CN109323280A - 一种火焰长度检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火焰长度检测装置及检测方法,包括火检装置（4）,所述火检装置（4）包括火检镜头（4.1）、光纤（4.2）、火检探头（4.5）、保护套管（4.3）和冷却风系统（4.4），还包括行走移动装置（6）和火焰分析控制器（5.1），所述的火检装置（4）与行走移动装置（6）连接并在行走移动装置的带动下火检装置（4）中的火检镜头（4.1）可前后移动，所述的火焰分析控制器（5.1）与火检探头（4.5）电连接。针对上述检测装置，本发明还给出了检测方法。本发明能够检测火焰长度和闪烁特性等参数，且不受背景光干扰。

Description

一种火焰长度检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种喷射型燃烧火焰检测技术，具体是指一种火焰长度检测装置及检测方法。
背景技术
大型锅炉容量大、燃烧器数目多，就单个燃烧器来说，空气量和燃料的不均匀分配，将使燃烧器之间的火焰特性产生偏差，从而带来一系列不良后果，锅炉经常出现的灭火非停、燃烧不稳定、燃烧器烧损、结焦、飞灰可燃物含量高、NOx升高、一次风管堵塞和一次风管着火等现象，大都与此有关，火焰状态检测不充分导致火焰调整不好，给锅炉的安全节能运行带来一定的影响，当锅炉负荷过低或者煤质波动过大时，这种现象更为严重。影响燃烧器喷出火焰特性的主要因素包括一次风管的风量（风速）、粉量、煤质、细度等，火焰长度和闪烁特性的变化，反映了上述因素的变化，是非常重要的参数。
目前的火焰检测装置安装在炉膛侧壁固定位置，与火焰相对位置固定且大都与火焰轴线的角度过于平行，且距离较远,由于角度固定，只对准火焰的固定位置进行检测，因此，目前的火焰检测系统无法检测煤粉燃烧器喷出的火焰的长度和闪动特性等参数，只用于检测有火和无火状态，对精细化的火焰燃烧控制和煤质、细度波动的自动适应十分不利。同时，由于炉膛内背景光强烈，所检测到的火焰信号经常被炉膛内强烈的背景光干扰，且无法通过改变对火焰的检测位置加以验证，因此，经常因为背景光的干扰而出现误报等现象，给锅炉安全运行造成影响和威胁。这就需要研究一种能够检测火焰长度和闪烁特性等参数，且不受背景光干扰的火焰状态检测方法及装置。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种新的火焰长度检测装置及检测方法，通过这种方法能够检测火焰长度和闪烁特性等参数，且不受背景光干扰。
本发明是通过如下技术方案实现的，首先提供一种火焰长度检测装置,包括火检装置,所述火检装置包括火检镜头、光纤、火检探头、保护套管和冷却风系统，还包括行走移动装置和火焰分析控制器，所述的火检装置与行走移动装置连接并在行走移动装置的带动下火检装置中的火检镜头可前后移动，所述的火焰分析控制器与火检探头电连接。
作为优选，所述的行走移动装置为丝杠螺母传动机构，所述的丝杠螺母传动机构包括底座、丝杠、螺母、导轨、电机和电机控制器，所述的导轨固定在底座上，所述的丝杠与电机的输出轴轴接，螺母与丝杠相配，导轨上的滑块与螺母连接以限制其旋转，所述的螺母还与保护套管固定连接，所述的电机控制器输出的信号中包括火检镜头的位置信息且与火焰分析控制器电连接，所述的电机控制器和火焰分析控制器封装在一起构成控制器，所述的火焰分析控制器为PLC控制器或单片机控制器。在本优选方案中，丝杠旋转带动螺母前后移动，并带动光纤镜头在炉膛内移动，光纤镜头对着火焰并移动，在移动中对火焰进行扫描检测，采集火焰各位置的光信号，经过光纤输入到火检探头，并输出有光信号转换成的电流信号。
作为优选，所述的电机为步进电机、伺服电机或直线电机中的一种，所述的电机控制器为与之相对应的电机控制器。
作为优选，所述的保护套管与炉膛墙壁之间设有密封装置，所述的密封装置为气力密封装置或密封圈密封装置。
作为另一种优选方案，所述的行走移动装置为气缸移动装置，包括有气缸和位移传感器，其中所述的气缸与保护套的外端连接，所述的位移传感器与火焰分析控制器电连接。
作为优选，所述的火检探头内安装有红外线感光元件或/和可见光感光元件。
作为优选，所述的行走移动装置带动火检镜头移动时为匀速运动。
本发明还提供了一种火焰长度检测方法，采用上述的一种火焰长度检测装置，包括以下步骤：
a）计算火焰频率，火焰分析控制器高速采集火焰电流信号，自动记录在一个周期内火焰电流峰值出现次数，根据下述公式计算火焰频率，
，
F表示单位时间火焰频率数值，单位Hz；
N表示在一个计算周期内火焰信号电流峰值出现的次数；
b）计算火焰长度根据火检镜头的位置信息和火焰频率信息，以下公式可计算火焰长度，
，
；
位置数据可从步进电机位移数据或位移传感器数据计算出；
火焰位置判读,可根据火焰频率变化率计算判断,背景光的频率与火焰的频率不同,火焰各段的频率也不同。
综上所述，本发明中光纤镜头以对准燃烧器喷出火焰的中心轴，也可以在一定范围内移动，移动的轴向范围包括从喷嘴出口到火焰尽头。光纤置于保护套管内，并伴有冷却风，防止烧坏光纤。根据火焰特点火检主要采集可见光和红外光，所有光线都进入镜头，火检探头内安装红外线感光元件或/和可见光感光元件，就采集红外线光或/和可见光，并转化成电流信号。电机控制器或位置传感器将镜头位置信号输入火焰分析控制器，火检探头将光线电流信号输入火焰分析控制器，根据沿探头轴向移动过程中探测到的火检探头输出电流和变化电流变化，结合位置信息，计算火焰长度、燃烧过渡区位置、闪烁频率等指标，可以输出4-20mA标准信号（火焰长度、燃烧过渡区位置、连续的局部的火焰频率），也可以连续输出火焰强度信号，也可以连续输出火焰闪烁频率信号。
根据现场测试、燃烧理论和公知常识可知，火焰从煤粉喷射出喷口到燃烬区的轴向长度中，从煤粉尚未燃烧、煤粉点燃过渡、煤粉完全燃烧、煤粉燃烬和背景光的各个长度阶段，火焰亮度、火焰温度、火焰频率、火焰强度、火焰AC振幅等光线特性有一定区别，光线进入镜头，并最终由探头转换成电流信号能反应上述区别，火焰分析控制器根据电流信号分析出这微小的差别，再根据火检光纤镜头前后的位置信息就可计算出火焰长度、燃烧过渡区位置、火焰闪烁频率等特性。
附图说明
图1为本发明一种火焰检测装置结构示意图；
图中所示：
1、炉膛墙壁，2、燃烧器喷嘴，3、火焰，4、火检装置，4.1、火检镜头，4.2、光纤，4.3、保护套管，4.4、冷却风系统，4.5、火检探头，5、控制器，5.1、火焰分析控制器、5.2、电机控制器，6、行走移动装置，6.1、底座，6.2、丝杠、6.3、螺母，6.4、导轨。
具体实施方式
为能清楚说明本发明方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进一步阐述。
一种火焰长度检测装置,包括火检装置4,所述火检装置4包括火检镜头4.1、光纤4.2、火检探头4.5、保护套管4.3和冷却风系统4.4，其特征在于，还包括行走移动装置6和火焰分析控制器5.1，所述的火检装置4与行走移动装置6连接并在行走移动装置的带动下火检装置4中的火检镜头4.1可前后移动，所述的火焰分析控制器5.1与火检探头4.5电连接。
如图1中所示，在本实施例中，所述的行走移动装置6为丝杠螺母传动机构，所述的丝杠螺母传动机构包括底座6.1、丝杠6.2、螺母6.3、导轨6.4、电机6.5和电机控制器5.2，所述的导轨6.4固定在底座6.1上，所述的丝杠6.2与电机6.5的输出轴轴接，螺母6.3与丝杠6.2相配，导轨6.4上的滑块与螺母6.3连接以限制其旋转，所述的螺母6.3还与保护套管4.3固定连接，所述的电机控制器5.2输出的信号中包括火检镜头4.1的位置信息且与火焰分析控制器5.1电连接，所述的电机控制器5.2和火焰分析控制器5.1封装在一起构成控制器5，所述的火焰分析控制器5.1为PLC控制器。
所述的电机6.5为步进电机，所述的电机控制器5.2为与之相对应的步进电机控制器，所述的保护套管4.3与炉膛墙壁1之间设有密封装置，所述的密封装置为气力密封装置，所述的火检探头4.5内安装有红外线感光元件和可见光感光元件，所述的行走移动装置6带动火检镜头4.1移动时为匀速运动。
针对上述火焰检测装置，其火焰长度检测方法包括以下步骤：
a）计算火焰频率，火焰分析控制器5.1高速采集火焰电流信号，自动记录在一个周期内火焰电流峰值出现次数，根据下述公式计算火焰频率，
，
F表示单位时间火焰频率数值，单位Hz；
N表示在一个计算周期内火焰信号电流峰值出现的次数；
b）计算火焰长度根据火检镜头4.1的位置信息和火焰频率信息，以下公式可计算火焰长度，
，
；
位置数据可从步进电机位移数据或位移传感器数据计算出；
火焰位置判读,可根据火焰频率变化率计算判断,背景光的频率与火焰的频率不同,火焰各段的频率也不同。
最后，还应说明，上述举例和说明也并不仅限于上述实施例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式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，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围，例如所用到的电机也可以是私服电机，所述的行走移动装置也可以是采用直线电机或气缸加位置传感器的方式来实现，再次说明，上述实施例只是给出了随意举了一个目前常用的实施方式。

Claims (8)

1.一种火焰长度检测装置,包括火检装置（4）,所述火检装置（4）包括火检镜头（4.1）、光纤（4.2）、火检探头（4.5）、保护套管（4.3）和冷却风系统（4.4），其特征在于，还包括行走移动装置（6）和火焰分析控制器（5.1），所述的火检装置（4）与行走移动装置（6）连接并在行走移动装置的带动下火检装置（4）中的火检镜头（4.1）可前后移动，所述的火焰分析控制器（5.1）与火检探头（4.5）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的行走移动装置（6）为丝杠螺母传动机构，所述的丝杠螺母传动机构包括底座（6.1）、丝杠（6.2）、螺母（6.3）、导轨（6.4）、电机（6.5）和电机控制器（5.2），所述的导轨（6.4）固定在底座（6.1）上，所述的丝杠（6.2）与电机（6.5）的输出轴轴接，螺母（6.3）与丝杠（6.2）相配，导轨（6.4）上的滑块与螺母（6.3）连接以限制其旋转，所述的螺母（6.3）还与保护套管（4.3）固定连接，所述的电机控制器（5.2）输出的信号中包括火检镜头（4.1）的位置信息且与火焰分析控制器（5.1）电连接，所述的电机控制器（5.2）和火焰分析控制器（5.1）封装在一起构成控制器（5），所述的火焰分析控制器（5.1）为PLC控制器或单片机控制器。
3.根据权利要求2所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的电机（6.5）为步进电机、伺服电机或直线电机中的一种，所述的电机控制器（5.2）为与之相对应的电机控制器。
4.根据权利要求1所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的保护套管（4.3）与炉膛墙壁（1）之间设有密封装置，所述的密封装置为气力密封装置或密封圈密封装置。
5.根据权利要求1所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的行走移动装置（6）为气缸移动装置，包括有气缸和位移传感器，其中所述的气缸与保护套（4.3）的外端连接，所述的位移传感器与火焰分析控制器（5.1）电连接。
6.根据权利要求1所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的火检探头（4.5）内安装有红外线感光元件或/和可见光感光元件。
7.根据权利要求1所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，所述的行走移动装置（6）带动火检镜头（4.1）移动时为匀速运动。
8.一种火焰长度检测方法，采用权利要求1至7中所述的一种火焰长度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
a）计算火焰频率，火焰分析控制器（5.1）高速采集火焰电流信号，自动记录在一个周期内火焰电流峰值出现次数，根据下述公式计算火焰频率，
，
F表示单位时间火焰频率数值，单位Hz；
N表示在一个计算周期内火焰信号电流峰值出现的次数；
b）计算火焰长度根据火检镜头（4.1）的位置信息和火焰频率信息，以下公式可计算火焰长度，
，
；
位置数据可从步进电机位移数据或位移传感器数据计算出；
火焰位置判读,可根据火焰频率变化率计算判断,背景光的频率与火焰的频率不同,火焰各段的频率也不同。
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