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火焰探測器的應用及原理
來源：北京消防改造 時間：2020-03-12 16:14:18
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濟運行的重要條件。當鍋爐燃燒不穩或操作不當時，會引起部分或全部煤粉燃燒器熄滅，不僅降低了鍋爐熱效率，同時還產生了污染和噪聲。若繼續向燃燒器提供煤粉，會引起煤粉在爐膛內的堆積進而產生爆燃現象，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生，必須對爐膛內的火焰進行切實有效的檢測。
火焰探測器是爐膛安全監視系統(FSSS)的“眼睛”，用來觀察爐膛是否有火焰。目前，火焰探測器已從普通光學檢測器(紫外火焰探測器、可見光火焰探測器和紅外火焰探測器)發展到了火焰圖像檢測器。
二、火焰探測器的分類
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脈沖器件，其發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，電極間就產生“雪崩”脈沖電流，其頻率與紫外光線強度有關，高達幾千赫茲。滅火時則無脈沖。
2.2可見光火焰探測器
可見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。爐膛火焰中的可見光穿過探頭端部的透鏡，經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換為電流信號，經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過傳輸放大器轉換成電流信號。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生的紅外輻射，經由光導纖維送到探頭，通過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，通過頻率響應開關和一個放大器后，再同一個參考電壓(可調)進行比較。
若火焰信號大于參考信號，則將對應的觸發器置“1”，觸發器輸出信號被送至火焰檢測線路，使機箱內紅色火焰指示燈發亮(表示著火)。反之，如果探頭沒有檢測到火焰，則起動一個3.5s的定時器，當3.5s過后，即將上述觸發器置“0”，觸發器輸出信號被送至火焰檢測線路，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品。火焰圖像檢測器主要由傳像光纖、攝像機(簡稱CCD)、視頻輸入處理器、圖像存儲器和計算機組成。
帶有冷卻風的傳像光纖伸入爐膛(四角布置，以層為單位進行火焰檢測)，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火判據進行計算，從而得出燃燒器火焰的有或無(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BALLEY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點是報警靈敏度高。在鍋爐(或燃燒器)低負荷運行時，火焰呈現明顯的閃動或發暗，此時紫外線強度大大減弱，導致檢測器的報警繼電器動作(誤報)，又由于紫外線輻射會被油霧、水蒸汽、煤塵及燃燒副產品所吸收，所以，燃煤式鍋爐在配風失調工況(或低負荷)下，用紫外火焰探測器進行火焰檢測是不可靠的。從20世紀70年代末期開始，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較長，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型檢測器那樣苛刻。目前，這種火焰探測器在火電廠的鍋爐上廣泛應用。
可見光火焰探測器的特點是極其類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，這樣有利于延長探頭的工作壽命。目前，這種火焰探測器也正在火電廠的鍋爐上廣泛應用。
普通光學檢測器僅依靠一個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常導致作為前景的火焰和背景無法有效分辨。普通光學檢測器探頭的視野范圍很小，在火焰波動較大(鍋爐低負荷運行)時會誤報爐膛滅火。