CN101512227B - 用于在燃烧过程中监视火焰的火焰检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在燃烧过程中监视火焰(9)的火焰检测器，所述火焰检测器包括摄像机(12)和输送管(11)，其中摄像机(12)布置于输送管(11)的前端(14)处，使得当输送管(11)的前端(14)安装在燃烧器喷嘴孔(3)附近时，摄像机(12)的光学入口指向火焰(9)。

Description

用于在燃烧过程中监视火焰的火焰检测器
技术领域
本发明涉及一种在燃烧过程中监视火焰的火焰检测器。表述“监视火焰”应当理解为“监视至少一道火焰”，根据本发明的火焰检测器还可以用于同时监视多道火焰。
背景技术
火焰检测器或火焰扫描器是工业炉和公用炉中用于确定燃烧器状态的设备。这种炉子可以是例如蒸汽锅炉、热水器或者燃气炉、燃油炉、燃煤炉。火焰检测器监视炉子内的一道或多道火焰。在传统的火焰检测器中，光电管或光电二极管用于检测经由一些聚焦光学装置接收到的火焰的总体光强度。
图1示出了一种现有技术状态下的火焰检测器1，其安装在燃烧器2上。燃烧器2具有锥形燃烧器喷嘴3，燃烧器喷嘴3的外部带有翼片4。燃料(黑色箭头)和空气(白色箭头)通过或沿着燃烧器2导入未示出的炉子。一种形式的已知火焰检测器1包括输送管5和光电元件，该光电元件的形式为安装在输送管5的前端处的光电二极管6。输送管5的前端位于燃烧器喷嘴3的孔处，所述孔指向炉子内部，即，指向燃烧室。该管还将冷气传送至光电二极管6，且包括为光电二极管6供电和传送光电二极管6所记录的数据信号的电缆。
另一种已知的火焰检测器1包括在管5前端处代替光电二极管的透镜7，该透镜7将炉子内部的火焰的光聚焦在位于输送管5内部的纤维光缆上。在这种情况下，光电元件在独立的外壳中位于输送管5的后端。光电元件经由透镜7和纤维光缆接收来自火焰的光。光电元件的外壳安装在炉子外部周围温度正常的地方。在光电元件的外壳内部设有信号调节单元。数据信号经由导线从信号调节单元传送至火焰检测模块并进一步传送至燃烧器/锅炉管理系统(BMS)。
然而，包括管和光电元件的光电管——具体是光电二极管——或安装在管前端处的透镜会需要对火焰评估的精确视线。
根据专利申请US2005/0266363A1还可以知道的是，使用光学纤维来收集和传输来自多道火焰的光，从而在光学纤维另一端通过视频摄像机视觉系统检查所收集的光，并将火焰辉光的“活动”图像以及燃烧器的“开/关”状态传送至控制室。
根据专利申请DE19632174A1，已知一种用于测量火焰、尤其是燃气轮机的燃烧室内的火焰的温度的装置，所述装置包括有光学传感器纤维，所述光学传感器纤维指向火焰并连接至光谱仪以分析火焰图像的分光光谱组成。
根据专利文献EP0616200B1和US2001/0014436A1，已知使用摄像机或其它扫描装置来监视炉子中的火焰。根据专利文献US5,249,954A，摄像机安装在观察管的后端，该观察管经过风箱伸入炉子。因此，摄像机通过观察管观察火焰。然而，来自火焰的烟灰会覆盖观察管的前端或摄像机定位其后的观察窗，这会导致摄像机的火焰检测能力变劣。
此外，可行的火焰检测器必须构造为使得它们能够经受高温，火焰温度通常在1500摄氏度左右，炉壁的壁温通常在几百摄氏度左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在燃烧过程中监视火焰的火焰检测器，利用所述火焰检测器，能够避免上述问题。
为了实现这个目的和本发明的进一步目的，所述进一步目的将在进行说明时变得更加显而易见，提供了一种用于在燃烧过程中监视火焰的火焰检测器，所述火焰检测器包括摄像机和输送管，其中所述摄像机布置于所述输送管的前端处，使得当所述输送管的前端安装在燃烧器喷嘴孔附近时，所述摄像机的光学入口指向火焰。所述燃烧器喷嘴孔定义为燃烧器喷嘴的指向炉子内火焰的孔。摄像机的光学入口优选包括为一个或多个透镜形式的光学装置。
通过使用摄像机，尤其是CCD(电荷耦合器件)摄像机或CMOS(互补对称金属氧化物半导体)摄像机或任何其它类型的电子摄像机，可以提供广视野的火焰图像。根据本发明的火焰检测器能够容易地分别通过再利用根据现有技术状态的火焰检测器的输送管(对照图1)以及用这种摄像机更换位于输送管前端处的光电二极管或透镜而应用于炉子或燃烧器中。这就方便了通过具有摄像机的基于图像的火焰检测器而对传统火焰检测器的翻新和替换，所述基于图像的火焰检测器提供改进性能。已知的对输送管的安装工序能够容易地应用于根据本发明的包括有摄像机的火焰检测器。优选地，传统的火焰检测器的各个光电二极管/透镜由导致根据本发明的火焰检测器的摄像机替换。
根据本发明的第一方面，输送管构造为使得其能够将冷却介质输送至摄像机，冷却介质优选为冷却空气。冷却介质优选提供为使得摄像机以及必要时一体的成像电子装置或电子电路能够保持在低于100摄氏度的温度。这允许摄像机和成像电子装置可靠地运作。
根据本发明的进一步方面，输送管设置为向摄像机供电。此外，输送管优选包括将所述摄像机所记录的数据传送至所述输送管的后端的一个或多个数据线缆。可以使用通常用于电信应用的数据线缆铜线或光学纤维。数据可以从所述输送管的后端通过相应的数据线缆进一步传送至一个或多个信号处理单元和/或燃烧器/锅炉管理系统。
根据本发明的另一个方面，所述管是柔性的，尤其是机械柔性的，使得其可以连接至倾斜式燃烧器喷嘴，该倾斜式燃烧器喷嘴的倾斜度可以进行调整，以在燃烧过程中控制炉子/锅炉的状态。所述输送管与所述燃烧器喷嘴之间的连接能够通过将所述输送管的前端焊接至所述燃烧器喷嘴、尤其是燃烧器喷嘴孔来实现。
对摄像机的数据输出进行处理的成像电子装置或电子电路优选在所述输送管的前端处与摄像机一体成型。然后将所处理过的数据(比如包括火焰的压缩图像)经由数据线缆传送至所述输送管的后端，可以进一步传送至燃烧器/锅炉管理系统，而无需任何进一步的中间信号处理单元，因而使得火焰监视的成本更为低廉。
可替代地，来自摄像机的未处理数据输出经由数据线缆、优选经由大容量数据链路通过所述输送管传送至信号处理单元以进行处理，所述信号处理单元优选安装在炉子的外部。成像电子装置构成信息处理单元的一部分。这使得在更少的空间和温度约束条件下也能够实现带有高复杂性图像处理系统的信号处理单元。
附图说明
本发明的进一步优点和应用能够在从属权利要求和以下对示出本发明的附图的说明中得到。在附图中，相同的附图标记表示全文多个特征的相同或相似的零件，其中：
图1示出了带有布置在燃烧器处的根据现有技术状态的火焰检测器的燃烧器的立体图，和
图2示出了带有根据本发明的火焰检测器的燃烧器的示意图。
具体实施方式
图1示出了带有根据现有技术状态的上述火焰检测器1的燃烧器。
图2示出了与图1中所示燃烧器的结构相同的燃烧器2。燃烧器2包括燃烧器喷嘴3，该燃烧器喷嘴3的燃烧器喷嘴孔指向炉子8的内部。在燃烧过程中，在炉子8内有至少一道火焰9在燃烧。燃烧器2包括将燃料和空气输入炉子8的导管10。
火焰检测器11分配给燃烧器2。火焰检测器11包括摄像机12和输送管13。摄像机12安装在输送管13的前端14处并指向炉子8的内部，也就是说摄像机12指向火焰9。输送管12的前端14安装在燃烧器喷嘴孔附近，该孔朝着炉子8的内部。优选地，输送管13的前端14安装在燃烧器喷嘴处，具体是安装在燃烧器喷嘴孔处。
输送管13设置为向摄像机12供电并向摄像机12输送冷气15。此外，输送管13包括数据线缆16，该数据线缆16用于将摄像机12记录的数据传送至信号处理单元17，处理过的数据从该信号处理单元17经由数据线缆18进一步传输至未示出的燃烧器/锅炉管理系统。
输送管13包括多个分支，比如冷气15通过一个分支进行传送，来自摄像机的数据通过另一个分支进行传送。
摄像机12可以在其前方、即在摄像机透镜或摄像机光学装置前方分别设置未示出的遮挡件，用于执行自检，尤其是定期自检。为了打开或关闭遮挡件，优选设置气动机构。
摄像机12包括未示出的光学装置，所述光学装置用于形成火焰9的图像。光学装置包括覆盖理想视野的透镜。当然，光学装置可以包括多个透镜。此外，光学装置优选包括用于获得不同预定光波长的火焰图像的图像切割器和/或波长滤波器。图像切割器的形式可以是并列布置的透镜。波长滤波器优选分配至各个图像切割器，波长滤波器也可以并列布置。波长滤波器例如可以包括：透过紫外光且阻挡可见红外光的UV波段滤波器；透过可见光且阻挡紫外光和红外光的VIS波段滤波器；以及透过红外光且阻挡可见光和紫外光的IR波段滤波器。摄像机12优选以预定帧频输出各个所选波长的灰度级图像。
应当理解，尽管这里对本发明的一些实施方式进行了图示和描述，但是本发明并不局限于所述和所示的具体实施方式。
附图标记目录
1：现有技术状态的火焰检测器
2：燃烧器
3：燃烧器喷嘴
4：翼片
5：输送管
6：光电二极管
7：透镜
8：炉子；燃烧室
9：火焰
10：用于空气和燃料的导管
11：根据本发明的火焰检测器
12：摄像机
13：输送管
14：输送管的前端
15：冷气
16：数据线缆
17：信号处理单元
18：数据线缆

Claims (6)

1.一种用于在燃烧过程中监视火焰(9)的火焰检测器，所述火焰检测器包括摄像机(12)、输送管(13)和倾斜式燃烧器喷嘴(3)，其中所述输送管(13)构造为使得其能够将冷却介质(15)输送至所述摄像机(12)，所述摄像机(12)布置于所述输送管(13)的前端(14)处，且所述输送管(13)的所述前端(14)安装在燃烧器喷嘴孔附近，使得所述摄像机(12)的光学入口指向火焰(9)，所述火焰检测器的特征在于，所述输送管(13)是柔性的，使得其能够连接至所述倾斜式燃烧器喷嘴(3)，所述输送管(13)包括多个分支，所述冷却介质(15)通过一个分支进行传送，来自所述摄像机(12)的数据通过另一个分支进行传送。
2.根据权利要求1所述的火焰检测器，其中，所述输送管(13)向所述摄像机(12)供电。
3.根据前述权利要求中任一项所述的火焰检测器，其中，所述输送管(13)包括将所述摄像机(12)所记录的数据传送至所述输送管(13)的后端的数据线缆(16)。
4.根据权利要求1所述的火焰检测器，其中，所述摄像机(12)设有遮挡件。
5.根据权利要求1所述的火焰检测器，其中，在所述输送管(13)的所述前端(14)处所述摄像机(12)一体成型有成像电子装置。
6.根据权利要求1所述的火焰检测器，其中，所述摄像机(12)是CCD摄像机或CMOS摄像机。
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