火焰檢測器是燃燒器自動(dòng)裝置中的重要部件之一，它的作用是對火焰進(jìn)行檢測和監(jiān)視，在鍋爐點(diǎn)火、低負(fù)荷運(yùn)行或有異常情況時(shí)防止鍋爐滅火和爐內(nèi)爆炸事故，確保鍋爐安全運(yùn)行。現(xiàn)代大容量鍋爐燃燒器及爐膛內(nèi)應(yīng)裝置此設(shè)備，以便對點(diǎn)火器的點(diǎn)火工況、每只主燃燒器的著火工況以及全爐膛的燃燒穩(wěn)定性進(jìn)行自動(dòng)檢測。

一、爐膛中的火焰特性和輻射光譜

鍋爐使用的燃料主要有煤、油、可燃?xì)怏w等，這些燃料在燃燒過程中會(huì)發(fā)出可見光、紅外線、紫外線等。燃料不同，三種光線的強(qiáng)度也不同：煤粉火焰除有不發(fā)光的CO2和水蒸汽等三原子氣體外，還有部分灼熱發(fā)光的焦炭粒子和灰粒等，它們有較強(qiáng)的可見光和一定數(shù)量的紫外線，而且火焰的形狀會(huì)隨著負(fù)荷的變動(dòng)而有明顯的變化；可燃?xì)怏w火焰中含有大量的透明的CO2和水蒸汽等三原子氣體，主要是不發(fā)光火焰，但還包含有較強(qiáng)的紫外線和一定數(shù)量的可見光，天然氣火焰的紫外線主要產(chǎn)生在火焰根部的初始燃燒區(qū)；重油火焰中除了有部分CO2和水蒸氣外，還懸浮著大量發(fā)光的炭黑粒子，它也有豐富的紫外線和可見光。

二、火焰檢測器的分類和性能

1.　火焰檢測器分類

火焰檢測器的種類很多，按其工作原理可分類如下：

利用熱膨脹原理。金屬、液體等在火焰高溫作用下受熱膨脹，作為脈沖信號(hào)，直接或放大后作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

利用熱電原理。熱電偶在火焰高溫作用下產(chǎn)生電動(dòng)勢，經(jīng)放大后作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

利用聲電原理。即利用燃燒時(shí)的擾動(dòng)噪聲特性。

利用火焰周圍壓力變化原理。利用火焰周圍壓力變化發(fā)出信號(hào)，也可用差壓變送器將風(fēng)箱與爐膛間的差壓變換為接點(diǎn)的開閉信號(hào)，轉(zhuǎn)為火焰檢測信號(hào)。

利用火焰導(dǎo)電性原理。燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)使火焰電離產(chǎn)生導(dǎo)電性，敏感元件的一個(gè)電極直接放置在火焰中；另一個(gè)電極接在爐膛外殼上，燃燒時(shí)則有電流通過兩電極，將這一脈沖信號(hào)放大，使繼電器動(dòng)作。

利用火焰整流原理。火焰中電子輕，易被電極吸收，而離子重，速度慢，不易被電極吸收，產(chǎn)生局部整流，可將加在電極兩端的交流電部分整流為直流。火焰熄滅時(shí)，直流電消失，這一脈沖經(jīng)放大后使繼電器動(dòng)作。

利用火焰產(chǎn)生電動(dòng)勢原理。用高靈敏度檢流計(jì)一端接噴口，另一端放在火焰中的電極上，火焰產(chǎn)生的電動(dòng)勢，使檢流計(jì)指針動(dòng)作。

利用火焰有脈動(dòng)特性原理。用硅光電池或光敏電阻作為敏感元件，將光照的火焰脈動(dòng)變?yōu)榻涣麟娒}沖信號(hào)，經(jīng)頻帶放大器放大后使繼電器動(dòng)作。

利用火焰發(fā)光性原理；

光電管。在光照射下，自金屬表面產(chǎn)生電子發(fā)射；

光導(dǎo)管。滅火后，光照消失，光導(dǎo)管阻值增加，引起電流、電壓變化，這一脈沖經(jīng)放大后使繼電器動(dòng)作。

紫外線管。在外來光線中紫外線波的照射下，紫外線管內(nèi)氣體分子電離，電極間激發(fā)導(dǎo)電，發(fā)出蘭色光輝信號(hào)。

硅光電池。由硅基片上一個(gè)P—N結(jié)組成，電池受光面為正極，背光面為負(fù)極，射在P—N結(jié)上，兩端出現(xiàn)電壓產(chǎn)生電流。

2.　各種火焰檢測器特點(diǎn)

對火焰檢測器的要求是：發(fā)出的檢測信號(hào)可靠；有足夠的靈敏度；對干擾信號(hào)有一定的識(shí)別能力；元件有一定的耐溫性和抗氧化性，使用壽命較長等。對以上各種火焰檢測器進(jìn)行比較，它們的特點(diǎn)如下：

1)利用熱膨脹原理研制的火焰檢測器，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)是熱慣性大，動(dòng)作時(shí)間長，感受元件直接承受高溫火焰，可靠性差。一般用于小型工業(yè)爐。

2)利用熱電原理研制的火焰檢測器，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)是熱電偶熱慣性較大、靈敏度差、壽命較短、可靠性差。一般用于小型工業(yè)爐。

利用聲電原理研制的火焰檢測器，其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)簡單，缺點(diǎn)是受外界聲源，噪聲影響，易產(chǎn)生誤動(dòng)作。現(xiàn)很少采用。

利用火焰周圍壓力變化原理研制的火焰檢測器，其優(yōu)點(diǎn)是檢測方法較為簡單，可靠、反應(yīng)靈敏。火焰檢測的高壓檢測管緊接在渦流板上，低壓檢測管裝于點(diǎn)火喇叭出口處。點(diǎn)火器熄火時(shí)，則渦流板處壓力比喇叭出口處低；在點(diǎn)火器點(diǎn)火時(shí)，開始在喇叭內(nèi)燃燒，由于燃燒產(chǎn)物增加，高壓檢測管處的壓力劇增，形成點(diǎn)火器點(diǎn)火、熄火時(shí)風(fēng)箱一爐膛差壓與點(diǎn)火器差壓的關(guān)系。因而可以用差壓變送器將風(fēng)箱一爐膛差壓變換成為接點(diǎn)的開關(guān)信號(hào)作為火焰檢測信號(hào)。

3)　利用火焰導(dǎo)電原理研制的火焰檢測器，信號(hào)導(dǎo)線連接端子是用來將取出信號(hào)的導(dǎo)線接在電纜上。放大器是將檢測電極的輸出電壓進(jìn)行放大的電進(jìn)行放大的電子回路，設(shè)置有燃燒指示燈和輸入整定開關(guān)等。電極本體用以支持火焰電極并借助法蘭固定在點(diǎn)火器的導(dǎo)管內(nèi)。接觸電極直接插入火焰中取得輸入信號(hào)。其特點(diǎn)是利用火焰電阻整定回路來測定正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的火焰導(dǎo)電性；利用動(dòng)作區(qū)分回路來適應(yīng)火焰的穩(wěn)定性；利用限時(shí)回路的時(shí)間整定來解決鄰近火焰的卷入和火焰熄滅等過渡現(xiàn)象。

這種型式較適用于無焰燃燒的煤氣點(diǎn)火器，輕油點(diǎn)火器以及煤粉爐用重油點(diǎn)火油槍。其缺點(diǎn)是探頭必須置于高溫火焰區(qū)，易損壞，電極會(huì)積炭。此外火焰突然熄滅后，導(dǎo)電性消失較慢，反應(yīng)持續(xù)時(shí)間較長。

4)　利用火焰有整流原理研制的火焰檢測器較適用于間斷運(yùn)行的點(diǎn)火器，特別是無焰燃燒的氣爐。

5)　利用火焰產(chǎn)生電動(dòng)勢原理研制的火焰檢測器的優(yōu)點(diǎn)是其檢測系統(tǒng)動(dòng)作比較準(zhǔn)確、靈敏，而且具有自我監(jiān)督作用。缺點(diǎn)是要求有高靈敏度的檢流計(jì)；電極易燒壞和積炭。多用于煤爐和氣爐。

6)　利用火焰有脈動(dòng)特性原理研制的火焰檢測器，與利用發(fā)光性原理研制的檢測器主要區(qū)別在于放大器。此放大器只放大同火焰光照脈動(dòng)頻率一致的交流電脈沖信號(hào)，因此它能非常準(zhǔn)確地反映火焰的熄滅的工況，能檢測出煤粉火焰的“閃動(dòng)”。其缺點(diǎn)是因?yàn)榛鹧骈W動(dòng)只能在可見光區(qū)才能檢測到，不太適用于氣爐，而多用于煤爐、油爐。

7)利用火焰發(fā)光性原理研制的火焰檢測器

試驗(yàn)表明，利用火焰的聲學(xué)和熱量特性研制的檢測器易受鍋爐其它聲源和熱源的干擾而難以準(zhǔn)確使用。目前電廠使用較多的是下述的光電火焰檢測器。

a)　光電管

在抽真空的玻璃泡內(nèi)放置兩個(gè)電極：陽極與具有光敏面的陰極。有氧化鉑和銻鉑光電管(真空和充氣的)。它們對可見光敏感，動(dòng)作惰性小，結(jié)構(gòu)簡單，用來監(jiān)視整個(gè)爐膛熄火較好。光電管的缺點(diǎn)是爐墻的紅外線會(huì)干擾其測量信號(hào)；管子使用溫度不高；工作一段時(shí)間后靈敏度會(huì)降低。光電管多用于煤爐。

b)光導(dǎo)管(光敏電阻)

光導(dǎo)管是由鉈、鎘、鉛、鉍等的硒化物制成的，例如紅外線硫化鉛光導(dǎo)管，它是最先應(yīng)用于燃油爐上的一種。光敏電阻多用硫化鉛、硫化鎘等，它主要對紅外線、可見光感光。光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)簡單、體積小、有一定靈敏度。缺點(diǎn)是用光導(dǎo)管監(jiān)視火焰檢測器信號(hào)會(huì)受到高溫耐火爐墻射出紅外線的干擾，且尚無法區(qū)分不同熱源。為了避免干擾，可將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成選擇性地接受某一脈動(dòng)頻率內(nèi)的信號(hào)；但相鄰燃燒器火焰對信號(hào)干擾難以完全避免，而且不同燃料發(fā)出的紅外線輻射的波長差別很大，光導(dǎo)管對不同燃料火焰的靈敏度不同，因此不適用于混合燃料。此外，管子耐溫不高(不得高于60℃)，管子工作穩(wěn)定性差，照度特性呈非線性，動(dòng)作惰性也較光電管大。國內(nèi)電廠用反光鏡解決光導(dǎo)管工作溫度過高問題或用專門供光導(dǎo)管用的冷卻風(fēng)機(jī)，也有研制成功用水冷卻裝置的光導(dǎo)管滅火報(bào)警放大器。光導(dǎo)管檢測器可用于油、氣爐和煤粉爐。

c)紫外線管

優(yōu)點(diǎn)是管子結(jié)構(gòu)牢固，靈敏度高、體積小、工作環(huán)境溫度高(200℃以下能長期工作)，它僅對光譜中的狹小波長段0．2—0．3μm的紫外線敏感，對可見光和紅外線不敏感，因此它能進(jìn)行優(yōu)異的輻射源的辨別，避免因爐墻發(fā)出輻射紅外線而引起的誤動(dòng)作。而且紫外線輻射主要存在于火焰的初始