УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПЛАМЕНИ ГОРЕЛКИ Российский патент 1998 года по МПК F23N5/08 

Изобретение относится к области автоматического контроля наличия пламени в камере сгорания огнетехнической установки, оборудованной встречными горелками и может быть использовано для контроля работы соответствующих энергетических и промышленных парогенераторов, а также любых других огнетехнических установок, сжигающих различные виды топлива.

Селективный контроль пламени каждой горелки необходим для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с возможностью взрыва или переполнения камеры сгорания несгоревшим топливом. Проблема такого контроля связана с возможностью прохождения ложных сигналов о наличии пламени от соседних горелок и раскаленных стенок камеры сгорания, а также об отсутствии пламени при неисправности самой системы контроля.

Наиболее близким к изобретению является устройство контроля пламени горелки, содержащее два фотоэлектрических датчика с одинаковыми спектральными характеристиками, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, сумматор с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу сумматора управляющее устройство. В этом устройстве фотоэлектрические датчики ориентированы на одну и ту же зону пламени одной горелки не параллельно ее оси под разными углами. При нормальной работе горелки (наличие пламени) разность амплитуды сигналов на выходе сумматора равна нулю. При этом предполагается, что при погасании пламени датчики, ориентированные под разными углами, будут воспринимать излучение из разных температурных зон топки, что приведет к появлению на выходе сумматора сигнала, отличного от нуля, вызывающего срабатывание управляющего устройства.

Однако не исключено, что в случае погасания пламени пространственные зоны топки, визируемые датчиками, могут иметь близкие температуры, что приведет к ложному срабатыванию управляющего устройства. Предусматриваемые в прототипе меры на этот случай существенно усложняют электрическую схему устройства, что может отрицательно повлиять на надежность ее работы. Кроме того, ориентация датчиков не по оси горелки вызывает сложности конструктивной реализации, требуя организации нештатных проходов в обмуровке котла.

Результат изобретения - повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов.

Для достижения указанного результата в устройстве контроля пламени горелки, содержащем два фотоэлектрических датчика с одинаковыми спектральными характеристиками, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, сумматор с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу сумматора управляющее устройство, согласно изобретению датчики установлены во встречно расположенных горелках вдоль их общей оси, ориентированы каждый на корневую зону пламенного факела соответствующей горелки, а спектральная характеристика датчиков выбрана в области 2,0 - 3,5 мкм.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства согласно предлагаемому изобретению.

Устройство содержит два фотоэлектрических датчика 1 и 2 с одинаковыми спектральными характеристиками в области 2,0 - 3,5 мкм с максимумом 3,0 мкм, соответствующим максимальному поглощению оптического сигнала продуктами сгорания топлива. В частности, в качестве каждого из фотоэлектрических датчиков может быть использован фоторезистор с оптическим фильтром в указанном выше диапазоне. К выходам датчиков 1 и 2 подключена двухканальная электрическая схема с идентичными каналами 3 и 4 обработки поступающих соответственно к датчикам 1 и 2 оптических сигналов. Устройство содержит также сумматор 5 со входами 6 и 7, подключенными соответственно к выходам 8 и 9 каналов 3 и 4, и подключенное к выходу сумматора 5 управляющее устройство (УУ) 10. Датчики 1 и 2 установлены в смотровых каналах встречно расположенных горелок (не чертеже не показано) и ориентированы вдоль их общей оси на корневые зоны пламенных факелов соответствующих горелок. Электрическая схема обоих каналов 3,4 выполнена идентично и содержит последовательно включенные предварительный усилитель 11 поступающих от датчиков 1, 2 электрических сигналов, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 12, амплитудный детектор (АД) 13, регулируемый усилитель (РУ) 14 чувствительности фотоэлектрических датчиков 1,2 и сглаживающий фильтр (СФ) 15. К выходам РУ 14 подключена дополнительная электрическая схема 16 выделения сигнала самодиагностики от генератора 17 светового излучения частотой 2 кГц, подключенного к излучающему светодиоду 18. Схема 16 содержит настроенные на указанный сигнал полосовые фильтры (ПФ) 19, логическое устройство (ЛУ) 20 "ИЛИ" и пороговое устройство (ПУ) 21. Уровень сигнала диагностики подбирается таким, чтобы он был примерно в 10 раз меньше уровня рабочего сигнала.

В основу работы предлагаемого устройства контроля пламени положен принцип выделения пульсаций яркости факела пламени при сгорании топлива, что позволяет отстроиться от излучения стенок топки, не имеющего пульсаций, а также от излучения соседних и встречных горелок за счет выбора спектральных характеристик датчиков и частотой полосы пропускания двухканального электрического тракта.

Устройство работает следующим образом.

Вырабатываемые датчиками 1 и 2 электрические сигналы от корневой части факелов встречных горелок поступают по соответствующим каналам 3,4 в усилители 11, затем в ФВЧ 12, где формируется амплитудно-частотная характеристика, ограничиваемая снизу частотой 300 Гц. Эта частота определена, исходя из того, чтобы надежно подавить могущий проникнуть в область визирования датчиков 1 и 2 сигнал, вызванный флуктуациями краев пламени соседних горелок с частотой менее 100 Гц. Далее сигналы поступают на АД 13, где путем диодного детектирования из общего сигнала выделяются полезные сигналы пульсаций пламени, поступающие на РУ 14, с помощью которых регулируется чувствительность датчиков 1 и 2 по условиям надежного срабатывания УУ 10. Из РУ 14 сигналы поступают в СФ 15, а оттуда на входы 6 и 7 сумматора 5, на выходе которого формируется их разность. При нормальной работе обеих горелок поступающий в УУ 10 с выхода сумматора 5 результирующий сигнал равен нулю. В случае погасания пламени одной из горелок результирующий сигнал становится отличным от нуля, а его полярность позволяет выявить неисправную горелку. Для реализации такой программы УУ 10 может быть оснащено пороговым устройством трех уровней. При срабатывании одного из двух аварийных уровней порогового устройства УУ 10 включает сигнализацию или автомат аварийного отключения подачи топлива в соответствующую горелку (на чертеже не показано). В СФ 15 каждого канала 3,4 при помощи изменения постоянных времени заряда и разряда емкости осуществляется регулировка времени задержки срабатывания и отпускания выходного реле (на чертеже не показано) УУ 10 в соответствии с требованиями технической эксплуатации конкретной огнетехнической установки. С выхода РУ 14 снимаются также сигналы самодиагностики, поступающие в каналы 3,4 от светодиода 2. Эти сигналы выделяются из полезных сигналов с помощью ПФ 19 и обрабатываются в ЛУ 20, результирующий сигнал из которого подается на ПУ 21, включающее сигнализацию (на чертеже не показано) о неисправности в цепях контроля. Дополнительной функцией СФ 15 является предотвращение прохождения в УУ 10 сигнала самодиагностики.

Селективность контроля предлагаемого устройства обусловлена выбором спектральной характеристики датчиков 1,2, соответствующей максимальному поглощению оптического сигнала продуктами сгорания топлива, работой по принципу выделения пульсаций пламени и использованием ФВЧ 12. Поглощение оптического сигнала продуктами сгорания исключает при погасании пламени одной из горелок формирование ложного сигнала о его наличии по излучению пламени противоположной горелки; выделение пульсаций пламени исключает воздействие оптического излучения от раскаленных стен топки; ФВЧ 12 исключает формирование ложного сигнала по излучению краев факелов соседних горелок.

В случае необходимости введения срабатывания УУ 10 при погасании обеих встречно расположенных горелок сумматор 5 может быть настроен на выдачу двух результирующих сигналов - разностного и суммирующего. При этом разностный сигнал по-прежнему будет выдавать информацию о погасании факела одной из горелок, а суммирующий - информацию о погасании факела обеих горелок (по отсутствию результирующего сигнала). Разностный и суммирующий сигналы могут поступать в УУ 10 с помощью двух пороговых устройств (на чертеже не показано).

Данное устройство в особенности может быть рекомендовано применительно к оборудованным встречными горелками котлам малой мощности, где выбор в качестве опорного сигнала интегрального оптического излучения топочного пространства недостаточно надежен из-за ощутимой зависимости интенсивности этого излучения от работы каждой горелки.

Изобретение предназначено для применения в области автоматического контроля наличия пламени в камере сгорания огнетехнической установки, оборудованной встречно расположенными горелками, и может быть использовано для контроля работы соответствующих энергетических и промышленных парогенераторов, а также любых других огнетехнических установок, преимущественно малой мощности, сжигающих различные виды топлива. Устройство содержит два фотоэлектрических датчика 1 и 2 с одинаковыми спектральными характеристиками в области 2,0-3,5 мкм с максимумом 3,0 мкм, соответствующим максимальному поглощению оптического сигнала продуктами сгорания топлива. К выходам датчиков 1 и 2 подключена двухканальная электрическая схема с идентичными каналами 3 и 4 обработки поступающих соответственно к датчикам 1 и 2 оптических сигналов. Устройство содержит также сумматор 5 и подключенное к выходу сумматора 5 управляющее устройство (УУ) 10. Датчики 1, 2 установлены в смотровых каналах встречно расположенных горелок и ориентированы вдоль их общей оси на корневые зоны их пламенных факелов. Электрическая схема обоих каналов 3 и 4 выполнена идентично. При нормальной работе обеих горелок поступающий в УУ 10 с выхода сумматора 5 результирующий сигнал равен нулю. В случае погасания пламени одной из горелок результирующий сигнал становится отличным от нуля, а его полярность позволяет выявить неисправную горелку. Результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов.) 1 ил.

Устройство контроля пламени горелки огнетехнической установки, содержащее два фотоэлектрических датчика с одинаковыми спектральными характеристиками, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, сумматор с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу сумматора управляющее устройство, отличающееся тем, что применительно к огнетехнической установке, оборудованной встречно расположенными горелками, датчиками установлены в этих горелках вдоль их общей оси, ориентированы каждый на корневую зону пламенного факела соответствующей горелки, а спектральная характеристика датчиков выбрана в области 2,0 - 3,5 мкм.