火焰检测器是燃烧器自动装置中的重要部件之一，它的作用是对火焰进行检测和监视，在锅炉点火、低负荷运行或有异常情况时防止锅炉灭火和炉内爆炸事故，确保锅炉安全运行。现代大容量锅炉燃烧器及炉膛内应装置此设备，以便对点火器的点火工况、每只主燃烧器的着火工况以及全炉膛的燃烧稳定性进行自动检测。

一、炉膛中的火焰特性和辐射光谱

锅炉使用的燃料主要有煤、油、可燃气体等，这些燃料在燃烧过程中会发出可见光、红外线、紫外线等。燃料不同，三种光线的强度也不同：煤粉火焰除有不发光的CO2和水蒸汽等三原子气体外，还有部分灼热发光的焦炭粒子和灰粒等，它们有较强的可见光和一定数量的紫外线，而且火焰的形状会随着负荷的变动而有明显的变化；可燃气体火焰中含有大量的透明的CO2和水蒸汽等三原子气体，主要是不发光火焰，但还包含有较强的紫外线和一定数量的可见光，天然气火焰的紫外线主要产生在火焰根部的初始燃烧区；重油火焰中除了有部分CO2和水蒸气外，还悬浮着大量发光的炭黑粒子，它也有丰富的紫外线和可见光。

二、火焰检测器的分类和性能

1.　火焰检测器分类

火焰检测器的种类很多，按其工作原理可分类如下：

利用热膨胀原理。金属、液体等在火焰高温作用下受热膨胀，作为脉冲信号，直接或放大后作用于执行机构。

利用热电原理。热电偶在火焰高温作用下产生电动势，经放大后作用于执行机构。

利用声电原理。即利用燃烧时的扰动噪声特性。

利用火焰周围压力变化原理。利用火焰周围压力变化发出信号，也可用差压变送器将风箱与炉膛间的差压变换为接点的开闭信号，转为火焰检测信号。

利用火焰导电性原理。燃烧时的化学反应使火焰电离产生导电性，敏感元件的一个电极直接放置在火焰中；另一个电极接在炉膛外壳上，燃烧时则有电流通过两电极，将这一脉冲信号放大，使继电器动作。

利用火焰整流原理。火焰中电子轻，易被电极吸收，而离子重，速度慢，不易被电极吸收，产生局部整流，可将加在电极两端的交流电部分整流为直流。火焰熄灭时，直流电消失，这一脉冲经放大后使继电器动作。

利用火焰产生电动势原理。用高灵敏度检流计一端接喷口，另一端放在火焰中的电极上，火焰产生的电动势，使检流计指针动作。

利用火焰有脉动特性原理。用硅光电池或光敏电阻作为敏感元件，将光照的火焰脉动变为交流电脉冲信号，经频带放大器放大后使继电器动作。

利用火焰发光性原理；

光电管。在光照射下，自金属表面产生电子发射；

光导管。灭火后，光照消失，光导管阻值增加，引起电流、电压变化，这一脉冲经放大后使继电器动作。

紫外线管。在外来光线中紫外线波的照射下，紫外线管内气体分子电离，电极间激发导电，发出兰色光辉信号。

硅光电池。由硅基片上一个P—N结组成，电池受光面为正极，背光面为负极，射在P—N结上，两端出现电压产生电流。

2.　各种火焰检测器特点

对火焰检测器的要求是：发出的检测信号可靠；有足够的灵敏度；对干扰信号有一定的识别能力；元件有一定的耐温性和抗氧化性，使用寿命较长等。对以上各种火焰检测器进行比较，它们的特点如下：

1)利用热膨胀原理研制的火焰检测器，其优点是造价低，结构简单。缺点是热惯性大，动作时间长，感受元件直接承受高温火焰，可靠性差。一般用于小型工业炉。

2)利用热电原理研制的火焰检测器，其优点是造价低、结构简单。缺点是热电偶热惯性较大、灵敏度差、寿命较短、可靠性差。一般用于小型工业炉。

利用声电原理研制的火焰检测器，其优点是信号简单，缺点是受外界声源，噪声影响，易产生误动作。现很少采用。

利用火焰周围压力变化原理研制的火焰检测器，其优点是检测方法较为简单，可靠、反应灵敏。火焰检测的高压检测管紧接在涡流板上，低压检测管装于点火喇叭出口处。点火器熄火时，则涡流板处压力比喇叭出口处低；在点火器点火时，开始在喇叭内燃烧，由于燃烧产物增加，高压检测管处的压力剧增，形成点火器点火、熄火时风箱一炉膛差压与点火器差压的关系。因而可以用差压变送器将风箱一炉膛差压变换成为接点的开关信号作为火焰检测信号。

3)　利用火焰导电原理研制的火焰检测器，信号导线连接端子是用来将取出信号的导线接在电缆上。放大器是将检测电极的输出电压进行放大的电进行放大的电子回路，设置有燃烧指示灯和输入整定开关等。电极本体用以支持火焰电极并借助法兰固定在点火器的导管内。接触电极直接插入火焰中取得输入信号。其特点是利用火焰电阻整定回路来测定正常运转时的火焰导电性；利用动作区分回路来适应火焰的稳定性；利用限时回路的时间整定来解决邻近火焰的卷入和火焰熄灭等过渡现象。

这种型式较适用于无焰燃烧的煤气点火器，轻油点火器以及煤粉炉用重油点火油枪。其缺点是探头必须置于高温火焰区，易损坏，电极会积炭。此外火焰突然熄灭后，导电性消失较慢，反应持续时间较长。

4)　利用火焰有整流原理研制的火焰检测器较适用于间断运行的点火器，特别是无焰燃烧的气炉。

5)　利用火焰产生电动势原理研制的火焰检测器的优点是其检测系统动作比较准确、灵敏，而且具有自我监督作用。缺点是要求有高灵敏度的检流计；电极易烧坏和积炭。多用于煤炉和气炉。

6)　利用火焰有脉动特性原理研制的火焰检测器，与利用发光性原理研制的检测器主要区别在于放大器。此放大器只放大同火焰光照脉动频率一致的交流电脉冲信号，因此它能非常准确地反映火焰的熄灭的工况，能检测出煤粉火焰的“闪动”。其缺点是因为火焰闪动只能在可见光区才能检测到，不太适用于气炉，而多用于煤炉、油炉。

7)利用火焰发光性原理研制的火焰检测器

试验表明，利用火焰的声学和热量特性研制的检测器易受锅炉其它声源和热源的干扰而难以准确使用。目前电厂使用较多的是下述的光电火焰检测器。

a)　光电管

在抽真空的玻璃泡内放置两个电极：阳极与具有光敏面的阴极。有氧化铂和锑铂光电管(真空和充气的)。它们对可见光敏感，动作惰性小，结构简单，用来监视整个炉膛熄火较好。光电管的缺点是炉墙的红外线会干扰其测量信号；管子使用温度不高；工作一段时间后灵敏度会降低。光电管多用于煤炉。

b)光导管(光敏电阻)

光导管是由铊、镉、铅、鉍等的硒化物制成的，例如红外线硫化铅光导管，它是最先应用于燃油炉上的一种。光敏电阻多用硫化铅、硫化镉等，它主要对红外线、可见光感光。光导管结构简单、体积小、有一定灵敏度。缺点是用光导管监视火焰检测器信号会受到高温耐火炉墙射出红外线的干扰，且尚无法区分不同热源。为了避免干扰，可将控制系统设计成选择性地接受某一脉动频率内的信号；但相邻燃烧器火焰对信号干扰难以完全避免，而且不同燃料发出的红外线辐射的波长差别很大，光导管对不同燃料火焰的灵敏度不同，因此不适用于混合燃料。此外，管子耐温不高(不得高于60℃)，管子工作稳定性差，照度特性呈非线性，动作惰性也较光电管大。国内电厂用反光镜解决光导管工作温度过高问题或用专门供光导管用的冷却风机，也有研制成功用水冷却装置的光导管灭火报警放大器。光导管检测器可用于油、气炉和煤粉炉。

c)紫外线管

优点是管子结构牢固，灵敏度高、体积小、工作环境温度高(200℃以下能长期工作)，它仅对光谱中的狭小波长段0．2—0．3μm的紫外线敏感，对可见光和红外线不敏感，因此它能进行优异的辐射源的辨别，避免因炉墙发出辐射红外线而引起的误动作。而且紫外线辐射主要存在于火焰的初始