在火（huǒ）焰检（jiǎn）测器中，为什（shí）么必（bì）须（xū）检测火焰（yàn）的脉冲频率？燃（rán）烧器火焰检测原理

燃（rán）烧火焰（yàn）具有各（gè）种特性，如发热程（chéng）度（dù）、电（diàn）离状态、火焰（yàn）不同部位的辐射、光谱及火焰的（de）脉动或闪烁现象、差压、音（yīn）响（xiǎng）等，均可用来检测火焰的“有”或“无”。以煤、油作为燃料的锅炉在燃烧过程（chéng）中会（huì）辐射红外线(IR)、可见（jiàn）光和紫（zǐ）外线(UV)。

所有（yǒu）的燃料燃烧（shāo）都（dōu）辐射一定量的紫外线和大量的红外（wài）线，且光谱范围涉及红外线、可见光（guāng）及紫外（wài）线（xiàn）。因此，整个光（guāng）谱范（fàn）围都（dōu）可以用来检测火（huǒ）焰的“有”或“无”。由于不同种类的燃料，其燃烧火焰辐（fú）射的光线强度不（bú）同（tóng），相应采用的火焰（yàn）检测元件也会（huì）不一（yī）样。一（yī）般说来，

煤粉火焰中（zhōng）除了含有不发光的CO2和水蒸气等三原子气体外，还有部分（fèn）灼（zhuó）热（rè）发（fā）光的焦炭粒子和炭粒，它们辐射较（jiào）强的红外线（xiàn）、可见光（guāng）和一些（xiē）紫外线，而（ér）紫外线往往容易被（bèi）燃烧产物和灰粒吸（xī）收而很快被减弱，因（yīn）此煤粉燃烧火（huǒ）焰宜采用可见光或红外线火（huǒ）焰（yàn）检测器。而在用于暖（nuǎn）炉和点火用的油（yóu）火（huǒ）焰中，除（chú）了有一（yī）部分CO2和（hé）水蒸气（qì）外（wài），还有大（dà）量的发光碳黑粒子，它也能辐射较强的可见光（guāng）、红外线和紫外线（xiàn），因此（cǐ）可采用对这三种火焰较敏感的（de）检（jiǎn）测元件进行测量。而可燃气体（tǐ）作（zuò）为主燃料燃烧时，在火焰初（chū）始燃烧（shāo）区（qū）辐射较强的紫（zǐ）外线，此（cǐ）时可采用（yòng）紫（zǐ）外线火（huǒ）焰（yàn）检测器进（jìn）行检测。除辐射（shè）稳态电磁波外（wài），所（suǒ）有的火焰均呈脉动（dòng）变化。因此，单燃烧器工业（yè）锅炉的火（huǒ）焰监（jiān）视（shì）可以利用火（huǒ）焰脉动变化特性，采用带低通滤波器(10—20Hz)的红外固体检测器(通常（cháng）采用（yòng）硫化铅（qiān）)。但电（diàn）站锅炉多燃烧（shāo）器炉膛火焰的闪烁规律（lǜ）与单燃烧器工业锅（guō）炉不大一（yī）样，特（tè）别是在燃烧器（qì）的喉口部分，闪烁频率的（de）范围要宽得多（duō）。硫（liú）化铅PbS)感测器，这

是一（yī）种硫化铅光敏电阻，其特点是对（duì）红外（wài）线辐射（shè）特别敏感。燃料在燃烧（shāo）时，由（yóu）化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅（qiān）光敏电阻感（gǎn）应（yīng），转变成（chéng）电信号，再经放大器处理后（hòu），输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光谱中，红（hóng）外线的波长为Page 3 of 43 600nm以上（shàng），而这种硫（liú）化铅（qiān）感（gǎn）测器的光谱灵敏度（dù）为600nm

－3000nm，对绝大部（bù）分红外（wài）线辐射（shè）都可以有效采集，同（tóng）时还涵盖了部分可见光中的红光，这（zhè）样充分保证采集到火（huǒ）焰信号的真实性。

磷化钾

(GaP)感（gǎn）测器，它（tā）是一种磷（lín）化钾（jiǎ）光敏电阻（zǔ），其特点是（shì）对紫外线辐射特别（bié）敏感。燃料在燃（rán）烧（shāo）时，由化学反应产生闪烁的（de）紫外（wài）线辐射，使磷化（huà）钾光（guāng）敏（mǐn）电阻感应，转变成（chéng）电信号，再经放大器处（chù）理后，输（shū）出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光（guāng）谱中（zhōng），紫外线的波长小于380nm，而这种（zhǒng）硫化（huà）铅（qiān）感（gǎn）测器的光谱灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外（wài）线（xiàn）辐射（shè）都可以有效采集（jí），同时还（hái）涵盖（gài）了大（dà）部分可见光中的紫光，同（tóng）样（yàng）这样充分保证（zhèng）采集到（dào）火（huǒ）焰信（xìn）号的真实（shí）性。多燃烧（shāo）器炉膛在（zài）有火（huǒ）和（hé）无火时单只燃烧器时的火焰闪烁频率分布。由此可见，在（zài）低频（pín）范围（wéi）(10—20Hz)，煤粉与油（yóu）有火与无火之间闪烁强（qiáng）度的差异都很（hěn）小；煤（méi）粉有火与无火（huǒ）之间辐射强（qiáng）度差（chà）异处的闪烁频率约300Hz，油有火与无火（huǒ）之（zhī）间区（qū）别都要在较高（gāo）的频率（lǜ）(100Hz以上（shàng）)才能较好地实（shí）现检测。闪烁频率与辐射强度之间的关系（xì）取决于燃烧器结构布置（zhì）、检测方（fāng）法、燃料种类、燃（rán）烧器的运（yùn）行条件(如燃料与空气比、一次风速（sù）)、以及观察角度等因素（sù）。

一（yī）般来（lái）说：

1) 火（huǒ）焰（yàn）闪烁频率在火焰的初始燃烧器较（jiào）高，然后向燃烬区依次降低，

2) 检测器距火焰（yàn）初始燃（rán）烧区（qū）越近，检测（cè）到的高频成（chéng）分(100—400Hz)越（yuè）强；

3) 检测器探头视角越狭窄，所检测到的火焰（yàn）信（xìn）号越真实；反之（zhī）亦然。

可以推断（duàn），

全（quán）炉膛监视的闪烁频率（lǜ）要比单只燃烧器监视的频率低（dī）得多。

燃（rán）烧器火焰的形状，我们（men）人为地将其分为四部分：从喉口（kǒu）开始依（yī）次为黑龙（lóng）区、初始燃（rán）烧（shāo）区（qū）、燃烧区和燃烬区。从一次风口喷射出（chū）的一（yī）段是一股暗黑色的煤粉和（hé）一次（cì）风的混（hún）合（hé）物流，我们称其为黑（hēi）龙区，其（qí）辐射强度和（hé）闪烁频率都很低；第二段是初（chū）始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰（yàn）回（huí）流的加热开始燃烧，大量煤（méi）粉颗粒爆燃形成亮（liàng）点流，此段的特点是这（zhè）部分煤粉燃（rán）烧（shāo）亮度不是很（hěn）大，但（dàn）其闪烁（shuò）频（pín）率却达到（dào）值，往往可（kě）以在100Hz以上；第三（sān）段为燃烧区，也称（chēng）完全燃烧区（qū），各个煤粉颗粒在与二（èr）次风（fēng）的充（chōng）分混合（hé）下完全燃烧，产生出很大热量，此段的火（huǒ）焰（yàn）亮度且最稳（wěn）定，但（dàn）闪（shǎn）烁频率要（yào）低于初始燃烧区；第四段（duàn）为燃烬（jìn）区，这时的（de）煤粉绝大部（bù）分燃烧完毕形成（chéng）飞灰，少数较大（dà）的（de）颗粒继（jì）续进（jìn）行燃烧，最后形成高温炉（lú）气流（liú），其火（huǒ）焰亮度和闪烁（shuò）频（pín）率都比较低。有（yǒu）一（yī）点需要说（shuō）明（míng），上面提到的频率是指闪烁(Flicker)频率，它和有些火焰检测器中的脉冲(Pulse)频率（lǜ）有本质区别（bié），前者是燃（rán）料混（hún）合（hé）物火焰（yàn）燃烧所（suǒ）特有的属性（xìng），而后者只是对火焰强度的一种显示（shì）方法。

在锅炉燃烧现场我们（men）可以发现，

用紫外线光敏管检测器或磷化钾检测器监视煤粉燃烧（shāo）器（qì）

时，被检（jiǎn）测火焰的信号强（qiáng）度可（kě）能等同于（yú）或（huò）低（dī）于毗邻的火焰信号（hào）强度（dù），这是（shì）因为未（wèi）燃（rán）煤（méi）粉在靠近燃（rán）烧器喉口部分往往起到一种（zhǒng）遮（zhē）盖作用，它实际上是（shì）一股（gǔ）暗黑色的煤粉（fěn）和一次风的（de）混合物，我们（men）叫（jiào）它黑龙区（qū），若火焰检测器视线通过或接近黑龙区，则当燃烧器（qì）停用而炉（lú）膛内的其它燃烧器继（jì）续运行燃烧时，信号强（qiáng）度（dù）反而比原来增加了，这个（gè）结构（gòu）是用紫（zǐ）外线光（guāng）敏管（guǎn）检测（cè）器监视煤粉（fěn）燃烧器的一个大（dà）问题（tí），但如果我们选（xuǎn）择用（yòng）紫外（wài）线光敏（mǐn）管（guǎn）或磷化钾检测用于点（diǎn）火的油枪，则起到扬长避短的作用，可以有（yǒu）效的防止（zhǐ）“偷看”问题（tí）。因此，燃煤（méi）锅炉推荐采用检测（cè）火焰（yàn）闪烁高（gāo）频分量的可见光检测器或红外（wài）线检测器。

 由于气体（tǐ）火焰不（bú）具有煤火焰和油火（huǒ）焰所特有的高频(100—400Hz) 脉动（dòng）特性，因而红外线检测系统对气体火焰不起作用，所有对气（qì）体燃料推荐（jiàn）采用紫外线检测器。

ABB在30多（duō）年前（qián）就推出了（le）世界上最早的（de）可见光式（shì）火焰检测系（xì）统，并在全球得（dé）到了广泛的应用，但在长期的应用过（guò）程（chéng）中发现（xiàn），这种火检（jiǎn）经常出现见火（huǒ）困难的情（qíng）况，有时又经常发生（shēng）“偷看”现象，分析其原因（yīn），主要是在使（shǐ）用一些比较（jiào）劣质的煤粉或现在好多电厂经常（cháng）使用混烧煤时，火焰的黑龙（lóng）区会变长（zhǎng），这样可见关火（huǒ）检视线往往集中在了黑龙区和初始燃烧区部（bù）分

火（huǒ）焰强度大大减弱，发生不见火现（xiàn）象；另外（wài），可见关式火检受负荷和一（yī）次风（fēng）配比（bǐ）的影（yǐng）响也很大，因此，红外线紫外（wài）线火检已经（jīng）逐渐取代了可见光火检。

概况地说，炉（lú）膛火焰发出的辐射能以不同的频（pín）率闪烁着，不同（tóng）燃料（liào）、不同燃烧器的闪烁频（pín）率也（yě）是（shì）不同的。炉膛（táng）内燃烧的好（hǎo）与坏，其（qí）火焰的平均光强度（dù）也是不（bú）同的。火焰检（jiǎn）测（cè）器（qì）就是利用火焰的闪烁频率和光的辐射强度来综合判（pàn）断火焰的有无及强弱的。