CN111928293A - 一种火焰检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰检测方法及系统，属于火焰检测技术领域，用于解决目前火焰检测针对性不强、检测精度低的技术问题，此方法具体包括步骤：1)实时检测锅炉的燃烧工况；2)根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；3)根据选择的参数组对火焰进行检测。本发明具有检测针对性强、检测精度高且自动化程度高等优点。

Description

一种火焰检测方法及系统

技术领域

本发明主要涉及火焰检测技术领域，特指一种火焰检测方法及系统。

背景技术

当今大部分火焰检测技术，一般在锅炉运行时需要设置对应的参数组，这个参数组既要适应当前负荷状况，又要满足对其它负荷状况火焰的检测。例如，在平均负荷时设置的参数，既要检测平均负荷火焰，又要检测低负荷和高负荷时的火焰。这就很难保证在锅炉各种燃烧情况下对火焰检测的正确性，即使能够检测不同状况时的火焰，效果也是差强人意。另外由于机组运行时背景工况的不确定性，使众多国内、外品牌的火焰检测器在如何提供单火嘴鉴别能力上构成了无法逾越的屏障，而没有稳定可靠的单火嘴鉴别能力势必给锅炉的安全运行带来极大隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种火焰检测针对性强、检测精度高且自动化程度高的火焰检测方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种火焰检测方法，包括步骤：

1)实时检测锅炉的燃烧工况；

2)根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

3)根据选择的参数组对火焰进行检测。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤1)中，所述燃烧工况包括燃料类型或/和负荷，其中负荷包括低负载、平均负荷和高负荷三种情况。

在步骤2)中，所述参数组包括火焰检测背景值、低切断频率、高切断频率、增益值中的一种或多种。

在步骤3)中，在对火焰进行检测时，根据锅炉的背景工况进行火焰跟踪，以实现单一火焰的检测。

在步骤3)中，在对火焰进行检测时，进行火焰光谱自动分析，给出适合对应火嘴的低切断频率和高切断频率值，将低于低切断频率的火焰信号滤除，同时将高于高切断频率的火焰信号滤除。

本发明还公开了一种火焰检测系统，包括

工况检测单元，用于实时检测锅炉的燃烧工况；

参数选择单元，用于根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

火焰检测单元，用于根据选择的参数组对火焰进行检测。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述火焰检测单元包括紫外线型感应检测器探头或者红外线型感应检测器探头，其中紫外线型感应检测器探头用来检测燃油火焰、燃气火焰或者燃油燃气两种燃料共同使用时火焰所产生的紫外脉冲信号；其中红外线型感应检测器探头用来检测燃油火焰、燃气火焰或者燃油燃气两种燃料共同使用时火焰所产生的闪烁信号。

还包括参数管理单元，通过多点MODBUS网络，连接整台锅炉上的参数选择单元，实现对所有火焰检测的统一管理；包对所有参数的组态和存档：每个被连接单元的参数上载、存储以及下载。

所述火焰检测单元包括数字滤波器，用于通过低切断频率、高切断频率和增益值的选择对火焰进行处理。

所述火焰检测单元的输出结果包括火焰信号、火焰状态、边际报警中的一种或多种，其中边际报警及火焰状态信号是由火焰信号产生的。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明根据不同的燃料工况进行参数的自动选择，针对不同燃烧工况分别选择不同参数组，而且可以根据当时的背景工况进行火焰跟踪，以实现对火焰检测的一一对应(例如，在平均负荷时是一组参数，在低负荷和高负荷工况时是另外不同参数组)，而且每一组参数的切换是根据锅炉实际运行状况自动完成，无需手动，正是由于实现了对火焰在不同工况下具有针对性的监测，使火焰检测得到了非常好效果。

本发明的参数管理单元通过多点MODBUS网络，连接整台锅炉上的双放大器智能单元，实现对所有火焰检测的统一管理；管理包括：所有参数的组态和存档：每个被连接单元的参数可以上载、存储，以及在以后更换时下载；所有被连接单元有关硬件的报警，全部记录下来，以供今后评价分析；每个火焰的信号趋势，都能显示和记录，以供在线和以后的分析；辅助智能单元计算最佳检测参数；显示和存储火焰光谱，为今后进行火焰分析提供强有力的手段；通过此参数管理单元，工作人员只需要一台电脑，就能够很轻松地在办公室监视和管理所有的火焰检测器的运行，同行还可以随时修改组态以适合运行中的特殊情况和要求，省去了诸多到锅炉现场和主控室的繁劳，真正实现了生产管理的自动化。

附图说明

图1为本发明的方法在实施例的流程图。

图2为本发明的系统在实施例的方框图。

图3为本发明实施例中“闪烁信号放大器”火焰频率信号分析功能图。

图4为本发明实施例中紫外信号通道脉冲计数器功能图。

图5为本发明实施例中逻辑与、或内部联接功能图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的火焰检测方法，包括步骤：

1)实时检测锅炉的燃烧工况；

2)根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

3)根据选择的参数组对火焰进行检测。

本发明根据不同的燃料工况进行参数的自动选择，针对不同燃烧工况分别选择不同参数组，而且可以根据当时的背景工况进行火焰跟踪，以实现对火焰检测的一一对应(例如，在平均负荷时是一组参数，在低负荷和高负荷工况时是另外不同参数组)，而且每一组参数的切换是根据锅炉实际运行状况自动完成，无需手动，正是由于实现了对火焰在不同工况下具有针对性的监测，使火焰检测得到了非常好效果。

本实施例中，在步骤1)中，燃烧工况包括燃料类型或/和负荷，其中负荷包括低负载、平均负荷和高负荷三种情况；其中燃料类型包括燃油、燃气或者两种的混合物；另外也包括锅炉是处于启动阶段或者正常平稳运行阶段等。当然，也可以根据实际情况选择不同的燃烧工况。上述燃烧工况可以由锅炉对应的控制器直接得到。

本实施例中，在步骤2)中，参数组包括火焰检测背景值、低切断频率、高切断频率、增益值中的一种或多种。当然，在其它实施例中，也可以采用其它类型的参数值。

本实施例中，在步骤3)中，在对火焰进行检测时，根据锅炉的背景工况进行火焰跟踪，以实现单一火焰的检测；另外在对火焰进行检测时，进行火焰光谱自动分析，给出适合对应火嘴的低切断频率和高切断频率值，将低于低切断频率的火焰信号滤除，同时将高于高切断频率的火焰信号滤除。

如图2所示，本发明还公开了一种火焰检测系统，包括

工况检测单元，用于实时检测锅炉的燃烧工况；

参数选择单元，用于根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

火焰检测单元，用于根据选择的参数组对火焰进行检测。

本发明的火焰检测系统，用于执行如上所述的检测方法，同样具有如上方法所述的优点，而且结构简单。

本实施例中，火焰检测单元包括紫外线型感应检测器探头或者红外线型感应检测器探头。其中紫外线(UV)型感应检测器探头用来检测燃油、燃气火焰，或两种燃料共同使用时火焰所产生的紫外脉冲信号。检测光谱范围从190纳米到550纳米，可以在任何负荷情况下，在被检测火焰和从其它火焰来的干扰辐射之间，提供极好的辨别能力。红外线(IR)型感应检测器探头用来检测燃油、燃气火焰，或两种燃料共同使用时火焰所产生的闪烁信号，检测光谱范围从600纳米到3000纳米，它只接收由于燃料在燃烧时湍流而引起的闪烁部分的火焰信号，即燃烧的动态辐射部分。上述两种探头均具有自检功能，保护等级为IP66，结实坚固，以保证能在燃烧器喷嘴附近恶劣的环境中工作，并且可以在线更换。

本实施例中，参数选择单元采用双放大器智能单元(当然，也可以选择三放大器或更多放大器的智能单元)。其中双放大器智能单元是基于微处理器的放大设备，具有同时接收两个检测器探头信号的能力，从每个探头来的信号送入它自己独立的通道，每个通道又有其自己的火焰继电器，以及可用户现场设置的0～10V或4～20mA的模拟输出。同时性能卓越的自诊断功能的持续运行保证了燃烧器控制的安全可靠。每4个单元装在一个安装支架内，所有支架又统一装在机柜内。上述双放大器智能单元能够根据不同的燃料工况进行参数的自动选择、同时具有自动扫描功能及数据库，下面分别进行介绍：

根据不同的燃料工况进行参数的自动选择：火焰检测系统具有独特的参数选择功能，针对不同燃烧工况分别选择不同参数组，而且可以根据当时的背景工况进行火焰跟踪，以实现对火焰检测的一一对应(例如，在平均负荷时是一组参数，在低负荷和高负荷工况时是另外不同参数组)，而且每一组参数的切换是根据锅炉实际运行状况自动完成，无需手动。正是由于实现了对火焰在不同工况下具有针对性的监测，使火焰检测得到了非常好效果。

除了对背景火焰进行处理外，还引入了火焰光谱的自动分析技术，给出适合本火嘴的低切断频率和高切断频率值，它既能将低于低切断频率的火焰信号滤除，也能将高于高切断频率的火焰信号滤除。由于炉膛内的火焰和热管壁基本属于静态辐射，即使其火焰信号再强，但频率却远远低于低频率切断值，信号被滤除。其它火嘴的火焰由于绝大部分都是尾部对被检测火嘴有影响，频率值也较低，同样被滤除；这样就保证了火焰检测器只采集本火嘴的火焰信号，极大提高了检测准确度。

有一点需要说明的是，上面提到的频率是指闪烁(Flicker)频率，它和有些火焰检测器中的脉冲(Pulse)频率有本质区别，前者是燃料混合物火焰燃烧所特有的属性，而后者只是对火焰强度的一种表示方法。另外，由于参数选择功能对火焰检测的适应性强涉及范围广的特点，它还能完成对一些运行中特殊情况的有效监测，例如燃料变化时和燃烧不稳定时的火焰检测。

自动扫描功能及数据库：系统的参数设置，是通过双放大器智能单元内的微处理器自动扫描完成的，对于某一种特定工况，处理器只要经过有火和无火扫描后的计算，就能准确给出实现对当前这种工况的火焰检测的背景值、低切断频率、高切断频率以及增益值等参数，无需再手工设置，更无需像传统火检那样由于运行工况变化和燃料的变化而不断“学习”而频繁调整参数。由于操作异常简便，而且参数设置更具有科学性，所以一旦设置完成，以后几乎不再需要更改，在保证了检测准确性的同时，又大大减少了火检的维护量。每一参数组是在数据库中选择的，数据库是本智能单元体的核心内容，它并不只是简单地包括了火焰燃烧的参数，而是一套软件包，其内容函盖了对不同锅炉型式、不同燃烧技术、不同燃料特性以及燃烧时可能出现的各种状况的综合。

本实施例中，还包括参数管理单元，参数管理单元通过多点MODBUS网络，连接整台锅炉上的双放大器智能单元，实现对所有火焰检测的统一管理。其主要性能是：所有参数的组态和存档：每个被连接单元的参数可以上载、存储，以及在以后更换时下载。所有被连接单元有关硬件的报警，全部记录下来，以供今后评价分析。每个火焰的信号趋势，都能显示和记录，以供在线和以后的分析。辅助智能单元计算最佳检测参数。显示和存储火焰光谱，为今后进行火焰分析提供强有力的手段。通过此参数管理单元，工作人员只需要一台电脑，就能够很轻松地在办公室监视和管理所有的火焰检测器的运行，同行还可以随时修改组态以适合运行中的特殊情况和要求，省去了诸多到锅炉现场和主控室的繁劳，真正实现了生产管理的自动化。

下面结合一完整的具体实施例对上述内容做进一步说明：

双放大器智能单元能够同时处理从两个完全独立的火焰探头输送来的信号，每个通道能处理火焰信号，具体包括闪烁输出检测器单元或/和脉冲输出检测器单元，下面分别进行说明：

1、闪烁放大器型火焰探头工作原理

闪烁放大器型火焰探头的原理是由探头中的检测元件对火焰中红外线的闪烁效应进行检测。如图3所示，在双放大器智能单元中，由一个数字滤波器对火焰探头送来的信号进行处理。该数字滤波器的高、低频切断频率和增益均是可调整的。这些过滤器参数由应用于微处理器的智能处理软件管理，并且运用对数转换器(分贝转换器)处理信号，以增加信号处理的动态范围。最终的检测结果拥有很大的动态范围和非常可靠的信号值，并能很好的防止其他燃烧器的影响。此检测结果减去炉膛背景强度就得到了实际使用的火焰信号强度输出，该信号同时用于产生有火/无火二进制火焰状态信号及预报警。

由于火焰闪烁频率要受到燃烧器类型不同、观测火焰的区域不同以及燃烧技术(例如低氮化物燃烧器)不同的影响，相应的数字滤波器的高、低频切断频率可以在以下所述的80种组合中选择。

低频切断频率(LF)在20至640Hz间有16档。

高频切断频率(HF)由5档设置，0.5、1、2、4和8。两者的关系如下：HF＝1.5×LF；HF＝2×LF；HF＝3×LF；HF＝5×LF；HF＝9×LF。

上述丰富的参数选择范围，能够完全满足多种形式的燃烧器类型、燃料以及工况变化，或者调整不同的检测标准如单火嘴鉴别(高频率范围)或检测炉膛火球(低频率范围)。

可以通过以下两种手段来设置滤波器的高、低切断频率和背景值：

1、手动设定：在任何时候，都可以通过菜单设置新的参数值。

2、自动调整：优化参数，LF,HF和B,从处理描述“有火”及“无火”输入基于高比率结果。

当待检的燃烧器停运时，处理器将分析此时火检探头接收到的光谱，并扫描参数库中的每一种滤波器低频切断频率。每一种低频切断频率都会运行一段时间以保证信号的稳定和火焰信号值的存储。

在扫描过程中，火焰信号继电器的输出被强制为“OFF”。

当待检的燃烧器投运时，重复以上扫描过程。

在扫描过程中，火焰信号继电器的输出被强制为“ON”。

每一次扫描需要20秒。当以上扫描结束后，使用“自动调整”功能，双放大器智能单元将自动计算滤波器高、低切断频率(LF和HF)和背景值(BK)。自动调整功能将根据燃烧器停运和投运时的扫描结果自动寻找使火焰信号最强和效果最好的一套参数。

2、脉冲计数器型火焰探头工作原理

如图4所示，脉冲计数器型放大器应用于：气体放电管紫外线火焰探头，当紫外线被检测到，“紫外线管”产生一个脉冲率信号。

固态红外及紫外传感器“气体放电管”产生的脉冲信号随火焰强度变化而变化。这种技术被使用当传感器作为“脉冲输出”时预先处理。

“气体放电管”产生的脉冲信号随火焰强度的变化而变化。其频率通过平均值等计算得到一个稳定而反应迅速的火焰检测信号。

运用对数转换器(分贝转换器)处理该信号，以增加信号处理的动态范围。

此检测结果减去炉膛背景强度就得到了实际使用的火焰信号强度，该信号同时用于产生有火/无火火焰状态二进制信号及边际报警。

3、火焰状态及边际报警

每个通道产生三个输出：火焰信号；火焰状态；边际报警。

其中边际报警及火焰状态信号是由火焰信号产生的。

火焰信号数值可以通过智能单元前面板的液晶显示器读到，并且通过背后接线端子的两个串行通讯接口和模拟量输出接口连接到其它系统。

火焰信号等于0dB时表示火焰信号数值等于背景值。正的火焰信号(+dB)意味着火焰信号数值大于背景值，火焰继电器上电且火焰状态为有火。负的火焰信号意味着火焰信号数值低于背景值，火焰继电器失电且火焰状态为无火。作为一般的规则，获得良好的火焰信号鉴别能力，当目标有火时火焰信号大于+15dB，且目标无火时火焰信号小于–10dB。

模拟量输出提供电压(0-10V)或者毫安(4-20mA)两种信号。有三种可调整的响应范围：

–30dB--+30dB(5V或12mA)相当于0dB；

0dB--20dB(0V或4mA)相当于0dB，(10V或20mA)相当于20dB；

0dB--30dB(0V或4mA)相当于0dB，(10V或20mA)相当于30dB。

火焰信号的输出有一延时功能，以防止火焰强度快速波动时发出无火信号。当火焰信号强度高于0dB但低于预设的边际报警(PR)值时,双放大器智能单元发出边际报警。

火焰状态信号和边际报警信息能通过串口传送。

只要监视继电器(Watch-Dog)一失电有火信号继电器就断开。

通道1和通道2火焰状态继电器可被组态如下：

选择的火焰信号“有火”/“无火”。每个火焰信号驱动各自的火焰状态继电器。

无论CH.1“或”CH.2任一火焰状态吸合，CH.1“或”CH.2通道1火焰继电器带电。

CH.1“与”CH.2火焰状态吸合，CH.1“与”CH.2通道1火焰继电器带电。

两通道逻辑内部连接，CH.2火焰继电器激活一个边际报警火焰继电器，按照逻辑组态应用于主火焰继电器(与/或)。

各通道中的继电器可以用作火焰状态继电器。在两通道的测量有逻辑联系或第二通道不使用时，该继电器也可用做火焰状态继电器或预报警继电器(Watch-Dog)，连接方式如图5所示。

4、参数设置

每个通道都有四套完全独立的参数可以使用。通过端子上的三个电压连接端子或24Vdc公共端，燃烧器管理系统(BMS)能自动选择四套参数设置中的一套使双放大器智能单元适应不同的锅炉工况。

每一种工况设置参数范围如下：

“脉冲”输入模式：

“闪烁”型输入模式：

当通道被组态成“闪烁”型输入模式时，可提供附加的参数：

标签	描述	量程	默认设定
				<u>LF</u>	低切除频率	范围20～640Hz	125Hz
<u>HF</u>	高切除频率	范围30～2500Hz	1K1Hz

参数调整转换可用端子盒的SET1和SET2输入来实现。电压可以来自VSET输出(24V)或来自于一个使用Cset(0V)作为参考点的远程设备。

根据每个通道SET1和SET2输入逻辑电平，选择一套参数的设置。每个通道有4套设置。

5、诊断

双放大器智能单元所有的诊断任务在前面板有一个“SAFE”(安全)指示。在其背后连接器有一个SPDT继电器接点提供给其他系统的接口。“SAFE”(安全)驱动监视继电器。在上电时当MFD通过诊断测试时，“SAFE”(安全)继电器闭合及相关的LED指示灯变亮。

一旦在诊断测试时发生致命的错误，监视继电器断开。

万一发生故障，MFD单元完成在线诊断任务，发布错误信息。

如果没有监测到致命故障，不会停止整个设备的工作，仅发生故障部分处于失效状态。“SAFE”指示灯在前面板上闪烁。一旦故障影响到所有功能的情况下“SAFE”继电器才会失电；在此情况下火焰继电器最终也要失电。

这些错误信息可通过网络传送至监控系统，并列在双放大器智能单元监视器中“事件清单”。

探头自检查：诊断技术IR(红外)/UV(紫外)“固态”传感器类型与“高灵敏放电管”类型不同。“固态”光敏电阻或光敏二极管传感器只在火焰存在时工作，具有故障防护功能，给出处理器单元一个AC交流信号(闪烁)。IR(红外)/UV(紫外)传感器探头的诊断测试是通过解除传感器扫描电压并检查最终从传感器送至监测控制单元的假信号。

紫外(UV)放电管传感器故障时可能会在没有任何火焰放电管仍自放电，检测程序将电压送出以驱动UV探头上的电子快门对探头进行检测。

一些检测将进行：

——电子一体化自检电路

——检测命令后火焰信号趋向于零

自检期间如火检信号未在规定的时间内达到零，则会产生一致的错误信息。同时，在出现盲线短路情况时，将会产生错误信息。两种错误均引起各自的通道火焰继电器失电。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种火焰检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)实时检测锅炉的燃烧工况；

2)根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

3)根据选择的参数组对火焰进行检测。

2.根据权利要求1所述的火焰检测方法，其特征在于，在步骤1)中，所述燃烧工况包括燃料类型或/和负荷，其中负荷包括低负载、平均负荷和高负荷三种情况。

3.根据权利要求1所述的火焰检测方法，其特征在于，在步骤2)中，所述参数组包括火焰检测背景值、低切断频率、高切断频率、增益值中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的火焰检测方法，其特征在于，在步骤3)中，在对火焰进行检测时，根据锅炉的背景工况进行火焰跟踪，以实现单一火焰的检测。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的火焰检测方法，其特征在于，在步骤3)中，在对火焰进行检测时，进行火焰光谱自动分析，给出适合对应火嘴的低切断频率和高切断频率值，将低于低切断频率的火焰信号滤除，同时将高于高切断频率的火焰信号滤除。

6.一种火焰检测系统，其特征在于，包括

工况检测单元，用于实时检测锅炉的燃烧工况；

参数选择单元，用于根据锅炉的燃烧工况选择相对应的参数组；

火焰检测单元，用于根据选择的参数组对火焰进行检测。

7.根据权利要求6所述的火焰检测系统，其特征在于，所述火焰检测单元包括紫外线型感应检测器探头或者红外线型感应检测器探头，其中紫外线型感应检测器探头用来检测燃油火焰、燃气火焰或者燃油燃气两种燃料共同使用时火焰所产生的紫外脉冲信号；其中红外线型感应检测器探头用来检测燃油火焰、燃气火焰或者燃油燃气两种燃料共同使用时火焰所产生的闪烁信号。

8.根据权利要求6或7所述的火焰检测系统，其特征在于，还包括参数管理单元，通过多点MODBUS网络，连接整台锅炉上的参数选择单元，实现对所有火焰检测的统一管理；包对所有参数的组态和存档：每个被连接单元的参数上载、存储以及下载。

9.根据权利要求6或7所述的火焰检测系统，其特征在于，所述火焰检测单元包括数字滤波器，用于通过低切断频率、高切断频率和增益值的选择对火焰进行处理。

10.根据权利要求6或7所述的火焰检测系统，其特征在于，所述火焰检测单元的输出结果包括火焰信号、火焰状态、边际报警中的一种或多种，其中边际报警及火焰状态信号是由火焰信号产生的。

Images