火焰檢測器檢測原理

油、煤或氣體燃料的燃燒其實質(zhì)是燃料化學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個區(qū)域即預熱區(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確對準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至滿負荷運行的全過程，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，當發(fā)生全爐膛滅火或單元燃燒器熄火時，火焰檢測設(shè)備觸點準確動作發(fā)出報警，依靠FSSS系統(tǒng)連鎖功能，停止相應給粉機、磨煤機、燃油總閥或一次風機等的運行，防止爐膛內(nèi)積聚燃料，異常情況被點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)備運行的可靠性與檢測的準確性直接關(guān)系到機組的運行安全與穩(wěn)定性。

最早的火焰檢測器出現(xiàn)在上世紀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，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，利用兩個探測器的視線形成交叉點，將交叉點對準燃燒空間位置的中心點，兩個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)生的光強度和跳動的頻率進行判斷，對兩個參數(shù)的采集和分析，大大提高了系統(tǒng)判斷的準確性，應用比較多的有三星公司的IFM-IH型火焰檢測器。基于紅外線的火焰檢測器利用火焰燃燒時產(chǎn)生的紅外線來判斷，該類檢測器自發(fā)明以來，一直應用比較廣泛?；谧贤饩€的火焰檢測器同樣是利用火焰燃燒時產(chǎn)生的紫外線進行判斷，該類檢測器特對以原油為燃料燃燒的火焰檢測比較準確。以下對基于光能的三種類型的火焰檢測器進行介紹。

（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脈沖。紫外光敏管有二個電極，一般加交流高電壓。當輻射到電極上的紫外光線足夠強時，電極間就產(chǎn)生“雪崩”脈沖電流，其頻率與紫外光線強度有關(guān)，最高達幾千赫茲。滅火時則無脈沖。

（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，其光譜響應范圍在0.33~0.7nm之間?？梢姽饣鹧鏅z測器由探頭、機箱和冷卻設(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箱。在機箱中，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、強度檢測線路和故障檢測線路。強度檢測線路設(shè)有兩個不同的限值，即上限值和下限值。當火焰強度超過上限值時，強度燈亮，表示著火;當強度低于下限值時，強度燈滅，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(xiàn)故障，如光電管至機箱的電纜斷線，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，其光譜響應范圍在0.7~3.2nm之間。紅外光火焰檢測器也是由探頭、機箱和冷卻設(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箱，通過頻率響應開關(guān)和一個放大器后，再同一個參考電壓（可調(diào)）進行比較。

火焰檢測器基于圖像或視頻

隨著人們對光學及視頻采集技術(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)計中主要采用光學設(shè)備和CCD攝像機，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，在森林火災和室內(nèi)火災的預防上也有廣泛的應用價值。

當前國際國內(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：

（1）能夠與計算機進行基于Modbus總線的數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)遠程監(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/雙路繼電器保護系統(tǒng)運行安全；

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

（5）可以設(shè)定安全響應時間；

（6）人機界面友好，能通過按鍵和LED數(shù)碼管電路，實現(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施檢測提供了切入點：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)進行采集計算，并與待測火焰檢測器檢測的數(shù)據(jù)進行對比分析，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，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：燃氣、燃油火焰；

·電源：200/240V50/60HZ；

·火焰檢測：UC傳感器；

·響應時間：≤0.2秒；

·光譜響應范圍：190/280nm；

·檢測探頭與控制器連接電纜長度≤100米；

·防爆標志：ExdⅡBT4、ExdⅡCT6；

·防護等級：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氣火焰的檢測。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，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：燃氣火焰；

·電源：200/240V50/60HZ；

·火焰檢測：檢測電極；

·響應時間：≤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；

·防爆標志：ExdⅡBT4、ExdⅡCT6；

·防護等級：IP55,IP65；2100433B