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  kIAIem2u2 2017-11-21 18:39:32

  火焰檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)這三種火焰較敏感的檢測(cè)元件進(jìn)行測(cè) 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(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。 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 (10 — 20Hz) 的紅外固體 檢測(cè)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(cè)器，這 是一種硫化鉛光敏電阻， 其特點(diǎn)是對(duì)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 4 － 20mA 或 0 － 10V 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(cè)器的光譜靈敏度為 600nm － 3000nm ，對(duì)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(cè)器，它是一種磷化鉀光敏電阻，其特點(diǎn)是對(duì)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 4 － 20mA 或 0 － 10V 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(cè)器的光譜靈敏度為 190nm － 550nm ， 對(duì)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 (10 — 20Hz) ，煤粉與油有火與無火之間閃爍強(qiáng)度的差異都很?。幻悍塾谢鹋c無火之間輻射強(qiáng)度 Z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(cè)。 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(cè)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(cè)器距火焰初始燃燒區(qū)越近，檢測(cè)到的高頻成分 (100 — 400Hz) 越強(qiáng)； 3) 檢測(cè)器探頭視角越狹窄，所檢測(cè)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?從喉口開始依次為黑龍區(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diyi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Z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Z高且 Z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， Z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(cè)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(duì)火焰 強(qiáng)度的一種顯示方法。 在鍋爐燃燒現(xiàn)場(chǎng)我們可以發(fā)現(xiàn)， 用紫外線光敏管檢測(cè)器或磷化鉀檢測(cè)器監(jiān)視煤粉燃燒器 時(shí)， 被檢測(cè)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?近燃燒器喉口部分往往起到一種遮蓋作用， 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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)火焰 閃爍高頻分量的可見光檢測(cè)器或紅外線檢測(cè)器。 由于氣體火焰不具有煤火焰和油火焰所特有的高頻 (100 — 400Hz) 脈動(dòng)特性，因而紅外 線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)氣體火焰不起作用，所有對(duì)氣體燃料推薦采用紫外線檢測(cè)器。 ABB 在 30 多年 前就推出了世界上Z早的可見光式火焰檢測(cè)系統(tǒng)， 并在得到了廣泛的應(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)出的輻射能以不同的頻率閃爍著，不同燃料、不同燃燒器的閃 爍頻率也是不同的。爐膛內(nèi)燃燒的好與壞，其火焰的平均光強(qiáng)度也是不同的?；鹧鏅z測(cè)器 就是利用火焰的閃爍頻率和光的輻射強(qiáng)度來綜合判斷火焰的有無及強(qiáng)弱的。

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