DE1281090B

DE1281090B - Flame monitoring device

Info

Publication number: DE1281090B
Application number: DEM?701A
Authority: DE
Inventors: Edgar Basil Foskett
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1964-04-07
Filing date: 1965-04-03
Publication date: 1968-10-24

Description

Flammenüberwachungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur getrennten Überwachung der Zünd- und Hauptflamme einer Brenneranlage, bei welcher ein erster Flammenfühler der Strahlung des Zündbrenners ausgesetzt ist und ein zweiter Flammenfühler auf den äußeren Teil der Verbrennungszone des Hauptbrenners gerichtet ist. Brenneranlagen dieser Art weisen beispielsweise einen Öl-Hauptbrenner mit Gas-Zündflamme oder einen Kohlenstaub-Hauptbrenner mit Öl-Zündflamme auf.Flame monitoring device The invention relates to a device for the separate monitoring of the pilot and main flame of a burner system in which a first flame sensor is exposed to the radiation from the pilot burner and a second Flame sensor aimed at the outer part of the combustion zone of the main burner is. Burner systems of this type have, for example, an oil main burner with a gas pilot flame or a pulverized coal main burner with an oil pilot flame.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein etwaiges Zurückschlagen der Hauptflamme in die Verbrennungszone der Zündflamme zu signalisieren.The invention is based on the problem of any kickback to signal the main flame in the combustion zone of the pilot flame.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in Brenneranlagen anwendbar, bei denen die von der Verbrennung flüssigen Brennstoffes herrührende Flamme von einer Zone umgeben ist, in die pulverförmiger Brennstoff eingebracht wird. Nach einem älteren Vorschlag ist für die Überwachung solcher Brenneranlagen vorgesehen, daß ein erster Flammenfühler durch ein im Brennerrohr. vorgesehenes Rohr von hinten auf die Verbrennungszone des flüssigen Brennstoffes und ein zweiter Flammenfühler auf den äußeren Teil der Verbrennungszone des pulverförmigen Brennstoffes gerichtet ist und daß zumindest der erste Flammenfühler praktisch nur auf UV-Strahlung- anspricht. Die Anordnung nutzt die Erkenntnis aus, daß der UV-Anteil der Flammenstrahlung der Kohlenstaubflamme durch den die Öl-Zündflamme umgebenden Mantel unverbrannten Kohlenstaubes abgeschirmt und daran gehindert wird, zu dem hinter dem Brennerrohr angeordneten UV-Flammenfühler für die Öl-Zündflamme zu gelangen.The invention can be used particularly advantageously in burner systems, in which the flame resulting from the combustion of liquid fuel is of is surrounded by a zone into which powdered fuel is introduced. To an older proposal is intended for the monitoring of such burner systems, that a first flame sensor through one in the burner tube. provided pipe from behind on the combustion zone of the liquid fuel and a second flame sensor directed towards the outer part of the combustion zone of the powdered fuel is and that at least the first flame sensor practically only responds to UV radiation. The arrangement uses the knowledge that the UV component of the flame radiation Coal dust flame through the jacket of unburned coal dust surrounding the oil pilot flame shielded and prevented from being placed behind the burner tube UV flame sensor for the oil pilot flame to arrive.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird - erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mit einer durch ihre jeweilige Schaltstellung das Vorhandensein oder Fehlen einer Flamme im Bereich des ersten Flammenfühlers kennzeichnende Umschaltvorrichtung eine weitere Umschaltvorrichtung in Reihe geschaltet ist, deren -jeweiliger Schaltzustand von der Brennstoffzufuhr zum Zündbrenner abhängt. Wenn das Vorhandensein einer Flamme im Bereich des auf die beispielsweise von flüssigem Brennstoff herrührende Zündflamme gerichteten ersten Flammenfühlers gemeldet wird, obwohl dem Zündbrenner kein Brennstoff zugeführt wird, so kann diese Flamme nur von der Verbrennung des dem Hauptbrenner zugeführten, beispielsweise pulverförmigen Brennstoffes herrühren. Da das Zurückschlagen der Flamme des Kohlenstaubbrenners in dem Verbrennungsbereich des Öl-Zündbrenners die Brenneranlage gefährden kann, führt die Erfindung zu einer Erhöhung der Betriebs-Sicherheit der Anlage. Die die Zufuhr oder das Fehlen einer Brennstoffzufuhr zum .Zündbrenner kennzeichnende Umschaltvorrichtung kann durch ein Ventil oder eine Pumpe in der Brennstoffversorgung für den Zündbrenner gesteuert werden. Was vorstehend in bezug auf Kohlenstaubbrenner mit Öl-Zündflamme gesagt wurde, gilt entsprechend für Ölbrenner mit Gas-Zündflamme und andere Brennerkombinationen.In order to achieve the stated object, it is proposed according to the invention that that with a by their respective switch position the presence or absence switching device characterizing a flame in the region of the first flame sensor a further switching device is connected in series, whose respective switching state depends on the fuel supply to the pilot burner. When the presence of a flame in the area of the pilot flame originating, for example, from liquid fuel directed first flame sensor is reported, although the pilot burner is out of fuel is supplied, this flame can only come from the combustion of the main burner supplied, for example pulverulent fuel originate. Since the strike back the flame of the pulverized coal burner in the combustion area of the oil pilot burner can endanger the burner system, the invention leads to an increase in operational safety the plant. The supply or the lack of a fuel supply to the ignition burner characteristic switching device can by a valve or a pump in the Fuel supply for the pilot burner can be controlled. What above in relation to It was said on pulverized coal burners with an oil pilot light, the same applies to oil burners with gas pilot flame and other burner combinations.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist an die Reihenschaltung der beiden Umschaltvorrichtungen eine Anzeige- oder Alarmvorrichtung angeschlossen, welche anspricht, sobald trotz Fehlens der Brennstoffzufuhr zum Zündbrenner vom ersten Flammenfühler das Vorhandensein einer Flamme festgestellt wird.In an expedient embodiment of the invention, the series circuit is connected A display or alarm device is connected to the two switching devices, which responds as soon as there is no fuel supply to the pilot burner from the presence of a flame is detected with the first flame sensor.

Vom zweiten Flammenfühler wird eine durch ihre jeweilige Schaltstellung das Vorhandensein oder Fehlen einer von der Verbrennung des dem Hauptbrenner zugeführten Brennstoffes herrührenden Flamme kennzeichnende Umschaltvorrichtung gesteuert. An die Steuerstromkreise für die erste und/oder zweite Umschaltvorrichtung kann eine Anzeigevorrichtung angeschlossen sein, die das Vorhandensein einer unstabilen Flamme meldet, sobald das Ausgangssignal des zugeordneten Flammenfühlers unter einen bestimmten Wert sinkt. Die Erfindung und dazu gehörige Einzelheiten sollen nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert werden. Darin zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Anzeige-und Signalstromkreise der Flammenüberwachungsvorrichtung und F i g. 2 eine weitere Ausführungsform für die Einschaltung der zusätzlichen Umschaltvorrichtung in die Anzeigestromkreise: Die Flammenüberwachungsvorrichtung enthält zwei Flammenfühler 10 a und 10 b, welche an elektrische Schaltungskreise L bzw. M angeschlossen sind. Der Flammenfühler 10 a ist auf die Zündflamme und der Flammenfühler 10 b auf die Hauptflamme gerichtet. Die Schaltungen L und M sind jeweils an die Netzwechselspannungsleitungen 17 und 18 angeschlossen, von denen die Leitung 17 mit einem Ein-Aus-Schalter versehen ist. Jeder der Kreise L und M enthält ein Melderelais 25 a bzw. 25 b, welches erregt wird, wenn der zugehörige Flammenfühler, beispielsweise ein Geiger-Müller-Zählrohr von der Flammenstrahlung, vorzugsweise UV-Strahlung, getroffen wird. Jedes der Relais ist mit einer Erregerspule 72 a bzw. 72 b versehen, die an die Schaltungseinheiten L bzw. M angeschlossen sind und Umschaltkontakte 73 a bzw. 73 b steuern. Die Kontakte 73 a und 73 b sind in der Lage dargestellt, die sie bei stromloser Wicklung einnehmen. Jedem der beiden Flammenfühler ist ein Meldelampenpaar N 1,N2 bzw. P 1, P 2 zu- geordnet, welches zwischen den fegten Kontakten der Umschalter 73 a bzw. 73 b und der Netzleitung 17 angeschlossen ist. Der bewegliche Kontakt des Umschalters 73 b ist direkt mit der Netzleitung 1$ verbunden. Im Stromkreis zwischen der Netzleitung 18 und dem beweglichen Kontakt des Umschalters 73 a liegt der weitere Umschalter 76 a, welcher in nicht näher dargestellter Weise durch ein Relais od. dgl. derart gesteuert wird, daß er die gezeigte Schaltstellung einnimmt, sobald dem Zündbrenner Brennstoff zugeführt wird. Bei einer Unterbrechung der Zufuhr flüssigen Brennstoffs zum Zündbrenner schaltet der Kontakt 76 a in die entgegengesetzte Lage um und bereitet somit den Stromkreis für eine Warnlampe R 1 vor. Befindet sich der 'Clmschalter 76 a in der gezeigten Stellung, so leuchtet die das Erlöschen oder nicht Vorhandensein der Plamtne anzeigende Lampe 11f 1 bzw. P 1 auf, sobald das zugehörige Relais 72 a bzw. 12. b abfällt: Die das Vorhandensein der F'lamrne meldende Lampe M2 bzw. 1'2 leuchtet, solange das Relais angesprochen ist. Mit den vier Lampen kann also jeder der vier möglichen Flammenzustände eindeutig angezeigt werden. An Stelle der Lampen kann man auch andere Anzeigevorrichtungen benutzen und die Schaltung andenweit abwandeln. Beispielsweise könnte auch beim Vorhandensein beider Flammen nur eine oder gar keine Lampe leuchten. Die Relais= Kontakte können auch zur Steuerung elektrischer Signale herangezogen werden, die entsprechenden Steuer- oder Regelvorrichtungen das Vorhandensein oder nicht Vorhandensein einer oder beider Planamen melden. Das Regelgerät kann beispielsweise eine Rechenanlage sein, die eine die $renneranlage umfassende Fabrikations- oder Dampferzeugungsanlage steuert. Auf diese Weise wird das Zünden und Brennen der Flammen selbsttätig gesteuert und überwacht.The second flame sensor controls a switching device which, by its respective switch position, characterizes the presence or absence of a flame resulting from the combustion of the fuel supplied to the main burner. A display device which reports the presence of an unstable flame as soon as the output signal of the associated flame sensor falls below a certain value can be connected to the control circuits for the first and / or second switching device. The invention and the details pertaining to it are to be explained below with reference to the drawing. In it, F i g. 1 shows a first exemplary embodiment of the display and signal circuits of the flame monitoring device and FIG. 2 shows a further embodiment for switching on the additional switching device in the display circuits: The flame monitoring device contains two flame sensors 10 a and 10 b, which are connected to electrical circuits L and M, respectively. The flame sensor 10 a is directed to the pilot flame and the flame sensor 10 b is directed to the main flame. The circuits L and M are each connected to the mains AC voltage lines 17 and 18, of which the line 17 is provided with an on-off switch. Each of the circles L and M contains a signal relay 25 a or 25 b, which is energized when the associated flame sensor, for example a Geiger-Müller counter tube, is hit by the flame radiation, preferably UV radiation. Each of the relays is provided with an excitation coil 72 a and 72 b , which are connected to the circuit units L and M and control changeover contacts 73 a and 73 b. The contacts 73 a and 73 b are shown in the position that they assume when the winding is de-energized. Each of the two flame sensors is assigned a pair of signaling lamps N 1, N2 or P 1, P 2 , which are connected between the swept contacts of the changeover switches 73 a or 73 b and the power line 17. The moving contact of the switch 73 b is directly connected to the power line 1 $. In the circuit between the power line 18 and the movable contact of the switch 73 a is the further switch 76 a, which in a manner not shown by a relay or will. If the supply of liquid fuel to the pilot burner is interrupted, the contact 76 a switches to the opposite position and thus prepares the circuit for a warning lamp R 1. If the 'Clmschalter 76a is in the position shown, the lamp 11f 1 or P 1 indicating the extinction or non-existence of the Plamtne lights up as soon as the associated relay 72 a or 12. b drops out: The presence of the F 'Loud signaling lamp M2 or 1'2 lights up as long as the relay is addressed. With the four lamps, each of the four possible flame states can be clearly displayed. Instead of the lamps, other display devices can also be used and the circuit can be modified in other ways. For example, only one lamp or no lamp at all could light up even if both flames are present. The relays = contacts can also be used to control electrical signals, the corresponding control or regulating devices report the presence or absence of one or both plan names. The control device can, for example, be a computer system that controls a manufacturing or steam generating system that includes the racing system. In this way, the ignition and burning of the flames is automatically controlled and monitored.

Wird dem vom Flammenfühler 10 a überwachten Zündbrenner kein Brennstoff zugeführt, so schaltet der Kontakt 76 a in die entgegengesetzte Stellung um und schließt damit einen Stromkreis von der Leitung 18 zu einem zusätzlichen Arbeitskontakt 73 d. Dieser Kontakt wird durch das Relais 25 a in derselben Weise gesteuert, wie der Kontakt 73 a. Wenn also der Flammenfühler 10 a das Vorhandensein einer Flamme in -der Verbrennungszone des Zündbrenners meldet, schalten die beiden Kontakte 73 a und 73 d in die entgegengesetzte Lage um, d. h. der letztgenannte Arbeitskontakt schließt. Dabei ist die Umschaltung des Kontaktes 73 a ohne jede Wirkung, da dieser durch den Kontakt 76 a von der Netzzuleitung 18 getrennt ist. Das Schließen des Arbeitskontaktes 73 d hat jedoch zur Folge, daß die Lampe R 1 aufleuchtet und hierdurch anzeigt, daß in der Verbrennungszone des Öl-Zündbrenners eine Flamme existiert, obwohl diesem kein Öl zugeführt wird. Das Aufleuchten der Lampe R 1 läßt also erkennen, daß die beispielsweise von der Verbrennung staub- oder pulverförmigen Brennstoffe herrührende Hauptflamme bis in die Verbrennungszone des Öl-Zündbrenners zurückschlägt. Das Aufleuchten der Lampe R 1 bzw. das Ansprechen einer Alarmvorrichtung kündigt diesen für den Betrieb des Brenners unter Umständen gefährlichen Zustand an. Selbstverständlich kann zusätzlich oder an Stelle der ]Lampe R 1 eine Steuervorrichtung zur selbsttätigen Beseitigung dieses den Brenner gefährdenden Zustandes, beispielsweise zur automatischen Abschaltung des Brenners, vorgesehen sein.Is supplied to the flame sensor 10 a monitored pilot burner no fuel, the contact 76 a switch in the opposite position in order, and thus completes a circuit from the line 18 to an additional normally open contact 73d. This contact is controlled by the relay 25 a in the same way as the contact 73 a. So when the flame sensor 10 a reports the presence of a flame in the combustion zone of the pilot burner, the two contacts 73 a and 73 d switch to the opposite position, ie the last-mentioned working contact closes. The switching of the contact 73 a has no effect, since it is separated from the power supply line 18 by the contact 76 a. Closing the normally open contact 73 d, however, has the consequence that the lamp R 1 lights up and thereby indicates that a flame exists in the combustion zone of the oil pilot burner, although no oil is being supplied to it. When the lamp R 1 lights up, it can be seen that the main flame, for example from the combustion of dusty or powdery fuels, strikes back into the combustion zone of the oil pilot burner. The lighting up of the lamp R 1 or the response of an alarm device announces this condition, which may be dangerous for the operation of the burner. Of course, in addition to or in place of the lamp R 1, a control device can be provided for automatically eliminating this state endangering the burner, for example for automatically switching off the burner.

Die Lampen p 1 und P 2 zeigen an, ob im Bereich der Verbrennungszone des Hauptbrenners eine Flamme vorhanden ist. Hierzu ist ein weiterer Plämz menfühler 10 b auf diese Zone gerichtet. Sein Ausgangssignal steuert über die Schaltung M die Erregen wicklung 72 b des Relais 25 b, so daß beim Vorhandensein einer Flamme im Beobachtungsbeteich des Flammenfühlers 10 b der Kontakt 73 b in die entgegengesetzte Lage umschaltet und die Lampe P 2 aufleuchtet.The lamps p 1 and P 2 indicate whether there is a flame in the area of the combustion zone of the main burner. For this purpose, another Plämz mensensor 10 b is directed to this zone. Its output signal controls the excitation winding 72 b of the relay 25 b via the circuit M, so that when a flame is present in the observation area of the flame sensor 10 b, the contact 73 b switches to the opposite position and the lamp P 2 lights up.

Eine andere Möglichkeit zur Einschaltung des Umschaltkontaktes `i6 ct in den Stromkreis der Anzeige=-lampen zeigt p' i g. 2. Tier ist gegenüber der Anordnung gemäß F i g. 1 die Reihenfolge der beiden Kote takte73 a und '1'6 a vertauscht, d. h. der Kontakt 73 tt liegt unmittelbar an der Netzzuleitung 18. Wird dem Zündbrenner Brennstoff zugeführt, so befindet sich der Kontakt 76 a in der gezeigten Lage und verbindet damit die Lampe X2 mit dem Umschaltköntakt73 u. Fehlt hingegen die Brennstöflzufuhr zum Zündbrenner, so liegt der Kontaktarm der Unlschaltvörrichtung 76 a in der entgegengesetzten Tage und. schließt die Warnlampe R 1 an die Urnschaltvörrichtung 73 a an. Bei dieser Schaltungsattordnung kann der zusItzliche Arbeitskontakt 73 d, wie er in F" i g. 1 vorgesehen ist, entfallen. Die Lampe N i leuchtet auf, wenn der Flammenfühler 111 a nicht belichtet wird. Das Aufleuchten der Lampe 11f 2 zeigt an, daß dem vom Flammenfühler 10 a überwachten Brenner Brennstoff zugeführt wird und die Plamfrie vorhanden ist. Leuchtet die Lampe R 1 auf, so bedeutet dies, daß dem Öl-Zündbrenner kein Brennstoff zugeführt wird, der Flammenfühler 10 a trotzdem aber eine Flamme feststellt. Dies @bedeutet, daß die von der Verbrennung pulverförmigen Brennstoffes herrührende Haupt brennerflamme bis in die Verbrennungszone des öl-Zündbrenners zurückschlägt. Dieser Betriebszustand gefährdet unter Umständen den Brenner und ist vom Bedienungspersonal in geeigneter Weise abzustellen, sofern nicht der die Anzeigelampe R 1 zum Aufleuchten bringende Stromkreis entsprechende Steuervorrichtungen, z. B. ein Relais zur selbsttätigen Abschaltung des Brenners, zum Ansprechen bringt.Another possibility for switching on the changeover contact `i6 ct in the circuit of the display = lamps is shown by p 'i g. 2. Animal is opposite to the arrangement according to FIG. 1 the order of the two Kote clocks 73 a and '1'6 a interchanged, ie the contact 73 tt is directly on the power supply line 18. If fuel is supplied to the pilot burner, the contact 76 a is in the position shown and thus connects the lamp X2 with the switching contact 73 u. If, on the other hand, the fuel supply to the pilot burner is missing, the contact arm of the switching device 76 a is in the opposite day and. connects the warning lamp R 1 to the Urnschaltvörrichtung 73 a. With this circuit arrangement, the additional normally open contact 73d, as provided in FIG. 1, can be omitted. The lamp Ni lights up when the flame sensor 111a is not exposed. The lighting up of the lamp 11f 2 indicates that The burner monitored by the flame sensor 10a is supplied with fuel and the plamfrie is present that the main burner flame resulting from the combustion of pulverulent fuel strikes back into the combustion zone of the oil pilot burner. This operating state may endanger the burner and must be switched off by the operating personnel in a suitable manner, unless the control devices that cause the indicator lamp R 1 to light up are not used , e.g. a relay for automatic shutdown of the burner, triggers.

Claims

Claims: 1. Device for the separate monitoring of the ignition and main flame of a burner system, in which a first flame sensor is exposed to the radiation of the ignition burner and a second flame sensor is directed to the outer part of the combustion zone of the main burner, characterized in that with one through their respective switching position the presence or absence of a flame in the area of the first flame sensor (10a) characterizing switching device (73 a) a further switching device (76 a) is connected in series, the respective switching state of which depends on the fuel supply to the pilot burner.

2. Flame monitoring device according to claim 1, characterized in that the further (third) switching device (76 a) by a valve or a pump in the fuel supply system for the Pilot burner is controlled.

3. Flame monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that one is connected to the series connection of the two switching devices connected display or alarm device (R 1) responds as soon as it is missing of the fuel supply to the pilot burner from the first flame sensor (10a) a flame is detected.

4. Flame monitoring device according to one of the Claims 1 to 3, characterized in that the second flame sensor (10 b) one by their respective switch position the presence or absence of a flame characterizing second switching device in the area of this second flame sensor (73 b) is controlled. Publications considered: German Patent Specifications No. 349 608, 475 492; U.S. Patent No. 2,306,073.