火焰检测器系统

第1章概述

1.1 用途

火焰检测设备是火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）中的关键设备，它的作用贯穿于从锅炉启动至满负荷运行的全过程，用于判定全炉膛内或单元燃烧器火焰的建立/熄灭或有火与无火，当发生全炉膛灭火或单元燃烧器熄火时，火焰检测设备触点准确动作发出报警，依靠FSSS系统连锁功能，停止相应给粉机、磨煤机、燃油总阀或一次风机等的运行，防止炉膛内积聚燃料，异常情况被点燃引起锅炉爆炸恶性事故的发生，因此设备性能即设备运行的可靠性与检测的准确性直接关系到机组的运行安全与稳定性，ZHJZ-IV型火焰检测器适用于按各种方式分类的锅炉，包括按燃料类型分为燃油、燃煤、燃气锅炉，按机组容量分类的各种大中小型锅炉，按炉型分类的四角切圆燃烧、对冲燃烧、循环流化床等各种锅炉。

1.2 火焰检测原理

油、煤或气体燃料的燃烧其实质是燃料化学能以电磁波的形式释放，燃烧器火焰一般都能发射几乎连续的发光光谱，其发射源是燃烧过程中生成的高温炭素微粒子、微粉炭粒子群和气体等，不同的燃料燃烧过程中的中间产物不完全相同或中间产物的所占比例各不相同，不同的燃烧中间产物所发射的光谱不完全一样，这是选择不同类型火焰检测器依据，C2发射可见光（发射波长为473.7纳米左右）、CH化合物发射紫外到蓝光区波段的光谱、炭素粒子群发射红光区光谱、CO2、H2O和SO2等三原子气体发射红外光，不同燃料的光谱分布特性是油火焰含有大量的红外线、部分可见光、和少量紫外线，煤粉火焰含有少量紫外线、丰富的可见光和少量红外线。气体火焰有丰富的紫外线、红外线和较少的可见光，而且对于单只燃烧器火焰，其辐射光谱沿火焰轴线分布是有规律的，例如煤粉锅炉中煤粉燃烧器沿轴线从里至外分为4个区域即预热区、初始燃烧区、安全燃烧区和燃尽区，在初始燃烧区不但可见光较丰富而且能量辐射率变化聚烈，因此火焰检测探头准确对准燃烧器的初始燃烧区是最佳选择。

ZHJZ-IV型火焰检测器的火焰检测设备是一种间接辐射型可见光式火焰检测设

备，它利用燃烧器初始燃烧区域内可见光的亮度和燃料燃烧辐射率的动态变化、火焰包络形状的改变引起的脉动频率来判断火焰的“有”或“无”，是一种双信号处理的火焰检测设备。

光电管 光/电转换曲线、关系式

电流信号

火焰亮度10.110101010

23410-2

-110

1

110

210

310

410

SMALL AREA

图1

通过火焰检测探头的视角调整机构或探头安装位置准确布置，将探头调整至最佳视野区，使探头准确对准燃烧器的初始燃烧区，探头将采集到的可见光信号经凸透镜、光导纤维等器件组成的传光系统送至探头放大器，探头放大器的光敏元件（光电管）将光信号变为电信号，再经对数放大变为稳定的0~2mA 的电流信号(见上图

1)，采用对数放大方式即保证火焰亮度与信号强度的线性增益关系，又防止了电流信号饱和的发生，再将火焰信号以电流的方式通过4芯屏蔽柔性电缆被传输至火检处理仪，采用电流方式传输可确保信号不失真，火焰检测处理仪是一种双信号火焰处理仪，火检处理仪经1千欧姆检测电阻把来自探头的火焰电流信号变为电压信号接收下来，电压信号通过火焰处理仪的强度处理回路与频率处理回路被分成两路信号：即强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的脉动或闪烁频率。当强度实时值与频率实时值均高于强度阈值和频率阈值时，有火继电器触点动作，发出有火接点信号，任一条件不满足均发出无火信号。信号采集、转换、放大、传输、处理、判断、信号输出过程如下图2所示

火检处理卡件

探头放大器

火焰

图2

对强度信号的处理是将实时火焰强度与强度阈值进行比较，当火焰强度高于强度阈值时，就是火焰的强度判定条件成立。

频率的处理实际上是对火焰信号波动部分的处理，这部分的处理相对要复杂一些。这是因为频率信号包含信号的频谱、带宽、峰—峰值等参数，所以要对这部分信号进行滤波、变换，从中提取火焰的燃烧特征。由于火焰的频带宽度1Hz~200Hz，而炉膛内炽热的焦渣及灰粉发光的频率不超过2Hz，所以通过频率信号的频谱分析完全可以证实火焰的存在。

对于来自相邻燃烧器火焰的识别是火焰检测的难点，由于相邻燃烧器火焰的频率和主火焰频率有时非常接近，要对频率信号进行频谱分析，从而提高识别能力。具有智能的火焰检测器除提供频率增益调整方式外，还具有算法模式功能，一共有8种模式，可以选择不同模式以适应火焰识别的需要。算法模式与频率增益设定值配合，可获得最终的识别效果。当实时频率和强度皆高于设定的阈值时，判定为有火。反之，判定为无火这在多数情况下是十分可靠的。但也有时由于火焰燃烧过程中出现偶尔的扰动或“黑龙”的影响，火焰的强度或频率会短时间低于阈值，这时如果发无火信号，就将增加灭火保护系统误动的可能性。为了避免发灭火信号提高火焰检测器的可靠性，一般的火焰检测器都加1至5秒的延时。但延时的大小很难确定，因为延时小了难免误动，延时太大又会降低保护动作的灵敏性，甚至引起拒动。ZFD-02型智能火检处理仪专门设计了一种反时限特性的延时机构。使无火延时的大小取决于灭火前的强度频率的变化速率（反延时计算公式见上页）。当火焰的强度，频率值以高速率降至阈值以下时，延时时间应长一些。因为这时炉内有足够的能量支持燃烧，不会达到真正灭火的状态。当火焰的强度，频率缓慢地降至阈值时，

说明火焰的支持能量较小，延时时间就要短一些，以防止拒动。从而提高了火焰检测的可靠性、准确性。

火检探头的输入光信号与输出电流信号之间、火检处理仪的输入电流信号与输出实时百分比值之间均为反比关系，也就是说输入光信号越强输出电流信号越弱，输入电流信号越小则输出的实时百分比值越大。

7.2 系统的维护与定检

7.2.1 火焰检测器

ZHJZ-IV型火焰检测器是一种智能型火焰检测器，ZFD-02型火检处理仪有完善的自诊断及故障报警功能，诊断能力可达探头级，长期运行在恶劣环境内的火检探头主要结构件均采用不锈钢材料制造，坚固、耐腐蚀，探头放大器中使用进口可承受高温的电子元件，并用环氧树脂密封固化，防护等级可达IP66级，因此基本上没有需维护的工作，仅有需要维护内容是：

（1）定期清洁火检探头中的透镜组件。

透镜组件清洁方法参见第12章火检探头。

（2）做好日常对火检处理仪的巡检工作。

9.5 探头的维护与维修

9.5.1探头的维护

·确保冷却风的持续供应。在锅炉启动前要先启动冷却风机，在停炉后要等炉温降至50℃以下才可停止冷却风机。

·装置在安装前应进行检查。

·开孔位置尽量避开结焦区。当观火孔被焦覆盖时要及时清理。

·定期检查探头镜片是否被灰污染而导致灵敏度下降。若被污染要擦干净，每次结合检修要进行一次维护。

·做日常的巡检工作，当火检强度与频率值异常时，原因可能为透镜积灰、透镜组件损坏或光导纤维损坏所致。

·应避免锅炉出现长时间的正压燃烧工况，导致光导纤维烧坏。