第四章 第五章点火器及火焰检测

第四章点火器及火焰检测第一节点火器概述目前，大容量锅炉的煤粉燃烧器点火均使用液体燃料或气体燃料，采用多级点火方式。

由电引燃器发火，逐级点燃气体燃料、液体燃料和煤粉；或者由电引燃器直接点燃液体燃料(轻油或重油)，再点燃煤粉。

点火过程可在主燃烧器上进行，也可先点燃启动(辅助)燃烧器，再由它们来点燃主燃烧器。

常规点火器的引燃器，有电火花、电弧、电阻丝等各种类型。

电阻丝点火器设备简单，结构紧凑，但电阻易氧化烧损，在直接点燃重油时烧损极为严重，目前仅在一些燃油锅炉上使用。

电弧点火器可获得较大功率，但因电压低不易击穿污染层起弧，且烧蚀严重，设备体积大而笨重，逐渐为电火花装置所取代。

电火花引燃装置中以高压电火花(由5000—8000V的电压通过两极间的间隙放电)的使用为最广。

进而还有高频高压电火花和高能电火花引燃装置，其性能更为优异。

除了专供点火的点火(燃烧)器之外，尚有兼点火和稳燃或带低负荷功能的辅助燃烧器。

在常规的点火燃烧器中，专供点火的点火燃烧器和辅助燃烧器有时并不能区分得很清楚。

但一般前者只用于启动时点燃燃料，容量很小，在点燃主火焰并稳定燃烧后很快就停掉，而不用它来维持整个点火和启动过程。

但对于现代的大容量锅炉而言，为了保证运行的安全，有的点火燃烧器除了在点火时投入外，在不利工况或事故工况下(如煤质差、负荷低或给煤不正常等等)也需要利用它来维持着火稳定；在有的锅炉上，主燃烧器熄火前也先要投入点火器以保证安全。

这后一种点火器则属于点火和辅助燃烧器之列，或按有的习惯称之为维持点火的点火燃烧器。

另一种辅助燃烧器则是启动燃烧器，其用途是在锅炉启动过程中用来升压带负荷。

点火燃烧器的功用不同，其容量或点火能量也不相同。

点火能量系指单只点火器点燃与之相邻的主燃料所需的能量与该主燃料喷口设计热功率之比。

它与主燃料特性、燃料空气混合物浓度和流速、燃烧器和点火器型式和布置以及火焰结构等有关。

一般而言，点火器的最小容量(能量)约为所点燃的主燃料喷口设计输入热功率的1％一2％。

燃煤锅炉的油点火器不小于580kW(2100MJ／h)。

CE公司的有关标准规定，冷炉启动时作为烘炉用的油枪的出力为所点燃的单只燃烧器喷口设计输入热功率的10％；B＆W公司设计的一般点火器热功率也约为主(煤粉)燃烧器热功率的10％，该公司经过改进的点火器的热功率可减少至4％一5％。

至于可带低负荷的启动燃烧器，其总热功率一般为锅炉额定负荷下总输入热功率的0％一30％。

不过这类燃烧器往往还要由另外的点火燃烧器点火。

为了点火可靠，点火器应有足够的容量，但容量如果太大，从防止爆炸事故的角度来看是不适宜的。

因而，应在保证可靠点燃的前提下，减小点火器的容量。

有些点火器原放在燃烧器的外围，后改放在燃烧器的中心，容量就可减小一半。

和上述的理由类似，如果用能量较小的引燃装置(如高压电火花等)直接点燃大容量的燃烧器，也往往不够安全。

故而实际中的做法先用高能点火器直接点燃轻油燃烧器，由轻油再点燃煤粉。

第二节常规的点火燃烧器点火燃烧器主要由电引燃器(包括电源系统)、续燃火嘴(或油枪)、火焰检测器及控制系统等组成。

有的点火系统还备有专用的冷却风机，用来冷却火焰检测器等。

1、高频电压电火花点火器这种点火器主要部件为电火花发生器及棒形点火枪。

电火花发生器实质上是一高频、高压振荡发生器。

电源电压经高频升压变压器升压至约2500V，此时电火花塞被击穿，在振荡回路中产生100kHz左右的高频振荡，并经高频变压器升压至约20000V。

在高压作用下放电头击穿，产生高频电压电火花，在放电的瞬间，通过扼流圈向放电头引人大功率电能，使放电头具有数千瓦功率，甚至可直接点燃250号重油。

与电火花发生器相配的棒形点火枪由电火花打火枪及打火点火检测元件组成。

打火枪用氧化铝高温瓷套件绝缘，放电头材料一般为钼、钨或碳化硅，其打火间隙可根据打火电压调整至最佳位置。

棒形点火枪外壳应良好接地，以确保运行安全。

火花发生器与点火枪间的电气连线采用同轴电缆，为防止电缆的沿面闪络，电缆两端应采取特殊的绝缘措施。

高频电火花点火器的特点是高压击穿能力强，易起弧、高频使火花稳定，连续性好，且因高频的趋表效应，避免高压对人体的危害。

同时整个设备简单紧凑。

但由于在点火时高压回路要通过很大的电流，因而高频变压器及高压回路在设计制造上应有特殊要求。

2、高能电火花点火器高能电火花点火器由高能点火变压器和点火电嘴组成。

利用点火变压器的RC电路充放电功能，使点火电嘴两极间的半导体面上形成能量很大的火花，以点燃燃料。

在点火电嘴的中心电极与侧电极间系具有负的电阻温度特性的半导体材料。

第三节火焰检测器火焰检测器是燃烧器自动装置中的重要部件之一，它的作用是对火焰进行检测和监视，在锅炉点火、低负荷运行或有异常情况时防止锅炉灭火和炉内爆炸事故，确保锅炉安全运行。

现代大容量锅炉燃烧器及炉膛内应装置此设备，以便对点火器的点火工况、每只主燃烧器的着火工况以及全炉膛的燃烧稳定性进行自动检测。

一、炉膛中的火焰特性和辐射光谱锅炉使用的燃料主要有煤、油、可燃气体等，这些燃料在燃烧过程中会发出可见光、红外线、紫外线等。

燃料不同，三种光线的强度也不同：煤粉火焰除有不发光的CO2和水蒸汽等三原子气体外，还有部分灼热发光的焦炭粒子和灰粒等，它们有较强的可见光和一定数量的紫外线，而且火焰的形状会随着负荷的变动而有明显的变化；可燃气体火焰中含有大量的透明的CO2和水蒸汽等三原子气体，主要是不发光火焰，但还包含有较强的紫外线和一定数量的可见光，天然气火焰的紫外线主要产生在火焰根部的初始燃烧区；重油火焰中除了有部分CO2和水蒸气外，还悬浮着大量发光的炭黑粒子，它也有丰富的紫外线和可见光。

二、火焰检测器的分类和性能1.火焰检测器分类火焰检测器的种类很多，按其工作原理可分类如下：利用热膨胀原理。

金属、液体等在火焰高温作用下受热膨胀，作为脉冲信号，直接或放大后作用于执行机构。

利用热电原理。

热电偶在火焰高温作用下产生电动势，经放大后作用于执行机构。

利用声电原理。

即利用燃烧时的扰动噪声特性。

利用火焰周围压力变化原理。

利用火焰周围压力变化发出信号，也可用差压变送器将风箱与炉膛间的差压变换为接点的开闭信号，转为火焰检测信号。

利用火焰导电性原理。

燃烧时的化学反应使火焰电离产生导电性，敏感元件的一个电极直接放置在火焰中；另一个电极接在炉膛外壳上，燃烧时则有电流通过两电极，将这一脉冲信号放大，使继电器动作。

利用火焰整流原理。

火焰中电子轻，易被电极吸收，而离子重，速度慢，不易被电极吸收，产生局部整流，可将加在电极两端的交流电部分整流为直流。

火焰熄灭时，直流电消失，这一脉冲经放大后使继电器动作。

利用火焰产生电动势原理。

用高灵敏度检流计一端接喷口，另一端放在火焰中的电极上，火焰产生的电动势，使检流计指针动作。

利用火焰有脉动特性原理。

用硅光电池或光敏电阻作为敏感元件，将光照的火焰脉动变为交流电脉冲信号，经频带放大器放大后使继电器动作。

利用火焰发光性原理；光电管。

在光照射下，自金属表面产生电子发射；光导管。

灭火后，光照消失，光导管阻值增加，引起电流、电压变化，这一脉冲经放大后使继电器动作。

紫外线管。

在外来光线中紫外线波的照射下，紫外线管内气体分子电离，电极间激发导电，发出兰色光辉信号。

硅光电池。

由硅基片上一个P—N结组成，电池受光面为正极，背光面为负极，射在P—N结上，两端出现电压产生电流。

2.各种火焰检测器特点对火焰检测器的要求是：发出的检测信号可靠；有足够的灵敏度；对干扰信号有一定的识别能力；元件有一定的耐温性和抗氧化性，使用寿命较长等。

对以上各种火焰检测器进行比较，它们的特点如下：1)利用热膨胀原理研制的火焰检测器，其优点是造价低，结构简单。

缺点是热惯性大，动作时间长，感受元件直接承受高温火焰，可靠性差。

一般用于小型工业炉。

2) 利用热电原理研制的火焰检测器，其优点是造价低、结构简单。

缺点是热电偶热惯性较大、灵敏度差、寿命较短、可靠性差。

一般用于小型工业炉。

利用声电原理研制的火焰检测器，其优点是信号简单，缺点是受外界声源，噪声影响，易产生误动作。

现很少采用。

利用火焰周围压力变化原理研制的火焰检测器，其优点是检测方法较为简单，可靠、反应灵敏。

火焰检测的高压检测管紧接在涡流板上，低压检测管装于点火喇叭出口处。

点火器熄火时，则涡流板处压力比喇叭出口处低；在点火器点火时，开始在喇叭内燃烧，由于燃烧产物增加，高压检测管处的压力剧增，形成点火器点火、熄火时风箱一炉膛差压与点火器差压的关系。

因而可以用差压变送器将风箱一炉膛差压变换成为接点的开关信号作为火焰检测信号。

3)利用火焰导电原理研制的火焰检测器，信号导线连接端子是用来将取出信号的导线接在电缆上。

放大器是将检测电极的输出电压进行放大的电进行放大的电子回路，设置有燃烧指示灯和输入整定开关等。

电极本体用以支持火焰电极并借助法兰固定在点火器的导管内。

接触电极直接插入火焰中取得输入信号。

其特点是利用火焰电阻整定回路来测定正常运转时的火焰导电性；利用动作区分回路来适应火焰的稳定性；利用限时回路的时间整定来解决邻近火焰的卷入和火焰熄灭等过渡现象。

这种型式较适用于无焰燃烧的煤气点火器，轻油点火器以及煤粉炉用重油点火油枪。

其缺点是探头必须置于高温火焰区，易损坏，电极会积炭。

此外火焰突然熄灭后，导电性消失较慢，反应持续时间较长。

4)利用火焰有整流原理研制的火焰检测器较适用于间断运行的点火器，特别是无焰燃烧的气炉。

5)利用火焰产生电动势原理研制的火焰检测器的优点是其检测系统动作比较准确、灵敏，而且具有自我监督作用。

缺点是要求有高灵敏度的检流计；电极易烧坏和积炭。

多用于煤炉和气炉。

6)利用火焰有脉动特性原理研制的火焰检测器，与利用发光性原理研制的检测器主要区别在于放大器。

此放大器只放大同火焰光照脉动频率一致的交流电脉冲信号，因此它能非常准确地反映火焰的熄灭的工况，能检测出煤粉火焰的“闪动”。

其缺点是因为火焰闪动只能在可见光区才能检测到，不太适用于气炉，而多用于煤炉、油炉。

7)利用火焰发光性原理研制的火焰检测器试验表明，利用火焰的声学和热量特性研制的检测器易受锅炉其它声源和热源的干扰而难以准确使用。

目前电厂使用较多的是下述的光电火焰检测器。

a)光电管在抽真空的玻璃泡内放置两个电极：阳极与具有光敏面的阴极。

有氧化铂和锑铂光电管(真空和充气的)。

它们对可见光敏感，动作惰性小，结构简单，用来监视整个炉膛熄火较好。

光电管的缺点是炉墙的红外线会干扰其测量信号；管子使用温度不高；工作一段时间后灵敏度会降低。

光电管多用于煤炉。

b)光导管(光敏电阻)光导管是由铊、镉、铅、鉍等的硒化物制成的，例如红外线硫化铅光导管，它是最先应用于燃油炉上的一种。

光敏电阻多用硫化铅、硫化镉等，它主要对红外线、可见光感光。