发电中的应用

李光珂

（济钢集团国际工程技术有限公司,济南 250101）

0 引言

炉膛火焰监控系统是高炉煤气发电系统中的安全配套设备。锅炉炉膛内火焰的燃烧状态直接反映锅炉的运行状况，炉膛内的燃烧过程较为复杂，为避免因炉膛内火焰分布不均匀，燃烧不充分等而引起安全生产事故，必须对锅炉炉膛的火焰进行持续的监视，并适时进行控制。目前，较多采用高温工业电视系统监视炉膛火焰燃烧状态，由控制室操作人员根据现场传来的画面不断调整炉膛内煤气燃烧的效果。

1 工作原理及系统组成

图1 炉膛火焰监控系统系统结构示意图

系统主要由图像采集系统、自动退出装置、控制系统、冷却系统组成。系统结构如图1所示。

1.1 图像采集系统

图像采集系统由摄像机、耐高温针孔镜头和监视器组成。

摄像机工作温度较低，无法在炉膛内1000℃以上的环境中正常工作，需借助由耐高温蓝宝石镜片组构成的针孔镜头的耐高温特性，并将镜头设计为长镜身，由长镜身镜头深入炉膛内采集图像信息，摄像机不直接深入炉膛内部，保证整个设备长期、可靠、安全的使用。

摄像机采用稳定性较好的高分辨率彩色或黑白摄像机，摄像机与自动退出装置通过安装底座连接在一起，通过自动退出装置将摄像机及耐高温镜头送入炉膛内采集图像信号，通过同轴电缆传送至主控室内的监视器显示图像。

1.2 冷却系统

炉膛内温度高，工业电视系统无法在此环境下正常使用，必须采用冷却系统对该系统进行冷却降温，以保证工业电视长期稳定运行。冷却系统由三路风冷组成：

由管网送来的冷却气体，经转接后一路送至炉门预冷却炉壁安装基板，在安装基板内侧形成具有一定正压的风帘，阻止炉膛内的火焰经炉门向外喷出，并可以有效地减小炉内高温对探头罩外层产生的热辐射；

另一路送至油水分离器，经过油水分离器粗过滤后分成两路，一路送至探头罩外层，在探头前端形成气墙，既可以减小了外层对内层的热辐射及热传导，又可以对高温镜头起到吹扫作用，消除炉内高温粉尘对镜头的侵蚀。另一路冷却气送至探头罩内腔，探头罩内层装有摄像机及镜头，直接对摄像机及镜头强迫风冷。

1.3 控制系统

控制系统具有伸进和自动退出功能，控制系统采用PLC作为核心控制部件采集摄像机的工作温度、各冷却气体的压力通过一定的算法，发出伸进或退出命令，保证了系统的稳定性、可靠性。

一般情况下，摄像机可以在50℃以下长期可靠工作。系统在探头罩内摄像机安装座底部安装铂铑电阻，直接检测摄像机的工作环境温度。当检测到摄像机的工作环境温度高于设定值时，自动控制探头退出。

利用压力开关检测三路冷却气体的压力，当任一路冷却气压力低于设定值时，自动控制探头退出。

1.4 自动退出装置

自动退出装置现较常用的两种方式为电动执行机构和气动执行机构。

电动执行机构通过交流电机的正反转带动链轮在专用道轨上往复运动，带动探头伸进炉内获取图像、退出炉内保护镜头。

气动执行机构采用耐高温无杆气缸传动，设备的伸进及退出由置于储气罐尾端的电磁阀控制。电磁阀接电时，设备将探头向前伸，此时可观察炉内的工作情况；电磁阀掉电时，设备将探头向后退，此时炉门关闭，处于停止工作状态。当系统掉电时，整个控制电路失去电源，电磁阀处于掉电状态，探头退离炉壁口。

2 设备安装及维护

2.1 安装注意事项

炉墙开孔：安装前必须事先在炉墙墙体上开安装孔，选择最佳观察炉内目标位置开孔，以炉墙的开孔中心为圆心，特定数值为半径的范围内应无任何障碍物，否则会影响自动退出装置的工作并给今后的日常维护带来不便。

预冷却炉壁安装基板：预冷却炉壁安装基板安装于炉壁处，用于预冷却及固定自动退出装置、探头罩，特制耐火陶瓷管，保证针孔镜头在炉内安全运行，当探头罩退出时，联动气缸推动自动门帘阻挡炉内飞溅物侵入镜头内。基板是整个设备的基础，特别要注意安装角度的调整，肉眼能看到的范围即是将来图像显示的范围。

自动退出装置的安装：将成套设备中的自动退出装置取出，前端的安装面紧贴于安装基板的面上并将其固定。

2.2 设备的维护

本设备是工作于高温环境中的特种设备，使用中需进行一定的维护工作，以确保设备长期可靠的工作。摄像机及镜头采用冷却气直接进行降温及防尘，在冷却气中含有油份，虽然经过三级过滤，但长时间工作后也难保没有油污和灰尘的沉积，若镜头上有油污和灰尘的沉积，将造成图像模糊。此时需将摄像机及镜头取出进行擦拭。自动退出装置上的活动点应定期清洗，并用机油润滑，检查所有的机械连接点是否牢固，是否有灰尘而影响正常工作。

3 结语

该结构的工业电视监控系统成功解决了煤气发电系统中锅炉炉膛火焰温度高，难以监视火焰状态的难题，该系统成像清晰，安全稳定可靠，完全满足现场工艺要求，为锅炉安全稳定运行提供可靠保障。