在火焰检测器（qì）中，为什（shí）么必须检测火焰的脉冲频率？燃烧（shāo）器火焰检测原理

燃（rán）烧火焰具有各种特性（xìng），如（rú）发热程度、电离状态、火焰（yàn）不同部位（wèi）的辐（fú）射（shè）、光谱（pǔ）及火（huǒ）焰的脉动或闪烁现象、差压、音响等（děng），均（jun1）可（kě）用来检测火焰的（de）“有”或“无（wú）”。以煤（méi）、油（yóu）作（zuò）为（wéi）燃料的锅炉在燃（rán）烧过（guò）程中会（huì）辐射红外线(IR)、可见光（guāng）和紫（zǐ）外线(UV)。

所有（yǒu）的（de）燃料燃（rán）烧都辐（fú）射一定量的紫（zǐ）外线和大量的红外线，且光谱范围涉及红（hóng）外（wài）线、可见（jiàn）光及紫（zǐ）外线。因此，整个光谱范（fàn）围都可（kě）以用来检测（cè）火焰的“有”或（huò）“无（wú）”。由于不同种类的（de）燃（rán）料，其燃烧火焰辐（fú）射的光（guāng）线强度不同，相应采用的火焰检测元件也会不一样。一般说来，

煤粉火（huǒ）焰中除了含（hán）有不（bú）发光的CO2和水蒸气等三（sān）原子气体外，还有部分灼热发光的焦炭粒子和炭粒（lì），它们辐射（shè）较强的（de）红外线、可（kě）见光和一些紫（zǐ）外线，而紫外线往往容易被燃烧产（chǎn）物和灰粒吸收而很快被减弱，因此煤粉（fěn）燃（rán）烧火焰宜采用（yòng）可见（jiàn）光或红外（wài）线火焰检测器（qì）。而在用于暖炉和点火用的油（yóu）火焰中，除了有一部（bù）分CO2和水蒸（zhēng）气外，还有大量的发光碳黑（hēi）粒子，它也能辐射较强的可见（jiàn）光、红外线和紫外线，因此（cǐ）可采用对这三种（zhǒng）火焰（yàn）较敏感（gǎn）的检测元件进行测量（liàng）。而可燃气体作为主（zhǔ）燃料（liào）燃烧时，在火焰初始燃烧区辐射较强的紫外线，此时可（kě）采用紫外线火焰检测器进行（háng）检测。除辐射稳态电磁（cí）波外，所有的（de）火焰均呈脉动变化（huà）。因（yīn）此，单燃烧器工业锅炉的火焰监视可以利用火焰脉动变化特性，采用带低通滤波器(10—20Hz)的红外（wài）固体检测器(通常（cháng）采用硫化铅)。但电站锅炉多（duō）燃烧器炉膛火焰（yàn）的闪烁规律与单燃烧器工业锅炉不大一样，特别是在燃烧器的喉口（kǒu）部分（fèn），闪烁频（pín）率的范围要宽得（dé）多。硫（liú）化铅（qiān）PbS)感测器，这（zhè）

是（shì）一种硫化铅光敏电阻，其特点是对（duì）红外线（xiàn）辐射特别敏感。燃料在燃烧（shāo）时，由化（huà）学反应（yīng）产生闪烁（shuò）的红外线辐射，使（shǐ）硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理（lǐ）后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光谱中，红外线的（de）波长为Page 3 of 43 600nm以（yǐ）上，而这（zhè）种硫化铅感测（cè）器的光（guāng）谱灵（líng）敏度为600nm

－3000nm，对绝大（dà）部分红外线辐射都（dōu）可以有效采（cǎi）集，同时（shí）还涵盖了部（bù）分可见光中的红光，这样充分（fèn）保证采集到（dào）火焰信号的真实性。

磷化钾

(GaP)感测器，它是一种（zhǒng）磷化钾光敏电阻，其特点是对紫外线辐（fú）射特（tè）别敏感。燃料在燃烧时，由化学（xué）反应产生闪（shǎn）烁的紫外（wài）线辐射，使磷化钾（jiǎ）光（guāng）敏电阻感应，转（zhuǎn）变（biàn）成（chéng）电信号，再经放大器处（chù）理（lǐ）后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光谱中，紫外线（xiàn）的波长小于380nm，而这种硫（liú）化（huà）铅感测器的（de）光谱灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外线辐射都可以有效采集，同（tóng）时（shí）还涵（hán）盖了大部分（fèn）可见光中的紫光（guāng），同样这样充分保证采（cǎi）集到火焰（yàn）信号的（de）真实性。多燃（rán）烧器炉膛（táng）在有火（huǒ）和（hé）无火时单（dān）只燃烧器（qì）时的火焰闪烁频率分布（bù）。由此（cǐ）可见（jiàn），在低频范围(10—20Hz)，煤（méi）粉（fěn）与油有（yǒu）火与无（wú）火之间闪（shǎn）烁强度的（de）差异都很小；煤粉有火与无火之间辐射强度（dù）差（chà）异处（chù）的闪烁频率（lǜ）约300Hz，油有火（huǒ）与无火之（zhī）间区别都要在较高的频率（lǜ）(100Hz以上)才能（néng）较好地实现（xiàn）检测（cè）。闪烁频率与辐（fú）射强（qiáng）度之间的关（guān）系取决于燃烧器结构布置（zhì）、检测方（fāng）法（fǎ）、燃料种类、燃烧器的运行条件(如（rú）燃（rán）料与空（kōng）气比、一（yī）次（cì）风速（sù）)、以及观（guān）察角（jiǎo）度等（děng）因素。

一（yī）般来说：

1) 火（huǒ）焰（yàn）闪烁频率（lǜ）在（zài）火（huǒ）焰的初始燃烧器较高，然（rán）后向燃烬区依次降低（dī），

2) 检测器距火焰初始燃烧区越近，检测到的高频成分（fèn）(100—400Hz)越强；

3) 检（jiǎn）测器（qì）探头（tóu）视角越狭窄，所检测到的火焰信号越真实；反之（zhī）亦然。

可以推断（duàn），

全（quán）炉（lú）膛监视（shì）的闪烁（shuò）频率要比单只燃烧器（qì）监视的频（pín）率低（dī）得多。

燃烧（shāo）器火焰的形状，我们人为地（dì）将其分为（wéi）四部分（fèn）：从喉口（kǒu）开始依次为黑龙区、初（chū）始燃烧区、燃烧区和燃（rán）烬区。从一（yī）次风口喷射出的一段是一股暗黑色（sè）的煤粉（fěn）和一次风（fēng）的混合物（wù）流，我们（men）称其为黑龙区，其辐射强度和闪烁频率（lǜ）都很（hěn）低；第二（èr）段是初始燃（rán）烧区，煤粉因受到高温炉气（qì）和（hé）火焰回流的加（jiā）热开始（shǐ）燃（rán）烧，大量（liàng）煤粉颗（kē）粒爆燃形成（chéng）亮点流，此（cǐ）段的特点是这部分煤粉燃烧亮（liàng）度不是很大，但其闪烁频（pín）率却达到值（zhí），往（wǎng）往可以（yǐ）在100Hz以上（shàng）；第三段为燃烧（shāo）区，也称完全（quán）燃（rán）烧区，各个煤粉颗粒在与二次风的（de）充分混（hún）合下完全燃烧，产生（shēng）出（chū）很（hěn）大热量，此段的火焰亮度且最稳定，但闪烁（shuò）频（pín）率（lǜ）要（yào）低于初（chū）始燃烧区；第（dì）四段为燃烬区，这时（shí）的煤粉（fěn）绝大部分燃烧完毕形（xíng）成飞灰，少数（shù）较（jiào）大（dà）的颗粒继续进行燃烧（shāo），最后形成高温炉气流，其火焰亮度和闪烁频率都比较（jiào）低。有一（yī）点需要说明，上面（miàn）提到的频率是指闪（shǎn）烁(Flicker)频率，它和（hé）有些（xiē）火焰检测（cè）器中的脉冲(Pulse)频率有（yǒu）本质区别，前者（zhě）是燃（rán）料混合物火焰燃烧所特有（yǒu）的（de）属（shǔ）性，而后者只是对火焰（yàn）强度的一种显示（shì）方法（fǎ）。

在（zài）锅炉燃烧现场我们（men）可以发现，

用紫（zǐ）外线光（guāng）敏管检测（cè）器（qì）或磷化钾检测器监视煤粉燃烧器

时，被检测火焰的（de）信号强度可能等同（tóng）于或低于毗邻的火焰信（xìn）号（hào）强度，这（zhè）是因为（wéi）未（wèi）燃煤粉在（zài）靠近燃烧器（qì）喉口部分往往起到一种遮盖作用，它实（shí）际（jì）上是一股暗黑色的（de）煤粉和一（yī）次风（fēng）的混合物，我们叫（jiào）它黑龙区，若火焰（yàn）检（jiǎn）测器视线（xiàn）通（tōng）过或接近黑龙区，则当（dāng）燃（rán）烧器停（tíng）用而炉膛内的其它燃（rán）烧器继续运行燃烧（shāo）时（shí），信号（hào）强度反（fǎn）而比原（yuán）来增加（jiā）了，这（zhè）个结构是用紫外线光敏管（guǎn）检（jiǎn）测（cè）器监（jiān）视煤粉（fěn）燃烧（shāo）器的一个（gè）大问题，但（dàn）如果我们选择用紫外线光敏管或磷（lín）化钾检（jiǎn）测（cè）用于点（diǎn）火的油枪，则起到扬长（zhǎng）避（bì）短的（de）作用（yòng），可以（yǐ）有效的（de）防止“偷看（kàn）”问题。因（yīn）此，燃煤锅炉推荐（jiàn）采用（yòng）检测（cè）火（huǒ）焰闪烁高频分量的可见光检测器或红外线检测器。

 由于气体火焰不具有煤火焰和油（yóu）火焰所特有的高频(100—400Hz) 脉动特（tè）性（xìng），因而红外线检（jiǎn）测系统对气体火焰不起作用，所有对气体燃料（liào）推荐（jiàn）采用紫外（wài）线检测器。

ABB在30多年前就推出了世界上最（zuì）早的可（kě）见光式火焰检（jiǎn）测系统，并（bìng）在全球得到了广泛的（de）应用，但在长期的应用（yòng）过程中发现，这种火检（jiǎn）经常出（chū）现见火困难的情况，有时又（yòu）经常发生“偷看”现象，分析（xī）其原因，主要是（shì）在使用一些（xiē）比较劣质的煤粉或现在好多电厂经常使（shǐ）用混烧煤时，火焰的黑（hēi）龙区会变长，这（zhè）样可（kě）见关火检视（shì）线往往集中在了黑龙（lóng）区和初始燃烧区部（bù）分（fèn）

火（huǒ）焰强度大大减弱，发生不（bú）见火现（xiàn）象（xiàng）；另外，可见（jiàn）关（guān）式火检受负荷和（hé）一次风配比（bǐ）的影响也很大，因此，红外（wài）线紫外线火（huǒ）检（jiǎn）已经逐渐取代了可见光火检。

概况（kuàng）地说，炉膛火焰（yàn）发出的辐射能以不同的频（pín）率（lǜ）闪烁（shuò）着，不同燃料（liào）、不（bú）同燃烧器（qì）的闪烁频率也是不同的。炉（lú）膛内燃烧（shāo）的好与坏，其火焰的平（píng）均（jun1）光强（qiáng）度（dù）也（yě）是不同的。火（huǒ）焰检测器就是利用（yòng）火焰的闪烁频率和光（guāng）的辐射（shè）强度来综合判断火焰的有（yǒu）无及强弱（ruò）的。