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

燃烧火（huǒ）焰（yàn）具有各（gè）种特性，如发（fā）热程度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光谱（pǔ）及火（huǒ）焰的（de）脉动（dòng）或（huò）闪烁现象、差压、音（yīn）响等，均可用（yòng）来（lái）检测（cè）火焰（yàn）的（de）“有”或“无”。以煤、油作为燃料的锅（guō）炉在燃（rán）烧过程（chéng）中会辐射（shè）红外线(IR)、可见光和（hé）紫外线(UV)。

所有的（de）燃（rán）料燃烧都辐射（shè）一定量（liàng）的紫外线（xiàn）和（hé）大量的红外线（xiàn），且光谱范围涉及红（hóng）外（wài）线、可见光（guāng）及（jí）紫（zǐ）外线（xiàn）。因此，整个光谱范（fàn）围都（dōu）可以用来检测火焰的“有”或“无”。由（yóu）于不同（tóng）种类的燃料，其燃烧（shāo）火焰辐（fú）射的光线强度（dù）不同，相应采用的火焰（yàn）检测元（yuán）件也会不一（yī）样（yàng）。一般说来，

煤粉火（huǒ）焰中除了含有不发光的CO2和水蒸气等三原子气体（tǐ）外，还有部（bù）分灼热发光的焦炭（tàn）粒子和炭粒（lì），它（tā）们辐射较强的红外线、可见光（guāng）和一些紫外线，而紫（zǐ）外线往往容易（yì）被燃烧产物和灰粒吸收而很快被减弱，因此煤粉（fěn）燃烧火焰宜采用可见光或红外线火焰检测器。而在用于暖炉（lú）和点火用的油火（huǒ）焰中，除了有一部分CO2和水蒸气外，还有大量的（de）发光碳黑（hēi）粒子，它也能辐射（shè）较强（qiáng）的可（kě）见光、红外线和（hé）紫外线，因此可（kě）采用（yòng）对这三种火焰（yàn）较敏感的检测元（yuán）件进行测量（liàng）。而可燃气体作为（wéi）主燃料燃烧时（shí），在火（huǒ）焰初始燃烧区辐射较（jiào）强的紫外线，此（cǐ）时可（kě）采用（yòng）紫外线火焰检测（cè）器进行检测。除辐射（shè）稳态（tài）电磁波外（wài），所有的火（huǒ）焰均呈脉（mò）动（dòng）变化。因此，单（dān）燃烧器工业锅炉（lú）的火焰监视可以（yǐ）利用火焰脉动变化特性，采用带低（dī）通滤波器(10—20Hz)的红外固体（tǐ）检测器(通常采用硫化铅)。但电站锅炉多燃烧器炉膛（táng）火（huǒ）焰的闪烁（shuò）规律与单燃烧器（qì）工业（yè）锅炉不大一（yī）样（yàng），特别（bié）是在燃烧（shāo）器（qì）的喉口部分，闪（shǎn）烁频率的范围要宽（kuān）得多。硫化（huà）铅PbS)感测器，这

是一种硫化铅（qiān）光（guāng）敏电阻，其特点是对红外（wài）线辐（fú）射特别敏感。燃料在燃烧时，由（yóu）化学反（fǎn）应产生闪烁的红外线辐射，使硫（liú）化铅光敏电阻感应，转（zhuǎn）变（biàn）成电信号，再经放（fàng）大器（qì）处理后，输出

4－20mA或0－10V的（de）模（mó）拟量。在光谱中（zhōng），红外线的（de）波（bō）长为Page 3 of 43 600nm以（yǐ）上（shàng），而这（zhè）种（zhǒng）硫化铅感测器的光谱灵敏（mǐn）度为600nm

－3000nm，对绝（jué）大部分红外（wài）线辐射都（dōu）可以（yǐ）有效采集，同（tóng）时还涵盖了部分可见光（guāng）中（zhōng）的红光，这（zhè）样（yàng）充分保证采集到火焰信号的真实性。

磷化钾

(GaP)感测（cè）器，它是（shì）一种（zhǒng）磷化钾（jiǎ）光敏（mǐn）电（diàn）阻（zǔ），其特（tè）点是对（duì）紫外线辐射特（tè）别（bié）敏感。燃料在燃烧时，由化学（xué）反应产生闪烁的（de）紫（zǐ）外线辐（fú）射，使磷（lín）化钾（jiǎ）光敏电（diàn）阻（zǔ）感应，转变成电信号（hào），再经放大器处理后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光（guāng）谱中，紫（zǐ）外线的波长小于380nm，而这（zhè）种硫化（huà）铅感测器的光谱灵敏（mǐn）度为190nm－550nm，对（duì）大（dà）部分紫外线辐射都可以有效采集，同时还涵盖了大部（bù）分（fèn）可见光中的（de）紫光，同样这样充（chōng）分保证采（cǎi）集到火焰信号的真实性。多燃烧器炉膛在有火和无火时单只燃烧器（qì）时的（de）火焰闪烁频（pín）率（lǜ）分布。由此（cǐ）可见，在低频范围(10—20Hz)，煤粉与（yǔ）油有火与无（wú）火之（zhī）间闪烁强度（dù）的差（chà）异都（dōu）很小；煤（méi）粉有火与无火之间辐射（shè）强（qiáng）度差异处的（de）闪烁频率（lǜ）约300Hz，油有火与无火之间区（qū）别都要在较高的频率(100Hz以上（shàng）)才（cái）能（néng）较好地实现检测。闪烁频率与辐射强度之间的（de）关系取决于燃烧器结构布置、检测方（fāng）法（fǎ）、燃料种类（lèi）、燃（rán）烧（shāo）器的运行条件(如燃料与空（kōng）气比、一次风速)、以及观（guān）察角度等因素。

一般来说：

1) 火焰闪（shǎn）烁频（pín）率在火焰的初（chū）始（shǐ）燃烧器较高，然后向燃烬区依次降低（dī），

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

3) 检测器探头视（shì）角越狭窄，所检测到的火焰（yàn）信号越真实（shí）；反（fǎn）之亦然。

可以推断，

全炉（lú）膛监视的闪烁频率（lǜ）要比单只燃烧（shāo）器监视的频（pín）率低（dī）得多。

燃烧（shāo）器（qì）火（huǒ）焰（yàn）的形（xíng）状，我们人为地将（jiāng）其分为四部分（fèn）：从（cóng）喉口开始依次为黑龙（lóng）区、初始燃烧区、燃烧区和燃烬区。从一次风口（kǒu）喷射出的一段是一股暗黑色的煤粉和一（yī）次（cì）风的混合物流，我们称其为黑龙区，其辐射强度和闪烁频率（lǜ）都（dōu）很（hěn）低；第（dì）二段是初始燃烧区，煤粉因受到高（gāo）温炉气和火焰回流的加热开始燃（rán）烧，大量煤粉颗粒（lì）爆燃形成亮点流，此段（duàn）的特点是这（zhè）部分煤粉燃烧亮度不（bú）是很（hěn）大，但其（qí）闪烁频率（lǜ）却达到值，往（wǎng）往（wǎng）可以在100Hz以上；第三（sān）段为燃烧区，也称完全燃烧区，各个煤（méi）粉颗（kē）粒（lì）在与二次风的充（chōng）分混合下完全燃（rán）烧（shāo），产生出很大（dà）热量，此段的火焰亮度（dù）且最稳定（dìng），但（dàn）闪烁频率要低于初始燃烧（shāo）区；第四段为燃烬区，这时的（de）煤（méi）粉绝大部分燃烧（shāo）完（wán）毕形成飞灰，少数（shù）较大（dà）的（de）颗粒（lì）继续进行燃烧，最（zuì）后形成高温炉气流，其火焰（yàn）亮度和闪（shǎn）烁（shuò）频（pín）率都比较低（dī）。有（yǒu）一（yī）点需要（yào）说（shuō）明，上面（miàn）提到的频率是（shì）指闪烁(Flicker)频率，它和有些火焰检测器中的脉（mò）冲(Pulse)频率有本（běn）质区别，前者是燃料混合（hé）物（wù）火（huǒ）焰燃烧（shāo）所特有的属性（xìng），而后者只是对火焰强度（dù）的（de）一种（zhǒng）显示（shì）方（fāng）法。

在（zài）锅炉燃烧现场我们（men）可以发现（xiàn），

用紫外线（xiàn）光敏管检测器或磷（lín）化钾（jiǎ）检测器（qì）监视煤粉燃烧器（qì）

时，被检测火焰的（de）信（xìn）号（hào）强度可能等同于或低于（yú）毗邻的（de）火焰（yàn）信号强度，这是因为未燃煤粉（fěn）在（zài）靠近燃（rán）烧（shāo）器喉口部分往往起到一种（zhǒng）遮盖作用，它实际上是（shì）一股暗黑色的煤（méi）粉和一次风（fēng）的混（hún）合物，我们叫它黑龙区，若（ruò）火焰（yàn）检测器视线通过或接近黑（hēi）龙区，则（zé）当燃（rán）烧（shāo）器停用（yòng）而炉（lú）膛内的（de）其它燃烧器继续运行燃（rán）烧时（shí），信号（hào）强（qiáng）度反而比原来（lái）增加（jiā）了，这个结构是用紫（zǐ）外线光敏管检测器监视煤粉（fěn）燃（rán）烧器的一（yī）个大问题，但（dàn）如果我（wǒ）们选（xuǎn）择用紫外（wài）线光敏（mǐn）管或磷化钾（jiǎ）检测用于点火的油枪，则起（qǐ）到扬长避短的作用，可以有效的防止“偷看”问题。因此（cǐ），燃（rán）煤锅炉推（tuī）荐采（cǎi）用检测火（huǒ）焰闪烁（shuò）高频分量的（de）可见（jiàn）光（guāng）检测器（qì）或红外线检测器。

 由于（yú）气体火焰（yàn）不具有煤（méi）火（huǒ）焰和（hé）油火（huǒ）焰（yàn）所特（tè）有的（de）高频(100—400Hz) 脉动特性，因而红（hóng）外线检测系（xì）统对气体火焰不起（qǐ）作用，所有对气体燃料推荐采用紫外线检（jiǎn）测器（qì）。

ABB在30多（duō）年前就推出了世界上最早（zǎo）的可见光式火焰检测系（xì）统，并（bìng）在全球（qiú）得到了广泛的应用，但在长期的应用（yòng）过（guò）程中发现（xiàn），这种（zhǒng）火检经常出现（xiàn）见火困难的（de）情（qíng）况，有时又经常发（fā）生“偷看”现象，分析其原因，主要是（shì）在使用一（yī）些比（bǐ）较劣质的煤粉或（huò）现在好（hǎo）多电厂（chǎng）经常使用混烧煤时，火（huǒ）焰的黑龙区会变（biàn）长，这样可见关火检视（shì）线往往集（jí）中在了黑（hēi）龙区和初始燃烧区部分

火焰强（qiáng）度大大（dà）减弱，发生不见火现象；另外，可见关式（shì）火检受负（fù）荷和一次（cì）风配比的影响也很（hěn）大（dà），因此，红外线紫外线火检已经逐渐取代了可见光火（huǒ）检。

概况地说，炉膛火（huǒ）焰发出的辐射能以不同的频率闪烁着，不同燃料、不同燃烧器的闪烁频率也是不同（tóng）的。炉膛内（nèi）燃烧的（de）好与坏，其火焰的平（píng）均光强度也是不同的（de）。火焰检测（cè）器就是利用火焰的闪烁频率和光的辐射（shè）强度（dù）来综合判断火焰的有无及（jí）强弱的。