DE2815545C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Flammenüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtunggemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5 zur Überwachung der Rammen in öfen mit mehreren Brennern, wie beispielsweise in Kesselanlagen von großen Krafterzeugungsanlagen, und zwar insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, in Kesselanlagen, welche mit zerstäubten Festbrennstoffen wie Kohlenstaub geheizt werden.

In der DE-OS 23 26 067 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer ausgewählten Flamme in einem Ofen mit mehreren Brennern beschrieben, wobei die ausgewählte Flamme fotoelektrisch längs zweier Sichtlinien, welche in der Flamme einander schneiden, beobachtet wird. Dabei sind zwei fotoelektrische Aufnahmegeräte vorgesehen, weiche jeweils einen Fotosensor aufweisen, welcher ein elektrisches Ausgangssignal mit uer schwankenden Strahlungsintensität der Flamme entsprechend wechselnden Komponenten abgibt, während außerdem Anordnungen vorgesehen sind, um das Ausmaß der Korrelation zwischen den beiden Signalen zu bestimmen.

Für eine exakte Funktion der Vorrichtung und damit des Verfahrens ist es jedoch unbedingt erforderlich, daß jeder Fotosensor derart genau eingestellt wird, daß die beiden Strahlengänge einander an der Stelle überlappen, an welcher die Flammenfront liegt. Die Einstellung der Sichtlinien erfolgt manuell oder physikalisch durch Einstellung der Position der Folosensoren beim Einbau der Vorrichtung in der Anlage, wozu sehr viel Fachkenntnisse erforderlich sind und wobei diese Arbeiten in gesundheitsschädigender Umgebung durchgeführt werden müssen.

Eine zweite Schwierigkeit bei dem aus der genannten Druckschrift bekannten Verfahren und der Vorrichtung ergibt sich bei der Verwendung von Brennern, welche mit zerstäubtem Brennstoff wie Kohlenstaub gespeist werden, da hierbei zunächst eine Gasflamme zur Zündung einer Ölflamme verwendet wird und diese ölflamme dann zur Zündung der Kohlenstaubflamme verwendet wird. Oftmals liegt dabei der ölbrenner in der Mitte des Kohlenstaubbrenners, wobei es wichtig ist, daß die Vorrichtung zur Überwachung der Flamme zunächst des Vorhandensein der ölbrennerflamme und dann das Vorhandensein der Kohlenstaubflamme feststellen muß. Bei der bekannten Vorrichtung ist bei jeder Einstellung der Fotosensoren nur ein einziger Kreuzungs-Korrelationspunkt vorgesehen, so daß eine manuelle Einstellung erforderlich ist, um die Sensoren aus ihrer Einstellung zur Überwachung der einen Flamme in ihre Einstellung zur Überwachung der anderen Flamme einstellen zu können.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu verwirklichen, daß eine weitgehend automatische Einstellung der Strahlengänge im Hinblick auf optimale Überwachung der Flamme möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst

Vorzugsweise wird für den Strahlengang einer jeden Sensorengmppe eine Linsenanordnung zwischen dieser Sensorengruppe und der Flamme vorgesehen und dabei die Sensorengruppe und ihre Linse derart in Beziehung zur anderen Sensorengruppe und deren Linse aufgestellt, daß die Sichtiinien beider Gruppen stets einander an einer Stelle kreuzen, welche weiter als annähernd 1,5 m von der linse entfernt Hegt Wenn dasn an irgendeiner Stelle, welche weiter als 1,5 m von den Linsen entfernt liegt, eine Flamme vorhanden ist, lassen sich die beiden Zellen, d.h. eine von jeder Gruppe, herausfinden, welche die größte Korrelation ihrer Ausgangssignale ergeben.

Während jede Sensorengruppe eine Anzahl von beispielsweise zwölf in einer Linse angeordneten einzelnen Sensorenelementen umfassen kann und die eine Sensorengruppe rechtwinklig zur anderen angeordnet sein kann, ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten in der ersten Einstellung der Gruppen, die dazu rühren. daB während des Betriebes das Bild des einen Sensorenelementes einer Gruppe kaum £-^nau das Bild eines entsprechenden Sensorenelementes der anderen Gruppe überlappen kann, wodurch das anfängliche Ausmaß der Korrelation während der elektronischen Abtastung beider Gruppen reduziert wird. Vorzugsweise werden daher die Sensorenelemente in Blöcken von z. B. acht Einzelelementen für die anfängliche Abtastung gruppiert. Wenn dann die beiden Einzelsensorenblöcke gefunden sind, welche die stärkste Korrelation ergeben, läßt sich diese Korrelation auf folgende Weise optimieren. Zunächst wird der Einzelblock der einen Gruppe, welcher beim Abtasten sich bereits als der Block dieser Gruppe herausgestellt hat, welcher die maximale Korrelation ergibt, durch elektronische Einrichtungen in der einen und dann in der anderen Richtung bewegt wobei am einen Ende eine Element hinzugefügt und am anderen Ende ein Element abgeschaltet wird, bis der Block aus acht Elementen dicer Gruppe einen neuen Maximalwert der Korrelation ergibt Dann wird der Einzelblock der zweiten Gruppe, welcher beim ersten Abtasten den maximalen Korrelationswert ergab, in gleicher Weise behandelt, indem der Block jeweils um ein Element erst in der einen Richtung und dann in der anderen Richtung verschoben ist und eine absolute maximale Korrelation erzielt ist Auf diese Weise ist es möglich, die Korrelation zwischen beiden Blöcken, die zunächst mit 80% festgestellt wurde, auf 95% zu optimieren. Anschließend werden äij Elemente, welche einen Einzelblock einer jeden Gruppe bilden und die absolute maximale Korrelation ergeben, elektronisch miteinander verriegelt, um die auserwählte Flamme zu überwachen. Dabei wird die Vorrichtung derart eingestellt, daß, wenn das Ausmaß der Korrelation auf annähernd 20% herabsinkt, ein Signal abgegeben wird, daß die Flamme erloschen ist. Um eine geeignete Sicherheitsmarge zu erzielen, kann ein Schwellenwert auf eine annähernd 40%ige Korrelation eingestellt ι werden, unter welchem ein Signal abgegeben wird, daß die Flamme erloschen ist.

Das erfindungsgemäßc Verfahren hat gegenüber allen bekannten Verfahren einer Flammenüberwachung oder -messung den ganz besonderen Vorteil, daß sich t eine fehlerhafte Flammenbildung ebenfalls äußerst zuverlässig feststeilen, läßt, was insofern besonders wichtie ist. als fehlerhf'te Flammen mit größerer Wahrscheinlichkeit erlöschen. Infolgedessen kann ein zweiter Schwellenwert von annähernd 70% Korrelation vorgesehen und dazu benutzt werden, um ein Signal abzugeben, daß die Flamme fehlerhaft ist und, wenn die Korrelation erneut optimiert wird, um sicherzugehen, daß die Verschlechterung der Korrelation nicht das Resultat eines langsamen Abwanderns der Originalsignale oder eines Fehlers in der Vorrichtung ist

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen

ίο Verfahrens liegt jedoch darin, daß insbesondere bei der Überwachung von Kohlenstaubflammen die Vorrichtung zunächst eingesetzt werden kann, um das Vorhandensein der ölflamme festzustellen und zu überwachen, woran sich das vorbeschriebene Abtasten und Optimieren der Korrelation anschließt und woraufhin die beiden geeigneten Sensorenblöcke miteinander verriegelt werden, um die ölflamme zu überwachen. Die Vorrichtung kann dann eingesetzt werden, um die Kohlenstaubflamme entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren zu überwachen, wobei zwei weitere Sensorenblöcke dann auf ^.e Kohlenstaubflamme hin verriegelt werden, Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in überraschend einfacher Weise einsetzen, um das Vorhandensein beider Flammen festzustellen und diese zu überwachen, um sicherzugehen, daß kein pulverförmiger Brennstoff einem Brenner zugeführt wird, dessen Zünd- oder ölflamme erloschen ist, was einen bedeutenden Vorteil gegenüber den bisher bekannten Verfahren darstellt.

i" Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flammenüberwachung in Öfen mit mehreren Brennern weist zwei fotoelektrische Detektoren auf, in deren Strahlengang jeweils ein Linsensystem angeordnet ist sowie außerdem eine Einrichtung zum Korrelieren der

r> Ausgangssignale der Detektoren. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 5 gelöst.

Auf diese Weise ergibt die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ein elektronisches Steuersy-

4(i stern zur Messung der Ausgänge von den die Gruppen bildenden Sensoren und weist die mit jeder Gruppe verbundenen Sensorenwähler mittels eines Digitalcodes zur Annahme des Ausganges der ausgewählten Selektoren an. Die elektronische Anordnung bestimmt

j". auch, wenn durch die vorbeschriebenen Optimisrungsschritte eine maximale Korrelation erreicht is:, die Verriegelung der Sensorenselektoren mit den entsprechenden Sensoren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den

·." Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt;

Fig. I die Vorrichtung aus Fig 1 in schematischer Darstellung;

F i g. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Verbindungen in einem die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß F i g. 1 enthaltenden System.

in Die in den Fig. 1 ".nd 2 dargestellte Vorrichtung zur Überwachung der Flammen bei öfen mit mehreren Brennern besitzt ein Gehäuse 1 mit einer Stirnkappe 2 am einen Ende, welche eine Mittelöffnupg 3 besitzt. Diese Stirnkappe 2 ist an einem vorderen Montage-

■ϊ flansch 4 befestigt, welcher an einem Kesselmontagerohr 5 befestigt werd/n kann. Schraubbolzen 6 gehen von Flansch 4 durch die Stirnkappe 2 zu Einstellmuttern 7. Dadurch läßt sich durch Verdrehung dieser Muttern 7

das mit der Stirnkappe 2 verschraubte Gehäuse genau einstellen.

Zwischen der Stirnkappe und dein Gehäuse ist ein Schutzfenster 8 vorgesehen, welches durch Schrauben 9 in einer Vertiefung im Unterteil des Gehäuses '. festgehalten wird, wobei eine entsprechende Vertiefung in der Stirnkappe 2 zur Ausbildung eines genauen Sitzes vorgesehen ist. Dieses Schulzfenster 8 besitzt Abdichtungen 10, um die Innenseite des Gehäuses abzudichten.

Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Innenteil 11 mit i< > Flanschen 12 angeordnet, über welche es an Innenflanschen 13 durch Schrauben 14 im Gehäuse befestig« ist. An dem der Stirnkappe 2 zugewandten Ende des Innenteils sind zwei optische Linsen 15 vorgesehen, zwischen welchen ein zentrales Durchsichtloch 16 liegt. Am gegenüberliegenden Ende des Innenteiles 11 sind zwei Sensorengruppen 17 und 18 angeordnet, wobei die eine Gruppe in einem Winkel von 90° zur anderen liegt. Das Außenende des Gehäuses 1 ist durch eine Stirnkappe 19 verschlossen, weiche eine zentrale Durchsichtöffnung 20 besitzt.

Beim Zusammenbau der Vorrichtung werden die Linsen 15 derart eingestellt, daß sich Bilder der Sensorengruppen ergeben, welche an einer Stelle zusammenfallen, an welcher eine Flamme vorhanden ist, so daß, wenn das Gehäuse I am Rohr 5 befestigt ist, die Flamme durch die beiden öffnungen 20 und 16 hindurch beobachtet werden kann und das Gehäuse durch die Einstellmuttern derart eingestellt werden kann, daß die Linsen 15 in der Flamme fokussieren, wie dies schematisch in F i g. 2 dargestellt ist. Infolgedessen »sehen« beide Sensorengruppen 17 und 18 den gleichen Teil der Flamme, wenn diese vorhanden ist, um ein hohes Ausmaß an Korrelation zwischen den Signalen zu ergeben, wobei das Ausmaß der Korrelation optimiert wird, wie nachstehend zu erläutern sein wird.

Jede Sensorengruppe 17 und 18 wird durch 96 getrennte Scnsorenelemente 2! gebildet, weiche in Blöcken 22 von jeweils acht Elementen angeordnet sind. Die Sensorengruppen geben dann Ausgangssignale ab, welche elektronisch abgetastet werden, um festzustellen, weiche beiden Blöcke von jeweils acht Sensoren das größte Ausmaß der Korrelation ergeben. Es ist jedoch höchst unwahrscheinlich, daß diese beiden Sensorenblöcke, welche ausgewählt wurden, tatsächlich die maximale Korrelation liefern. Aus diesem Grunde nimmt man sich jeweils einen Sensorenblock vor und schaltet an dessen einer Seite ein einzelnes Sensorenelement ab und schaltet an der anderen Seite ein einzelnes Sensorenelement zu. Wenn die Korrelation dadurch zunimmt, wird dieser Vorgang so lange wiederholt, bis die Korrelation gegenüber der vorhergehenden Ablesung abnimmt, woraufhin der vorherige Zustand wieder hergestellt wird. Dann wird der Block 22 der anderen Gruppe in der gleichen Weise behandelt, bis die acht Sensorenelemente einer jeden Gruppe festgelegt sind, weiche die absolut maximale Korrelation ergeben. Daraufhin wird die Vorrichtung elektronisch auf diese beiden Blöcke verriegelt Wenn die erste Abschaltung und Zuschaltung eines Ser.sorenelementes die Korrela- M) tion verschlechtert, wird naturgemäß die Richtung des Zuschaltens und Abschaltens von Sensorenelementen umgekehrt und der Vorgang in gleicher Weise wie vorstehend erläutert fortgesetzt bis die maximale Korrelation erzielt ist t>i

Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Einrichtung zur Abtastung, Optimierung, zur Korrelierung und Erzeugung eines Anzeigesignales für eine visuelle und/oder hörbare Angabe über den Flammenzustand »Ein« oder »Aus«. Verbunden mit jeder Sensorengruppe 17 und 18 ist ein Verstärker. Jede Gruppe wird von einem Sensorenselektor 23 signalisiert. Die Signale von den .Sensorengruppen 17 und 18 werden über Verstärker 24 einem Korrelator 25 eingespeist. Dieser Korrelator liefert seine Ausgangssignale einem Steuersystem 26. Eine automatische Verstärkungssteuerung 27 ist vorteilhaft, um schlechte Lichtbedingungen für die Sensoren, wenn z. B. das Fenster 8 verschmutzt ist oder wenn eine trübe Flamme überwacht wird, zu kompensieren.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein Anforderungssignal an das Steuersystem 26 übermittelt, welches dann ausgewählte Codewerte an jeden der Sensorselektoren 23 liefert, welche ihrerseits die durch die Sensorenblöcke in jeder Gruppe 17 und 18 abgegebenen Signale abtasten. Die Signale der Gruppen werden dann über die Verstärker 24 dem Korrelator 25 eingespeist, dessen Ausgangssignal das Ausmaß der Korrelation zwischen zwei ausgewählten Sensorenblöcken zeigt, welches durch das Steuersystem als Antwortsignal abgegeben wird. Die Optimierung des Ausmaßes der Korrelation, wie sie eingangs erläutert wurde, wird automatisch durch das Steuersystem erreicht.

Kktii Erreichen der optimalen Korrelation werden die beiden neuen, aus acht Sensoren bestehenden Blöcke derart miteinander verriegelt, daß das Ausgangssignal des Steuersystems benutzt werden kann, um beispielsweise ein visuelles Anzeigesystem zu aktivieren und dadurch eine konstante Überwachung der Flamme zu erreichen. Wenn diese Überwachung ein Absinken der Korrelation auf annähernd 70% zeigt, können entsprechende Maßnahmen unternommen werden, um die Flamme, welche sich a!s fehlerhaft erwiesen hat; zu inspizieren. Gleichfalls kann bei einem Absinken der Korrelation unter 40% sofort eingeschritten werden, da man dann davon ausgehen kann, daß die Flamme erloschen ist. Beispielsweise kann in diesem Fall der Steuerbrenner abgeschaltet werden.

Für die Erfindung ist es nicht von Bedeutung, welches spezielle Anzeigesystem verwendet wird. Verwendet werden kann irgendein übliches visuelles Anzeigesystem, wobei es auch möglich ist, zusätzlich zu dieser visuellen Anzeigevorrichtung oder anstelle derselben eine hörbare Alarmeinrichtung für eine fehlerhafte Flamme oder für das Erlöschen einer Flamme vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine wesentlich wirkungsvollere Überwachung von Flammen, als dies bisher möglich war. Durch die Auswahl eines geeigneten Sensorenelementes wie beispielsweise einer Siliziumzeile bei Überwachung einer Flamme, welche mit zerstäubtem Festbrennstoff gespeist wird, läßt sich erfindungsgemäß, wenn das Sensorenelement entsprechend der zu überwachenden Flamme lichtempfindlich ist jede Flamme überwachen.

Während vorstehend nur eine Überwachungseinrichtung im einzelnen erläutert wurde, kann naturgemäß bei einer Kesselanlage mit mehreren Brennern jedem Brenner eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zugeordnet werden, wobei die visuelle oder hörbare Signalabgabe des Flammenzustandes entsprechend unterschiedlich ausgebildet werden könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung einer ausgewählten Ramme in einem Ofen mit mehreren Brennern, bei dem die Flamme auf fotoelektrischem Wege längs zweier Sichtlinien, die sich in oder nahe der Flamme schneiden, beobachtet wird, wobei für jede Sichtlinie entsprechende elektrische Signale (Ausgangssignale) erzeugt werden und der Grad der Korrelation der elektrischen Signale bestimmt wird, |₀ dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen (17, 18) fotoelektrischer Sensoren aufgebaut werden, daß für die Sensoren einer jeden Gruppe ein Strahlengang derart hergestellt wird, daß die Sichtlinie eines Sensors der einen Gruppe die Sichtünie eines Sensors der anderen Gruppe schneidet, daß beide Gruppen elektronisch abgetastet werden, um von jeder Gruppe diejenigen Sensoren zu bestimmen, bei denen die größte Korrelation ihrer Ausgangssignale vorhanden ist, und daj? diese beiden Sensoren zur Überwachung der Ramme dann elektronisch miteinander verriegelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Bestimmung der beiden Sensoren der beiden Gruppen, weiche Ausgangssignale für maximale Korrelation abgeben, das Ausmaß der Korrelation elektronisch optimiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das anfängliche Abtasten für jeden Sensor ei.ier jeden Gruppe (17, 18) ein aus Einzelelementen (7Λ) bestehender Block (22) ausgebildet wird und der beim Abtasten die maximale Korrelation ergebende Einzr-ilock einer Gruppe in _J5 der Weise elektronisch verschoben wird, daß am einen Ende ein Einzelelement zugeschaltet und am anderen Ende ein Einzelelement abgeschaltet wird, bis der z. B. aus acht Einzelelementen bestehende Block dieser Gruppe eine neue maximale Korrelation ergibt, und daß der entsprechende Block der anderen Gruppe dann in gleicher Weise behandelt wird, bis eine absolute maximale Korrelation erreicht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übe.-wachung einer von einer ölflamme gezündeten Feststoff-Pulverflamme die Sensorengruppe abgetastet und optimiert wird und für jede Flamme die geeigneten Sensoren bestimmt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zwei fotoelektrischen Detektoren, in deren Strahlengang jeweils ein Linsensystem angeordnet ist, und mit einer Einrichtung zum Korrelieren der Ausgangssignale der Detektoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor aus einer Gruppe (17, 18) von fotoelektrischen Sensoren (22) besteht, und daß elektronische Anordnungen (23—26) zum Abtasten der beiden Gruppen (17, 18) zwecks Feststellung t,o derjenigen Sensoren (22) jeder Gruppe (17,18), die eine maximale Korrelation in den Ausgangssignalen ergeben, und schließlich eine elektronische Anordnung (23—26) zur Optimierung der Ausgangssignale der Sensoren (22) einer jeden Gruppe (17, 18) im b5 Hinblick auf die Überwachung der Flamme vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorengruppen (17,18) und ihre Linsensysteme derart aufgestellt werden, daß die Sichtlinien beider Sensorengruppen (17, 18) einander in einem Abstand von mehr als annähernd 1,5 m von den Linsen kreuzen.