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火焰检测原理判断火焰存在是否，拟设定一个强度阀值， 当辐射强度超过此阀值时认为火焰存在
4
炉膛火焰检测原理和方法
频率分布特性： 由于各种随机扰动的存在，火焰辐射强度是随时间变化的，它在平均光强上 下波动（闪烁），其频率为0-2000Hz。火焰辐射脉动频率与燃煤成分，风/煤 比，一、二次风率、风速等有关，根据脉动频率量值可以判断火焰的存在
7
炉膛火焰检测原理和方法
数字图像火焰检测 用CCD摄像机摄取火焰的图像，输出信号用计算机处 理。 方法：一般用棱镜或光纤将图像传至安装在锅炉外边 的摄像机，用计算机处理，在显示器上以火焰亮度分 布图等形式显示。 优点：这种系统灵敏度很高，操作使用方便，随着总 价格的日益降低，必将有更广泛的应用。
8
燃烧诊断
光谱分析诊断技术 煤粉火焰中波长为600-700nm的辐射能量与煤粉浓度间存在 正比关系。通过检测这一波段的辐射强度，可获得煤粉浓 度变化的信息，对锅炉燃烧状态进行诊断 火焰颜色分析的诊断技术 可对同一色光进行表色，确定火焰的色度坐标。不同色
度坐标反映不同的煤粉浓度、不同的燃料品质。 火焰色度坐标可作为风煤匹配是否恰当的诊断依据，火
炉膛火焰检测原理和方法
色度分布特性 根据国际表色方法对燃煤火焰的颜色进行定量计算
研究表明，煤粉火焰基本处于白色区域，但非纯白光， 三原色光谱略成黄绿兰。任何一个色光的表色系统都可 直观都可直观地反映燃烧状况。
在煤粉浓度较高时，火焰颜色略呈黄色，随着煤粉浓度 的降低，色度坐标减小，颜色从绿色过渡到兰色。
焰色度坐标变低，表明燃烧区的煤粉浓度低，不利于优 化燃烧
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火焰颜色分析的诊断技术
火焰颜色为橙黄色：表明氧气充足，火焰强度，充 分燃烧
煤粉浓度大时呈明亮的橙黄色 火焰颜色为兰色：表明氧气不足，燃烧不稳定，不
充分 煤粉浓度小时略呈兰色
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燃烧诊断
利用摄像法检测诊断技术 利用CCD相机可拍摄到火焰分布情况，通过火焰的形式和分 布，可以判断燃烧器的气流工况、煤粉气流的着火及燃烧 情况、炉膛的热偏差状况以及水冷壁有无结渣等诊断 频谱分析诊断技术 根据火焰的频谱分布特性的低频波动能量和燃烧稳定性
（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
3
炉膛火焰检测原理和方法
光谱分布特性 依据火焰的辐射强度来判断火焰是否存在
按检测所用光谱波段差异可分为紫外线、可见光、红外 线及全辐射火焰检测
1. 紫外线适于燃油锅炉检测 2. 红外线比较适合检测全炉膛火焰 3. 可见光及近红外线是应用较多的光谱区
差开关不能按理想整定点工作
14
第二节 各种火焰检测器的特点
试验表明：
利用火焰的声学和热量热性研制的检测器易受 锅炉其他热源和声源的干扰而难以准确使用， 不能满足大型发电设备对安全运行上的要求， 所以近年来主要采用了以下两种采用光电原理 的火焰检测系统
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第二节 各种火焰检测器的特点
光电管检测（可见光式火检）：
元件：在抽真空的玻璃泡内放置两个电极，阳极和具 有光敏面的阴极，如氧化铯光电管
优点：对可见光敏感，结构简单，特别适合监测整个 炉膛的火焰
缺点：炉墙的红外线会干扰其测量信号，光电管耐温 低，工作一段时间后灵敏度会降低
利用声电原理
优点：信号简单 缺点：受外界声源、噪声影响，易产生误动作
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第二节 各种火焰检测器的特点
利用热电原理
优点：造价低，结构简单 缺点：热电偶热惯性大，灵敏度差、寿命短、可靠
性差
利用火焰周围压力变化性原理
优点：方法简单，反应灵敏 缺点：要求微压差继电器盒差压变送器精度高，压
在煤粉稀薄时，色度坐标的反应也很灵敏。火焰的色度 坐标变低，意味燃料量不足，燃烧不稳定，甚至可能出 现灭火。
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炉膛火焰检测原理和方法
基于相关原理的火焰检测 两个光电探头呈一定角度安装，当二探头检测的相交 区域有火焰时，二探头会同时测到同区域相似的火焰 辐射信号，此时相关系数比较大； 当相交区域的火焰熄灭时，二探头测到的将是不同区 域的背景火焰或炉壁辐射信号，其接收的信号自然不 同，故相关系数有差异。 同样，任何火焰的漂移和不稳定都将导致相关系数的 降低。实践经验表明，相关系数>70%时可以认为火焰 正常。
的本质特性联系在全频范围内进行燃烧诊断，能获得更 详尽的反映燃烧工况的信息 燃烧不稳定时，低频波动能量变大，频谱中的交流分量 大大增加 燃烧稳定时，低频波动幅度变小，频谱中交流分量也小
11
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
12
第二节 各种火焰检测器的特点
利用火焰产生电动势原理
工作原理：火焰监测器内部安装有光电管，当光电管接收 到火焰信号后，内阻降低，电压升高，升高后的电压经过 功率放大，部分放大输出，信号输入点火程序器
优点：检测系统动作准确，灵敏 缺点：要求有高灵敏度的检流计，电极易烧坏和积碳
动力工程测试技术
现代测试专题（1）---火焰检测
杨荟楠 2013-10-21
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
火焰的频谱分布特性通过对火焰信号时间序列的FFT获得，得到稳定或不稳 定工况下的频谱分布图。火焰不稳定时，低频部分的能量增加较多，变化较 大。
经过大量实验分析，存在三个火焰基础闪烁频率的范围： 15-50 Hz 火焰正常 7-15 Hz 火焰不稳定 ≤7 Hz 火焰熄灭 我国运用较多的比较成功的FSSS系统（5 炉膛安全监控系统）是可见光双信号 火焰检测器（双信号---用火焰强度和火焰频率来综合判断火焰是否存在）
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炉膛火焰检测原理和方法
频率分布特性： 由于各种随机扰动的存在，火焰辐射强度是随时间变化的，它在平均光强上 下波动（闪烁），其频率为0-2000Hz。火焰辐射脉动频率与燃煤成分，风/煤 比，一、二次风率、风速等有关，根据脉动频率量值可以判断火焰的存在
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炉膛火焰检测原理和方法
数字图像火焰检测 用CCD摄像机摄取火焰的图像，输出信号用计算机处 理。 方法：一般用棱镜或光纤将图像传至安装在锅炉外边 的摄像机，用计算机处理，在显示器上以火焰亮度分 布图等形式显示。 优点：这种系统灵敏度很高，操作使用方便，随着总 价格的日益降低，必将有更广泛的应用。
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燃烧诊断
光谱分析诊断技术 煤粉火焰中波长为600-700nm的辐射能量与煤粉浓度间存在 正比关系。通过检测这一波段的辐射强度，可获得煤粉浓 度变化的信息，对锅炉燃烧状态进行诊断 火焰颜色分析的诊断技术 可对同一色光进行表色，确定火焰的色度坐标。不同色
度坐标反映不同的煤粉浓度、不同的燃料品质。 火焰色度坐标可作为风煤匹配是否恰当的诊断依据，火
炉膛火焰检测原理和方法
色度分布特性 根据国际表色方法对燃煤火焰的颜色进行定量计算
研究表明，煤粉火焰基本处于白色区域，但非纯白光， 三原色光谱略成黄绿兰。任何一个色光的表色系统都可 直观都可直观地反映燃烧状况。
在煤粉浓度较高时，火焰颜色略呈黄色，随着煤粉浓度 的降低，色度坐标减小，颜色从绿色过渡到兰色。
焰色度坐标变低，表明燃烧区的煤粉浓度低，不利于优 化燃烧
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火焰颜色分析的诊断技术
火焰颜色为橙黄色：表明氧气充足，火焰强度，充 分燃烧
煤粉浓度大时呈明亮的橙黄色 火焰颜色为兰色：表明氧气不足，燃烧不稳定，不
充分 煤粉浓度小时略呈兰色
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燃烧诊断
利用摄像法检测诊断技术 利用CCD相机可拍摄到火焰分布情况，通过火焰的形式和分 布，可以判断燃烧器的气流工况、煤粉气流的着火及燃烧 情况、炉膛的热偏差状况以及水冷壁有无结渣等诊断 频谱分析诊断技术 根据火焰的频谱分布特性的低频波动能量和燃烧稳定性
（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
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炉膛火焰检测原理和方法
光谱分布特性 依据火焰的辐射强度来判断火焰是否存在
按检测所用光谱波段差异可分为紫外线、可见光、红外 线及全辐射火焰检测
1. 紫外线适于燃油锅炉检测 2. 红外线比较适合检测全炉膛火焰 3. 可见光及近红外线是应用较多的光谱区
差开关不能按理想整定点工作
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第二节 各种火焰检测器的特点
试验表明：
利用火焰的声学和热量热性研制的检测器易受 锅炉其他热源和声源的干扰而难以准确使用， 不能满足大型发电设备对安全运行上的要求， 所以近年来主要采用了以下两种采用光电原理 的火焰检测系统
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第二节 各种火焰检测器的特点
光电管检测（可见光式火检）：
元件：在抽真空的玻璃泡内放置两个电极，阳极和具 有光敏面的阴极，如氧化铯光电管
优点：对可见光敏感，结构简单，特别适合监测整个 炉膛的火焰
缺点：炉墙的红外线会干扰其测量信号，光电管耐温 低，工作一段时间后灵敏度会降低
利用声电原理
优点：信号简单 缺点：受外界声源、噪声影响，易产生误动作
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第二节 各种火焰检测器的特点
利用热电原理
优点：造价低，结构简单 缺点：热电偶热惯性大，灵敏度差、寿命短、可靠
性差
利用火焰周围压力变化性原理
优点：方法简单，反应灵敏 缺点：要求微压差继电器盒差压变送器精度高，压
在煤粉稀薄时，色度坐标的反应也很灵敏。火焰的色度 坐标变低，意味燃料量不足，燃烧不稳定，甚至可能出 现灭火。
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炉膛火焰检测原理和方法
基于相关原理的火焰检测 两个光电探头呈一定角度安装，当二探头检测的相交 区域有火焰时，二探头会同时测到同区域相似的火焰 辐射信号，此时相关系数比较大； 当相交区域的火焰熄灭时，二探头测到的将是不同区 域的背景火焰或炉壁辐射信号，其接收的信号自然不 同，故相关系数有差异。 同样，任何火焰的漂移和不稳定都将导致相关系数的 降低。实践经验表明，相关系数>70%时可以认为火焰 正常。
的本质特性联系在全频范围内进行燃烧诊断，能获得更 详尽的反映燃烧工况的信息 燃烧不稳定时，低频波动能量变大，频谱中的交流分量 大大增加 燃烧稳定时，低频波动幅度变小，频谱中交流分量也小
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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
12
第二节 各种火焰检测器的特点
利用火焰产生电动势原理
工作原理：火焰监测器内部安装有光电管，当光电管接收 到火焰信号后，内阻降低，电压升高，升高后的电压经过 功率放大，部分放大输出，信号输入点火程序器
优点：检测系统动作准确，灵敏 缺点：要求有高灵敏度的检流计，电极易烧坏和积碳
动力工程测试技术
现代测试专题（1）---火焰检测
杨荟楠 2013-10-21
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
火焰的频谱分布特性通过对火焰信号时间序列的FFT获得，得到稳定或不稳 定工况下的频谱分布图。火焰不稳定时，低频部分的能量增加较多，变化较 大。
经过大量实验分析，存在三个火焰基础闪烁频率的范围： 15-50 Hz 火焰正常 7-15 Hz 火焰不稳定 ≤7 Hz 火焰熄灭 我国运用较多的比较成功的FSSS系统（5 炉膛安全监控系统）是可见光双信号 火焰检测器（双信号---用火焰强度和火焰频率来综合判断火焰是否存在）