在火焰检测器中，为什么必须检测火焰的（de）脉冲（chōng）频率？燃烧器火焰检测原（yuán）理

燃烧火焰具有各种（zhǒng）特性，如发热程度、电（diàn）离状态、火焰不同部位（wèi）的（de）辐射、光谱及火焰的脉动或闪烁现象（xiàng）、差压、音响等，均可用来检测火焰的（de）“有（yǒu）”或“无”。以（yǐ）煤、油作为燃（rán）料的（de）锅炉在燃烧过程中会辐射红外线(IR)、可（kě）见光（guāng）和（hé）紫外线(UV)。

所有的燃料燃烧都辐（fú）射一定量的紫外线和大量的红（hóng）外线，且光谱范围涉及红外线、可见光（guāng）及紫外线。因此（cǐ），整个光谱范围都可以用来检（jiǎn）测（cè）火焰的“有”或“无”。由于不同（tóng）种类（lèi）的燃料，其（qí）燃烧火焰（yàn）辐射的（de）光（guāng）线强度不同，相应（yīng）采用的火（huǒ）焰检测元件也会不一样。一般说来，

煤粉火焰中除了含有不发光（guāng）的CO2和水（shuǐ）蒸气等三原子气体外，还（hái）有（yǒu）部分灼热发光的（de）焦炭（tàn）粒子和炭粒，它们辐（fú）射（shè）较强的红（hóng）外线（xiàn）、可见光和一些紫外线，而紫外（wài）线（xiàn）往往（wǎng）容易被燃烧产物和灰粒吸收而很快被减（jiǎn）弱，因（yīn）此煤（méi）粉燃（rán）烧火焰宜采用可见（jiàn）光或（huò）红外线火焰检测器。而（ér）在用于暖（nuǎn）炉和点（diǎn）火（huǒ）用（yòng）的油火焰中，除（chú）了有（yǒu）一部分CO2和水（shuǐ）蒸气外（wài），还有大量的发光碳黑粒子，它也能（néng）辐射较强的可见光、红外线和紫外线，因此（cǐ）可采用对这三种火焰较敏感的检测元件进行测量。而可（kě）燃气体作为（wéi）主燃（rán）料燃（rán）烧时，在火焰初始燃烧（shāo）区辐射（shè）较强的（de）紫外线，此时可采用紫（zǐ）外线火焰（yàn）检测器进行检测。除（chú）辐射（shè）稳（wěn）态电磁波外，所（suǒ）有的火（huǒ）焰（yàn）均呈（chéng）脉（mò）动变化。因此，单燃烧器工（gōng）业锅炉的火焰监（jiān）视可以利（lì）用火焰脉动变化特性，采用带低通滤波（bō）器(10—20Hz)的红外（wài）固体检测器（qì）(通常采用硫化铅)。但电站锅炉多（duō）燃烧器炉膛火焰的闪（shǎn）烁规律与（yǔ）单燃烧器工（gōng）业（yè）锅炉不（bú）大（dà）一（yī）样，特（tè）别是在燃烧器的喉口（kǒu）部分，闪（shǎn）烁频率的范围要宽得（dé）多。硫化铅PbS)感测器，这

是一（yī）种硫化铅（qiān）光敏电阻，其特（tè）点是（shì）对红外线辐射（shè）特别（bié）敏感。燃（rán）料在燃烧时，由（yóu）化学反应产生闪烁的红（hóng）外（wài）线（xiàn）辐射（shè），使硫化铅光敏电（diàn）阻感应，转变成电信号，再经放大（dà）器（qì）处理后，输（shū）出（chū）

4－20mA或0－10V的模拟（nǐ）量。在光谱中，红外线的（de）波长为Page 3 of 43 600nm以上，而这种硫化铅感测器的光（guāng）谱灵敏（mǐn）度为600nm

－3000nm，对绝（jué）大（dà）部（bù）分红（hóng）外线辐射都可以有效采集，同时还涵盖了部分可见光中的（de）红（hóng）光（guāng），这样充分保证采集到火焰信号（hào）的（de）真实性。

磷化钾

(GaP)感测器，它是一种磷（lín）化钾光敏电阻，其特点是对（duì）紫外线辐（fú）射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的紫外线辐射，使（shǐ）磷化（huà）钾光敏电阻感应，转变成电信号，再（zài）经放（fàng）大（dà）器处理后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光谱中，紫（zǐ）外线的波长小（xiǎo）于380nm，而这种硫化（huà）铅感（gǎn）测器的光谱灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外线辐射都可以有效采（cǎi）集，同（tóng）时还涵（hán）盖了大（dà）部分可见光中的紫光，同（tóng）样这样（yàng）充分保证采集到（dào）火焰（yàn）信号的真实性。多燃烧器炉膛在有（yǒu）火和（hé）无火时单只燃烧器时的火（huǒ）焰闪烁频率分布。由此可见（jiàn），在低频范围(10—20Hz)，煤粉与油有火与（yǔ）无（wú）火之（zhī）间闪烁强度的差异都很小；煤（méi）粉（fěn）有火与无火之间辐射强度差异处（chù）的闪（shǎn）烁频率约（yuē）300Hz，油有火与（yǔ）无火之（zhī）间区别（bié）都要在较高的（de）频率(100Hz以上)才能较好地实（shí）现检测（cè）。闪烁频率与辐射强（qiáng）度之（zhī）间的（de）关系取决于燃烧器（qì）结构布置、检测（cè）方法、燃料种（zhǒng）类、燃烧器的运（yùn）行条件(如燃料与空（kōng）气比、一次风速)、以及（jí）观（guān）察角度（dù）等因素。

一般（bān）来说：

1) 火（huǒ）焰闪烁（shuò）频率在火焰的初始（shǐ）燃烧器较高（gāo），然后向燃烬区依次降低（dī），

2) 检测器距火焰初始燃（rán）烧区越近，检测到的高（gāo）频（pín）成分(100—400Hz)越强；

3) 检（jiǎn）测器探头视角越（yuè）狭窄，所检测到的（de）火焰信（xìn）号越（yuè）真实；反之亦（yì）然（rán）。

可以推断，

全炉膛监（jiān）视的闪烁频率要比单（dān）只燃烧（shāo）器监视的频率低得多。

燃烧器火焰的形状，我们人为地将其分（fèn）为四部分：从喉（hóu）口开始依（yī）次为黑龙区（qū）、初（chū）始燃烧区、燃烧（shāo）区和燃（rán）烬区。从一次风（fēng）口喷射出（chū）的一（yī）段是（shì）一股暗黑色（sè）的（de）煤粉和（hé）一次风的混合物流，我们称其为黑龙区，其辐射（shè）强度（dù）和闪烁（shuò）频率都很低；第二段是初（chū）始（shǐ）燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰回（huí）流（liú）的加热开始燃烧，大量（liàng）煤粉颗粒爆燃形成亮点流（liú），此段的特点是这部（bù）分煤粉燃烧亮度不是（shì）很（hěn）大，但其闪烁频率却达（dá）到值（zhí），往往可以在100Hz以（yǐ）上；第三段为燃烧区（qū），也称完全燃烧区，各个煤粉颗（kē）粒（lì）在与二次（cì）风的（de）充分混合（hé）下完全燃烧，产生出很大（dà）热量，此段的火（huǒ）焰亮（liàng）度且最稳定，但（dàn）闪（shǎn）烁频率要低（dī）于初始燃烧区；第（dì）四段（duàn）为燃烬区，这时的煤粉（fěn）绝大部分燃烧（shāo）完（wán）毕形成飞灰（huī），少（shǎo）数较大（dà）的颗粒继（jì）续进行燃烧，最（zuì）后形成高温炉气流（liú），其（qí）火焰（yàn）亮度和闪烁频率都比较低。有（yǒu）一点需要说明（míng），上面提到的频率是指闪烁(Flicker)频率，它和有些（xiē）火焰检测器中的脉冲(Pulse)频率有本（běn）质区别（bié），前者是燃料混合物火焰燃烧（shāo）所特（tè）有的属性（xìng），而（ér）后者只是对火焰强（qiáng）度的一种显示方法。

在锅炉燃烧（shāo）现场我们可以发现，

用紫外线（xiàn）光敏（mǐn）管检测器或磷（lín）化钾检测器监视（shì）煤（méi）粉燃烧（shāo）器

时，被检测（cè）火焰的信号（hào）强度（dù）可能（néng）等同于或（huò）低（dī）于毗邻的火焰（yàn）信号（hào）强度（dù），这（zhè）是（shì）因为未燃煤（méi）粉在靠（kào）近燃烧器喉口部（bù）分往往起到一种遮盖（gài）作用，它实际上（shàng）是一股暗黑色（sè）的煤（méi）粉和一次（cì）风的混合物，我们叫它黑龙区，若火焰检测器视（shì）线通过或接近黑（hēi）龙区，则（zé）当燃烧器停用（yòng）而炉膛（táng）内（nèi）的其它燃烧器继续（xù）运行燃（rán）烧时，信号强度反而比原来增（zēng）加了，这个结构是用紫外线光敏管（guǎn）检（jiǎn）测器（qì）监（jiān）视煤粉燃烧器的一个大（dà）问题（tí），但如果我们选（xuǎn）择用紫外线光敏管或（huò）磷化钾检测用（yòng）于点火的油（yóu）枪（qiāng），则起到扬长避（bì）短的作（zuò）用，可以有效的防止“偷看”问题。因此，燃煤锅（guō）炉推荐采用检（jiǎn）测火焰闪烁高频（pín）分量的可（kě）见光检测器或红外线检测器。

 由（yóu）于气体（tǐ）火焰不具有煤火焰和（hé）油火焰所特（tè）有的高频（pín）(100—400Hz) 脉动特性（xìng），因而红外（wài）线检测（cè）系统对气体火焰不起作用，所有对气体（tǐ）燃料推荐采（cǎi）用（yòng）紫外线（xiàn）检测（cè）器。

ABB在30多年前（qián）就推出了世界上最早的可见光式火焰检（jiǎn）测系统，并（bìng）在全球得到（dào）了广泛的应（yīng）用，但在长期的（de）应用过程中发（fā）现，这种火（huǒ）检经常出现见（jiàn）火困难的情况，有时又经（jīng）常（cháng）发生“偷看（kàn）”现象，分析其（qí）原因（yīn），主要（yào）是在使用一些（xiē）比较劣质的煤粉或（huò）现在（zài）好（hǎo）多电（diàn）厂经常使用混烧（shāo）煤时，火焰的黑龙区（qū）会变（biàn）长，这（zhè）样可见关火（huǒ）检视（shì）线往往集中在了黑龙区和初始燃烧区部分

火（huǒ）焰强度大大减弱，发生不见火现象；另外，可见关式火检受负荷和（hé）一次风配比的影（yǐng）响也很大，因此，红外线紫外线火（huǒ）检已（yǐ）经逐（zhú）渐（jiàn）取（qǔ）代了可见光火（huǒ）检。

概况地说，炉膛（táng）火焰发出的辐射能以不同的频（pín）率（lǜ）闪烁着，不同燃料（liào）、不同（tóng）燃烧器的闪烁频率（lǜ）也（yě）是不同的。炉膛内燃（rán）烧的好（hǎo）与坏，其火（huǒ）焰的平均光强度（dù）也是不同的。火焰检测器就是利用火焰（yàn）的闪烁（shuò）频（pín）率和光的辐射强度来综合判断火焰的（de）有无及强弱的。