CN2411479Y

CN2411479Y - 一种红外锅炉火焰检测装置

Info

Publication number: CN2411479Y
Application number: CN 99234773
Authority: CN
Inventors: 张永恒
Original assignee: HUANENG ELECTRIC POWER OBSERVE AND CONTROL ENGINEERING Co Ltd XI'AN
Current assignee: HUANENG ELECTRIC POWER OBSERVE AND CONTROL ENGINEERING Co Ltd XI'AN
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2000-12-20
Anticipated expiration: 2009-07-08

Abstract

本实用新型是一种红外锅炉火焰检测装置。它由导光管、固接在导光管尾端的红外探头和对红外探头输出的信号进行处理的主机组成;红外探头的光谱响应波长为700～3200nm;主机中至少包括燃料火焰光响应频段选择电路、前置放大电路、整形电路、整流滤波电路、比较器、背景设置电路和火焰指示电路。本检测器在具有多个燃烧器的大型锅炉中能有效地检测到单个燃烧器的火焰情况,它具有检测性能高、燃料适用范围宽和工作可靠的优点。

Description

一种红外锅炉火焰检测装置

本实用新型是一种红外锅炉火焰检测装置。

锅炉炉膛爆炸是一种锅炉恶性事故，为此，大型锅炉均应配备锅炉炉膛安全系统，而锅炉火焰检测是该安全系统中的核心，它类似于人的眼睛，监视着炉膛的火焰。因此，锅炉燃烧器火焰的正确检测与否将直接影响到整套锅炉安全监控系统的动作可靠性。在已有技术中，锅炉火焰检测器的种类较多，近些年来较常用的有离子式火焰检测器、紫外线火焰检测器和可见光火焰检测器。离子式火焰检测器是利用两个电极伸进燃烧器的燃烧区，通过燃烧时两电极间产生的离子电流来判断火焰的有无。它是一种接触式火焰检测器，存在着抗污染能力差，寿命短等缺点，有逐渐被淘汰的趋势。紫外线火焰检测器和可见光火焰检测器都是属于一种非接触式光电火焰检测器。紫外线火焰检测器是利用紫外光敏电子管作为传感器对燃烧器火焰根部的紫外光进行感应，由此来判断火焰的有无。由于油雾和煤灰对紫外线都有强烈的吸收能力，因此紫外线火焰检测器不适用于燃油和燃煤，只适用于燃气；再者，紫外光敏电子管在工作时需要加较高的偏置电压，对环境温度要求严格，因此限制了它的推广应用。可见光火焰检测器是利用可见光敏半导体器件作为传感器对火焰光谱中的可见光进行感应(工作波长范围为0.3～1.1μm)，并从该感应信号中对火焰的亮度和闪烁频率进行综合分析来判断火焰的有无。它适用于燃油、燃煤和燃气的火焰检测。但是，它对具有多个燃烧器的大型锅炉来说，其检测效果较差，因为大型锅炉各燃烧器分布距离较近，燃烧时整个炉膛亮成一片，无法对单个燃烧器进行火焰检测。再者，可见光的透射能力较差，容易受粉尘和烟雾的影响。综上所述，目前国内公开使用的这几种火焰检测器都有其不尽人意之处，还不能达到既燃料适用范围较宽(燃油、燃煤和燃气均适用)、且又具有较高检测性能的要求。

本实用新型的目的是针对已有技术中的不足，提供一种检测性能高、燃料适用范围宽和工作可靠的红外锅炉火焰检测装置。

为实现上述目的，本实用新型的解决方案如下：它由导光管、固接在导光管尾端的红外探头和对红外探头输出的信号进行处理的主机组成；所述的红外探头的光谱响应波长为700～3200nm；所述的主机至少包括依次连接的燃料火焰光响应频段选择电路、前置放大电路、整形电路、整流滤波电路、电压比较器电路、背景设置电路和火焰指示电路。

通过上述解决方案可以看出，本实用新型采用了一种红外检测方式，它利用导光管使探测器的视角始终对着被测燃烧器的着火区，这样，红外探头就能准确地感应到被测燃烧器的热辐射情况。在大型锅燃烧时，各燃烧器着火与否，其各自的着火区热辐射差异很大，红外探头正是对热辐射温度敏感的器件，只要它对准被测燃烧器的着火区，就能感应到这种差异，且不易受粉尘和烟雾的影响。同时，本实用新型还利用电路手段对燃烧器的火焰信号和炉膛背景火焰干扰作了区分和处理，在检测中尽可能地消除炉膛背景火焰的干扰。因此，本检测器在具有多个燃烧器的大型锅炉中能有效地检测到单个燃烧器的火焰情况。另外，本实用新型根据不同的燃料其火焰信号峰值频率不同的特性，利用电路手段对燃油、燃煤和燃气的不同火焰光响应频率进行选通，使该火焰检测器适用于这几种燃料的火焰检测。因此，本实用新型与已有技术相比具有检测性能高、燃料适用范围宽和工作可靠等优点。

下面根据实施例详细说明本实用新型的结构和工作原理。

图1、本实用新型的工作原理方框图。

图2、导光管结构剖视图。

图3、检测器的电路方框图。

图4、检测器的电路原理图。

图5、检测器中的火焰强度模拟显示电路原理图。

图6、检测器中的模拟信号输出电路原理图。

参见图1，本检测器在工作时，将导光管1设置在锅炉火焰观察窗口2的外面，其视角对准燃烧器3的着火区，红外探头4安装在导光管的尾部，红外探头输出的信号通过电缆线传送到主机5。

参见图2，所述的导光管可以采用双管式导光管，它由外套管6、同轴安装外套管中的内套管7、依次安装在内套管中的平镜8、聚光透镜9、光纤10和通过尾盖11固联在双套管尾端的探头连接件12组成。在外套管尾部设有一个入风口6a，在其前端设有透光出风孔6b，在内、外套管之间的同轴安装架上设有过风孔7a；在内套管的尾部设有多个入风口7b，其前端设有透光出风孔14a，在透镜的安装架13和平镜的安装架14上均设有过风口13a、14b，并且过风孔14b径向或横向设置，以便在冷却风通过时形成对平镜面的吹扫。所述的探头连接件12是一个前端封闭的T形管套，红外探头通过该管套联结在光纤的尾端。当该导光管对准火焰时，火焰光从透光出风孔6b射入，穿过平镜8和聚光透镜9到达光纤，并通过光纤传导到探头。在工作中，冷却风一直要通过入风口6a鼓入导光管，进入导光管的冷却风自然分成两股，一股顺着内、外套管之间运行，并从外套管前端的透光出风孔流出，另一股进入内套管，顺着内套管与光纤之间运行，并从内套管前端的透光出风孔流出，第一股冷却风可以大幅度降低管中的温度，第二股冷却风可以形成对平镜面的吹扫和进一步降低光纤的温度。该导光管具有耐热性好、导光视角稳定、工作可靠的优点。所述的导光管也可以采用已有火焰检测器常采用的单管式导光管。所述的红外探头采用一种国内现有的硫化铅红外光敏探头，该探头主要由硫化铅红外光敏元件和电桥电路连接构成；硫化铅红外光敏元件的红外光谱响应波长为700～3200nm，它属于一种红外光敏电阻，该红外光敏电阻根据红外光强度的不同输出电阻阻值的变化量，该电阻的变化量又通过电桥电路转换成电压的变化量输出。红外探头也可以采用一种现有的光谱响应波长为700～3200nm的红外光电池。

参见图3，所述的主机至少包括频段选择电路15、前置放大器16、整形电路17、整流滤波电路18、比较器19、背景设置电路20和火焰指示电路21。不同燃料的火焰信号峰值频率不同，燃煤的为20～50Hz，燃油的为40～70Hz，燃气火焰的为60～100Hz。因此，红外探头输出的信号被送入主机后，本检测器先用频段选择电路15对相应燃料的频段进行选通，然后通过前置放大器16对信号进行放大，再通过整形电路17对信号进行整形，去除信号电平上的毛刺，再利用整流滤波电路将交变的火焰电压信号变为直流的火焰电压信号送入比较器的一个信号输入端，比较器另一个信号输入端输入的是由背景设置电路给出的背景电压，当信号电压高于背景电压时，比较器输出着火信号，则火焰指示电路相应给出着火的灯光指示。根据炉膛完全燃烧时着火区的背景火焰闪烁不会超过2Hz这一情况，上述的滤波电路可将燃烧器火焰与炉膛背景火焰区分开，再者，通过背景设置电路适当设定比较器的门坎电压可进一步消除炉膛背景火焰的干扰。

参见图4，所述的频段选择电路15由不同容值的电容C1、C2和转换开关k1、k2连接构成，通过转换开关进行信号不同峰值频率的选通。由运放IC1、电阻R1～R3、电位器W1接成前置放大器16。由运放IC2、电阻R4、R5和电容C4接成整形电路17，其输入端的电容C3是耦合电容。整流滤波电路18由整流二极管D1、电阻R6、和滤波电容连接构成。由运放IC4和电阻R18、R11接成比较器19。由电阻R9、R10和电位器W2接成的分压电路构成所述的背景设置电路20。比较器的输出端接一级继电器J的驱动器25，继电器J的一个常开触点J-1作为火焰指示电路21的开关。当比较器输入的电压信号高于背景电路所设定的背景电压时，比较器输出高电平有效信号，则继电器动作，常开触点J-1接通，则火焰指示灯26亮。

参见图5、6，为了得知火焰的大小和为后续处理器提供模拟信号输出，本检测器可以设置火焰强度模拟显示电路23和模拟信号输出电路24，为驱动这一级显示电路和模拟信号输出电路，在图4中的整流滤波电路18和比较器19之间加一级驱动器22，对信号的功率进行放大，该驱动器的输出端分别通过A、B、C线送给火焰强度模拟显示电路23、模拟信号输出电路24和比较器19、。当直流的火焰电压信号通过电阻R19送入器件IC7的输入端5脚后，器件IC7相应驱动显示灯L1～L10，以L1至L10依次发亮的个数来显示火焰的大小。模拟信号输出电路24是一个转换电路，它将驱动器22输出的直流电压信号转换成电流信号输出。

Claims

1、一种红外锅炉火焰检测装置，其特征是：

a、它由导光管(1)、固接在导光管尾端的红外探头(4)和对红外探头输出的信号进行处理的主机(5)组成；

b、所述的红外探头(2)的光谱响应波长为700～3200nm；

c、所述的主机(5)至少包括依次连接的燃料火焰光响应频段选择电路(15)、前置放大电路(16)、整形电路(17)、整流滤波电路(18)、电压比较器电路(19)、背景设置电路(20)和火焰指示电路(21)。

2、如权利要求1所述的红外锅炉火焰检测装置，其特征是：所述的导光管(4)为双管式导光管，它由外套管(6)、同轴安装外套管中的内套管(7)、依次安装在内套管中的平镜(8)、聚光透镜(9)、光纤(10)和通过尾盖(11)固联在双套管尾端的探头连接件(12)组成。在外套管尾部设有一个入风口(6a)，在其前端设有透光出风孔(6b)，在内、外套管之间的同轴安装架上设有过风孔(7a)；在内套管的尾部设有多个入风口(7b)，其前端设有透光出风孔(14a)，在透镜的安装架(13)和平镜的安装架(14)上均设有过风口(13a)、(14b)，并且过风孔(14b)径向或横向设置。