第一节 火焰检测原理
锅炉燃烧器火焰检测设备是锅炉极为重要的控制设备，是锅炉炉膛安全监控系统最重要的一次设备，对保证锅炉安全稳定运行具有十分重要的意义。 1. 火检器的类型
1.1 直接式火检器：
一般用于点火器的火焰检测，常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等。
1.2 间接式火检器：
利用辐射光能原理，检测火焰中的紫外光线、可见光线和红外光线的存在以判定火焰状况。
用CCD摄象机摄取火焰图象送到计算机对图象进行数字化处理，计算出燃料燃烧火焰的温度
场，火焰的能级，从而判断出燃烧的好坏及火焰边界告警和熄火保护等。
2. 火焰检测装置构造
2.1探头部分
探头一般由透镜、光导纤维、光敏元件（包括光敏二极管、三极管、光电池和CCD光图象器件）构成。由于是在高温和污染环境下工作，透镜、光纤和传感元件都密封在一长形钢管内，并以风冷却。确保探头不被损坏和污染。
火焰产生的辐射能和图象经过透镜聚焦到光纤输入端，输出端传送到光电敏感元件而转换成电信号（包括模拟图象信号），送入电放大器和计算机进行信号处理，最后通过显示器显示火焰状况。
2.2机箱部分
机箱内装有电子线路放大板和单片计算机等元器件。火焰信号经过光电转换器变成电流信号，然后再被转换成电压信号。机箱里包括了4个角的检测线路和2/4逻辑线路。对于不同的燃料，不同的火焰检测原理，机箱的线路结构也有所不同。
科室牌设计2.3风冷部分
由于探头工作环境温度很高，灰尘油雾等影响，设立了专门的风冷系统，用二台互为备用的风机，对探头进行冷却吹扫。
3.各种火焰检测器综述
3.1 红外线火检通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在，探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管，由于炉膛火焰闪烁频率低于燃烧器频率，红外线火检能区分燃烧器和背景火焰。
3.2 可见光火检同时检测火焰闪烁频率和可见光亮度，并进行逻辑运算来检测燃烧火焰的存在。采用火焰平均光强和脉动闪烁频率双信号，可提高检测的可靠性。另外，可见光检测器有滤红外光功能，能排除烟尘，热烟气，炉渣和炉壁的红外辐射，进一步提高了火检的可靠性。但是可见光不能穿透灰尘、烟雾，而红外则有一定的穿透能力。因此，红外检测比可见光更理想。
3.3组合探头火检器。
采用紫外线和红外线两种检测原理，它能同时检测各种燃料的能力，因为气体燃料燃烧的火焰主要是紫外线。而固体燃料燃烧的火焰介于二者之间。
3.4 相关原理火焰检测
深圳挤出机用螺杆组合相关性火焰检测器由英国Land combustion 公司推出，它同时使用二只相同的探测器，使检测区域在燃烧区域相交，利用相关理论分析方法，根据相关系数的大小判断燃烧器的燃烧状况。该理论虽有独到之处，但实际使用起来，由于制造技术和现场环境的污染，无法保持二只探检头特性完全一致，同时使检测探头增加一倍，造成安装维护困难。
3.5数字式火检器
数字式火检器以ＦＯＲＮＥＹ公司产品为代表，该火检采用独特的火检方法，使用微处理器及相应的软件算法，通过检测目标火焰的辐度和频率，并与在试验方式下存储的背景火焰图象进行比较，从而精确确定火焰的有无。每个燃烧器的火焰有着与其他燃烧器不同的火焰图象，这类似于人类指纹。
数字式火检与传统火检器相比有如下创新：在不同负荷下选择不同的鉴别图象文件，达到
了指纹式鉴别火焰有无方式；对准功能使火焰视角更佳。但数字式火检无法跟踪各种动态因素导致火焰的漂移问题。
4. 各种火检器在应用中存在的问题。
4.1火焰参数静态整定与火焰状态动态变化的矛盾。
火焰燃烧的闪烁频率是一个随机函数，它受煤种、负荷、送风量变化等诸多因素影响，静态整定参数无法满足动态要求。
4.2火检探头小视场角与火焰大幅度漂移的矛盾。
要准确检测火焰，就必须将检测头对准燃烧器火焰着火区，为尽量减少其他燃烧器火焰和背景火焰对火检器的干扰和影响，探头视角一般限制为１０度——１５度。这样小视角的检测器难于随时对准因负荷变化、煤种变化、风量变化而飘移的火焰着火区。
4.3火检探头安装与调整的矛盾
分辨率不高、“偷看”现象是火检器普遍存在的问题，改变探头视角是克服偷看，提高火焰
正确性的主要手段，目前几乎所有电厂均采用固定式安装，从外部无法调整探头视角。
4.4火检功能与燃烧诊断的矛盾
现有锅炉使用的火检功能单一，只检测火焰有无，为锅炉灭火保护提供信号，不能诊断燃烧火焰状态和稳定性，不利于运行人员发现潜在的燃烧故障，更谈不上有针对性的进行燃烧调整，挽救炉膛灭火，减少经济损失。
5. 数字式图象型火检
图象型火检是基于火焰电视、综合多媒体计算机和数字图象处理技术发展起来的，它继承了火焰电视直观形象的优点，又充分发挥计算机强大的处理计算能力，使火焰检测功能得到了质的提高。
图象型火检分单个燃烧器的火焰图象检测和全炉膛火焰图象检测二部分，对于单个燃烧器的火焰检测主要是判断该燃烧器的好坏，发出熄火、着火和燃烧不稳的告警信号。对于全炉膛火焰检测主要是通过火焰图象信息计算出全炉膛火焰温度场分布状况及火焰燃烧的能级。防止火焰偏离中心和局部过热。目前正研究建立了一套完整的火焰图象的分析计算理
论，就像天气预报的卫星云图一样，来预测火焰的各种态势，计算全炉膛火焰燃烧的能量，将能量信号、温度信号和全炉膛熄灭着火信号分别送往FSSS系统和CCS系统，及时进行燃烧调整，保证锅炉在安全经济下运行。
5.1火焰图象检测器基本原理：
火焰图象检测器基本原理如下
图10-1火焰图像检测基本原理
带有冷却风的传像光纤伸入炉膛将所检测的燃烧器火焰图像或全炉膛火焰图象的光信号传到CCD摄像机的靶面上，ＣＣＤ将图像转化为标准模拟视频信号，并通过视频电缆传给图
像火焰检测器内的视频输入处理器（ＶＩＰ）。ＶＩＰ将模拟视频信号经过Ａ／Ｄ转换，变成数字图像存储于图象存储器中。ＤＳＰ则将图像存储器中数字化的图像信息按照一定的判断体系进行计算，得出燃烧器火焰的ＯＮ／ＯＦＦ信号和其他诊断信息，并送至ＦＳＳＳ和ＣＣＳ系统。
5.2燃烧器火焰熄火着火判据的分析。
1) 燃烧特征区判断：
煤粉喷出燃烧器着火，燃烧有三个特征：即未燃区、初始燃烧区和完全燃烧区。在每个特征区内分别划出一个小的计算区域。然后根据三个特征区平均亮度的差别判断是否着火熄火。如三个特征区亮度相等判定为熄火。
2)火焰锋面位置判断
燃料在未燃区和着火区的局部灰度明显增大形成火焰锋面。利用这个焰锋面特征值大小可判断火焰着火、熄火。
3)锋面位置差分判据
煤粉着火可形成的锋面是不断抖动的。火焰峰面特征值就是利用相邻二次采样之间锋面位置的差分来描述这种抖动，设锋面沿Ｘ轴变化，可得如下数字表达式
α×（t）＝︳Ｘ（t）－Ｘ（t—１）︳ （４）
式中Ｘ（t）――ｔ时刻锋面位置。
5.3全炉膛火焰图象数据分析
全炉膛火焰监视的主要目的包括观察燃烧器的点火过程、判别炉膛是否熄火、炉膛的火焰温度、幅射能量燃烧过程是否稳定、炉膛火焰中心是否处于正常位置和形态。火焰图象中含有许多反应燃烧状态和特征的信息值得研究和利用。利用热幅射理论和比测温原理可计算出火焰图象的温度和相应的幅射能。炉膛燃烧温度和幅射能分布是锅炉系统设计和设备运行控制中极为重要的参数，但长期以来没有可利用的合适的测量方法和技术条件获得实际数据。计算机图象处理技术可以从ＣＣＤ摄取的火焰图象中得出它们的定量描述。
1) 比测温原理
比测温是一种非接触的光学测量法，较适用于测量燃烧火焰中介质的温度。当温度范围处于８００～２０００Ｋ之间时，ｐｌａｎｋ幅射定律可由下面的Ｗｉｅｎ幅射定律取代：
Eλ（T）=δ（C1/λ5）exp(C2/λT)……………(5)
式中：Eλ（t）表示波长为λ，绝对温度为Ｔ时的单幅射强度；C1，C2降温剂分别为第一和第二plank常数；δ为幅射率。
根据（５）式，若在两个不同波长λ1λ2下同时测量到同一点发出的单幅射能，并且假设不同波长下幅设率的变化可以忽略不计，可得测量区域比法测量的温度Ｔ的表达式：天网搜索
凯膜过滤技术 T= C2(1/λ1-1/λ2)/In[Eλ1(T)/ Eλ2(T)( λ1/λ2)2]……………………….(6)
比测温根据同一时刻测量到的两个相邻波长幅射能的“比值”确定温度值，镜头污染，器件特性漂移等时变因素相互抵消，同时，测量过程是可延续可重复的。彩工业摄像机所拍摄的炉膛内部图像的每一个像素都是由红(R)绿(G)蓝(B)三基组成，可以从红绿蓝中任
取两值相比，根据比值确定每个像素对应的温度。利用参考测温及推温度反推温度分布的检测计算方法，实时监测特定波长下的炉内幅射能及其变化率，重建炉膛温度场（二维或三维）。该方法是通过比法实时测得视场中某一参考点（ｉ０，ｊ０）实际温度，计算对应点相应波长下的实际幅射能量Ｅλ（ｉ０，ｊ０）。假设ＣＣＤ在可见光范围内的光电转换特性为ｆ（·），可以通过光学电路设计或数字补偿方法线性化，确定当前测量条件下图像亮度Ｓλ（ｉ０，ｊ０）和Ｅλ（ｉ０，ｊ０）之间的比例系数Ｋ，再由ＣＣＤ图像数据计算炉膛其它区域的实际幅射能量值Ｅλ（ｉ，ｊ），最后反推出温度分布值。可见比测温是实现ＣＣＤ火焰图像处理过程中的灰度归一化的有效方法。
