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一、概述

對于大型煤粉鍋爐，爐膛燃燒火焰的穩定與否，是保證鍋爐安全和經(jīng)濟運行的重要條件。當鍋爐燃燒不穩或操作不當時(shí)，會(huì )引起部分或全部煤粉燃燒器熄滅，不僅降低了鍋爐熱效率，同時(shí)還產(chǎn)生了污染和噪聲。若繼續向燃燒器提供煤粉，會(huì )引起煤粉在爐膛內的堆積進(jìn)而產(chǎn)生爆燃現象，這將嚴重威脅鍋爐爐膛設備的安全和使用壽命。為了防止爆燃現象發(fā)生，必須對爐膛內的火焰進(jìn)行切實(shí)有效的檢測。

火焰探測器是爐膛安全監視系統(FSSS)的“眼睛”，用來(lái)觀(guān)察爐膛是否有火焰。目前，火焰探測器已從普通光學(xué)檢測器(紫外火焰探測器、可見(jiàn)光火焰探測器和紅外火焰探測器)發(fā)展到了火焰圖像檢測器。

二、火焰探測器的分類(lèi)

2.1紫外火焰探測器

紫外火焰探測器采用紫外光敏管作為傳感元件，其光譜范圍在0.006~0.4μm之間。紫外光敏管是一種固態(tài)脈沖器件，其發(fā)出的信號是自身脈沖頻率與紫外輻射頻率成正比例的隨機脈沖。紫外光敏管有二個(gè)電極，一般加交流高電壓。當輻射到電極上的紫外光線(xiàn)足夠強時(shí)，電極間就產(chǎn)生“雪崩”脈沖電流，其頻率與紫外光線(xiàn)強度有關(guān)，高達幾千赫茲。滅火時(shí)則無(wú)脈沖。

2.2可見(jiàn)光火焰探測器

可見(jiàn)光火焰探測器采用光電二極管作為傳感元件，其光譜響應范圍在0.33~0.7m之間.可見(jiàn)光火焰探測器由探頭、機箱和冷卻設備等部分組成。爐膛火焰中的可見(jiàn)光穿過(guò)探頭端部的透鏡，經(jīng)由光導纖維到達探頭小室，照到光電二極管上。

該光電二極管將可見(jiàn)光信號轉換為電流信號，經(jīng)由對數放大器轉換為電壓信號。對數放大器輸出的電壓信號再經(jīng)過(guò)傳輸放大器轉換成電流信號。然后通過(guò)屏蔽電纜傳輸至機箱。在機箱中，電流信號又被轉換為電壓信號。代表火焰的電壓信號分別被送到頻率檢測線(xiàn)路、強度檢測線(xiàn)路和故障檢測線(xiàn)路。強度檢測線(xiàn)路設有兩個(gè)不同的限值，即上限值和下限值。當火焰強度超過(guò)上限值時(shí)，強度燈亮，表示著(zhù)火;當強度低于下限值時(shí)，強度燈滅，表示滅火。

頻率檢測線(xiàn)路用來(lái)檢測爐膛火焰閃爍頻率，它根據火焰閃爍的頻率是高于還是低于設定頻率，可正確判斷爐膛有無(wú)火焰。故障檢測線(xiàn)路也有兩個(gè)限值，在正常的情況下，其值保持在上、下限值之間。一旦機箱的信號輸入回路出現故障，如光電管至機箱的電纜斷線(xiàn)，則上述電壓信號立刻偏離正常范圍，從而發(fā)出故障報警信號。

2.3紅外火焰探測器

紅外火焰探測器采用硫化鉛或硫化鎘光敏電阻作為傳感元件，其光譜響應范圍在0.7~3.2μm之間。紅外火焰探測器也是由探頭、機箱和冷卻設備組成。燃燒器火焰的一次燃燒區域所產(chǎn)生的紅外輻射，經(jīng)由光導纖維送到探頭，通過(guò)探頭中的光敏電阻轉換成電信號，再由放大器放大。該火焰信號由屏蔽電纜送到機箱，通過(guò)頻率響應開(kāi)關(guān)和一個(gè)放大器后，再同一個(gè)參考電壓(可調)進(jìn)行比較。

若火焰信號大于參考信號，則將對應的觸發(fā)器置“1”，觸發(fā)器輸出信號被送至火焰檢測線(xiàn)路，使機箱內紅色火焰指示燈發(fā)亮(表示著(zhù)火)。反之，如果探頭沒(méi)有檢測到火焰，則起動(dòng)一個(gè)3.5s的定時(shí)器，當3.5s過(guò)后，即將上述觸發(fā)器置“0”，觸發(fā)器輸出信號被送至火焰檢測線(xiàn)路，使機箱內的紅色火焰指示燈熄滅(表示滅火)。

2.4火焰圖像檢測器

火焰圖像檢測器是20世紀80年代出現的一種新產(chǎn)品?；鹧鎴D像檢測器主要由傳像光纖、攝像機(簡(jiǎn)稱(chēng)CCD)、視頻輸入處理器、圖像存儲器和計算機組成。

帶有冷卻風(fēng)的傳像光纖伸入爐膛(四角布置，以層為單位進(jìn)行火焰檢測)，將所檢測的燃燒器火焰圖像以光信號的形式傳到攝像機的靶面上，攝像機再將圖像轉換為標準的模擬視頻信號，并通過(guò)視頻電纜傳給視頻輸入處理器。視頻輸入處理器將模擬視頻信號經(jīng)MD(模擬量/數字量)轉換，變成數字圖像存儲于圖像存儲器中。

計算機則將圖像存儲器中數字化的圖像信息按照一定的著(zhù)火判據進(jìn)行計算，從而得出燃燒器火焰的有或無(wú)(0N/OFF)信號，并將其送至FSSS。

三、火焰探測器的應用

目前，在火電廠(chǎng)應用的火焰探測器主要有美國FOR-NEY公司IDD-Ⅱ型火焰探測器、美國CE公司的SAFESCANI型和Ⅱ型火焰探測器、美國B(niǎo)ALLEY公司的BMS型火焰探測器(系統)、日本三菱公司的OPTIS型火焰圖像檢測器和芬蘭的DIMAC型火焰圖像檢測器。

紫外火焰探測器的優(yōu)點(diǎn)是報警靈敏度高。在鍋爐(或燃燒器)低負荷運行時(shí)，火焰呈現明顯的閃動(dòng)或發(fā)暗，此時(shí)紫外線(xiàn)強度大大減弱，導致檢測器的報警繼電器動(dòng)作(誤報)，又由于紫外線(xiàn)輻射會(huì )被油霧、水蒸汽、煤塵及燃燒副產(chǎn)品所吸收，所以，燃煤式鍋爐在配風(fēng)失調工況(或低負荷)下，用紫外火焰探測器進(jìn)行火焰檢測是不可靠的。從20世紀70年代末期開(kāi)始，這種檢測器在煤粉爐上的應用日趨減少。

由于紅外光輻射的波長(cháng)較長(cháng)，所以不易被煙、飛灰或CO2所吸收，因此，紅外火焰探測器在鍋爐低負荷運行時(shí)比紫外火焰探測器工作穩定，對探頭的安裝位置和方向的要求也不像其它類(lèi)型檢測器那樣苛刻。目前，這種火焰探測器在火電廠(chǎng)的鍋爐上廣泛應用。

可見(jiàn)光火焰探測器的特點(diǎn)是極其類(lèi)似人的眼睛的光譜響應。由于這種檢測器采用了光導纖維將火焰的可見(jiàn)光傳輸到探頭中的對數放大器，而光導纖維的形狀可以任意彎曲，使得探頭不必直接對準火焰，這樣有利于延長(cháng)探頭的工作壽命。目前，這種火焰探測器也正在火電廠(chǎng)的鍋爐上廣泛應用。

普通光學(xué)檢測器僅依靠一個(gè)光敏元件收集火焰特征區的平均光強，所獲信息量的局限性經(jīng)常導致作為前景的火焰和背景無(wú)法有效分辨。普通光學(xué)檢測器探頭的視野范圍很小，在火焰波動(dòng)較大(鍋爐低負荷運行)時(shí)會(huì )誤報爐膛滅火。