火焰检测原理及应用
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燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
光敏电阻检测(红外线或紫外线式火检) 元件：由铊、镉、铅等的硒化物制成， 和具有光敏面的阴极，如氧化铯光电管。 优点：对红外线、可见光敏感，结构简单，灵敏 度高，可靠性强。 缺点：会受高温耐火墙射出红外线干扰。
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
结论
采用什么原理实现对火焰检测是表征火焰检测器性能的重 要条件之一，但火焰检测器性能的优劣还需从多方面综合考虑， 譬如探讨定为的难易程度、维护检修方便与否、设备的运行可靠 性，特别还有设备是否需要经常更换元器件等多种因素。 燃煤锅炉火焰检测技术的关键是提高单只燃烧器火焰检测 器的可靠性，以及对所监视的燃烧器与相邻或相对燃烧器火焰 间的有效识别，所以在接下来的讨论中将探讨如何实现火嘴的 “一对一”检测以及如何有效防治“偷看”问题。
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
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红外线和紫外线感测器
硫化铅(PbS)感测器：是一种硫化铅光敏电阻， 其特点是对红外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时 ，由化学反应产生红外线辐射，使硫化铅光敏电 阻感应，转变成电信号 磷化镓(GaP)感测器，是一种磷化镓光敏电阻， 其特点是对紫外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时 ，由化学反应产生紫外线辐射，使磷化钾光敏电 阻感应，转变成电信号
火焰检测产品
可见光式： COEN公司的ISCAN火焰检测器，一体化结构，光谱灵敏范 围350nm- 700nm ABB CE Safe Scan 火焰检测器，分体式结构，光谱灵敏范围 400nm-700 nm
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利用火焰产生电动势原理 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。 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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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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火焰检测器的选型
检测系统的物理结构： 分体式：火检探头安装在燃烧器上，放大器安装在机柜内置 于电子间 优点： 探头对环境适应性强，调试便捷。
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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，特别适合监视 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。
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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：要求微压差继电器和差压变送器精读高， 压差开关不能按理想整定点工作。
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火焰检测原理及应用
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王亚君
历史： 历史：
30多年前ABB生产了世界上第一套可见光火检 上世纪80年代，逐渐发展为利用光谱中的射线检测 火焰 到90年代末期，新型智能化火焰检测系统
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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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火焰检测产品
红(紫)外线式： ABB公司的UVISOR智能火焰检测系统，分体式结构，光谱 灵敏范围紫外190nm- 550nm，红外600nm- 3000nm FORNEY公司的IDD火焰检测器，分体式结构，灵敏范围紫 外300nm- 500nm，红外700nm- 1700nm
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对火焰的分区
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火焰闪烁频率和强度的关系
闪烁频率与辐射强度之间的关系取决于燃烧器结构布置、 检测方法、燃料种类、燃烧器的运行条件(如燃料与空气比、 一次风速)、以及观察角度等因素。一般来说： 火焰闪烁频率在火焰的初始燃烧区较高，然后向燃尽区依次 降低； 检测器距火焰初始燃烧区越近，检测到的高频成分(80～ 300Hz)越强； 检测器探头视角相对狭窄(6～12°)被检测的火焰信号越 真实。
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炉膛辐射光谱： 炉膛辐射光谱：
紫外线 可见光 红外线
燃气火焰
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炉墙和燃料火焰
燃烧火焰的光谱： 燃烧火焰的光谱：
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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； 第四段为燃尽区，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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智能火检的检测方法
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火焰检测器的选型
检测系统的物理结构： 一体化式：火检探头和放大器集成在一起，安装在燃烧器上 优点：结构简单，节约空间 缺点：对现场恶劣环境适应性不强，就地温度、湿度和噪 音等因素直接影其正常运行；维护成本高，无论是 探头或放大器损坏都要一起更换；调试不便，要到 就地或通过手操器调试。
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对火焰的分区
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对火焰的分区
根据燃烧器火焰的形状，我们人为地将其分为四部 分：从喉口开始依次为黑龙区、初始燃烧区、燃烧区和 燃尽区。 从一次风口喷射出的第一段是一股暗黑色的煤粉和 一次风的混合物流，我们称其为黑龙区，其辐射强度和 闪烁频率都很低； 第二段是初始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰 回流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成亮点流， 此段的特点是这部分煤粉燃烧亮度不是很大，但其闪烁 频率却达到最大值，往往可以在100Hz以上；
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火焰的脉动现象及其特性
对煤粉燃烧器而言，在燃烧器喷口处，一次风和煤粉的混 合物形成紊流，使燃烧火焰产生无规律的波动，瞬间波动的幅 值也不尽相同，我们称其为火焰的脉动现象，也就是通常说火 焰的闪烁，它具有以下主要特性： 火焰的闪烁频率是火焰燃烧的重要特征，也是判断有火无火 的重要依据； 混合物在气流震动越强时燃烧反应速度越快，燃烧火焰的闪 烁频率也越高； 距离燃烧火焰越近，闪烁频率越高； 不同的燃料，闪烁频率不同，油燃烧火焰闪烁频率高于煤 火焰。
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燃烧火焰的特征： 燃烧火焰的特征：
发热程度 电离状态 差压、音响 火焰不同部位的辐射 红外线、可见光、紫外线 光谱及火焰的脉动或闪烁现象
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
光敏电阻检测(红外线或紫外线式火检) 元件：由铊、镉、铅等的硒化物制成， 和具有光敏面的阴极，如氧化铯光电管。 优点：对红外线、可见光敏感，结构简单，灵敏 度高，可靠性强。 缺点：会受高温耐火墙射出红外线干扰。
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结论
采用什么原理实现对火焰检测是表征火焰检测器性能的重 要条件之一，但火焰检测器性能的优劣还需从多方面综合考虑， 譬如探讨定为的难易程度、维护检修方便与否、设备的运行可靠 性，特别还有设备是否需要经常更换元器件等多种因素。 燃煤锅炉火焰检测技术的关键是提高单只燃烧器火焰检测 器的可靠性，以及对所监视的燃烧器与相邻或相对燃烧器火焰 间的有效识别，所以在接下来的讨论中将探讨如何实现火嘴的 “一对一”检测以及如何有效防治“偷看”问题。
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红外线和紫外线感测器
硫化铅(PbS)感测器：是一种硫化铅光敏电阻， 其特点是对红外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时 ，由化学反应产生红外线辐射，使硫化铅光敏电 阻感应，转变成电信号 磷化镓(GaP)感测器，是一种磷化镓光敏电阻， 其特点是对紫外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时 ，由化学反应产生紫外线辐射，使磷化钾光敏电 阻感应，转变成电信号
火焰检测产品
可见光式： COEN公司的ISCAN火焰检测器，一体化结构，光谱灵敏范 围350nm- 700nm ABB CE Safe Scan 火焰检测器，分体式结构，光谱灵敏范围 400nm-700 nm
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利用火焰产生电动势原理 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。 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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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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火焰检测器的选型
检测系统的物理结构： 分体式：火检探头安装在燃烧器上，放大器安装在机柜内置 于电子间 优点： 探头对环境适应性强，调试便捷。
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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，特别适合监视 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。
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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：要求微压差继电器和差压变送器精读高， 压差开关不能按理想整定点工作。
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火焰检测原理及应用
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历史： 历史：
30多年前ABB生产了世界上第一套可见光火检 上世纪80年代，逐渐发展为利用光谱中的射线检测 火焰 到90年代末期，新型智能化火焰检测系统
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
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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火焰检测产品
红(紫)外线式： ABB公司的UVISOR智能火焰检测系统，分体式结构，光谱 灵敏范围紫外190nm- 550nm，红外600nm- 3000nm FORNEY公司的IDD火焰检测器，分体式结构，灵敏范围紫 外300nm- 500nm，红外700nm- 1700nm
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对火焰的分区
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火焰闪烁频率和强度的关系
闪烁频率与辐射强度之间的关系取决于燃烧器结构布置、 检测方法、燃料种类、燃烧器的运行条件(如燃料与空气比、 一次风速)、以及观察角度等因素。一般来说： 火焰闪烁频率在火焰的初始燃烧区较高，然后向燃尽区依次 降低； 检测器距火焰初始燃烧区越近，检测到的高频成分(80～ 300Hz)越强； 检测器探头视角相对狭窄(6～12°)被检测的火焰信号越 真实。
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炉膛辐射光谱： 炉膛辐射光谱：
紫外线 可见光 红外线
燃气火焰
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炉墙和燃料火焰
燃烧火焰的光谱： 燃烧火焰的光谱：
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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； 第四段为燃尽区，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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智能火检的检测方法
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火焰检测器的选型
检测系统的物理结构： 一体化式：火检探头和放大器集成在一起，安装在燃烧器上 优点：结构简单，节约空间 缺点：对现场恶劣环境适应性不强，就地温度、湿度和噪 音等因素直接影其正常运行；维护成本高，无论是 探头或放大器损坏都要一起更换；调试不便，要到 就地或通过手操器调试。
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对火焰的分区
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对火焰的分区
根据燃烧器火焰的形状，我们人为地将其分为四部 分：从喉口开始依次为黑龙区、初始燃烧区、燃烧区和 燃尽区。 从一次风口喷射出的第一段是一股暗黑色的煤粉和 一次风的混合物流，我们称其为黑龙区，其辐射强度和 闪烁频率都很低； 第二段是初始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰 回流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成亮点流， 此段的特点是这部分煤粉燃烧亮度不是很大，但其闪烁 频率却达到最大值，往往可以在100Hz以上；
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火焰的脉动现象及其特性
对煤粉燃烧器而言，在燃烧器喷口处，一次风和煤粉的混 合物形成紊流，使燃烧火焰产生无规律的波动，瞬间波动的幅 值也不尽相同，我们称其为火焰的脉动现象，也就是通常说火 焰的闪烁，它具有以下主要特性： 火焰的闪烁频率是火焰燃烧的重要特征，也是判断有火无火 的重要依据； 混合物在气流震动越强时燃烧反应速度越快，燃烧火焰的闪 烁频率也越高； 距离燃烧火焰越近，闪烁频率越高； 不同的燃料，闪烁频率不同，油燃烧火焰闪烁频率高于煤 火焰。
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燃烧火焰的特征： 燃烧火焰的特征：
发热程度 电离状态 差压、音响 火焰不同部位的辐射 红外线、可见光、紫外线 光谱及火焰的脉动或闪烁现象
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各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：