产品介绍:

一 项目研制背景

电站锅炉空气预热器(以下简称空预器)是电站锅炉的重要设备。空预器的作用是使锅炉燃烧和制粉系统需要的空气温度得到提高，同时降低排烟温度，减少排烟热损失，起到节能、降耗，提高机组出力的作用。目前国内200MW以上机组锅炉通常采用回转式空预器，该装置具有结构紧凑、重量较轻、节约场地、布置方便的优点。在实际运行过程中，空预器有发生燃烧的可能性。空预器的燃烧是由多方面因素引起的，但其根本机理是空预器受热面上积存的过量燃料(包括碳黑和油滴)，经氧化升温，达到着火温度而产生燃烧。空预器燃烧有两个条件：燃料积存；空预器内空气、烟气流速低或不均匀，导致散热条件变差。没有燃烧或部分燃烧的燃料，特别是雾化不良、燃烧不完全的油气附着在空气预热器的传热部件上，当温度升高到350℃左右时，沉积物即被烘干并点着。由于发生燃烧的初期范围较小，很难被发现，当预热器内蓄热元件温度继续上升至700℃时，就足以导致预热器内部以致整个空气预热器起火。这种燃烧被称为空预器的再燃烧(又称二次燃烧)。此类事故近年在国内湖南石门电厂、广东湛江电厂、沙角电厂、湖南岳阳电厂都先后发生过，严重影响了机组的安全稳定运行，并造成了重大的经济损失。实践表明，当烟气进、出口温度和空气出口温度中出现一个或多个温度值异常上升时，可以反映出空气预热器发生火灾的征兆，但往往出现这种现象时，火灾已酿成一定范围，为了使火灾的危害减小到最小程度，有必要采用空预器火灾报警装置，提早采取有效的防火措施。在原电力部（国电公司）的有关文件中，明确要求在空预器中安装火灾报警系统。在本系统研制成功之前，用于空预器火灾报警的核心技术和相关产品均由国外公司掌握。

从1996年开始，以西安智通自动化技术开发公司(西安理工大学信息与控制工程研究中心)为技术依托，以东方锅炉(集团)股份有限公司所属预热器工程分公司为成果转化基地，对空气预热器热点检测问题进行深入、系统的研究。十几年来，参加研制工作的科研人员在对问题的形成机理充分研究的基础上，先后就恶劣环境下的信号检测与处理方法、机械机构的设计与制造、计算机系统的软硬件设计与实现开展了攻关，相继成功研制出了HSDS-10、HSDS-20、HSDS-30型电站锅炉空气预热器热点检测系统，并在实际应用中不断改进和完善，形成了具有自主知识产权的成果。该系统曾经于一九九七年获得了陕西省科技进步一等奖。

本项目依据以上国家规范和技术标准，按照以下要求设计空气预热器火灾报警系统：

1． 安装在横梁上部的红外传感器能够完成对空预器蓄热元件的扫描和检测，同时配备红外传感器的供电、吹扫和水冷设施，保证红外传感器的长期可靠运行；

2． 保护端盖装置的远方/就地操作功能，即可以接受DCS指令，实现远方操作；可以在就地操作箱实现就地操作；同时亦可采用手动机械摇柄操作，停炉时保护传感器不受水、灰侵害；

3． 故障判断功能。当系统内部出现故障时，系统可以通过就地监测画面和DCS系统的监控画面正确的显示。系统能够完成监测的有以下故障：机械过载故障，红外探头故障，热电偶故障，电源故障及通讯故障；

4． 通讯功能。通讯功能是指通过上位机与DCS通讯，使系统的一些重要信号和状态除了可以在本系统反映外，也可以在DCS系统的监控画面反映出来，系统的火灾报警信号、系统自动运行信号及系统故障信号等都属重要信号，可以根据需要以设定的通讯协议与DCS通讯；

5． 火灾报警功能。系统根据传感器检测到的温度信号，通过基于支持向量机的智能火灾决策算法，对空预器的运行状态是否正常做出判断。

三 空气预热器火灾报警系统的总体设计

1．系统的总体结构

系统采用独特的固定式机械机构，解决了早期移动式机械机构在空气预热器内部恶劣环境下可能出现的卡涩问题。红外探测护套装有喷气嘴和水冷装置，整机运行时可吹灰清扫红外镜头和冷却红外传感器。

系统的电控部分由布置在就地的两个就地操作箱构成。系统的温度测点分布为空气预热器上二次风处布置3个热电偶(适用于200MW, 300MW的机组，对于600MW, 1000MW的机组，布置4个热电偶)以及预热器下部4～5只红外传感器(每台空气预热器)，其位于直线机械横梁上。

系统结构示意图如图1所示。

图1系统结构示意图

2．系统的主要性能指标

表1 主要性能指标

3．系统的硬件结构

系统的控制方式采取集散的方式。上位机采用工业触摸式计算机，完成状态的显示、数据的记录以及操作界面、逻辑控制等功能。

1)系统采用新一代工业计算机作为主控器，它的优越性能和新颖的结构设计使其更加适用于各种工业运行环境，其标准化的板卡设计代表着未来工控的发展方向，已成为新一代工业PC的标准。其具有以下特点：基于PC-BUS的开放式结构；人机界面处理能力强，适应计算机产业大潮流，性能价格比高；采用模块化结构，接口模块丰富，输入／输出采用光电隔离技术；可靠性高，抗干扰能力强，其产品通过ISO-9001国际认证。系统中的上位机通过RS-485串口按照MODBUS等标准的工业协议与DCS进行通讯。

2)系统采用国外著名品牌的控制器进行系统控制，其完成的功能如下：完成对各温度测点的温度测量；完成保护端盖装置的运动控制；实现系统的自动控制，故障报警；实现与DSC的通讯，使复杂的控制算法在上位机实现。

3)红外传感器是专门用于空气预热器热点检测系统的非接触式传感器，是HSDS-30系统的核心部件之一，结构框图如图2所示。它由经过特殊设计和制作的与双反射式光学系统相匹配的红外传感器和水冷外套构成。红外传感器整流罩配合吹灰清扫使用。在恶劣的使用环境中具有较强的抗干扰能力，能够有效地监测空预器内部是否

存在火灾险情，是确保空预器安全、稳定运行的重要监测设备。

凡是温度高于绝对零度的物体都产生红外辐射。物体的辐射特性-辐射能的大小及波长的分布，与物体表面温度有关，通过对物体发射的红外辐射的测量，便能准确地测量物体表面的温度。这就是本系统中所应用的红外测温的最基本原理。