在火焰（yàn）检测器中，为什么必（bì）须检测火焰的脉（mò）冲频率（lǜ）？燃烧器火焰检（jiǎn）测原理

燃烧火焰具（jù）有各种特性，如发（fā）热（rè）程度、电离状（zhuàng）态、火焰（yàn）不同（tóng）部位的辐射、光谱及火焰的脉动（dòng）或闪烁现象、差压、音响等，均（jun1）可用来（lái）检（jiǎn）测火焰的“有”或“无”。以（yǐ）煤（méi）、油作为（wéi）燃料的锅炉在燃烧过程中会辐射红外（wài）线(IR)、可见光和紫外线(UV)。

所有的燃料燃烧都（dōu）辐射（shè）一（yī）定（dìng）量的紫外线和大（dà）量的（de）红外线，且光谱范围涉及红外线、可见光及紫（zǐ）外（wài）线（xiàn）。因此，整个光（guāng）谱范（fàn）围（wéi）都（dōu）可以用来检测火焰的“有”或“无”。由于不同种类的燃料，其燃（rán）烧火焰辐（fú）射的光线强（qiáng）度不同，相应采（cǎi）用的火（huǒ）焰检测元件（jiàn）也会不一样。一般说（shuō）来，

煤粉（fěn）火（huǒ）焰中除了含有不发光的CO2和水蒸（zhēng）气等三原子气（qì）体外，还有部分灼热发（fā）光的焦（jiāo）炭粒（lì）子（zǐ）和炭（tàn）粒，它们（men）辐射较强的红外线、可（kě）见光和一些紫外线（xiàn），而紫外线往往容易被（bèi）燃烧产物（wù）和灰粒吸收（shōu）而很快被减弱，因此煤粉燃烧火焰宜采用可见光或（huò）红（hóng）外（wài）线火焰检（jiǎn）测器。而在（zài）用于暖炉和点火用的油火焰（yàn）中（zhōng），除（chú）了有一部分CO2和水（shuǐ）蒸气外，还有大量的（de）发（fā）光碳黑粒子，它也能辐射较（jiào）强的可见（jiàn）光、红（hóng）外线和（hé）紫外线，因此（cǐ）可采用对这三种火焰较敏感的检测元件进（jìn）行测量。而可燃气体作为主（zhǔ）燃料燃烧时，在火焰初始燃烧区辐（fú）射较强的紫外线，此（cǐ）时可采用（yòng）紫（zǐ）外线火焰检测器进行检测。除辐射稳态电磁波外，所有（yǒu）的火焰均呈脉动变（biàn）化。因此（cǐ），单燃烧器工业（yè）锅炉的火焰监视可以利（lì）用火焰脉动变（biàn）化特性（xìng），采用带低（dī）通（tōng）滤波（bō）器(10—20Hz)的红外固体（tǐ）检测器(通常采（cǎi）用硫化铅)。但电站锅炉多燃烧器炉膛火焰的（de）闪烁规律与单燃烧器（qì）工业锅炉不大（dà）一样，特别（bié）是在燃烧器的喉（hóu）口部分，闪烁频（pín）率（lǜ）的范围要宽得多。硫化铅PbS)感测（cè）器，这

是一种硫化铅光敏电（diàn）阻，其（qí）特点是（shì）对（duì）红外线辐（fú）射特（tè）别（bié）敏（mǐn）感。燃料（liào）在燃烧时，由化学（xué）反应产生闪烁的（de）红外线辐（fú）射，使硫化铅光敏电阻感应，转变（biàn）成电（diàn）信号，再经放大器（qì）处理后，输出

4－20mA或（huò）0－10V的模拟量（liàng）。在光谱中，红外线的波长（zhǎng）为Page 3 of 43 600nm以上，而这种硫化铅感测器的光谱灵敏度为（wéi）600nm

－3000nm，对绝大（dà）部分（fèn）红外（wài）线辐射都可以（yǐ）有效采集，同（tóng）时还涵盖了部分（fèn）可见光中的红光，这样充分保证采集到火焰信（xìn）号的真（zhēn）实性。

磷（lín）化（huà）钾

(GaP)感测器，它是一种磷化钾光敏电阻，其特点是（shì）对紫外线辐射特别（bié）敏感（gǎn）。燃料（liào）在燃烧时，由（yóu）化学反应产生闪烁的紫外线（xiàn）辐（fú）射，使磷（lín）化钾光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器（qì）处理后，输（shū）出（chū）

4－20mA或（huò）0－10V的模拟量。在（zài）光谱（pǔ）中，紫外线的波（bō）长（zhǎng）小于380nm，而这种（zhǒng）硫化铅感测器的光谱灵（líng）敏度为190nm－550nm，对大部分紫（zǐ）外线辐射都可以有效（xiào）采集，同时还涵盖了大部分可（kě）见光中的紫光，同样（yàng）这样充（chōng）分保（bǎo）证（zhèng）采集到火焰信号的真实性。多（duō）燃烧器炉膛在有火和无火时单只燃烧器时的火（huǒ）焰闪烁（shuò）频率分布。由此（cǐ）可见，在低频范围(10—20Hz)，煤粉（fěn）与（yǔ）油有火与无火之间闪烁强度的（de）差异都很小；煤粉有火与无火之间辐射强度差异处的闪烁频率约300Hz，油有火与无火之（zhī）间区别都要在较高（gāo）的频率(100Hz以上)才能较好地（dì）实现检测。闪烁频（pín）率与辐射强度之间的（de）关系取（qǔ）决（jué）于燃（rán）烧器结构布置、检（jiǎn）测方法、燃料种类、燃（rán）烧（shāo）器的运行条（tiáo）件(如燃料与空（kōng）气比、一次风速)、以及观察角度等（děng）因素。

一般来说：

1) 火焰（yàn）闪烁频率（lǜ）在火（huǒ）焰的初（chū）始燃烧器较高，然后向燃烬区（qū）依次降低，

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

3) 检（jiǎn）测器探头视角越狭窄，所检（jiǎn）测（cè）到的火焰信号越（yuè）真（zhēn）实；反之亦然。

可以推断，

全炉膛（táng）监视的闪烁频率要比单只燃烧器监（jiān）视的频（pín）率低得多。

燃烧器火焰的形状，我们（men）人为地将其分为四部分：从喉口开始（shǐ）依次（cì）为黑龙（lóng）区（qū）、初（chū）始燃烧区（qū）、燃（rán）烧（shāo）区和燃烬（jìn）区。从一次风口喷射出的一段是一（yī）股暗（àn）黑色（sè）的煤粉和一次风的混合物流，我们称其为（wéi）黑龙区，其辐射（shè）强度和闪烁频（pín）率都很低；第二段是初始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰（yàn）回流（liú）的加热开始燃烧，大（dà）量煤（méi）粉颗粒爆燃（rán）形（xíng）成亮点流，此段的（de）特（tè）点是（shì）这部分（fèn）煤粉（fěn）燃烧（shāo）亮度不（bú）是很大，但其闪烁频率却达（dá）到值，往（wǎng）往可以在（zài）100Hz以上；第三段为燃烧区，也称（chēng）完全燃烧区，各（gè）个煤粉颗粒在与（yǔ）二次风的充分混（hún）合（hé）下完全燃烧（shāo），产生出很大（dà）热量，此（cǐ）段的火焰亮度且最稳定，但闪烁频率要低于初始燃烧区；第四（sì）段为燃烬区，这（zhè）时的煤粉绝（jué）大（dà）部分燃烧完毕形（xíng）成飞灰，少数较大的颗（kē）粒（lì）继续进行燃烧，最后形（xíng）成高（gāo）温炉气流（liú），其火焰亮（liàng）度（dù）和闪烁频率都比较低。有一点需要说明，上面提到（dào）的频率是指闪烁(Flicker)频率，它和有些火焰检测器中的脉冲（chōng）(Pulse)频（pín）率有本质区别，前（qián）者是（shì）燃料混合物火焰燃烧（shāo）所特有（yǒu）的属性，而后者只是对火焰强度的一种显（xiǎn）示方法。

在锅炉（lú）燃烧现场我们可以发现，

用紫外线光敏管检测器或磷化（huà）钾（jiǎ）检测器监视煤粉燃（rán）烧（shāo）器

时，被检（jiǎn）测火焰的信号（hào）强（qiáng）度（dù）可（kě）能等同于或低（dī）于（yú）毗（pí）邻的火焰信（xìn）号强度，这是因为（wéi）未燃煤（méi）粉在靠（kào）近燃烧器喉口部（bù）分往（wǎng）往起到一种遮盖作用，它实际上是一股暗黑色的煤粉和一次风的混合（hé）物，我们（men）叫它黑龙（lóng）区，若火焰检测器（qì）视线通过或接近黑（hēi）龙区，则当燃烧器停用而炉膛内的其它燃烧器继续运行燃烧（shāo）时，信号强度反（fǎn）而比（bǐ）原（yuán）来增加了（le），这个（gè）结（jié）构（gòu）是用紫外线光敏管检测（cè）器（qì）监（jiān）视煤粉燃（rán）烧器的一（yī）个大（dà）问题（tí），但如果我们选择用紫外线光（guāng）敏管或磷化钾检测用于点火的（de）油枪，则起到（dào）扬（yáng）长避短（duǎn）的作用（yòng），可以有效的（de）防止（zhǐ）“偷（tōu）看”问题。因此，燃煤锅炉推荐采用检测火焰闪烁高频分量（liàng）的可见（jiàn）光检测器（qì）或红外线检测器。

 由（yóu）于气体火焰不具有煤火焰和油火焰所特有的高频(100—400Hz) 脉动特（tè）性，因（yīn）而红外线检（jiǎn）测系统对气体火焰（yàn）不起作用，所（suǒ）有对气（qì）体燃料（liào）推荐采用（yòng）紫外线检测（cè）器。

ABB在30多年前就推（tuī）出了世界上最早的（de）可见光式火焰检测系统，并在全球得到了广泛的应用，但在长期的应用过程中发现，这（zhè）种火检（jiǎn）经（jīng）常出（chū）现见火困难的情况，有时又经常发生“偷看”现象，分析其（qí）原因，主要是在使用一些比较劣质的煤粉（fěn）或现在好（hǎo）多（duō）电厂经常使用混烧（shāo）煤时，火焰的黑龙区会（huì）变长，这样可见（jiàn）关火检（jiǎn）视（shì）线（xiàn）往往集中在了黑龙区和初始燃（rán）烧区部分

火焰强度大大减弱，发生不见火现象；另外（wài），可（kě）见（jiàn）关式火检受负荷和（hé）一次风配比的（de）影响（xiǎng）也很大，因此，红（hóng）外线紫（zǐ）外线火检（jiǎn）已（yǐ）经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率闪烁着，不同燃料、不同燃（rán）烧器的闪烁频率也是不同的（de）。炉膛（táng）内燃烧的好与坏，其（qí）火焰的平均光强（qiáng）度也是不（bú）同的。火焰检测器就是利用火（huǒ）焰的闪烁频率和光的辐（fú）射强度来综合判（pàn）断火焰（yàn）的有无及强弱的。