在（zài）火（huǒ）焰检测器中，为什么必须检测火焰的（de）脉冲频率？燃烧（shāo）器火焰（yàn）检测原（yuán）理

燃烧（shāo）火焰具有各（gè）种特性，如发热程度、电离状态、火焰不同部位的（de）辐（fú）射、光谱及（jí）火焰的脉（mò）动或闪烁现象、差压、音响（xiǎng）等，均（jun1）可用来检测（cè）火焰的“有”或（huò）“无”。以煤、油作为燃料的锅（guō）炉在燃（rán）烧过程中会辐射红外线(IR)、可见光（guāng）和（hé）紫外线(UV)。

所有（yǒu）的燃料燃烧都辐射一定量的（de）紫外线和大（dà）量的红外线，且光谱范围（wéi）涉及红外（wài）线（xiàn）、可见光及（jí）紫外线。因此，整个光谱范围（wéi）都可以用（yòng）来检测火焰的（de）“有”或“无”。由于不同种类的燃料，其燃烧火焰辐（fú）射的（de）光线强度（dù）不同，相应采用的火焰（yàn）检（jiǎn）测元（yuán）件也（yě）会不（bú）一样。一般（bān）说（shuō）来，

煤粉火（huǒ）焰中除了含有不发光的CO2和（hé）水蒸气等三（sān）原（yuán）子气体外，还（hái）有部分灼热发光的焦炭粒子和炭粒，它们辐（fú）射（shè）较强的红外（wài）线、可见（jiàn）光和一（yī）些紫（zǐ）外线，而紫（zǐ）外线往往容易被（bèi）燃烧产物（wù）和灰粒吸收而很快被减弱，因（yīn）此煤粉燃烧（shāo）火焰宜（yí）采用可见（jiàn）光或红外线火焰检测器。而在用于暖炉和点火用的油火焰（yàn）中（zhōng），除了有一部分CO2和（hé）水蒸气外，还有大量的发光碳黑粒（lì）子，它也能辐射较强的可见（jiàn）光（guāng）、红外线和紫外线，因此可采用对这三（sān）种火焰较（jiào）敏感的检测元件（jiàn）进行测量。而可（kě）燃气体作为主燃料燃烧时（shí），在（zài）火（huǒ）焰初始（shǐ）燃烧区辐（fú）射较强的紫外线，此（cǐ）时可采用紫外线火焰检测器进行（háng）检测。除（chú）辐（fú）射稳态电磁波外，所有的火焰（yàn）均（jun1）呈脉动（dòng）变化。因此，单燃烧器工业（yè）锅炉的火焰监视可以利用火焰脉动变化（huà）特性，采用带（dài）低通滤波器(10—20Hz)的红外固体检测器（qì）(通常采用硫化铅)。但电站锅炉多燃（rán）烧器（qì）炉膛火焰的闪烁规律（lǜ）与单燃烧器工（gōng）业锅炉不大（dà）一样，特别是在燃烧器（qì）的喉（hóu）口部分（fèn），闪烁频率的范围要宽得多。硫化（huà）铅PbS)感测器，这（zhè）

是一（yī）种硫化铅光敏电阻，其特点是对红（hóng）外（wài）线（xiàn）辐射特别敏感。燃（rán）料在燃烧时，由（yóu）化学反应产生（shēng）闪烁（shuò）的红外线辐射，使硫（liú）化铅光敏（mǐn）电阻感应，转（zhuǎn）变成电信号（hào），再经放大器处理后，输出（chū）

4－20mA或0－10V的模拟量。在光（guāng）谱中，红外（wài）线的（de）波（bō）长为Page 3 of 43 600nm以上，而这种硫化铅感测器（qì）的光谱灵敏度为（wéi）600nm

－3000nm，对（duì）绝大部（bù）分（fèn）红外线辐射都可以有效采集（jí），同时还涵盖（gài）了部分（fèn）可见光中的红光，这（zhè）样充分保证采集（jí）到火（huǒ）焰信号的真实（shí）性。

磷（lín）化钾

(GaP)感（gǎn）测器，它是一种磷化钾光敏电（diàn）阻，其特点是对紫外线辐（fú）射特别敏（mǐn）感。燃料在燃烧（shāo）时，由化学反（fǎn）应产生闪烁的紫外线辐射，使（shǐ）磷化（huà）钾光敏电（diàn）阻（zǔ）感应，转（zhuǎn）变成（chéng）电信号，再经放大器处理（lǐ）后，输出

4－20mA或0－10V的模（mó）拟量。在光谱中，紫外线的波长小于380nm，而（ér）这种硫化铅感测器（qì）的光（guāng）谱灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外线辐射都可（kě）以有效采集，同时还涵盖了（le）大部（bù）分（fèn）可（kě）见光中的紫光，同样这（zhè）样（yàng）充分保证采（cǎi）集（jí）到火（huǒ）焰信号的真实性。多燃烧器炉膛在有火和无火（huǒ）时单只燃（rán）烧器时的火焰闪烁（shuò）频率分布（bù）。由此（cǐ）可见，在低频范围（wéi）(10—20Hz)，煤粉与油有火（huǒ）与无火之间闪（shǎn）烁强度的（de）差异都很（hěn）小；煤（méi）粉有火与无火之间（jiān）辐射强（qiáng）度差异处的闪（shǎn）烁（shuò）频（pín）率约（yuē）300Hz，油（yóu）有火与无火（huǒ）之间区（qū）别都要（yào）在较高的频率(100Hz以上)才（cái）能较好（hǎo）地实（shí）现检测。闪烁频（pín）率与（yǔ）辐射强度之间的关系取决于燃烧器结构布（bù）置、检测方法、燃料种类、燃（rán）烧（shāo）器的运行条（tiáo）件(如燃料与（yǔ）空气比、一次风速（sù）)、以及观察角（jiǎo）度等因素。

一般来说：

1) 火焰闪烁频（pín）率（lǜ）在（zài）火焰的初始燃烧器较（jiào）高，然后向燃烬区依次降低，

2) 检测器距火焰初始燃烧区（qū）越近，检测到（dào）的（de）高（gāo）频（pín）成分(100—400Hz)越强；

3) 检测器探（tàn）头视角（jiǎo）越狭窄，所检测到（dào）的（de）火焰信号越真（zhēn）实（shí）；反之亦然。

可以推断，

全（quán）炉膛监视的闪烁频率要比单（dān）只燃烧（shāo）器监视的（de）频率低得（dé）多。

燃烧器火焰（yàn）的形状，我们人为地将其分为四部分：从喉口开始依次为黑龙（lóng）区、初始燃烧（shāo）区、燃烧（shāo）区和燃烬区。从一次风（fēng）口喷射出的一（yī）段（duàn）是（shì）一股暗黑（hēi）色的煤（méi）粉和一次风的混合物流，我（wǒ）们称其为（wéi）黑龙区，其辐射强度和闪烁频率（lǜ）都很低（dī）；第（dì）二段是（shì）初始燃（rán）烧（shāo）区，煤粉因受到高（gāo）温炉气和火焰回流的加热开始（shǐ）燃烧（shāo），大量（liàng）煤（méi）粉（fěn）颗粒爆燃（rán）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，但其闪烁（shuò）频率（lǜ）却达到值，往（wǎng）往可以在100Hz以（yǐ）上；第三段（duàn）为（wéi）燃烧区，也称完全燃烧区（qū），各个煤粉颗粒在（zài）与二次（cì）风的充分混（hún）合（hé）下完（wán）全燃烧，产（chǎn）生出（chū）很大热量，此段的火焰亮（liàng）度且（qiě）最稳（wěn）定，但闪烁频率（lǜ）要低于（yú）初始燃烧区；第四段为燃（rán）烬（jìn）区，这时的（de）煤粉绝大部分燃烧完（wán）毕形成飞（fēi）灰，少数较大的（de）颗粒继（jì）续进行燃（rán）烧，最（zuì）后形成高温炉气流，其火焰亮度和（hé）闪烁频率都（dōu）比较低（dī）。有一点需要（yào）说明，上面提到的频率是指（zhǐ）闪烁(Flicker)频率，它和（hé）有些火焰检测（cè）器中（zhōng）的脉冲（chōng）(Pulse)频率有本质（zhì）区别，前者是燃料混合物火焰燃烧（shāo）所特有的属性（xìng），而后者只是对火（huǒ）焰强（qiáng）度的（de）一种显示方法。

在锅炉燃烧现（xiàn）场我们可以发（fā）现，

用紫（zǐ）外线（xiàn）光敏管检测（cè）器或磷化钾（jiǎ）检测器监视煤粉（fěn）燃烧器

时，被检测火焰的信号（hào）强度可（kě）能等同于或低于毗邻的火焰信号强度，这是因（yīn）为未燃（rán）煤粉在靠近燃烧器喉口部分往往起到一种遮盖作用，它实际上是（shì）一（yī）股暗（àn）黑（hēi）色（sè）的煤粉（fěn）和一次风的混合物，我们叫它（tā）黑龙区，若火焰检测（cè）器视线通（tōng）过或接近黑龙区，则（zé）当燃烧器停用而炉膛内（nèi）的其它（tā）燃烧器继续运行燃烧时，信号强度（dù）反而比原来（lái）增（zēng）加（jiā）了（le），这个结构是用紫外（wài）线（xiàn）光敏管检测（cè）器监视煤粉燃（rán）烧器的一个（gè）大问题，但如果我们选择用紫外（wài）线（xiàn）光（guāng）敏管（guǎn）或磷化钾检测用于点火的（de）油（yóu）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，燃（rán）煤锅炉（lú）推荐（jiàn）采用检测火焰闪烁高频分量的可见（jiàn）光检测器或红外线检测器。

 由于气体（tǐ）火（huǒ）焰（yàn）不具有煤火焰和（hé）油火（huǒ）焰所特有的高频(100—400Hz) 脉动特性，因而红外线检测（cè）系统对气体火焰不起作用，所有（yǒu）对气体燃（rán）料（liào）推（tuī）荐采用（yòng）紫外线检测（cè）器。

ABB在30多年前就（jiù）推（tuī）出了世界上最早的可见光（guāng）式火（huǒ）焰（yàn）检测系统，并在全（quán）球（qiú）得到了（le）广泛的应用，但在长期的（de）应（yīng）用（yòng）过程中发现，这种火检经常（cháng）出现（xiàn）见火困难的（de）情况（kuàng），有时又经常发生（shēng）“偷（tōu）看（kàn）”现象，分析（xī）其原因，主要是在使用一些比较劣质的煤（méi）粉或现在好多电（diàn）厂经常使（shǐ）用（yòng）混烧煤（méi）时（shí），火焰（yàn）的黑龙区会（huì）变长，这样可（kě）见关（guān）火检视线（xiàn）往往集中在（zài）了黑龙（lóng）区和初始燃烧区部分（fèn）

火焰强度大大减弱，发（fā）生不见火现象；另外，可（kě）见关（guān）式火（huǒ）检受（shòu）负荷和一次风配比的影响也很大，因此（cǐ），红（hóng）外线紫（zǐ）外线火检已经（jīng）逐渐（jiàn）取代了可见光火检。

概况地说（shuō），炉膛火焰（yàn）发出的辐射能以不（bú）同的频率闪烁着（zhe），不同（tóng）燃料、不（bú）同燃烧器的闪烁频率也是不同的。炉膛内燃（rán）烧（shāo）的好（hǎo）与坏，其火（huǒ）焰的平均光强（qiáng）度（dù）也是不同的。火（huǒ）焰（yàn）检测器就是利用火焰的闪烁（shuò）频率和光的辐射强度来综合判断火焰的有（yǒu）无及强弱的。