1.前言

火焰檢測系統(tǒng)（簡稱火檢），顧名思義，分為兩部分，一部分是火，一部分是檢。

燃料在燃燒過程中會表現(xiàn)出各種類型的豐富的信息，外觀體現(xiàn)為火，如光能（紫外光，可見光和紅外光），熱能，聲能和圖像等；相應(yīng)的，火焰檢測技術(shù)正是利用感光探測器，感溫探測器或者圖像探測器獲取火焰燃燒產(chǎn)生的光照、溫度或是圖像的效應(yīng)，通過后期的數(shù)據(jù)處理來判斷燃料的燃燒狀態(tài)。

2.火檢技術(shù)的分類與發(fā)展

火檢技術(shù)按照測量方式可分為直接式和間接式。直接式主要包括電極法、差壓法和溫度法等。上述方法由于存在較大局限，目前應(yīng)用范圍已經(jīng)較小，不再贅述其原理應(yīng)用；間接式則主要分為光學(xué)式火焰檢測和基于火焰圖像的火焰檢測技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。

光學(xué)式火焰檢測按照光譜范圍分布可以分為紫外線、可見光和紅外線。60-70年代，工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用紫外線型的火檢裝置，特點是用紫外線放電管來檢測火焰是否存在，至今在燃氣/燃油鍋爐上應(yīng)用。該方法的主要問題是在低負荷時，紫外線輻射量減小，紫外線被大量的粉塵離子吸收，使得火檢無法可靠工作。

70年代后，伴隨著光纖技術(shù)+光電敏感元件的發(fā)展，逐步開始投入通過測量可見光和紅外線的脈動頻率和強度的方式來判斷火焰是否存在的火檢設(shè)備。目前大型燃煤電廠較為普遍使用的正是可見光型，紅外線型，或者是它們的組合形式的火檢設(shè)備。

而火焰圖像式作為較為新興的火焰檢測方式，它使用CCD攝像機直接獲得火焰的圖像，除了能夠判斷有火無火外，還能通過火焰圖像反演計算出溫度場分布等人們感興趣的結(jié)果。目前該方法已經(jīng)取得一定的工業(yè)應(yīng)用（可參考浙江大學(xué)白衛(wèi)東博士的論文）。

3.光學(xué)式火焰檢測的布置形式及位置、參數(shù)調(diào)整

3.1布置形式

從探頭和信號處理器的相對布置形式方式來看，可分為以ABB為代表的分布式（圖2為電子間內(nèi)的處理單元）和以Coen、Forney為代表的一體式。兩種布置方式互有優(yōu)劣。單從可靠性來說，由于處理器位于電子間機柜中，不受現(xiàn)場高溫、粉塵和電磁干擾，工作環(huán)境較好；并根據(jù)運行反饋結(jié)果，ABB的故障率也偏低，因此分布式的優(yōu)勢更明顯一些。

從探頭在爐內(nèi)、外的布置位置來看，可分為內(nèi)窺式和外窺式。內(nèi)窺式，顧名思義，是將探頭與光纖通過軟管放置在爐膛內(nèi)部，一般在燃燒器端面進行火焰探測，探頭內(nèi)徑一般3mm，俯仰角度±8°，看火范圍較大。內(nèi)窺式探頭需要擺放合適，正對火焰根部；同時光纖容易因為飛灰沾污導(dǎo)致信號失真。

外窺式火檢探頭則是布置在爐膛外部，探頭觀火內(nèi)徑大致60mm，火焰光線通過二次風(fēng)箱傳到探頭處，看火范圍相對較小（如圖3所示）。由于探頭布置在爐膛外部，火焰光線需通過二次風(fēng)箱才能傳至探頭處，爐膛負壓、二次風(fēng)箱積灰擾動等因素會導(dǎo)致灰污遮蔽光線，導(dǎo)致信號失真。從實際運行來看，外窺式由于各種原因，可靠性偏低，故障率偏高，某廠甚至在滿負荷發(fā)生過一次滿負荷火檢誤動作滅火的事故。該廠在改造中改為內(nèi)窺式后，情況大為好轉(zhuǎn)。因此，個人認(rèn)為內(nèi)窺式布置方式在可靠性上更有優(yōu)勢一些。

3.2位置、參數(shù)調(diào)整

從煤粉火焰的發(fā)展來看，煤粉先后會經(jīng)歷黑龍區(qū)、初始燃燒區(qū)、安全燃燒區(qū)和燃盡區(qū)。其中，初始燃燒區(qū)的閃爍最強，特征明顯并體現(xiàn)為：頻率高，強度低，而爐膛火焰背景體現(xiàn)為：頻率低，強度高。由于初始燃燒區(qū)的特點明顯有別與其他位置，因此無論是內(nèi)窺式還是外窺式火檢，觀火位置都應(yīng)對準(zhǔn)該區(qū)。該位置一般由火檢廠家根據(jù)燃燒器類型和設(shè)計煤種，按經(jīng)驗進行選定，并由鍋爐廠家成套設(shè)計預(yù)留孔隙，并交現(xiàn)場安裝，調(diào)試。但是實際運行調(diào)整和煤質(zhì)變化等因素會導(dǎo)致該區(qū)域發(fā)生移動，如粉煤氣流中煤粉濃度下降會導(dǎo)致燃燒推遲，導(dǎo)致該區(qū)域后移，脫離觀火位置或旋流強度適當(dāng)增大導(dǎo)致燃燒過程提前等。

因此在燃用設(shè)計煤種且燃燒狀況正常時，對于火檢異常的噴燃器，需要首先排除能夠影響探頭觀火位置的影響（探頭實際位置、鏡頭沾污情況等），其次是探頭及附屬設(shè)備的接線、屏蔽（絕緣是否合格、接地是否良好等）、再次才是通過適當(dāng)調(diào)整設(shè)定參數(shù)來規(guī)避偷看、漏看等異常現(xiàn)象。

在火檢參數(shù)設(shè)定上，NFPA要求火檢的參數(shù)設(shè)定必須從閃爍頻率和火焰強度兩個方向設(shè)定，因此主流火檢的設(shè)定參數(shù)普遍為這兩個參數(shù)。

火焰強度的檢測，本質(zhì)是檢測火焰輻射強度，利用數(shù)字信號檢測手段提取出平均光照強度作為火焰的輻射強度。火焰存在時，輻射強度在數(shù)值水平較高；火焰不存在時，輻射信號的輻射強度在數(shù)值水平較低[3]。

閃爍頻率的檢測，利用快速傅里葉變換從時域信號衍生出頻域信號，在頻率中自定義能最 大程度包含頻域內(nèi)所有有用信號的閃爍頻率。

因此，實際判斷有火無火要同時根據(jù)強度-頻率進行計算，只有當(dāng)火焰的頻率-強度落在預(yù)先設(shè)定的區(qū)間時，才會綜合判斷出有火、無火。

為了防止火檢探頭出現(xiàn)漏看、偷看的現(xiàn)象，需要對燃燒器不同負荷、機組不同負荷，甚至是磨組的不同組合，反復(fù)進行參數(shù)調(diào)整以驗證參數(shù)的合理性，才能保證在各種燃燒工況下火檢的準(zhǔn)確性。當(dāng)然能夠影響火檢最終的輸出參數(shù)還有很多，如延時、自檢、增益，濾波等，這些參數(shù)在各產(chǎn)品的說明書中均有敘述，不再贅述。

在工程實際應(yīng)用上，為了防止火檢偷看，一般是將火檢檢測開關(guān)在DCS組態(tài)邏輯上進行實現(xiàn)：相關(guān)燃料閥打開后，火檢才開始進行檢測并返回有火/無火狀態(tài)；或是將該功能實現(xiàn)于就地的火檢文件選擇中。對此，筆者翻閱了部分現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范到則，沒有找到明確支持或禁止這種做法的相關(guān)說明。個人認(rèn)為該種做法的初衷是考慮到當(dāng)前的火檢設(shè)備無法自行解決偷看問題，而通過一種折中途徑來解決。這種做法很容易將一些問題隱藏起來，如探頭安裝位置不合理，參數(shù)設(shè)置不合適等造成火檢偷窺嚴(yán)重，一旦投入該層燃料，火檢信號立即返回；或是因為信號的不可靠性導(dǎo)致一些新的問題，等等。因此需要慎重對待該種信號處理方式。