在火焰（yàn）检（jiǎn）测器中，为什么必须检（jiǎn）测火焰的脉冲频（pín）率？燃烧（shāo）器火（huǒ）焰检（jiǎn）测（cè）原理

燃烧火焰具有各（gè）种特性，如发热程度、电离状态、火焰不同部位（wèi）的辐射、光谱及火焰的脉动或闪烁现象、差压、音响等，均可用来检测火焰的“有”或（huò）“无”。以煤、油作为燃料的锅炉在燃烧过（guò）程中会（huì）辐射红外线（xiàn）(IR)、可见光（guāng）和紫（zǐ）外（wài）线(UV)。

所有的燃料燃烧都辐射一定量的紫外线和大量的红（hóng）外（wài）线（xiàn），且光谱范（fàn）围涉及红外线、可见光（guāng）及紫（zǐ）外线。因此（cǐ），整（zhěng）个光谱范围都（dōu）可（kě）以用来检（jiǎn）测火（huǒ）焰（yàn）的“有”或“无（wú）”。由于不同种类的燃料，其燃烧火焰辐射的光线强度不同，相（xiàng）应采用的（de）火（huǒ）焰检测（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和水蒸气等三原子气体外，还有部分灼热发（fā）光的焦炭粒子和炭粒，它们辐射（shè）较强的红外线、可见（jiàn）光和一些紫外线，而紫（zǐ）外线往往容（róng）易被燃（rán）烧产物和灰粒吸（xī）收而很快（kuài）被（bèi）减弱，因此煤粉燃烧火焰（yàn）宜采用可见光或（huò）红外线（xiàn）火焰检（jiǎn）测器。而在用（yòng）于暖炉和点火（huǒ）用的（de）油火焰中，除了（le）有一部分（fèn）CO2和水蒸气外（wài），还有大量的发光碳黑粒（lì）子，它（tā）也能辐射（shè）较强的可见（jiàn）光、红外线和紫外线，因此可采（cǎi）用对这三种（zhǒng）火焰较敏感（gǎn）的检测（cè）元件进（jìn）行测（cè）量。而可燃气体作为（wéi）主燃料燃烧时，在火焰初始燃烧区辐射（shè）较强（qiáng）的紫（zǐ）外线，此时可（kě）采用紫外线火（huǒ）焰检（jiǎn）测（cè）器进行检（jiǎn）测（cè）。除辐射稳态电磁波外，所有的火焰均呈（chéng）脉动变（biàn）化。因此，单燃（rán）烧器工业锅炉的火焰监视可以利用火焰脉动变（biàn）化特性，采用带低通滤（lǜ）波（bō）器(10—20Hz)的红外固体检测器（qì）(通常采用硫化铅（qiān）)。但电站锅炉多燃烧器（qì）炉膛火焰的闪（shǎn）烁规律与单燃烧器工业（yè）锅炉不大一样，特（tè）别是在燃烧器的喉（hóu）口（kǒu）部分（fèn），闪烁频率的（de）范围（wéi）要宽得多（duō）。硫化铅PbS)感测器，这

是一种硫化铅（qiān）光敏电阻，其（qí）特点是对红外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反（fǎn）应（yīng）产生闪烁的红外（wài）线辐射（shè），使（shǐ）硫化（huà）铅光敏电阻感（gǎn）应，转变成（chéng）电信号，再经（jīng）放（fàng）大（dà）器处（chù）理（lǐ）后，输出

4－20mA或0－10V的模拟量（liàng）。在光谱中，红（hóng）外线（xiàn）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600nm

－3000nm，对（duì）绝（jué）大部分红外线辐（fú）射都可以有效采集，同时还涵盖了部分可（kě）见（jiàn）光中的红光（guāng），这（zhè）样充（chōng）分保（bǎo）证采集到火焰（yàn）信号的真实性。

磷（lín）化钾

(GaP)感测器，它是一种磷化钾（jiǎ）光（guāng）敏电阻（zǔ），其特点是对紫外线辐射特别敏感（gǎn）。燃料（liào）在燃烧（shāo）时，由（yóu）化学反应产生闪烁的紫（zǐ）外线辐射，使磷化钾光敏电阻感（gǎn）应，转变成电信号，再经放大器处（chù）理（lǐ）后（hòu），输（shū）出（chū）

4－20mA或（huò）0－10V的模拟量。在光谱中，紫外（wài）线的波长小于380nm，而这（zhè）种硫化铅（qiān）感测器（qì）的光（guāng）谱灵敏度为190nm－550nm，对大部分紫外线辐射都（dōu）可（kě）以有效采集，同时还涵盖了大部分可见光中（zhōng）的紫光，同样这样充分保（bǎo）证采集到火焰信号的真实性（xìng）。多（duō）燃烧器炉膛在有火和无火（huǒ）时单（dān）只（zhī）燃烧器时的火焰闪烁（shuò）频率分（fèn）布。由此可见，在低频范围(10—20Hz)，煤粉与（yǔ）油有火与无火之间闪烁强度的差（chà）异都（dōu）很小；煤粉（fěn）有火与无火之间辐射强度差异（yì）处的闪烁频率（lǜ）约300Hz，油（yóu）有火与无火（huǒ）之间区别都要（yào）在较高的（de）频率(100Hz以上)才能较好（hǎo）地实现检测（cè）。闪烁频（pín）率与辐射强度（dù）之间的关系取决于燃烧器结构布置、检测（cè）方法、燃料种类、燃烧器的运行（háng）条件（jiàn）(如燃料与空气比、一次风速)、以（yǐ）及观察角度（dù）等因素。

一般来说：

1) 火（huǒ）焰闪烁频率（lǜ）在火焰的初始燃烧器较高（gāo），然后向燃烬区依次（cì）降低，

2) 检测器（qì）距火焰（yàn）初（chū）始燃烧区越近，检测到的高频成分(100—400Hz)越强；

3) 检测（cè）器探头视角（jiǎo）越狭（xiá）窄（zhǎi），所检测到的火焰信号越真实；反之亦（yì）然。

可以推断（duàn），

全炉（lú）膛（táng）监视的闪烁频（pín）率要比单只燃烧器监视的频率（lǜ）低得多。

燃烧器火焰的（de）形状（zhuàng），我们人为地将其分为四（sì）部分：从喉（hóu）口（kǒu）开始（shǐ）依次为黑（hēi）龙区、初始燃（rán）烧区（qū）、燃（rán）烧区和燃烬（jìn）区。从一次风口（kǒu）喷射出的一（yī）段（duàn）是一股（gǔ）暗（àn）黑色的煤粉和（hé）一次风的混（hún）合物流（liú），我们称其为黑龙区，其辐射强（qiáng）度和闪烁频率都很低；第二段是初始（shǐ）燃烧区（qū），煤粉（fěn）因受到（dào）高（gāo）温（wēn）炉气和火焰回（huí）流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成（chéng）亮点流，此段的特点是这（zhè）部分煤粉燃烧亮（liàng）度不是（shì）很大，但其闪烁频率却达（dá）到值（zhí），往往可以在100Hz以上；第三段为燃烧区，也（yě）称完全燃烧区，各个（gè）煤粉颗粒在与二次风（fēng）的充分混合下完全燃（rán）烧（shāo），产生出很大热量（liàng），此段的火焰亮度且最（zuì）稳定，但闪烁（shuò）频率要低于（yú）初始燃烧区（qū）；第四段为燃烬区，这时的煤粉绝大部（bù）分（fèn）燃烧完毕形（xíng）成飞灰，少数（shù）较大的颗粒继续（xù）进（jìn）行燃（rán）烧，最（zuì）后（hòu）形成高温炉气流，其（qí）火焰亮度和闪烁频率都比较低（dī）。有一（yī）点需要说明，上面提到的（de）频率是指闪烁(Flicker)频率，它和（hé）有（yǒu）些火焰（yàn）检测器中的脉冲(Pulse)频率（lǜ）有（yǒu）本质区别，前（qián）者是（shì）燃料混合物火焰燃（rán）烧所特有的属性，而后者只是对火焰强（qiáng）度的一种显示方法。

在锅炉（lú）燃烧现（xiàn）场我们可以发现，

用紫（zǐ）外线光敏管检测器或磷（lín）化钾检测器监视煤粉（fěn）燃烧器

时，被（bèi）检测火焰的信号强度可能等同于或低于（yú）毗邻的火焰信号（hào）强度（dù），这是因为未燃煤粉在靠近燃烧器喉口部分（fèn）往往（wǎng）起到（dào）一种遮盖作用，它实（shí）际上是一（yī）股暗黑色的煤（méi）粉和一次风的混（hún）合物（wù），我们叫它黑龙（lóng）区，若火焰检测器视（shì）线通过或接近黑龙区，则当燃烧（shāo）器（qì）停用而炉膛（táng）内的其它燃（rán）烧（shāo）器继续（xù）运行燃烧时，信号强度反而比原（yuán）来增加了，这个结（jié）构是用紫外线光敏（mǐn）管检测器监视（shì）煤粉燃（rán）烧器的一个大问题，但如果（guǒ）我（wǒ）们选择（zé）用紫外线光敏管或磷化钾检测用于点火的油（yóu）枪，则起（qǐ）到扬长避短的作用，可以有效的防（fáng）止“偷看”问题。因此，燃煤（méi）锅炉推荐采用检测火焰（yàn）闪烁高频分量的可见光检测器或红外线检测器。

 由于（yú）气体火焰不具有（yǒu）煤（méi）火焰和油火（huǒ）焰所特有的（de）高频(100—400Hz) 脉动特性，因而红外线检测系统（tǒng）对气体火（huǒ）焰不（bú）起作用（yòng），所有对气体（tǐ）燃料推（tuī）荐（jiàn）采用紫（zǐ）外线（xiàn）检测（cè）器。

ABB在30多年前就推出了世（shì）界上（shàng）最早（zǎo）的可见光式火焰检（jiǎn）测系（xì）统（tǒng），并（bìng）在（zài）全球得到了广（guǎng）泛的应用，但在（zài）长期的应（yīng）用过（guò）程中发现，这种火检经常（cháng）出（chū）现见火困难的情况（kuàng），有时又经（jīng）常发生“偷看”现象，分析其（qí）原因，主要是（shì）在使用一些比较劣质的（de）煤粉或（huò）现在（zài）好多电厂经常使用混烧（shāo）煤（méi）时，火焰的黑（hēi）龙（lóng）区会（huì）变长，这样可见关火（huǒ）检视线（xiàn）往往集（jí）中（zhōng）在了黑龙区和（hé）初始（shǐ）燃（rán）烧区部分

火焰强度大大减弱，发生不见火现象；另外，可见（jiàn）关式（shì）火检受负荷和一次风配比的（de）影响也很大，因此，红外（wài）线紫（zǐ）外（wài）线（xiàn）火检已经逐渐取代了可见光火检。

概（gài）况地说，炉膛火焰发（fā）出的（de）辐（fú）射能以（yǐ）不同的频率闪烁着，不同燃料（liào）、不同燃烧（shāo）器的闪烁频率（lǜ）也是不同的（de）。炉膛内（nèi）燃烧的好（hǎo）与坏（huài），其火焰的平均光强度也是不同的。火焰检测器就（jiù）是利用火焰的（de）闪烁频率（lǜ）和光的辐射强度来综（zōng）合判断火焰的（de）有（yǒu）无及强弱的。