在火（huǒ）焰检（jiǎn）测（cè）器中，为什（shí）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）焰具有各种（zhǒng）特性，如发热程度、电离状态、火焰不同（tóng）部位的辐射、光谱（pǔ）及火焰的脉动或闪（shǎn）烁现象、差压、音响等，均可（kě）用来检（jiǎn）测火焰的“有”或“无”。以（yǐ）煤、油（yóu）作为燃料的锅（guō）炉在燃烧过程（chéng）中会辐射（shè）红外线(IR)、可见光（guāng）和（hé）紫外线(UV)。

所有的燃料（liào）燃烧都辐射一定量（liàng）的紫外线和大量的红外线，且光谱（pǔ）范围涉及红外线、可见光（guāng）及紫外线。因此，整个光谱范围都可以用（yòng）来检测火（huǒ）焰的（de）“有”或（huò）“无”。由于（yú）不同（tóng）种（zhǒng）类的燃料，其（qí）燃烧火焰辐射的光（guāng）线强度不同，相应采（cǎi）用的火焰检（jiǎn）测（cè）元件也会不一样。一般说来，

煤粉火焰中除了含有不发光的（de）CO2和水（shuǐ）蒸气等三（sān）原子气体外，还有部分（fèn）灼热发光的焦（jiāo）炭粒子和炭粒，它（tā）们辐射较强（qiáng）的（de）红外线、可见光（guāng）和一些紫外线，而紫外线往往容易被（bèi）燃烧产物和（hé）灰粒吸收而（ér）很快被减弱，因此煤粉（fěn）燃烧火（huǒ）焰宜采用可见光（guāng）或红（hóng）外线火焰检（jiǎn）测器（qì）。而在（zài）用（yòng）于（yú）暖（nuǎn）炉和点火用的（de）油火焰中，除了有一部分CO2和水蒸气外，还有（yǒu）大量的（de）发（fā）光碳黑粒子，它也能辐射较强的可见（jiàn）光（guāng）、红外（wài）线和紫外（wài）线，因（yīn）此可采用对这三（sān）种火焰较敏感的检测元件进行测量。而可燃气体作为主燃料（liào）燃（rán）烧（shāo）时，在火焰初始燃（rán）烧区辐射较强的紫外线，此时可采用（yòng）紫外线火（huǒ）焰检（jiǎn）测（cè）器进行检测。除辐射稳态电（diàn）磁波外，所（suǒ）有的火焰均呈脉动变化。因（yīn）此，单（dān）燃（rán）烧器工业锅炉的火焰监视（shì）可以利用火焰（yàn）脉动变化（huà）特（tè）性，采用带低通滤波（bō）器(10—20Hz)的（de）红外固体检测器(通常采用硫化铅)。但电站（zhàn）锅炉多燃烧器炉膛火焰的（de）闪烁规（guī）律与（yǔ）单燃烧器工业锅（guō）炉不大一样，特别是在（zài）燃（rán）烧器的喉（hóu）口（kǒu）部（bù）分，闪（shǎn）烁频率的范（fàn）围要宽得多。硫化铅PbS)感测（cè）器，这

是一种（zhǒng）硫化（huà）铅（qiān）光敏（mǐn）电阻，其特点是（shì）对红外线辐射特别敏感。燃料在燃（rán）烧时，由化（huà）学反应产生闪烁的红外线辐射，使（shǐ）硫（liú）化铅（qiān）光敏电阻（zǔ）感应（yīng），转变成电信号，再经放大器处理后，输出

4－20mA或0－10V的模（mó）拟量。在光谱（pǔ）中，红（hóng）外线（xiàn）的波长为Page 3 of 43 600nm以上，而这种硫（liú）化铅感测器的光（guāng）谱灵（líng）敏度为（wéi）600nm

－3000nm，对（duì）绝（jué）大部分红外线辐射都可以有（yǒu）效采集，同时还涵盖了（le）部分（fèn）可（kě）见光中的（de）红（hóng）光，这（zhè）样充分保证采（cǎi）集到火焰信号的真实（shí）性（xìng）。

磷化钾

(GaP)感测（cè）器（qì），它（tā）是一种磷化钾光敏电阻，其特（tè）点是对紫外线辐射特（tè）别敏感。燃（rán）料（liào）在燃烧时（shí），由（yóu）化学反应（yīng）产生闪烁的紫外线（xiàn）辐（fú）射，使磷化（huà）钾光敏电（diàn）阻感应，转变成（chéng）电（diàn）信号，再经放大器处（chù）理后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量。在光（guāng）谱中，紫外线（xiàn）的波长（zhǎng）小于380nm，而这种硫化铅感测器的光谱灵敏度（dù）为190nm－550nm，对大部分紫（zǐ）外线辐射都可以（yǐ）有（yǒu）效（xiào）采集，同时还（hái）涵盖了大部分可见光中的紫光，同样这（zhè）样充分保证采集到火焰（yàn）信号的真实性。多燃烧器炉膛在有火和（hé）无火（huǒ）时单只燃烧器时的火焰闪烁频率（lǜ）分布（bù）。由此可见，在（zài）低频范围(10—20Hz)，煤粉与油有火与无火之间闪（shǎn）烁强度的差异都（dōu）很小；煤粉有火与无火之间辐（fú）射（shè）强度差（chà）异（yì）处的闪烁频率约300Hz，油有火（huǒ）与（yǔ）无火（huǒ）之间区别都要在较（jiào）高（gāo）的频率(100Hz以上)才能较好地（dì）实现（xiàn）检测。闪（shǎn）烁频率与（yǔ）辐射强度之间的关系取决于燃烧器结（jié）构（gòu）布置、检测方（fāng）法、燃料（liào）种类、燃烧器的运行条件(如燃料与空气比、一次风速)、以及观察角度等因素（sù）。

一般来说（shuō）：

1) 火焰闪烁频率在火（huǒ）焰的初始燃烧器较（jiào）高，然后向燃（rán）烬区（qū）依次降（jiàng）低，

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

3) 检测（cè）器探头视角越（yuè）狭窄，所检测到的火焰信号（hào）越真（zhēn）实；反之亦然。

可以推断，

全（quán）炉膛（táng）监（jiān）视的闪烁频率要比单只燃烧器监视的频率低得（dé）多。

燃烧器火焰的形状，我（wǒ）们人为地将其（qí）分为四部分：从（cóng）喉（hóu）口开始依次为黑龙（lóng）区、初始燃（rán）烧区、燃（rán）烧区和燃（rán）烬区。从（cóng）一次风口（kǒu）喷射（shè）出的一（yī）段是（shì）一股（gǔ）暗黑（hēi）色的煤粉和一（yī）次风（fēng）的混（hún）合（hé）物流，我们称其为（wéi）黑龙（lóng）区，其辐射（shè）强度和闪烁频率都很低；第二段是初始燃烧区，煤粉（fěn）因受到高温炉气和火焰回流的加热开（kāi）始（shǐ）燃烧，大量煤粉颗粒爆（bào）燃形（xíng）成亮点（diǎn）流，此段的（de）特（tè）点是这部分（fèn）煤粉燃烧亮度不是很大（dà），但（dàn）其闪烁频率却达到值（zhí），往往可以在100Hz以上；第三段（duàn）为（wéi）燃烧区，也称（chēng）完全燃（rán）烧区，各个煤粉颗粒在与二次风的充分混合下（xià）完全燃烧，产生出很（hěn）大热量，此段的火焰亮度且（qiě）最稳定，但闪烁（shuò）频率要低于初始燃（rán）烧区（qū）；第四（sì）段（duàn）为（wéi）燃烬区，这时的煤粉绝大部（bù）分（fèn）燃烧完毕形成飞灰（huī），少数较（jiào）大的颗粒继续进行燃烧，最后（hòu）形成高温炉（lú）气（qì）流，其火焰亮度和（hé）闪（shǎn）烁频率都比（bǐ）较低。有一（yī）点需要说明，上面提到的频率是指闪烁(Flicker)频（pín）率，它（tā）和有些火（huǒ）焰检测器中（zhōng）的（de）脉（mò）冲(Pulse)频率有（yǒu）本质区别，前者是燃料混合物火焰燃烧所特（tè）有的属性，而（ér）后者只是对火焰强度的一（yī）种显示方（fāng）法。

在锅炉燃（rán）烧现场我们可（kě）以发现，

用紫外线光敏管（guǎn）检测器或磷化（huà）钾检（jiǎn）测器监视煤粉燃（rán）烧器

时，被检测火焰的信号强度可能（néng）等同于或低于毗邻（lín）的火（huǒ）焰信号强度，这是因为未燃煤粉在靠近（jìn）燃（rán）烧器喉口部分（fèn）往往起到一种遮盖（gài）作用（yòng），它实际（jì）上是一股暗黑色的（de）煤粉和一次风的混合物，我（wǒ）们叫它黑龙区，若火焰检测器（qì）视线通过或接近黑（hēi）龙区，则（zé）当燃烧（shāo）器（qì）停用而炉膛内（nèi）的其它燃烧器继续运行燃（rán）烧（shāo）时，信号强（qiáng）度（dù）反而比原来增加了，这个结构是用紫外线光（guāng）敏管（guǎn）检测器监视煤粉燃烧器的一（yī）个大问题，但如果我们选择用紫外线光敏管或磷化钾（jiǎ）检测用于点火的油（yóu）枪（qiāng），则起到扬长（zhǎng）避短（duǎn）的作用，可以有效的防止（zhǐ）“偷（tōu）看”问题。因此，燃煤锅炉推荐采用检测（cè）火焰闪烁高频分量的可（kě）见（jiàn）光检测（cè）器或红外线检测器。

 由于气体火焰不具有（yǒu）煤火焰和油火（huǒ）焰所特有的高频（pín）(100—400Hz) 脉（mò）动特（tè）性，因而（ér）红外（wài）线检测（cè）系（xì）统对（duì）气体火焰不起作用，所有对气体燃（rán）料（liào）推荐采用紫外线检（jiǎn）测器。

ABB在（zài）30多年前就推出了世（shì）界上最（zuì）早的可（kě）见光（guāng）式火焰检测（cè）系统，并（bìng）在全球得到（dào）了广（guǎng）泛的应（yīng）用，但（dàn）在长期的应用（yòng）过程中（zhōng）发现，这种火检经常出现见火困难的（de）情况（kuàng），有时又经（jīng）常发生“偷看”现象，分析其（qí）原（yuán）因，主要（yào）是（shì）在使用一些比较劣质的（de）煤粉（fěn）或现在好多（duō）电厂经常使用混烧煤时，火焰的黑龙区（qū）会变（biàn）长，这样可见关火检视线往往集（jí）中在了黑龙区和初始燃烧区部分

火焰强度大（dà）大减弱，发（fā）生不见火现（xiàn）象；另外，可见关式（shì）火检受负荷和一次风配比的影（yǐng）响也很大，因此，红外线紫外线火检已（yǐ）经逐渐取（qǔ）代了可见光火（huǒ）检。

概况地说（shuō），炉膛火焰发出的辐射（shè）能以不同的频率闪烁（shuò）着，不同燃（rán）料、不同燃烧器的闪烁频率也是（shì）不同（tóng）的。炉（lú）膛内燃烧的好（hǎo）与坏，其火焰的平均光（guāng）强度也是不（bú）同的。火焰检（jiǎn）测器就是利用（yòng）火焰的闪（shǎn）烁频率和光（guāng）的辐射强度来综合判断火焰的（de）有（yǒu）无及强弱（ruò）的。