在火焰（yàn）检测器中，为什么（me）必须（xū）检（jiǎn）测火焰的脉冲（chōng）频（pín）率？燃烧器火焰检测原理

燃烧火焰具有各种特（tè）性，如（rú）发热程度（dù）、电离状态、火焰不同部位的辐射（shè）、光谱及火焰的（de）脉动或闪（shǎn）烁现（xiàn）象、差压、音响等，均可用（yòng）来检（jiǎn）测火焰的“有”或（huò）“无”。以煤、油作（zuò）为燃料（liào）的锅炉在燃烧过程中会辐射红外线(IR)、可见光和紫外（wài）线(UV)。

所有的燃料燃（rán）烧（shāo）都辐射一定量（liàng）的紫外线和大量的红外线，且光谱范（fàn）围涉（shè）及红外线、可见光及紫外线。因此，整个光（guāng）谱范围都可以用来检测火焰的“有”或“无”。由（yóu）于不（bú）同种类的燃料，其燃（rán）烧火焰辐射的光（guāng）线（xiàn）强（qiáng）度不同，相应采用（yòng）的火焰（yàn）检测元件也会不一（yī）样。一（yī）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（qì）体外，还有部分灼（zhuó）热发光的焦炭（tàn）粒子和（hé）炭粒，它们辐射较（jiào）强的红外线、可见光和一些紫外线，而紫外线往往（wǎng）容易被燃烧产物（wù）和灰粒（lì）吸收而很快被减（jiǎn）弱，因此煤粉燃烧火焰宜采用可见光或红外线（xiàn）火焰检测器（qì）。而在用于暖炉和点火（huǒ）用的油火焰中，除了有一部（bù）分CO2和（hé）水（shuǐ）蒸气（qì）外，还有大量的发光（guāng）碳黑粒子，它也能（néng）辐射较强的可（kě）见光、红外线和紫（zǐ）外（wài）线（xiàn），因（yīn）此可采（cǎi）用对这三种火焰较敏感的检测元件进行测量（liàng）。而可燃气体作（zuò）为主燃料燃烧（shāo）时，在火（huǒ）焰初始（shǐ）燃烧区（qū）辐（fú）射较强（qiáng）的紫外线，此时可采用紫外线火焰检测（cè）器进（jìn）行检（jiǎn）测。除辐射稳（wěn）态（tài）电磁（cí）波外，所有的火焰均（jun1）呈脉（mò）动变化。因此，单燃烧器工（gōng）业（yè）锅（guō）炉的火焰监视（shì）可以利用火焰脉动变化特性，采用带低通（tōng）滤波器（qì）(10—20Hz)的红外固体（tǐ）检测器(通常（cháng）采用硫化铅)。但电（diàn）站（zhàn）锅炉多燃烧器炉膛火焰的闪烁规律与（yǔ）单（dān）燃烧器（qì）工业锅炉不大一样，特别是在（zài）燃烧器的喉口（kǒu）部分，闪烁频率的范围要宽（kuān）得（dé）多。硫化铅（qiān）PbS)感测器，这

是一种硫化铅（qiān）光敏电阻，其特点是（shì）对红（hóng）外线辐射特（tè）别敏（mǐn）感。燃料在燃（rán）烧时（shí），由化（huà）学反（fǎn）应（yīng）产生（shēng）闪（shǎn）烁的红外线辐射，使硫（liú）化铅光（guāng）敏（mǐn）电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理（lǐ）后，输（shū）出（chū）

4－20mA或0－10V的模拟量。在光谱中，红外线的（de）波长（zhǎng）为Page 3 of 43 600nm以上（shàng），而这（zhè）种硫（liú）化铅感测器的（de）光谱灵（líng）敏度（dù）为600nm

－3000nm，对（duì）绝大部分红外线辐射都可以有效采（cǎi）集，同时还涵盖了部分可（kě）见光中的红光（guāng），这样充分保证采（cǎi）集到火焰信（xìn）号的真实性（xìng）。

磷化钾

(GaP)感测（cè）器，它是一种（zhǒng）磷化钾光敏电阻（zǔ），其特（tè）点是对紫外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反（fǎn）应（yīng）产生闪烁的紫外线辐射，使磷化钾光敏（mǐn）电阻（zǔ）感应，转变成（chéng）电信号（hào），再经放大（dà）器处（chù）理后，输出

4－20mA或（huò）0－10V的模（mó）拟（nǐ）量。在光谱中（zhōng），紫外（wài）线的波长（zhǎng）小于380nm，而这（zhè）种硫化铅感测（cè）器的（de）光（guāng）谱（pǔ）灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外（wài）线辐（fú）射都可（kě）以（yǐ）有效（xiào）采集（jí），同时还涵盖了大部分可见（jiàn）光中的紫光，同样（yàng）这样充分（fèn）保证采集到（dào）火焰信号的（de）真实性。多燃烧器炉膛在有火和无火时单只燃烧（shāo）器时的火焰闪烁频率分布。由此（cǐ）可见，在低频范围(10—20Hz)，煤粉（fěn）与油（yóu）有火与无火（huǒ）之间闪烁强度的差异都（dōu）很（hěn）小；煤粉有火与无火（huǒ）之（zhī）间辐射强度差异（yì）处的闪烁频率约300Hz，油有火与（yǔ）无（wú）火之间（jiān）区别都（dōu）要在（zài）较高（gāo）的频率(100Hz以上)才能较好地（dì）实现检测。闪烁频（pín）率与辐射强度之（zhī）间的关系取决（jué）于燃烧器（qì）结构布置（zhì）、检测方法、燃料种类、燃烧器的运（yùn）行条件(如燃料与空（kōng）气比、一次风速)、以及观（guān）察角度（dù）等因（yīn）素。

一般来说：

1) 火（huǒ）焰闪烁频（pín）率在火（huǒ）焰的初始燃（rán）烧器较高，然（rán）后向（xiàng）燃烬（jìn）区依次降低，

2) 检（jiǎn）测器距火焰初始（shǐ）燃烧区（qū）越近，检测到（dào）的高频成分(100—400Hz)越强；

3) 检测器（qì）探头视角越狭（xiá）窄，所检（jiǎn）测（cè）到（dào）的火（huǒ）焰信号越真实；反之亦（yì）然。

可以推断（duàn），

全炉膛监（jiān）视的闪烁频（pín）率要比（bǐ）单只燃（rán）烧器（qì）监视的频率（lǜ）低（dī）得多（duō）。

燃烧器火焰的形状（zhuàng），我们人为地将其分为四部分：从喉口开始依次为黑龙区、初始燃（rán）烧区（qū）、燃烧区和燃烬区。从一（yī）次风口喷射出的一段是一股暗黑色的（de）煤粉和一次（cì）风的混合物流，我（wǒ）们称其为黑龙区，其辐射强（qiáng）度和闪烁（shuò）频率都很低；第二段是初始（shǐ）燃烧区，煤粉因受到（dào）高温炉气和火（huǒ）焰（yàn）回流的加热开始（shǐ）燃烧（shāo），大量煤（méi）粉颗（kē）粒爆（bào）燃（rán）形成（chéng）亮点流，此（cǐ）段的特（tè）点是这部分煤粉燃（rán）烧亮度（dù）不是很大（dà），但其闪烁频率却达（dá）到值，往往可以在100Hz以上；第三段为燃烧（shāo）区，也称完全燃烧区（qū），各个煤粉颗粒在与二次风的充分（fèn）混合（hé）下完全燃烧，产生出很大热量，此段的火焰亮度且最（zuì）稳定（dìng），但闪烁频率要低于初始燃烧区；第四段（duàn）为（wéi）燃烬区（qū），这时的煤（méi）粉绝大部分燃烧（shāo）完毕形成飞灰，少数较大（dà）的颗粒继续（xù）进行燃烧，最后形成高温炉（lú）气流，其火焰（yàn）亮度（dù）和闪烁频率都比较低。有一点需要说明，上（shàng）面提到的频率是（shì）指闪烁（shuò）(Flicker)频率，它和（hé）有（yǒu）些（xiē）火（huǒ）焰检测（cè）器中的脉（mò）冲（chōng）(Pulse)频率有本质区别（bié），前者是燃料混合物火（huǒ）焰燃烧所特（tè）有（yǒu）的属性，而后者只是对火焰强度的一（yī）种显示（shì）方法。

在（zài）锅炉燃烧现（xiàn）场我们（men）可以发现，

用紫外线光敏管检测器或磷化钾（jiǎ）检测器监视煤粉燃烧器

时（shí），被（bèi）检测（cè）火焰的信号强度可能等同于或低于毗邻的火焰信（xìn）号（hào）强度，这是因为未燃（rán）煤（méi）粉在（zài）靠近燃烧器喉口部（bù）分往往起到（dào）一种遮盖作用（yòng），它实际上是一股暗黑色的煤（méi）粉（fěn）和一（yī）次风的混合物，我们叫（jiào）它黑（hēi）龙区，若火焰检（jiǎn）测（cè）器视线通过或接近（jìn）黑龙区，则当燃烧器停用而炉膛内的其（qí）它（tā）燃烧器继续运行燃烧时，信号强度反而比原（yuán）来增加了，这个结构（gòu）是用紫外线光敏管检测（cè）器监视煤（méi）粉燃烧器的（de）一（yī）个大问题，但如（rú）果我们选择用紫（zǐ）外线光敏管或磷化钾检测用（yòng）于点火的油枪，则起到扬长避短的作用，可以有（yǒu）效的防止“偷看”问题。因（yīn）此，燃煤锅炉推荐采用检测火焰闪烁高（gāo）频（pín）分量的（de）可见光检测器或红外线检测器。

 由于气体火（huǒ）焰不具有煤火焰（yàn）和油火焰所特有（yǒu）的（de）高频(100—400Hz) 脉动（dòng）特性，因而红外线检测系统（tǒng）对气（qì）体火（huǒ）焰不起作用，所有对气（qì）体燃料推（tuī）荐采用（yòng）紫（zǐ）外线检（jiǎn）测（cè）器。

ABB在30多年前就推（tuī）出了世（shì）界上最早的可见光式火焰检测系统（tǒng），并在全球（qiú）得到了广泛的应（yīng）用，但在（zài）长期的应用过程中发现，这（zhè）种火（huǒ）检经（jīng）常出现见（jiàn）火困难的情况（kuàng），有时又经常发生“偷看”现象（xiàng），分析其原（yuán）因，主要是（shì）在使用一些（xiē）比较劣质的煤（méi）粉或（huò）现在好多电厂经（jīng）常（cháng）使用混（hún）烧煤时（shí），火焰的黑龙区会变长，这（zhè）样可见（jiàn）关火检视线往往集（jí）中在了黑龙区和初始燃（rán）烧（shāo）区部分

火（huǒ）焰强度大大减（jiǎn）弱，发生不见火现象；另外（wài），可见（jiàn）关式火检受负荷和（hé）一次风配比的影响（xiǎng）也（yě）很大，因此，红外线紫外线火检已经逐渐取代（dài）了（le）可见光火检。

概（gài）况地说（shuō），炉膛火焰发出的辐射能以不同的频率闪烁（shuò）着，不同燃料、不同燃烧器的闪烁频率也是不同的。炉膛（táng）内燃烧的好（hǎo）与坏，其火焰的平均光强度也是不（bú）同（tóng）的。火焰检测器就是利用火焰的闪烁频率和光的辐（fú）射强度来（lái）综合判（pàn）断火焰的（de）有无及强弱的（de）。