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                電站鍋爐多燃燒器爐膛火焰的閃爍規律

                2020-11-23 21:35:17

                燃燒火焰具有各種特性,如發熱程度、電離狀態、火焰不同部位的輻射、光譜及火焰的脈動或閃爍現象、差壓、音響等,均可用來檢測火焰的“有”或“無”。以煤、油作為燃料的鍋爐在燃燒過程中會輻射紅外線(IR)、可見光和紫外線(UV)。所有的燃料燃燒都輻射一定量的紫外線和大量的紅外線,且光譜范圍涉及紅外線、可見光及紫外線。因此,整個光譜范圍都可以用來檢測火焰的“有”或“無”。由于不同種類的燃料,其燃燒火焰輻射的光線強度不同,相應采用的火焰檢測元件也會不一樣。

                一般說來,煤粉火焰中除了含有不發光的CO2和水蒸氣等三原子氣體外,還有部分灼熱發光的焦炭粒子和炭粒,它們輻射較強的紅外線、可見光和一些紫外線,而紫外線往往容易被燃燒產物和灰粒吸收而很快被減弱,因此煤粉燃燒火焰宜采用可見光或紅外線火焰檢測器。而在用于暖爐和點火用的油火焰中,除了有一部分CO2和水蒸氣外,還有大量的發光碳黑粒子,它也能輻射較強的可見光、紅外線和紫外線,因此可采用對這三種火焰較敏感的檢測元件進行測量。而可燃氣體作為主燃料燃燒時,在火焰初始燃燒區輻射較強的紫外線,此時可采用紫外線火焰檢測器進行檢測。除輻射穩態電磁波外,所有的火焰均呈脈動變化。

                因此,單燃燒器工業鍋爐的火焰監視可以利用火焰脈動變化特性,采用帶低通濾波器(10—20Hz)的紅外固體檢測器(通常采用硫化鉛)。但電站鍋爐多燃燒器爐膛火焰的閃爍規律與單燃燒器工業鍋爐不大一樣,特別是在燃燒器的喉口部分,閃爍頻率的范圍要寬得多。硫化鉛(PbS)感測器,這是一種硫化鉛光敏電阻,其特點是對紅外線輻射特別敏感。燃料在燃燒時,由化學反應產生閃爍的紅外線輻射,使硫化鉛光敏電阻感應,轉變成電信號,再經放大器處理后,輸出4-20mA或0-10V的模擬量。

                在光譜中,紅外線的波長為600nm以上,而這種硫化鉛感測器的光譜靈敏度為600nm-3000nm,對絕大部分紅外線輻射都可以有效采集,同時還涵蓋了部分可見光中的紅光,這樣充分保證采集到火焰信號的真實性。磷化鉀(GaP)感測器,它是一種磷化鉀光敏電阻,其特點是對紫外線輻射特別敏感。燃料在燃燒時,由化學反應產生閃爍的紫外線輻射,使磷化鉀光敏電阻感應,轉變成電信號,再經放大器處理后,輸出4-20mA或0-10V的模擬量。

                在光譜中,紫外線的波長小于380nm,而這種硫化鉛感測器的光譜靈敏度為190nm-550nm,對絕大部分紫外線輻射都可以有效采集,同時還涵蓋了大部分可見光中的紫光,同樣這樣充分保證采集到火焰信號的真實性。在低頻范圍(10—20Hz),煤粉與油有火與無火之間閃爍強度的差異都很??;煤粉有火與無火之間輻射強度最 大差異處的閃爍頻率約300Hz,油有火與無火之間區別都要在較高的頻率(100Hz以上)才能較好地實現檢測。閃爍頻率與輻射強度之間的關系取決于燃燒器結構布置、檢測方法、燃料種類、燃燒器的運行條件(如燃料與空氣比、一次風速)、以及觀察角度等因素。

                一般來說:1)火焰閃爍頻率在火焰的初始燃燒器較高,然后向燃燼區依次降低,2)檢測器距火焰初始燃燒區越近,檢測到的高頻成分(100—400Hz)越強;3)檢測器探頭視角越狹窄,所檢測到的火焰信號越真實;反之亦然??梢酝茢?,全爐膛監視的閃爍頻率要比單只燃燒器監視的頻率低得多。燃燒器火焰的形狀,我們人為地將其分為四部分:從喉口開始依次為黑龍區、初始燃燒區、燃燒區和燃燼區。

                從一次風口噴射出的第1段是一股暗黑色的煤粉和一次風的混合物流,我們稱其為黑龍區,其輻射強度和閃爍頻率都很低;

                第二段是初始燃燒區,煤粉因受到高溫爐氣和火焰回流的加熱開始燃燒,大量煤粉顆粒爆燃形成亮點流,此段的特點是這部分煤粉燃燒亮度不是很大,但其閃爍頻率卻達到最  大值,往往可以在100Hz以上;

                第三段為燃燒區,也稱完全燃燒區,各個煤粉顆粒在與二次風的充分混合下完全燃燒,產生出很大熱量,此段的火焰亮度最 高且最 穩定,但閃爍頻率要低于初始燃燒區;

                第四段為燃燼區,這時的煤粉絕大部分燃燒完畢形成飛灰,少數較大的顆粒繼續進行燃燒,最后形成高溫爐氣流,其火焰亮度和閃爍頻率都比較低。

                有一點需要說明,上面提到的頻率是指閃爍(Flicker)頻率,它和有些火焰檢測器中的脈沖(Pulse)頻率有本質區別,前者是燃料混合物火焰燃燒所特有的屬性,而后者只是對火焰強度的一種顯示方法。

                在鍋爐燃燒現場我們可以發現,用紫外線光敏管檢測器或磷化鉀檢測器監視煤粉燃燒器時,被檢測火焰的信號強度可能等同于或低于毗鄰的火焰信號強度,這是因為未燃煤粉在靠近燃燒器喉口部分往往起到一種遮蓋作用,它實際上是一股暗黑色的煤粉和一次風的混合物,我們叫它黑龍區,若火焰檢測器視線通過或接近黑龍區,則當燃燒器停用而爐膛內的其它燃燒器繼續運行燃燒時,信號強度反而比原來增加了,這個結構是用紫外線光敏管檢測器監視煤粉燃燒器的一個大問題,但如果我們選擇用紫外線光敏管或磷化鉀檢測用于點火的油槍,則起到揚長避短的作用,可以有效的防止“偷看”問題。因此,燃煤鍋爐推薦采用檢測火焰閃爍高頻分量的可見光檢測器或紅外線檢測器。

                由于氣體火焰不具有煤火焰和油火焰所特有的高頻(100—400Hz)脈動特性,因而紅外線檢測系統對氣體火焰不起作用,所有對氣體燃料推薦采用紫外線檢測器。


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