火焰檢測器

油、煤或氣體燃料的燃燒其實(shí)質(zhì)是燃料化學(xué)能以電磁波的形式釋放，燃燒器火焰一般都能發(fā)射幾乎連續(xù)的發(fā)光光譜，其發(fā)射源是燃燒過程中生成的高溫炭素微粒子、微粉炭粒子群和氣體等，不同的燃料燃燒過程中的中間產(chǎn)物不完全相同或中間產(chǎn)物的所占比例各不相同，不同的燃燒中間產(chǎn)物所發(fā)射的光譜不完全一樣，這是選擇不同類型火焰檢測器依據(jù)，C₂發(fā)射可見光（發(fā)射波長為473.7納米左右）、CH化合物發(fā)射紫外到藍(lán)光區(qū)波段的光譜、炭素粒子群發(fā)射紅光區(qū)光譜、CO₂、H₂O和SO₂等三原子氣體發(fā)射紅外光，不同燃料的光譜分布特性是油火焰含有大量的紅外線、部分可見光、和少量紫外線，煤粉火焰含有少量紫外線、豐富的可見光和少量紅外線。氣體火焰有豐富的紫外線、紅外線和較少的可見光，而且對于單只燃燒器火焰，其輻射光譜沿火焰軸線分布是有規(guī)律的，例如煤粉鍋爐中煤粉燃燒器沿軸線從里至外分為4個(gè)區(qū)域即預(yù)熱區(qū)、初始燃燒區(qū)、安全燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，在初始燃燒區(qū)不但可見光較豐富而且能量輻射率變化聚烈，因此火焰檢測探頭準(zhǔn)確對準(zhǔn)燃燒器的初始燃燒區(qū)是最佳選擇。

火焰檢測設(shè)備是火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）中的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用貫穿于從鍋爐啟動(dòng)至滿負(fù)荷運(yùn)行的全過程，用于判定全爐膛內(nèi)或單元燃燒器火焰的建立/熄滅或有火與無火，當(dāng)發(fā)生全爐膛滅火或單元燃燒器熄火時(shí)，火焰檢測設(shè)備觸點(diǎn)準(zhǔn)確動(dòng)作發(fā)出報(bào)警，依靠FSSS系統(tǒng)連鎖功能，停止相應(yīng)給粉機(jī)、磨煤機(jī)、燃油總閥或一次風(fēng)機(jī)等的運(yùn)行，防止?fàn)t膛內(nèi)積聚燃料，異常情況被點(diǎn)燃引起鍋爐爆炸惡性事故的發(fā)生，因此設(shè)備性能即設(shè)備運(yùn)行的可靠性與檢測的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到機(jī)組的運(yùn)行安全與穩(wěn)定性。

最早的火焰檢測器出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代，60年代國外首先研制出了紫外線火焰檢測器，70年代開始，國外陸續(xù)出現(xiàn)了檢測火焰燃燒時(shí)釋放紅外線和可見光的火焰檢測器，80年代又出現(xiàn)了基于圖像、視頻的鍋爐燃燒監(jiān)控裝置，后來又有了組合探頭（紅外線、紫外線）的火焰檢測器。發(fā)展至今，火焰檢測器的檢測辨別能力越來越強(qiáng)，檢測也不斷趨于智能化。

火焰檢測器發(fā)展到現(xiàn)在，其檢測的內(nèi)容主要包括火焰信息的光能、熱能、圖像，不同的只是檢測的原理，根據(jù)檢測的原理可以將火焰檢測器分為以下幾種。

火焰檢測器基于相關(guān)原理

基于相關(guān)原理的火焰檢測器最早由英國的Land Combustion公司推出，在確定火焰燃燒的三維空間位置的基礎(chǔ)上，利用兩個(gè)探測器的視線形成交叉點(diǎn)，將交叉點(diǎn)對準(zhǔn)燃燒空間位置的中心點(diǎn)，兩個(gè)探測器采集到的火焰信號始終保持一致，結(jié)合相關(guān)理論，根據(jù)相關(guān)系數(shù)大小判斷火焰燃燒情況。

火焰檢測器基于光能

基于光能的火焰檢測器應(yīng)用比較廣泛，主要包括基于可見光、紅外線以及紫外線檢測的火焰檢測器，其原理就是利用火焰燃燒發(fā)出的光能來進(jìn)行檢測的，一般使用光電元器件作為采集裝置，將光能信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過處理后判斷爐膛的燃燒狀況。

基于可見光的火焰檢測器利用火焰產(chǎn)生的光強(qiáng)度和跳動(dòng)的頻率進(jìn)行判斷，對兩個(gè)參數(shù)的采集和分析，大大提高了系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確性，應(yīng)用比較多的有三星公司的IFM-IH型火焰檢測器?；诩t外線的火焰檢測器利用火焰燃燒時(shí)產(chǎn)生的紅外線來判斷，該類檢測器自發(fā)明以來，一直應(yīng)用比較廣泛?；谧贤饩€的火焰檢測器同樣是利用火焰燃燒時(shí)產(chǎn)生的紫外線進(jìn)行判斷，該類檢測器特對以原油為燃料燃燒的火焰檢測比較準(zhǔn)確。以下對基于光能的三種類型的火焰檢測器進(jìn)行介紹。

（1）紫外光型

紫外光火焰檢測器采用紫外光敏管作為傳感元件，其光譜范圍在0.006~0.4nm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(jī)脈沖。紫外光敏管有二個(gè)電極，一般加交流高電壓。當(dāng)輻射到電極上的紫外光線足夠強(qiáng)時(shí)，電極間就產(chǎn)生“雪崩”脈沖電流，其頻率與紫外光線強(qiáng)度有關(guān)，最高達(dá)幾千赫茲。滅火時(shí)則無脈沖。

（2）可見光型

可見光火焰檢測器采用光電二極管作為傳感元件，其光譜響應(yīng)范圍在0.33~0.7nm之間?？梢姽饣鹧鏅z測器由探頭、機(jī)箱和冷卻設(shè)備等部分組成。爐膛火焰中的可見光穿過探頭端部的透鏡，經(jīng)由光導(dǎo)纖維到達(dá)探頭小室，照到光電二極管上。

該光電二極管將可見光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)由對數(shù)放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號。對數(shù)放大器輸出的電壓信號再經(jīng)過傳輸放大器轉(zhuǎn)換成電流信號。然后通過屏蔽電纜傳輸至機(jī)箱。在機(jī)箱中，電流信號又被轉(zhuǎn)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路、強(qiáng)度檢測線路和故障檢測線路。強(qiáng)度檢測線路設(shè)有兩個(gè)不同的限值，即上限值和下限值。當(dāng)火焰強(qiáng)度超過上限值時(shí)，強(qiáng)度燈亮，表示著火;當(dāng)強(qiáng)度低于下限值時(shí)，強(qiáng)度燈滅，表示滅火。

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

（3）紅外光型

紅外光火焰檢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(yīng)范圍在0.7~3.2nm之間。紅外光火焰檢測器也是由探頭、機(jī)箱和冷卻設(shè)備組成。燃燒器火焰的一次燃燒區(qū)域所產(chǎn)生的紅外輻射，經(jīng)由光導(dǎo)纖維送到探頭，通過探頭中的光敏電阻轉(zhuǎn)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(jī)箱，通過頻率響應(yīng)開關(guān)和一個(gè)放大器后，再同一個(gè)參考電壓（可調(diào)）進(jìn)行比較。

火焰檢測器基于圖像或視頻

隨著人們對光學(xué)及視頻采集技術(shù)和圖像分析技術(shù)掌握的日漸成熟，這類火焰檢測器的研究越來越多，并且使用范圍廣，設(shè)計(jì)中主要采用光學(xué)設(shè)備和CCD攝像機(jī)，分析采集的火焰圖像灰度、火焰燃燒輪廓大小等參數(shù)，并能利用圖像處理辦法去除干擾，經(jīng)過處理可以對火焰燃燒情況做出判斷。該類檢測器不僅可檢測爐膛內(nèi)的燃燒情況，在森林火災(zāi)和室內(nèi)火災(zāi)的預(yù)防上也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前國際國內(nèi)使用比較廣泛，研究比較多的火焰檢測器的主要功能都有相似之處，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行基于Modbus總線的數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控操作和聯(lián)網(wǎng)管理；

（2）利用傳感器元件采集火焰信號，提供給系統(tǒng)進(jìn)行分析處理；

（3）針對火焰/故障狀態(tài)，采用單路/雙路繼電器保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行安全；

（4）能將火焰信息及繼電器狀態(tài)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至上位機(jī)，供工作人員查看；

（5）可以設(shè)定安全響應(yīng)時(shí)間；

（6）人機(jī)界面友好，能通過按鍵和LED數(shù)碼管電路，實(shí)現(xiàn)查看、設(shè)置各種檢測參數(shù)，采用LED燈和數(shù)碼管顯示系統(tǒng)狀態(tài)和火焰狀態(tài)。

火焰檢測器的這些特性為實(shí)施檢測提供了切入點(diǎn)：模擬爐膛火焰的燃燒狀態(tài)提供給待測火焰檢測器，對火焰檢測器輸出的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集計(jì)算，并與待測火焰檢測器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以對火焰檢測器的性能參數(shù)及質(zhì)量狀況進(jìn)行判斷。

西安中慧熱工：防爆型紫外線火焰檢測器

FBZ-202防爆型紫外線火焰檢測器，主要用于石化、油田防爆場所各種加熱爐的火焰檢測。檢測器與探頭采用本安型與隔爆型相結(jié)合，即使在探頭與控制器之間的連接電纜短路時(shí)，也不會產(chǎn)生電火花和輸出虛假火焰信號。

FBZ-202防爆型紫外線火焰檢測器

·適用范圍：

爆炸性氣體混合物危險(xiǎn)場所：1區(qū)、2區(qū)；

FBZ-202防爆型紫外線火焰檢測器

爆炸性氣體混合物：ⅡA、ⅡB；

·檢測對象：燃?xì)狻⑷加突鹧妫?

·電源：200/240V50/60HZ；

·火焰檢測：UC傳感器；

·響應(yīng)時(shí)間：≤0.2秒；

·光譜響應(yīng)范圍：190/280nm；

·檢測探頭與控制器連接電纜長度≤100米；

·防爆標(biāo)志：ExdⅡBT4、ExdⅡCT6；

·防護(hù)等級：IP55,IP65；2100433B

FBD-204防爆型電離式火焰檢測器

FBD-204防爆型電離式火焰檢測器，主要用于石化、油田防爆場所各種加熱爐燃?xì)饣鹧娴臋z測。檢測器與探頭采用本安型與隔爆型相結(jié)合，即使在探頭與控制器之間的連接電纜短路時(shí)，也不會產(chǎn)生電火花和輸出虛假火焰信號。

FBD-204防爆型離子式火焰檢測器

·適用范圍：

爆炸性氣體混合物危險(xiǎn)場所：1區(qū)、2區(qū)；

防爆型火焰檢測器（紫外、電離）系列

爆炸性氣體混合物：ⅡA、ⅡB；

·檢測對象：燃?xì)饣鹧妫?

·電源：200/240V50/60HZ；

·火焰檢測：檢測電極；

·響應(yīng)時(shí)間：≤0.2秒；

·探頭使用溫度：長期1300℃；

·檢測探頭與控制器連接電纜長度≤50米；

·防爆標(biāo)志：ExdⅡBT4、ExdⅡCT6；

·防護(hù)等級：IP55,IP65；2100433B