Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства Российский патент 2024 года по МПК F23N5/00 

Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам контроля горения жидкого и газообразного топлива, и может быть использовано для автоматического контроля спектра излучения факела продуктов горения в камерах сгорания топочных устройств для оперативного управления процессом горения в котлоагрегатах в зависимости от значения заданных параметров тепловой энергии.

Известен прибор оптимизации режимов горения посредством контроля состава отходящих газов для газовых котельных, содержащий блок питания и сигнализации и блок отбора пробы, составными элементами которого являются заборник пробы погружного типа для взятия пробы из контролируемого дымохода и измерительная камера, находящаяся вне дымохода, причем блок отбора пробы закреплен с внешней стороны дымохода и использует в качестве чувствительного элемента для измерения концентрации кислорода электрохимический элемент, а для измерения несгоревших компонентов смеси при необходимости используется термокаталитический датчик, электрически связанные с блоком питания и сигнализации (см. патент на полезную модель № 35410 по МПК F23D 14/00, опубл 10.01.2004).

К недостаткам данного прибора можно отнести необходимость частой (еженедельной) калибровки прибора, быстрый выход датчика из строя (примерно каждые полгода), неудовлетворительная работа прибора в момент пуска котлоагрегата, когда в дымовых газах из-за их глубокого охлаждения выпадает конденсат и оседает на датчике.

Наиболее близкой по технической сущности является система контроля на основании спектрального анализа, которая содержит датчик для восприятия сигнала от пламени, установленный в верхней части стенки топочной камеры вблизи выхода из топочной камеры, фотоприемник, преобразующий теплового излучение факела в электрический сигнал, пропорциональный амплитуде излучения факела, установленный между датчиком и фотоприемником фильтр, с помощью которого выделяют выбранный диапазон длин волн от 0,4 до 1,2 мкм, а также электронный блок для усиления сигнала и ЭВМ для обработки сигнала (см. патент РФ № 2152564 по МПК F23N 5/00, опубл. 10.07.2000).

Недостатки известной системы заключаются в низкой достоверности получаемых данных, поскольку в качестве анализируемого продукта выбирают сажу, по излучению которой из-за непрозрачности продуктов сгорания невозможно определить полноту сгорания топлива, в невозможности осуществления регулирования процесса горения и, как следствие, в низкой экономичности котлоагрегатов, а также высоких затрат на техническое обслуживание.

Техническим результатом является повышение достоверности получаемых результатов с одновременным повышением экономичности и снижением расходов на текущее техническое обслуживание.

Технический результат достигается тем, что в системе контроля горения в камере сгорания топочного устройства, включающей расположенный снаружи камеры сгорания топочного устройства приемник информации о продуктах горения в виде видеокамеры, подключенный к устройству для обработки и анализа информации с использованием персонального компьютера, согласно изобретению в качестве видеокамеры использована ip-камера с устройством охлаждения, установленную в смотровом люке с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, устройство охлаждения состоит из фольгированного экрана и вентилятора, обдувающего ip-камеру, направленную на среднюю зону факела пламени для определения характеристик цвета факела пламени: цветовой тон, насыщенность, яркость цветовой модели картинки факела. Персональный компьютер использован в качестве устройства для обработки и анализа информации с возможностью определения по цветам средней зоны факела пламени параметров горения посредством алгоритма в программном обеспечении.

На фиг. 1 изображена блок-схема системы контроля горения с фрагментом камеры сгорания топочного устройства; на фиг. 2 - фрагмент камеры сгорания, поясняющий расположения смотрового люка для установки ip-камеры с направлением в среднюю зону факела пламени.

Система контроля горения содержит ip-камеру 1 с устройством охлаждения, установленную в смотровом люке 2 камеры сгорания 3 с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, и персональный компьютер 4 с возможностью определения по цветам факела пламени параметров горения посредством специального алгоритма в программном обеспечении. Устройство охлаждения ip-камеры 1 состоит из фольгированного экрана и вентилятора (на чертеже не показано). Основные характеристики ip-камеры 1: разрешение не менее HD (720р) - 1280×720, 2 Мп.

Путем проведения экспериментальных исследований и инженерных расчетов было установлено расположение смотрового люка для установки ip-камеры 1 по направлению к средней зоне факела.

Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства работает следующим образом на конкретном примере с использованием парового котла БК3-75-39 ГМА.

Пример 1

На паровом котле БК3-75-39 ГМА установлена IP камера с помощью кронштейна креплений на уровне смотрового люка, направленного на среднюю зону факела в камере сгорания. IP камера подключена по интерфейсу Ethernet к персональному компьютеру.

Перед началом работы согласно технологическому регламенту устанавливайся требуемые значения всех параметров процесса горения для данной камеры сгорания.

Запуск и настройка режима работы системы осуществляется с персонального компьютера 4, При этом существует возможность вести контроль как вручную, так и в автоматическом режиме.

В персональный компьютер 4 заложено программное обеспечение, по которому ведется контроль с учетом поступающих к нему параметров горения на основе цветовой модели картинки факела.

Соотношение выявленных параметров позволяет выявлять коэффициент избытка воздуха. Приемник цвета факела, в качестве которого используется ip-камера 1, регистрирует через стекло смотрового люка 2 камеры сгорания 3 цветопередачу пламени параметров горения в виде электронных фотографии, которые передаются на персональный компьютер 4, в котором осуществляется обработка, анализ и результат в процентном содержании кислорода в дымовых газах (согласно стандартных значении кислородомера от 0 до 20%),

Информация с ip-камеры 1 (цвет факела) обрабатывается и анализируется посредством алгоритма в программном обеспечении, сравниваясь при этом с параметрами горения котлоагрегата.

Алгоритм обработки изображений выглядит следующим образом: для настройки изображения используется пороговое преобразование, которое выделяет точки с различной светимостью при сравнении текущих (локальных) значений, где Х - цветовой тон, У - насыщенность и z - яркость, с пороговыми значениями параметров фильтра В результате, если задать некоторые пороговые значения трех параметров фильтра V (Х_П. У_П-Z_П) то точки разделяются по следующему критерию:

В результате пиксели, значения которых после преобразования стали равны 1, были отнесены к точкам объекта, а остальные - к точкам фона.

По сравнению с известными аналогами предлагаемая система позволяет на основе цветопередачи пламени определять параметры горения (температуру факела, концентрацию кислорода и оксидов азота в дымовых газах) и анализировать режим горения с выводом информации на персональный компьютер.

При возникновении аварийных ситуаций производится оповещение обслуживающего персонала путем светозвуковой сигнализации на персональном компьютере 4.

Ввиду того, что предлагаемая система вынесена из зоны вибрации и высоких температур требования к техническому обслуживанию системы минимальны, т.к. ее принцип действия - оптический.

Проблема перегрева ip-камеры решается за счет устройства охлаждения, состоящего из фольгированного экрана и вентилятора, обдувающего ip-камеру.

Предлагаемая система позволяет точно и надежно определить содержание кислорода в дымовых газах на основании характеристик цвета факела пламени.

Система позволяет обеспечить стабильность процесса горения, снизить риски отказов оборудования, повысить надежность регулирования процесса подачи воздуха в котел. Система позволит оперативно известить оператора котельной о нарушении режима горения и необходимости проведения манипуляций по управлению котлоагрегатом для восстановления значений параметров нормального процесса горения.

Испытания подтвердили достижение технического результата.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам контроля горения жидкого и газообразного топлива, и может быть использовано для автоматического контроля спектра излучения факела продуктов горения в камерах сгорания топочных устройств для оперативного управления процессом горения в котлоагрегатах. Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства содержит расположенный снаружи камеры сгорания топочного устройства приемник информации о продуктах горения в виде видеокамеры, подключенный к устройству для обработки и анализа информации с использованием персонального компьютера. В качестве видеокамеры использована ip-камера с устройством охлаждения, установленная в смотровом люке с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, устройство охлаждения состоит из фольгированного экрана и обдувающего ip-камеру вентилятора, при этом ip-камера направлена на среднюю зону факела пламени для определения характеристик цвета факела пламени: цветовой тон, насыщенность, яркость цветовой модели картинки факела. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов с одновременным повышением экономичности и снижением расходов на текущее техническое обслуживание. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства, включающая расположенный снаружи камеры сгорания топочного устройства приемник информации о продуктах горения в виде видеокамеры, подключенный к устройству для обработки и анализа информации с использованием персонального компьютера, отличающаяся тем, что в качестве видеокамеры использована ip-камера с устройством охлаждения, установленная в смотровом люке с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, устройство охлаждения состоит из фольгированного экрана и обдувающего ip-камеру вентилятора,

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что ip-камера направлена на среднюю зону факела пламени для определения характеристик цвета факела пламени: цветовой тон, насыщенность, яркость цветовой модели картинки факела.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что персональный компьютер использован в качестве устройства для обработки и анализа информации с возможностью определения по цветам средней зоны факела пламени параметров горения посредством алгоритма в программном обеспечении.