W型火焰锅炉炉膛工业电视维护探究

刘阳洲，何 海，叶 皓

（大唐华银攸县能源有限公司，湖南 株洲，412307）

0 引言

火力发电厂锅炉的炉膛工业电视摄像探头安装在炉膛侧墙，伸入炉膛内部，监视炉膛内燃料的燃烧工况。该区域温度高、粉尘浓度大，设备的维护工作也存在一定的风险。因此，提高炉膛工业电视的可靠性具有重要的意义[1]。众多科研机构、学者和制造厂商分别从不同的方向对炉膛工业电视系统进行了研究、探索和实践。文献[2]应用涡流基本原理，在冷却筒内产生涡流冷却风，强化了压缩空气的冷却效果；文献[3]提出加粗冷却风管路，在看火孔的四周规则地打一圈出风孔，强化冷却镜片，形成风罩并吹掉结焦；文献[4]提出通过搭建数字信号监控平台，替换采用模拟量信号传输的视频监控系统，增强了视频信号的稳定性和可靠性。基于上述研究，本文对W型火焰锅炉炉膛工业电视系统出现的问题进行分析与总结，结合摄像探头的内部结构，通过4个特定的异常图像，直接准确定位摄像探头的内部故障位置，并对炉膛工业电视系统的日常管理和维护提出合理化建议，缩短了排查故障的时间，提高了炉膛工业电视系统整体的可靠性，减少了设备维护人员的工作量。

1 系统简介

火电厂集控运行人员通过炉膛火焰工业电视系统，在锅炉的点火、燃料的正常燃烧以及改变掺烧煤质的过程中，实时监视炉膛内燃料的燃烧状态，及时发现炉内异常现象，进而保证锅炉整体工况的稳定[5]。作为炉膛火焰信息的直接采集元件，摄像探头处在恶劣的工作环境中，是炉膛火焰工业电视系统中故障率最高的元件。

1.1 摄像探头的布置

某火力发电厂采用W型火焰锅炉，其炉膛工业电视布置如图1所示。4台炉膛火焰电视摄像探头水平安装在锅炉的炉拱上，左右侧墙各布置两台摄像探头。投入状态时，4个探头伸入炉膛内部，镜头向下朝炉膛中心方向倾斜，观察同侧另外一角的燃烧器的燃烧情况[6]。

图1 炉膛工业电视布置图

1.2 摄像探头的结构

摄像探头结构如图2所示，主要由摄像机、调节光圈、金属外壳、光导摄像管等元件组成[7]。在金属外壳的末端，留有圆形看火孔，安装在光导摄像管末端的镜头通过看火孔采集火焰信息。镜头内部装有三棱镜，用来改变光路方向，使光线沿着光导摄像管的轴线，依次经过光导摄像管内部的4块凹透镜、光圈前的凹透镜、光圈，最终到达摄像机的镜头。在金属外壳的中部通入压缩空气，流经光导摄像管的外表面和金属外壳的内表面，冷却摄像探头，压缩空气最终从看火孔流出。光导摄像管中部装有3个支架，使光导摄像管的位置维持在金属外壳的中部。压缩空气均匀流经光导摄像管表面，避免冷却不均导致光路烧损。

图2 摄像探头结构图

摄像探头装有高温保护系统，在光导摄像管表面和摄像机表面分别装有感温热电阻。当光导摄像管表面温度高于75℃时，摄像探头自动从炉膛内部退出，防止摄像探头被烧损；当摄像机表面温度高于50℃时，摄像探头自动退出，同时火焰电视摄像机自动断电，防止电路部分烧损。

1.3 视频信号的传输

摄像机将采集到的火焰信息转换为电信号，通过屏蔽电缆接入硬盘录像机，使用视频信号线将安装在集控室的显示设备与硬盘录像机连接，集控运行人员在集控室内即可看得到炉膛火焰的实时画面。

2 维护要点分析

2.1 研究方法

本文所采用的研究方法主要有个案分析法、控制变量法和文献研究法。

1）个案分析法。在设备投入使用后，每次设备发生故障，通过专业小组分析，给出解决方案与备用方案，及时记录并做好统计分析，归类总结。

2）控制变量法。用已损坏的零部件，逐一替换掉摄像探头中完好的零部件，借此将观察到的故障现象，与故障原因一一对应，并进一步完善统计分析。

3）文献研究法。专业小组成员定期阅读相关文献，在专业小组学术讨论会上相互交流近期所学的理论与实际应用方法。

2.2 工业电视维护要点

在炉膛工业电视监控系统使用过程中，监控画面偶发异常图像，可根据不同图像的特征，判断在摄像探头中存在的问题，并给出解决方法。

2.2.1 异常图像分析

炉膛工业电视摄像探头故障引发的常见异常图像如图3所示。

图3 炉膛工业电视异常图像

1）异常一如图3（a）所示，该异常画面的特点是图像不完整，边缘呈暗黑色，且画面中部有不规则的黑色阴影。该故障原因为摄像探头镜头的最外层玻璃受高温破裂或表面粘结煤焦颗粒，且无法被压缩空气吹掉。此时需要将该层玻璃拆除清洗，若已破碎则需换新。

2）异常二如图3（b）所示，该异常画面的特点是图像一侧呈暗黑色，带有红晕，火焰燃烧画面偏离显示器的中心。该故障是光导摄像管支架缺失或安装不规范，导致光路偏离外壳的中轴线，最终摄像机只采集到一部分光线。此时需要重新固定光导摄像管，使光导摄像管的中轴线与金属外壳的中轴线一致，最终确保光线全部为摄像机获取。

3）异常三如图3（c）所示，该异常画面的特点是画面整体呈暗红色。该故障是由于光导摄像管密封性差，压缩空气内的油污或煤灰颗粒进入光导摄像管内部，污染或堵塞透镜，阻碍光线传输。此时需要拆除光导摄像管，清理内部积灰并擦拭透镜，保证光路畅通。

4）异常四如图3（d）所示，该异常画面的特点是仅有一小部分区域显示火焰画面，其他区域为絮状分布的红色大颗粒，且实时画面中可见颗粒飘动。该故障原因为金属外壳的看火孔已有积灰，逐渐堵塞看火孔。此时需要将摄像探头退出，清理金属外壳端部的所有积灰。

2.2.2 其他故障分析

1）画面全黑，且未显示视频信号丢失。该故障一般为摄像探头看火孔位置严重堵焦，完全堵塞镜头，或光圈开度过低。需要及时将摄像探头退出，清理煤焦，或开大光圈。

2）金属外壳端部烧损变形。该故障为摄像探头送入炉膛深度过大，受热过度导致烧损。需要注意摄像探头投运时，伸入炉膛7～10 cm即可；更换耐高温材料的金属保护外壳，延长设备的使用寿命。

3）摄像探头超温后无法退出。该故障为牵引摄像探头退出的传动装置失效[8]。需要定期试运、维护传动装置，及时发现并解决问题；及时更换已失效的传动装置，避免因摄像探头无法退出而烧毁。

4）摄像探头因超温频繁退出炉膛。检查温度元件是否功能完好，冷却用压缩空气是否正常投入或者风量不足。

5）视频信号丢失。该故障为摄像机电源线松动导致摄像机失电或摄像机引出的信号线受损。需要检查摄像机电源或排查信号线断点。

6）显示器画面位置与实际监视位置不一致。需要根据集控运行人员的观看习惯，更改输送至显示器的视频信号线在硬盘录像机上的接线顺序。

2.2.3 日常维护注意事项

1）安装规范，保证安装的准确度和设备的严密性。

2）定期更换压缩空气的过滤减压阀滤芯，保证压缩空气的清洁度。

3）定期对摄像探头的压缩空气进气软管检漏，及时更换密封性不合格的软管。

4）及时清理摄像探头和传动装置的积灰，避免事故扩大。

5）合理配置各台摄像探头的冷却压缩空气流量，避免因冷却不足烧损摄像探头。

6）严格把控摄像探头送入炉膛的深度，并在摄像探头上标记最大送入深度，投入摄像探头时，严禁超过最大送入深度。

7）每次将摄像探头投入炉膛内部之前，需要确认好冷却用压缩空气已通入摄像探头，明确看火孔对准炉膛中心位置。

3 实施效果

通过对炉膛工业电视系统的研究与分析，对故障率最高的摄像探头提出了具有针对性的解决方案，设备的管理与维护人员可快速定位故障点，高效完成设备的维护工作。方案实施后，炉膛工业电视图像正常，火焰电视画面明亮，无明显红晕或黑斑，在锅炉低负荷燃烧或改变煤质时依旧保持亮白色。当监视范围内发生灭火时，画面整体变黑，准确显示监视范围内的燃烧火焰的动态工况。

4 结语

本文介绍了炉膛工业电视系统摄像探头的结构、安装位置与信号传输过程，通过异常图像分析与之相应的摄像探头存在的问题，并给出了对应的解决措施，为使用和维护炉膛工业电视系统提出了切实可行的建议。