火焰检测器的应用

火焰检测器的应用

引言

对于大型煤粉锅炉，炉膛燃烧火焰的稳定与否，是保证锅炉安全和经济运行的最重要条件。当锅炉燃烧不稳或操作不当时，会引起部分或全部煤粉燃烧器熄灭，不仅降低了锅炉热效率，同时还产生了污染和噪声。若继续向燃烧器提供煤粉，会引起煤粉在炉膛内的堆积进而产生爆燃现象，这将严重威胁锅炉炉膛设备的安全和使用寿命。为了防止爆燃现象发生，必须对炉膛内的火焰进行切实有效的检测。

火焰检测器是炉膛安全监视系统(FSSS)的“眼睛”，用来观察炉膛是否有火焰。目前，火焰检测器已从普通光学检测器(紫外光火焰检测器、可见光火焰检测器和红外光火焰检测器)发展到了火焰图像检测器。

2 火焰检测器

2．1紫外光火焰检测器

紫外光火焰检测器采用紫外光敏管作为传感元件，其光谱范围在O．006~0．4μm之间。紫外光敏管是一种固态脉冲器件，其发出的信号是自身脉冲频率与紫外辐射频率成正比例的随机脉冲。紫外光敏管有二个电极，一般加交流高电压。当辐射到电极上的紫外光线足够强时，电极间就产生“雪崩”脉冲电流，其频率与紫外光线强度有关，最高达几千赫兹。灭火时则无脉冲。

2．2可见光火焰检测器

可见光火焰检测器采用光电二极管作为传感元件，其光谱响应范围在0．33~0．7μm之间．可见光火焰检测器由探头、机箱和冷却设备等部分组成。炉膛火焰中的可见光穿过探头端部的透镜，经由光导纤维到达探头小室，照到光电二极管上。

该光电二极管将可见光信号转换为电流信号，经由对数放大器转换为电压信号。对数放大器输出的电压信号再经过传输放大器转换成电流信号。然后通过屏蔽电缆传输至机箱。在机箱中，电流信号又被转换为电压信号。代表火焰的电压信号分别被送到频率检测线路、强度检测线路和故障检测线路。强度检测线路设有两个不同的限值，即上限值和下限值。当火焰强度超过上限值时，强度灯亮，表示着火；当强度低于下限值时，强度灯灭，表示灭火。

频率检测线路用来检测炉膛火焰闪烁频率，它根据火焰闪烁的频率是高于还是低于设定频率，可正确判断炉膛有无火焰。故障检测线路也有两个限值，在正常的情况下，其值保持在上、下限值之间。一旦机箱的信号输入回路出现故障，如光电管至机箱的电缆断线，则上述电压信号立刻偏离正常范围，从而发出故障报警信号。

2．3红外光火焰检测器

红外光火焰检测器采用硫化铅或硫化镉光敏电阻作为传感元件，其光谱响应范围在0．7-3．2μm 之间。红外光火焰检测器也是由探头、机箱和冷却设备组成。燃烧器火焰的一次燃烧区域所产生的红外辐射，经由光导纤维送到探头，通过探头中的光敏电阻转换成电信号，再由放大器放大。该火焰信号由屏蔽电缆送到机箱，通过频率响应开关和一个放大器后，再同一个参考电压(可调)进行比较。

若火焰信号大于参考信号，则将对应的触发器置“1”，触发器输出信号被送至火焰检测线路，使机箱内红色火焰指示灯发亮(表示着火)。反之，如果探头没有检测到火焰，则起动一个3．5s的定时器，当3．5s过后，即将上述触发器置“0”，触发器输出信号被送至火焰检测线路，使机箱内的红色火焰指示灯熄灭(表示灭火)。 2．4火焰图像检测器

火焰图像检测器是20世纪80年代出现的一种新产品。火焰图像检测器主要由传像光纤、摄像机(简称 CCD)、视频输入处理器、图像存储器和计算机组成。

带有冷却风的传像光纤伸入炉膛(四角布置，以层为单位进行火焰检测)，将所检测的燃烧器火焰图像以光信号的形式传到摄像机的靶面上，摄像机再将图像转换为标准的模拟视频信号，并通过视频电缆传给视频输入处理器。视频输入处理器将模拟视频信号经MD(模拟量／数字量)转换，变成数字图像存储于图像存储器中。

计算机则将图像存储器中数字化的图像信息按照一定的着火判据进行计算，从而得出燃烧器火焰的有或无 (0N／OFF)信号，并将其送至FSSS。

3 火焰检测器的应用

目前，在火电厂应用的火焰检测器主要有美国FOR- NEY公司IDD——Ⅱ型火焰检测器、美国CE

公司的SAFE SCAN I型和Ⅱ型火焰检测器、美国BALLEY公司的BMS型火焰检测器(系统)、日本三菱公司的OPTIS型火焰图像检测器和芬兰的DIMAC型火焰图像检测器。

紫外光火焰检测器的优点是报警灵敏度高。在锅炉 (或燃烧器)低负荷运行时，火焰呈现明显的闪动或发暗，此时紫外线强度大大减弱，导致检测器的报警继电器动作(误报)，又由于紫外线辐射会被油雾、水蒸汽、煤尘及燃烧副产品所吸收，所以，燃煤式锅炉在配风失调工况(或低负荷)下，用紫外光火焰检测器进行火焰检测是不可靠的。从20世纪70年代末期开始，这种检测器在煤粉炉上的应用日趋减少。

由于红外光辐射的波长较长，所以不易被烟、飞灰或CO2所吸收，因此，红外光火焰检测器在锅炉低负荷运行时比紫外光火焰检测器工作稳定，对探头的安装位置和方向的要求也不像其它类型检测器那样苛刻。目前，这种火焰检测器在火电厂的锅炉上广泛应用。

可见光火焰检测器的特点是极其类似人的眼睛的光谱响应。由于这种检测器采用了光导纤维将火焰的可见光传输到探头中的对数放大器，而光导纤维的形状可以任意弯曲，使得探头不必直接对准火焰，这样有利于延长探头的工作寿命。目前，这种火焰检测器也正在火电厂的锅炉上广泛应用。

普通光学检测器仅依靠一个光敏元件收集火焰特征区的平均光强，所获信息量的局限性经常导致作为前景的火焰和背景无法有效分辨。普通光学检测器探头的视野范围很小，在火焰波动较大(锅炉低负荷运行)时会误报炉膛灭火。