DD299920A7 - DEVICE FOR THE OPTICAL MONITORING OF HIGH-TEMPERATURE REACTORS - Google Patents
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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}The invention relates to a device for optical monitoring of high-temperature reactors, in particular for reactors in which flame reactions take place under elevated pressure. The aim is to ensure the monitoring with little effort in each phase of operation with unrestricted technical safety, to make the device insensitive to contamination and to ensure high availability. The object of the invention is to provide a device for the monitoring of high-temperature reactors, in which the detection of the radiation emitted by the flame is carried out by optical means and optical signals from different phases of work without switching the conversion and evaluation unit supplied. According to the present invention, a bundle of optical fibers having a flat face is turned toward the interior and at the other end divided into at least two subbands so that from each surface element comprising an equal number of optical fibers, a fixed number of optical fibers characteristic of that subbranch will be obtained from each subbranch assigned. The individual Teilbuendel are each connected to corresponding optoelectronic converters. Fig. 1 {monitoring; High-temperature reactors, optical; optical fibers; Teilbuendel; Transducers, optoelectronic; Radiant energy, electromagnetic; Signal, electric}
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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.The invention relates to a device for optical monitoring of high temperature reactors. It is particularly intended for the monitoring of reactors in which flame reactions under elevated pressure occur, such as reactors for the partial oxidation of dusty fuels or hydrocarbons for the production of H 2 and С rich gases for the chemical and energy industries or higher Pressure operated combustion chambers.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
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.In gas production technology, the partial oxidation of hydrocarbons or dusty solid fuels with technical oxygen is performed. In processes of this kind, the fuel is reacted in the form of a flame reaction to a H 2 and СО-rich gas, which is used as synthesis gas, reducing gas or fuel gas. Often the Partialoxyda-ion is carried out under пслет pressure For the Betriebfuhrung and the performance of the technical Safety of such systems is necessary to monitor the flame forming in the reaction space.
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- werdenGrundsatzlic 1 - the same: conveyance is for combustion chambers which are operated under higher pressure and, for example, for gas turbines, aufgeler-ene, that is, under high flue gas pressure-operated steam generators or operated under high pressure Verbrennkarr-ren are for metallurgical furnace used is often in addition to the naked Evidence of the existence of a flame = in the Reaktio-space or in its place the detection of a characteristic temperature desired. It is known to make this optical alignment optically. For this purpose, optical signals emanating from the flame in the form of electromagnetic radiation are in the range of visible light and in the adjacent regions of the spectrum c. pass through the wall that blocks the reaction space and convert it, by means of optoelectronic converters, into electrical signals used to monitor and control the process. DD-WP 219 053 describes a periscope for the transmission of optical signals from a pressurized reaction space i In this periscope, which is guided through the wall of the reactor and connected to it in a pressure-tight manner, the opaque signal emanating from the flai-e is moved through a pressure-resistant window onto a sensor with the aid of a lens system, because A suitable electrical signal is given off by means of suitable electronic circuitry. For example, DD-WP 228032 can be used as an example of such a procedure and the associated circuit arrangement
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.As DD-WP 253073 or also DD-WP 219059 show, it is possible to use a fiber-optic cable instead of a lens system for the transmission of the optical signal of the flame to the outside. It is also known to arrange means for monitoring flames in one of the supply of gaseous media in the reaction chamber serving channel, according to DD-WP 241 457, for example, in the central fuel gas channel serving for ignition and maintaining a Pilotflam.me in the reaction space pilot burner.
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.For the optical temperature measurement in a reaction space, the so-called ratio pyrometry is common when operating under normal pressure. The ratio of the radiation intensity in at least two different wavelength ranges is used as a measure of the temperature prevailing in the reaction space. The transfer of such a method to the continuous control of one under a drupk of e.g. However, 3MPa standing reaction space with conventional radiation dividers requires observation windows and channels with a relatively large cross-section of complex construction, and large amounts of purge gas to keep the observation channel and pressure-tight optical window. Nevertheless, such solutions have not proved to be operational due to contamination of windows and by buildup in the or previous observation channel in the long run.
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.If, on the other hand, two or more known observation devices are installed separately, the turbulences prevailing in the reaction space result in different transparency conditions for the individual observation devices, and hence distortions in the ratio measurement, even if the devices are aligned with the same point of the flame.
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.From the patent DE-PS 31 33822 an arrangement for optical temperature measurement according to the principle of proportional pyrometry is known in which one end of a glass fiber light guide with a diameter of about 50 μιτι using a screw in the wall of a closed hot room is used and the other End is divided into two branch pieces, which are each connected to a detector. However, the implementation of an optical fiber bundle by means of a screw in which the bundle is poured or cemented into a bore of the screw, but does not meet the high technical safety requirements for a pressure-resistant implementation, for example in a high pressure and with technical oxygen operated partial oxidation reactor must be made. Moreover, the small diameter of the glass fiber light guide of DE-PS 31 33 822 only allows the transmission of a relatively small radiant power, which is often not sufficient if beyond a simple temperature measurement information to be obtained from a hot reaction space.
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.With the known technique, it is relatively easy to produce during the normal operation of the Hochtemperaturreaktorsein characteristic of the existence of the flame in the reaction chamber, an automatic control device aufschaltbares signal whose failure or its migration leads from a given for the existence of the flame typical area for emergency shutdown. For the monitoring of a technical reactor, however, it is not only important to master the normal operation, but to ensure the technical safety in operating phases that differ significantly from normal operation. Such operating phases occur, for example, during the commissioning of partial oxidation plants for pulverized coal. Thus, for each commissioning process, for example, to ignite an auxiliary gas flame at approximately atmospheric pressure, to heat the reactor while increasing auxiliary gas supply, to increase the pressure while maintaining the flame to the intended operating pressure, to release the pulverized coal feed and thus to ignite the pulverized coal flame and finally the auxiliary gas supply switch off the existing dust flame or reduce it to a minimum. Although the existence of a flame in the reaction space is common to the individual phases, the radiation properties of the flame and its geometry in the individual phases are extremely different. In addition, at the most critical point of coal dust addition, the dust cloud entering the reaction space first "darkens" the reaction space, ie partially absorbs the auxiliary gas flame radiation before full ignition and the regular dust flame is formed of liquid fuels such as residual oils or tars.
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.This discrepancy means that the optical flame monitoring is only effective for a certain operating condition, usually for normal operation, or that several flame monitoring devices are arranged with different geometric arrangement and different mode of action, each only for a certain operating phase of the automatic safety of the system switched are. While the first possibility brings a limitation of the effect of the automatic safety technology, the second possibility is burdened with high effort and relatively large probability of error, especially in the switching phases, with occurring errors in each case lead to emergency shutdown by the safety automatic.
Ziel der ErfindungObject of the invention
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.The object of the invention is a technical solution for monitoring high-temperature reactors for carrying out flame reactions, which is particularly suitable for reactors which are operated under higher pressure, including reactors for the partial oxidation of dusty and liquid fuels, which is associated with relatively little effort, In every possible phase of operation including the start-up and shut-down operation the unrestricted technical safety is guaranteed, insensitive to contamination and high availability is ensured.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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 jedenThe invention has for its object to provide an apparatus for monitoring high-temperature reactors, run in the interior of flame reactions, emanating from the detection of the radiation emitted by the flame by optical means. The device should be suitable for reactors whose interior is under higher pressure. It is to receive optical signals from different operating phases of the reactor, such as start-up, normal operation or load change, and in each case supply the characteristic for the relevant phase of operation conversion and evaluation unit, without switching must be made. She should go on and on for everyone
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.any operating state, the received optical signals from the interior into at least two signals of the same information content for further evaluation, such as for a temperature measurement according to the principle of ratio pyrometry, divide and forward the corresponding converter. The invention is based on the use of optical fibers as a monitoring element for the optical signals.
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.According to the invention the object is achieved by a device which is characterized in that within a opening into the interior of the reactor channel for supplying a gaseous medium, a bundle of optical fibers is disposed, which faces the interior of the reactor with a flat end face and on which the End facing away end is divided into at least two sub-bundles. The said end face is arranged in the channel such that it is struck by the electromagnetic radiation which is emitted by a flame prevailing in the interior of the reactor. According to the division of the optical fiber bundle into the sub-beams within the channel and in such a way that of each an equal number of optical fibers comprising small area element of the front side starting from each sub-bundle is associated with a fixed, for the relevant sub-beam characteristic number of optical fibers. This means that the individual optical fibers forming an arbitrary sub-beam are distributed completely uniformly over the surface of this end face on said flat end face facing the interior of the reactor. Thus, surface differences in radiation incidence are transmitted to the front side proportionally over all sub-beams. Further, the individual sub-beams are each connected via a pressure-tight window in each case with corresponding transducers for converting electromagnetic radiation energy of a defined wavelength range into electrical signals.
Bei einer bevorzugten Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die druckdichten Fenster in einem Deckel untergebracht, der den obengenannten Kanal druckfest abschließt.In a preferred form of the device according to the invention, the pressure-tight windows are accommodated in a cover which closes the abovementioned channel in a pressure-tight manner.
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.According to a preferred embodiment of the invention, the connection between a sub-beam and the associated transducer via a lens system which focuses the exiting from an exit surface of the relevant sub-beam radiation on a provided as an input element of the transducer optoelectronic sensor, ie the exit surface of the sub-beam on the active surface of the sensor.
Dabei können in dem Strahlenweg optische Filter oder Filterkombinationen eingeschaltet sein, um den auf den Sensor fallenden Wellenlängenbereich der Strahlung zu begrenzen.In this case, optical filters or filter combinations can be switched on in the beam path in order to limit the wavelength range of the radiation falling on the sensor.
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.The pressure-tight window can then be designed as a converging lens and optically integrated into said lens system. In a further embodiment of the invention, the connection between the sub-beams and the sensors provided as input elements of the corresponding transducers takes place via a taper which is conventional in optical fiber optics, a transparent truncated cone tapering in the direction of the radiation path and a reduction by total reflection on the lateral surface causes the beam diameter, and at least one respective sensor-side optical fiber connected to the outlet side of the tapers. The tapers also assume the function of the pressure-tight window and are pressure-tight in the lid, which closes the channel in which the optical fiber bundle is housed pressure-tight. For many applications, it is expedient if the sub-beams each consist of the same number of optical fibers. In this case, the distribution of the optical fibers of a sub-beam over the full area of the radiation-receiving end side of the (total) bundle of optical fibers can be made particularly uniform.
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.The gaseous medium supplied to the channel with the optical fiber bundle can be a reaction partner which is necessary for generating the flame reaction, ie a gaseous fuel or a gaseous oxidizing agent. In this case, the channel with the optical fiber bundle is part of a burner projecting into the interior of the reactor.
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.However, regardless of the medium required to maintain the flame reaction, the channel may be supplied with an inert purge gas such as nitrogen. Because of the small dimensions of the bundle of optical fibers here the channel can be made with a relatively small diameter, so that the Spülgasbedarf to keep his mouth cross-section remains low.
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.For the device according to the invention can be used in principle all commercially available optical fibers. A particularly wide range of applications of the device is achieved, however, when optical fibers, lenses, optical windows or Taper from quartz glass use, because then a wavelength range of flame radiation between 200 and 2500 nm, ie from the ultraviolet to the near infrared range, transmitted and for the monitoring can be used. With the device according to the invention can be obtained from the interior of the high-temperature reactor with identical information content depending on the number of sub-beams multiple optical signals. Thus, in a typical application case when dividing the optical fiber bundle in three sub-beams, the signals of two sub-beams for a ratio pyrometer circuit for detecting the flame temperature, the third sub-beam used for flame monitoring. In a manner known per se, the flame monitoring takes place to eliminate the radiation influence emanating from glowing inner walls by detecting an intensity fluctuation of the emitted radiation which is typical for the existence of the flame. For the expert, the variety of possible uses of the device according to the invention becomes clear from this application and the following embodiments.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung sei unter Heranziehung schematischer Darstellungen durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to schematic representations by two embodiments.
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.1 shows the section through a device according to the invention, in which four partial bundles of optical fibers are optically connected via a lens system and a pressure-tight window with the corresponding opto-electronic transducers, the example of monitoring a high-temperature reactor for the partial oxidation of gaseous hydrocarbons with technical Oxygen.
Fig. 2: zeigt den Detailschnitt durch eine Vorrichtung, bei der die optische Verbindung zwischen den Teilbündeln und denFig. 2: shows the detail section through a device in which the optical connection between the sub-beams and the
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.corresponding transducers via a respective taper and attached optical fibers takes place. Fig. 3: shows a schematic representation of the bundle of optical fibers and its division into the sub-beams.
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.The process of partial oxidation proceeds as a flame reaction in the interior 1, ie the reaction space of a pressure reactor 2. For this purpose, a gaseous hydrocarbon, here natural gas, and technical oxygen is passed as an oxidant in the reaction chamber via a burner 3.
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.The burner consists of a central channel 4 for supplying the natural gas and a channel 5 surrounding this central channel 4 for the supply of technical oxygen. In order to monitor the flame reactions taking place in the interior 1, a bundle 6 of individual optical fibers 7 made of quartz glass is arranged in the central channel 4 of the burner 3, ie in the natural gas feed stream, whose end face 8 ground perpendicular to the fiber direction faces the interior 1 of the pressure reactor 2. On its other side, the bundle 6 is divided into four sub-beams 9.1 to 9.4 of optical fibers, each of the sub-beam transmits its radiation component from the interior 1 via a respective lens system 10.1 to 10.4 serving as the input element corresponding optoelectronic transducer 11.1 to 11.4 sensors. A pressure-tight window 12.1 to 12.4 and an optical filter 13.1 to 13.4 specific to the relevant beam path are enclosed in the beam path. In order to protect the bundle 6 of optical fibers 7, in particular its end face 8, against possible contamination of the natural gas stream in the channel 4, this bundle 6 is surrounded by a jacket 15 at a short distance. The annular gap between bundle 6 and jacket 15 is purged via port 16 with a small stream of dried and contaminant-free nitrogen. The pressure-tight windows 12 are arranged in a cover 14, which closes said annular gap and thus also the central channel 4 of the burner 3, in which the annular gap opens, pressure-resistant to the outside.
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.In the example shown in FIG. 2, the partial bundles 9.1 to 9.4 are optically connected to a taper 17.1 to 17.4 made of quartz glass. This known in the fiber optic component is a tapered in the direction of the radiation path, transparent truncated cone with inwardly totally reflecting lateral surface. At the light exit surfaces of the taper 17 sensor-side optical fibers 18 are coupled, which provide the connection to the sensors of the corresponding optoelectronic transducer 11. The taper 17 are pressure-tight inserted into the lid 14 and thus take over the function of the pressure-tight window 12 of the embodiment shown in FIG.
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.The division of the optical fibers 7 of the bundle 6 on the four sub-beams 9.1 to 9.4 takes place, as Fig.3 illustrates, in such a way that the end face 8 is divided into surface elements 19, each with four optical fibers 7, and that from each individual surface element 19 each an optical fiber 7 is assigned to the sub-beams 9.1 to 9.4. This division is identical for the two embodiments shown in FIGS. 1 and 2.
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.The electrical outputs of the transducers 11.1 and 11.2 are each connected to an evaluation unit 20.1 and 20.2 for flame monitoring. These evaluation units detect the intensity pulsations of the radiation and of the electrical quantities emitted by the optoelectronic converters, which are caused by flame-type flickering, and form a signal which is typical of the existence of a flame in the interior 2 and which is applied to a safety circuit 21. If both signals emitted by the evaluation units 20.1 and 20.2 fall below a predetermined limit value, a quick-closing valve 22 in the oxygen allocation 23 to the burner 2 is shut off by the safety switch 21, the reactor is put out of operation and transferred to a safe state.
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.By appropriate tuning of filter 13.1 and sensor of the corresponding transducer 11.1 a suitable in particular for the start-up of the reactor at low pressure level for flame monitoring wavelength band of the flame radiation is detected, converted into electrical quantities and abandoned via the evaluation unit 20.1 of the safety circuit 21. Filter 13.2, converter 11.2 and evaluation unit 20.2 are, however, intended for flame monitoring in normal operation at high pressure and high power. The application areas are sufficiently overlapped, so that the existence of a flame in the interior 1 of the pressure reactor 2 can be monitored in all possible operating conditions without switching operations. The illustrated division of the optical fibers 7 of the bundle 6 on the sub-beams 9 guarantees that identical optical signals are supplied to both parallel flame monitoring lines in the information content. This reduces faulty and shutdown operations in the overlap area due to random changes in the flame geometry in the interior and contributes to increasing the availability of the system. The electrical outputs of the transducers 11.3 and 11.4 are connected to the input channels of a ratio pyrometer circuit 24. By appropriate choice of filters and sensors are from the converter 11.3 a radiation intensity in the wavelength range of 622 nm, from the transducer 11.4 in the wavelength range of 678 nm corresponding electrical signals obtained and reshaped by the ratio pyrometer circuit 24 in a temperature in the interior 1 corresponding signal. The signal is fed to a process control system 25, which sets optimal operating conditions by acting on the control valves 26 and 27 in the oxygen supply line 23 and in the natural gas feed line 28 to the burner 2. The achieved by the nature of the division of the optical fibers 7 on the sub-beams 9 identity of transmitted over the sub-beams 9.3 and 9.4 optical signals is a prerequisite for the functioning of the temperature measurement and thus for the continuous maintenance of optimal operating conditions of the partial oxidation.
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|---|---|
| DD (1) | DD299920A7 (en) |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4312222A1 (en) * | 1993-04-14 | 1994-10-20 | Schuessler Technik Bernd Schue | Device for supplying protective gas to a heated workpiece |
| DE19628960A1 (en) * | 1996-07-18 | 1998-01-22 | Abb Research Ltd | Temperature measuring device |
| EP2136140A1 (en) | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Linde AG | Burner head for hand- or machine-operated burner devices |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1251246B (en) * | 1991-08-27 | 1995-05-05 | Sie Systems Spa | DEVICE FOR DETECTION OF THE PRESENCE AND QUALITY OF THE FLAME THROUGH THE COLLECTION AND ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC RADIATIONS OF DIFFERENT WAVELENGTH |
| DE4131540C1 (en) * | 1991-09-21 | 1992-10-22 | Hobby-Wohnwagenwerk Ing. Harald Striewski Gmbh, 2374 Fockbek, De | Gas heated refrigerator based on absorption process - allows gas flame to be observed by light conductor by having emergent end at front side and incident end aligned to flame |
| AT402762B (en) * | 1994-12-05 | 1997-08-25 | Staudinger Gernot | METHOD AND DEVICE FOR REGULATING A RUST BURNER WITH MOVING RUST |
| TW337553B (en) * | 1995-12-20 | 1998-08-01 | Voest Alpine Ind Anlagen | Method for determination of electromagnetic waves originating from a melt |
| US6135760A (en) * | 1996-06-19 | 2000-10-24 | Meggitt Avionics, Inc. | Method and apparatus for characterizing a combustion flame |
| US6071114A (en) * | 1996-06-19 | 2000-06-06 | Meggitt Avionics, Inc. | Method and apparatus for characterizing a combustion flame |
| DE19729712C1 (en) * | 1997-07-11 | 1999-03-04 | Krupp Uhde Gmbh | Device for holding a probe in a thermally highly stressed apparatus |
| US6053632A (en) * | 1997-10-20 | 2000-04-25 | Texaco Inc. | Apparatus for measuring temperature inside reactors |
| DE19850940A1 (en) * | 1998-11-05 | 2000-05-31 | Messer Austria Gmbh Gumpoldski | Swirl burner |
| AT410031B (en) * | 2000-12-01 | 2003-01-27 | Voest Alpine Ind Anlagen | DEVICE FOR RECEIVING AND TRANSMITTING ELECTROMAGNETIC WAVES EMITTED BY A MATERIAL SAMPLE |
| SE534818C2 (en) * | 2010-05-06 | 2012-01-10 | Cortus Ab | Method and apparatus for introducing powdered material into a gasification reactor, the apparatus comprising a laval nozzle |
| US9863813B2 (en) | 2012-04-13 | 2018-01-09 | General Electric Company | Flame sensor |
| CN108645957B (en) * | 2018-04-10 | 2024-03-29 | 合肥工业大学 | Experimental device and experimental method for measuring cable combustion characteristics in oxygen-enriched environment |
-
1989
- 1989-12-27 DD DD33630089A patent/DD299920A7/en unknown
-
1990
- 1990-08-14 DE DE4025909A patent/DE4025909A1/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4312222A1 (en) * | 1993-04-14 | 1994-10-20 | Schuessler Technik Bernd Schue | Device for supplying protective gas to a heated workpiece |
| DE19628960A1 (en) * | 1996-07-18 | 1998-01-22 | Abb Research Ltd | Temperature measuring device |
| US6142665A (en) * | 1996-07-18 | 2000-11-07 | Abb Alstom Power Ltd | Temperature sensor arrangement in combination with a gas turbine combustion chamber |
| DE19628960B4 (en) * | 1996-07-18 | 2005-06-02 | Alstom Technology Ltd | temperature measuring |
| EP2136140A1 (en) | 2008-06-20 | 2009-12-23 | Linde AG | Burner head for hand- or machine-operated burner devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE4025909A1 (en) | 1991-07-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NAC | Public notice for inspection of provisional exclusive patent accord. to par 18/2 dd-patg. |