Способ контроля наличия пламени Советский патент 1987 года по МПК F23N5/16 

Изобретение относится к области контроля и регулирования горения, в частности предназначено для контроля наличия пламени, и может быть использовано в различных теплотехнических агрегатах для производства технологических газон, в топливо- сжигающих установках, например при конверсии природного газа, газификации углей, сжигании равных видов топлива.

Целью изобретения является повышение надежности контроля.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ контроля наличия пламени; на фиг. 2 - схема перестройки амплитудно-частотных характеристик вибрационного горения при изменении спектр;а фонового шума.

Устройство, реализующее способ контроля наличия пламени в горелке (фиг. 1) снабжено огневой трубой 1, штоком 2, способным перемещаться по оси горелки вручную или программно-автоматически и служащим трубопроводом для подачи горючего (газа), стабилизатором 3 пламени, соединенным со штоком, штуцером 4 для ввода воздуха (или кислородовоздущной смеси в горелку), вентилем 5 для подачи воздуха, вентилем б для подачи кислорода, клапаном- отсекателем 7, через который подается горючее (газ) и датчиком 8 колебаний давления.

Датчик давления соединен с широкополосным усилителем 9, выход которого подключен к блоку 10 анализа колебаний в основном диапазоне частот -и к блоку 11 анализа колебаний в дополнительном диапазоне частот, выходы которых подключены к блоку 12 управления. Один из выходов блока управления соединен с высоковольтным блоком 13, обеспечивающим создание искры зажигания, второй выход соединен с элементом Н, обеспечивающим перемещение штока, а третьим соединен с клапаном-отсекателем 7.

На фиг. 2 ломаная линия характеризует спектр фонового шума при определенных установившихся режимах вибрационного горения, ломаная 1 - при изменившихся по каким-либо причинам условиях работы-теплотехнического агрегата. Амплитуда Aj и частота F, являются характеристиками вибрационного горения при установившемся режиме вибрационного горения. Частота Рд определяет дополнительный диапазон контроля, лежащий в пределах 15-25 /о от номинальной частоты вибрационного горения Р1 Ад является максимальной амплитудой колебаний шума. An является пороговым значением амплитуды колебаний для установившегося режима вибрационного горения. Ад и А - соответственно амплитул а и пороговое значение амплитуды для изменившихся условий работы.

Амплитуда А и частота F являются характеристиками вибрационного горения при

5

0

5

0

5

0

5

перестройке режима вибрационного горения на новый диапазон контроля. Частота Рд определяет новый дополнительный диапазон контроля. Ад является максимальной амплитудой колебаний шума. An является пороговым значением амплитуды колебаний для нового диапазона контроля.

Способ контроля наличия пламени осуществляется следующим образом.

Вибрационное горение отличается от обычного тем, что имеет не непрерывный спектр частот, а характеризуется колебаниями на одной, реже двух сосуществующих частотах. При этом в установившемся режиме значение Р не выходит за пределы ±10% от номинала. Амплитуды колебаний при вибрационном горении обычно значительно превосходят амплитуды колебаний при обычном горении.

Однако в (Случае сильного акустического фона в широком диапазоне частот, а в особенности фона, могущего менять свой спектральный состав при изменении технологических параметров (например, основной горелки), трудно отличить колебание вибрационной горелки от фонового щума, и, следовательно, возможна дезинформация о наличии ильмени в основной горелке. Для повышения надежности способа приходится устанавливать весьма высокий пороговой уровень, например 0,5 от амплитуды, зафиксированной при стендовых испытаниях вибрационной горелки. .Поэтому возможна в принципе не только дезинформация о наличии пламени, но и обратная дезинформация, когда горение есть, но из-за относительной малости амплитуд вибрационного горения делается вывод об отсутствии пламени.

Перед запуском теплотехнического агрегата в процессе стендовых испытаний определяют линейнце интервалы наиболее эффективного возбуждения вибрационного горения, т.е. те области расположения стабилизатора по длине трубы, в которых возбуждаются наиболее сильные и устойчивые колебания. Интервалы возбуждения определяются при необходимости как для случая использования чистого, так и обогащенного кислородом воздуха. Для каждого интервала возбуждения определяют частоту и амплитуду колебаний и устанавливают основной и вспомогательный диапазоны контроля частот.

После стендовых испытаний горелка устанавливается в агрегат и с помощью элемента 14, способного действовать как вручную, так и автоматически (по команде блока 12), шток 2 передвигается вдоль оси горелки так, что стабилизатор 3 занимает положение внутри одного из ранее зафиксированных интервалов возбуждения.

Для розжига горелки в нее через вентиль 5 и штуцер 4 подают воздух. Далее по команде, передаваемой через блок 12 управления, включают высоковольтный блок 13, подающий напряжение на шток 2 и обеспечивающий искрочой разряд между стабилизатором 3 и внутренней стенкой с огневой трубой 1 горелки, а затем открывают кла- паи-отсекатель 7. Топливовоздушная смесь поступает в зону горения за стабилизато- - ром, где при наличии необходимых условий воспламеняется от искры. Через 3-5 с после подачи газа блок 12 управления прекра- . щает подачу искры и включает канал конт- Ю роля наличия пламени.

Электрический сигнал от датчика В, усиленный широкополосным усилителем 9, поступает в блоки 10 и 11, где фиксируются

меняются интервалы возбуждения, амплитуда и частота колебания.

На фиг. 2 в координатах амплитуда А - частота Рданы спектральные характеристики некоторых режимов горения. При номинальной частоте колебаний Fj вибрационное горение осуществляется в заданном диапазоне частот, равном ±10 /о от F.

Этот основной диапазон частот ограничен вертикальными линиями. Соответственно с этим назначается дополнительный диапазон частот, отстоящий от основного диапазона в границах от 15 до 25% с номинальной частотой Fд и максимальной амплитудой колебаний в этом диапазоне Ад. Пороговое

значения амплитуд колебаний соответствен- значение амплитуды колебаний для основно в основном и дополнительном диапазоне частот.

Сигналы с блоков 10 и 11 поступают в блок 12 управления, где происходит сравнение величин этих сигналов. В случае, есного диапазона принимается равным АП 2ад. При этом данное пороговое значение не является неизменной величиной, твердо установленной в предварительных стендовых испытаниях горелки, а является величиной

ли амплитуда в основном диапазоне больше 20 переменной, изменяющейся вместе с возможудвоенной амплитуды в дополнительном диапазоне, то горелка продолжает работать в установленном режиме. В противном случае (т.е. если делается вывод об отсутствии

ными в ходе эксплуатации изменениями амп-. литуды Ад в дополнительном диапазоне.

При установившемся режиме вибрационного горения с амплитудой А, которая

пламени) при работе горелки на ручном уп- ,j больше АП 2Ад, устройство, реализующее равлении блок 12 управления дает команду способ, зафиксирует наличие пламени.

ПриПри изменившихся условиях работы характер спектра изменяется и может определяться, например, ломаной линией П. При .этом амплитуда колебаний шума в дополниручную с помощью элемента 14, переведя ЗО тельном диапазоне возрастает и при вели- стабилизатор в другой интервал возбуждения.- При отрицательном выводе о наличии пламени, если горелка работает на автоматическом управлении, блок 12 управления дает элементу 14 команду на перемещение

на закрытие клапана-отсекателя 7. этом в дальнейшем можно или попытаться повторить пуск при неизменных условиях, или осуществить пуск, предварительно в

чине Ад пороговое значение амплитуды колебаний становится равной амплитуде-Ai вибрационного горения.

В этом случае перемещением стабилизатора или дозировкой кислорода изменяют

стабилизатора в зону нового интервала 35 параметры вибрационного горения и переходят в новый диапазон контроля.

Амплитуда колебаний А и частота F обозначают новые параметры вибрационного горения. Из фиг. 2 видно, что несмотря на Ручная или автоматическая перестройка дц то, что новая амплиггуДа вибрационного говозбуждения, после выполнения которой вновь производится контроль наличия пламени на основе сравнения амплитуд в новых частотных интервалах.

положения стабилизатора и соответственно режима вибрационного горения может производиться при изменении спектра фонового шума.

Перестройка параметров вибрационного

рения А стала несколько меньшей амплитуды AI, теперь при наличии пламени выполняется условие превышения этой амплитуды порогового значения А П 2Ад..

Таким образом, устройство, реализуюгорения может быть произведена путем из- 45 щее способ, фиксирует наличие пламени. В

случае, если амплитуда А вибрационного горения будет меньше А},, устройство зафиксирует отсутствие пламени.

менения по длиие горелки зоны горения, что, в свою очередь, легко достигается простым передвижением стабилизатора пламени, делящего горелочную трубу на холодную и горячую части.

Другим весьма простым и часто более предпочтительным методом изменения пара- метров вибрационного горения является дозировка кислорода в поступающий на горение воздух. При этом даже небольшое обо- 55 гащение воздуха кислородом (до ) меняет механизм возбуждения вибрационного горения, вследствие чего су щественно

меняются интервалы возбуждения, амплитуда и частота колебания.

На фиг. 2 в координатах амплитуда А - частота Рданы спектральные характеристики некоторых режимов горения. При номинальной частоте колебаний Fj вибрационное горение осуществляется в заданном диапазоне частот, равном ±10 /о от F.

Этот основной диапазон частот ограничен вертикальными линиями. Соответственно с этим назначается дополнительный диапазон частот, отстоящий от основного диапазона в границах от 15 до 25% с номинальной частотой Fд и максимальной амплитудой колебаний в этом диапазоне Ад. Пороговое

значение амплитуды колебаний для основного диапазона принимается равным АП 2ад. При этом данное пороговое значение не является неизменной величиной, твердо установленной в предварительных стендовых испытаниях горелки, а является величиной

переменной, изменяющейся вместе с возможными в ходе эксплуатации изменениями амп-. литуды Ад в дополнительном диапазоне.

При установившемся режиме вибрационного горения с амплитудой А, которая

больше АП 2Ад, устройство, реализующее способ, зафиксирует наличие пламени.

тельном диапазоне возрастает и при вели-

чине Ад пороговое значение амплитуды колебаний становится равной амплитуде-Ai вибрационного горения.

В этом случае перемещением стабилизатора или дозировкой кислорода изменяют

параметры вибрационного горения и переходят в новый диапазон контроля.

Амплитуда колебаний А и частота F обозначают новые параметры вибрационного горения. Из фиг. 2 видно, что несмотря на то, что новая амплиггуДа вибрационного горения А стала несколько меньшей амплитуды AI, теперь при наличии пламени выполняется условие превышения этой амплитуды порогового значения А П 2Ад..

Таким образом, устройство, реализующее способ, фиксирует наличие пламени. В

щее способ, фиксирует наличие пламени. В

случае, если амплитуда А вибрационного горения будет меньше А},, устройство зафиксирует отсутствие пламени.

Выбор ширины основного диапазона ±10% связан с желательностью, с одной стороны, возможно более узкой полосы контролируемых частот, ибо в этом случае уменьшается вероятность наличия в этой полосе значительных фоновых колебаний, с другой стороны, с необходимостью гарантии того, что частота вибрационного горения не будет выходить за границы этой полосы; Как показывают эксперименты, частота колебаний при, вибрационном горении F при

. Поэтому расстояние между диапазонами должно приниматься минимальным и сама ширина дополнительного диапазона должна быть по возможности малой. В то же время при слишком малой протяженности дополнительного диапазона он может быть не представительным из-за возможных местных «провалов спектра. Анализ спектра различных горелок показывает, что в этом отношении достаточна ширина частотного 10 диапазона в границах от 15 до 25%.

Формула изобретения

технологически реальной стабильности гфо- цесса предельно может уходить от номинала ±7%. Отсюда вытекает целесообразность с некоторым запасом принять основной диапазон ±10%.

Выбор границ дополнительного диапазона частот связан со следующими соображениями. Не исключена вероятность того, что ДЕЖе при достаточно большом отрезке, разделяющем основной и дополнительный диапазоны, зависимость амплитуды от частоты .для фонового шума носит восходящий характер на пути от дополнительного к основ- 1 ему диапазону. При этом, как следует из сказанного, не исключено, что на каждыеСпособ контроля наличия пламени в го

20% возрастания частоты амплитуда возрас- j релочном устройстве, работающем в виб- тает вплоть до двух раз. При этом чем рационном режиме горения, путем регистра- дальше отстоит дополнительный диапазон ции акустических колебаний в заданном диа- от основиого, тем на большую величину пазоне частот и установления наличия пла- необходимо умножать амплитуду в допол- мени по превышению амплитуды колебаний нительном диапазоне, чтобы найти максн- значения порогового уровня, оглмчаюы ыйся мально возможное значение этой амплитуды 20 тем, что, с целью повышения надежности, ус- в основном диапазоне (при разнице 20% - -ганавливают дополнительный частотный дна- на 2, при разнице 100% - на 10 и т.д.). пазон контроля с границами, смешенными В то же время такое возрастание является относительно номинальной частоты вибра- лишь вероятным, но.не обязательным. Поэ- ционного горения соответственно на 15 и тому выбор большого расстояния между дна- 35 25%, и значение порогового уровня прини- пазонами может привести к необоснованно мают равным удвоенному значению ампли- жестким требованиям для установления на- туды колебаний в дополнительном диапа- личия пламени.. зстне частот.

. Поэтому расстояние между диапазонами должно приниматься минимальным и сама ширина дополнительного диапазона должна быть по возможности малой. В то же время при слишком малой протяженности дополнительного диапазона он может быть не представительным из-за возможных местных «провалов спектра. Анализ спектра различных горелок показывает, что в этом отношении достаточна ширина частотного диапазона в границах от 15 до 25%.

Формула изобретения

Способ контроля наличия пламени в го

Изобретение относится к oблatти контроля и регулирования горения и может быть использовано в различных теплотехнических - агрегатах для производства технологических газов в топливосжигающих установках. Наличие пламени устанавливается по превышению амплитуды колебаний значения порогового уровня. Устр-во контроля содержит стабилизатор 3, шток 2, штуцер 4 Для ввода воздуха в горелку, вентиль 5 для подачи воздуха, вентиль 6 для подачи кислорода, клап ан-отсекатель 7, датчик 8 колебаний давления, соединенный с широкополосным усилителем 9, блок 10 анализа колебаний в основном диапазоне частот и блок 11 анализа в дополнительном диапазоне. Управление осуществляется блоком 12. Дополнительный частотный диапазон уста- навлнваетс я с границами, смещенными относительно нормальной частоты вибрационного горения соответственно, на 15 и . Значение порогового уровня принимается равным удвоенному значению амплитуды колебаний в дополнительном диапазоне частот. 2 ил. ьо оо 00 00 (рив.1

f