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(dá)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?xì)?燃油鍋爐上應(yīng)用。該方法的主要問題是在低負(fù)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(fù)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(yùn)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(fù)荷發(fā)生過一次滿負(fù)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(qiáng)，特征明顯并體現(xiàn)為：頻率高，強(qiáng)度低，而爐膛火焰背景體現(xiàn)為：頻率低，強(qiáng)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(jìn)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(yùn)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(qiáng)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?，F(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(qiáng)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(qiáng)度的檢測，本質(zhì)是檢測火焰輻射強(qiáng)度，利用數(shù)字信號檢測手段提取出平均光照強(qiáng)度作為火焰的輻射強(qiáng)度?；鹧娲嬖跁r，輻射強(qiáng)度在數(shù)值水平較高；火焰不存在時，輻射信號的輻射強(qiáng)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(qiáng)度-頻率進(jìn)行計算，只有當(dāng)火焰的頻率-強(qiáng)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(fù)荷、機(jī)組不同負(fù)荷，甚至是磨組的不同組合，反復(fù)進(jìn)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(jìn)行實現(xiàn)：相關(guān)燃料閥打開后，火檢才開始進(jìn)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。