火焰檢測器是鍋爐爐膛安全監控系統（Furnace Safety Supervision System，簡稱FSSS）中的重要設備，其作用是根據火焰的燃燒特性對燃燒工況進行實時檢測，一旦火焰燃燒狀態不滿足正常條件或熄火時，按一定方式給出信號，保證鍋爐滅火時停止燃料供應。 它主要是由探頭和信號處理器兩個部分組成。
基本介紹
- 中文名：火焰檢測器
- 外文名：flame detector
- 功能：探測火焰
- 組成：探頭和信號處理器
- 套用領域：工業安全監控系統
簡介,檢測原理,基本分類,基於相關原理,基於光能,基於圖像或視頻,主要特性,
簡介
火焰檢測設備是火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）中的關鍵設備，它的作用貫穿於從鍋爐啟動至滿負荷運行的全過程，用於判定全爐膛內或單元燃燒器火焰的建立/熄滅或有火與無火，當發生全爐膛滅火或單元燃燒器熄火時，火焰檢測設備觸點準確動作發出報警，依靠FSSS系統連鎖功能，停止相應給粉機、磨煤機、燃油總閥或一次風機等的運行，防止爐膛內積聚燃料，異常情況被點燃引起鍋爐爆炸惡性事故的發生，因此設備性能即設備運行的可靠性與檢測的準確性直接關係到機組的運行安全與穩定性。
最早的火焰檢測器出現在上世紀50年代，60年代國外首先研製出了紫外線火焰檢測器，70年代開始，國外陸續出現了檢測火焰燃燒時釋放紅外線和可見光的火焰檢測器，80年代又出現了基於圖像、視頻的鍋爐燃燒監控裝置，後來又有了組合探頭（紅外線、紫外線）的火焰檢測器。發展至今，火焰檢測器的檢測辨別能力越來越強，檢測也不斷趨於智慧型化。
圖1.火焰檢測器檢測原理
油、煤或氣體燃料的燃燒其實質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射幾乎連續的發光光譜，其發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物不完全相同或中間產物的所占比例各不相同，不同的燃燒中間產物所發射的光譜不完全一樣，這是選擇不同類型火焰檢測器依據，C2發射可見光（發射波長為473.7納米左右）、CH化合物發射紫外到藍光區波段的光譜、炭素粒子群發射紅光區光譜、CO2、H2O和SO2等三原子氣體發射紅外光，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，而且對於單只燃燒器火焰，其輻射光譜沿火焰軸線分布是有規律的，例如煤粉鍋爐中煤粉燃燒器沿軸線從里至外分為4個區域即預熱區、初始燃燒區、安全燃燒區和燃盡區，在初始燃燒區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是最佳選擇。
基本分類
火焰檢測器發展到現在，其檢測的內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，根據檢測的原理可以將火焰檢測器分為以下幾種。
基於相關原理
基於相關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，兩個探測器採集到的火焰信號始終保持一致，結合相關理論，根據相關係數大小判斷火焰燃燒情況。
基於光能
基於光能的火焰檢測器套用比較廣泛，主要包括基於可見光、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出的光能來進行檢測的，一般使用光電元器件作為採集裝置，將光能信號轉換為電信號，經過處理後判斷爐膛的燃燒狀況。
基於可見光的火焰檢測器利用火焰產生的光強度和跳動的頻率進行判斷，對兩個參數的採集和分析，大大提高了系統判斷的準確性，套用比較多的有三星公司的IFM-IH型火焰檢測器。基於紅外線的火焰檢測器利用火焰燃燒時產生的紅外線來判斷，該類檢測器自發明以來，一直套用比較廣泛。基於紫外線的火焰檢測器同樣是利用火焰燃燒時產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。以下對基於光能的三種類型的火焰檢測器進行介紹。
（1）紫外光型
紫外光火焰檢測器採用紫外光敏管作為感測元件，其光譜範圍在0.006~0.4nm之間。紫外光敏管是一種固態脈衝器件，其發出的信號是自身脈衝頻率與紫外輻射頻率成正比例的隨機脈衝。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”脈衝電流，其頻率與紫外光線強度有關，最高達幾千赫茲。滅火時則無脈衝。
（2）可見光型
可見光火焰檢測器採用光電二極體作為感測元件，其光譜回響範圍在0.33~0.7nm之間。可見光火焰檢測器由探頭、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，照到光電二極體上。
該光電二極體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。然後通過禁止電纜傳輸至機箱。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;當強度低於下限值時，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於還是低於設定頻率，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迴路出現故障，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範圍，從而發出故障報警信號。
（3）紅外光型
紅外光火焰檢測器採用硫化鉛或硫化鎘光敏電阻作為感測元件，其光譜回響範圍在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。該火焰信號由禁止電纜送到機箱，通過頻率回響開關和一個放大器後，再同一個參考電壓（可調）進行比較。
基於圖像或視頻
隨著人們對光學及視頻採集技術和圖像分析技術掌握的日漸成熟，這類火焰檢測器的研究越來越多，並且使用範圍廣，設計中主要採用光學設備和CCD攝像機，分析採集的火焰圖像灰度、火焰燃燒輪廓大小等參數，並能利用圖像處理辦法去除干擾，經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的燃燒情況，在森林火災和室內火災的預防上也有廣泛的套用價值。
圖2.uv-2火焰檢測器主要特性
當前國際國內使用比較廣泛，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於Modbus匯流排的數據互通，實現遠程監控操作和聯網管理；
（2）利用感測器元件採集火焰信號，提供給系統進行分析處理；
（3）針對火焰/故障狀態，採用單路/雙路繼電器保護系統運行安全；
（4）能將火焰信息及繼電器狀態等數據實時傳輸至上位機，供工作人員查看；
（5）可以設定安全回響時間；
（6）人機界面友好，能通過按鍵和LED數碼管電路，實現查看、設定各種檢測參數，採用LED燈和數碼管顯示系統狀態和火焰狀態。
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提供給待測火焰檢測器，對火焰檢測器輸出的相關參數進行採集計算，並與待測火焰檢測器檢測的數據進行對比分析，可以對火焰檢測器的性能參數及質量狀況進行判斷。
