1.前言

火焰检测系统（简称火检），顾名思义，分为两部分，一部分是火，一部分是检。

燃料在燃烧过程中会表现出各种类型的丰富的信息，外观体现为火，如光能（紫外光，可见光和红外光），热能，声能和图像等；相应的，火焰检测技术正是利用感光探测器，感温探测器或者图像探测器获取火焰燃烧产生的光照、温度或是图像的效应，通过后期的数据处理来判断燃料的燃烧状态。

2.火检技术的分类与发展

火检技术按照测量方式可分为直接式和间接式。直接式主要包括电极法、差压法和温度法等。上述方法由于存在较大局限，目前应用范围已经较小，不再赘述其原理应用；间接式则主要分为光学式火焰检测和基于火焰图像的火焰检测技术，并得到了广泛的应用。

光学式火焰检测按照光谱范围分布可以分为紫外线、可见光和红外线。60-70年代，工业发达国家广泛采用紫外线型的火检装置，特点是用紫外线放电管来检测火焰是否存在，至今在燃气/燃油锅炉上应用。该方法的主要问题是在低负荷时，紫外线辐射量减小，紫外线被大量的粉尘离子吸收，使得火检无法可靠工作。

70年代后，伴随着光纤技术+光电敏感元件的发展，逐步开始投入通过测量可见光和红外线的脉动频率和强度的方式来判断火焰是否存在的火检设备。目前大型燃煤电厂较为普遍使用的正是可见光型，红外线型，或者是它们的组合形式的火检设备。

而火焰图像式作为较为新兴的火焰检测方式，它使用CCD摄像机直接获得火焰的图像，除了能够判断有火无火外，还能通过火焰图像反演计算出温度场分布等人们感兴趣的结果。目前该方法已经取得一定的工业应用（可参考浙江大学白卫东博士的论文）。

3.光学式火焰检测的布置形式及位置、参数调整

3.1布置形式

从探头和信号处理器的相对布置形式方式来看，可分为以ABB为代表的分布式（图2为电子间内的处理单元）和以Coen、Forney为代表的一体式。两种布置方式互有优劣。单从可靠性来说，由于处理器位于电子间机柜中，不受现场高温、粉尘和电磁干扰，工作环境较好；并根据运行反馈结果，ABB的故障率也偏低，因此分布式的优势更明显一些。

从探头在炉内、外的布置位置来看，可分为内窥式和外窥式。内窥式，顾名思义，是将探头与光纤通过软管放置在炉膛内部，一般在燃烧器端面进行火焰探测，探头内径一般3mm，俯仰角度±8°，看火范围较大。内窥式探头需要摆放合适，正对火焰根部；同时光纤容易因为飞灰沾污导致信号失真。

外窥式火检探头则是布置在炉膛外部，探头观火内径大致60mm，火焰光线通过二次风箱传到探头处，看火范围相对较小（如图3所示）。由于探头布置在炉膛外部，火焰光线需通过二次风箱才能传至探头处，炉膛负压、二次风箱积灰扰动等因素会导致灰污遮蔽光线，导致信号失真。从实际运行来看，外窥式由于各种原因，可靠性偏低，故障率偏高，某厂甚至在满负荷发生过一次满负荷火检误动作灭火的事故。该厂在改造中改为内窥式后，情况大为好转。因此，个人认为内窥式布置方式在可靠性上更有优势一些。

3.2位置、参数调整

从煤粉火焰的发展来看，煤粉先后会经历黑龙区、初始燃烧区、安全燃烧区和燃尽区。其中，初始燃烧区的闪烁最强，特征明显并体现为：频率高，强度低，而炉膛火焰背景体现为：频率低，强度高。由于初始燃烧区的特点明显有别与其他位置，因此无论是内窥式还是外窥式火检，观火位置都应对准该区。该位置一般由火检厂家根据燃烧器类型和设计煤种，按经验进行选定，并由锅炉厂家成套设计预留孔隙，并交现场安装，调试。但是实际运行调整和煤质变化等因素会导致该区域发生移动，如粉煤气流中煤粉浓度下降会导致燃烧推迟，导致该区域后移，脱离观火位置或旋流强度适当增大导致燃烧过程提前等。

因此在燃用设计煤种且燃烧状况正常时，对于火检异常的喷燃器，需要首先排除能够影响探头观火位置的影响（探头实际位置、镜头沾污情况等），其次是探头及附属设备的接线、屏蔽（绝缘是否合格、接地是否良好等）、再次才是通过适当调整设定参数来规避偷看、漏看等异常现象。

在火检参数设定上，NFPA要求火检的参数设定必须从闪烁频率和火焰强度两个方向设定，因此主流火检的设定参数普遍为这两个参数。

火焰强度的检测，本质是检测火焰辐射强度，利用数字信号检测手段提取出平均光照强度作为火焰的辐射强度。火焰存在时，辐射强度在数值水平较高；火焰不存在时，辐射信号的辐射强度在数值水平较低[3]。

闪烁频率的检测，利用快速傅里叶变换从时域信号衍生出频域信号，在频率中自定义能最 大程度包含频域内所有有用信号的闪烁频率。

因此，实际判断有火无火要同时根据强度-频率进行计算，只有当火焰的频率-强度落在预先设定的区间时，才会综合判断出有火、无火。

为了防止火检探头出现漏看、偷看的现象，需要对燃烧器不同负荷、机组不同负荷，甚至是磨组的不同组合，反复进行参数调整以验证参数的合理性，才能保证在各种燃烧工况下火检的准确性。当然能够影响火检最终的输出参数还有很多，如延时、自检、增益，滤波等，这些参数在各产品的说明书中均有叙述，不再赘述。

在工程实际应用上，为了防止火检偷看，一般是将火检检测开关在DCS组态逻辑上进行实现：相关燃料阀打开后，火检才开始进行检测并返回有火/无火状态；或是将该功能实现于就地的火检文件选择中。对此，笔者翻阅了部分现行的相关规范到则，没有找到明确支持或禁止这种做法的相关说明。个人认为该种做法的初衷是考虑到当前的火检设备无法自行解决偷看问题，而通过一种折中途径来解决。这种做法很容易将一些问题隐藏起来，如探头安装位置不合理，参数设置不合适等造成火检偷窥严重，一旦投入该层燃料，火检信号立即返回；或是因为信号的不可靠性导致一些新的问题，等等。因此需要慎重对待该种信号处理方式。