WO1998040673A1 - Method and device for analyzing combustion and for monitoring flames in a combustion chamber - Google Patents

Method and device for analyzing combustion and for monitoring flames in a combustion chamber Download PDF

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WO1998040673A1
WO1998040673A1 PCT/DE1998/000690 DE9800690W WO9840673A1 WO 1998040673 A1 WO1998040673 A1 WO 1998040673A1 DE 9800690 W DE9800690 W DE 9800690W WO 9840673 A1 WO9840673 A1 WO 9840673A1
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flame
combustion
combustion chamber
spectral range
optical system
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Application number
PCT/DE1998/000690
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Inventor
Thomas Merklein
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/08Flame sensors detecting flame flicker
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/18Flame sensor cooling means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00Flame sensors
    • F23N2229/20Camera viewing

Definitions

  • the invention relates to a method for combustion analysis in a combustion chamber, in which the temperature and the concentration of at least one reaction product formed in the combustion process are determined. It also relates to a device for carrying out the method and a device for flame analysis and flame monitoring of a burner.
  • Knowing the temperature distribution and the concentration profile of the reaction products arising in the combustion process can improve the combustion control and thus improve the combustion process.
  • a firing control based on knowledge of the temperature distribution and the concentration profile of reaction products formed in the combustion process was proposed.
  • the temperature and the concentration of reaction products are detected by means of at least two optical sensors.
  • a multi-dimensional distribution of the combustion characteristics can only be determined by combining several cameras and with considerable computing effort.
  • the temperature distribution and the concentration distribution for example of CO and NO x , are only recorded globally for the entire combustion chamber.
  • the burning behavior of a single burner is not taken into account.
  • the focus is on the actual value and setpoint formation for the firing control.
  • DE 38 23 494 A1 also discloses a method for obtaining parameters correlated with target variables of a furnace, in which a beam splitter optical system is arranged between a recording camera and the output end of an endoscope, which generates two beams directed at the camera target.
  • the images taken at different light wavelengths are compared or combined with one another.
  • the aim is not to record measured values that correspond to certain physical quantities. Rather, target parameters are approximately determined using a multidimensional regression analysis. As a result, instead of measuring technical quantities, such as pollutant emissions, these are only estimated.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for combustion analysis in a combustion chamber, with which at least one parameter characterizing the combustion process, in particular the temperature distribution and the concentration distribution of reaction products formed in the combustion process and parameters of the flame, are recorded particularly quickly. This is to be achieved in a device with particularly simple means.
  • the first-mentioned object is achieved by a method in which a radiation spectrum of a flame is recorded in the combustion chamber, a plurality of spectral ranges being coupled out by beam splitting of the radiation spectrum, with a respective image for a number of parameters characterizing the combustion process by means of the extracted spectral ranges of the flame is generated, and a spatial distribution of the corresponding parameter is represented in the respective images by means of spatially resolved intensities.
  • the invention is based on the consideration that the parameters describing the combustion, for example reaction products of the combustion (combustion radicals) or the temperature, can be detected in the emission spectrum of a flame.
  • the combustion radicals for example NO, CO, C 2 , CN or CH, each have associated intensity ranges in the associated radiation ranges or spectral ranges with a bandwidth of approximately 5 to 20 n.
  • the Planck radiation in particular the particle radiation, which also occurs in the combustion process is used to determine the temperature distribution.
  • the individual spectral ranges of the respective combustion radicals or the temperature can be separated from one another by filtering out the corresponding spectral ranges of the combustion radicals to be examined or the temperature from the emission or radiation spectrum. On the basis of the spectral ranges separated from one another, individual images of the
  • a spatial distribution of individual parameters characterizing the combustion process is determined. For example, by coupling out several spectral ranges, several spatial distributions, e.g. the temperature distribution and the respective concentration distribution of several combustion radicals can be recorded simultaneously.
  • the band radiation characteristic of the respective parameter ie the emission line the corresponding spectral range is coupled out with a bandwidth of approx. 5 to 20 nm.
  • a respective narrow-band spectral range with a frequency band of approximately 5 to 20 nm is expediently coupled out of the radiation spectrum.
  • This frequency band corresponds exactly to the specific band on which the combustion radical to be examined or the gas radiates and absorbs.
  • some emission lines of the combustion radicals CO and CH to be investigated for the combustion analysis lie in a band from 445 to 455 nm and from 430 to 440 nm.
  • this emission line lying in the narrow-band spectral range and their intensity one expediently uses the recorded image of the flame to determine one spatial concentration distribution of the combustion radical to be examined reconstructed by computer tomography.
  • the intensity distribution of the radiation is recorded directly by means of a camera, in particular a CCD camera.
  • the radiation intensity is electronically amplified and converted into contrasts depending on the intensity, the concentration distribution or the temperature distribution is made recognizable.
  • geometrical sizes of the flame e.g. the length of the flame or the speed of its change.
  • Spectral ranges with a frequency band of approx. 10 nm each are coupled out of the radiation spectrum. These frequency bands lie in particular between two frequency bands of the combustion radicals, in the so-called band-free areas. According to the Planck 'see radiation law lies in the band-free areas only planck radiation, the temperature being determined by forming the ratio of the intentivity values of these areas. By means of the Planck radiation lying in the second spectral range and its intensity, the spatial temperature distribution in the flame is advantageously reconstructed using computer tomography.
  • a pulsation parameter is determined.
  • the intensity of the radiation in this third spectral range is detected as a pulsating parameter and the pulsation frequency as a pulsation parameter by means of a measuring module.
  • the fuel supply to the corresponding burner is controlled as a function of the detected and determined pulsation frequency and its change.
  • a low pulsation frequency represents a flame cut, i.e. the flame of the burner to be examined is out.
  • a detected flame arrest then leads to a safe one
  • an optical system which comprises an objective for recording a radiation spectrum of a flame in the combustion chamber and a plurality of beam splitters connected downstream of the objective for coupling out a plurality of spectral ranges, one of which Number of parameters of the combustion process to be examined, corresponding number of receiving plates, each of which generates a spatially resolved image of the flame for each parameter, is connected downstream of the beam splitters.
  • a cooling system is expediently provided.
  • the cooling system for the or each mounting plate comprises a cooling element, for example a Peltier element. Using the Peltier effect, the Peltier element cools down to the ambient temperature, while a heat sink connected to the Peltier element heats up.
  • the other electronic components belonging to the device are cooled with cooling or purging air.
  • the device preferably comprises a suitable number of beam splitters for coupling out the respective characteristic spectral ranges of the parameters.
  • corresponding beam splitters are provided, which are transmissive for certain wavelengths.
  • beam splitters with filter values of 360 to 370 nm and 430 to 440 nm are used as coarse filters for the parameters to be examined, in particular for the combustion radicals CO and CH.
  • the beam splitter is dichroic.
  • the beam splitter in order to be able to uniquely couple out corresponding spectral ranges for parameters to be examined, the beam splitter is designed in such a way that the beam splitter reflects its radiation for a spectral range to be examined and / or, on the other hand, is transparent to another spectral range to be examined.
  • the respective spectral range to be examined can be coupled out practically 100% from the radiation spectrum of the flame.
  • other optical devices for example filters, in particular so-called fine filters with a certain cut-off wavelength, or prisms or gratings can be used.
  • each mounting plate enables the spatial distribution of a parameter, for example a combustion radical or the temperature, to be determined.
  • several mounting plates can determine the distribution of a parameter. Such an arrangement then corresponds to a multi-channel arrangement, this being required in particular in the case of high security requirements.
  • a “charge-coupled device camera” is expediently provided as the recording plate.
  • This CCD camera also called an optical image sensor, records the light emitted by the flame or the radiation spectrum of the flame. Due to the beam splitter connected upstream of the CCD camera, only the band radiation of the parameter to be examined ultimately reaches the CCD camera.
  • the spatial distribution of the parameter e.g. Concentration distribution of a combustion radical or the spatial distribution of the temperature in the flame can be determined.
  • the geometry of the flame can advantageously also be determined at the same time.
  • the device comprises an evaluation unit which is connected to the or each mounting plate.
  • the evaluation unit for example a personal computer, uses the spatially resolved intensities of the image of the CCD camera to determine an at least two-dimensional concentration distribution of a combustion radical to be examined or the temperature distribution in the flame.
  • different areas of the mounting plate deliver independent signals and thus characterize different areas of the flame or the combustion chamber.
  • the current flow distribution within the flame is recorded on the basis of the flame image and analyzed in the evaluation unit.
  • the degree of turbulence and the transport of various chemical substances within the flame are analyzed.
  • the above object is achieved with an optical system that generates a spatially resolved image of a flame on a mounting plate, and with a measuring module for measuring pulsating radiation parameters of the flame, with at least one beam splitter for coupling out at least one for one Examining parameters specific spectral range provided from the radiation spectrum of the flame and the beam splitter upstream of the receiving plate and the measuring module.
  • the measuring module in particular a flame sensor or detector in the optical system
  • flame monitoring is guaranteed at the same time as the combustion and flame analysis.
  • Such a construction of the optical system - optical camera and flame monitor - is also particularly cost-effective and space-saving, since on the one hand only a suitable opening has to be provided in the wall of the combustion chamber.
  • the advantages achieved by the invention consist in particular in that by recording the emission spectrum from a combustion process, in particular by recording emission spectra of individual flames, a spatial temperature distribution and / or spatial concentration profiles of reaction products in individual flames and in the entire combustion chamber are reconstructed by computer tomography and are displayed in the form of measuring fields. These measurement or data fields are particularly well suited for quick and reliable combustion analysis.
  • the special features which can be derived or derived from the measuring fields such as, for example, the position of maxima or the shape of the distribution and their spatial change, setpoints for the fuel or air supply to individual burners can be determined. Such a control intervention directly at the place where pollutants are generated results in a particularly low pollutant emission.
  • the combustion process is quantitatively recorded within a few milliseconds.
  • Such a particularly rapid quantitative detection of the combustion process thus also enables particularly precise firing control of fast processes.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device for combustion analysis in a combustion chamber
  • FIG. 2 shows a detail II from FIG. 1 on a larger scale with an optical system of the device
  • 3 shows a screen control field, the screen control field comprising an exemplary compilation of flame images of a flame image-parameter assignment consisting of four parameters
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a device for flame analysis and flame monitoring in a combustion chamber.
  • FIG. 1 schematically shows a device 2 for combustion analysis in a combustion chamber 1.
  • the device 2 comprises an optical system 10 and a data processing system 12 connected to the optical system 10.
  • the optical system 10 captures radiation data D in the form of images via an opening 11 in the wall 13 of the combustion chamber 1 and guides this to the data - Processing system 12 too.
  • the optical system 10 is positioned on the wall 13 in this way by means of fastening means (not shown in detail), so that the largest possible field of vision, ie a large viewing angle ⁇ , results in at least one flame F arising in combustion chamber 1.
  • the optical system 10 comprises a lens 14 as an objective, with the lens 14 being followed by a number of beam splitters T1 to T3.
  • the optical system 10 can also include a plurality of lenses 14 as an objective.
  • the radiation emanating from the flame F of a burner 16 passes through the lens 14 in an imaging beam path, so that bundle beams 18 fall onto the beam splitter T1.
  • the bundle beams 18 have the emission lines or band radiation of the reaction products formed during the combustion.
  • the beam splitter Tl and the beam splitters T2 and T3 connected downstream divide the beam 18 or the beam spectrum of the flame F into a number of spectral ranges 20 by physical beam splitting.
  • the beam cross section remains unchanged, ie the beam beams 18 are divided evenly over the beam entire cross section of the beam splitters Tl, T2, T3 according to their chosen reflectance and transmittance.
  • the beam splitters T1, T2, T3, also called line or narrow-band filters, thus enable a wavelength-dependent physical division of the bundle beams 18 into a number of spectral ranges 20.
  • a further comparison is achieved by a number of correction filters 22, which are arranged directly in front of receiving plates 24 .
  • Each spectral range 20 filtered out of the radiation spectrum of the flame F is in each case imaged on an associated receiving plate 24.
  • CCD image sensors with a spectral sensitivity of approx. 300 nm to approx. 1,000 n are used in particular as mounting plates 24, so that the entire visible radiation spectrum of the flame F can be detected without problems. Construction and working principle of such a CCD Image sensors are from the publication "Semiconductor Optoelectronics" by Maximilian Bleicher, 1986, Dr. A. Wegig Verlag, Heidelberg, known. In the exemplary embodiment, three parameters (the concentrations of NO x , CO and the temperature) are to be analyzed.
  • mounting plates 24 are provided, each of which has a two-dimensional image of the combustion chamber 1 with the flame F.
  • four sets of radiation data D are read out from the sensors by the data processing system 12 and each processed into a computer tomographic reconstruction of the distribution of the temperature and of the reaction products arising during the combustion, which are used for a screen display and / or further processing to actual values for the control of the system suitable is.
  • FIG. 2 shows the basic structure of the optical system 10.
  • the optical system 10 comprises a housing 26 with a cylindrical attachment 27 and with four mounting plates 24 3 , 24 4 , 24 5 , 24 6 arranged spatially separated from one another therein.
  • the optical system 10 comprises a power supply 29.
  • a correction filter 22 3 to 22 6 is arranged in front of each mounting plate 24 3 to 24 6 .
  • further correction filters 22 can be provided.
  • the beam splitters Ti to T 3 are connected upstream of the correction filters 22 3 to 22 6 , the beam splitters T1 to T3 being inclined such that the mounting plates 24 3 to 24 6 are arranged at an angle of 90 ° to one another.
  • the optical system 10 comprises a cooling system 28.
  • the cooling system 28 has a cooling element 30, for example a Peltier element with a heat sink.
  • the cooling system 28 comprises an insulation 32, in particular insulation wool, arranged on the inner wall of the housing 26.
  • the mounting plates 24 3 to 24 6 and the optical components, in particular the beam splitters T1 to T3, the correction filters 22 3 to 22 6 and the lens 14, and the cooling elements 30 are surrounded by a chamber 34 or capsule.
  • the chamber 34 is designed in the form of a sheet metal box with a cylindrical connection piece 35 arranged on one side surface.
  • the housing 26 is essentially adapted to the shape of the chamber 34, the cap 27 of the housing 26 being inserted into the opening 11 of the wall 13 of the combustion chamber 1.
  • the parameters characteristic of the combustion such as the reaction products of the combustion CO, CN and NO x, as well as the temperature, are preprocessed.
  • the flame F of the burner 16 is detected by means of the optical system 10. Depending on the positioning and viewing angle ⁇ of the optical system 10, this can also detect several flames F of several burners 16 simultaneously.
  • the optical system 10 When the optical system 10 is positioned at an angle of 90 ° to burners 16 arranged one above the other in a line, the optical system 10 can display one or more flames F-resolved in an image with a very large viewing window ⁇ .
  • the bundle beams 18 of the flame F are radiated onto the beam splitter T1 via the lens 14.
  • the beam splitter T1 in particular a yellow filter, transmits a first spectral range 20 ⁇ greater than 545 nm (yellow light) and reflects a second spectral range 20 2 less than 500 nm (blue light).
  • a red filter which splits the spectral range 20 ⁇ impinging on it into two further spectral ranges 20 3 and 20 4 , the spectral range 20 3 reflecting less than 630 nm (orange light) and the spectral range 20 transmitting greater than 630 nm (red light) becomes.
  • the two spectral ranges 20 3 and 20 4 is the so-called black or Gray body radiation according to the Planck 'provide law that serves to determine the temperature distribution of the flame F.
  • the beam splitter T3 divides the spectral range 20 2 coupled out by the beam splitter T1 with a bandwidth of less than 500 nm into a further spectral range 20 5 with a bandwidth of less than 400 nm (violet light) and a spectral range 20 6 with a
  • the emission line of the reaction product of the combustion CN is in the spectral range 20 5 and the emission line of the reaction product CO is in the spectral range 20 6 .
  • All light-deflecting or dividing optical components can be used as beam splitters Tl to T3, e.g. Color filters, prisms or mirrors.
  • the beam splitters T1 to T3 used in the optical system 10 are so-called dichroic additive and subtractive color filters, which reflect the spectral range for a predeterminable bandwidth and also transmit the spectral range for a second bandwidth.
  • the division and filtering of the spectral ranges can also be carried out by aperture division and appropriate filtering.
  • the spectral ranges 20 3 and 20 4 or 20 5 and 20 6 filtered out by the beam splitters T2 and T3 are limited to a bandwidth of approximately 10 nm by means of the correction filters 22 3 and 22 4 or 22 5 and 22 6 . That is, the correction filter 22 3 and 22 4 transmit a bandwidth from 545 to 555 nm or from 645 nm to 655 nm from the spectral ranges 20 3 and 20 4. Analogously, the correction filters 22 5 and 22 6 transmit a bandwidth from the spectral ranges 20 5 and 20 6 375 to 385 nm or from 445 to 455 nm. In particular, interference filters with a bandwidth of 10 nm +/- 2 nm are used as correction filters 22 3 to 22 6 .
  • the intensities or the light of the spectral ranges 20 3 to 20 6 filtered out in each case are recorded by the corresponding receiving plates 24 3 to 24 6 .
  • the spatial distribution of the respective parameter, for example the temperature, the concentration of CO and CN, is then determined in the data processing system 12 by means of the voltage values or radiation data D of the receiving plates 24 3 to 24 6 resulting from the spatially resolved intensities of the images.
  • the optical system 10 comprises a temperature sensor 36, for example a thermistor or a thermal switch, the measured value of which is fed to a fan 38.
  • the supply of cooling air KL is controlled via the fan 38.
  • a filter 39 for cleaning the cooling air KL is connected upstream of the fan 38.
  • the number of mounting plates 24 arranged in the optical system 10 is adapted to the number of parameters to be examined for the combustion process. It is usually sufficient to record the concentration distribution of the reaction products CO, NO as well as the temperature distribution and the geometry of the flame. (For example, an analysis of the oxygen concentration can also be revealing his) . Only in special cases are more than four mounting plates 24 required.
  • a screen control field 40 is shown as an example in FIG.
  • This screen control field 40 comprises six output fields F1 to F6, a message window Ml and a number of input elements El to En.
  • the message window Ml for example, status messages can be read from each burner 16 using color codes.
  • the operating personnel By clicking on the letter "U”, the operating personnel receive further information about a lower (corresponds to "U") burner 16, this burner 16 being arranged in the lower region of the combustion chamber 1.
  • the geometry of the flame, in particular its brightness, of a burner 16 is shown in the form of an image B1 in the output field F1.
  • Analogous to the output field F1 in the output fields F3, F4, F5 and F6 in the associated pictures B3, B4, B5 and B6 are the distribution of the temperature, the distribution of the concentration of CO, the distribution of the concentration of NO x and the Distribution of the concentration of CN shown in the flame.
  • the normalized and numerical values of brightness, temperature and the respective concentration are realized by suitable color signaling in the images B1, B3, B4, B5, B6.
  • the corresponding flame image B1, B3, B4, B5 and B6 changes the color in the representation.
  • a scale S1, S3, S4, S5, S6 is assigned to each image B1, B3, B4, B5, B6.
  • the respective numerical value of the brightness, the concentration or the temperature of the parameter to be examined can be determined on the scale S1, S3, S4, S5 or S6 on the basis of the color signaling.
  • the output field F2 shows numerical values of further process parameters that are important for the combustion process, for example the process parameter performance.
  • the screen control panel 40 according to the prior art are also possible.
  • fewer or more output fields F1 to F6 are possible.
  • the optical system 10 allows spatially differentiated, multidimensional ones
  • the measurement signals on which these flame images Fl, F3, F4, F5, F6 are based also a fuzzy or neuro-fuzzy logic for determining setpoints for a furnace regulation can be supplied.
  • a fuzzy or neuro-fuzzy logic for determining setpoints for a furnace regulation can be supplied.
  • a further screen control field 42 is shown in FIG.
  • the image of a total flame in a combustion chamber 1 is shown in the display control field 42 as an example in the output field F8.
  • the temperature distribution in the combustion chamber 1 can be determined on the basis of the color signaling of the scale S7.
  • the message windows M2 to M6 arranged next to the flame image F8 there are numerical values for the parameters that arise during combustion, such as, for example maximum temperature or the average emission of CO and NO x , readable.
  • control panels K1 to K4 are arranged around the output field F8.
  • Each control panel K1 to K4 characterizes control elements for controlling six burners 16. That is, these control panels K1 to K4 enable the operating personnel to switch each individual burner 16 of the combustion chamber 1 on and off, as well as the fuel supply for each individual burner 16 to control. In each case three burners 16 are supplied with fuel by a coal mill (not shown).
  • the screen control field 42 like the screen control field 40, comprises further input fields El to En. With the input fields El to En it is possible for the operating personnel to call up or carry out further process information and process controls.
  • FIG. 5 schematically shows a device 2 'for flame analysis and flame monitoring, comprising an optical system 10' and a data processing system 12 '.
  • a measuring module 44 in particular a flame detector or detector, is arranged.
  • the optical system 10 ' comprises as a lens a lens 14' and a number of beam splitters T1 'to T3' which are connected downstream of the lens 14 '.
  • the spectral ranges 20 3 ', 20 5 ', 20 6 'filtered out from the radiation spectrum of the flame F and their intensities are recorded by the corresponding recording plates 24 3 ' 24 5 'and 24 6 ', the spatially resolved intensities of the images of the recording plates 24 3 ', 24 5 ' and 24 6 'the spatial distribution of the parameters to be examined is determined in the data processing system 12'.
  • the spectral range 20 4 ′ for example a broadband remainder of the radiation spectrum of the flame F, is recorded by the measuring module 44.
  • the measuring module 44 converts pulsating radiation parameters of the spectral range 20 4 'of the flame F into an electrical signal S.
  • the measuring module 44 comprises three independent channels K1, K2 and K3 for simultaneous detection of the pulsation frequency of the flame F of the burner 16 lying in the spectral range 20'.
  • this optical system 10, 10' is particularly suitable for use in power plants.
  • the optical system 10, 10 ' is suitable due to the very fast determination of measured values in the combustion resulting reaction products for combustion analysis and combustion control.
  • the possibility of recording individual flame images also allows control technology to intervene in the combustion process directly at the location where pollutants are generated.

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Abstract

In order to enable particularly prompt detection of temperature distribution and concentration distribution of reaction products occurring during the combustion process as well as flame parameters (F), the invention provides for an image (B1, B3, B4, B5, B6) of a flame to be picked up, whereby a physical distribution of a combustion-process characteristic parameter for at least one predefined spectral range (203, 204, 205, 206) is determined on the basis of local resolution intensity of said image (B1, B3, B4, B5, B6).

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennungsanalyse sowie Flammenüberwachung in einem VerbrennungsraumMethod and device for combustion analysis and flame monitoring in a combustion chamber
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum, bei dem die Temperatur und die Konzentration mindestens eines im Verbrennungsprozeß entstehenden Reaktionsproduktes ermittelt werden. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Flammenanalyse und Flammenüberwachung eines Brenners.The invention relates to a method for combustion analysis in a combustion chamber, in which the temperature and the concentration of at least one reaction product formed in the combustion process are determined. It also relates to a device for carrying out the method and a device for flame analysis and flame monitoring of a burner.
Bei der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs in einem Ver- brennungsraum steht die ständige Verbesserung des Verbrennungsprozesses im Vordergrund der Bemühungen. Zur Erreichung eines besonders guten Verbrennungsprozesses mit einer möglichst geringen Emission von Schadstoffen, insbesondere von CO und NOx, sowie einem besonders hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringem Rauchgasvolumenstrom muß die Feuerung mittels einer geeigneten Feuerungsregelung optimiert werden. So treten bei der Verbrennung von fossilem Brennstoff oder Müll aufgrund der unterschiedlichen Herkunft des Brennstoffs bzw. aufgrund der heterogenen Zusammensetzung des Mülls Schwankungen des Heizwertes des Brennstoffes oder der Brenn- stoffmischung auf. Diese Schwankungen wirken sich nachteilig auf die Schadstoffemission aus. Diese Nachteile bestehen auch bei der industriellen Reststoffverbrennung, bei der üblicherweise feste und flüssige sowie gasförmige Brennstoffe gleich- zeitig verbrannt werden. Bei Kenntnis der Temperaturverteilung und des Konzentrationsprofils vom im Verbrennungsprozeß entstehenden Reaktionsprodukten kann eine Verbesserung der Feuerungsregelung und somit eine Verbesserung des Verbrennungsprozesses erzielt werden. In der älteren deutschen Anmeldung 195 09 412-3 "Verfahren und Vorrichtung zur Feuerungsregelung einer Dampferzeugeranlage" wurde eine auf der Kenntnis der Temperaturverteilung und des Konzentrationsprofils von im Verbrennungsprozeß ent- stehenden Reaktionsprodukten basierende Feuerungsregelung vorgeschlagen. Dabei wird mittels mindestens zweier optischer Sensoren die Temperatur und die Konzentration von Reaktionsprodukten erfaßt. Nachteilig dabei ist jedoch, daß mit diesen optischen Sensoren oder Kameras jeweils nur eine Linie des Verbrennungsbereiches erfaßt wird. Nur durch die Kombination mehrerer Kameras und mit erheblichem Rechenaufwand kann eine mehrdimensionale Verteilung der Verbrennungscharakteristik bestimmt werden. Demzufolge werden die Temperaturverteilung sowie die Konzentrationsverteilung, z.B. von CO und NOx, nur global für den gesamten Verbrennungsraum erfaßt. Das Brennverhalten eines einzelnen Brenners bleibt dabei unberücksichtigt. Bei der genannten Anmeldung steht dabei die Istwert- und die Sollwertbildung für die Feuerungsregelung im Vordergrund.When burning a fossil fuel in a combustion chamber, the constant improvement of the combustion process is the focus of the efforts. In order to achieve a particularly good combustion process with the lowest possible emission of pollutants, in particular CO and NO x , and a particularly high degree of efficiency with a low flue gas volume flow at the same time, the firing must be optimized by means of a suitable firing control. When fossil fuel or waste is burned, fluctuations in the calorific value of the fuel or the fuel mixture occur due to the different origin of the fuel or due to the heterogeneous composition of the waste. These fluctuations have a negative impact on pollutant emissions. These disadvantages also exist in industrial waste incineration, where usually solid and liquid as well as gaseous fuels are burned at the same time. Knowing the temperature distribution and the concentration profile of the reaction products arising in the combustion process can improve the combustion control and thus improve the combustion process. In the older German application 195 09 412-3 "Method and device for controlling the firing of a steam generator system", a firing control based on knowledge of the temperature distribution and the concentration profile of reaction products formed in the combustion process was proposed. The temperature and the concentration of reaction products are detected by means of at least two optical sensors. However, it is disadvantageous that only one line of the combustion area is detected with these optical sensors or cameras. A multi-dimensional distribution of the combustion characteristics can only be determined by combining several cameras and with considerable computing effort. As a result, the temperature distribution and the concentration distribution, for example of CO and NO x , are only recorded globally for the entire combustion chamber. The burning behavior of a single burner is not taken into account. In the case of the aforementioned registration, the focus is on the actual value and setpoint formation for the firing control.
Aus der DE 38 23 494 AI ist darüber hinaus ein Verfahren zur Gewinnung von mit Zielgrößen einer Feuerung korrelierten Parametern bekannt, bei der zwischen einer Aufnahmekamera und dem Ausgangsende eines Endoskops eine Strahlteileroptik ange- ordnet ist, die zwei auf das Kameratarget gerichtete Strahlen erzeugt. Die bei verschiedenen Lichtwellenlängen aufgenommenen Bilder werden miteinander verglichen bzw. kombiniert. Dabei ist es nicht das Ziel, Meßwerte zu erfassen, die bestimmten physikalischen Größen entsprechen. Vielmehr werden mit- tels einer vieldimensionalen Regressionsanalyse Zielparameter näherungsweise ermittelt. Demzufolge werden anstelle einer meßtechnischen Erfassung von physikalischen Größen, z.B. von Schadstoffemissionen, diese lediglich geschätzt. Um eine schnelle Regelung einzelner Brenner zu ermöglichen sowie eine homogene Verbrennung und infolgedessen eine Redu- zierung der Schadstoffbildung zu erzielen, ist es notwendig, die Temperaturverteilung einzelner Flammen und die Konzentrationsverteilung von im Verbrennungsprozeß entstehenden Reaktionsprodukten in einzelnen Flammen erfassen zu können. Da- rüber hinaus ist es aus Sicherheitsanforderungen notwendig, einen Flammenabriß einzelner Brenner - die Flamme ist erloschen - schnellstmöglich identifizieren und erfassen zu können, so daß die Brennstoffzufuhr für den gestörten Brenner abgesperrt und demzufolge ein sicherer Zustand der Anlage ge- währleistet werden kann.DE 38 23 494 A1 also discloses a method for obtaining parameters correlated with target variables of a furnace, in which a beam splitter optical system is arranged between a recording camera and the output end of an endoscope, which generates two beams directed at the camera target. The images taken at different light wavelengths are compared or combined with one another. The aim is not to record measured values that correspond to certain physical quantities. Rather, target parameters are approximately determined using a multidimensional regression analysis. As a result, instead of measuring technical quantities, such as pollutant emissions, these are only estimated. In order to enable fast control of individual burners as well as homogeneous combustion and consequently a reduction in To achieve the formation of pollutants, it is necessary to be able to record the temperature distribution of individual flames and the concentration distribution of reaction products arising in the combustion process in individual flames. In addition, it is necessary for safety requirements to be able to identify and record a flame cut off of individual burners - the flame has extinguished - as quickly as possible, so that the fuel supply for the disturbed burner can be shut off and consequently a safe state of the system can be ensured.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum anzugeben, mit dem mindestens ein den Verbrennungsprozeß charakterisie- render Parameter, insbesondere die Temperaturverteilung sowie die Konzentrationsverteilung von im Verbrennungsprozeß entstehenden Reaktionsprodukten sowie Kenngrößen der Flamme, besonders schnell erfaßt werden. Dies soll bei einer Vorrichtung mit besonders einfachen Mitteln erreicht werden.The invention is therefore based on the object of specifying a method for combustion analysis in a combustion chamber, with which at least one parameter characterizing the combustion process, in particular the temperature distribution and the concentration distribution of reaction products formed in the combustion process and parameters of the flame, are recorded particularly quickly. This is to be achieved in a device with particularly simple means.
Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Strahlenspektrum einer Flamme im Verbrennungsraum aufgenommen wird, wobei durch Strahlteilung des Strahlenspektrums eine Mehrzahl von Spektralbereichen ausgekoppelt wird, wobei mittels der ausgekoppelten Spektralbereiche für eine Anzahl von den Verbrennungsprozeß charakterisierenden Parametern jeweils ein entsprechendes Bild der Flamme erzeugt wird, und wobei in den jeweiligen Bildern jeweils mittels ortsaufgelöster Intensitäten eine räumliche Verteilung des entsprechenden Parameters dargestellt wird.According to the invention, the first-mentioned object is achieved by a method in which a radiation spectrum of a flame is recorded in the combustion chamber, a plurality of spectral ranges being coupled out by beam splitting of the radiation spectrum, with a respective image for a number of parameters characterizing the combustion process by means of the extracted spectral ranges of the flame is generated, and a spatial distribution of the corresponding parameter is represented in the respective images by means of spatially resolved intensities.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß im Emissionsspektrum einer Flamme die die Verbrennung beschreibenden Parameter, z.B. Reaktionsprodukte der Verbrennung (Verbren- nungsradikale) oder die Temperatur, nachgewiesen werden kön- nen. Dabei weisen die Verbrennungsradikale, z.B. NO, CO, C2, CN oder CH, jeweils in zugehörigen Strahlungsbereichen oder Spektralbereichen mit einer Bandbreite von ca. 5 bis 20 n Intensitätsspitzen auf. Analog dazu wird zur Ermittlung der Temperaturverteilung die ebenfalls im Verbrennungsprozeß auftretende Planck-Strahlung, insbesondere die Partikelstrahlung, herangezogen.The invention is based on the consideration that the parameters describing the combustion, for example reaction products of the combustion (combustion radicals) or the temperature, can be detected in the emission spectrum of a flame. nen. The combustion radicals, for example NO, CO, C 2 , CN or CH, each have associated intensity ranges in the associated radiation ranges or spectral ranges with a bandwidth of approximately 5 to 20 n. Analogously to this, the Planck radiation, in particular the particle radiation, which also occurs in the combustion process is used to determine the temperature distribution.
Durch ein Herausfiltern der entsprechenden Spektralbereiche der zu untersuchenden Verbrennungsradikale oder der Temperatur aus dem Emissions- oder Strahlenspektrum können die einzelnen Spektralbereiche der jeweiligen Verbrennungsradikale bzw. der Temperatur voneinander getrennt werden. Auf der Grundlage der voneinander getrennten Spektralbereiche können dann mittels eines optischen Systems einzelne Bilder derThe individual spectral ranges of the respective combustion radicals or the temperature can be separated from one another by filtering out the corresponding spectral ranges of the combustion radicals to be examined or the temperature from the emission or radiation spectrum. On the basis of the spectral ranges separated from one another, individual images of the
Flamme für die jeweiligen Spektralbereiche, d.h. für die zu untersuchenden Verbrennungsradikale oder für die Temperatur, aufgenommen werden. Somit ist eine schnelle und zuverlässige Erfassung des Konzentrationsprofils oder der Konzentrations- Verteilung einzelner oder mehrerer Verbrennungsradikale sowie der Temperaturverteilung einer oder mehrerer Flammen durchführbar .Flame for the respective spectral ranges, i.e. for the combustion radicals to be investigated or for the temperature. This means that the concentration profile or the concentration distribution of one or more combustion radicals and the temperature distribution of one or more flames can be recorded quickly and reliably.
Durch die Abtrennung von mindestens einem vorgebbaren Spek- tralbereich aus dem Strahlenspektrum der Flamme wird insbesondere eine räumliche Verteilung einzelner den Verbrennungsprozeß charakterisierender Parameter ermittelt. Beispielsweise können darüber hinaus durch Auskopplung mehrerer Spektralbereiche jeweils mehrere räumliche Verteilungen, z.B. die Temperaturverteilung und die jeweilige Konzentrationsverteilung mehrerer Verbrennungsradikaler, gleichzeitig erfaßt werden.By separating at least one specifiable spectral range from the radiation spectrum of the flame, in particular a spatial distribution of individual parameters characterizing the combustion process is determined. For example, by coupling out several spectral ranges, several spatial distributions, e.g. the temperature distribution and the respective concentration distribution of several combustion radicals can be recorded simultaneously.
Um insbesondere die für den jeweiligen Parameter charakteri- stische Bandenstrahlung, d.h. die Emissionslinie, erfassen zu können, wird der entsprechende Spektralbereich mit einer Bandbreite von ca. 5 bis 20 nm ausgekoppelt.In order to record in particular the band radiation characteristic of the respective parameter, ie the emission line the corresponding spectral range is coupled out with a bandwidth of approx. 5 to 20 nm.
Zweckmäßigerweise wird für das oder jedes Verbrennungsradikal ein jeweiliger schmalbandiger Spektralbereich mit einem Frequenzband von ca. 5 bis 20 nm aus dem Strahlenspektrum ausgekoppelt. Dieses Frequenzband entspricht dabei genau dem spezifischen Band, auf dem das zu untersuchende Verbrennungsradikal oder das Gas strahlt und absorbiert. Beispielsweise liegen einige Emissionslinien der für die Verbrennungsanalyse zu untersuchenden Verbrennungsradikalen CO und CH in einem Band von 445 bis 455 nm bzw. von 430 bis 440 nm. Mittels dieser in dem schnαalbandigen Spektralbereich liegenden Emissionslinie und deren Intensität wird zweckmäßigerweise anhand des aufgenommenen Bildes der Flamme eine räumliche Konzentrationsverteilung des zu untersuchenden Verbrennungsradikals computertomographisch rekonstruiert. Dabei wird die Intensitätsverteilung der Strahlung mittels einer Kamera, insbesondere einer CCD-Kamera, direkt aufgezeichnet.For the or each combustion radical, a respective narrow-band spectral range with a frequency band of approximately 5 to 20 nm is expediently coupled out of the radiation spectrum. This frequency band corresponds exactly to the specific band on which the combustion radical to be examined or the gas radiates and absorbs. For example, some emission lines of the combustion radicals CO and CH to be investigated for the combustion analysis lie in a band from 445 to 455 nm and from 430 to 440 nm. By means of this emission line lying in the narrow-band spectral range and their intensity, one expediently uses the recorded image of the flame to determine one spatial concentration distribution of the combustion radical to be examined reconstructed by computer tomography. The intensity distribution of the radiation is recorded directly by means of a camera, in particular a CCD camera.
Durch Methoden der Bildverarbeitung, bei denen beispielsweise das Bildfeld Zeilen- oder punktweise abgetastet, die Strahlungsintensität elektronisch verstärkt und intensitätsabhängig in Kontraste umgesetzt wird, wird die Konzentrationsver- teilung oder die Temperaturverteilung erkennbar gemacht. Darüber hinaus können aus den erhaltenen Intensitäten geometrische Größen der Flamme, z.B. die Länge der Flamme oder die Geschwindigkeit ihrer Veränderung, bestimmt werden.By means of image processing methods, in which, for example, the image field is scanned line by line or point by point, the radiation intensity is electronically amplified and converted into contrasts depending on the intensity, the concentration distribution or the temperature distribution is made recognizable. In addition, geometrical sizes of the flame, e.g. the length of the flame or the speed of its change.
Für die Temperatur werden vorzugsweise zwei schmalbandigeTwo narrowband bands are preferred for the temperature
Spektralbereiche mit jeweils einem Frequenzband von ca. 10 nm aus dem Strahlenspektrum ausgekoppelt. Diese Frequenzbänder liegen dabei insbesondere zwischen zwei Frequenzbändern der Verbrennungsradikalen, in den sogenannten bandenfreien Berei- chen. Nach dem Planck' sehen Strahlungsgesetz liegt in den bandenfreien Bereichen lediglich Planckstrahlung vor, wobei durch Verhältnisbildung der Intentitätswerte dieser Bereiche die Temperatur ermittelt wird. Mittels der im zweiten Spektralbereich liegenden Planckstrahlung und deren Intensität wird vorteilhafterweise die räumliche Temperaturverteilung in der Flamme co putertomographisch rekonstruiert.Spectral ranges with a frequency band of approx. 10 nm each are coupled out of the radiation spectrum. These frequency bands lie in particular between two frequency bands of the combustion radicals, in the so-called band-free areas. According to the Planck 'see radiation law lies in the band-free areas only planck radiation, the temperature being determined by forming the ratio of the intentivity values of these areas. By means of the Planck radiation lying in the second spectral range and its intensity, the spatial temperature distribution in the flame is advantageously reconstructed using computer tomography.
Um neben der Verbrennungs- und Flammenanalyse auch eine Flammenüberwachung gewährleisten zu können, wird mittels eines dritten Spektralbereichs ein pulsierender Parameter derIn order to be able to guarantee flame monitoring in addition to combustion and flame analysis, a pulsating parameter of the
Flamme überwacht und ein Pulsationsparameter ermittelt. Beispielsweise wird als pulsierender Parameter die Intensität der Strahlung in diesem dritten Spektralbereich und als Pulsationsparameter die Pulsationsfrequenz mittels eines Meß- moduls erfaßt. In Abhängigkeit von der erfaßten und ermittelten Pulsationsfrequenz und deren Veränderung wird die Brennstoffzufuhr des entsprechenden Brenners gesteuert. Z.B. repräsentiert eine niedrige Pulsationsfrequenz einen Flammenabriß, d.h. die Flamme des zu untersuchenden Brenners ist aus. Ein erfaßter Flammenabriß führt dann zu einem sicherenFlame is monitored and a pulsation parameter is determined. For example, the intensity of the radiation in this third spectral range is detected as a pulsating parameter and the pulsation frequency as a pulsation parameter by means of a measuring module. The fuel supply to the corresponding burner is controlled as a function of the detected and determined pulsation frequency and its change. For example, a low pulsation frequency represents a flame cut, i.e. the flame of the burner to be examined is out. A detected flame arrest then leads to a safe one
Schaltbefehl für die nicht vorhandene Flamme des Brenners - zu einem Absperren der Brennstoffzufuhr des gestörten Brenners .Switching command for the non-existent flame of the burner - to shut off the fuel supply of the disturbed burner.
Bezüglich der Vorrichtung zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum wird die genannte Aufgabe gelöst mit einem optischen System, das ein Objektiv zur Aufnahme eines Strahlenspektrums einer Flamme im Verbrennungsräum und eine Mehrzahl von dem Objektiv nachgeschalteten Strahlteilern zur Aus- kopplung einer Mehrzahl von Spektralbereichen umfaßt, wobei eine einer Anzahl von zu untersuchenden Parametern des Verbrennungsprozesses entsprechende Anzahl von Aufnahmeplatten, die für jeden Parameter jeweils ein ortsaufgelöstes Bild der Flamme erzeugen, den Strahlteilern nachgeschaltet ist. Bedingt durch den Einsatz der Vorrichtung unmittelbar an heißen Anlagenteilen, z.B. an einem Kessel, ist zweckmäßigerweise ein Kühlsystem vorgesehen. Dabei umfaßt das Kühlsystem für die oder jede Aufnahmeplatte ein Kühlelement, beispiels- weise ein Peltierelement . Unter Ausnutzung des Peltiereffek- tes kühlt sich das Peltierelement gegenüber der Umgebungstemperatur ab, ein mit dem Peltierelement verbundener Kühlkörper erwärmt sich dagegen. Darüber hinaus werden die übrigen zu der Vorrichtung gehörenden elektronischen Komponenten mit Kühl- oder Spülluft gekühlt.With regard to the device for combustion analysis in a combustion chamber, the above object is achieved with an optical system which comprises an objective for recording a radiation spectrum of a flame in the combustion chamber and a plurality of beam splitters connected downstream of the objective for coupling out a plurality of spectral ranges, one of which Number of parameters of the combustion process to be examined, corresponding number of receiving plates, each of which generates a spatially resolved image of the flame for each parameter, is connected downstream of the beam splitters. Due to the use of the device directly on hot system parts, for example on a boiler, a cooling system is expediently provided. The cooling system for the or each mounting plate comprises a cooling element, for example a Peltier element. Using the Peltier effect, the Peltier element cools down to the ambient temperature, while a heat sink connected to the Peltier element heats up. In addition, the other electronic components belonging to the device are cooled with cooling or purging air.
In Abhängigkeit von der Anzahl der zu untersuchenden Parameter des Verbrennungsprozesses umfaßt die Vorrichtung vorzugsweise eine geeignete Anzahl von Strahlteilern zur Auskopplung der jeweiligen charakteristischen Spektralbereiche der Parameter. D.h., für die Teilung des Strahlenspektrums der Flamme in die zu untersuchenden Spektralbereiche sind entsprechende Strahlteiler, die für bestimmte Wellenlängen durchlässig sind, vorgesehen. Beispielsweise sind für die zu untersuchen- den Parameter, insbesondere für die Verbrennungsradikale CO und CH, als Grobfilter Strahlteiler mit Filterwerten von 360 bis 370 nm bzw. 430 bis 440 nm eingesetzt.Depending on the number of parameters of the combustion process to be examined, the device preferably comprises a suitable number of beam splitters for coupling out the respective characteristic spectral ranges of the parameters. In other words, for the division of the radiation spectrum of the flame into the spectral ranges to be examined, corresponding beam splitters are provided, which are transmissive for certain wavelengths. For example, beam splitters with filter values of 360 to 370 nm and 430 to 440 nm are used as coarse filters for the parameters to be examined, in particular for the combustion radicals CO and CH.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Strahlteiler dichroi- tisch. Mit anderen Worten: Um entsprechende Spektralbereiche für zu untersuchende Parameter eindeutig auskoppeln zu können, ist der Strahlteiler derart ausgelegt, daß der Strahlteiler für einen zu untersuchenden Spektralbereich dessen Strahlung reflektiert und/oder für einen weiteren zu untersu- chenden Spektralbereich hingegen durchlässig ist. Dabei ist der jeweilige zu untersuchende Spektralbereich praktisch zu 100% aus dem Strahlenspektrum der Flamme auskoppelbar. Darüber hinaus sind andere optische Einrichtungen, z.B. Filter, insbesondere sogenannte Feinfilter mit einer bestimmten Grenzwellenlänge, oder Prismen oder Gitter, einsetzbar. Um zeitgleich die räumliche Verteilung mehrerer den Verbrennungsprozeß charakterisierender Parameter ermitteln zu können, ist eine der Anzahl der ausgekoppelten Spektralbereiche entsprechende Anzahl von räumlich getrennten Aufnahmeplatten vorgesehen. Mit anderen Worten: Jede Aufnahmeplatte ermöglicht die Ermittlung der räumlichen Verteilung eines Parameters, z.B. eines Verbrennungsradikals oder der Temperatur. Darüber hinaus können mehrere Aufnahmeplatten die Verteilung eines Parameters ermitteln. Eine derartige Anordnung ent- spricht dann einer mehrkanaligen Anordnung, wobei dies insbesondere bei hohen Sicherheitsanforderungen verlangt wird.In an advantageous embodiment, the beam splitter is dichroic. In other words, in order to be able to uniquely couple out corresponding spectral ranges for parameters to be examined, the beam splitter is designed in such a way that the beam splitter reflects its radiation for a spectral range to be examined and / or, on the other hand, is transparent to another spectral range to be examined. The respective spectral range to be examined can be coupled out practically 100% from the radiation spectrum of the flame. In addition, other optical devices, for example filters, in particular so-called fine filters with a certain cut-off wavelength, or prisms or gratings can be used. In order to be able to determine the spatial distribution of several parameters characterizing the combustion process at the same time, a number of spatially separated recording plates corresponding to the number of coupled spectral ranges is provided. In other words: Each mounting plate enables the spatial distribution of a parameter, for example a combustion radical or the temperature, to be determined. In addition, several mounting plates can determine the distribution of a parameter. Such an arrangement then corresponds to a multi-channel arrangement, this being required in particular in the case of high security requirements.
Zur Ortsauflösung der Intensitäten oder Konzentrationen des zu untersuchenden Parameters ist zweckmäßigerweise als Auf- nahmeplatte eine "charge-coupled-device-Kamera" vorgesehen. Diese CCD-Kamera, auch optischer Bildsensor genannt, nimmt dabei das von der Flamme ausgestrahlte Licht oder das Strahlenspektrum der Flamme auf. Bedingt durch den der CCD-Kamera vorgeschalteten Strahlteiler gelangt letztendlich nur die Bandenstrahlung des zu untersuchende Parameters auf die CCD- Kamera. Aus den ortsaufgelösten Intensitäten des Bildes der CCD-Kamera ist dann die räumliche Verteilung des Parameters, z.B. Konzentrationsverteilung eines Verbrennungsradikals oder die räumliche Verteilung der Temperatur in der Flamme, ermit- telbar. Vorteilhafterweise ist neben der Erfassung von Temperatur- und/oder Konzentrationsverteilung auch gleichzeitig die Geometrie der Flamme ermittelbar.For the spatial resolution of the intensities or concentrations of the parameter to be examined, a “charge-coupled device camera” is expediently provided as the recording plate. This CCD camera, also called an optical image sensor, records the light emitted by the flame or the radiation spectrum of the flame. Due to the beam splitter connected upstream of the CCD camera, only the band radiation of the parameter to be examined ultimately reaches the CCD camera. From the spatially resolved intensities of the image of the CCD camera, the spatial distribution of the parameter, e.g. Concentration distribution of a combustion radical or the spatial distribution of the temperature in the flame can be determined. In addition to the detection of temperature and / or concentration distribution, the geometry of the flame can advantageously also be determined at the same time.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung umfaßt die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, die mit der oder jeder Aufnahmeplatte verbunden ist. Die Auswerteeinheit, z.B. ein Personalcomputer, ermittelt dabei aus den ortsaufgelösten Intensitäten des Bildes der CCD-Kamera eine mindestens zweidimensionale Konzentrationsverteilung eines zu untersuchenden Verbrennungsra- dikals oder die Temperaturverteilung in der Flamme. Mit ande- ren Worten: Unterschiedliche Bereiche der Aufnahmeplatte liefern unabhängige Signale und charakterisieren somit unterschiedliche Bereiche der Flamme oder des Verbrennungsraumes.According to an expedient development, the device comprises an evaluation unit which is connected to the or each mounting plate. The evaluation unit, for example a personal computer, uses the spatially resolved intensities of the image of the CCD camera to determine an at least two-dimensional concentration distribution of a combustion radical to be examined or the temperature distribution in the flame. With other In other words, different areas of the mounting plate deliver independent signals and thus characterize different areas of the flame or the combustion chamber.
Darüber hinaus wird anhand des Flammenbildes die momentane Strömungsverteilung innerhalb der Flamme erfaßt und in der Auswerteeinheit analysiert. Durch die Auswertung mehrerer Bildsequenzen wird beispielsweise der Grad der Verwirbelung und der Transport verschiedener chemischer Substanzen inner- halb der Flamme analysiert.In addition, the current flow distribution within the flame is recorded on the basis of the flame image and analyzed in the evaluation unit. By evaluating several image sequences, for example, the degree of turbulence and the transport of various chemical substances within the flame are analyzed.
Bezüglich der Vorrichtung zur Flammenanalyse und Flammenüberwachung wird die genannte Aufgabe gelöst mit einem optischen System, das auf einer Aufnahmeplatte ein ortsaufgelöstes Bild einer Flamme erzeugt, und mit einem Meßmodul zur Messung pulsierender Strahlungsparameter der Flamme, wobei mindestens ein Strahlteiler zur Auskopplung mindestens eines für einen zu untersuchenden Parameter spezifischen Spektralbereiches aus dem Strahlenspektrum der Flamme vorgesehen und der Strahlteiler der Aufnahmeplatte und dem Meßmodul vorgeschaltet ist.With regard to the device for flame analysis and flame monitoring, the above object is achieved with an optical system that generates a spatially resolved image of a flame on a mounting plate, and with a measuring module for measuring pulsating radiation parameters of the flame, with at least one beam splitter for coupling out at least one for one Examining parameters specific spectral range provided from the radiation spectrum of the flame and the beam splitter upstream of the receiving plate and the measuring module.
Mit der Integration des Meßmoduls, insbesondere eines Flammenfühlers oder -Wächters in dem optischen System, ist gleichzeitig neben der Verbrennungs- und Flammenanalyse eine Flammenüberwachung gewährleistet. Ein derartiger Aufbau des optischen Systems - optische Kamera und Flammenwächter - ist darüber hinaus besonders kosten- und platzsparend, da zum einen nur eine geeignete Öffnung in der Wandung des Verbren- nungsraumes vorgesehen sein muß. Zum anderen ist es ausreichend, nur ein Kühlsystem zur Kühlung der Kameras und ein Spülsystem zum Reinigen der Oberflächen der optischen Anordnung, insbesondere der Linse, pro optischem System einzusetzen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine Aufnahme des Emissionsspektrums aus einem Verbrennungsprozeß, insbesondere durch die Aufnahme von Emissionspektren einzelner Flammen, eine räumliche Tempe- raturverteilung und/oder räumliche Konzentrationsprofile von Reaktionsprodukten in einzelnen Flammen sowie im gesamten Verbrennungsraum computertomographisch rekonstruiert und in Form von Meßfeldern abgebildet werden. Diese Meß- oder Datenfelder eignen sich besonders gut für eine schnelle und zuver- lässige Verbrennungsanalyse. Insbesondere durch die den Meßfeldern entnehmbaren oder ableitbaren speziellen Merkmale, wie z.B. die Lage von Maxima oder die Form der Verteilung sowie deren räumliche Veränderung, sind Sollwerte für die Brennstoff- oder Luftzufuhr einzelner Brenner ermittelbar. Durch einen derartigen regelungstechnischen Eingriff direkt am Ort der Entstehung von Schadstoffen wird eine besonders geringe Schadstoffemission erzielt.With the integration of the measuring module, in particular a flame sensor or detector in the optical system, flame monitoring is guaranteed at the same time as the combustion and flame analysis. Such a construction of the optical system - optical camera and flame monitor - is also particularly cost-effective and space-saving, since on the one hand only a suitable opening has to be provided in the wall of the combustion chamber. On the other hand, it is sufficient to use only one cooling system for cooling the cameras and one rinsing system for cleaning the surfaces of the optical arrangement, in particular the lens, per optical system. The advantages achieved by the invention consist in particular in that by recording the emission spectrum from a combustion process, in particular by recording emission spectra of individual flames, a spatial temperature distribution and / or spatial concentration profiles of reaction products in individual flames and in the entire combustion chamber are reconstructed by computer tomography and are displayed in the form of measuring fields. These measurement or data fields are particularly well suited for quick and reliable combustion analysis. In particular, by means of the special features which can be derived or derived from the measuring fields, such as, for example, the position of maxima or the shape of the distribution and their spatial change, setpoints for the fuel or air supply to individual burners can be determined. Such a control intervention directly at the place where pollutants are generated results in a particularly low pollutant emission.
Darüber hinaus wird durch die hohe örtliche Auflösung sowie die simultane Erfassung des gesamten Flammenbildes der Verbrennungsverlauf innerhalb von wenigen Millisekunden quantitativ erfaßt. Eine derartige besonders schnelle quantitative Erfassung des Verbrennungsverlauf ermöglicht somit auch eine besonders genaue Feuerungsregelung von schnellen Prozessen.In addition, due to the high local resolution and the simultaneous acquisition of the entire flame image, the combustion process is quantitatively recorded within a few milliseconds. Such a particularly rapid quantitative detection of the combustion process thus also enables particularly precise firing control of fast processes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing.
Darin zeigen:In it show:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum,1 shows a schematic representation of a device for combustion analysis in a combustion chamber,
FIG 2 einen Ausschnitt II aus Figur 1 in größerem Maßstab mit einem optischen System der Vorrichtung, FIG 3 ein Bildschirmsteuerfeld, wobei das Bildschirmsteuerfeld eine beispielhafte Zusammenstellung von Flammenbildern einer aus vier Parametern bestehenden Flammenbild-Parameter-Zuordnung umfaßt,2 shows a detail II from FIG. 1 on a larger scale with an optical system of the device, 3 shows a screen control field, the screen control field comprising an exemplary compilation of flame images of a flame image-parameter assignment consisting of four parameters,
FIG 4 ein weiteres Bildschirmsteuerfeld, wobei beispielhaft die Auswertung einzelner Flammenbilder zu einem Gesamtflammenbild für den Verbrennungsraum dargestellt wird, und4 shows a further screen control field, the evaluation of individual flame images for an overall flame image for the combustion chamber being shown as an example, and
FIG 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Flammenanalyse und Flammenüberwachung in einem Verbrennungsraum.5 shows a schematic representation of a device for flame analysis and flame monitoring in a combustion chamber.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 2 der Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum 1.FIG. 1 schematically shows a device 2 for combustion analysis in a combustion chamber 1.
In dem Feuer- oder Verbrennungsraum 1 einer nicht dargestellten Dampferzeugeranlage, z.B. einem fossilgefeuerten Dampferzeuger einer Kraftwerksanlage oder einer Müllverbrennungsanlage, findet der Verbrennungsprozeß statt. Die Vorrichtung 2 umfaßt ein optisches System 10 und ein mit dem optischen System 10 verbundenes Datenverarbeitungssystem 12. Das optische System 10 erfaßt über eine Öffnung 11 in der Wandung 13 des Verbrennungsraumes 1 für die Verbrennung signifikante Strahlungsdaten D in Form von Bildern und leitet diese dem Daten- Verarbeitungssystem 12 zu.In the fire or combustion chamber 1 of a steam generator system, not shown, e.g. a fossil-fired steam generator of a power plant or a waste incineration plant, the combustion process takes place. The device 2 comprises an optical system 10 and a data processing system 12 connected to the optical system 10. The optical system 10 captures radiation data D in the form of images via an opening 11 in the wall 13 of the combustion chamber 1 and guides this to the data - Processing system 12 too.
Dabei ist das optische System 10 derart an der Wandung 13 mittels nicht näher dargestellter Befestigungsmittel positioniert, so daß sich ein möglichst großes Sichtfeld, d.h. ein großer Sichtwinkel α, auf mindestens eine im Verbrennungsraum 1 entstehende Flamme F ergibt.The optical system 10 is positioned on the wall 13 in this way by means of fastening means (not shown in detail), so that the largest possible field of vision, ie a large viewing angle α, results in at least one flame F arising in combustion chamber 1.
Das optische System 10 umfaßt als Objektiv eine Linse 14, wo- bei der Linse 14 eine Anzahl von Strahlteilern Tl bis T3 nachgeschaltet ist. Dabei kann das optische System 10 auch mehrere Linsen 14 als Objektiv umfassen. Die von der Flamme F eines Brenners 16 ausgehende Strahlung geht in einem Abbildungsstrahlengang durch die Linse 14, so daß Bündelstrahlen 18 auf den Strahlteiler Tl fallen. Dabei weisen die Bündelstrahlen 18 die bei der Verbrennung entstehenden Emissionslinien oder Bandenstrahlung der Reaktionsprodukte auf.The optical system 10 comprises a lens 14 as an objective, with the lens 14 being followed by a number of beam splitters T1 to T3. The optical system 10 can also include a plurality of lenses 14 as an objective. The radiation emanating from the flame F of a burner 16 passes through the lens 14 in an imaging beam path, so that bundle beams 18 fall onto the beam splitter T1. The bundle beams 18 have the emission lines or band radiation of the reaction products formed during the combustion.
Der Strahlteiler Tl sowie die diesem nachgeschalteten Strahl- teiler T2 und T3 teilen die Bündelstrahlen 18 oder das Strahlenspektrum der Flamme F durch physikalische Strahlteilung in eine Anzahl von Spektralbereichen 20. Dabei bleibt der Bündelquerschnitt ungeändert, d.h., die Aufteilung der Bündelstrahlen 18 erfolgt gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Strahlteiler Tl, T2, T3 entsprechend deren gewählten Reflexions- und Transmissionsgrades. Die Strahlteiler Tl, T2, T3, auch Linien- oder Schmalbandfilter genannt, ermöglichen somit eine wellenlängenabhängige physikalische Teilung der Bündelstrahlen 18 in eine Anzahl von Spektralbereichen 20. Einen weiteren Abgleich erreicht man durch eine Anzahl von Korrekturfiltern 22, die unmittelbar vor Aufnahmeplatten 24 angeordnet sind.The beam splitter Tl and the beam splitters T2 and T3 connected downstream divide the beam 18 or the beam spectrum of the flame F into a number of spectral ranges 20 by physical beam splitting. The beam cross section remains unchanged, ie the beam beams 18 are divided evenly over the beam entire cross section of the beam splitters Tl, T2, T3 according to their chosen reflectance and transmittance. The beam splitters T1, T2, T3, also called line or narrow-band filters, thus enable a wavelength-dependent physical division of the bundle beams 18 into a number of spectral ranges 20. A further comparison is achieved by a number of correction filters 22, which are arranged directly in front of receiving plates 24 .
Jeder aus dem Strahlenspektrum der Flamme F herausgefilterte Spektralbereich 20 wird jeweils auf eine zugehörige Aufnahmeplatte 24 abgebildet. Als Aufnahmeplatten 24 werden insbesondere CCD-Bildsensoren mit einer spektralen Empfindlichkeit von ca. 300 nm bis ca. 1.000 n verwendet, so daß das gesamte sichtbare Strahlenspektrum der Flamme F problemlos erfaßt werden kann. Bauweise und Arbeitsprinzip eines solchen CCD- Bildsensors sind aus der Druckschrift "Halbleiter-Optoelektronik" von Maximilian Bleicher, 1986, Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg, bekannt. Im Ausführungsbeispiel sollen drei Parameter (die Konzentrationen von NOx, CO sowie die Temperatur) analysiert werden. Entsprechend sind vier Aufnahmeplatten 24 vorgesehen, auf die jeweils ein zweidimensionales Bild des Verbrennungsraums 1 mit der Flamme F fällt. Entsprechend werden von dem Datenverarbeitungssystem 12 vier Sätze von Strahlungsdaten D aus den Sensoren ausgelesen und jeweils zu einer computertomographischen Rekonstruktion der Verteilung der Temperatur und der bei der Verbrennung entstehenden Reaktionsprodukte verarbeitet, die für eine Bildschirmdarstellung und/oder einer Weiterverarbeitung zu Istwerten für die Steuerung der Anlage geeignet ist.Each spectral range 20 filtered out of the radiation spectrum of the flame F is in each case imaged on an associated receiving plate 24. CCD image sensors with a spectral sensitivity of approx. 300 nm to approx. 1,000 n are used in particular as mounting plates 24, so that the entire visible radiation spectrum of the flame F can be detected without problems. Construction and working principle of such a CCD Image sensors are from the publication "Semiconductor Optoelectronics" by Maximilian Bleicher, 1986, Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg, known. In the exemplary embodiment, three parameters (the concentrations of NO x , CO and the temperature) are to be analyzed. Correspondingly, four mounting plates 24 are provided, each of which has a two-dimensional image of the combustion chamber 1 with the flame F. Correspondingly, four sets of radiation data D are read out from the sensors by the data processing system 12 and each processed into a computer tomographic reconstruction of the distribution of the temperature and of the reaction products arising during the combustion, which are used for a screen display and / or further processing to actual values for the control of the system suitable is.
Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des optischen Systems 10. Das optische System 10 umfaßt ein Gehäuse 26 mit einem zylinderförmigen Aufsatz 27 sowie mit darin vier räumlich getrennt voneinander angeordneten Aufnahmeplatten 243, 244, 245, 246. Zur Stromversorgung der Aufnahmeplatten 243 bis 246 umfaßt das optische System 10 ein Netzteil 29.FIG. 2 shows the basic structure of the optical system 10. The optical system 10 comprises a housing 26 with a cylindrical attachment 27 and with four mounting plates 24 3 , 24 4 , 24 5 , 24 6 arranged spatially separated from one another therein. To supply power to the mounting plates 24 3 to 24 6, the optical system 10 comprises a power supply 29.
Unmittelbar vor jeder Aufnahmeplatte 243 bis 246 ist jeweils ein Korrekturfilter 223 bis 226 angeordnet. In Abhängigkeit von den auszukoppelnden Spektralbereichen 203 bis 206 aus dem Strahlenspektrum der Flamme F können weitere Korrekturfilter 22 vorgesehen sein. Den Korrekturfiltern 223 bis 226 sind die Strahlteiler Ti bis T3 vorgeschaltet, wobei die Strahlteiler Tl bis T3 derart schräggestellt sind, daß die Aufnah- meplatten 243 bis 246 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.A correction filter 22 3 to 22 6 is arranged in front of each mounting plate 24 3 to 24 6 . Depending on the spectral ranges 20 3 to 20 6 to be coupled out from the radiation spectrum of the flame F, further correction filters 22 can be provided. The beam splitters Ti to T 3 are connected upstream of the correction filters 22 3 to 22 6 , the beam splitters T1 to T3 being inclined such that the mounting plates 24 3 to 24 6 are arranged at an angle of 90 ° to one another.
Bedingt durch den Einsatz des optischen Systems 10 unmittelbar an dem Verbrennungsraum 1 umfaßt das optische System 10 ein Kühlsystem 28. Für jede Aufnahmeplatte 243 bis 246 umfaßt das Kühlsystem 28 dabei ein Kühlelement 30, z.B. ein Peltierelement mit Kühlkörper. Darüber hinaus umfaßt das Kühlsystem 28 eine an der Innenwand des Gehäuses 26 angeordnete Isolation 32, insbesondere Isolationswolle.Due to the use of the optical system 10 directly on the combustion chamber 1, the optical system 10 comprises a cooling system 28. For each mounting plate 24 3 to 24 6 comprises the cooling system 28 has a cooling element 30, for example a Peltier element with a heat sink. In addition, the cooling system 28 comprises an insulation 32, in particular insulation wool, arranged on the inner wall of the housing 26.
Zum Schutz vor Verunreinigungen sind die Aufnahmeplatten 243 bis 246 und die optischen Komponenten, insbesondere die Strahlteiler Tl bis T3, die Korrekturfilter 223 bis 226 und die Linse 14, sowie die Kühlelemente 30 von einer Kammer 34 oder Kapsel umgeben. Beispielsweise ist die Kammer 34 in Form eines Blechkastens mit einem auf einer Seitenfläche angeordneten zylinderförmigen Stutzen 35 ausgeführt. Das Gehäuse 26 ist im wesentlichen an die Form der Kammer 34 angepaßt, wobei der Aufsatz 27 des Gehäuses 26 in die Öffnung 11 der Wandung 13 des Verbrennungsraumes 1 eingesetzt ist.To protect against contamination, the mounting plates 24 3 to 24 6 and the optical components, in particular the beam splitters T1 to T3, the correction filters 22 3 to 22 6 and the lens 14, and the cooling elements 30 are surrounded by a chamber 34 or capsule. For example, the chamber 34 is designed in the form of a sheet metal box with a cylindrical connection piece 35 arranged on one side surface. The housing 26 is essentially adapted to the shape of the chamber 34, the cap 27 of the housing 26 being inserted into the opening 11 of the wall 13 of the combustion chamber 1.
Beim Betrieb des optischen Systems 10 werden die für die Verbrennung charakteristischen Parameter, wie z.B. die Reaktionsprodukte der Verbrennung CO, CN und NOx sowie die Tempera- tur, vorverarbeitet. Dabei wird mittels des optischen Systems 10 die Flamme F des Brenners 16 erfaßt. Je nach Positionierung und Sichtwinkel α des optischen Systems 10 kann dieses auch mehrere Flammen F mehrerer Brenner 16 gleichzeitig erfassen. Mit anderen Worten: Bei einer Positionierung des op- tischen Systems 10 in einem Winkel von 90° zu in einer Linie übereinander angeordneten Brennern 16 kann das optische System 10 bei einem sehr großen Sichtfenster α ein oder mehrere Flammen F ortsaufgelöst in einem Bild darstellen.When operating the optical system 10, the parameters characteristic of the combustion, such as the reaction products of the combustion CO, CN and NO x, as well as the temperature, are preprocessed. The flame F of the burner 16 is detected by means of the optical system 10. Depending on the positioning and viewing angle α of the optical system 10, this can also detect several flames F of several burners 16 simultaneously. In other words: When the optical system 10 is positioned at an angle of 90 ° to burners 16 arranged one above the other in a line, the optical system 10 can display one or more flames F-resolved in an image with a very large viewing window α.
Die Bündelstrahlen 18 der Flamme F werden über die Linse 14 auf den Strahlenteiler Tl gestrahlt. Der Strahlteiler Tl, insbesondere ein Gelbfilter, transmittiert einen ersten Spektralbereich 20ι von größer 545 nm (gelbes Licht) und reflektiert einen zweiten Spektralbereich 202 von kleiner 500 nm (blaues Licht) . Anschließend wird mittels des Strahlteilers T2, insbesondere ein Rotfilter, der auf diesen auftreffende Spektralbereich 20ι in zwei weitere Spektralbereiche 203 und 204 geteilt, wobei der Spektralbereich 203 von kleiner 630 nm (oranges Licht) reflektiert und der Spektralbereich 20 von größer 630 nm (rotes Licht) transmittiert wird. In den beiden Spektralbereichen 203 und 204 liegt die sogenannten Schwarzbzw. Graukörperstrahlung nach dem Planck' sehen Gesetz vor, die zur Ermittlung der Temperaturverteilung der Flamme F dient.The bundle beams 18 of the flame F are radiated onto the beam splitter T1 via the lens 14. The beam splitter T1, in particular a yellow filter, transmits a first spectral range 20ι greater than 545 nm (yellow light) and reflects a second spectral range 20 2 less than 500 nm (blue light). Then using the beam splitter T2, in particular a red filter, which splits the spectral range 20ι impinging on it into two further spectral ranges 20 3 and 20 4 , the spectral range 20 3 reflecting less than 630 nm (orange light) and the spectral range 20 transmitting greater than 630 nm (red light) becomes. In the two spectral ranges 20 3 and 20 4 is the so-called black or Gray body radiation according to the Planck 'provide law that serves to determine the temperature distribution of the flame F.
Durch den Strahlteiler T3 wird der durch den Strahlteiler Tl ausgekoppelte Spektralbereich 202 mit einer Bandbreite von kleiner 500 nm nochmals unterteilt in einen weiteren Spektralbereich 205 mit einer Bandbreite von kleiner 400 nm (violettes Licht) sowie einem Spektralbereich 206 mit einerThe beam splitter T3 divides the spectral range 20 2 coupled out by the beam splitter T1 with a bandwidth of less than 500 nm into a further spectral range 20 5 with a bandwidth of less than 400 nm (violet light) and a spectral range 20 6 with a
Bandbreite von 400 nm bis 500 nm (grünes Licht) . In dem Spektralbereich 205 liegt dabei die Emissionslinie des Reaktionsproduktes der Verbrennung CN und in dem Spektralbereich 206 liegt die Emissionslinie des Reaktionsproduktes CO.Bandwidth from 400 nm to 500 nm (green light). The emission line of the reaction product of the combustion CN is in the spectral range 20 5 and the emission line of the reaction product CO is in the spectral range 20 6 .
Als Strahlteiler Tl bis T3 können alle lichtablenkenden oder -teilenden optischen Komponenten eingesetzt werden, z.B. Farbfilter, Prismen oder Spiegel. Die in dem optischen System 10 eingesetzten Strahlteiler Tl bis T3 sind sogenannte dich- roitische additive und subtraktive Farbfilter, die sowohl für eine vorgebbare Bandbreite den Spektralbereich reflektieren, als auch für eine zweite Bandbreite dessen Spektralbereich transmittieren. Auch kann die Teilung und Filterung der Spektralbereiche durch Aperturteilung und entsprechende Filterung erfolgen.All light-deflecting or dividing optical components can be used as beam splitters Tl to T3, e.g. Color filters, prisms or mirrors. The beam splitters T1 to T3 used in the optical system 10 are so-called dichroic additive and subtractive color filters, which reflect the spectral range for a predeterminable bandwidth and also transmit the spectral range for a second bandwidth. The division and filtering of the spectral ranges can also be carried out by aperture division and appropriate filtering.
Die durch die Strahlteiler T2 und T3 herausgefilterten Spektralbereiche 203 und 204 bzw. 205 und 206 werden mittels der Korrekturfilter 223 und 224 bzw. 225 und 226 auf eine Band- breite von ca. 10 nm begrenzt. D.h. die Korrekturfilter 223 sowie 224 transmittieren aus den Spektralbereichen 203 sowie 204 eine Bandbreite von 545 bis 555 nm bzw. von 645 nm bis 655 nm. Analog dazu transmittieren die Korrekturfilter 225 und 226 aus den Spektralbereichen 205 bzw. 206 eine Bandbreite von 375 bis 385 nm bzw. von 445 bis 455 nm. Als Korrekturfilter 223 bis 226 sind insbesondere Interferenzfilter mit einer Bandbreite von 10 nm +/- 2 nm eingesetzt.The spectral ranges 20 3 and 20 4 or 20 5 and 20 6 filtered out by the beam splitters T2 and T3 are limited to a bandwidth of approximately 10 nm by means of the correction filters 22 3 and 22 4 or 22 5 and 22 6 . That is, the correction filter 22 3 and 22 4 transmit a bandwidth from 545 to 555 nm or from 645 nm to 655 nm from the spectral ranges 20 3 and 20 4. Analogously, the correction filters 22 5 and 22 6 transmit a bandwidth from the spectral ranges 20 5 and 20 6 375 to 385 nm or from 445 to 455 nm. In particular, interference filters with a bandwidth of 10 nm +/- 2 nm are used as correction filters 22 3 to 22 6 .
Die Intensitäten oder das Licht der jeweils herausgefilterten Spektralbereiche 203 bis 206 werden von den entsprechenden Aufnahmeplatten 243 bis 246 aufgenommen. Mittels der aus den ortsaufgelösten Intensitäten der Bilder resultierenden Spannungswerten oder Strahlungsdaten D der Aufnahmeplatten 243 bis 246 wird dann in dem Datenverarbeitungssystem 12 die räumliche Verteilung des jeweiligen Parameters, z.B. die Temperatur, die Konzentration von CO und CN, ermittelt.The intensities or the light of the spectral ranges 20 3 to 20 6 filtered out in each case are recorded by the corresponding receiving plates 24 3 to 24 6 . The spatial distribution of the respective parameter, for example the temperature, the concentration of CO and CN, is then determined in the data processing system 12 by means of the voltage values or radiation data D of the receiving plates 24 3 to 24 6 resulting from the spatially resolved intensities of the images.
Um ein Rauschen des durch die Aufnahmeplatte 243 bis 246 aufgenommenen Bildes zu verhindern, muß die Betriebstemperatur der Aufnahmeplatte 243 bis 246 unterhalb einer Betriebstemperatur von ca. 40°C gehalten werden. Dazu umfaßt das optische System 10 einen Temperatursensor 36, z.B. einen Thermistor oder einen Thermoschalter, dessen Meßwert einem Ventilator 38 zugeführt wird. Über den Ventilator 38 wird die Zufuhr von Kühlluft KL gesteuert. Dem Ventilator 38 ist ein Filter 39 zur Reinigung der Kühlluft KL vorgeschaltet.In order to prevent noise in the image picked up by the mounting plate 24 3 to 24 6 , the operating temperature of the mounting plate 24 3 to 24 6 must be kept below an operating temperature of approximately 40.degree. For this purpose, the optical system 10 comprises a temperature sensor 36, for example a thermistor or a thermal switch, the measured value of which is fed to a fan 38. The supply of cooling air KL is controlled via the fan 38. A filter 39 for cleaning the cooling air KL is connected upstream of the fan 38.
Die Anzahl der in dem optischen System 10 angeordneten Aufnahmeplatten 24 ist an die Anzahl der für den Verbrennungs- prozeß zu untersuchenden Parameter angepaßt. Üblicherweise ist es ausreichend, die Konzentrationsverteilung von den Reaktionsprodukten CO, NO sowie die Temperaturverteilung und die Geometrie der Flamme aufzunehmen. (Z.B. kann auch eine Analyse der Sauerstoffkonzentration noch aufschlußreich sein) . Nur in speziellen Fällen werden mehr als vier Aufnahmeplatten 24 benötigt.The number of mounting plates 24 arranged in the optical system 10 is adapted to the number of parameters to be examined for the combustion process. It is usually sufficient to record the concentration distribution of the reaction products CO, NO as well as the temperature distribution and the geometry of the flame. (For example, an analysis of the oxygen concentration can also be revealing his) . Only in special cases are more than four mounting plates 24 required.
In Figur 3 ist beispielhaft ein Bildschirmsteuerfeld 40 dar- gestellt. Dieses Bildschirmsteuerfeld 40 umfaßt sechs Ausgabefelder Fl bis F6, ein Meldefenster Ml sowie eine Anzahl von Eingabeelementen El bis En. In dem Meldefenster Ml sind beispielsweise Zustandsmeldungen anhand von Farbkennungen über jeden Brenner 16 ablesbar. Durch Anklicken des Buchstabens "U" erhält das Bedienpersonal weitere Informationen über einen unteren (entspricht "U") Brenner 16, wobei dieser Brenner 16 im unteren Bereich des Verbrennungsraumes 1 angeordnet ist.A screen control field 40 is shown as an example in FIG. This screen control field 40 comprises six output fields F1 to F6, a message window Ml and a number of input elements El to En. In the message window Ml, for example, status messages can be read from each burner 16 using color codes. By clicking on the letter "U", the operating personnel receive further information about a lower (corresponds to "U") burner 16, this burner 16 being arranged in the lower region of the combustion chamber 1.
In dem Ausgabefeld Fl ist die Geometrie der Flamme, insbesondere deren Helligkeit, eines Brenners 16 in Form eines Bildes Bl dargestellt. Analog zu dem Ausgabefeld Fl sind in den Ausgabefeldern F3, F4, F5 und F6 in den zugehörigen Bildern B3, B4, B5 bzw. B6 die Verteilung der Temperatur, die Verteilung der Konzentration von CO, die Verteilung der Konzentration von NOx bzw. die Verteilung der Konzentration von CN in der Flamme dargestellt. Dabei werden die normierten und numerischen Werte der Helligkeit, der Temperatur und der jeweiligen Konzentration durch geeignete Farbsignalisierungen in den Bildern Bl, B3, B4, B5, B6 realisiert.The geometry of the flame, in particular its brightness, of a burner 16 is shown in the form of an image B1 in the output field F1. Analogous to the output field F1 in the output fields F3, F4, F5 and F6 in the associated pictures B3, B4, B5 and B6 are the distribution of the temperature, the distribution of the concentration of CO, the distribution of the concentration of NO x and the Distribution of the concentration of CN shown in the flame. The normalized and numerical values of brightness, temperature and the respective concentration are realized by suitable color signaling in the images B1, B3, B4, B5, B6.
In Abhängigkeit von den durch die Aufnahmeplatten 24 aufgenommen Intensitäten der jeweiligen Parameter ändert das entsprechende Flammenbild Bl, B3, B4, B5 und B6 in der Darstel- lung die Farbe. Jedem Bild Bl, B3, B4, B5, B6 wird eine Skala Sl, S3, S4, S5, S6 zugeordnet. In der Skala Sl, S3, S4, S5 oder S6 kann anhand der Farbsignalisierung der jeweilige numerische Wert der Helligkeit, der Konzentration oder der Temperatur des zu untersuchenden Parameters ermittelt werden. In dem Ausgabefeld F2 sind numerische Werte von weiteren Prozeßparametern, die für den Verbrennungsprozeß von Bedeutung sind, dargestellt, z.B. der Prozeßparameter Leistung. Selbstverständlich sind auch weitere beispielhafte Ausführungsarten des Bildschirmsteuerfeldes 40 nach dem Stand der Technik möglich. So sind je nach Anzahl der zu untersuchenden Parameter des Verbrennungsprozesses weniger oder mehr Ausgabefelder Fl bis F6 möglich.Depending on the intensities of the respective parameters recorded by the receiving plates 24, the corresponding flame image B1, B3, B4, B5 and B6 changes the color in the representation. A scale S1, S3, S4, S5, S6 is assigned to each image B1, B3, B4, B5, B6. The respective numerical value of the brightness, the concentration or the temperature of the parameter to be examined can be determined on the scale S1, S3, S4, S5 or S6 on the basis of the color signaling. The output field F2 shows numerical values of further process parameters that are important for the combustion process, for example the process parameter performance. Of course, other exemplary embodiments of the screen control panel 40 according to the prior art are also possible. Depending on the number of parameters of the combustion process to be examined, fewer or more output fields F1 to F6 are possible.
Anhand der Flammenbilder Fl bis F6 ist es dem Bedienpersonal möglich, neben der Geometrie der Flamme auch quantitative Aussagen über Schadstoffbildungen in der Flamme zu erkennen und zu identifizieren. Darüber hinaus erlaubt es das optische System 10 aufgrund der geringen Meßzeiten der Aufnahmeplatten 24 von ca. 5 s, räumlich differenzierte, mehrdimensionaleOn the basis of the flame images F1 to F6, it is possible for the operating personnel to recognize and identify, in addition to the geometry of the flame, quantitative statements about pollutant formation in the flame. In addition, owing to the short measuring times of the mounting plates 24 of approximately 5 s, the optical system 10 allows spatially differentiated, multidimensional ones
Flammenbilder Fl, F3, F4, F5, F6 sehr schnell zur Verfügung zu stellen, wobei die diesen Flammenbildern Fl, F3, F4, F5, F6 zugrundeliegenden Meßsignale auch einer Fuzzy- oder Neuro- Fuzzy-Logik zur Ermittlung von Sollwerten für eine Feuerungs- regelung zugeführt werden können. Insbesondere durch die quantitative Ermittlung der Konzentrationsverteilung von Reaktionsprodukten der Verbrennung sowie der Temperaturverteilung und deren Verwendung in einer Feuerungsregelung ist eine besonders geringe Schadstoffemission des Verbrennungsprozes- ses gewährleistet.To make flame images Fl, F3, F4, F5, F6 available very quickly, the measurement signals on which these flame images Fl, F3, F4, F5, F6 are based also a fuzzy or neuro-fuzzy logic for determining setpoints for a furnace regulation can be supplied. Particularly through the quantitative determination of the concentration distribution of reaction products of the combustion as well as the temperature distribution and their use in a combustion control system, a particularly low pollutant emission of the combustion process is guaranteed.
In Figur 4 ist ein weiteres Bildschirmsteuerfeld 42 abgebildet. In dem Bildschirmsteuerfeld 42 ist beispielhaft in dem Ausgabefeld F8 das Abbild einer Gesamtflamme in einem Ver- brennungsraum 1 dargestellt. Anhand der Farbsignalisierung der Skala S7 ist die Temperaturverteilung in dem Verbrennungsraum 1 ermittelbar. In den neben dem Flammenbild F8 angeordneten Meldefenstern M2 bis M6 sind numerischen Werte für die bei der Verbrennung entstehenden Parameter, wie z.B. die maximale Temperatur oder die mittlere Emission von CO und NOx, ablesbar.A further screen control field 42 is shown in FIG. The image of a total flame in a combustion chamber 1 is shown in the display control field 42 as an example in the output field F8. The temperature distribution in the combustion chamber 1 can be determined on the basis of the color signaling of the scale S7. In the message windows M2 to M6 arranged next to the flame image F8, there are numerical values for the parameters that arise during combustion, such as, for example maximum temperature or the average emission of CO and NO x , readable.
Um das Ausgabefeld F8 sind darüber hinaus vier Bedienfelder Kl bis K4 angeordnet. Dabei charakterisiert jedes Bedienfeld Kl bis K4 jeweils Bedienelemente zum Steuern von sechs Brennern 16. D.h., über diese Bedienfelder Kl bis K4 ist es dem Bedienpersonal möglich, jeden einzelnen Brenner 16 des Verbrennungsraums 1 ein- bzw. auszuschalten sowie die Brenn- stoffzufuhr jedes einzelnen Brenners 16 zu steuern. Jeweils drei Brenner 16 werden von einer nicht dargestellten Kohlemühle mit Brennstoff versorgt.In addition, four control panels K1 to K4 are arranged around the output field F8. Each control panel K1 to K4 characterizes control elements for controlling six burners 16. That is, these control panels K1 to K4 enable the operating personnel to switch each individual burner 16 of the combustion chamber 1 on and off, as well as the fuel supply for each individual burner 16 to control. In each case three burners 16 are supplied with fuel by a coal mill (not shown).
Darüber hinaus umfaßt das Bildschirmsteuerfeld 42, wie schon das Bildschirmsteuerfeld 40 weitere Eingabefelder El bis En. Mit den Eingabefeldern El bis En ist es dem Bedienpersonal möglich, weitere Prozeßinformationen sowie Prozeßsteuerungen aufzurufen bzw. durchzuführen.In addition, the screen control field 42, like the screen control field 40, comprises further input fields El to En. With the input fields El to En it is possible for the operating personnel to call up or carry out further process information and process controls.
Figur 5 zeigt schematisch eine Vorrichtung 2' zur Flammenanalyse und Flammenüberwachung umfassend ein optisches System 10' und ein Datenverarbeitungssystem 12'. Dabei ist anstelle einer in dem optischen System 10 eingesetzten Aufnahmeplatte 242 der Figur 1 ein Meßmodul 44, insbesondere ein Flammenfüh- 1er oder -Wächter, angeordnet. Analog zu dem optischen System 10 der Figur 1 umfaßt das optische System 10' als Objektiv eine Linse 14' und eine Anzahl von Strahlteilern Tl ' bis T3 ' , die der Linse 14' nachgeschaltet sind. Die aus dem Strahlenspektrum der Flamme F herausgefilterten Spektralbereiche 203', 205', 206' und deren Intensitäten werden von den entsprechenden Aufnahmeplatten 243' 245' und 246' aufgenommen, wobei aus den ortsaufgelösten Intensitäten der Bilder der Aufnahmeplatten 243', 245' und 246' die räumliche Verteilung der zu untersuchenden Parameter in dem Datenverarbeitungs-Sy- stem 12' ermittelt wird. Der Spektralbereich 204', beispielsweise ein breitbandiger Rest des Strahlenspektrums der Flamme F, wird von dem Meßmodul 44 aufgenommen. Das Meßmodul 44 wandelt pulsierende Strahlungsparameter des Spektralbereichs 204' der Flamme F in ein elektrisches Signal S. Das Meßmodul 44 umfaßt dabei drei unabhängige Kanäle Kl, K2 und K3 zur gleichzeitigen Erfassung der im Spektralbereich 20 ' liegenden Pulsationsfrequenz der Flamme F des Brenners 16.FIG. 5 schematically shows a device 2 'for flame analysis and flame monitoring, comprising an optical system 10' and a data processing system 12 '. In this case, instead of a receiving plate 24 2 of FIG. 1 used in the optical system 10, a measuring module 44, in particular a flame detector or detector, is arranged. Analogous to the optical system 10 in FIG. 1, the optical system 10 'comprises as a lens a lens 14' and a number of beam splitters T1 'to T3' which are connected downstream of the lens 14 '. The spectral ranges 20 3 ', 20 5 ', 20 6 'filtered out from the radiation spectrum of the flame F and their intensities are recorded by the corresponding recording plates 24 3 ' 24 5 'and 24 6 ', the spatially resolved intensities of the images of the recording plates 24 3 ', 24 5 ' and 24 6 'the spatial distribution of the parameters to be examined is determined in the data processing system 12'. The spectral range 20 4 ′, for example a broadband remainder of the radiation spectrum of the flame F, is recorded by the measuring module 44. The measuring module 44 converts pulsating radiation parameters of the spectral range 20 4 'of the flame F into an electrical signal S. The measuring module 44 comprises three independent channels K1, K2 and K3 for simultaneous detection of the pulsation frequency of the flame F of the burner 16 lying in the spectral range 20'.
Das Datenverarbeitungs-System 12' bewertet voneinander unabhängig die Signale S der Kanäle Kl bis K3. Liefern zwei Kanäle Kl und K2 beispielsweise das Signal S = "Flamme aus", so wird die Sicherheitsabschaltung des Brenners 16 ausgelöst.The data processing system 12 'independently evaluates the signals S of the channels K1 to K3. If, for example, two channels K1 and K2 supply the signal S = "flame off", the safety shutdown of the burner 16 is triggered.
Die mehrkanalige Ausführung des Meßmoduls 44 sowie die drei Aufnahmeplatten 243', 245', 246' gewährleisten sowohl einen hohen Sicherheitsgrad bei der Überwachung der Flamme F eines einzelnen Brenners 16 als auch eine Analyse der Flamme F in Bezug auf Temperatur- und Konzentrationsverteilungen inner- halb der Flamme F. Darüber hinaus ist durch die integrierte Anordnung des Meßmoduls 44 und der Aufnahmeplatten 243', 245', 246' in einem einzelnen optischen System 10' eine Öffnung 11 in der Wandung 13 des Verbrennungsraumes 1 ausreichend, so daß Montage- und Systemkosten in Bezug auf die Ein- bringung von geeigneten Öffnungen 11 in die Wandung 13 sowie in Bezug auf geeignete Halterungen bzw. in Bezug auf die notwendige Anzahl von Kühlsystemen reduziert werden.The multi-channel design of the measuring module 44 and the three mounting plates 24 3 ', 24 5 ', 24 6 'ensure both a high level of security when monitoring the flame F of an individual burner 16 and an analysis of the flame F with respect to temperature and concentration distributions within the flame F. Furthermore, due to the integrated arrangement of the measuring module 44 and the mounting plates 24 3 ', 24 5 ', 24 6 'in an individual optical system 10', an opening 11 in the wall 13 of the combustion chamber 1 is sufficient. so that assembly and system costs in relation to the introduction of suitable openings 11 into the wall 13 and in relation to suitable holders or in relation to the necessary number of cooling systems are reduced.
Bedingt durch den einfachen Aufbau des optischen Systems 10, 10' sowie durch die passive optische Erfassung der Verbrennungsparameter, d.h., es werden keinen zusätzlichen Lichtquellen benötigt, ist dieses optische System 10, 10' besonders für einen Einsatz in Kraftwerken geeignet. Insbesondere eignet sich das optische System 10, 10' bedingt durch die sehr schnelle Ermittlung von Meßwerten von im Verbrennungs- prozeß entstehenden Reaktionsprodukten zur Verbrennungsanalyse und zur Feuerungsregelung. Die Möglichkeit der Aufnahme einzelner Flammenbilder erlaubt es ferner, direkt am Ort der Entstehung von Schadstoffen, über die Feuerungsregelung regelungstechnisch in den Verbrennungsprozeß eingreifen zu können. Due to the simple structure of the optical system 10, 10 'and the passive optical detection of the combustion parameters, ie no additional light sources are required, this optical system 10, 10' is particularly suitable for use in power plants. In particular, the optical system 10, 10 'is suitable due to the very fast determination of measured values in the combustion resulting reaction products for combustion analysis and combustion control. The possibility of recording individual flame images also allows control technology to intervene in the combustion process directly at the location where pollutants are generated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum (1), bei dem ein Strahlenspektrum einer Flamme (F) im Verbrennungsraum (1) aufgenommen wird, wobei durch Strahlteilung des Strahlenspektrums eine Mehrzahl von Spektralbereichen (20ι bis 206) ausgekoppelt wird, wobei mittels der ausgekoppelten Spektralbereiche (203, 204, 205, 206) für eine Anzahl von den Verbrennungsprozeß charakterisierenden Para e- tern jeweils ein entsprechendes Bild (Bl, B3, B4, B5, B6) der Flamme (F) erzeugt wird, und wobei in den jeweiligen Bildern (Bl, B3, B4, B5, B6) jeweils mittels ortsaufgelöster Intensitäten eine räumliche Verteilung des entsprechenden Parameters dargestellt wird.1. Method for combustion analysis in a combustion chamber (1), in which a radiation spectrum of a flame (F) is recorded in the combustion chamber (1), a plurality of spectral ranges (20 to 20 6 ) being coupled out by beam splitting of the radiation spectrum, with the aid of decoupled spectral ranges (20 3 , 20 4 , 20 5 , 20 6 ) for a number of parameters characterizing the combustion process, a corresponding image (B1, B3, B4, B5, B6) of the flame (F) is generated, and wherein the respective images (B1, B3, B4, B5, B6) each show a spatial distribution of the corresponding parameter by means of spatially resolved intensities.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der oder jeder Spektralbereich (203, 204, 205, 206) mit einer Bandbreite von ca. 5 bis 20 nm ausgekoppelt wird.2. The method according to claim 1, wherein the or each spectral range (20 3 , 20 4 , 20 5 , 20 6 ) is coupled out with a bandwidth of approximately 5 to 20 nm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels einer in einem ersten Spektralbereich (205, 206) liegenden Emissionslinie und deren Intensität die räumliche Konzentrationsverteilung eines Verbrennungsradikals in der Flamme (F) computertomographisch rekonstruiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein by means of an emission line lying in a first spectral range (20 5 , 20 6 ) and its intensity, the spatial concentration distribution of a combustion radical in the flame (F) is reconstructed by computer tomography.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mittels der in einem zweiten Spektralbereich (203, 204) liegenden Planckstrahlung und deren Intensität die räumliche Temperaturverteilung in der Flamme (F) computertomographisch rekonstruiert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the spatial temperature distribution in the flame (F) is reconstructed by computer tomography by means of the Planck radiation lying in a second spectral range (20 3 , 20 4 ) and its intensity.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mittels eines dritten Spektralbereichs (204') ein pulsierender Parameter der Flamme (F) überwacht und ein Pulsa- tionsparameter ermittelt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein a pulsating parameter of the flame (F) is monitored and a pulsation parameter is determined by means of a third spectral range (20 4 ').
6. Vorrichtung zur Verbrennungsanalyse in einem Verbrennungsraum (1) mit einem optischen System (10), das ein Objektiv zur Aufnahme eines Strahlenspektrums einer Flamme (F) im Verbrennungsraum (1) und eine Mehrzahl von dem Objektiv nachge- schalteten Strahlteilern (Tl bis T3) zur Auskopplung einer Mehrzahl von Spektralbereichen (20ι bis 206) umfaßt, wobei eine einer Anzahl von zu untersuchenden Parametern des Verbrennungsprozesses entsprechende Anzahl von Aufnahmeplatten (24) , die für jeden Parameter jeweils ein ortsaufgelöstes Bild (Bl, B3, B4, B5, B6) der Flamme (F) erzeugen, den Strahlteilern (Tl bis T3) nachgeschaltet ist.6. Device for combustion analysis in a combustion chamber (1) with an optical system (10), which has an objective for recording a radiation spectrum of a flame (F) in the combustion chamber (1) and a plurality of beam splitters (Tl to T3) connected downstream of the objective ) for coupling out a plurality of spectral ranges (20ι to 20 6 ), a number of recording plates (24) corresponding to a number of parameters of the combustion process to be examined, each of which has a spatially resolved image (B1, B3, B4, B5, B6) generate the flame (F), the beam splitters (Tl to T3) are connected downstream.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Kühlsystem (28) zur Kühlung des optischen Systems (10) vorgesehen ist.7. The device according to claim 6, wherein a cooling system (28) for cooling the optical system (10) is provided.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Kühlsystem (28) für die oder jede Aufnahmeplatte (24) jeweils ein Kühlelement (30) umfaßt.8. The device according to claim 6 or 7, wherein the cooling system (28) for the or each receiving plate (24) each comprises a cooling element (30).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der der oder jeder Strahlteiler (Tl bis T3) dichroitisch ist.9. Device according to one of claims 6 to 8, wherein the or each beam splitter (Tl to T3) is dichroic.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der eine der Anzahl der ausgekoppelten Spektralbereiche (203 bis 206) entsprechende Anzahl von räumlich getrennten Aufnahmeplatten (243 bis 246) vorgesehen sind.10. Device according to one of claims 6 to 9, in which a number of spatially separated recording plates (24 3 to 24 6 ) corresponding to the number of coupled spectral ranges (20 3 to 20 6 ) are provided.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei als Aufnahmeplatte (24) eine charge-coupled-device-Ka- mera eingesetzt ist. 11. The device according to one of claims 6 to 10, wherein a charge-coupled device camera is used as the receiving plate (24).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der oder jeder Aufnahmeplatte (24) ein Filter (22) vorgeschaltet ist.12. The device according to one of claims 6 to 11, wherein the or each receiving plate (24) is preceded by a filter (22).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die oder jede Aufnahmeplatte (24) mit einer Auswerteeinheit (12) verbunden ist.13. Device according to one of claims 6 to 12, wherein the or each mounting plate (24) is connected to an evaluation unit (12).
14. Vorrichtung zur Flammenanalyse und Flammenüberwachung ei- nes Brenners (16) in einem Verbrennungsräum (1) mit einem optischen System (10), das auf einer Aufnahmeplatte (243', 245', 246') ein ortsaufgelöstes Bild (Bl, B3, B4, B5, B6) einer Flamme (F) erzeugt, und mit einem Meßmodul (44) zur Messung pulsierender Strahlungsparameter der Flamme (F) , wobei mindestens ein Strahlteiler (Tl' bis T3') zur Auskopplung mindestens eines für einen zu untersuchenden Parameter spezifischen Spektralbereiches (203' bis 206') aus dem Strahlenspektrum der Flamme (F) vorgesehen ist, wobei der Strahlteiler (Tl' bis T3') der Aufnahmeplatte (243', 245', 246')und dem Meßmodul (44) vorgeschaltet ist. 14. Device for flame analysis and flame monitoring of a burner (16) in a combustion chamber (1) with an optical system (10) which on a mounting plate (24 3 ', 24 5 ', 24 6 ') has a spatially resolved image (Bl , B3, B4, B5, B6) of a flame (F), and with a measuring module (44) for measuring pulsating radiation parameters of the flame (F), at least one beam splitter (Tl 'to T3') for coupling out at least one for one Parameters to be examined of specific spectral range (20 3 'to 20 6 ') from the radiation spectrum of the flame (F) are provided, the beam splitter (Tl 'to T3') of the mounting plate (24 3 ', 24 5 ', 24 6 ') and upstream of the measuring module (44).
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