DD299920A7

DD299920A7 - Vorrichtung zur optischen ueberwachung von hochtemperaturreaktoren

Info

Publication number: DD299920A7
Application number: DD33630089A
Authority: DD
Inventors: Roland Dipl Ing Bianchin; Werner Dipl Ing Franke; Peter Dr Ing Goehler; Christian Riedel; Guenther Dipl Phys Berndt; Sieglinde Martick
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1992-05-14
Also published as: DE4025909A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen UEberwachung von Hochtemperaturreaktoren, insbesondere fuer Reaktoren, in denen Flammenreaktionen unter erhoehtem Druck ablaufen. Das Ziel besteht darin, die UEberwachung mit geringem Aufwand in jeder Betriebsphase mit uneingeschraenkter technischer Sicherheit zu gewaehrleisten, die Vorrichtung unempfindlich gegen Verschmutzungen zu gestalten und eine hohe Verfuegbarkeit zu sichern. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur UEberwachung von Hochtemperaturreaktoren zu schaffen, bei der die Erfassung der von der Flamme emittierten Strahlung mit optischen Mitteln erfolgt und optische Signale aus unterschiedlichen Arbeitsphasen ohne Umschaltungen der Wandlungs- und Auswertungseinheit zugefuehrt werden. Erfindungsgemaesz ist ein Buendel von Lichtleitfasern mit einer ebenen Stirnseite dem Innenraum zugewendet und am anderen Ende in mindestens zwei Teilbuendel so aufgeteilt, dasz von jedem eine gleiche Zahl von Lichtleitfasern umfassenden Flaechenelement der Stirnseite ausgehend jedem Teilbuendel eine feste, fuer das betreffende Teilbuendel charakteristische Anzahl von Lichtleitfasern zugeordnet ist. Die einzelnen Teilbuendel sind mit jeweils korrespondierenden optoelektronischen Wandlern verbunden. Fig. 1{UEberwachung; Hochtemperaturreaktoren, optisch; Lichtleitfasern; Teilbuendel; Wandler, optoelektronisch; Strahlungsenergie, elektromagnetisch; Signal, elektrisch}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Überwachung von Hochtemperaturreaktoren. Sie ist insbesondere bestimmt fur die Überwachung von Reaktoren, in denen Flammenreaktionen unter erhöhtem Druck ablaufen, wie beispielsweise Reaktoren zur Parttaloxication von staubformigen Brennstoffen oder Kohlenwasserstoffen zum Zwecke der Herstellung H₂- und СО-reicher Gase fur die chemische Industrie und die Energiewirtschaft oder unter höherem Druck betriebene Brennkammern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Gaserzeugungstecrnik ist die Partialoxydation von Kohlenwasserstoffen oder staubformigen festen Brennstoffen mit technischem Sauerstoff e ngefuhrt. Bei Verfahren dieser Art wird der Brennstoff in Form einer Flammenreaktion zu einem H₂- und СО-reichen Gas umgesetzt, das als Synthesegas, Reduktionsgas oder Brenngas Verwendung findet Häufig wird die Partialoxyda-ion unter пслет Druck ausgeführt Fur die Betriebsfuhrung und die Gewahrleistung der technischen Sicherheit solcher Anlagen ist die Überwachung der sich im Reaktionsraum ausbildenden Flamme notwendig.

Grundsatzlic¹- die gleiche ^:orderung besteht fur Brennkammern, die unter höherem Druck betrieben werden und beispielsweise fur Gasturbinen, aufgeler-ene, d h unter hohem Rauchgasdruck betriebenen Dampferzeugern oder unter hohem Druck betriebene Verbrennkarr—ern fur metallurgische Ofen eingesetzt sind Vielfach ist neben dem bloßen Nachweis der Existenz einer Flamm= im Reaktio-äraum oder an dessen Stelle die Erfassung einer charakteristischen Temperatur gewünscht. Es ist bekannt diese Ube-ivachung auf optischem Wege vorzunehmen Dazu sind von der Flamme ausgehende optische Signale in der Form e -<tromagn--ischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes und in den angrenzenden Bereichen des Spektrums c. ch die de- -eaktionsraum begrenzende Wand hindurchzufuhren und mittels optoelektronischer Wandler in elektrische S cnale umzuwandeln, die fur die Überwachung und Steuerung des Prozesses genutzt werden DD-WP 219 053 beschreib ein Periskop fur die Übertragung der optischen Signale aus einem unter Druck stehenden ReaktionsraL~i Bei diesr— Periskop, das durch die Wand des Reaktors gefuhrt und mit dieser druckdicht verbunden ist, wird das von der Flai—e ausgeh--de opusche Signal mit Hilfe eines Linsensystems durch ein druckfestes Fenster hindurch auf einen Sensor gewc "en, denn \ -'bindung mit einer geeigneten elektronischen Schaltungsanordnung ein entsprechendes elektrisches Signal abgitr Als Beispi- ur eins solche Verfahrensweise und die zugehörige Schaltungsanordnung kann DD-WP 228032 herangezoge- werden

Wie DD-WP 253073 oder auch DD-WP 219059 zeigen, ist es möglich, für die Übertragung des optischen Signals der Flamme nach außen anstelle eines Linsensystems ein Lichtleitkabel zu verwenden. Es ist weiter bekannt, Einrichtungen zur Überwachung von Flammen in einem der Zuführung von gasförmigen Medien in den Reaktionsraum dienenden Kanal anzuordnen, nach DD-WP 241 457 beispielsweise in dem zentralen Brenngaskanal eines zur Zündung und Aufrechterhaltung einer Pilotflam.me im Reaktionsraum dienenden Pilotbrenners.

Für die optische Temperaturmessung in einem Reaktionsraum ist bei Betrieb unter Normaldruck die sogenannte Verhältnispyrometrie gebräuchlich. Dabei wird das Verhältnis der Strahlungsintensität in wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen als Maß für die im Reaktionsraum herrschende Temperatur genutzt. Die Übertragung eines solchen Verfahrens auf die kontinuierliche Kontrolle eines unter einem Drupk von z.B. 3MPa stehenden Reaktionsraumes mit konventionellen Strahlungsteilern fordert jedoch Beobachtungsfenster und-kanäle mit relativ großem Querschnitt aufwendiger Konstruktion, sowie große Spülgasmengen zur Freihaltung von Beobachtungskanal und druckdichtem optischem Fenster. Dennoch haben sich solche Lösungen durch Verschmutzung von Fenstern und durch Ansatzbildung im bzw. vordem Beobachtungskanal auf die Dauer nicht als betriebstüchtig erwiesen.

Werden dagegen zwei oder mehr bekannte Beobachtungseinrichtungen getrennt installiert, so ergeben sich durch die im Reaktionsraum herrschenden Turbulenzen für die einzelnen Beobachtungseinrichtungen unterschiedliche Transparenzbedingungen für die Strahlung und damit Verfälschungen der Verhältnismessung selbst dann, wenn die Einrichtungen auf denselben Punkt der Flamme ausgerichtet sind.

Aus der Patentschrift DE-PS 31 33822 ist eine Anordnung zur optischen Temperaturmessung nachdem Prinzip der Verhältnispyrometrie bekannt, bei der das eine Ende eines Glasfaserlichtleiters mit einem Durchmesser von etwa 50 μιτι mit Hilfe einer Schraubverbindung in die Wand eines geschlossenen heißen Raumes eingesetzt wird und das andere Ende in zwei Verzweigungsstücke aufgeteilt ist, die jeweils mit einem Detektor verbunden sind. Die Durchführung eines Lichtleitfaserbündels mit Hilfe einer Schraubverbindung, bei der das Bündel in eine Bohrung der Schraube eingegossen oder-gekittet ist, erfüllt jedoch nicht die hohen Anforderungen an die technische Sicherheit, die an eine druckfeste Durchführung beispielsweise in einem mit hohem Druck und mit technischem Sauerstoff betriebenen Partialoxydationsreaktor gestellt werden muß. Überdies gestattet der geringe Durchmesser des Glasfaserlichtleiters von DE-PS 31 33822 nur die Übertragung einer relativ kleinen Strahlungsleistung, die vielfach nicht ausreicht, wenn über eine einfache Temperaturmessung hinausgehende Informationen aus einem heißen Reaktionsraum gewonnen werden sollen.

Mit der bekannten Technik gelingt es relativ einfach, im Normalbetrieb des Hochtemperaturreaktorsein für die Existenz der Flamme im Reaktionsraum charakteristisches, einer automatischen Steuerungseinrichtung aufschaltbares Signal zu erzeugen, dessen Ausfall oder dessen Abwandern aus einem vorgegebenen für die Existenz der Flamme typischen Bereich zur Notabschaltung führt. Für die Überwachung eines technischen Reaktors kommt es jedoch nicht nur darauf an, den Normalbetrieb zu beherrschen, sondern die technische Sicherheit in Betriebsphasen zu gewährleisten, die vom Normalbetrieb erheblich abweichen. Solche Betriebsphasen treten beispielsweise bei der Inbetriebnahme von Partialoxidationsanlagen für Kohlenstaub auf. So ist bei jedem Inbetriebnahmevorgang beispielsweise eine Hilfsgasflamme bei angenähert atmosphärischem Druck zu zünden, der Reaktor unter Steigerung für Hilfsgaszuführung aufzuheizen, der Druck unter Aufrechterhaltung der Flamme bis zum vorgesehenen Betriebsdruck zu erhöhen, die Kohlenstaubzuführung freizugeben und damit die Kohlenstaubflamme zu zünden und schließlich die Hilfsgaszuführung bei bestehender Staubflamme abzuschalten oder auf ein Minimum zu reduzieren. Den einzelnen Phasen gemeinsam ist zwar die Existenz einer Flamme im Reaktionsraum, doch sind die Strahlungseigenschaften der Flamme und deren Geometrie in den einzelnen Phasen extrem unterschiedlich. Hinzu kommt, daß an dem besonders kritischen Punkt der Zuschaltung von Kohlenstaub die in den Reaktionsraum eintretende Staubwolke zunächst den Reaktionsraum „verdunkelt" also die Strahlung der Hilfsgasflamme teilweise absorbiert, bevor volle Durchzündung erreicht und die reguläre Staubflamme ausgebildet ist. Analoge Probleme bestehen bei der Partialoxidation von flüssigen Brennstoffen wie z.B. Rückstandsölen oder Teeren.

Diese Diskrepanz führt dazu, daß die optische Flammenüberwachung nur für einen bestimmten Betriebszustand, in der Regel für den Normalbetrieb wirksam ist, oder daß mehrere Flammenüberwachungseinrichtungen mit unterschiedlicher geometrischer Anordnung und unterschiedlicher Wirkungsweise angeordnet werden, die jeweils nur für eine bestimmte Betriebsphase der Sicherheitsautomatik der Anlage aufgeschaltet sind. Während die erste Möglichkeit eine Einschränkung der Wirkung der automatischen Sicherheitstechnik bringt, ist die zweite Möglichkeit mit hohem Aufwand und relativ großer Fehlerwahrscheinlichkeit, insbesondere in den Umschaltphasen belastet, wobei auftretende Fehler jeweils zur Notabschaltung durch die Sicherheitsautomatik führen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine technische Lösung zur Überwachung von Hochtemperaturreaktoren für die Durchführung von Flammenreaktionen, die insbesondere geeignet ist für Reaktoren, die unter höherem Druck betrieben werden, darunter für Reaktoren zur Partialoxidation von staubförmigen und flüssigen Brennstoffen, die mit relativ geringem Aufwand verbunden ist, in jeder möglichen Betriebsphase unter Einschluß des An- und Abfahrbetriebes die uneingeschränkte technische Sicherheit gewährleistet, unempfindlich gegen Verschmutzungen ist und hohe Verfügbarkeit sichert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung von Hochtemperaturreaktoren, in dessen Innenraum Flammenreaktionen ablaufen, zu schaffen, die von der Erfassung der von der Flamme emittierten Strahlung mit optischen Mitteln ausgeht. Die Vorrichtung soll für Reaktoren geeignet sein, dessen Innenraum unter höherem Druck steht. Sie soll optische Signale aus unterschiedlichen Arbeitsphasen des Reaktors, wie Inbetriebnahme, Normalbetrieb oder Laständerung, empfangen und jeweils der für die betreffende Betriebsphase charakteristischen Wandlungs- und Auswertungseinheit zuführen, ohne daß Umschaltungen vorgenommen werden müssen. Sie soll weiter und für jeden

beliebigen Betriebszustand die aus dem Innenraum empfangenen optischen Signale in mindestens zwei Signale gleichen Informationsgehaltes für die weitere Auswertung, wie beispielsweise für eine Temperaturmessung nach dem Prinzip der Verhältnispyrometrie, aufteilen und dem entsprechenden Wandler zuleiten. Die Erfindung geht dabei aus von der Verwendung von Lichtleitfasern als Überwachungselement für die optischen Signale.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß innerhalb eines in den Innenraum des Reaktors mündenden Kanals zur Zuführung eines gasförmigen Mediums ein Bündel von Lichtleitfasern angeordnet ist, das mit einer ebenen Stirnseite dem Innenraum des Reaktors zugewendet und an dem der Stirnseite abgewendeten Ende in mindestens zwei Teilbündel aufgeteilt ist. Die genannte Stirnseite ist dabei so in den Kanal angeordnet, daß sie von der elektromagnetischen Strahlung getroffen wird, die von einer im Innenraum des Reaktors herrschenden Flamme emittiert wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Aufteilung des Lichtleitfaser-Bündels in die Teilbündel innerhalb des Kanals und in solcher Weise, daß von jedem eine gleiche Zahl von Lichtleitfasern umfassenden, kleinen Flächenelement der Stirnseite ausgehend jedem Teilbündel eine feste, für das betreffende Teilbündel charakteristische Anzahl von Lichtleitfasern zugeordnet ist. Das bedeutet, daß die ein beliebiges Teilbündel bildenden einzelnen Lichtleitfasern auf der genannten, dem Innenraum des Reaktos zugekehrten ebenen Stirnseite völlig gleichmäßig über die Fläche dieser Stirnseite verteilt sind. Damit werden flächige Unterschiede im Strahlungseinfall auf die Stirnseite proportional über alle Teilbündel übertragen. Weiter sind die einzelnen Teilbündel über je ein druckdichtes Fenster jeweils mit korrespondierenden Wandlern zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie eines definierten Wellenlängenbereiches in elektrische Signale verbunden.

Bei einer bevorzugten Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die druckdichten Fenster in einem Deckel untergebracht, der den obengenannten Kanal druckfest abschließt.

Einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entsprechend erfolgt die Verbindung zwischen einem Teilbündel und dem zugeordneten Wandler über ein Linsensystem, das die aus einer Austrittsfläche des betreffenden Teilbündels austretende Strahlung auf einem als Eingangselement des Wandlers vorgesehenen optoelektronischen Sensor fokussiert, also die Austrittsfläche des Teilbündels auf der aktiven Fläche des Sensors abbildet.

Dabei können in dem Strahlenweg optische Filter oder Filterkombinationen eingeschaltet sein, um den auf den Sensor fallenden Wellenlängenbereich der Strahlung zu begrenzen.

Das druckdichte Fenster kann dann als Sammellinse gestaltet und optisch in das genannte Linsensystem integriert sein. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen den Teilbündeln und den als Eingangselemente der korrespondierenden Wandler vorgesehenen Sensoren über einen in der Lichtleitfaser-Optik üblichen Taper, einen sich in Richtung des Strahlungsweges verjüngenden, transparenten Kegelstumpf, der durch Totalreflexion an der Mantelfläche eine Reduzierung des Strahldurchmessers bewirkt, und mindestens jeweils einer an der Austrittsseite des Tapers angeschlossenen sensorseitigen Lichtleitfaser. Die Taper übernehmen dabei auch die Funktion der druckdichten Fenster und sind dazu druckdicht in dem Deckel angeordnet, der den Kanal, in dem das Lichtleitfaser-Bündel untergebracht ist, druckfest abschließt. Für viele Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, wenn die Teilbündel jeweils aus der gleichen Anzahl von Lichtleitfasern bestehen. In diesem Fall kann die Verteilung der Lichtleitfasern eines Teilbündels über die volle Fläche der Strahlungsaufnehmenden Stirnseite des (Gesamt-) Bündels von Lichtleitfasern besonders gleichmäßig erfolgen.

Das den Kanal mit dem Lichtleitfaser-Bündel zugeführte gasförmige Medium kann ein zur Erzeugung der Flammenreaktion notwendiger Reaktionspartner, also ein gasförmiger Brennstoff oder ein gasförmiges Oxidationsmittel sein. In diesem Fall ist der Kanal mit dem Lichtleitfaser-Bündel Teil eines in den Innenraum des Reaktors ragenden Brenners.

Dem Kanal kann jedoch unabhängig von dem zur Aufrechterhaltung der Flammenreaktion erforderlichen Medium ein inertes Spülgas wie Stickstoff zugeführt werden. Wegen der kleinen Abmessungen des Bündels von Lichtleitfasern kann hier der Kanal mit relativ kleinem Durchmesser ausgeführt werden, so daß auch der Spülgasbedarf zur Freihaltung seines Mündungsquerschnittes gering bleibt.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich grundsätzlich alle handelsüblichen Lichtleitfasern verwenden. Eine besonders große Anwendungsbreite der Vorrichtung wird jedoch erreicht, wenn Lichtleitfasern, Linsen, optische Fenster bzw. Taper aus Quarzglas Verwendung finden, weil dann ein Wellenlängenbereich der Flammenstrahlung zwischen 200 und 2 500 nm, also vom Ultraviolett- bis zum nahen Infrarotbereich, übertragen und für die Überwachung genutzt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich je nach der Zahl der Teilbündel mehrere optische Signale aus dem Innenraum des Hochtemperaturreaktors mit identischem Informationsgehalt gewinnen. So werden in einem typischen Anwendungsfall bei Aufteilung des Lichtleitfaserbündels in drei Teilbündel die Signale von zwei Teilbündeln für eine Verhältnis-Pyrometerschaltung zur Erfassung der Flammentemperatur, das dritte Teilbündel für die Flammenüberwachung genutzt. In an sich bekannter Weise erfolgt dabei die Flammenüberwachung zur Ausschaltung des von glühenden Innenwänden ausgehenden Strahlungseinflusses durch Erfassung einer für die Existenz der Flamme typischen Intensitätsschwankung der emittierten Strahlung. Für den Fachmann wird aus diesem Anwendungsfall sowie den folgenden Ausführungsbeispielen die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung klar.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung sei unter Heranziehung schematischer Darstellungen durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1: zeigt den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der vier Teilbündel von Lichtleitfasern jeweils über ein Linsensystem und ein druckdichtes Fenster mit den korrespondierenden opto-elektronischen Wandlern optisch verbunden sind, am Beispiel der Überwachung eines Hochtemperaturreaktors zur Partialoxidation von gasförmigen Kohlenwasserstoffen mit technischem Sauerstoff.

Fig. 2: zeigt den Detailschnitt durch eine Vorrichtung, bei der die optische Verbindung zwischen den Teilbündeln und den

korrespondierenden Wandlern über je einen Taper und daran angeschlossene Lichtleitfasern erfolgt. Fig. 3: gibt eine schematische Darstellung des Bündels von Lichtleitfasern und dessen Aufteilung in die Teilbündel.

Der Prozeß der Partialoxidation läuft als Flammenreaktion im Innenraum 1, also dem Reaktionsraum eines Druckreaktors 2 ab. Dazu wird über einen Brenner 3 ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, hier Erdgas, und technischer Sauerstoff als Oxidationsmittel in den Reaktionsraum geleitet.

Der Brenner besteht aus einem zentralen Kanal 4 zur Zuführung des Erdgases und einem diesen zentralen Kanal 4 umhüllenden Kanal 5 zur Zuführung von technischem Sauerstoff. Zur Überwachung der im Innenraum 1 ablaufenden Flammenreaktionen ist im zentralen Kanal 4 des Brenners 3, also im Erdgas-Zuführungsstrom, ein Bündel 6 einzelner Lichtleitfasern 7 aus Quarzglas angeordnet, dessen senkrecht zur Faserrichtung geschliffene Stirnseite 8dem Innenraum 1 des Druckreaktors 2 zugekehrt ist. Aufseiner anderen Seite ist das Bündel 6 in vier Teilbündel 9.1 bis 9.4 von Lichtleitfasern aufgeteilt, wobei jedes der Teilbündel seinen Strahlungsanteil aus dem Innenraum 1 über je ein Linsensystem 10.1 bis 10.4 auf die als Eingangselement korrespondierender optoelektronischer Wandler 11.1 bis 11.4 dienende Sensoren überträgt. In den Strahlengang ist jeweils ein druckdichtes Fenster 12.1 bis 12.4 und ein für den betreffenden Strahlengang spezifisches optisches Filter 13.1 bis 13.4 eingeschlossen. Um das Bündel 6 von Lichtleitfasern 7, insbesondere seine Stirnseite 8, vor eventuellen Verunreinigungen des Erdgasstromes im Kanal 4 zu schützen, ist dieses Bündel 6 in geringem Abstand von einem Mantel 15 umgeben. Der Ringspalt zwischen Bündel 6 und Mantel 15 wird über den Anschluß 16 mit einem kleinen Strom von getrocknetem und verunreinigungsfreiem Stickstoff gespült. Die druckdichten Fenster 12 sind in einem Deckel 14 angeordnet, der den genannten Ringspalt und damit auch den zentralen Kanal 4 des Brenners 3, in dem der Ringspalt mündet, druckfest nach außen verschließt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel sind die Teilbündel 9.1 bis 9.4 optisch verbunden mit einem Taper 17.1 bis 17.4 aus Quarzglas. Dieses in der Faseroptik bekannte Bauteil ist ein sich in Richtung des Strahlungsweges verjüngender, transparenter Kegelstumpf mit nach innen total reflektierender Mantelfläche. An den Lichtaustrittsflächen der Taper 17 sind sensorseitige Lichtleitfasern 18 angekoppelt, die die Verbindung zu den Sensoren der korrespondierenden optoelektronischen Wandler 11 schaffen. Die Taper 17 sind druckdicht in den Deckel 14 eingesetzt und übernehmen so die Funktion der druckdichten Fenster 12 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Die Aufteilung der Lichtleitfasern 7 des Bündels 6 auf die vier Teilbündel 9.1 bis 9.4 erfolgt, wie Fig.3 verdeutlicht, in der Weise, daß die Stirnseite 8 in Flächenelemente 19 mit je vier Lichtleitfasern 7 unterteilt wird, und daß aus jedem einzelnen Flächenelement 19 je eine Lichtleitfaser 7 den Teilbündeln 9.1 bis 9.4zugeordnet wird. Diese Aufteilung ist für die beiden in den Fig. 1 und Fig.2 dargestellten Ausführungsformen identisch.

Die elektrischen Ausgänge der Wandler 11.1 und 11.2 sind mit je einer Auswertungseinheit 20.1 und 20.2 für die Flammenüberwachung verbunden. Diese Auswertungseinheiten erfassen die durch flammentypisches Flackern entstehenden Intensitätspulsationen der Strahlung und der von den optoelektronischen Wandlern abgegebenen korrespondierenden elektrischen Größen und bilden ein für die Existenz einer Flamme im Innenraum 2 typisches Signal, daseiner Sicherheitsschaltung 21 aufgegeben wird. Fallen beide, von den Auswertungseinheiten 20.1 und 20.2 abgegebenen Signale unter einen vorgegebenen Grenzwert, wird durch die Sicherhe.itsschaltung 21 ein Schnellschlußventil 22 in der Sauerstoffzuteilung 23 zum Brenner 2 abgesperrt, der Reaktor außer Betrieb genommen und in einem sicheren Zustand überführt.

Durch entsprechende Abstimmung von Filter 13.1 und Sensor des korrespondierenden Wandlers 11.1 wird ein insbesondere für den Anfahrbetrieb des Reaktors bei niedrigem Druckniveau für die Flammenüberwachung geeignetes Wellenlängenband der Flammenstrahlung erfaßt, in elektrische Größen umgewandelt und über die Auswertungseinheit 20.1 der Sicherheitsschaltung 21 aufgegeben. Filter 13.2, Wandler 11.2 und Auswertungseinheit 20.2 sind dagegen für die Flammenüberwachung im Normalbetrieb bei hohem Druck und hoher Leistung bestimmt. Die Anwendungsbereiche sind ausreichend überlappt, so daß die Existenz einer Flamme im Innenraum 1 des Druckreaktors 2 in allen möglichen Betriebsbedingungen ohne Umschaltvorgänge überwacht werden kann. Die dargestellte Aufteilung der Lichtleitfasern 7 des Bündels 6 auf die Teilbündel 9 garantiert, daß beiden parallelen Flammenüberwachungslinien im Informationsgehalt identische optische Signale zugeführt werden. Das vermindert Fehl- und Abschaltvorgänge im Überlappungsbereich durch zufällige Veränderungen der Flammengeometrie im Innenraum und trägt zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Anlage bei. Die elektrischen Ausgänge der Wandler 11.3 und 11.4 sind mit den Eingangskanälen einer Verhältnis-Pyrometerschaltung 24 verbunden. Durch entsprechende Wahl von Filtern und Sensoren werden vom Wandler 11.3 einer Strahlungsintensität im Wellenlängenbereich von 622 nm, vom Wandler 11.4 im Wellenlängenbereich von 678 nm entsprechende elektrische Signale gewonnen und durch die Verhältnispyrometer-Schaltung 24 in ein der Temperatur im Innenraum 1 entsprechende Signal umgeformt. Das Signal wird einem Prozeßleitsystem 25 aufgegeben, das durch Einwirkung auf die Regelventile 26und 27 in der Sauerstoffzuleitung 23 und in der Erdgaszuleitung 28 zum Brenner 2 optimale Betriebsbedingungen einstellt. Die durch die Art der Aufteilung der Lichtleitfasern 7 auf die Teilbündel 9 erreichte Identität der über die Teilbündel 9.3 und 9.4 übertragenen optischen Signale ist Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit der Temperaturmessung und damit für die laufende Einhaltung optimaler Betriebsbedingungen der Partialoxidation.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur cotischen Überwachung von Hochtemperaturreaktoren, bestehend aus einem Bündel von Lichtleitfasern, das in einem Innenraum des Hochtemperaturreaktors mündenden Kanal angeordnet, mit einer Stirnseite dem Innenraum zugewendet und an dem der Stirnseite abgewendeten Ende in mindestens zwei Teilbündel aufgeteilt ist, wobei die einzelnen Teilbündel jeweils mit korrespondierenden optoelektronischen Wandlern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Bündels (6) von Lichtleitfasern (7) in die Teilbündel (9) innerhalb des Kanals (4) und in solcher Weise erfolgt, daß von jedem eine gleiche Zahl von Lichtleitfasern (7s umfassenden Flächenelement (19) der Stirnseite (8) ausgehend jedem Teilbündel (9) eire feste, für das betreffende Teilbündel charakteristische Anzahl von Lichtleitfasern (1) zugeordnet ist, und daß die einzelnen Teilbündel (9) mit dem korrespondierenden Wandler (11) jeweils über ein druckdichtes Fenster (12) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckdichten Fenster (12) in einem Deckel (14) angeordnet sind, der den genannten Kanal (4) druckfest nach außen abschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen einem Teilbündel (9) und dem korrespondierenden Wandler (11) über ein Linsensystem (10) erfolgt, das so beschaffen ist daß eine Austrittsfläche des Teilbündels (9) auf einem als Eingangselement des Wandlers (11) vorgesehenen Sensor abgebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das druckdichte Fenster (12) als Sammellinse gestaltet und in das Linsensystem (10) integriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das druckdichte Fenster (12) als Taper (17) gestaltet ist, der mit mindestens einer an dessen Austrittsseite angeschlossenen sensorseitigen Lichtleitfaser (19) mit dem als Eingangselement des Wandlers (11) vorgesehenen Sensor verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem eine gleiche Zahl von Lichtleitfasern (7) umfassenden Flächenelement (19) der Stirnseite (8) ausgehend jedem Teilbündei (9) eine gleiche Anzahl von Lichtleitfasern (7) zugeordnet ist.