自动点火及火焰探测系统
技术领域
本发明涉及自动控制领域,尤其涉及一种对保温坑双延时全自动点火,并对保温坑生产中的火焰燃烧状态进行监测的自动点火及火焰探测系统。
背景技术
目前钢铁企业中的保温坑都采用人工点火的方式。当保温坑需点火生产时,就由两名工人配合点火,其中一名打开燃气主阀,另一名用火把从主烧嘴上方的一个观火孔伸入使其点燃。这种方式一是加大了工人的操作强度,二是当炉内气氛不明时,危险系数大。
在保温炉生产期间,当煤气压力低等异常原因使得火焰熄灭时,因无设备监控炉内的火焰燃烧状况不能自动关闭燃气阀门,从而导致再次点火或遇明火时发生爆炸,成为保温坑生产的重大安全隐患。
但是,为了解决上述问题,出现的现有自动点火及火焰监测系统中的自动点火装置不能保证在规定时间内点火未成功发出事故报警时,定时关掉所有的燃气阀门,将煤气放散避免发生意外。现有自动点火及火焰监测系统,采用的点火变压器中没有设置短路或者开路电路来避免安装时不慎将电极短路造成器件的损坏,防止短路烧毁点火变压器。
并且现有自动点火及火焰监测系统,采用紫外线探头等方式探测炉内火焰,但紫外线的探头不宜长期在高温环境中使用。在现场试验时,因燃气成分不纯,燃烧产生的黑烟及燃气中的焦油很快就使探头罩变脏从而不能良好的工作。并且,在这种自动点火及火焰监测系统,点火电极和火焰探测探头是分体设置的。
而且,在现有的自动点火及火焰监测系统中,置于控制室控制柜中的自动点火装置与置于现场保温坑的火焰探测器之间只能距离5-6米远,如果距离过远,会造成火探信号衰减测量不准确。因此,现有的自动点火及火焰监测系统不能实现长距离的点火控制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷,提供一种由具有双延时器的自动点火装置,短、开路保护的点火变压器和耐高温的点火电极和火焰探测探头一体化的探头组成的自动点火和火焰探测系统。
为实现上述目的,本发明提供了自动点火及火焰探测系统,该系统包括:自动点火装置,用于发起点火控制信号,根据所述点火控制信号打开对应通道;并且将高电平电压信号放大并输出;
点火变压器,通过控制继电器与所述自动点火装置连接,用于当所述自动点火装置通过输出的放大的所述高电平电压小信号驱动所述控制继电器吸合时接通电源,将输入的直流电压进行高频振荡、升压、以及整流产生直流高电压;
点火和火焰监测探头,与所述点火变压器和自动点火装置连接,用于受到所述直流高电压点火,由火焰产生的离子流,监视火焰情况,输出火焰反馈信号给所述自动点火装置。
所述自动点火装置包括:信号处理控制器,用于发出点火控制信号;多路选通器,与所述信号处理控制器连接,用于根据所述点火控制信号,打开对应通道,并输出放大的高电平电压信号;以及驱动器,与所述多路选通器连接并通过控制继电器与点火变压器连接,用于根据放大的所述高电平电压信号控制点火变压器高压打火或停止高压打火,以及打开或关闭燃气阀门。
所述自动点火装置还包括:第一延时器,与所述信号处理控制器连接,用于根据所述火焰反馈信号,进行延时动作,且发送第一信号给所述信号处理控制器。
所述自动点火装置还包括:第二延时器,与所述信号处理控制器和第一延时器连接,用于在所述第一延时器停止工作后,在所述信号处理控制器发出事故报警指令同时开始运行所述信号处理控制器关掉所有的阀门,将煤气放散的时间。
所述自动点火装置还包括:场效应管高倍放大电路,连接在所述信号处理控制器和所述多路选通器之间,用于将所述高电平电压信号进行放大。
所述自动点火装置还包括选频滤波电路,连接所述场效应管高倍放大电路和多路选通器之间,用于消除干扰信号。
所述点火变压器包括:电源,通过控制继电器与所述自动点火装置连接;振荡器,与所述电源连接,用于对输入的直流电压进行高频振荡;升压电路,与所述振荡器连接,用于对振荡器输出的电压进行升压;整流电路,与所述升压电路和振荡器连接,用于整流产生直流高电压。
所述点火变压器还包括:短路保护电路,与所述整流电路连接。
所述点火变压器还包括:开路保护电路,连接在所述短路保护电路和升压电路之间。
所述点火变压器还包括:显示电路,连接在所述电源和升压电路之间。
所述点火变压器还包括:限幅电路,连接在所述短路保护电路和升压电路之间,用于对输出的直流高电压进行限幅控制,并将限幅后的电压反馈给升压电路。
所述点火和火焰监测探头包括:两个点火电极,与点火变压器连接,用于受到直流高电压的击发时喷出电火花点燃燃料;一个火焰监测探头,用于监测火焰离子流的;用于通气的气源管,该气源管的一端的端部和所述两个点火电极和火焰监测探头一端的端部相连接。
所述点火和火焰监测探头包括:所述气源管的一端的端部和所述两个点火电极和火焰探测探头一端的端部点焊连接。
所述点火和火焰监测探头还包括一个法兰盘,所述气源管、点火电极和火焰监测探头穿设紧固于所述法兰盘上。
所述法兰盘上连接有用于接地的接线柱。
所述法兰盘为不锈钢材质。
所述点火电极和火焰监测探头为镍铬合金材质。
所述点火电极、火焰监测探头均外套有瓷环。
所述火焰探测探头包括:火焰探测器,用于监视火焰情况,发送所述火焰反馈信号;鉴别器,与所述火焰探测器和自动点火装置连接,根据所述火焰反馈信号发出点火成功信号或者请求重新点火信号给所述自动点火装置。
因此,本发明所示的自动点火及火焰探测系统可应用于1000多度的保温坑式炉窑等工业炉窑,进行双延时自动点火、监测炉内的火焰燃烧状况,在发起点火未成功报警的同时自动关闭燃气阀门,以及实现50-60米长距离控制保温坑炉窑自动点火和火焰监测,并且避免了电极短路造成器件的损坏,以及电极开路时,造成变压器内部线圈打火。
下面结合附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明自动点火及火焰探测系统的结构示意图。
图2为本发明自动点火及火焰探测系统的火焰控制装置实施例1的电路结构示意图。
图3为本发明自动点火及火焰探测系统的火焰控制装置实施例2的电路结构示意图。
图4为本发明自动点火及火焰探测系统的火焰控制装置实施例3的电路结构示意图。
图5为本发明自动点火及火焰探测系统的火焰控制装置实施例4的电路结构示意图。
图6为本发明自动点火及火焰探测系统的自动点火装置的控制面板示意图。
图7为本发明自动点火及火焰探测系统的点火变压器实施例一的结构示意图。
图8为本发明自动点火及火焰探测系统的点火变压器实施例二的结构示意图。
图9为本发明自动点火及火焰探测系统的点火变压器实施例三的结构示意图。
图10为本发明自动点火及火焰探测系统的点火变压器实施例四的结构示意图。
图11为本发明自动点火及火焰探测系统的点火和火焰监测探头的结构的剖视图。
图12为本发明自动点火及火焰探测系统的点火和火焰监测探头的结构的侧视图。
具体实施方式
如图1所示,为本发明一种自动点火及火焰探测系统的结构示意图,包括自动点火装置10,用于发起点火控制信号,根据所述点火控制信号打开对应通道;并且将高电平电压信号放大并输出;点火变压器30,通过控制继电器40与所述自动点火装置10连接,用于当所述自动点火装置10通过输出的放大的所述高电平电压信号驱动所述控制继电器吸合时接通电源,将输入的直流电压进行高频振荡、升压、以及整流产生直流高电压;点火和火焰监测探头20,与所述点火变压器30和自动点火装置10连接,用于受到所述直流高电压产生离子流,并监视火焰情况,输出火焰反馈信号给所述自动点火装置10。
如图2所示,为本发明自动点火装置实施例1的电路结构示意图,该火焰控制装置包括:
信号处理控制器101,发出点火控制信号即发出打开小煤气阀60(阀位1)和点火变压器30的信号代码;
多路选通器102,与所述信号处理控制器101连接,根据所述点火控制信号,打开对应通道,并输出放大的高电平电压控制信号;以及
驱动器103,与所述多路选通器102连接,通过高电平电压控制信号驱动控制继电器40吸合控制点火变压器30进行高压打火或停止高压打火,以及打开或关闭燃气阀门50和60。
如图所示,进一步地,本发明还可以包括第一延时器106,用于接收火焰监测探头20发送的火焰反馈信号时进行延时动作,延时时间为5-10秒的时间内,火仍然未点着,第一延时器106结束动作时,发送点火失败消息给信号处理控制器;进一步地,信号处理控制器101发出事故报警指令。再参见图2所示,本自动点火装置还包括:第二延时器107,第二延时器107在第一延时器106停止工作后,在信号处理控制器101发出事故报警指令的同时开始运行,延时时间可以为1分钟,但并不限于此可以设置其它适宜时间。第二延时器107采用典型微分电路。第二延时器107定的时间是处理控制器关掉所有的阀门,将煤气放散的时间,这样在第二延时器107控制的时间内信号处理控制器发出高电平电压控制信号控制驱动器将阀门关闭并将气体释放,避免发生意外。在该自动点火装置10中还包括有警报电路108,与信号处理控制器101连接,接受信号处理控制器101发出的事故报警指令。因此,本发明自动点火装置10通过设置第一延时器106和第二延时器107实现了双延时自动点火方式。
由于信号处理控制器101通过驱动器103控制继电器40吸合控制点火变压器30进行高压打火和打开阀门,或者当点火成功后,信号处理控制器101控制控制继电器40停止高压打火或者当点火失败后,信号处理控制器101控制燃气阀门60关闭,一般信号处理控制器发出的高电平电压控制信号,在传输过程中会出现衰减,因此,传统的火焰探测器和自动点火装置的距离一般只有5、6米远。进一步地,为实现自动点火装置和火焰探测器之间的距离能够达到50-60米远,本发明将高电平电压控制信号这种小信号通过高倍放大的场效应管放大信号。如图3所示的,本发明自动点火装置的实施例2进一步地包括场效应管高倍放大电路104连接在信号处理控制器与多路选通器102之间,将高电平电压控制信号进行放大,图中其他部件及连接关系不再示出。由于通过场效应管高倍放大电路后,除了控制打开煤气阀和点火变压器的高电平电压控制信号被放大之外,其他干扰信号也被放大,为了消除干扰信号,如图4所示,本发明自动点火装置的实施例3更进一步地包括选频滤波电路105连接在场效应管高倍放大电路104和多路选通器102之间,图中其他部件及连接关系不再示出。
因此自动点火装置10通过采用场效应管高倍放大电路104和选频滤波电路105使自动点火装置10与火焰探测器之间的距离能够达到50-60米。
如图5所示,本发明自动点火装置实施例4同传统的点火装置一样还包括:电源变压器100、滤波器109和稳压器110连接,用于将电网电压进行滤波稳压。将现场的自动点火装置电网电压送上,自动点火装置得电后,其电源变压器将交流200V交流电变化成三组不同的次级交流电压:交流8V、交流24V、交流280V。其中,交流8V、交流24V的次级交流电压经自动点火装置中的滤波器101整流滤波后再经稳压器102稳定成纹波小、抗干扰能力强的+5V、+24V直流电压作为电路的工作电源。另外的交流280V次级交流电压供点火和火焰监测探头使用,图中其他部件及连接关系不再示出。
在实际应用时,自动点火装置设置在控制柜中,其控制面板如图6所示,控制面板设置有启动按钮501、探头502、报警503、阀门显示灯504。
因此,自动点火装置可以进行双延时自动点火以监测炉内的火焰燃烧状况自动关闭燃气阀门,并且通过场效应高倍放大电路和选频滤波电路实现50-60米长距离控制保温坑炉窑自动点火及火焰探测。
点火变压器30在自动点火及火焰探测系统中主要担负着高压打火功能。本发明采用电子谐波振荡作为升压源,并设有隔离保护、短路保护电路,使其重量轻、安装简便、使用寿命长、点火安全可靠。
点火变压器由电子分离元件组成,在系统中它受控于自动点火装置。如图7所示,本发明点火变压器30实施例一的电路结构示意图;该点火变压器30包括:电源300输出直流电压,振荡器301与电源连接,用于对输入的直流电压进行高频振荡输出电子谐波振荡电压;升压电路302,与所述振荡器301连接,用于对振荡器输出的电子谐波振荡电压进行升压;整流电路303,与所述升压电路302和振荡器301连接,用于整流产生直流高电压,整流电路303将低电压返回给振荡器301重新进行高频振荡。
由于当点火电极两极间有铁屑等介质时容易造成电极短路,为了防止短路烧毁点火变压器,如图8所示,本发明点火变压器30实施例二进一步地包括:短路保护电路304,与所述整流电路303连接,用于进行短路保护。
由于当点火电极两极的距离超过6mm就相当于全开路,这样就会造成变压器内部线圈打火,使其损坏。因此如图9所示的本发明点火变压器30实施例三进一步地包括开路保护电路307连接在升压电路302和短路保护电路304之间,对点火电极进行放电,从使得保护点火变压器30。
如图10所示,本发明点火变压器30实施例四还包括:限幅电路305,连接在所述短路保护电路304和升压电路302之间,用于对输出的直流高电压进行限幅控制,并将限幅后电压反馈给升压电路。进一步的如图所示,该还包括信号显示电路306,连接在电源300和升压电路302之间,用于显示变压器正常工作,这样将便于现场操作工人直观的操作观察,并使产品具有通用性。
点火变压器电源部分采用变压器降压,二极管整流,经滤波后变为6V的直流电压,振荡电路部分采用大功率开关管、电阻、电容、电感等元件实现高频振荡,升压电路部分采用高频(铁氧体)变压器升压,再次整流产生直流高电压,为避免安装时不慎将电极短路造成器件的损坏,点火变压器加装了短路保护电路和开路保护电路。通过该点火变压器可将输入的220v的电压经过高频振荡、升压和整流产生7500V的直流高电压,这样形成7500伏高压短路和开路保护电路。
因此,点火电压器30实现了将电子谐波振荡电压作为升压源,并避免了安装时不慎将电极短路造成器件的损坏,以及点火电极两极的距离超过6mm相当于全开路时,造成变压器内部线圈打火。
如图11和图12所示,为点火和火焰监测探头20的结构的剖视图和侧视图,该点火和火焰监测探头20具体包括:两个用于在点火时产生高压的点火电极201,在受到直流高电压的击发时喷出电火花点燃燃料;一个用于火焰监测的火焰探测探头202;和一个用于通气的气源管203,该气源管203的一端的端部和两个一端的端部相连接,还包括一个法兰盘204,气源管203、点火电极201和火焰监测探头202穿设紧固于所述法兰盘204上。
气源管203的一端的端部和两个点火电极201和火焰监测探头202一端的端部一般采用点焊连接。整个主体是由不锈钢材质制成(例如法兰盘为不锈钢材质),点火电极201和火焰监测探头202是镍铬合金材质制成的,因为镍铬合金具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀等特点,因此适于在1100摄氏度以下的高温中使用。点火电极201、火焰监测探头202均外套有瓷环,具有绝缘、耐高温和抗干扰的作用。
区别与现有的单点火电极,点火和火焰监测探头20由两个点火电极组成,点火时由两个点火电极之间产生7000-10000V高压打火,而单电极点火时电极与地之间进行了打火,这样火焰探头与电极的地是共地的,这样一来就会信号的干扰,而双电极点火就有效的进行了信号隔离。另外,火焰监测探头探测得离子流会与大地产生回路,从而避免了干扰信号串入产生干扰造成误报。因为接地不好就会导致火焰信号不稳定,从而导致整个系统运行紊乱,因此在法兰盘为不锈钢材质,并且可以在法兰盘上连接一个接地的接线柱。
因为点火和火焰监测探头中包括有点火探头,因此实现了点火电极201和火焰监测探头202一体化设计。
并且,火焰探测探头包括火焰探测器205,用于监视火焰情况,发送第一火焰反馈信号即在第一延时器定时的时间内探测到火焰的信号;鉴别器206,根据所述第一火焰反馈信号向所述信号处理控制器发出点火成功信号;进一步地,所述信号处理控制器向所述多路选通器发出第一指令即打开大煤气阀50和小煤气阀60,同时关掉点火变压器电源的指令;以及所述多路选通器102根据该指令打开对应通道,驱动所述驱动器103进行相应动作即将大煤气阀60打开,点火变压器30控制电源关断,停止高压打火,系统开始正常运行。
进一步地,火焰探测器,用于由于开始运行时点火未成功或正常运行过程中火熄灭,探测不到火焰,可以发送第二火焰反馈信号即探测不到火焰的反馈信号给鉴别器,鉴别器接收第二火焰反馈信号,并将其传送至自动点火装置的信号处理器,信号处理器发出第二指令即关大煤气阀50,接通点火变压器电源的指令,重新进行点火的指令。驱动器根据指令执行相应的动作。
并且,点火和火焰监测探头可以达到以下指标:1)灵敏度:20-100CPS;2)着火响应时间:≤1S;3)熄火响应时间:≤6S;4)检测对象:燃气、燃油火焰;5)信号输出:开关量输出AC220V/5A DC24V/10A;6)工作温度:-10℃-1100℃;7)电源220V±10%50Hz功率≤10W。
在实际应用时,系统开始运行时,自动点火装置设置在控制柜中操作人员在操作室通过自动点火装置的控制面板按动启动按钮,将现场的自动点火装置电网电压送上,自动点火装置得电后,其电源变压器将交流200V交流电变化成三组不同的次级交流电压:交流8V、交流24V、交流280V。其中,交流8V、交流24V的次级交流电压经自动点火装置中的滤波器101整流滤波后再经稳压器102稳定成纹波小、抗干扰能力强的+5V、+24V直流电压作为电路的工作电源。另外的交流280V次级交流电压供点火和火焰监测探头20使用。
重新参见图1,设置在控制柜中的自动点火装置10,与现有的大、小煤气阀50和60连接,并当自动点火装置10得电后,信号处理控制器101首先发出开小煤气阀60(阀位1)和点火变压器30的电压控制信号,通过场效应管高倍放大电路104加以放大后,给选频滤波电路105进行消除干扰信号,然后再输送至多路选通器102,多路选通器102将相应的通道打开,并输出放大的高电平电压控制信号给驱动器103,驱动器103通过放大的高电平电压控制信号驱动控制继电器40吸合:将小煤气阀60打开,同时接通点火变压器30的电源,开始高压打火,此时,小煤气烧嘴被点燃。当在第一延时器106定时的时间内点火和火焰探测探头20探测到火焰后,打开大煤气阀50关掉点火变压器,表示点火成功;当点火和火焰探测探头20在第一延时器106定时的时间内探测不到火焰时,向自动点火装置的信号处理控制器101发出点火失败消息,此时报警电路发起报警,提醒用户。并且在发起报警的同时,在第二延时器107定时的时间内,信号控制处理器101驱动驱动器103关闭所有的阀门,让煤气散开以保证安全。
如图1所示,本发明所示的自动点火及火焰探测系统可应用于保温坑式炉窑等工业炉窑70,采用点火探头与火焰监测探头一体化设计,插入工业炉窑70的烧嘴附近,进行双延时全自动点火及火焰监测,实现监测距离超过50米,以及防止安装时不慎将电极短路造成器件的损坏,以及点火电极两极的距离超过6mm相当于全开路时,造成变压器内部线圈打火。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。