在火焰检测器中，为什么（me）必须检测火（huǒ）焰的脉冲频率？燃烧器火（huǒ）焰检测原理

燃烧火焰具有各（gè）种特（tè）性（xìng），如发（fā）热程（chéng）度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光谱及火焰（yàn）的（de）脉动或闪烁现象、差压、音响等，均可用（yòng）来检测火（huǒ）焰的（de）“有（yǒu）”或“无”。以煤、油作为燃料的锅炉在燃烧过程中会辐射红外线(IR)、可见光和紫外（wài）线(UV)。

所有的燃料（liào）燃烧都（dōu）辐（fú）射一定量的（de）紫（zǐ）外线和大（dà）量的红外线，且光谱范（fàn）围涉及红外线、可见光及紫外（wài）线。因此，整个光谱（pǔ）范围（wéi）都可以用来（lái）检测火焰的“有（yǒu）”或“无”。由（yóu）于（yú）不（bú）同种（zhǒng）类的燃（rán）料，其（qí）燃烧火焰辐射的光线强（qiáng）度（dù）不同，相应采用的（de）火焰检测元件也会不一样。一般说来，

煤粉火焰中除了（le）含有（yǒu）不发光的CO2和水蒸（zhēng）气等三（sān）原子气体外，还有部分灼热发（fā）光的焦炭粒子（zǐ）和炭粒，它们辐射较强的红外线（xiàn）、可（kě）见光和一（yī）些紫外线，而（ér）紫外线往往容易被燃烧产物和灰粒吸收而很快被减弱，因此（cǐ）煤粉（fěn）燃烧火焰宜采用可见光或红外线（xiàn）火焰检测（cè）器。而在用于暖炉（lú）和点火用（yòng）的油（yóu）火焰中，除（chú）了有一部分（fèn）CO2和水（shuǐ）蒸气外，还有大量的（de）发光碳黑（hēi）粒子，它也能辐射较（jiào）强的可见光、红外线和紫外线（xiàn），因此可采用（yòng）对这（zhè）三（sān）种火焰较敏感的检测元件进行测量。而可燃气（qì）体（tǐ）作为主燃料燃（rán）烧时，在火焰（yàn）初始燃烧区辐射较强的紫外线，此时可采用紫外线火（huǒ）焰（yàn）检测器进行检测。除辐射稳态电磁波外（wài），所有的火（huǒ）焰均（jun1）呈（chéng）脉动（dòng）变化。因（yīn）此，单（dān）燃烧（shāo）器工业锅炉（lú）的火焰监视可（kě）以利用火焰脉动（dòng）变化特性，采用（yòng）带（dài）低通滤波（bō）器(10—20Hz)的（de）红（hóng）外（wài）固体检测器（qì）(通常采用硫化铅)。但（dàn）电站锅炉多燃烧（shāo）器炉膛火焰的闪烁规（guī）律（lǜ）与单燃烧器工业锅炉不大一样，特别（bié）是在燃烧器的喉（hóu）口部分，闪烁频（pín）率的范围要宽得多。硫化（huà）铅PbS)感测器，这（zhè）

是一种硫化铅光敏电阻，其特点（diǎn）是对红外（wài）线辐射（shè）特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生（shēng）闪烁的红外线辐射，使硫（liú）化铅光敏电阻（zǔ）感应（yīng），转变（biàn）成电信号，再经放大器处理后，输出（chū）

4－20mA或（huò）0－10V的模（mó）拟量。在光谱（pǔ）中（zhōng），红外线的波长为Page 3 of 43 600nm以上，而这种硫化铅（qiān）感（gǎn）测器的（de）光（guāng）谱灵敏度为600nm

－3000nm，对绝大部分红外线（xiàn）辐射（shè）都可以有效采（cǎi）集，同（tóng）时还涵盖了部分可见（jiàn）光中的红光（guāng），这（zhè）样（yàng）充（chōng）分（fèn）保证采集到火焰信号的真实性（xìng）。

磷化钾

(GaP)感测器，它是一（yī）种磷化钾光敏电阻，其特点是对紫（zǐ）外线辐（fú）射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生（shēng）闪烁的紫（zǐ）外线辐射，使磷化钾光敏电阻感应，转变成电信号（hào），再经放大器处理（lǐ）后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量（liàng）。在光谱中，紫外线的波长小于380nm，而这种硫化铅感测器的光谱灵敏（mǐn）度为190nm－550nm，对（duì）大部（bù）分紫外线辐（fú）射都可以有（yǒu）效采集，同时还涵盖（gài）了大部分可（kě）见光（guāng）中（zhōng）的紫（zǐ）光，同样这（zhè）样（yàng）充分保证采集到（dào）火焰信号的真实性。多（duō）燃烧器炉膛在有（yǒu）火和无火时（shí）单只燃烧器时的火（huǒ）焰闪烁频率（lǜ）分（fèn）布（bù）。由（yóu）此可见，在低频范围(10—20Hz)，煤粉（fěn）与油有（yǒu）火（huǒ）与（yǔ）无（wú）火之间闪（shǎn）烁（shuò）强度的（de）差异（yì）都很小；煤（méi）粉有（yǒu）火与无火之（zhī）间辐射强度差异处的闪烁（shuò）频（pín）率（lǜ）约300Hz，油有火与无（wú）火之间区别（bié）都要在较高的频率(100Hz以上)才能较好地实现检测。闪烁频率（lǜ）与辐射强度之间的关系取决于（yú）燃烧器结（jié）构布置（zhì）、检测方法、燃料种类、燃（rán）烧（shāo）器的运行（háng）条件(如燃料与空气比、一次风速)、以（yǐ）及观察角度等因素。

一般来说：

1) 火焰闪烁频（pín）率（lǜ）在火（huǒ）焰的初始（shǐ）燃烧器（qì）较高，然后（hòu）向燃烬区依次降低，

2) 检测器距火焰初始燃烧区越近，检测到的高频成（chéng）分（fèn）(100—400Hz)越（yuè）强（qiáng）；

3) 检测（cè）器探（tàn）头视角越狭窄，所（suǒ）检测（cè）到的火焰信号越（yuè）真实；反之亦然（rán）。

可以推断（duàn），

全炉（lú）膛监视的闪烁频率要（yào）比单只燃烧（shāo）器监视的（de）频率低得多。

燃（rán）烧器火焰的形（xíng）状，我们人为地将其分为四（sì）部分：从喉口（kǒu）开始（shǐ）依次为黑（hēi）龙区、初（chū）始燃（rán）烧区、燃（rán）烧区和燃烬（jìn）区（qū）。从（cóng）一（yī）次风口喷（pēn）射出的一（yī）段（duàn）是一股暗黑（hēi）色的煤粉和一次（cì）风的（de）混合物流，我（wǒ）们称（chēng）其为（wéi）黑龙区，其辐射强度和闪烁（shuò）频率都很（hěn）低；第二段是初始（shǐ）燃烧区（qū），煤（méi）粉因受到高温（wēn）炉气和火焰回流的（de）加热开始燃（rán）烧，大量煤粉（fěn）颗粒爆燃形成亮点流，此（cǐ）段的特点是这部分煤粉燃烧亮度不是很大，但其闪（shǎn）烁频率却达（dá）到值，往往可以在（zài）100Hz以上；第三段为燃烧区，也称（chēng）完全燃（rán）烧区，各个煤粉颗粒在与（yǔ）二（èr）次风的充（chōng）分混（hún）合下完全燃烧（shāo），产生（shēng）出很大（dà）热量，此段的火焰（yàn）亮度（dù）且最稳（wěn）定，但闪烁（shuò）频率要低于初始燃烧区；第（dì）四段为燃烬区（qū），这（zhè）时的煤粉绝大部分燃烧完毕形成飞灰，少（shǎo）数较大（dà）的颗粒继续（xù）进行（háng）燃烧，最后形（xíng）成高温炉气流，其火焰亮度和闪烁（shuò）频率都比较低。有一点（diǎn）需要（yào）说明，上（shàng）面提到的（de）频（pín）率（lǜ）是（shì）指闪烁(Flicker)频率，它（tā）和有（yǒu）些火焰检（jiǎn）测器（qì）中的脉冲(Pulse)频率有（yǒu）本质区别，前者是燃料混（hún）合物火焰（yàn）燃烧所特有的属（shǔ）性，而后者只是对火焰强度的（de）一种显示方（fāng）法（fǎ）。

在（zài）锅炉燃（rán）烧（shāo）现场我们可以发现，

用紫外线光敏管（guǎn）检测（cè）器或磷（lín）化钾（jiǎ）检测器监（jiān）视（shì）煤粉燃烧器

时，被检（jiǎn）测火焰的信号强（qiáng）度可能等（děng）同于或低于毗邻的火（huǒ）焰信号（hào）强度，这是（shì）因为未燃煤粉（fěn）在靠近燃烧器喉口部（bù）分往往起到（dào）一种遮盖作（zuò）用，它（tā）实际（jì）上是（shì）一股暗黑色（sè）的煤（méi）粉和一次（cì）风的（de）混合（hé）物，我们（men）叫它黑龙（lóng）区，若火焰检测（cè）器（qì）视线（xiàn）通过（guò）或接近黑龙（lóng）区，则当（dāng）燃烧器停用（yòng）而炉膛（táng）内的其它燃烧器（qì）继（jì）续运行燃（rán）烧时（shí），信（xìn）号强度反而比原（yuán）来增加了，这个结构是用紫外线光敏管检测器监视煤粉燃（rán）烧器（qì）的（de）一个（gè）大问题，但（dàn）如果我们选择用（yòng）紫外（wài）线光敏管或磷化钾检测用于点火（huǒ）的（de）油（yóu）枪，则起到扬长避短（duǎn）的作用，可以有效的（de）防（fáng）止“偷看”问（wèn）题（tí）。因此，燃煤锅（guō）炉推荐采用检测火焰闪烁高频分量的（de）可见光检测器（qì）或（huò）红外线检测器。

 由于气体火（huǒ）焰不具有煤火焰和油火焰（yàn）所特有的高频（pín）(100—400Hz) 脉动特性，因而红外线检测系统对气体火（huǒ）焰不起作用，所有对气体燃料（liào）推荐采用（yòng）紫外线（xiàn）检测（cè）器（qì）。

ABB在30多年（nián）前就推出了世界（jiè）上最（zuì）早的可见光式（shì）火焰（yàn）检测系统，并在全球（qiú）得到了广泛的应用，但在长期的应用过程中发现，这种火检经常（cháng）出现见火（huǒ）困（kùn）难（nán）的情况，有时又经常发生“偷（tōu）看”现象，分（fèn）析其原因，主要是在（zài）使用一些（xiē）比较劣质的煤粉或现在好多电厂经常使用（yòng）混烧煤时，火焰的黑（hēi）龙（lóng）区（qū）会变长，这样可见关火检视（shì）线往（wǎng）往（wǎng）集中在了黑龙区和初始燃烧区部分

火（huǒ）焰强度大大减弱（ruò），发生不见火现象；另外，可见关式（shì）火检受负荷和（hé）一次风配比的影响也很（hěn）大，因（yīn）此，红外线（xiàn）紫（zǐ）外线火检已经（jīng）逐渐取代（dài）了可见光火检。

概况（kuàng）地（dì）说，炉膛火焰发出（chū）的（de）辐射能以不同的频率闪烁着，不同燃料、不（bú）同燃烧器的闪烁频（pín）率也（yě）是不同（tóng）的。炉膛内燃烧（shāo）的好与坏，其火（huǒ）焰（yàn）的平均光（guāng）强度也是不同（tóng）的。火焰检测器就是利用火（huǒ）焰的闪（shǎn）烁（shuò）频率和光的辐射（shè）强度来综（zōng）合判断火焰的（de）有（yǒu）无及强弱的。