锅炉火焰检测系统的设计和应用

摘 要 以锅炉火焰燃烧特性的发展和研究为基础，明确了锅炉火焰检测系统的设计以及实际的应用，通过详细分析了锅炉火焰可见光型检测探头的设计方式，同时实现了检测系统的软件设计。同时在锅炉火焰检测系统设计的基础之上实现了相应系统的发展完善。实现了相关系统的应用，同时在相应的锅炉火焰检测系统的设计和应用提供了可供参考的经验。

关键词 锅炉；火焰；检测系统；设计；应用

中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0134-02

1 锅炉火焰燃烧特性

根据燃烧学的理论，锅炉燃料的燃烧实际上是燃料当中的碳以及碳氢化合物与空气当中的氧形成了化合反应，由此在燃烧器喷出燃料之后，锅炉内的火焰大概分为4个区域，燃料混合区、充分燃烧区、初始燃烧区及燃料燃尽区，根据相应的试验研究表明，锅炉内火焰波动频率将随着不同的燃烧阶段分布在2Hz～600Hz范围内，并且由于初始燃烧区域的火焰亮度变化较大，试验研究表明，锅炉火焰的燃烧区域亮度变化的频率较大、亮度也最高，由于对于单只燃烧器而言，初始燃烧区是最佳的火焰监测区域。由于不同的燃料光谱分布特性较大，火焰当中包含大量的红外线、部分的可见光以及少量的紫外线，气体火焰包含丰富的紫外线、可见光以及红外线，同时，锅炉内部火焰的持续稳定燃烧以及无火状态辐射能量的强度以及闪烁的频率并不相同。锅炉在有火状态下辐射较大，无火状态辐射强度辐射较小。由此以外，锅炉燃烧状态在不同火焰辐射频率并不相同，在稳定燃烧时，锅炉稳定燃烧之时，火焰闪烁的频率较高。波动的幅度也较小，而当燃烧不稳定之时，辐射频率较低，波动辐射将有效增加。尤其是炽热的锅炉壁将产生极为强烈的红外辐射，同时还将对检测的结果造成了相应的干扰，同时由于其亮度变化的频率较低，最高值一般不会超过2Hz，而炉壁上火焰反向光线所产生的频率一般也是如此。

2 锅炉火焰检测系统的设计

2.1活检探头设计分析

硅光电池性能较为稳定、频率特性较好、光谱范围较广同时转换效率较高。同时耐高温辐射等相关特性，由此在可见光型的检测系统当中，适用于煤粉火焰的检测。相关实验数据说明，硅光电池所发出的短路电流在较大范围内与光照度形成了线性关系。同时由于负载电阻较小，同时若是线性关系越好，那么线性的范围将越广。由此在使用硅光电池检测火焰信号之时，应尽可能减少检测系统的负载电阻，从而使硅光电池在接近短路状态下持续工作。

由于相应的光电流与光照的强度形成了正比例，若是光电信号进行线性放大，若是燃烧器火焰强度变化范围较大之时，从而容易使相应的放大器处于过于饱和的状态，难以获得真实的信号，由此在检测系统设计过程中使用对数放大器以适应相应的检测系统的状况。从而保证可见光的辐射强度都能在几个数量级的范围内变动和发展都得以实现准确的检测。从而便于信号远距离传输以及有效提高检测系统的抗干扰的特性，从而能将所得到的电压信号转换为4mA～20mA的电流信号，通过屏蔽电缆传输到后续处理装置进行持续的分析以及处理。

2.2系统软件设计

锅炉火焰检测系统的主要程序当中主要为完成系统当中初始化以及火焰状态当中的判别工作，同时数据采集等其他的任务都在中断过程中完成的，相应的软件设计的流程如下图所示。软件通过模块化处理，同时通过DSP汇编语言编写成为1024点的FFT底层运算子程序，而后是通过使用C语言进行调用，保证代码的运行效率以及可读性。

3 锅炉火焰检测系统的完善

由于当前火焰检测设备落后以及见火调节效果不好以及火检箱安装位置并不合理，信号处理功能落后的状况下，应在设计之后对相应的系统进行完善。相应的智能火焰检测系统是基于微处理器，通过两个放大器智能单元MFD，UR600等系统检测器探头以及工作站的软件部分构成。内置火焰检测软件数据包。由于相应的操作员以及燃烧器管理系统能对Uvsior系统的所有参数，从而也能在不同的火检系统在不同的操作条件以及操作环境之下，从众多的燃烧火焰和背景中检验出需要检验的目标火焰。

3.1检测器的探头

ABB Uvisor多种燃料火焰检测系统以及相关系统中所使用的紫外线型感应检测器探头以及红外线型感应探测器探头。探头一般都具有自动检测的功能和体系。保护等级为IP66，从而保证在燃烧器喷嘴附近的恶劣环境当中进行转换。

3.2 MFD工作站的软件

通过与MFD智能单元进行协调配合，通过在Windows平台之上所开发的火焰检测软件，最新的系统检测版本具有中文环境，同时通过MODB-US网络连接整台锅炉上的智能单元，从而实现对火焰检测器的统一完善和管理模式。

工作人员需要相应的电脑体系，则能通过相应的软件在工作办公室内部就能较为轻松地监视以及管理相关火焰检测器的运行和发展，同时也能对组态以实现在检测系统运行当中的特殊要求，同时也节约了锅炉现场以及主控室的相应的沟通，切实建立了自动的生产和管理体系。

3.3 MFD智能单元体

MFD智能单元体系在相应的微处理器的放大设备为基础，同时接收到两个检测探头信号能力。从而从每一个探头的信号送入相应的独立的通道，每一个通道都有其自身的火焰继电器以及用户现场设置出来的4mA～20mA或者0V～10V模拟输出，并且使用先进的燃料智能库技术。同时，系统的自我诊断功能的持续运行保证了相应燃烧器的安全。

3.4探头冷却风设备

通过增加系统压力低于8kPa报警，而这个报警是通过压力变送器进行判断的。通过将压力低于7kPa的报警以及低于8kPa报警以及低压低报警引入原本失去冷却风热工光字牌报警信号。通过对冷却风压力低连锁逻辑，在原本逻辑的基础之上，也应增加冷风压力低延时6S联锁开启所有的冷风机处理逻辑。在完善之后冷风机联锁逻辑更为完善，同时也能使联锁功能更为可靠。

4 结论

通过对锅炉火焰检测系统的设计和分析，使相应的响应速度较快、精度以及逻辑判断较为准确等优势，同时由于稳定性以及抗干扰性能相对较好。由于相应的检测系统调试较为简单便利。能有效适应锅炉结构复杂、燃煤质量差异较大等特征，从而也能为锅炉的运行发展提供了有效的保障。

参考文献

[1]王肖芬，徐科军，陈智渊.基于DSP的低成本涡街流量计信号处理系统[J].仪器仪表学报，2006（11）.