粉煤锅炉油层紫外火检的原理及应用

粉煤锅炉油层紫外火检的原理及应用

李伟鹏顾永文

陕西长青能源化工有限公司陕西宝鸡721013

摘要：火焰检测处理仪是一种双信号火焰处理设备，它通过检测电阻把来自探头的火焰电流信号变为电压信号接收下来，电压信号通过火焰处理仪的强度处理回路与频率处理回路被分成两路信号：即强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的脉动或闪烁频率。

关键词：紫外火检；原理；应用

随着国家环保要求越来越严格，锅炉不允许设置旁路阀或者烟气旁路。使用清洁燃料进行锅炉点火成为必然趋势。锅炉原来使用柴油点火，过程中存在点火初期油雾不完全燃烧、冒黑烟、对尾部除尘器布袋造成阻力增加，点火时对脱硫浆液造成污染。将柴油点火方式改为甲醇或者其它点火方式，达到减排，满足环保要求。随着柴油点火系统改造为甲醇、天然气等清洁燃料点火系统，原来油层红外火检需改为紫外火检，下面就油层紫外火检原理及应用进行探讨。

可见光动态火焰检测装置是通过对火焰波动即燃烧频率变化和火焰的光强度变化的特性进行检测。选用宽范围光敏传感元件，光谱响应波长为320nm到700nm，从紫外光到红外光都能很有效地进行监测，利用火焰光的亮度和波动产生的电压变化和频率变化进行数字化处理来分析判断燃料的燃烧状况，给燃烧控制系统提供可靠稳定的信息参数。

燃煤锅炉中煤粉燃烧时火焰大约可以分为四段（如图所示）：从一次风口喷出的第一段是一股暗色的煤粉与一次热风的混合物流，此段称为黑龙区；第二段是初始燃烧区即初燃区，煤粉因受到高温炉气和火焰回流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成亮点流。此段的亮度不是最大，但亮度的变化频率达到了最大值；第三段为完全燃烧区，各个煤粉颗粒在与二次风的充分混合下完全燃烧，产生出很大热量，此段的火焰亮度最高且稳定；第四段为燃尽区，这时的煤粉绝大部分已充分燃烧形成飞灰，少数较大的颗粒继续进行燃烧，最后形成高温炉气流，此时煤粉的亮度及亮度的变化频率较低可见光动态火焰检测放大器就是利用初始燃烧区和完全燃烧区的火焰亮度和闪烁频率来判断火焰的实时燃烧状况。

燃烧的锅膛存在着复杂的工作状况，随着燃料品种的燃烧变化，它的亮度和频率也随之变化。放大器滤波电路的选频作用和电压放大作用，使检测器不仅对初始燃烧区的红外辐射波动频率能瞬时响应，而且对高亮度的可见光也同样进行检测，是一种双功电路。它通过对频率阈值和亮度阈值的设定来判断火焰是否存在，能够对多燃烧

器炉膛中相邻或相对的燃烧器的相互干扰信号进行分析和辩别。火焰检测器的火焰检测设备是一种间接辐射型可见光式火焰检测设备，它利用燃料燃烧辐射率的动态变化、火焰包络形状的改变引起的脉动频率来判断火焰的“有”或“无”，是一种双信号处理的火焰检测设备。

在视角确定的检测范围内，燃烧器产生的火焰都有可能发生火焰偏离或其它火焰窜入的情况，为了防止因燃烧的瞬时波动而使输出产生断续的陡状输出，在放大器中设有延迟电路。

通过可见光动态火焰检测装置的火焰检测探头的视角调整，或探头安装位置的准确布置将探头调整至最佳视野区，使探头准确对准燃烧器的初始燃烧区，探头将采集到的光信号经凸透镜、光导纤维等器件组成的传光系统送至探头侦测器内，探头侦测放大器的光敏元件（光电管）将检测到的光信号变换为电信号，采用对数放大方式既保证了火焰亮度与信号强度的线性增益关系，又防止了电流信号饱和的发生，再将火焰信号以电流的方式通过7芯屏蔽柔性电缆传输至火检处理仪，采用电流方式传输可确保信号不失真。

火焰检测处理仪是一种双信号火焰处理设备，它通过检测电阻把来自探头的火焰电流信号变为电压信号接收下来，电压信号通过火焰处理仪的强度处理回路与频率处理回路被分成两路信号：即强度信号和频率信号。强度信号代表火焰的亮度，频率信号代表火焰的脉动或闪烁频率。当强度实时值与频率实时值均高于强度阈值和频率阈值时，由火继电器触点动作，发出有火接点信号。任一条件不满足均发出无火信号。信号的处理是将实时火焰强度与强度阈值进行比较，当火焰强度高于强度阈值时，就是火焰的强度判定条件成立。

可见光动态火焰检测装置对频率的处理，实际上就是对火焰信号波动部分的处理。这部分的处理比较复杂，因为频率信号包含信号的频谱、带宽、峰—峰值等参数，所以要对这部分信号进行滤波、变换，从中提取火焰的燃烧特征。由于火焰的频带宽度是1Hz~200Hz，而炉膛内炽热的焦渣及灰粉发光的频率不超过2Hz，所以通过频率信号的频谱分析完全可以确认火焰的存在。

对于来自相邻燃烧器火焰的识别是火焰检测的难点，因为相邻燃烧器火焰的频率和主火焰频率有时非常接近，所以要对频率信号进行频谱分析，从而提高识别能力。具有智能分析的WHKF-1X火焰检测器除提供频率增益调整方式外，还具有算法模式功能。它一共有8种数学模型可以选择，不同燃烧的数学模型适用于不同火焰识别的需要。算法模式与频率增益设定值配合，可获得最终的识别效果，当实时频率和强度皆高于设定的阈值时，判定为有火反之判定为无火。但有时由于火焰燃烧过程中出现偶尔的扰动或“黑龙”的影响，火焰的强度或频率会短时间低于阈值，这时如果发无火信号，就将增加灭火保护系统误动的可能性。为了避免火焰信号误动，提高火焰检测器的可靠性，一般的火焰检测器都加0-3秒的延时。但延时的长短较难确定，可见光动态火焰检测装置专门设计了一种反时限特性的延时机构。无火延时的大小取决于灭火前的强度频率的变化速率。当火焰的强度、频率值以高速率降至阈值以下时，启动延时保护时间应长一些。因为这时炉内有足够的能量支持燃烧，不会达到真正灭火的状态。当火焰的强度、频率缓慢地降至阈值时，说明火焰的支持能量较小，启动延时保护时间就要短一些，以防止拒动，从而提高了火焰检测的可靠性和准确性。延时单元是为了防止因燃烧的瞬间波动而使输出产生断续的陡状输出，延迟时间为0～3秒，该时间的长短可由按钮来进行设置。

参考文献：

[1]《工业锅炉节能减排应用技术》作者：史培甫赖光楷2009年化学工业出版社

[2]《燃烧理论与燃烧设备》作者：徐旭常、吕俊复、张海2012年科学出版社