DE1970072U - Flammenueberwachungsvorrichtung. - Google Patents

Description

P.A.398 033*18.7.6?

HONEYWELL GMBH · Frankfurt (Main)

Η'47.178/2%i Gbrn 7.1.1964 /.13. JuIi 1967

PA 64/01

Neuerung
Die 2CK&2äJäHHg besieht sich auf Flammenüberwachungsvorrichtungen für Brenner, die mit flüssigen oder pulverförmiger! Brennstoffen betrieben werden können. Solche Brenner können entweder flüssige oder feste oder gleichzeitig beide Arten von Brennstoffen verarbeiten, wobei im letztgenannten Falle die von der Verbrennung des flüssigen Brennstoffes herrührende Flamme von einer Zone umgeben ist, in die der pulverförmige Brennstoff eingebracht wird. Derartige Brenneranlagen laufen im Normalbetrieb durch die Verbrennung des pulver» förmigen Brennstoffes, während die vom flüssigen Brennstoff herrührende Flamme bei der Inbetriebsetzung der Anlage »um Zünden des pulverförmigen Brenn« stoffes dient.

Beispielsweise in grossen Dampferzeugungsanlagen für Elektrizitätswerke ist .es üblich, in einer einzigen Verbrennungskammer mehrere, z. B. zehn oder zwölf derartige Brenner anzuordnen. In Verbindung mit derartigen Anlagen ergibt sich die Notwendigkeit, die Flamme jedes Brenners ohne gegenseitige Beeinflussung oder Störung zu überwachen und festzustellen, ob die Flamme von der Verbrennung flüssigen, pulverförmigen oder beider Arten von Brennstoff herrührt.

Zur Flammenüberwachung ist die Verwendung sogenannter UV-Flammenfühler bekannt, die ein für die Bestrahlung mit Ultra-Violetfr-Strablen empfindliches Fühler» element und durch den Zustand des Fühlerelements beeinflusste Signal- oder Anzeigevorrichtungen enthalten. Letztere lassen erkennen, ob das Fühlerelement von einer Strahlung getroffen wird oder nicht. Üblicherweise sind ausserdem Vorkehrungen zur Abschirmung und Begrenzung des Strahleneinfallswinkels auf das Fühlerelement vorgesehen. Das Fühlerelement kann beispielsweise ein für ÜV-Strahlen empfindliches Geiger-Müller-Zählrohr sein, während die hierdurch beeinflussten Vorrichtungen irgendwelche elektrischen Stromkreise enthalten, die beim Vorhandensein einer Entladung in dem Zählrohr die gewünschten Anzeige= oder Überwachungssignale erzeugen.

Aus der USA Patentschrift 2 306 073 ist es bekannt, bei einem ölbrenner mit Gas-Zündflamme die Hauptflamme und Zündflamme getrennt mit Hilfe je einer Fotozelle zu überwachen. Da die Gasflamme des Zündbrenners im wesentlichen blaugefärbt ist, während die ölflamme des Hauptbrenners den Hauptanteil ihrer Strahlung im Gelb-Orange-Bereich des Spektrums aussendet, werden bei dieser Anordnung zwei auf Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge ansprechende optische Fühler eingesetzt, um beide Flammen getrennt zu überwachen.

Dieses Verfahren ist jedoch zur Überwachung eines Kohlenstaubbrenners mit Öl-Zündflamme ungeeignet, weil sich hier die Flammenfarben von Zünd- und Hauptflamme nicht merklich voneinander unterscheiden.

Die Neuerung betrifft eine Flammenüberwachungsvorrichtung für mit flüssigen und/oder pulverförmigen Brennstoffen betriebene Brenneranlagen, bei denen die von der Verbrennung des flüssigen Brennstoffes herrührende Flamme von einer Zone umgeben ist, in die der pulverförmige Brennstoff eingebracht wird. Brenner dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 3^9 βθ8 bekannt. Aufgabe der Neuerung ist es, bei solchen Brennern beide Flammen getrennt zu überwachen.

Die Neuerung sieht hierfür vor, daß ein erster Flammenfühler in ansich bekannter Weise durch ein im Brenner vorgesehenes Rohr von hinten auf die Verbrennungszone des flüssigen Brennstoffes gerichtet ist, während ein zweiter Flammenfühler auf den äußeren Teil der Verbrennungszone des pulverförmigen Brennstoffes gerichtet ist.

Die optische Überwachung einer Brennerflamme durch das Brennerrohr hindurch von hinten, ist ansich aus der deutschen Patentschrift 475 492 bekannt. Die Anwendung dieser Maßnahme zur getrennten Überwachung der Öl-Zündflamme und der Kohlenstaubflamme eines Brenners der vorgenannten Art, mußte ungeeignet erscheinen, weil der von hinten durch das Brennerrohr hindurchsehende

Flammenfühler nicht unterscheiden kann, ob die ihm zugeleitete Strahlung von der Öl-Zündflamme oder der in Sichtrichtung dahinterliegenden Kohlenstaubflamme herrührt. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß der die Öl-Zündflamme umgebende Mantel unverbrannten Kohlenstaubes den UV-Anteil der von der Kohlenstaubflamme herrührenden Strahlung nicht hindurch läßt. Diese Erkenntnis nutzt die Neuerung aus^ indem sie vorschiagt, daß zumindest der durch das Brennerrohr hindurch von hinten auf die Öl-Zündflamme gerichtete erste Plammenfühler praktisch nur auf UV-Strahlung anspricht.

Wenn der pulverförmige Brennstoff in zweckmäßiger Ausgestaltung der Neuerung zwischen dem Innen- und Außenmantel eines doppelwandigen, das Brennerrohr ebenfalls koaxial umgebenden Rohres zugeführt wird, kann der erste Flammenfühler zwischen der Innenwand dieses doppelwandigen Rohres und dem Brennerrohr für den flüssigen Brennstoff in Axialrichtung in die Verbrennungszone des flüssigen Brennstoffes hindurchsehen. Der zweite Flammenfühler ist vorteilhaft seitlich und etwas hinter dem Brenner liegend angebracht und am inneren Teil der Verbrennungszone des pulverförmigen Brennstoffes vorbei auf den äußeren Teil dieser Zone gerichtet. Zur Begrenzung des zum zweiten Fa⁷I ammen fühl er gelangenden Strahlenbündels kann zwischen diesem und dem äußeren Teil der Verbrennungszone des pulverförmigen Brennstoffes eine Lochblende mit kleiner Öffnung oder eine beliebige andere Vorrichtung zur Abschirmung von anderen Strahlungsquellen herrührender Strahlen abgebracht sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen., für die Überwachung beider Flammen UV-Flammenfühler, beispielsweise Geiger-Müller-Zählrohre, einzusetzen.

Bei Brenneranlagen mit mehreren Brennern wird jedem Brenner eine zwei Flammenfühler enthaltende Überwachungsvorrichtung zugeordnet und der zweite Flammenfühler jeweils derart ange-

ordnet, dass das von der zu überwachenden Flammenden® gum sugeordaeten Flam* menfühler gelangende Strahlenbündel keine andere Flammenzone berührt oder durchläuft. In manchen Pillen kann allerdings für die Überwachung d@r von der Verbrennung des pulverförmigen Brennstoffes herrührenden Flammen ein gemeinsamer Flammenfühler für zwei oder mehrere Flammen verwendet werden. Eine einwandfreie Flammenüberwachung aller durch die Verbrennung des flüssigen und des pul ve rför mi gen Brennstoffes erseugSen Flammen ist aber nur dann gewahrleistet, wenn der Strahlenpfad der seu dem zweiten Flammenfühler ge~ langenden Strahlung einv/andfrei ausserhalb der ¥erbrennungsaonen aller anderen Brenner liegt. Es wird in diesen Fällen nötig sein, durch geeignete Abschirme massnah men und Blenden den Strahlenweg genau zu begrenzen, um das Eindringen irgendwelcher von anderen Brennern herrührender Strahlung zu verhindern.

An die Flammenfühler sind auf den jeweiligen Belichiungs&ustand ansprechende elektrische Kreise, Signal= Anzeige=- und/oder vorzugsweise selbsttätig wirk» sam v/erdende Steuer-= oder Regelvorrichtungen angeschlossen. Es ist" günstig, "

_v. für jeden der Flammenfühler getrennte elektrische Kreise. Signal- oder Anzeige«» vorrichtungen vorzusehen. Man kann beispielsweise jedem Flammenftifoler swei

_t Anzeige» oder Signalelemente, z. B. Signallampen zuordnen, von denen je.nach Belichtungszustand des Flammenfühlers das eine oder das andere Signalelement

Bei Anlagen mit mehreren Brennern wiederholen sich die für den Brenner vorgesehenen Anzeigevorrichtungen. Die Ausgangssigaale der.von den Flammenfühlern gesteuerten elektrischen Schaltkreise können beispielsweise sum Öffnen oder Schliessen eines die Brennstoffzufuhr regelnden Ventils oder sum Inbetriebsetzen oder Abschalten einer Pampe oder eines Gebläsemotors dienen. Diese Steuer- und Regelvorrichtungen können vielerlei Gestalt sein and bei umfangreichen Anlagen in Form eines Prozessrechners zur automatischen Steuerung und Regelung einer ganzen Dampferzeugungsanlage dienen.

Neuerung
Die M%MM&$m§. und dazugehörige Einzelheiten werden aachfolgead anhand eiaes

in den Zeichnungen dargestellten Ausführangsbeispiels erläutert, wobei

Figur 1 eine seitliche Ansicht der Brenneranlage uad der Anbringung der Flammenfühler seigii, während "in " .

Figur 2 ein Schaltbild der von den Flammenfühlern gesteuerten elektrischen Kreise und Anzeigevorrichtungen wiedergegeben ist.

Der in Figur 1 schematisch dargestellte Brenner wird ih nicht näher erläuteri®r\

_ Weise in der Wand der Verbrennungskammer eines Ofens oder dsl", foefesti-gt. Neuerung & ■ © .

Die Έ$£Μ&Μ§ ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Brenn erfortn be·= schränkt, sondern kann auch bei Brennern jeglicher anderer Art angewandt werden. Die Anlage enthält ein Ölbrennerrohr A, weiches einfach als Rohr _' dargestellt ist und durch jede geeignete Brennertjpe, z. B. einen Drucfeer* stäubungsbrenner oder einen Brenner von der Wirbelstromkaminer-Type- er- \"" setzt werden könnte. Die Anschlussleitungen für die Ölzufuhr gum Brennerrofer A sind herkömmlicher Art und deshalb nicht mit eingezeichnet. Die Achse des Brennerrohres A liegt gleichseitig in der Längsachse des gesamten Brenners, wobei das Brennerrohr A γοη einem kreisförmigen, koaxialen Stutzen B um»

■ gehen ist, durch den- pulverförmiger Brennstoff in die Verbrennungszone C geleitet i'/ird. Die VerbrennungsKone C kann Teil einer wesentlich grösseren Ver=

* brennungssone sein, in welche über mehrere Brenner brennbare Gemische einge» blasen werden. In das hintere, der Verbrennungszone C äbgewandte Ende des

*'" Stutzens B ist tangential eine Brennstoffleitung D eingeführt, die in bekannter Weise an eine Versorgungsanlage für pulverförmigen Brennstoff angeschlossen ist. Der pulverförmige Brennstoff wird von. einem Luftstrom über die Leitung D in den Stutzen B gedruckt. Ein ringförmiger Luftraum E trennt das Brennerrohr A

- des Ölbrenners und die Innenwand des Stutsens B. Der Stutzen B stellt also eine-

■ Art doppelwandiges Rohr dar, zwischen dessen Wänden der pulverförmige Brenn= stoff 'mit Hilfe eines Luftstromes au einer oder mehreren Düsenöffnungen ge= fördert wird. Zwischen dem Innenmantel dieses doppe!wandigen Rohres und dem in''der Rohrachse angeordneten Brennerrohr A verbleibt ein Luftraum E von kreisringförmigem Querschnitt, durch den der Flammenfühler 10a für die Ölbrenner» flamme in Achsrichtung hindurchsehen und die Verbrennungsgas!© G der Ölbrenner= flamme beobachten kann. Der Siutsen B ist von einer Windkammer F umgeben, aus der die Verbrennungsluft unter Druck in die Yerbrennuagsson© C geleitet wird. Die Wiiidkammer ist mit nichtdargestellten Luffdüsen und gegebenenfalls 'mit Leitflächen oder «.flügeln versehen., um einen rotierenden Luftstrom einer die Dösenöffnußgen des Brennerrohres A uad des Stutseas B kreisförinig umgebendem Luftaustrittsoifnung susuführe«.

Wenn der Ölbrenner A in Betrieb ist, bildet sieh in der Zone G eine ¥oa der ' brenaong des Öls herrührend© Flamme. Eine geeignet® Zündvorrichtung, ψ. Β. ."ein Funkenzünder zum Ansünden der Ölbrennerüamme ist vorsuseaen, aber nicht dargestellt. Sobald die 2>ufuhr ptalverförmigen Brennstoffes- eiaisetst, -gelangt dieser in die Zone H. Durch die Verbrennung dieses pulverförmiger Bfenn*=-. stoffes entsteht im lusseren Teil H 2 der Zone H ein® Flamme, während trots der Verbrennung der innere Teil Hl der Zone H mit unverbranntem, pülverför-. migem Brennstoff angefüllt bleibt. Dieser Teil Hl umgibt die Zone G, in der die Ölbrennerflamme brennt. Es ist eu bemerken,, -dass diese unterschiedlichen Zonen G und H und die Teile Hl und H 2 nur schematisch dargestellt sind und.daös ihre Umrisse und Abmessungen sich bei einer bestimmten Brennerart,, beispiels« weise in Abhängigkeit vom Betriebsdruck und ausserdem'-von Brennertyp zn Brennertyp ändern. Die Brenner der eingangs geschilderten" Art arbeiten jedoch -all- ■ gemein derart, dass die Zone der ölflamme von einer Zone unverforannteii, - pul» verf5rmigen Brennstoffes umgeben-ist, solange solcher sugefü&rt wird, χα&ά swar unabhängig davon, ob der pulverförmige Brennstoff gezündet ist oder nicht. Wie bereits erwähnt, wird die Ölflamme üblicherweise nur bei der Ingangsetzung des Brenners gesundet und brennt bereits vor Beginn d.er" Zufuhr pulverförmiger Brennstoffes. Sie dieat sum Erhitsen und Zünden .des pulverförmiger. Brenn« · - stoffes. Es ist ersichtlich, dass bei der Inbetriebsetzung des BreEtners eine An= geige der verschiedenen Flam-menssustände wünscMns wert "ist und dass für den " Fall automatischer Brennerregelung Signale erseugt werden ■ müssen, die für die verschiedenen Flammensustä nde kennieiclmend sind und' einer automatlsch-en-Steuer- oder Regelvorrichtung zugeführt werden. Für diese Zwecke iff eine. Flaramenüberwachungsvorriclitung vorgesehen. Diese kann ausserdöm aur Anzeige eines Flammenausfalles während des Wormalbetriebes und ^«r Durchführung eines Prüf vor ganges beim Abschalten oder Erlöschen eines oder mehrerer-Brenner dienen. " - "

Die Flammenüberwachungsvorrichtung enthält s"wei Flammenfühler 10a Der Flammenfühler 10a ist hinter dem Brennerstuteen.derart angeordnet, dass er- der Strahlung der Verbrennungsaone G ausgesetzt ist, die entla^.'des dnreh die gestrichelte Linie J dargestellten Weges durch den Raum B isaertelb des aia FlamnaeafGhler 10a gelangt.. Zn diesem Zwecke ist am

— γ —

• hinteren Ende des Brennerstutiens eine geeignete Öffnuag oder ein Fenster vor«= gesehen. Der Flammenfühler 10b ist seitlich des Brenners etwas Mater diesem angeordnet und auf den äusseren Teil H 2 der Verbrennungs^one de© pulverför-= migen Brennstoffes gerichtet. Die Strahlung aus dieser. Verbrennungssone gelangt etwa entlang der gestrichelten Linie K im deutlichen Abstand ψοά der Zone' G der Ölbrennerflamme sum Flammenfühler lÖb„ Infolge des umverbranaten, pulverförmigen Brennstoffes im Teil Hl der Verbrennungssone H gelangt auch beim Vor« handensein einer Flamme im Verbrennungsraum H 2 keine Strahlung dieser Flamme sum Flammenfühler 10a. Dieser wird also nur durch die Ölb-rennerflam.= me beeinflusst.

Die Flammenfühler 10a und 10b sprechen auf UV-Strahlung an und können s. B. Geiger-Müller Zählrohre der nichtselbstlöschenden Art sein, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift S§0 854 beschrieben sind. Stattdessen - ■

ultraviolett
können auch andere Arten ste^Mimg^mpfindlieher Elemente verweadet werden.

Figur 2 Eeigt teilweise als Blockschaltbild die elektrischen Schaltkreise sur Anseige der jeweils vorhandenen Flammensustände. Di©_ Flammenfühler 10a und 10b sind über Leitungspaare 19a, 20a und 19b_s 20b an elektrische Schaltesaga= kreise L bzw. M angeschlossen. Man kann sich s. B. vorstellen, das® die Steuer- und Angeigekreise in Verbindung mit zwei Geiger =■ Müller Zählrohren

beschrieben. Diese Schaltkreise enthalten auch die -erforderlichen Löschkreise,, Es entfällt lediglich die in dem genannten britischen Patent vorgesehene UV-Strahlungsquelle. ' Ausserdeaa ist die Kontaktanordnung der Melderelais 25a und 25b unterschiedlich. Mit Ausnahme der genannten und in Figur 2 gesondert dar-= gestellten Teile können dann die in den Schältungsgruppen L und M ssusammenge^ fassten Teile mit den entsprechenden Schaltungsteilen der britischen Patent-

Die Schaltungen L und M sind jeweils aa die Netsswechselspannungsleitungen 17 und 18 angeschlossen, von denen eine mit einem Ein- Aus-Schalter 49 versehen ist. Jeder der Kreise L und M enthält ein Melderelais 25a tew„ 25b_s welches erregt wird, wenn das zugehörige Geiger=Müller Zählrohr .10a bzw. 10b -won UV«^Strahlung getroffen wird. Jedes der beiden Relais 25a und 25b ist mit einer Erregerspule 72a

tew. 72b versehen,, die an die S chaltungs einheit en L tew. M angeschlossen⁵ ist und einen Umschaltkoniakt 73a bzw. 73b steuert. Di© Kontakte 7Sa und 73b siad in der Lage dargestellt,, die sie bei nichtstromdurchflossener Wicklung einnehmen.

Für die beiden Flammenfühler 10a und 10b sind getrennte Anzeigevorrichtungen 75a und 75b vorgesehen. Jede Anzeigevorrichtung 75a tew« 75b besteht aus einem L-ampenpaar Nl, N2 bzw.. Pl, P 2, welches awischen den festen Kontakten der entsprechenden Kontaktanordnung©*! 73a fosw. 78b und der Neteleitpng 17 ange-=

sind. Bei beiden Angeigevorrichtungen leuchtet die das Erloschen: oder Nicht·= Vorhandensein der Flamme anzeigende Lampe Nl bzw. Pl auf, sobald das zu» gehörige Relais abfällt. Die das Vorhandeasein der Flamme meldende Lampe N2 bzw. P 2 leuchtet,, wenn das entsprechende Relais anspricht. Mit den vier Lampen kann also jeder der vier möglichen Flammenzusftände eindeutig angezeigt werden. Es ist ersichtlich, dass anstelle der Lampen auch ander© Angeigevorrichtungen* benutzt und die Schaltungen beliebig abgewandelt werden können. Beispielsweise _t kann auch beim Yorhandensein beider Flammen nur eine oder gar keine Lampe leuchten. Die Relaiskontakte können auch gur Steuerung elektrischer Signale herangezogen werden, die entsprecfaeadeia Steuer= oder Regelvorrichtungen das

Das Regelgerät kann beispielsweise eine Eecbenanlage sein, die eine die gescfaHU derte Brenneranlage enthaltende Fabrikation= oder Dampferzeugungsanlage steuert. Auf diese Weise wird dann das Zünden und Brennen der Flammen selbst-= tätig gesteuert und überwacht.

Bei Brenneranlagen mit mehreren Brennern ist dafür %u sorgen, dass, die Flam= menfühler derart angeordnet und auegerichtet eind_s dass sie nur die Strahlung der sugehörigen Flaairneii^oneii erfassen* Hierfür hat es sich als ssweekmässig erwiesen, eine Blende mit kleiner Öffnung zwischen dem Flammenfühler 10b und der zugehörigen ¥erbrennungsaone H 2 anzuordnen, um de» Strahlenweg K feste. ^ί Zulegen und einzuengen. Die Grosse der Blendenöffnung muse so gewählt werden, dass in jedem Falle die Strahlung des zugehörigen Brenners genügend von der anderer Brenner unterschieden werden kanu. Ss hat sich ergeben, dass selbst in grossen Anlagen rait vielen Brennern die Lage und Sichtung der Strahlenpfade K und der Blenden derart gewählt werden kann, dass eine zuverlässige Unterachei=

dung der Nutsstrahlung gegenüber Streusirafaluag gewährleistet ist, so- dass jedes Überwachungsgerät eine einwandfreie Anzeige des Flammensustandes des zugeordneten Brenners wiedergibt.- Im allgemeinen ist es bei den meisten Anlagen ■ möglich, durch eine geeignete Anbringung der Flammenfünler 10b and durch irgend* eine Blende, jedenfalls für die Mehrheit der Brenner, dea Strablenpfad K zwischen de^-m Plammenfühler 10b und der zugehörigen VerbreanungssoEie H 2 derart %n ■ legen, dass er keine der anderen Verbrennungsgonea H berührt oder scaaeidet.

Claims (4)

S chutzansprüche

1. Flammenüberwachungsvorrichtung für mit flüssigen und/oder pulverförmiger! Brennstoffen betriebene Brenneranlagen, bei denen die von der Verbrennung des flüssigen Brennstoffes herrührende Flamme von einer Zone umgeben ist, in die der pulverförmige Brennstoff eingebracht wird, unter Verwendung getrennter Flammenfühler für beide Flammen., dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Flammenfühler (lOa) in ansich bekannter Weise durch ein im Brenner vorgesehenes Rohr von hinten auf die Verbrennungszone (G) des flüssigen Brennstoffes gerichtet ist, während ein zweiter Flammenfühler (10b) auf den äußeren Teil (H2) der Verbrennungszone des pulverförmigen Brennstoffes 'gerichtet ist und daß zumindest der erste Flammenfühler (10a) praktisch nur auf UV-Strahlung anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchblickrohr (E) für den ersten Flammenfühler (10a) das Brennerrohr (A) für den flüssigen Brennstoff koaxial umgibt und vorzugsweise durch die Innenwand eines ebenfalls koaxial angeordneten, doppelwandigen Rohres (B) gebildet wird, zwischen dessen Innen- und Aussenmantel in ansich bekannter Weise der pulverförmige Brennstoff zugeführt wird.

J>. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der zweite Flammenfühler (lOb) seitlich vom Brenner angebracht und am inneren Teil (HI) der Verbrennungszone (H) des pulverförmigen Brennstoffes vorbei auf den äußeren Teil (H2) dieser Zone gerichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flammenfühler(10b) seitlich hinter dem Brenner angebracht ist.

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