DE69810072T2

DE69810072T2 - Flammendetektionseinrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE69810072T2
Application number: DE69810072T
Authority: DE
Inventors: Lawrence E. Berg; Dr. Bussmann; Robert E. Schwartz
Original assignee: John Zink Co LLC
Current assignee: John Zink Co LLC
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: EP0935098B2; ES2190042T5; ES2190042T3; EP0935098B1; DE69810072D1; DE69810072T3; EP0935098A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flammendetektionsgerät und -verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme von einem Ort, der an der Flamme entfernt ist.
Brenner zum Verbrennen von Brennstoff-und-Luft-Gemischen enthalten allgemein einen oder mehrere Zündbrenner zum Zünden des Brennstoff-und-Luft- Gemisches, wenn der Brenner betrieben wird. Gewöhnlich werden die Hauptbrenner intermittierend betrieben und werden die Zündbrenner kontinuierlich betrieben. Um Explosionen oder Ähnliches zu vermeiden, wenn der Zündbrenner nicht richtig funktioniert und eine Zündflamme nicht bereitgestellt wird, sind Zündflammendetektionsgeräte vorgesehen und allgemein eingestellt, um den Brennstoff zum Brenner abzustellen, wenn eine Zündflamme nicht vorhanden ist.
Fackeln oder Fackelrohre werde verwendet, um brennbare Abfälle und andere Materialen zu verbrennen und zu entsorgen. Fackelrohre sind allgemein bei Produktions-, Raffinier- und Verarbeitungsfabriken angeordnet, um brennbaren Abfall oder andere brennbare Ströme zu entsorgen, die bei Lüften, Abschalten, Zwischenfällen und/oder Notfällen abgeleitet werden.
Fackeln enthalten auch allgemein kontinuierlich betriebene Zündbrenner und Flammendetektionsgeräte, die oft an den hochgelegenen offenen Ausgabeenden der Fackeln oben an den Rohren angeordnet sind. Wegen den Höhen solcher Fackelrohre und den hohen Temperaturen, die beim Endzünden auftreten, traten oft Ausfälle von Flammendetektionsgeräten auf und waren relativ schwierig zu reparieren und zu ersetzen.
Ein Flammendetektionssystem für Fackeln nach dem Stand der Technik enthält ein Thermoelement zum Erzeugen eines thermoelektrischen Stromes, wenn es von einer Zündflamme erwärmt wird. Wenn die Zündflamme nicht vorhanden ist, wird weniger thermoelektrischer Strom erzeugt, was elektronisch wahrgenommen wird, und ein Alarm wird angegeben.
Optische Systeme wurden bisher auch entwickelt zur Verwendung bei Fackelrohren, die am Boden montiert sind und das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Flamme oben an den Fackelrohren detektieren. Jedoch sind solche Systeme anfällig auf falsche Anzeigen als ein Ergebnis von variierenden Wetterbedingungen und ähnlichem. Zusätzlich können Sie nicht unterscheiden zwischen der Zündflamme und der Hauptflamme.
Andere Infrarot-, Ultraviolett-, Optik- und Akustik-Flammendetektionsvorrichtungen wurden entwickelt und verwendet bei Brennern und Fackeln, aber auch sie müssen relativ nahe an der zu detektierenden Flamme montiert werden, um wirksam zu sein, d. h. innerhalb eines Meters oder weniger, und unterliegen rapider Verschlechterung aufgrund intensiver Hitze und sind schwierig zu reparieren oder zu ersetzen.
JP-A5/191812 und DE-A34 47 754 offenbaren eine Flammendetektionsvorrichtung, die einen Schallsensor verwendet, der mit einer Verbrennungskammer durch eine Leitung verbunden ist, die eine akustische Verbindung darstellt. In Abhängigkeit von dem detektierten Geräusch werden Spannungssignale erzeugt, die von einem Signalprozessor analysiert werden, um den Zustand der Flamme anzugeben.
US-A-4959638 offenbart einen Akustik-Verbrennungseffizienz-analysierer, der verschiedene Formen von Flammensensoren hat.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird geschaffen ein Flammendetektionsgerät zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme, die von einem Zündbrenner am oberen offenen Ende eines Fackelrohres ausgegeben wird, welches Gerät enthält:
eine Leitung, von der ein Ende an dem offenen Ausgabeende des Fackelrohrs relativ zu Flamme positioniert ist, wodurch Schall, der von der Flamme erzeugt wird, durch die Leitung zu einem Schalldetektor geleitet wird, der an die Leitung an einem Ort entfernt von der Flamme angeschlossen ist, um Schall zu detektieren, der von der Leitung geleitet wurde, und um ein Signal zu erzeugen, das für den Schall repräsentativ ist;
und Einrichtungen zum Empfangen des Signals und zum Angeben des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme in Abhängigkeit davon;
dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldetektor an einem Ort entfernt von der Flamme nahe des Bodens des Fackelrohrs ist;
und dass die Einrichtungen zum Empfangen des Signals eine Elektronikschaltung zum Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal enthalten.
Das Flammendetektionsgerät dieser Erfindung kann in einem relativ weiten Abstand von der Flamme, die überwacht wird, angeordnet sein, wodurch es nicht intensiver Hitze ausgesetzt ist, resistent gegenüber sich wechselnden Wetterbedingungen ist und leicht gewartet oder ersetzt werden kann.
Ein Schalldetektor ist an die Leitung angeschlossen, positioniert an einem Ort entfernt von der Flamme, d. h. in ungefähr 1 Meter bis 200 Meter oder mehr von der Flamme. Der Schalldetektor detektiert Schall, der von der Flamme erzeugt wird und von der Leitung geleitet wird, und erzeugt ein elektrisches Signal, das für den Schall repräsentativ ist. Elektronikeinrichtungen sind vorgesehen zum Empfangen des elektrischen Signals und zum Angeben der Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme in Abhängigkeit davon.
Ein zweiter Aspekt dieser Erfindung schafft ein Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme, die von einem Zündbrenner ausgegeben wird, der am offenen Ausgabeende eines Fackelrohrs angeordnet ist, enthaltend die Schritte:
Leiten des Schalls, der von der Flamme erzeugt wird, durch eine Leitung vom Ort der Flamme zu einem Ort, der von dem Ort der Flamme entfernt ist, nahe des Bodens des Fackelrohrs;
Detektieren des geleiteten Schalls und Erzeugen eines Signals repräsentativ für den Schall; und
Angeben des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von dem Signal, das für den Schall repräsentativ ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung vom Ort der Flamme zu einem entfernten Ort nahe des Bodens des Rohrs verläuft; und dass der Schritt des Detektierens geleiteten Schalls an dem Ort ausgeführt wird, der von der Flamme entfernt ist.
Während das Gerät und das Verfahren dieser Erfindung verwendet werden kann zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit jeglicher Flamme, einschließlich Zündbrennerflammen und Prozessbrennerflammen, sind sie insbesondere geeignet zur Verwendung bei Anwendungen, die relativ weite Abstände zwischen den Orten der Flammen und den entfernten Orten des Flammendetektors enthalten, wie Fackelrohranwendungen.
Damit die vorliegende Erfindung leichter verstanden werden kann, wird die nachfolgende Beschreibung lediglich beispielsweise angegeben, wobei Bezug genommen wird auf die begleitenden Zeichnungen in welchen:
Fig. 1 eine Seitenaufrissansicht eines Fackelrohrs ist, das eine Ausführung des Detektionsgeräts der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 2 eine Draufsicht von oben des Fackelrohrs von Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte schematische Ansicht des Zündbrenner- Zündflammengenerators ist, der in der Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht des Flammendetektors ist, der in der Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Zündbrenners und der Schallleitungsleitung ist, die in der Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht ist, die längs den Linien 6-6 von Fig. 5 aufgenommen wurde;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht ist, die längs den Linien 7-7 von Fig. 5 aufgenommen ist;
Fig. 8 eine Seitenaufrissansicht des Fackelrohrs von Fig. 1 ist, wobei eine zweite Ausführung des Flammendetektionsgeräts der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
Fig. 9 eine teilweise Seitenaufrissansicht des Fackelrohrs von Fig. 1 ist, wobei eine dritte Ausführung gezeigt ist;
Fig. 10 eine Seitenansicht eines Zündbrenners zur Verwendung in einem Prozessbrenner oder ähnlichem ist, enthaltend das Flammendetektionsgerät der vorliegen Erfindung;
Fig. 11 eine Seitenansicht des Zündbrenners der Fig. 10 ist, wobei eine alternative Anordnung des Flammendetektionsgeräts der vorliegenden Erfindung dargestellt ist; und
Fig. 12 eine seitliche Querschnittsansicht eines Prozessbrenners ist, der das Flammendetektionsgerät der vorliegenden Erfindung enthält.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Fackelrohr 10, das das verbesserte Flammendetektionsgerät der vorliegenden Erfindung enthält, welches Fackelrohr 10 eine Fackel 12 und ein Rohr 14 enthält, die durch eine Mehrzahl von Schrauben 15 an einer Flanschverbindung 16 miteinander verschraubt sind. Während die Höhen von Fackelrohren in Abhängigkeit von verschieden Faktoren variieren, reichen die meisten Fackelrohre, die in Produktions-, Raffinier- und Verarbeitungsfabriken eingesetzt werden, in der Höhe von ungefähr 6 Meter bis zu einer Höhe von ungefähr 300 Meter. Das Bodenende des Rohrs 14 ist mit einer Bodenniveaubasisplatte 18 verschlossen, und ein oder mehrere Abgaseinlassrohre 20, die an oder nahe dem Bodenniveau angeordnet sind, sind an das Rohr 14 angeschlossen.
Die Fackel 12 (manchmal auch als eine Fackelspitze bezeichnet) kann enthalten einen zylindrischen perforierten Winddeflektor 22, der daran benachbart dem oberen offenen Ausgabeende 24 der Fackel 12 angebracht ist, und wenigstens einen Zündbrenner 26, der benachbart des offenen Ausgabeendes 24 positioniert ist. Der Zündbrenner 26 wird üblicherweise kontinuierlich betrieben, um eine kontinuierliche Flamme von Strömen von verbrennbaren Gasen zu entzünden, die intermittierend zu dem Fackelrohr 10 geleitet werden.
Der Zündbrenner 26 ist an ein Rohr 28 angeschlossen, das an der Fackel 12 durch eine Mehrzahl von Klammern 30 angebracht ist. Ein herkömmlicher Brennstoff-Luft-Mischer 32 ist in dem Rohr 28 nahe der Flanschverbindung 16 zwischen der Fackel 12 und dem Rohr 14 angeordnet, und das Rohr 28 ist an eine Quelle von brennbaren Brennstoffgas, wie Methan, angeschlossen. Brennstoffgas wird mit inspirierter Luft gemischt, wenn es durch den Mischer 32 strömt, die Mischung strömt durch das Rohr 28 über den Mischer 32 zu dem Zündbrenner 26 und wird innerhalb und benachbart des Zündbrenners 26 verbrannt.
Ein zweites Rohr 34 verläuft von Zündbrenner 26 zu einem Ort an oder nahe dem Bodenniveau und ist am Rohr 28 durch eine Mehrzahl von Klammern 35 angebracht. Das Rohr 34 ist an seinen oberen Ende mit dem Zündbrenner 26 und mit einem Zündflammengenerator 36 an seinem unteren Ende verbunden. Zusätzlich ist eine Flammendetektorbaugruppe 38 an das Rohr 34 nahe dem Bodenniveau zwischen dem Zündflammengenerator 36 und dem Zündbrenner 26 angeschlossen.
Ein Zündflammengenerator 36 wird betrieben, um eine Flamme zu erzeugen, die sich durch das Rohr 34 zum Zündbrenner 26 ausbreitet. Wenn die Zündflamme aus dem Rohr 34 austritt, entzündet sie das Brennstoff-Luft-Gemisch, das vom Zündbrenner 26 strömt. Nachdem der Zündbrenner 26 gezündet ist, wird der Zündflammengenerator 36 ausgeschaltet.
Der Schall, der von der Flamme (nicht gezeigt) des Zündbrenners 26 erzeugt wird, wird von dem Rohr 34 zur Flammendetektorbaugruppe 38 geleitet, die kontinuierlich indirekt den Schall oder das Fehlen von Schall detektiert, was die Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme des Zündbrenners 26 angibt. Wenn die Flamme des Zündbrenners 26 aus irgendeinem Grund erlischt, stellt die Flammendetektorbaugruppe 38 eine Warnung bereit, wie einen Licht- und/oder hörbaren Alarm, so dass der Zündbrenner 26 sofort gelöscht werden kann. Vorzugsweise kann der Zündflammengenerator 36 eingerichtet sein, um elektronisch betrieben zu werden, jedes Mal, wenn die Flammendetektorbaugruppe 38 die Abwesenheit einer Flamme am Zündbrenner 26 detektiert.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 5-7 sind der Zündbrenner 26 und die oberen Endbereiche der Rohre 28 und 34 im Detail dargestellt. Der Zündbrenner 26 enthält eine zylindrische perforierte Windabschirmung 40, die an einer herkömmlichen Zündbrennerdüse (oder -spitze) 42 angebracht ist, die wiederum an dem Rohr 28 angebracht ist. Die Düse 42 enthält eine oder mehrere Brennstoff- Luft-Gemisch-Ausgabeöffnungen 44 darin, zum Ausgeben der Brennstoff-Luft- Mischung in einem Muster, das eine stabile Zündflamme erzeugt.
Wie am besten in der Fig. 7 gezeigt ist, enthält die zylindrische Windabschirmung 40 eine Seitenöffnung, die darin ausgebildet ist, worin der obere Endbereich 48 der Rohrs 34 verschweißt ist. Ein längliches Endsegment der Rohrs 34 innerhalb der Windabschirmung 40 ist entfernt und das obere Ende des Rohrs 34 außerhalb der Windabschirmung 40 ist geschlossen, wodurch das Rohr 34 sich in die Windabschirmung 40 mittels einer Öffnung 50 öffnet, die unterhalb, seitlich und oberhalb der Düse 42 verläuft.
Eine Vielzahl von Gestaltungen und Aktenordnungen des Zündbrenners 26 und Flammenschallleitrohrs 34 kann gewählt werden, wobei es nur erforderlich ist, dass der Schall, der von der Anwesenheit einer Flamme erzeugt wird, zu den entfernten Ort geleitet wird, wo die Flammendetektorbaugruppe 38 dieser Erfindung montiert ist.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 3 enthält der Zündflammengenerator 36 eine Platte 52, auf welcher ein Transformator 54 angeordnet ist, der an eine elektrische Leistungsquelle (nicht gezeigt) mit Kabeln 56 angeschlossen ist. Kabel, die innerhalb einer Elektrikkabelleitung 60 enthalten sind, verbinden den Transformator 54 mit einer eingeschlossenen Zündkerze 58, die mit einer Brennstoff-Luft- Zündkammer 61 verbunden ist, die darin ein Schauglas 62 hat. Die Kammer 61 ist verbunden mit einer Lufteinlassleitung 64, die ein Abschaltventil 66 und einen Druckmesser 68 darin angeordnet enthält, und an eine Zündbrennstoffgasleitung 70, die ein Abschaltventil 72 und einen Druckmesser 74 darin angeordnet enthält, mittels einer T-Verbindung 76.
Im Betrieb des Zündflammengenerators 36 wird ein brennbares Brennstoffgas- Luft-Gemisch zum Zündbrenner 26 mittels der Leitung 28 geleitet. Die Ventile 66 und 72 des Zündflammengenerators 36 sind dann geöffnet, um ein brennbares Brennstoffgas-Luft-Gemisch zu erzeugen, das in die Kammer 61 und durch die Leitung 34 zum Zündbrenner 26 strömt. Der Transformator 54 wird betrieben durch Drücken des Knopfes 55 daran, um die Zündkerze 58 zu zünden und das Brennstoffgas-Luft-Gemisch zu entzünden, das durch die Kammer 61 strömt. Das Schauglas 62 stellt eine sichtbare Anzeige der Zündung bereit. Die Flamme strömt durch die Öffnung 50 der Leitung 34 innerhalb der Windabschirmung 40 des Zündbrenners 26, wodurch das Brennstoffgas-Luft-Gemisch, das von der Düse 42 ausgegeben wird, gezündet wird. Nachdem die Zündung des Zündbrenners 26 erledigt ist, werden die Ventile 66 und 72 des Zündflammengenerators 36 geschlossen.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 4 ist die Flammendetektorbaugruppe 38 in einem Gehäuse 78 eingeschlossen gezeigt und enthält einen Schalldetektor 80, der abgedichtet an die Leitung 34 angeschlossen ist. Der Schalldetektor 80 ist ein elektroakustischer Vibrationsempfänger, wie ein Mirkofon, ein piezoelektrischer Kristall, ein Geofon oder ähnliches, der den Schall, der ihm zugeleitet wird, in ein elektrisches Signal umwandelt, das durch Kabel 82 zu einem Elektroniknetzwerk 84 geleitet wird. Das Elektroniknetzwerk 84 filtert das elektrische Signal in ein Signal, das für ein oder mehrere vorgegebene Frequenzbänder repräsentativ ist, wobei das Signal dann durch Kabel 86 zu einer elektronischen Energiedetektierschaltung 88 geleitet wird, die den Energieinhalt des elektrischen Signals in dem vorgegebenen Frequenzband oder -bändern bestimmt, um dadurch die Anwesenheit oder Abwesenheit der Zündflamme anzugeben. Das heißt, dass, wenn der Energieinhalt des Signals gleich ist mit oder höher ist als ein vorgegebener Energieinhalt für das vorgegebene Frequenzband oder -bänder, die Anwesenheit einer Flamme angegeben wird. Wenn es niedriger ist, wird die Abwesenheit der Flamme angegeben.
Verschiedene andere Techniken können verwendet werden, um das Signal, das von dem Akustikschwingungsempfänger erzeugt wird, elektronisch zu analysieren, um die Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme zu detektieren. Zum Beispiel kann das Signal analysiert werden zum Bestimmen der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Energiespitze in einem vorgegebenen Frequenzband oder -bändern; oder die Form eines Abbildes der Signalfrequenz gegenüber Energie kann mit einem Standardabbild verglichen werden, der die Anwesenheit einer Flamme angibt; oder die Änderungsrate der Frequenz gegenüber Energie in einem vorgegebenen Frequenzband oder -bändern kann verglichen werden mit der Änderungsrate, wenn eine Flamme vorhanden ist.
Elektrische Leistung wird den elektronischen Komponenten 84 und 85 durch einen Transformator 92 zugeführt, der an eine elektrische Netzversorgung (nicht gezeigt) durch Kabel 94 und an die Elektronikkomponenten 88 durch Kabel 90 angeschlossen ist. Die Anwesenheit oder Abwesenheit der Zündbrennerflamme wird angegeben durch die Elektronikkomponenten 88 durch ein elektrisches Signal, das durch Kabel 96 zu einem Alarm- und/oder anderen Elektroniksystem geleitet wird, z. B. einem System zum automatischen Betreiben des Zündflammengenerators 36.
Beim Ausführen des Schrittes des Angebens der Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme elektronisch oder anders von einem elektrischen oder anderen Signal, z. B. Mirkowelle, Lichtwelle, etc., das von dem Schalldetektor erzeugt wird, können verschiedene Techniken eingesetzt werden.
Das Gerät und das Verfahren dieser Erfindung können verwendet werden bei Fackelrohren oder anderen Brennern, die keine Zündflammegeneratoren und separaten Leitungen zum Leiten von Zündflammen zu den Brennern oder Zündbrennern davon enthalten. Bei jenen Anwendungen, bei denen eine existierende Leitung zum Leiten von Schall zum Detektionsgerät nicht verfügbar ist, kann eine zusätzliche Leitung zum leiten des Schalls installiert werden. Auch kann, wie in der Fig. 8 dargestellt ist, wenn es aus irgend einem Grund unerwünscht ist, die Zündflammengeneratorleitung 34 zum Leiten von Flammenschall zu verwenden, eine separate Leitung 100 installiert werden und kann die Flammendetektorbaugruppe 38 daran angeschlossen werden, wie gezeigt ist.
Bei einer anderen Anordnung, wie in der Fig. 9 gezeigt ist, kann, wenn eine existierende Zündflammenleitung nicht verfügbar ist und wenn ein Installieren einer zusätzlichen Leitung unerwünscht ist, die Flammendetektorbaugruppe 38 an das Rohr 28 an einem entfernten Ort von der Flamme des Zündbrenners 26 über dem Brennstoff-Luft-Mischer 32 angeschlossen werden. Während die Brennstoff-Luft- Mischung für den Zündbrenner 26 durch jenen Teil des Rohres 28 strömt, ist die Flammendetektorbaugruppe 38 noch in der Lage, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Flammenschall zu detektieren und die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Flamme am Zündbrenner zu bestimmen.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 10 ist eine Zündbrennerbaugruppe 110 zur Verwendung bei einem Prozessbrenner, Boilerbrenner, oder ähnlichem dargestellt und enthält eine Zündbrennerspitze 112, die an ein Brennstoff-Luft-Gemisch-Rohr 114 angeschlossen ist. Ein Brennstoff-Luft-Mischer 116 ist an das Rohr 114 angeschlossen, welches wiederum mit einem Brennstoffgaszuführrohr 118 verbunden ist. Eine Flammenschallleitungsleitung 120, die an dem Brennstoff-Luft- Gemisch-Rohr 114 durch Klammern 122 angebracht ist, verläuft vom Zündflammenausgabeende der Brennerspitze 112 zu einem Ort entfernt von der Brennerspitze 112, wo die Flammendetektorbaugruppe 124 der vorliegenden Erfindung an die Leitung 120 angeschlossen ist. Im Betrieb des Geräts von Fig. 10 wird Brennstoffgas dem Brennstoff-Luft-Mischer 116 zugeführt und strömt das resultierende Brennstoff-Luft-Gemisch mittels des Rohres 114 zur Brennerspitze 112, wobei die Mischung ausgegeben und kontinuierlich verbrannt wird. Der Schall der Flamme, der von der Brennerspitze 112 ausgegeben wird, wird durch die Leitung 120 zur Flammendetektorbaugruppe 124 geleitet. Die Flammendetektorbaugruppe 124 ist in Struktur und Betrieb identisch mit der Flammendetektorbaugruppe 38, die oben beschrieben wurde.
Unter Bezugnahme nun auf die Fig. 11 ist der Zündbrenner 110 von Fig. 10 gezeigt mit einer alternativen Anordnung des Flammendetektionsgeräts der vorliegenden Erfindung. Statt an einer länglichen Leitung 120 angebracht zu sein, ist die Flammendetektorbaugruppe 124 direkt an dem Brennstoff-Luft-Gemisch-Rohr 114 angebracht. Während das Brennstoff-Luft-Gemisch kontinuierlich durch das Rohr 114 strömt, kann die Flammendetektorbaugruppe 124 noch die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Flamme detektieren, die von der Brennerspitze aus geht.
Die Fig. 12 ist eine seitliche Schnittansicht eines Prozessbrenners, der ein weiteres Flammendetektionsgerät 130 enthält, welches ein Brennergehäuse 132 enthält, das durch eine Öffnung in der isolierten Wand 134 eines Prozessheizers angeschlossen ist. Das Gehäuse 132 enthält einen Verbrennungslufteinlass 136 mit einer Luftklappe 138 darin. Ein Brennstoffgaszuführrohr 140, das eine Brennerspitze 142 hat, die daran angeschlossen ist, ist innerhalb eines Führungsrohres 144 angeordnet, das innerhalb des Gehäuses 132 angebracht ist. Die Brennerspitze 142 verläuft in einem Flammenhalter 146, der an dem Führungsrohr 144 angebracht ist. Brennstoffgas, das mittels der Brennerspitze 142 ausgegeben wird, vermischt sicht mit Verbrennungsluft, die durch das Gehäuse 132 strömt, und wird innerhalb des Prozessheizers verbrannt, an welchem der Brenner 130 angebracht ist.
Ein Flammendetektionsgerät 148 der vorliegenden Erfindung enthält ein Flammenschallleiterrohr 150, und eine Flammendetektorbaugruppe 152, die in Struktur und Betrieb identisch mit der Flammendetektorbaugruppe 38 ist, die oben beschrieben wurde, ist an dem Brenner 130 angebracht. Das heißt, dass das Schallleitrohr 150 durch das Gehäuse 132 des Brenners 130 angeschlossen ist, wobei das Innenende des Rohrs 150 nahe dem Flammenhalter 146 positioniert ist. Die Flammendetektorbaugruppe 152 ist an das Außenende des Rohrs 150 an einem Ort entfernt von der Brennerflamme angeschlossen.
Im Betrieb wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch von dem Brenner 130 ausgegeben und innerhalb des Ofens verbrannt, an welchem der Brenner 130 angebracht ist. Der Schall der Flamme wird durch die Leitung 150 zu der entfernt positionierten Flammendetektorbaugruppe 152 geleitet, die in der oben beschriebenen Weise funktioniert, um die Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme zu detektieren.
Das Flammendetektionsgerät und -verfahren kann verwendet werden, um jegliche Flamme zu detektieren und überwachen, einschließlich Flammen, die von Zündbrennern, Prozessbrennern, Boilerbrennern und andern flammenerzeugenden Brennern oder Vorrichtungen erzeugt werden. Der Ausdruck "Flamme" wird hierin verwendet, um jegliche Flamme oder Verbrennungsreaktion zu bezeichnen, die detektierbaren Schall erzeugt. Das Flammendetektionsgerät dieser Erfindung kann verwendet werden bei Brennern, die flüssigen Brennstoff sowie gasförmigen Brennstoff verbrennen, und bei denen jegliches Oxidationsmittel, wie Luft, Sauerstoff oder andere oxidierende Substanzen verwenden kann, um die Verbrennung zu unterstützen.

Claims

1. Flammendetektionsgerät zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme, die von einem Zündbrenner (26) am oberen offenen Ende (24) eines Fackelrohrs (10) ausgegeben wird, welches Gerät enthält:

eine Leitung (34, 28, 100, 120, 150), von der ein Ende an dem offenen Ausgabeende (24) des Fackelrohrs relativ zu der Flamme positioniert ist, wodurch Schall, der von der Flamme erzeugt wird, durch die Leitung zu einem Schalldetektor (38, 80, 120, 124, 152) geleitet wird, der an die Leitung an einem Ort entfernt von der Flamme angeschlossen ist, um Schall zu detektieren, der von der Leitung geleitet wurde, und um ein Signal zu erzeugen, das für den Schall repräsentativ ist; und

Einrichtungen (38, 82-90) zum Empfangen des Signals und zum Angeben des Vorhandenseins oder Abwesenheit der Flamme in Abhängigkeit davon;

dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldetektor an einem Ort entfernt von der Flamme nahe des Bodens des Fackelrohrs ist;

und dass die Einrichtungen zum Empfangen des Signals eine Elektronikschaltung zum Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme in Abhängigkeit von dem empfangenen Signal enthalten.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das Signal, das von dem Schalldetektor erzeugt wird, ein elektrisches Signal ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikschaltung zum Empfangen des Signals und Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von dem Energieinhalt des Signals auf einem oder mehreren vorgewählten Frequenzbändern abhängt, um dadurch das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Flamme anzugeben.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikschaltung zum Empfangen des Signals und Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von dem Vorhandensein oder Abwesenheit einer Energiespitze in dem Signal auf einem oder mehreren vorgewählten Frequenzbändern abhängt, um dadurch entsprechend das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Flamme anzugeben.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikschaltung zum Empfangen des Signals und Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von der Form eines Diagramms der Frequenz des Signals gegenüber Energie abhängt und die Form mit einem Standartdiagramm vergleicht, um dadurch das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Flamme anzugeben.

6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikschaltung zum Empfangen des Signals und Signalisieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von der Änderungsrate der Frequenz des Signals gegenüber Energie auf einem oder mehreren vorgewählten Frequenzbändern abhängt, um dadurch das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Flamme anzugeben.

7. Gerät nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schalldetektor einen elektronischen Schallschwingungsempfänger enthält.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schalldetektor ein Mikrofon oder einen piezoelektrischen Kristall enthält.

9. Brennfluidstrom-Fackelrohr (10, 110), das ein Rohr (14, 114) mit einer Fackel (12, 112) und einem Zündbrenner (26) nahe der Fackel enthält, enthaltend ein Detektionsgerät gemäß jeglichem vorhergehenden Anspruch.

10. Gerät nach Anspruch 8, und ferner enthaltend einen Zündflammengenerator (36), der an die Leitung (34, 28, 100, 120, 150) angeschlossen ist, welcher Zündflammengenerator zum Zünden des Zündbrenners (26) eine Zündflamme erzeugt, die sich durch die Leitung zu dem Zündbrenner ausbreitet.

11. Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Flamme, die von einem Zündbrenner (26, 110) ausgegeben wird, der am offenen Ausgabeende (24) eines Fackelrohrs (10) angeordnet ist, enthaltend die Schritte:

Leiten des Schalls, der von der Flamme erzeugt wird, durch eine Leitung vom Ort der Flamme zu einem Ort, der von dem Ort der Flamme entfernt ist; Detektieren des geleiteten Schalls und Erzeugen eines Signals repräsentativ für den Schall; und

Angeben des Vorhandenseins oder der Abwesenheit der Flamme von dem Signal, das für den Schall repräsentativ ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung vom Ort der Flamme zu einem entfernten Ort nahe des Bodens des Rohrs verläuft; und dass der Schritt des Detektierens des geleiteten Schalls an dem Ort ausgeführt wird, der von der Flamme entfernt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Signal ein elektrisches Signal ist und das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Flamme elektronisch von dem elektrischen Signal bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Flamme, wenn sie vorhanden ist, von einem Zündbrenner ausgegeben wird, um einen brennbaren Gasstrom zu entzünden.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, welches ferner enthält den Schritt des Zündens des Zündbrenners, falls es erforderlich ist, durch Erzeugen einer Zündflamme und deren Ausbreitung durch die Leitung zu dem Zündbrenner.