DD299137A7

DD299137A7 - FUTURE AND MONITORING DEVICE FOR BURNERS

Info

Publication number: DD299137A7
Application number: DD89336298A
Authority: DD
Inventors: Roland Bianchin; Christian Riedel; Werner Franke; Peter Goehler; Guenther Berndt
Original assignee: Deutsches Brennstoffinstitut Freiberg Gmbh,De
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1992-04-02
Also published as: DE4025852A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Zuend- und UEberwachungsvorrichtung fuer Brenner in Industrieoefen und Reaktoren, in denen Flammenreaktionen ablaufen. Ziel der Erfindung ist eine hohe Zuverlaessigkeit der Zuend- und UEberwachungsvorrichtung, die in eine einfache Brennerkonstruktion integrierbar ist, ohne die Stroemungsverhaeltnisse an der Muendung des Brenners unvorteilhaft zu beeinflussen. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zuend- und UEberwachungsvorrichtung fuer Brenner unter Nutzung des Prinzips der Hochspannungs-Funkenzuendung und des Prinzips der UEberwachung mit optischen Mitteln zu schaffen. Erfindungsgemaesz ist ein Buendel von Lichtleitfasern ringfoermigen Querschnitts und einer ebenen Stirnseite dem Reaktionsraum so zugekehrt, dasz die Stirnseite von einer aus dem Reaktionsraum emittierten Strahlung getroffen wird. Das Buendel umhuellt dicht einen elektrischen Leiter und isoliert diesen. Der elektrische Leiter setzt sich ueber die Stirnseite des Buendels als Zuendelektrode fort, wobei deren Spitze auf ein Bauteil gerichtet ist und eine Funkenstrecke bildet. Die Lichtleitfasern des Buendels sind auf der dem Reaktionsraum abgekehrten Seite mit mindestens einem optoelektronischen Wandler und der elektrische Leiter mit einem Hochspannungsanschlusz verbunden. Fig. 1{Zuend- und UEberwachungsvorrichtung; Brenner; Industrieoefen; Lichtleitfaser; Zuendelektrode; Funkenstrecke, optoelektronisch; Leiter; Hochspannungsimpulsgeber}The invention relates to a combined ignition and monitoring device for burners in industrial furnaces and reactors in which flame reactions take place. The aim of the invention is a high reliability of Zuend- and monitoring device, which can be integrated into a simple burner design, without affecting the Stroemungsverhaeltnisse the mouth of the burner unfavorable. It is an object of the invention to provide an ignition and monitoring device for burners using the principle of high voltage radio transmission and the principle of optical optical monitoring. According to the invention, a bundle of optical fibers of annular cross-section and a flat end face faces the reaction space such that the end face is hit by radiation emitted from the reaction space. The bundle surrounds an electrical conductor tightly and isolates it. The electrical conductor continues over the end face of the bundle as Zuendelektrode, the tip of which is directed to a component and forms a spark gap. The optical fibers of the bundle are connected on the side facing away from the reaction space with at least one optoelectronic transducer and the electrical conductor with a Hochspannungsanschlusz. Fig. 1 {ignition and monitoring device; Burner; furnaces; optical fiber; ignition electrode; Spark gap, optoelectronic; Ladder; High voltage pulse}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet'' τ ErfindungField of application "" invention

Die Erfindung betrifft eine Zünd- und Überwachungseinrichtung für Brenner zur Erzeugung einer Flamme in einem Reaktionsraum wie Industrieöfen, Brennkammern, Reaktoren, in denen Flammenreaktionen aufrechterhalten werden, und ähnlichen Einrichtungen. Sie ist insbesondere auch bestimmt für den Einsatz in Brennkammern und Reaktoren, die unter höherem Druck betrieben werden, wie beispielsweise in Reaktoren zur Erzeugung CO- und H₂-reicher Gase durch Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder staubförmigen Brennstoffen.The invention relates to an ignition and monitoring device for burners for generating a flame in a reaction space such as industrial furnaces, combustion chambers, reactors in which flame reactions are maintained, and similar devices. It is also particularly intended for use in combustion chambers and reactors operated at higher pressure, such as in reactors for producing CO and H ₂ -rich gases by partial oxidation of hydrocarbons and / or dust-like fuels.

Characteristic of the known state of the art

Für die Zündung von Brennern, die mit gasförmigen Brennstoffen betrieben worden, hat sich besonders das Prinzip der Zündung mittels Hochspannungsflinken aingeführt. Dabei werden mitteis einer Hochspannungsquelle an der Mündung des Brenners zwischen einer rrit der Hochspannungsquelle verbundenen Elektrode und einem mit dem Massepotential verbundenen metallischen Bauteil Funken erzeugt, die das an der Brennermündung sich bildende Gemisch von Brenngas und Oxidationsmittel (Luft, Sauerstoff) zünden.For the ignition of burners, which were operated with gaseous fuels, especially the principle of ignition by means of high-voltage flying has been introduced. Here, mitteis a high voltage source at the mouth of the burner between a rrit connected to the high voltage source electrode and a connected to the ground potential metallic component sparks are generated which ignite the forming at the burner mouth mixture of fuel gas and oxidant (air, oxygen).

Es ist weiter bekannt, die Existenz einer Flamme oder/und die Temperatur im Innenraum des Ofens oder des Reaktors auf optischem Wege zu überwachen. Dazu wird von der Flamme bzw. von d6r Wand des Innenraums emittierte Strahlung in einem Wellenlängenber<)ich zwischen Ultraviolett und Infrarot durch einen optoelektronischen Wandler erfaßt und der weiteren Auswertung zugeführt.It is also known to optically monitor the existence of a flame and / or the temperature in the interior of the furnace or of the reactor. For this purpose, radiation emitted by the flame or by the wall of the interior is detected in a wavelength range between ultraviolet and infrared by an optoelectronic transducer and sent for further evaluation.

Für die Übertragung der Strahlung durch die Wand des Ofeno oder des Reaktors werden - neben anderen optischen Mitteln vielfach Lichtleitfasern verwendet.For the transmission of radiation through the wall of the Ofeno or the reactor - in addition to other optical means often optical fibers used.

Im Interesse einer kompakten Konstruktion ist es häufig erwünscht, die Einrichtungen für die Zündung und/oder die Einrichtungen für die Übertragung der aus dem Innenraum ausgehenden optischen Signale nach außen in den Brenner zu integrieren. Solche Möglichkeiten sind beispielsweise in den Patentschriften DD-WP145035, DD-WP 213983, DD-WP 219846 und DD-WP 241457 dargestellt.In the interest of a compact construction, it is often desirable to integrate the means for the ignition and / or the means for the transmission of outgoing from the interior optical signals to the outside in the burner. Such possibilities are shown for example in the patents DD-WP145035, DD-WP 213983, DD-WP 219846 and DD-WP 241457.

Insbesondere für Brenner, die unter höherem Druck, beispielsweise bei 3MPa, und mit technischem Sauerstoff als Oxidationsmittel betrieben werden sollen, gestalte, sich die konstruktive Lösung für die druckdichte Durchführung und Isolierung der Hochspannungselektrode und für die Übertragung der optischen Signale aus dem Innenraum nach außen recht kompliziert, weil druckbedingt die Abmessungen der Kanäle des Brenners relativ klein sind und weil zusätzlich eine Verschmutzung der Elektrode durch mehr oder weniger leitfähige Belage oder Flüssigkeitsfilme, die zum Durchschlagen der Isolation führen, und eine Verschmutzung von optischen Bauteilen während des Betriebes ausgeschlossen werden müssen. In praxi finden deshalb vielfach Kompromißlösungen Anwendung, beispielsweise die Installation der Zündeinrichtung im Zentrum des Brenners (wie DDAVP 213983) und die Installation einer separaten Übertragungseinrichtung für die optischen Signale (wie beispielsweise nach DD-WP 219059) außerhalb des eigentlichen Brenners. Eine weitere Möglichkeit zeigt DD-WP 241457. Dort ist in der Achse des Brenners eine optische Übertragungseinrichtung installiert, während eine separate Zünde'nrichtung außermittig in dem Gaskanal des Brenners untergebracht ist. NacSiaile dieser Lösung sind, daß relativ große Brennerabmessungen erforderlich sind, um diese Bauteile unterzubringen und daß durch die unsymmetrische Anordnung der Zündelektrode im Gasstrahl die Flammengeometrie ungünstig beeinflußt wird.In particular, for burners, which are to be operated under higher pressure, for example at 3MPa, and with technical oxygen as the oxidant, make the constructive solution for the pressure-tight implementation and isolation of the high voltage electrode and for the transmission of optical signals from the interior to the outside right complicated, because of pressure, the dimensions of the channels of the burner are relatively small and because in addition a contamination of the electrode must be excluded by more or less conductive coating or liquid films that lead to the penetration of the insulation, and contamination of optical components during operation. In practice, compromise solutions are therefore often used, for example the installation of the ignition device in the center of the burner (such as DDAVP 213983) and the installation of a separate transmission device for the optical signals (such as DD-WP 219059) outside the actual burner. Another possibility shows DD-WP 241457. There is installed in the axis of the burner, an optical transmission device, while a separate Zünde'nrichtung is located off-center in the gas channel of the burner. NacSiaile this solution are that relatively large burner dimensions are required to accommodate these components and that the flame geometry is adversely affected by the asymmetrical arrangement of the ignition electrode in the gas jet.

Es ist weiter bekannt, daß Öfen, Brennkammern und ähnliche Einrichtungen mit einem Pilotbrenner für einen g isförmigen Brennstoff ausgerüstet sind, dessen Flamme elektrisch gezündet und laufend überwacht wird. Diese Pilotflamme führt zur sicheren und unverzüglichen Zündung des Hauptbrenners, sobald dort Brennstoff und Oxidationsmittel aufgegeben werden. Solche Lösungen haben besondere Vorteile, wenn der Hauptbrenner mit staubförmigen Brennstoffen oder schweren Rückstandsölen betrieben werden soll, die ein stärkeres Zündinitial für die Entflammung benötigen. Das gleiche gilt für Anlagen zur Erzeugung CO- und H2-reicher Gase durch Partialoxydation von staubförmigen Brennstoffen. Wie DD-WP 241457 zeigt, wird in einem solchen Fall der Pilotbrenner mit technischem Sauerstoff als Oxidationsmittel betrieben und kann als gesonderter Einsatz in den Hauptbrenner integriert werden.It is also known that furnaces, combustion chambers and similar devices are equipped with a pilot burner for a g-shaped fuel whose flame is electrically ignited and continuously monitored. This pilot flame leads to the safe and immediate ignition of the main burner as soon as there fuel and oxidant are given up. Such solutions have particular advantages when the main burner is to be operated with dusty fuels or heavy residual oils which require a stronger igniter for ignition. The same applies to systems for the production of CO- and H2-rich gases by partial oxidation of dust-like fuels. As DD-WP 241457 shows, the pilot burner is operated in such a case with technical oxygen as the oxidant and can be integrated as a separate insert in the main burner.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Zünd- und Überwachungsvorrichtung für Brenner, die hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, sich einfach in Brennet konstruktionen integrieren läßt, ohne die Strömungsverhältnisse an der Mündung des Brenners unvorteilhaft zu beeinflussen, und die geeignet ist für die Zündung und Überwachung von Flammen, die unter hohem Druck betrieben werden, insbesondere in Reaktoren zur Erzeugung von CO- und H₂-reichen Gasen durch Partialoxidat'on von Kohlenwasserstoffen und staubförmigen Brennstoffen.The aim of the invention is an ignition and monitoring device for burner, which ensures high reliability, can be easily integrated into Brennet constructions without unfavorably affecting the flow conditions at the mouth of the burner, and which is suitable for the ignition and monitoring of flames that be operated under high pressure, especially in reactors for the production of CO and H ₂ -rich gases by Partialoxidat'on of hydrocarbons and dust-like fuels.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es is; Aufgabe der Erfindung, eine Zünd- und Überwachungseinrichtung für Brenner unter Nutzung des Prinzips der Hochspannungs-Funkenzündung und des Prinzips der Überwachung mit optischen Mitte,,) zu schaffen, die eine kompakto Bauweise gestattet und leicht vor Verschmutzungen aus dem Feuerraum geschützt werden kann. Die Vorrichtung soll primär für die Zündung und die Überwachung von Gasflammen in einem Reaktionsraum geeignet sein, wobei die Gasflamme auch als Pilotflamme für einen mit anderen Brennstoffen, wie beispielsweise Kohlenstaub zu betreibenden Hauptbrenner dienen kann. Erfindungsgemäß besteht die Zünd- und überwachungseinrichtung aus einem Bündel von Lichtleitfasern, das einen ringförmigen Querschnitt aufweist, mit einer ebenen Stirnseite dem Reaktionsraum so zugekehrt ist, daß seine Stirnseite von der aus dem Reaktionsraum emittierten Strahlung getroffen wird, und das einen elektrischen Leiter dicht umhüllt. Dabei dienen die beispielsweise aus Quarzglas hergestellten Lichtleitfasern zugleich der elektrischen Isolation des elektrischen Leiters. Dieser setzt sich über die Stirnseite des Bündels hinaus als Zündelektrode fort, dessen Spitze auf ein metallisches, in den Reaktionsraun ragendes und mit Masse verbundene? Bauteil gerichtet ist und bekannterweise so eine Funkenstrecke bildet. Auf der dem Reaktionsraum abgekehrten Seita ist der genannte elektrische Leiter mit einem Hochspannungsanschluß eines Hochspannungsimpulsgebers verbunden, während die Lichtleitfasern des genannten Bündels mit mindestens einem optoelektronischen Wandler optisch gekoppelt sind. Das Bündel ist in einem Abstand von einem mit einem Spülgasanschluß versehenen Mantel umgeben. Der Mantel ragt in Richtung Reaktionsraum über die Stirnseite des Bündels aus Lichtleitfasern hinaus und bildet eine kreisförmige Ausströmöffnung, deren Zentrum auf der verlängerten Achse des Bündels liegt. In der Regel ist die erfindungsgemäße Einrichtung in einem der Brenngaszuführung dienenden, nach dem Reaktionsraum zu offenen Kanal des zu zündenden bzw. zu überwachenden Brenners installiert. Die Spitze der Zündelektrode ist auf die Mündung des genannten Kanals gerichtet, so daß diese als an Masse liegender Gegenpol der Funkenstrecke dient. Entsprechend der üblichen Wirkungsweise von Brennern wird ringsum um die Mündung des Brenngaskanals herum ein Oxidationsmittel, wie Luft oder technischer Sauerstoff zugeführt, so daß sich unmittelbar an der Mündung des Brenngaskanals, also auch im Bereich der Funkenstrecke ein zündfähiges Gasgemisch bildet.It is; Object of the invention to provide an ignition and monitoring device for burners using the principle of high-voltage spark ignition and the principle of monitoring with optical center ,,), which allows a kompakto construction and can be easily protected from contamination from the furnace. The apparatus is primarily intended to be suitable for the ignition and monitoring of gas flames in a reaction space, the gas flame also serving as a pilot flame for a main burner to be operated with other fuels, such as coal dust. According to the invention, the ignition and monitoring device consists of a bundle of optical fibers, which has an annular cross-section, with a flat face facing the reaction space so that its end face is hit by the radiation emitted from the reaction space, and which tightly encloses an electrical conductor. The optical fibers produced, for example, from quartz glass at the same time serve the electrical insulation of the electrical conductor. The latter continues beyond the end face of the bundle as an igniting electrode, the tip of which points towards a metallic, protruding into the reaction area and connected to ground. Part is directed and known forms such a spark gap. On the side facing away from the reaction space, said electrical conductor is connected to a high voltage terminal of a high voltage pulse generator, while the optical fibers of said bundle are optically coupled to at least one optoelectronic transducer. The bundle is surrounded at a distance from a jacket provided with a purge gas port. The jacket protrudes toward the reaction space beyond the end face of the bundle of optical fibers and forms a circular outflow opening whose center lies on the extended axis of the bundle. As a rule, the device according to the invention is installed in a burner of the fuel gas supply line, open to the reaction chamber and open to the burner to be ignited or monitored. The tip of the ignition electrode is directed to the mouth of said channel, so that it serves as grounded opposite pole of the spark gap. According to the usual operation of burners around the mouth of the fuel gas channel around an oxidizing agent, such as air or technical oxygen supplied so that forms an ignitable gas mixture directly at the mouth of the fuel gas channel, including in the region of the spark gap.

Beim Start des Brenners werden mittels des Hochspannungsimpulsgebers zwischen Zündelektrode und Mündung des Brenngaskanals Funken erzeugt, die zur Zündung der Flamme führen, sobald Brenngas und Oxidationsmittel an der Mündung des Brenners entstehen und dort zündfiihige Gemische gebildet sind. Die von der Flamme im Bereich des ultravioletten, sichtbaren una infraroten Lichtes emittierte Strahlung trifft auf die Stirnseite des Bündels von Lichtleitfasern und wird von diesen auf die optoelektronischen Wandler übertragen.When starting the burner sparks are generated by means of the high-voltage pulse generator between the ignition electrode and the mouth of the fuel gas channel, which lead to the ignition of the flame as fuel gas and oxidizing agent formed at the mouth of the burner and there ignitable mixtures are formed. The radiation emitted by the flame in the region of the ultraviolet, visible and infrared light impinges on the front side of the bundle of optical fibers and is transmitted by these to the optoelectronic converters.

Die von diesen Wandlern abgegebenen elektrischen Signale werden in bekannter Weise zur Überwachung der Existenz einer Flamme vor der Brennermündung bzw. im Reaktionsraum (beispielsweise nach DD-WP 228032) i.nd zur Bewertung, gegebenenfalls Steuerung des im Reaktionsraum herrschenden Flammenzustandes genutzt.The electrical signals emitted by these transducers are used in a known manner for monitoring the existence of a flame in front of the burner mouth or in the reaction space (for example according to DD-WP 228032) i.nd for evaluation, optionally controlling the flame state prevailing in the reaction space.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in einem Kanal des Brenners installiert werden, mit dem Oxidationsmittel oder ein Gemisch von Brenngas und Oxidationsmittel eingeleitet werden. Es ist dann dafür zu sorgen, daß die Funkenstrecke zwischen Zündelektrode und dem als Gegenpol wirkenden, an Masse liegendem metallischem Element der Brennermüi.dung im Bereich der Entstehung zündfähiger Gemische liegt. In Sonderfällen ist die Installation der Vorrichtung unabhängig von einem Brenngas-The device according to the invention can also be installed in a channel of the burner, are introduced with the oxidizing agent or a mixture of fuel gas and oxidant. It is then necessary to ensure that the spark gap between the ignition electrode and acting as an opposite pole, lying to ground metallic element of Brennermüi.dung in the formation of ignitable mixtures. In special cases, the installation of the device is independent of a fuel gas

oder Oxidationsmittel führenden Kanal des Brenners möglich. Es hat sich für die Funktionssicherheit der Flammüberwachung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zünd- und Überwachungsvorrichtung in der Achse des Brenners angeordnet ist, so daß die aus der Flammenmitte emittierte Strahlung auf die Stirnseite des Lichtleitfaserbündels trifft. Der Strom von Brenngas oder Luft bzw. Sauerstoff in dem Brennerkanal, in welchem die erfindungsgemäße Zünd- und Überwachungsvorrichtung installiert ist, schützt die Stirnseite des Lichtleitfaserbür.dels und die Mündung des Kanals vor dem Eindringen und vor der Verschmutzung durch Asche, Schlacke, Ruß und sublimierenden Substanzen aus dem Reaktionsraum und kühlt die Zündelektrode. Dennoch besteht die Gefahr, daß sich beispielsweise vom Brenngasstrom selbst mitgeführte feste oder flüssige Verunreinigungen (Reststaub aus dem Leitungssystem, Kondensat- und Ölnebel) auf der Stirnseite ablagern und deren Lichtdurchlässigkeit fortschreitend vermindern. Bei der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist deshalb das Lichtleitfaserbündel in einem Abstand von beispielsweise wenigen Millimetern von einem Mantel umgeben, der einen Anschluß für ein Spülgas, beispielsweise hochreinen Stickstoff, aufweist, in Richtung Reaktionsraum über die Stirnsaite ds Bündels hinausragt und eine Ausströmöffnung bildet, die zugleich optische Blende für die auf die Stirnseite des Lichtleitfaserbündets fallende Strahlung aus dem Reaktionsraum ist. Das Zentrum der Ausströmöffnung liegt deshalb auf der verlängerten Achse des Bündels, in der auch die Zündelektrode berührungslos durch die Ausströmöffnung hindurchragt. Dar Mantel kann an der Austrittsöffnung konisch eingezogen sein, um den Spülgasbedarf zu senken. In diesem Falle ist es zweckmäßig, den Mantel in der Nähe der Ausströmöffnung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff herzustellen, um Funkenüberschläge an dieser Stelle zu vermeiden.or oxidant leading channel of the burner possible. It has proved to be advantageous for the reliability of the flame monitoring when the ignition and monitoring device is arranged in the axis of the burner, so that the radiation emitted from the flame center hits the end face of the optical fiber bundle. The flow of fuel gas or air or oxygen in the burner channel, in which the ignition and monitoring device according to the invention is installed, protects the front of the Lichtleitfaserbür.dels and the mouth of the channel from penetration and from contamination by ash, slag, soot and sublimating substances from the reaction chamber and cools the ignition electrode. Nevertheless, there is a risk that, for example, entrained by the fuel gas flow itself solid or liquid contaminants (residual dust from the piping system, condensate and oil mist) deposit on the front page and reduce their light transmission progressively. In the advantageous embodiment of the invention, therefore, the optical fiber bundle at a distance of for example a few millimeters surrounded by a jacket having a connection for a purge gas, such as high purity nitrogen, protrudes in the direction of the reaction space on the front string ds bundle and forms an outflow, the at the same time optical aperture for the incident on the front side of the Lichtleitfaserbündets radiation from the reaction space. The center of the outflow opening therefore lies on the extended axis of the bundle, in which also the ignition electrode projects without contact through the outflow opening. The jacket may be tapered at the outlet to reduce the purge gas requirement. In this case, it is expedient to produce the jacket in the vicinity of the outflow opening of an electrically insulating material in order to avoid flashovers at this point.

Die erfindungsgemäße Zünd- und Überwachungsvorrichtung ist u. a. bestimmt für die Zündung und Überwachung von Flammen, die in einem unter hohem Druck stehenden Reaktionsraum erzeugt werden. In diesem Fall ist der genannte Mantel der Vorrichtung in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Flanschverbindung, druckfest mit dem Brenner oder dem Druckgehäuse des Reaktionsraumes verbunden und geht auf seinem, dem Reaktionsraum abgekehrtem Ende in einen Anschlußkopf über. Dieser Anschlußkopf ist durch einen Deckel mit mindestens einem druckfesten optischen Fenster und einer druckfesten, gegen Hochspannung isolierenden elektrischen Durchführung druckdicht verschlossen. Die Verbindung zwischen den Lichtleitfasern und dem bzw. den optoelektronischen Wandlern erfolgt über das bzw. die genannten optischen Fenster, während der elektrische Leiter über die genannte elektrische Durchführung an den Hochspannungsimpulsgeber angeschlossen ist.The ignition and monitoring device according to the invention is u. a. intended for the ignition and monitoring of flames generated in a high pressure reaction space. In this case, the said jacket of the device in a suitable manner, for example by a flange, pressure-tight manner connected to the burner or the pressure housing of the reaction space and goes on its, the reaction chamber end abgekehrtem in a connection head over. This connection head is pressure-tightly sealed by a cover with at least one pressure-resistant optical window and a pressure-resistant, high-voltage insulating electrical feedthrough. The connection between the optical fibers and the or the optoelectronic transducers via the said optical window or, while the electrical conductor is connected via said electrical feedthrough to the high voltage pulse generator.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Art sind die druckfesten optischen Fenster zugleich als Taper ausgestaltet, einem in der Lichtleitfasertechnik üblichen Bauelement in Form eines sich von der Eintritts.- zur Austrittsseite verjüngenden, transparenten Kegelstumpfes, in diesem Fall vorzugsweise aus Quarzglas, dessen Mantelfläche die Lichtstrahlung praktisch total reflektiert. Mit dem Taper wird der Durchmesser des von der Eintrittsseite aufgenommenen Lichtstrahles auf den Durchmesser der Austrittsseite reduziert, aber seine auf die Flächeneinheit bezogene Intensität umgekehrt proportional zum Flächenverhältnis verstärkt. An die dem Reaktionsraum zugekehrte, also auf der Hochdruckseite des Deckels liegende Eintrittsseite sind die Lichtleitfasern des Bündels oder, bei einer Mehrfachanordnung von Tapern, ein entsprechender Teil dieser Lichtleitfasern angekoppelt. Weitere Kopplungs-Lichtleitfasern stellen dann dia optische Verbindung zwischen der Austrittsseite des Tapers und dem/den korrespondierenden optoelektronischen Wandler(n) her. Die mit dem Taper erreichte Intensitätserhöhung der von einer Lichtleitfaser übertragenen Strahlungsenergie bei gleichzeitiger Reduzierung der Zahl der Kopplungs-Lichtleitfasern ist ein wesentlicher Beitrag zur Miniaturisierung und gleichzeitig zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Überwachungsanordnung.In an advantageous embodiment of this type, the pressure-resistant optical window are at the same time designed as a taper, a conventional in the optical fiber device in the form of a tapered from the inlet.- to the exit side, transparent truncated cone, in this case preferably made of quartz glass, the lateral surface of the light radiation practically totally reflected. With the taper, the diameter of the light beam received from the entrance side is reduced to the diameter of the exit side, but its intensity related to the area unit is increased in inverse proportion to the area ratio. The optical fibers of the bundle or, in the case of a multiple arrangement of tapers, a corresponding part of these optical fibers are coupled to the inlet side facing the reaction space, that is to say on the high-pressure side of the cover. Further coupling optical fibers then provide the optical connection between the exit side of the taper and the corresponding optoelectronic transducer (s). The increase in intensity of the radiation energy transmitted by an optical fiber, while simultaneously reducing the number of coupling optical fibers, is an essential contribution to miniaturization and at the same time to increasing the reliability of the monitoring arrangement.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung sei mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt die beigefügte Figur die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Zünd- und Überwachungsvorrichtung in Verbindung mit dem Brenner eines Reaktors zur Partialoxidation von staubförmigen Brennstoffen mit technischem Sauerstoff zum Zwecke der Gewinnung eines CO- und Hj-haltigen Gases. Die erfindungsgemäße Zünd- und Überwachungseinrichtung ist dabei innerhalb eines mit einem gasförmigen Brennstoff betriebenen Pilotbrenners installiert, der zur Inbetriebnahme der Anlage sowie zur Zündung und Aufrechterhaltung der mit Kohlenstaub betriebenen Hauptflamme dient.The invention will be explained in more detail with an embodiment. The attached figure shows the schematic representation of the ignition and monitoring device according to the invention in connection with the burner of a reactor for the partial oxidation of dust-like fuels with technical oxygen for the purpose of obtaining a CO and Hj-containing gas. The ignition and monitoring device according to the invention is installed inside a pilot burner operated with a gaseous fuel, which serves to start up the system and to ignite and maintain the main flame operated by pulverized coal.

Kernstück der Zünd- und Überwachungseinrichtung ist ein von einem Schlauch umhülltes Bündel 1 von Lichtleitfasern 2 mit einer ebenen Stirnseite 3. Das Bündel 2 hat einen ringförmigen Querschnitt. In seiner Achse ist ein elektrischer Leiter 6 angeordnet, der in eine über die Stirnseite 3 des Bi ndels 2 hinausragende Zündelektrode 7 übergeht. Die Zündelektrode 7 ist auswechselbar und deshalb mit einer Schraubenverbindung an den elektrischen Leitern 6 angeschlossen. Die Lichtleitfasern 2, die den elektrischen Leiter 6 umgeben, dienen gleichzeitig dessen elektrischer Isolation. Das Bündel 2 ist unter Bildung eines Ringspaltes von einem Mantel 13 umgeben, der in einen Anschlußkopf 4 mit einem druckfesten Deckel 5 übergeht. In diesem Deckel sind zwei druckdichte optische Fenster 17 von Taper.ι eingelassen, mit deren Eintrittsseite eine Anzahl von Lichtleitfasern 2 des Bündels 1 optisch gekoppelt sind, während an deren Austrittsseite Kopplungs-Lichtleitfasern 19 die Verbindung mit optoelektronischen Wandlern 11 herstellen.The core of the ignition and monitoring device is a bundle 1 of optical fibers 2 enveloped by a tube and having a flat end face 3. The bundle 2 has an annular cross section. In its axis, an electrical conductor 6 is arranged, which merges into an over the front side 3 of the Bi bundle 2 protruding ignition electrode 7. The ignition electrode 7 is interchangeable and therefore connected to the electrical conductors 6 with a screw connection. The optical fibers 2, which surround the electrical conductor 6, simultaneously serve its electrical insulation. The bundle 2 is surrounded by a jacket 13 forming an annular gap, which merges into a connection head 4 with a pressure-resistant cover 5. In this cover two pressure-tight optical windows 17 are Taper.ι admitted, with the inlet side of a number of optical fibers 2 of the bundle 1 are optically coupled, while at the exit side coupling optical fibers 19 connect with optoelectronic transducers 11.

Der Deckel 5 weist in seinem Zentrum weiter eine druckfeste elektrische Durchführung 18 auf, über die der elektrische Leiter 6 mit einem Hochspannungsimpulsgeber 12 verbunden ist. Der Anschlußkcpf 4 ist mit einem Anschluß 14 für ein gereinigtes Spülgas, hier Stickstoff, so versehen, daß dieses Spülgas durch den Ringf.palt zwischen Bündel 2 und Mantel 13 strömen kann. Der Mantel 13 ragt über die Stirnseite 3 hinaus und bildet dort eine kreisförmige Ausströmöffnung 15, die einerseits die Strömung des zur Spülung dienenden Spülgases so führt, daß die Stirnseite 3 des Bündels 2 frei von Ablagerungen aus der Umgebung bleibt und ihre Transparenz behält, andererseits als optische Blende dient. Die Zündelektrode 7 ragt berührungslos durch diese Austrittsöffnt'ng 15 hindurch. Die Vorrichtung ist im Heizgaskanal 22 eines als Pilotbrenner dienenden zentralen Einsatzes des Brenners 8 eines Reaktors zur Partialoxidation von Kohlenstaub montiert. Die Spitze der Zündelektrode 7 ist dabei auf ein metallisches Bauteil 9, hier die Trennwand zwischen dem Heizgaskanal 22 und dem zugehörigen Sauerstoff-Zuführungskanal 23, gerichtet und bildet mit diesem eine Funkenstrecke 10. Diese Funkenstrecke liegt in einem Gebiet, in dem bei Zuführung von Heizgas und Sauerstoff zum Brenner 8 ein zündfähiges Gemisch gebildet wird. Das metallische Bauteil 8 ist,The cover 5 has in its center further on a pressure-resistant electrical feedthrough 18, via which the electrical conductor 6 is connected to a high-voltage pulse generator 12. The Anschlußkcpf 4 is provided with a connection 14 for a purified purge gas, in this case nitrogen, so that this purge gas can flow through the annular gap between the bundle 2 and shell 13. The jacket 13 projects beyond the end face 3 and forms there a circular outflow opening 15, on the one hand, the flow of purging gas used for flushing leads so that the end face 3 of the bundle 2 remains free of deposits from the environment and retains its transparency, on the other hand optical aperture is used. The ignition electrode 7 projects contactlessly through this outlet opening 15. The device is mounted in the heating gas channel 22 of a pilot burner serving central insert of the burner 8 of a reactor for the partial oxidation of coal dust. The tip of the ignition electrode 7 is directed to a metallic component 9, here the partition between the Heizgaskanal 22 and the associated oxygen supply channel 23, and forms with this a spark gap 10. This spark gap is located in an area in which supply of fuel gas and oxygen to the burner 8 an ignitable mixture is formed. The metallic component 8 is,

wie Gegenpol und Gehäuse des Hochspannungsimpulsgebers 12, elektrisch mit Masse verbunden. Der Sauerstoff-Zuführungskanal 23 ist von einem Staubkanal 20 mit dem Kohlenstaubanschluß 21 umgeben. Staubkanal 20, Sauerstoff-Zuführungskanal 23 und Heizgaskanal 22 münden in den Reaktionsraum 16 des Reaktors. Bei Inbetriebnahme des Reaktors wird die Zufuhr von Heizgas und Sauerstoff freigegeben. Gleichzeitig wird der Hochspannungsimpulsgeber 12 betätigt und durch die an der Funkenstrecke 10 überschlagenden Hochspannungsfunken das sich vor der Mündung des Brenners 8 bildende Gas-Sauerstoff-Gemisch gezündet. Nach einer Aufheizphase, die gleichzeitig der Fre'spülung des Reaktors und der nachgeschalteten Einrichtungen von Sauerstoff dient, wird die Staubzufuhr freigegeben und gleichzeitig die Zufuhr von technischem Sauerstoff auf die für die Partialoxidation des Kohlenstaubes erforderliche Menge erhöht. Die Kohlenstaub-Sauerstoff-Flamme entzündet sich an der bestehenden Gasflamme, deren Leistung nach erfolgter Zündung des Kohl taubes reduziert werden kann. Die Lichtstrahlung der im Reaktionsraum 16 stehenden Flamme wird über die Stirnseite 3 von den Lichtleitfasern des Bündels 1 aufgenommen und über die als Taper ausgeführten optischen Fenster 17 und die Kopplungs-Lichtleitfasern 19 auf die Sensoren der optoelektronischen Wandler 11 übertragen. Die von den Wandlern erzeugten elektrischen Signale werden in bekannter Weise einer in der Figur nicht dargestellten Flammenüberwachungsschaltung zugeführt, die mit dem Steuer- und Sicherheitssystem des Reaktors verbunden ist. 3ei Ausfall des für die Flamme typischen optischen Signals sperrt das Steuer- und Sicherheitssystem die Zuführung von Sauerstoff, Kohlenstaub und Heizgas und überführt den Reaktor in einen sicheren Zustand. Die doppelte Ausführung der optischen Signalübertragung, der optoelektronischen Wandler 11 und der zugehörigen Flammonüberwachungsscnaltungen gewährleisten die aus Gründen der technischen Sicherheit und der Verfügbarkeit der Anlage erforderliche Redundanz dor Flammenüberwachung.as the opposite pole and housing of the high-voltage pulse generator 12, electrically connected to ground. The oxygen supply channel 23 is surrounded by a dust channel 20 with the coal dust port 21. Dust channel 20, oxygen supply channel 23 and the heating gas channel 22 open into the reaction chamber 16 of the reactor. When commissioning the reactor, the supply of fuel gas and oxygen is released. At the same time, the high-voltage pulse generator 12 is actuated and ignited by the sparks at the spark gap 10 high-voltage spark that forms before the mouth of the burner 8 forming gas-oxygen mixture. After a heating phase, which simultaneously serves to purging the reactor and the downstream devices of oxygen, the supply of dust is released and at the same time the supply of technical oxygen to the amount required for the partial oxidation of the pulverized coal increases. The coal dust-oxygen flame ignites on the existing gas flame, the power of which can be reduced after the ignition of the cabbage deaf. The light radiation of the flame standing in the reaction space 16 is received by the optical fibers of the bundle 1 via the end face 3 and transmitted to the sensors of the optoelectronic transducers 11 via the optical windows 17 designed as taper and the coupling optical fibers 19. The electrical signals generated by the transducers are fed in a known manner to a flame monitoring circuit, not shown in the figure, which is connected to the control and safety system of the reactor. In the event of the failure of the flame-typical optical signal, the control and safety system shuts off the supply of oxygen, coal dust and fuel gas and places the reactor in a safe condition. The double implementation of the optical signal transmission, the optoelectronic converter 11 and the associated Flammonüberwachungsscnaltungen ensure the necessary technical safety reasons and the availability of the system redundancy dor flame monitoring.

In Betracht gezogene Druckschriften: WO-A 86/04664 F 23 N 5/08 DD-PS 223509 F 23 Q 13/02 DD-PS 285532 F 23 D 17/00Documents contemplated: WO-A 86/04664 F 23 N 5/08 DD-PS 223509 F 23 Q 13/02 DD-PS 285532 F 23 D 17/00

Claims

1. Ignition and monitoring device for burners for generating a flame in a reaction chamber, wherein the electrical conductor for the ignition electrode is introduced into the reaction chamber in isolation and directed to the reaction chamber side facing a metallic, projecting into the reaction chamber component and so a spark gap forms, and the flame is monitored by means of optical fiber, wherein the reaction space facing the side of the optical fiber is hit by the emitted radiation from the reaction space and the reaction chamber remote from the side is coupled to an opto-electronic converter, characterized in that the optical fibers (2) as Bundles (1) form the isotation for the electrical conductor (6), the bundle (1) is surrounded at a distance from a jacket (13) which has a purge gas connection (14) and towards the reaction space (16) via the end face ( 3) of the sinus (1) protrudes and a circular outflow opening (15 ) whose center lies on the extended axis of the bundle (1).

2. Apparatus according to claim 2, characterized in that the jacket (13) on its end facing away from the reaction space in a connection head (4), passing through a lid (5) with at least one pressure-resistant optical window (17) and a pressure-resistant and sealed against high voltage insulating electrical feedthrough (18), wherein the connection between the optical fibers (2) and the optoelectronic transducer (11) via the said optical window (s) (17) and the connection of the electrical conductor ( 6) with a high-voltage pulse generator via said electrical feedthrough (18).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pressure-resistant optical window (17) is designed as Taper, at whose, the reaction space (16) facing the entrance side optical fibers (2) of the bundle (1) are coupled, and at its outlet side more Coupling optical fiber η (19) connect to at least one optoelectronic transducer (11).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metallic, in the reaction space (16) projecting and connected to ground component (9) is an element of the mouth of the burner (8).