《火焰检测技术》PPT课件
第四章 火焰的检测1
第四章火焰的检测4．1 概述图4-1 电磁波谱图二、火灾时发出的火焰光谱与燃烧物质有关，见图4.2。
图4-2 各种不同材料的火焰光谱能量分布图由图可见，对烃类物质，产生的火焰光谱能量在红外光谱范围内，辐射强度的最大值位于4.1-4.7nm范围内。
三、火焰探测器火焰探测器是一种响应火灾发出的电磁辐射(红外、可见和紫外)的火灾探测器。
因为电磁辐射的传播速度极快，因此，这种探测器对快速发生的火灾或爆炸能够及时响应，是对这类火灾早期通报火灾的理想探测器。
响应波长高于700nm辐射能通量的探测器称红外火焰探测器。
响应波长低于400nm辐射能通量的探测器称紫外火焰探测器。
极少应用400—700nm之间的可见光辐射谱区探测火灾，这是由于太阳光的干扰太强。
图4－火焰和地面太阳光光谱图4.2 光电效应火灾探测器是一种将光量变化转换为电量变化的传感器。
它的物理基础就是光电效应。
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。
4.2.1 外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
向外发射的电子叫光电子。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
众所周知，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量E可由下式确定E=hυ (4-1)式中h一一普朗克常数，6.626*10-34(J·s)υ一一光的频率(s-1)物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。
如果一个电子要想逸出，光子能量hυ必须超过逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
根据能量守恒定理则有：hυ=(1／2)mv o2+ A0(4-2)式中A0——金属的逸出功，J；m——电子质量，g；v o—电子逸出速度，cm／s。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
由式(4-2)可知：1、电子能否产生逸出，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。
不同的物质具有不同的逸出功，这意味着每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。
火焰检测
现代测试专题（1）---火焰检测
杨荟楠 2013-10-21
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内容
I. 燃烧火焰的特征 II. 不同火焰检测器的原理和特点 III. 激光光谱技术在燃烧火焰检测中的应 用 IV. 建立测试水蒸气温度、液膜厚度及温 度的半导体激光感应器
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炉膛火焰监测
火焰检测原理 火焰是燃烧状态稳定与否最直接的反映 火焰检测包含两个含义：火焰是否存在和燃烧是否稳定 炉膛火焰特征 燃料燃烧时火焰放出大量的能量，这些能量主要包括光能 （紫外光、可见光、红外光等）、热能和声波 燃烧火焰的辐射具有强度和脉动频率两个特点 强度信号又分为平均光强信号和闪烁光强信号
对火焰的分区
第三段为燃烧区，也称完全燃烧区，各个煤粉颗粒在与 二次风的充分混合下完全燃烧，产生很大热量，此段的 火焰亮度最高且最稳定，但闪烁频率要低于初始燃烧区
第四段是燃尽区，这时的煤粉绝大部分燃烧完毕形成飞 灰，少数较大的颗粒继续进行燃烧，最后形成高温炉气 流，其火焰亮度和闪烁频率都比较低
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火焰闪烁频率和强度的关系
在受激辐射中通过一个光的作用，得到两个特征完全相同 的光子，如果这两个光子再引起其他原子产生受激辐射， 就能得到更多的特征完全相同的光子---光放大，激光
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激光的形成
光学谐振腔
其作用是产生和维持光振荡，光在粒子数反转的工作物质 中传播时，得到光放大，当光到达反射镜时，又反射回来 穿过工作物质，进一步得到光放大，不养不断的反射现象 即光振荡。从部分透射光反射镜投射出的光很强，这就是 输出的激光
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内容
I. 燃烧火焰的特征 II. 不同火焰检测器的原理和特点 III. 激光光谱技术在燃烧火焰检测中的应 用 IV. 建立测试水蒸气温度、液膜厚度及温 度的半导体激光感应器
第二节点火系检测-PPT精选文档
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4、单缸次级电压的故障波形分析：
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第二次振荡波形存在严重的杂波，这一般是由 于断电器触点臂弹簧弹力太弱，使触点闭合瞬 间引起弹跳所致。
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4、单缸次级电压的故障波形分析：
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击穿电压过高，且火花线较为陡峭，这可能是火花塞 间隙太大，或次级电路开路等所引起。火花间隙越大， 所需击穿电压越高，而且往往没有良好的放电过程。
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３、波形分析：
②
火花线： 1000r/min，火花 时间为1.5ms。时 间过短；火花塞间 隙大；电极烧蚀或 间隙大；高压线电 阻大；混合气稀； 点火过迟。 过长：火花塞积碳， 间隙小，短路。
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３、波形分析：
③
④ ⑤
⑥
波形倒置：点火线圈初级接反，电压 波形倒置，点火能量小。 闭合角控制：电控闭合角可调。 振荡区分析：5-8个波形，如少，说 明点火线圈短路，一次线圈接触不良。 闭合区分析：闭合区可变长，闭合段 有上升，凸起，属正常。因有限流和 闭合角可调功能
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4、单缸次级电压的故障波形分析：
实际上，次级电压波形不仅与点火系统的 状况有关，还要受发动机内部工作状况（温度、 压力、燃气成分等）的影响，情况较为复杂。 所以在实践中还可能会遇到很多不同形状的故 障波形。只要我们掌握了点火系统的基本工作 原理，就不难根据故障波形作出相应的分析判 断。
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单缸独立式点火系统传感器 示意图
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双缸独立式点火系统传感器示 意图
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３、波形分析：
火焰检测技术
火焰检测火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。
下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。
静态特征（颜色与形状）首先，火焰有着与众不同的颜色特征。
描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。
图7 火焰颜色分布图由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。
图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。
虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。
图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）火焰的外形也是用来识别的重要特征。
一种模型是采用嵌套式轮廓模型。
它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。
越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。
图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。
图9火焰模型 图10 火焰图片 图11 符合模型的火焰动态特征（频率）火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。
初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。
从图12中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ 。
这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。
图12 火焰外焰部分 图13 外焰运动存在一定频率除此之外，火焰的运动是有能量变化的。
燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。
这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。
图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。
与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。
图14 与火焰颜色接近图案的能量分布图15火焰的能量分布烟雾检测烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。
ABB火检课件
Fn, In, and ACn 是标准化值
第五部分
第五部分火焰浏览器软件 火焰浏览器软件
Flame ExplorerTM – 启动显示
Flame ExplorerTM – 组态显示
Flame ExplorerTM – 参数显示
Flame ExplorerTM – 单个趋势显示
Flame ExplorerTM – 四趋势显示
UvisorTM SF810i的安装
燃烧器 1
安装 火检探头 接头/电缆
燃烧器 2
燃烧器 N
硬接线接点和4-20 ma 至BMS I/O模件
燃烧器N+1
UvisorTM SF810i – 网络
燃烧器 1
安装 火检探头 接头/电缆
燃烧器 2
MODBUS or PROFIBUS DP-V1 网络1
UvisorTM SF810i – 特点
连续自检功能保证设备的完整性和火焰信号的真实性 4－20mA模拟输出和开关量输出 专利技术的燃料数据库结合自动调谐功能优化对火焰的辨别能力，信号准 确可靠 支持最多四套参数自动选择 多种调试手段，可以在现场也可以通过通讯远程完成 单只耗电仅3.6W（一用一备） 每台 100% 系统容量 (加上损失) 就地吸风式（带滤网） 自动的切换挡板隔离 风机控制 – 接受两路独立的交流电
Flame ExplorerTM 工程工具
基于Window操作系统 趋势及存档数据 保存和下装参数文件 UvisorTM 系列, SafeFlameTM 系列, SF810i and FAU810在一个软件包内 扩展的模件诊断
Flame Explorern b a c k c o n n e c o rs XM 1 -XM 2 ty p e P h T e m n a to n s o r i i t
火焰检测原理及应用(0404)PPT课件
④燃尽区，这时煤粉大部分燃烧完毕，形成飞灰，少数较大颗粒进行燃烧，最 后形成高温炉气流。其亮度和亮度变化频率较低。
对火焰的分区
燃料转换成温度极高的火焰的瞬变过程中，在某一固定区域其 辐射能量是按一定频率变化的，从观察者的角度则为火焰亮度 是闪烁的。炉膛火焰存在闪烁量，这是区别它与自然光和炉壁 结焦发光的一个重要特性，因此可以利用检测火焰的闪烁光强 存在与否来判断是否发生灭火事故。
紫外线 可见光
红外线
燃气火焰 炉墙ห้องสมุดไป่ตู้燃料火焰
炉膛火焰光按波段可分为紫外光、可见光和红外光。燃料品种 的不同，其火焰的频谱特性亦不同，煤粉火焰有丰富的可见光 、红外光和一定的紫外光；燃油火焰有丰富的可见光、红外光 和紫外光；燃气火焰有丰富的紫外光和一定的可见光、红外光 。同一燃料在不同的燃烧区，火焰的频谱特性亦有差异。
（二） 燃烧火焰的特征：
火焰的检测和诊断都需要对其各种特性进行研究，火焰的形状及 其辐射的各种能量是检测其存在及判断其稳定性的主要依据。
（1）辐射特性 锅炉使用的燃料主要有煤、油和可燃气体，这些燃料在燃烧过程 中会产生热辐射，所谓热辐射是指物体温度高于绝对零度时，由 于其内部带电粒子的热运动而向外发射的不同波长的电磁波。因 而热辐射具有与可见光等电磁波相似的特性，如以光速传播、服 从折射和反射定理等，热辐射在电磁波谱中所占的波段见图
二、火焰检测器的类型：
不同燃料应选择不同的火焰检测装置
紫外线火焰检测器：适用于气体燃料和轻油（暖炉油）燃料 由于紫外线检测器主要是检测燃料燃烧后所产生的紫外线，但在炉膛内有
大量的粉尘和烟雾，吸收了大量紫外线，影响了对燃烧火焰的观测，一般电厂 很少使用。 红外线火焰检测器：适用于检测油、煤粉、固体燃料 可见光火焰检测器：适用于检测重油、煤粉燃料 离子棒（火焰棒）火焰检测器：适用于检测气体燃烧
火检系统技术培训(最终)47页PPT
应用火焰监测的场合
• 四角切园布置直流燃烧器 •墙式布置旋流燃烧器 •低NOX燃烧器 •循环流化床 • 干燥炉 • 过程加热炉 • 废气燃烧炉 • 焚烧炉 •其它燃烧应用场合
燃料的分类
•燃料油（柴油，重油…) •燃料气体（天然气…） •煤粉 •可燃性固体物料 •H2S, CO…过程气体
IDD-II火焰检测器
性能参数：
▪ 安装：
1“NPT(M)管螺纹
▪ 外壳材料： 铸铝，电子元件封装其中
▪ 供电电源： 由放大器提供50VDC和12VDC
▪ 电气连结： 快装连接器，带1/2“电缆固定件
▪ 温度范围： -20 ℃ - 60℃ (最大可到83 ℃)
▪ 湿度范围： 0%-95%相对湿度，非凝结
110/220VAC,50/60Hz&12VA
▪ 输出继电器： SPDT(3)
▪ 最小采样周期：1.0秒
▪ 安装方式：
PM(盘装)，RM(架装)
▪ 重量：
2.5Kg(PM)
▪ 外形尺寸(PM)：262x207x102
火焰检测器的检测原理
火焰强度
火焰频谱
火检处理器 火检处理器
火焰检测器
闪烁频率
IDD-IIU火检检测流程
▪ 一定浓度下的燃料颗粒形成的这种脉 动性的爆燃，就称之为火焰闪烁。
▪ 不同燃料，在通过不同设计的燃烧器 进入锅炉中燃烧时，都有自己闪烁的 频率带宽。
▪ 火焰闪烁的频率一般在5Hz—200Hz之 间。
分体式火焰检测设备
分体式火检系统的构成
控制现场
系统间
锅炉
冷风系统
火检柜
DCS，CCS等 其它控制系统
炉膛内的火焰特性
火焰检测原理及应用
内部继电器常开触点断开
联锁继电器失电，锅 炉停炉
热注锅炉火焰监测器的作用及其联动保护
结论： 锅炉燃烧的基本要求是建立和保持稳定的燃烧火焰。燃烧不稳
定不仅会降低锅炉的热效率，而且会引起锅炉炉膛灭火，如处 理不当会引起锅炉爆燃，造成事故。为了能及时、可靠地检测 炉膛内的燃烧状况，防止低负荷不稳定燃烧工况下发生炉膛爆 燃事故，锅炉必须配备完善的炉膛安全监视系统，炉膛安全监 视系统的正常运行，是基于准确、可靠的火焰信号。火焰检测 器是重要的前端设备，它提供的信号准确与否，对炉膛安全监 视系统的正常运行与否起着决定必要的作用。
热注锅炉火焰监测器的作用及其联动保护
纳米 指光谱的波长 纳米是长度单位，原称毫微米，就是10^-9米（10亿分之一米
），即10^-6毫米（100万分之一毫米）。纳米科学与技术，有 时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料 的性质和应用。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具 备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳 米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳 米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比 表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特 有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
，部分放大输出，信号输入点火程序器。
作用：监测火焰内的紫外线信号，转换为电信号后传输给
点火程序器。
热注锅炉火焰监测器的作用及其联动保护
点火程序器(见图) 图6－13
工作原理：点火程序器BC7000是一种微机化智 能系统，其操作程序由配套的PM720程序模块来 决定,在点炉过程中具有程序自动操作、自动诊断 、发出讯号、状态显示等功能，运行稳定可靠。