CN102261670A - 锅炉智能火焰监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锅炉智能火焰监测仪，应用于具有多个燃烧器的锅炉装置中，其包括用以检测所述燃烧器的火焰的火焰探头，用以将接收到的火焰信号进行放大后输出的放大模块，用以控制放大模块的放大量的增益控制模块，用于提供滤波型式、中心频率及Q值并输出滤波信号的滤波模块以及数字处理模块；所述数字处理模块接收到滤波信号后进行模数转换后，经傅里叶变换，得到当前火焰幅度和频率，并跟踪上一次采样值火焰幅度和频率，比较当前火焰和上一次火焰的幅度和频率，并参照邻近燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态，进一步给出增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值，以解决现有技术中的“偷看”“漏看”的难题。

Description

锅炉智能火焰监测仪

技术领域

本发明涉及一种锅炉火焰监测技术，特别是涉及一种应用在锅炉火焰监测领域中的智能滤波以及火焰燃烧自动跟踪的锅炉火焰监测仪。

背景技术

当前，在对具有多个多燃烧器的锅炉进行火焰监测中，由于相邻燃烧器火焰会相互干扰，使得被检燃烧器的火焰检测存在着“偷看”、“漏看”的困扰。多年以来在火焰监测领域中，为解决上述问题，主要采用以下几种方法，但效果不佳。

将探头远离炉墙安装，它是依靠改变安装角度，避开背景光的方式实现的。但存在以下两个问题：

1)由于炉外杂散光和炉内斜射光的干扰，降低了对火焰检测的分辨能力，为排除上述干扰，在主机调试时就要将基点电位提高，以达到消除杂散信号的目的，同时也降低了火焰检测中较弱火燃信号的检测精度，使保护装置在锅炉不稳定运行的时候所投入的闭环可靠性明显降低，容易出现保护误报。

2)火焰检测采取远离炉膛的安装方式，接收炉内火焰信号的夹角变小(实际情况下只有15-20°)。因此，锅炉在低负荷、燃烧不稳、火焰中心偏移等情况下运行，火焰检测容易发出炉内无火信号，导致保护误报。

随着近年来由于微处理器技术的飞速发展，带动了火焰监测设备的更新换代。国际上先进的火焰监测仪在硬件上具有选频滤波，在软件上对火焰的判定一般都具有“有火学习”和“无火学习”的功能，为有效解决“偷看”、“漏看”的难题带来了光明。但是，根据现场使用还有下述问题存在：

1)现场调试困难，且还须依赖调试工程师的经验，对增益、频带、门槛等值进行手工设定，如此以来则需要花费很多的人力成本，且也很难避免造成人为失误。

2)在锅炉燃烧过程中，由于燃料成份的变化及其它的干扰因素，使火焰强度、频率等参数发生变化，偏移了调试时的设定值，产生误报。

所以，如何提供一种锅炉智能火焰监测设备，有效的检测到火焰的燃烧状态，为解决现有技术中的“偷看”、“漏看”的难题，已经成为相关领域之业者目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锅炉智能火焰监测仪，用以解决现有技术中的“偷看”、“漏看”的难题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锅炉智能火焰监测仪，应用于具有多个燃烧器的锅炉装置中，其特征在于，所述锅炉智能火焰监测仪至少包括：火焰探头，放大模块，增益控制模块，滤波模块，以及数字处理模块。其中，所述火焰探头用以检测所述燃烧器的火焰，并输出火焰信号；所述放大模块连接所述火焰探头，用以将接收到的火焰信号进行放大后输出；所述增益控制模块连接所述放大模块，用以控制所述放大模块的放大量；所述滤波模块连接所述放大模块和增益控制模块，用于依据所述放大模块输出的放大信号提供滤波型式、中心频率及Q值，并对所述放大信号进行滤波后输出滤波信号；所述数字处理模块连接所述滤波模块和增益控制模块，接收到所述滤波信号后进行模数转换，将转换后的数字信号，经傅里叶变换，以得到当前火焰幅度和频率，同时跟踪上一次采样值火焰幅度和频率，比较当前火焰幅度和频率以及上一次火焰幅度和频率，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值。

在本发明的锅炉智能火焰监测仪中，所述滤波模块包括通带控制单元和滤波单元，其中，所述通带控制单元连接所述增益控制模块，用以提供滤波型式、中心频率及Q值。所述滤波单元连接所述放大模块以及通带控制模块，用以滤波输出。

在本发明的锅炉智能火焰监测仪中，所述数字处理模块还包括AD转换单元、自动跟踪单元、模式识别单元、数据库、以及I/O接口单元。其中，所述AD转换单元连接所述滤波单元，用以将模拟信号转换为数字信号后输出。所述自动跟踪单元连接所述通带控制单元和增益控制模块，用以跟踪上一次采样值火焰幅度和频率，并将确定的本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值。所述模式识别单元连接所述AD转换单元、自动跟踪单元以及数据库，用以接收到的滤波信号转换为的数字信号，经傅里叶变换后，比较当前火焰幅度和频率以及上一次火焰幅度和频率，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态。所述数据库用以储存上一次火焰幅度和频率以及当前火焰幅度和频率。所述I/O接口单元用以连接人机界面，并输出一开关量以及模拟量。

如上所述，本发明的锅炉智能火焰监测仪与现有技术相比，将探头改为封闭式安装，并利用微处理器技术以及自动跟踪技术，根据自动跟踪技术得到的参数判定火焰燃烧状态变化，进一步采用智能滤波技术，得到有效的火焰燃烧状态，为解决“偷看”、“漏看”的难题提供了更有效的方法，而且减轻了现场调试的工作量，并免除了因燃料变化或其它干扰因素而引起的误报，而有效克服了现有技术中的种种缺点。

附图说明

图1显示为本发明锅炉智能火焰监测仪的系统框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，图1显示为本发明锅炉智能火焰监测仪的系统框图；需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目绘制，其实际实施时其组件布局型态也可能更为复杂。

如图所示，本发明提供一种锅炉智能火焰监测仪1，应用于具有多个燃烧器的锅炉装置中，其特征在于，所述锅炉智能火焰监测仪1至少包括：火焰探头11，放大模块12，增益控制模块13，滤波模块14，以及数字处理模块15。

所述火焰探头11用以检测所述燃烧器的火焰，并输出火焰信号；于本实施方式中，所述火焰探头11为封闭式安装。

所述放大模块12连接所述火焰探头11，用以将接收到的火焰信号进行放大后输出；于本实施方式中，所述放大模块12为一放大电路。

所述增益控制模块13连接所述放大模块12，用以控制所述放大模块12的放大量；于本实施方式中，所述增益控制模块13为一增益控制电路，即利用线性放大和压缩放大的有效组合对所述放大模块12输出的放大信号进行调整。当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。

所述滤波模块14连接所述放大模块12和增益控制模块13，用于依据所述放大模块12输出的放大信号提供滤波型式、中心频率及Q值，并对所述放大信号进行滤波后输出滤波信号；于本实施方式中，所述滤波模块14包括通带控制单元141和滤波单元142，其中，所述通带控制单元141连接所述增益控制模块13，用以提供滤波型式、中心频率及Q值。所述滤波单元142连接所述放大模块12以及通带控制模块141，用以滤波输出。于本实施方式中，所述通带控制模块141由可编程接口与数据锁存器(八D触发器)连接组成。所述滤波单元142为可编程滤波器。

所述数字处理模块15连接所述滤波模块14和增益控制模块13，接收到所述滤波信号后进行模数转换，将转换后的数字信号，经傅里叶变换(FFT)，以得到当前火焰幅度(Pn)和频率(Fn)，同时跟踪上一次采样值火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)，比较当前火焰幅度(Pn)和频率(Fn)与上一次火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值。

需要特别说明是的是，所述数字处理模块15的工作流程为：首先读所述AD转换单元输出的AD转换值，再采样16点，经傅里叶变换(FFT变换)，得到当前火焰幅度(Pn)和频率(Fn)，自所述数据库154中读取上一次火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)，然后计算ΔF＝Fn-Fn-1；ΔP＝Pn-Pn-1。判断ΔF是否大于初始设定的参数，判断ΔP＞是否大于初始设定的参数，再判断相邻于所述火焰探头的燃烧器是否有火焰，而最终确定增益系数，滤波滤波型式、中心频率及Q值。

于本实施方式中，所述数字处理模块15还包括AD转换单元151、自动跟踪单元152、模式识别单元153、数据库154、以及I/O接口单元155。

所述AD转换单元连接所述滤波单元142，用以将模拟信号转换为数字信号后输出。于本实施方式中，所述AD转换单元为一将模拟信号转换为数字信号的转换电路。

所述自动跟踪单元152连接所述通带控制单元141和增益控制模块13，用以跟踪上一次采样值火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)，并将确定的本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块13的增益参数和通带控制模块141的滤波型式、中心频率及Q值。

所述模式识别单元153连接所述AD转换单元151、自动跟踪单元152以及数据库154，用以接收到的滤波信号转换为的数字信号，经傅里叶变换后，比较当前火焰幅度(Pn)和频率(Fn)以及上一次火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态。于本实施方式中，相邻燃烧器的火焰状态由所述I/O接口单元155连接的RS485总线通信得到。

所述数据库154用以储存上一次火焰幅度(Pn-1)和频率(Fn-1)以及当前火焰幅度(Pn)和频率(Fn)。

所述I/O接口单元155用以连接人机界面，并输出一开关量16以及模拟量17。所述I/O接口单元155连接的人机界面，具体的，所述人机界面为输出装置及输入装置，于本实施方式中所述输出装置为LCD显示器18，所述输入装置为键盘19，需要特别说明的是，所述I/O接口单元155还连接有RS485总线通信20，用以由RS485总线通信20得到相邻燃烧器的火焰状态。

综上所述，本发明的锅炉智能火焰监测仪将探头改为封闭式安装，并利用微处理器技术以及自动跟踪技术，根据自动跟踪技术得到的参数判定火焰燃烧状态变化，进一步采用智能滤波技术，得到有效的火焰燃烧状态，为解决“偷看”、“漏看”的难题提供了更有效的方法，而且减轻了现场调试的工作量，并免除了因燃料变化或其它干扰因素而引起的误报，因而，与现有技术相比，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种锅炉智能火焰监测仪，应用于具有多个燃烧器的锅炉装置中，

其特征在于，所述锅炉智能火焰监测仪至少包括：

火焰探头，用以检测所述燃烧器的火焰，并输出火焰信号；

放大模块，连接所述火焰探头，用以将接收到的火焰信号进行放大后输出；

增益控制模块，连接所述放大模块，用以控制所述放大模块的放大量；

滤波模块，连接所述放大模块和增益控制模块，用于依据所述放大模块输出的放大信号提供滤波型式、中心频率及Q值，并对所述放大信号进行滤波后输出滤波信号；

数字处理模块，连接所述滤波模块和增益控制模块，接收到所述滤波信号后进行模数转换，将转换后的数字信号，经傅里叶变换，以得到当前火焰幅度和频率，同时跟踪上一次采样值火焰幅度和频率，比较当前火焰幅度和频率以及上一次火焰幅度和频率，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值。

2.根据权利要求1所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述滤波模块包括通带控制单元和滤波单元。

3.根据权利要求2所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述通带控制单元连接所述增益控制模块，用以提供滤波型式、中心频率及Q值。

4.根据权利要求2所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述滤波单元连接所述放大模块以及通带控制模块，用以滤波输出。

5.根据权利要求2所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述数字处理模块还包括AD转换单元、自动跟踪单元、模式识别单元、数据库、以及I/O接口单元。

6.根据权利要求5所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述AD转换单元连接所述滤波单元，用以将模拟信号转换为数字信号后输出。

7.根据权利要求5所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述自动跟踪单元连接所述通带控制单元和增益控制模块，用以跟踪上一次采样值火焰幅度和频率，并将确定的本燃烧器的火焰状态，进一步给出所述增益控制模块的增益参数和通带控制模块的滤波型式、中心频率及Q值。

8.根据权利要求5所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述模式识别单元连接所述AD转换单元、自动跟踪单元以及数据库，用以接收到的滤波信号转换为的数字信号，经傅里叶变换后，比较当前火焰幅度和频率以及上一次火焰幅度和频率，以及参照相邻于所述火焰探头的燃烧器的火焰状态来确定本燃烧器的火焰状态。

9.根据权利要求5所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述数据库用以储存上一次火焰幅度和频率以及当前火焰幅度和频率。

10.根据权利要求5所述的锅炉智能火焰监测仪，其特征在于：所述I/O接口单元用以连接人机界面，并输出一开关量以及模拟量。