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火焰检测监视的仪表选择
jiang_0514 发表于 2009/3/31 12:37:05 575 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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火焰检测系统是一种能检测火焰信号，并将这种信号送到指定的信号控制器，进行联锁控制或监视的仪表系统。随着科学技术的发展，火焰检测监视技术已经包含更深层的技术内容。从采用各种感光元件如光敏电阻、光导管、硅光电池、红外和紫外光敏管等感受火焰信号，到采用工业电视摄像技术捕捉火焰信号，以及采用不同原理如物化、物理、电/光、电磁物理、电磁频率分析和热力学原理的各种火焰探测器感受火焰信号，这一技术领域的发展日趋成熟。
在化工、热电行业中，通常火焰检测监视是采用紫外（UV）、红外（IR）传感器或紫外/红外（UV/IR）传感器等包括各种变相多探头的火焰检测器，将测量信号送到控制室进行监控来进行设计的。但是由于安装在现场的探头受到许多非火焰性质的信号的干扰，有时会产生误动作，严重影响了火焰检测器的正常工作。因此在实际的设计过程中，应从多方面考虑来选择一个比较好的检测方法来检测火焰的真实存在。本文就一个具体的实例来说明工程设计中火焰检测监视的仪表选择。
某热电厂工程项目中，工厂利用碳黑装置后的尾气作为锅炉燃烧用的主要燃料，辅助燃料用重油。尾气主要含氢气及有机气体等，这些气体燃烧使锅炉的水变成蒸汽来作为发电的热源。
工艺要求检测锅炉燃烧火焰的真实存在，当火焰熄灭时联锁鼓风机及引风机停机。火焰存在时的炉膛温度是998.6℃，炉膛压力是-19.6Pa。
1 采用火焰检测器的设计
我们知道在火焰的辐射能中有30%～40%是以电磁辐射的形式消耗的。这些电磁辐射包括紫外线、可见光和红外线。我们在检测火焰的时候就考虑到火焰燃烧燃料的成分，因为各种燃料燃烧时释放的紫外线、可见光和红外线的数量是不一样的。因此选择火焰检测器的类型时，了解火焰燃烧的燃料的成分和它辐射的光谱是很必要的。例如以各种煤为燃料燃烧时辐射的红外线数量比较多；以油和气体为燃料燃烧时的火焰辐射的紫外线比较多；氢火焰辐射出大量的紫外线，而辐射的红外线很少。由于该工业锅炉燃烧主要是用碳黑尾气作为燃料，含氢量达百分之十几，辐射的紫外线还是比较多的。图1是它燃烧时辐射的某一电磁波频谱图。
图1 碳氢化合物火焰的某一电磁波辐射频谱图
图1中带斜线的频段通常是各种火焰检测器所选用的频段。我们拟选用北京远东仪表厂生产的UV-02紫外线火焰探测器。它采用了极其适用火焰探测的新型光电管，利用光电效应和气体繁流放大原理进行工作，具有极高的灵敏度、极窄的带宽和位于紫外线C段（0.185～0.26μm）的光谱响应。它是通过捕捉燃料燃烧火焰所辐射的紫外线，来判断燃料的燃烧状态。极窄的带宽无须添加前置滤光片。火检探头通过防火墙正面板安装、直接瞄准的方式，将其安装在锅炉炉墙的预留孔上。其输出信号通过一根标准的四芯屏蔽电缆送到HQJ-01型放大器。
HQJ-01型放大器由信号变换及处理、单片机、输出及执行、电源四部分组成。当接收到火焰信号后对其处理放大，经过单片机处理后输出缓变的4～20mADC。还可以送出开关量信号。一般来说，4～20mADC的电流信号并不是非常准确，但开关量信号非常准确可靠。根据工艺需要可以将两者都送往控制室，在CRT上显示火焰的存在，并且送出开关量信号去现场联锁鼓风机及引风机停机。
火焰放大器可以安装在现场或控制室内的仪表盘上，以便就地进行设置操作。模拟量输出通过放大器面板的调整按键进行调节，并可以从面板上的LED光柱观察模拟量输出的变化。模拟量还可以和开关量信号分别通过各自的电缆送往控制室的中间端子柜内，再送往DCS机柜，通过CRT显示模拟量的大小，通过中间端子柜的输出去电气控制柜联锁单元进行控制联锁停机。
以上是通过选择火焰检测器检测来达到监视和控制的目的。一般市场上火焰检测器的成套价格在1～2万元人民币之间。
2 采用工业电视摄像技术的设计
对于锅炉火焰的检测和监视，也可用工业电视摄像技术来进行检测、监视和控制。
我们拟选用安徽大学特种电视技术研究中心生产的YD-NQ型内窥式高温工业电视系统，这种电视摄像系统不需要象火焰检测器检测时必须用水、气冷却的方式，而是采用耐高温、耐腐蚀、高强度的蓝宝石保护光学镜头，只需要少量的压缩空气对光学镜头进行吹扫，就可以伸入到1600℃高温炉窑内长期工作，系统还使用高性能、耐高温、耐腐蚀的新材料保护摄像探头。工作时，摄像探头通过推进器推入到安装在炉墙上的保护装置里面；当光学镜头的温度超过设定的温度或光学镜头破损时，电气控制柜就会动作，向推进器发出信号，使其工作将摄像探头从炉墙上的保护装置里面退出来。当温度低于设定温度时，可以通过控制器将探头送入保护装置，继续正常工作。整个电视摄像系统配置图如2所示。
图2 工业电视摄像系统配置图
设计时可将电气控制柜安装在现场，将控制器安装在现场或控制室内的仪表盘上，21”CRT悬挂在控制室或内嵌在控制室内的墙上，可以观察到炉膛火焰燃烧的状态。通过控制室的电源给控制器供220V交流电，将开关量通过接线端子送往DCS，再通过接线端子送往现场的电气控制柜，去联锁鼓风机及引风机停机。
系统设计应该注意有关的技术参数，该系统的摄像探头最高工作温度可达1600℃，探头工作行程600mm，镜头视角90°，图象传感器中心分辨率≥400TVL，电源为220VAC/50Hz，功耗为500W。系统还可设置UPS电源供电，当控制室供电中断时，会自动接通UPS电源，探头自动退出。仪表压缩空气一般为0.6MPa，吹扫时应该通过减压装置将其适当减压到0.1～0.4MPa，这样有利于吹扫和保护镜头。如果没有仪表空气，设置气泵供气系统，通过气动管路对镜头进行吹扫，工作时应注意出气口应距镜头0.5m。
从该方案可以看出，使用工业电视摄像技术，可以准确观察到火焰的真实存在，它通过对火焰的摄像，信号的处理及开关量的输入和输出等功能，就能够达到很好的监视和控制。整个工艺电视摄像系统成套价格大约在十几万元人民币，价格较贵但采购比较方便。
3 结语
综上所述，对于火焰检测监视所采用的仪表选择方法可以有多种，采用哪种方案应根据实际的生产情况、工艺特点、采购价格等因素来综合考虑。