火焰檢測原理.doc

火焰檢測原理燃燒火焰具有各種特性，如發(fā)熱程度、電離狀態(tài)、火焰不同部位的輻射、光譜及火焰的脈動(dòng)或閃爍現(xiàn)象、差壓、音響等，均可用來檢測火焰的“有”或“無”。以煤、油作為燃料的鍋爐在燃燒過程中會(huì)輻射紅外線(IR)、可見光和紫外線(UV)。所有的燃料燃燒都輻射一定量的紫外線和大量的紅外線，且光譜范圍涉及紅外線、可見光及紫外線。因此，整個(gè)光譜范圍都可以用來檢測火焰的“有”或“無”。由于不同種類的燃料，其燃燒火焰輻射的光線強(qiáng)度不同，相應(yīng)采用的火焰檢測元件也會(huì)不一樣。一般說來，煤粉火焰中除了含有不發(fā)光的CO2和水蒸氣等三原子氣體外，還有部分灼熱發(fā)光的焦炭粒子和炭粒，它們輻射較強(qiáng)的紅外線、可見光和一些紫外線，而紫外線往往容易被燃燒產(chǎn)物和灰粒吸收而很快被減弱，因此煤粉燃燒火焰宜采用可見光或紅外線火焰檢測器。而在用于暖爐和點(diǎn)火用的油火焰中，除了有一部分CO2和水蒸氣外，還有大量的發(fā)光碳黑粒子，它也能輻射較強(qiáng)的可見光、紅外線和紫外線，因此可采用對這三種火焰較敏感的檢測元件進(jìn)行測量。而可燃?xì)怏w作為主燃料燃燒時(shí)，在火焰初始燃燒區(qū)輻射較強(qiáng)的紫外線，此時(shí)可采用紫外線火焰檢測器進(jìn)行檢測。除輻射穩(wěn)態(tài)電磁波外，所有的火焰均呈脈動(dòng)變化。因此，單燃燒器工業(yè)鍋爐的火焰監(jiān)視可以利用火焰脈動(dòng)變化特性，采用帶低通濾波器(1020Hz)的紅外固體檢測器(通常采用硫化鉛)。但電站鍋爐多燃燒器爐膛火焰的閃爍規(guī)律與單燃燒器工業(yè)鍋爐不大一樣，特別是在燃燒器的喉口部分，閃爍頻率的范圍要寬得多。硫化鉛(PbS)感測器，這是一種硫化鉛光敏電阻，其特點(diǎn)是對紅外線輻射特別敏感。燃料在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外線輻射，使硫化鉛光敏電阻感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)放大器處理后，輸出420mA或010V的模擬量。在光譜中，紅外線的波長為Page 3 of 43 600nm以上，而這種硫化鉛感測器的光譜靈敏度為600nm3000nm，對絕大部分紅外線輻射都可以有效采集，同時(shí)還涵蓋了部分可見光中的紅光，這樣充分保證采集到火焰信號(hào)的真實(shí)性。磷化鉀(GaP)感測器，它是一種磷化鉀光敏電阻，其特點(diǎn)是對紫外線輻射特別敏感。燃料在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紫外線輻射，使磷化鉀光敏電阻感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)放大器處理后，輸出420mA或010V的模擬量。在光譜中，紫外線的波長小于380nm，而這種硫化鉛感測器的光譜靈敏度為190nm550nm，對絕大部分紫外線輻射都可以有效采集，同時(shí)還涵蓋了大部分可見光中的紫光，同樣這樣充分保證采集到火焰信號(hào)的真實(shí)性。多燃燒器爐膛在有火和無火時(shí)單只燃燒器時(shí)的火焰閃爍頻率分布。由此可見，在低頻范圍(1020Hz)，煤粉與油有火與無火之間閃爍強(qiáng)度的差異都很??；煤粉有火與無火之間輻射強(qiáng)度最大差異處的閃爍頻率約300Hz，油有火與無火之間區(qū)別都要在較高的頻率(100Hz以上)才能較好地實(shí)現(xiàn)檢測。閃爍頻率與輻射強(qiáng)度之間的關(guān)系取決于燃燒器結(jié)構(gòu)布置、檢測方法、燃料種類、燃燒器的運(yùn)行條件(如燃料與空氣比、一次風(fēng)速)、以及觀察角度等因素。一般來說：1) 火焰閃爍頻率在火焰的初始燃燒器較高，然后向燃燼區(qū)依次降低，2) 檢測器距火焰初始燃燒區(qū)越近，檢測到的高頻成分(100400Hz)越強(qiáng)；3) 檢測器探頭視角越狹窄，所檢測到的火焰信號(hào)越真實(shí)；反之亦然。可以推斷，全爐膛監(jiān)視的閃爍頻率要比單只燃燒器監(jiān)視的頻率低得多。燃燒器火焰的形狀，我們?nèi)藶榈貙⑵浞譃樗牟糠郑簭暮砜陂_始依次為黑龍區(qū)、初始燃燒區(qū)、燃燒區(qū)和燃燼區(qū)。從一次風(fēng)口噴射出的第一段是一股暗黑色的煤粉和一次風(fēng)的混合物流，我們稱其為黑龍區(qū)，其輻射強(qiáng)度和閃爍頻率都很低；第二段是初始燃燒區(qū)，煤粉因受到高溫爐氣和火焰回流的加熱開始燃燒，大量煤粉顆粒爆燃形成亮點(diǎn)流，此段的特點(diǎn)是這部分煤粉燃燒亮度不是很大，但其閃爍頻率卻達(dá)到最大值，往往可以在100Hz以上；第三段為燃燒區(qū)，也稱完全燃燒區(qū)，各個(gè)煤粉顆粒在與二次風(fēng)的充分混合下完全燃燒，產(chǎn)生出很大熱量，此段的火焰亮度最高且最穩(wěn)定，但閃爍頻率要低于初始燃燒區(qū)；第四段為燃燼區(qū)，這時(shí)的煤粉絕大部分燃燒完畢形成飛灰，少數(shù)較大的顆粒繼續(xù)進(jìn)行燃燒，最后形成高溫爐氣流，其火焰亮度和閃爍頻率都比較低。有一點(diǎn)需要說明，上面提到的頻率是指閃爍(Flicker)頻率，它和有些火焰檢測器中的脈沖(Pulse)頻率有本質(zhì)區(qū)別，前者是燃料混合物火焰燃燒所特有的屬性，而后者只是對火焰強(qiáng)度的一種顯示方法。在鍋爐燃燒現(xiàn)場我們可以發(fā)現(xiàn)，用紫外線光敏管檢測器或磷化鉀檢測器監(jiān)視煤粉燃燒器時(shí)，被檢測火焰的信號(hào)強(qiáng)度可能等同于或低于毗鄰的火焰信號(hào)強(qiáng)度，這是因?yàn)槲慈济悍墼诳拷紵骱砜诓糠滞鸬揭环N遮蓋作用，它實(shí)際上是一股暗黑色的煤粉和一次風(fēng)的混合物，我們叫它黑龍區(qū)，若火焰檢測器視線通過或接近黑龍區(qū)，則當(dāng)燃燒器停用而爐膛內(nèi)的其它燃燒器繼續(xù)運(yùn)行燃燒時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度反而比原來增加了，這個(gè)結(jié)構(gòu)是用紫外線光敏管檢測器監(jiān)視煤粉燃燒器的一個(gè)大問題，但如果我們選擇用紫外線光敏管或磷化鉀檢測用于點(diǎn)火的油槍，則起到揚(yáng)長避短的作用，可以有效的防止“偷看”問題。因此，燃煤鍋爐推薦采用檢測火焰閃爍高頻分量的可見光檢測器或紅外線檢測器。由于氣體火焰不具有煤火焰和油火焰所特有的高頻(100400Hz) 脈動(dòng)特性，因而紅外線檢測系統(tǒng)對氣體火焰不起作用，所有對氣體燃料推薦采用紫外線檢測器。ABB在30多年前就推出了世界上最早的可見光式火焰檢測系統(tǒng)，并在全球得到了廣泛的應(yīng)用，但在長期的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，這種火檢經(jīng)常出現(xiàn)見火困難的情況，有時(shí)又經(jīng)常發(fā)生“偷看”現(xiàn)象，分析其原因，主要是在使用一些比較劣質(zhì)的煤粉或現(xiàn)在好多電廠經(jīng)常使用混燒煤時(shí)，火焰的黑龍區(qū)會(huì)變長，這樣可見關(guān)火檢視線往往集中在了黑龍區(qū)和初始燃燒區(qū)部分，火焰強(qiáng)度大大減弱，發(fā)生不見火現(xiàn)象；另外，可見關(guān)式火檢受負(fù)荷和一次風(fēng)配比的影響也很大，因此，紅外線和紫外線火檢已經(jīng)逐漸取代了可見光火檢。概況地說，爐膛火焰發(fā)出的輻射能以不