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

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、可燃氣體等，這些燃料在燃燒過程中會發(fā)出可見光、紅外線、紫外線等。燃料不同，三種光線的強度也不同：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，它們有較強的可見光和一定數(shù)量的紫外線，而且火焰的形狀會隨著負荷的變動而有明顯的變化；可燃氣體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，直接或放大后作用于執(zhí)行機構。

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

利用聲電原理。即利用燃燒時的擾動噪聲特性。

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，也可用差壓變送器將風箱與爐膛間的差壓變換為接點的開閉信號，轉為火焰檢測信號。

利用火焰導電性原理。燃燒時的化學反應使火焰電離產(chǎn)生導電性，敏感元件的一個電極直接放置在火焰中；另一個電極接在爐膛外殼上，燃燒時則有電流通過兩電極，將這一脈沖信號放大，使繼電器動作。

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，直流電消失，這一脈沖經(jīng)放大后使繼電器動作。

利用火焰產(chǎn)生電動勢原理。用高靈敏度檢流計一端接噴口，另一端放在火焰中的電極上，火焰產(chǎn)生的電動勢，使檢流計指針動作。

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

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；

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

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

硅光電池。由硅基片上一個P—N結組成，電池受光面為正極，背光面為負極，射在P—N結上，兩端出現(xiàn)電壓產(chǎn)生電流。

2.　各種火焰檢測器特點

對火焰檢測器的要求是：發(fā)出的檢測信號可靠；有足夠的靈敏度；對干擾信號有一定的識別能力；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行比較，它們的特點如下：

1)利用熱膨脹原理研制的火焰檢測器，其優(yōu)點是造價低，結構簡單。缺點是熱慣性大，動作時間長，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)點是造價低、結構簡單。缺點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)點是信號簡單，缺點是受外界聲源，噪聲影響，易產(chǎn)生誤動作。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)點是檢測方法較為簡單，可靠、反應靈敏。火焰檢測的高壓檢測管緊接在渦流板上，低壓檢測管裝于點火喇叭出口處。點火器熄火時，則渦流板處壓力比喇叭出口處低；在點火器點火時，開始在喇叭內燃燒，由于燃燒產(chǎn)物增加，高壓檢測管處的壓力劇增，形成點火器點火、熄火時風箱一爐膛差壓與點火器差壓的關系。因而可以用差壓變送器將風箱一爐膛差壓變換成為接點的開關信號作為火焰檢測信號。

3)　利用火焰導電原理研制的火焰檢測器，信號導線連接端子是用來將取出信號的導線接在電纜上。放大器是將檢測電極的輸出電壓進行放大的電進行放大的電子回路，設置有燃燒指示燈和輸入整定開關等。電極本體用以支持火焰電極并借助法蘭固定在點火器的導管內。接觸電極直接插入火焰中取得輸入信號。其特點是利用火焰電阻整定回路來測定正常運轉時的火焰導電性；利用動作區(qū)分回路來適應火焰的穩(wěn)定性；利用限時回路的時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火器，輕油點火器以及煤粉爐用重油點火油槍。其缺點是探頭必須置于高溫火焰區(qū)，易損壞，電極會積炭。此外火焰突然熄滅后，導電性消失較慢，反應持續(xù)時間較長。

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行的點火器，特別是無焰燃燒的氣爐。

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

6)　利用火焰有脈動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頻率一致的交流電脈沖信號，因此它能非常準確地反映火焰的熄滅的工況，能檢測出煤粉火焰的“閃動”。其缺點是因為火焰閃動只能在可見光區(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

試驗表明，利用火焰的聲學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放置兩個電極：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，動作惰性小，結構簡單，用來監(jiān)視整個爐膛熄火較好。光電管的缺點是爐墻的紅外線會干擾其測量信號；管子使用溫度不高；工作一段時間后靈敏度會降低。光電管多用于煤爐。

b)光導管(光敏電阻)

光導管是由鉈、鎘、鉛、鉍等的硒化物制成的，例如紅外線硫化鉛光導管，它是應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。光導管結構簡單、體積小、有一定靈敏度。缺點是用光導管監(jiān)視火焰檢測器信號會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)設計成選擇性地接受某一脈動頻率內的信號；但相鄰燃燒器火焰對信號干擾難以完全避免，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，動作惰性也較光電管大。國內電廠用反光鏡解決光導管工作溫度過高問題或用專門供光導管用的冷卻風機，也有研制成功用水冷卻裝置的光導管滅火報警放大器。光導管檢測器可用于油、氣爐和煤粉爐。

c)紫外線管

優(yōu)點是管子結構牢固，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作。而且紫外線輻射主要存在于火焰的初始