ES2341128T3 - Un detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de combustion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo detector de llama para supervisar una llama (9) durante un proceso de combustión, incluyendo una cámara (12), un tubo de transporte (13) y una boquilla del quemador (3), donde el tubo de transporte (13) se construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento (15) a la cámara (12), donde la cámara (12) está dispuesta en un extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) y el extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) está montado cerca del agujero de la boquilla del quemador de tal manera que un acceso óptico de la cámara (12) se dirija hacia la llama (9), caracterizado porque la boquilla del quemador es basculante y porque el tubo de transporte (13) es flexible de modo que se pueda conectar a la boquilla basculante del quemador (3).
Description
Un detector de llama para supervisar una llama
durante un proceso de combustión.
La invención se refiere a un detector de llama
para supervisar una llama durante un proceso de combustión. La
expresión "supervisar una llama" se entenderá como
"supervisar al menos una llama"; el detector de llama según la
invención también puede ser usado para supervisar varias llamas
simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Los detectores de llama o escáneres de llama son
dispositivos que se usan para determinar el estado de quemadores en
hornos industriales y utilitarios. Tales hornos pueden ser, por
ejemplo, calderas de vapor, calentadores de agua, u hornos de gas,
petróleo o carbón. Los detectores de llama supervisan una o varias
llamas dentro de un horno. En un detector de llama convencional se
usan fototubos o fotodiodos para detectar la intensidad total de la
luz de la llama que se recibe mediante óptica de enfoque.
La figura 1 ilustra un detector de llama de la
técnica actual 1 que está montado en un quemador 2. El quemador 2
tiene una boquilla de quemador ahusada 3 con aletas 4 por fuera.
Carburante (flecha negra) y aire (flecha blanca) pasan a través o
al lado del quemador 2 a un horno no ilustrado. Una versión de un
detector de llama conocido 1 consta de un tubo de transporte 5 y un
fotoelemento en forma de un fotodiodo 6 que está montado en un
extremo delantero del tubo de transporte 5. El extremo delantero del
tubo de transporte 5 está situado en el agujero de la boquilla del
quemador 3 que se dirige hacia el interior del horno, es decir,
hacia la cámara de combustión. El tubo también lleva aire
refrigerante al fotodiodo 6 e incluye cables para el suministro de
potencia del fotoelemento 6 y para transmitir las señales de datos
registradas por el fotodiodo 6. Tal detector de llama de la técnica
actual es conocido, por ejemplo, por EP 0 845 636 A.
Otro detector de llama conocido 1 incluye, en el
extremo delantero del tubo 5, en lugar de un fotodiodo, una lente 7
que enfoca la luz de la llama dentro del horno sobre un cable de
fibra óptica que está situado dentro del tubo de transporte 5. En
este caso, un fotoelemento está situado en el extremo trasero del
tubo de transporte 5 en una caja separada. El fotoelemento recibe
la luz de la llama mediante la lente 7 y el cable de fibra óptica.
La caja del fotoelemento está montada en el exterior del horno donde
predominan temperaturas ambiente. Una unidad de acondicionamiento
de señal está dispuesta dentro de la caja del fotoelemento. Las
señales de datos son transmitidas desde la unidad de
acondicionamiento de señal por cables a módulos de detección de
llama y también a un sistema de gestión de quemador/caldera
(BMS).
Sin embargo, los fototubos incluyendo un tubo y
un fotoelemento, en particular un fotodiodo, o una lente montada en
el extremo delantero del tubo, pueden requerir una línea de visión
exacta para evaluación de la llama.
Por la solicitud de patente US 2005/0266363 A1
también se conoce recoger y transmitir luz de varias llamas
utilizando fibras ópticas, inspeccionar la luz recogida por un
sistema de visión por videocámara en el otro extremo de las fibras
ópticas y transmitir las imágenes "vivas" del resplandor de las
llamas así como el estado de "encendido/apagado" de los
quemadores a una sala de control.
Por la solicitud de patente DE 196 32 174 A1 se
conoce un dispositivo para medir la temperatura de una llama, en
particular una llama dentro de una cámara de combustión de una
turbina de gas, que incluye un sensor de fibra óptica que se dirige
hacia la llama y está conectado a un espectrógrafo para analizar la
composición espectral de la imagen de la llama.
Por los documentos de patente EP 0 616 200 B1 y
US 2001/0014436 A1 es conocido el empleo de cámaras u otros
dispositivos de exploración para supervisar llamas en hornos. Según
el documento de Patente US 5.249.954 A, se monta una cámara en el
extremo trasero de un tubo de visión que se extiende a través de una
ventana al horno. Por lo tanto, la cámara ve la llama a través del
tubo de visión. Sin embargo, el hollín de la llama puede cubrir el
extremo delantero del tubo de visión o una ventana de observación
detrás de la que se coloca la cámara, lo que puede dar lugar a
degradación de la capacidad de detección de la llama de la
cámara.
Además, se han tenido que construir detectores
de llama viables de tal manera que puedan resistir altas
temperaturas, siendo las temperaturas de la llama generalmente
alrededor de 1500ºC y siendo las temperaturas de las paredes del
horno generalmente del orden de varios cientos de grados
Celsius.
\vskip1.000000\baselineskip
Un objeto de la invención es proporcionar un
detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de
combustión con el que se pueden evitar dichos problemas.
Con el fin de implementar este objeto y otros
objetos de la invención, que serán más fácilmente evidentes a
medida que avance la descripción, se facilita un detector de llama
para supervisar una llama durante un proceso de combustión que
incluye una cámara y un tubo de transporte, donde la cámara está
dispuesta en el extremo delantero del tubo de transporte de tal
manera que un acceso óptico de la cámara se dirija hacia la llama
cuando el extremo delantero del tubo de transporte esté montado
cerca de un agujero de la boquilla del quemador. El agujero de la
boquilla del quemador se define como el agujero de la boquilla del
quemador que se dirige hacia una llama dentro del horno. El acceso
óptico de una cámara incluye preferiblemente óptica en forma de una
o varias lentes.
Usando una cámara, en particular una cámara CCD
(dispositivo de acoplamiento de carga) o CMOS
(metal-óxido-semiconductor de simetría
complementaria) o cualquier otro tipo de cámara electrónica, se
pueden obtener imágenes de la llama con un campo de visión amplio.
Un detector de llama según la invención puede ser implementado
fácilmente en un horno o un quemador, respectivamente, reutilizando
el tubo de transporte de un detector de llama según la técnica
actual (véase la figura 1) e intercambiando el fotodiodo o lente en
el extremo delantero del tubo de transporte por tal cámara. Esto
facilita la reconversión y sustitución de detectores de llama
convencionales por detectores de llama a base de imágenes con
cámaras que proporcionan mejor rendimiento. El procedimiento de
montaje conocido con los tubos de soporte puede ser aplicado
fácilmente al detector de llama según la invención que incluye una
cámara. Preferiblemente, cada fotodiodo/lente de un detector de
llama convencional es sustituido por una cámara que conduce a un
detector de llama según la invención.
Según la invención, el tubo de transporte se
construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento a
la cámara, siendo preferiblemente el medio de enfriamiento aire
refrigerante. La provisión del medio de enfriamiento es
preferentemente tal que la cámara y, donde sea apropiado, la
electrónica integrada de formación de imágenes o circuitos
electrónicos se pueda mantener a una temperatura inferior a 100ºC.
Esto permite que la cámara y la electrónica de formación de
imágenes operen fiablemente.
Según otro aspecto de la invención el tubo de
transporte suministra potencia para la cámara. Además, el tubo de
transporte incluye preferiblemente uno o varios cables de datos para
transmitir datos registrados por la cámara a un extremo trasero del
tubo de transporte. Como cables de datos se pueden usar hilos de
cobre o fibras ópticas que se emplean en general en aplicaciones de
telecomunicaciones. Desde el extremo trasero del tubo de transporte
los datos pueden ser transmitidos también a una o varias unidades de
procesado de señales y/o a un sistema de gestión de
quemador/caldera por cables de datos correspondientes.
Según la invención, el tubo es flexible, en
particular mecánicamente flexible, de modo que se pueda conectar a
una boquilla basculante del quemador cuyo basculamiento sea
regulable con el fin de controlar las condiciones del horno/caldera
durante el proceso de combustión. La conexión entre el tubo de
transporte y la boquilla del quemador se puede realizar soldando el
extremo delantero del tubo de transporte a la boquilla del quemador,
en particular al agujero de la boquilla del quemador.
La electrónica de formación de imágenes o
circuitos electrónicos para procesar los datos salidos de la cámara
están preferiblemente integrados con la cámara en el extremo
delantero del tubo de transporte. Los datos procesados (incluyendo,
por ejemplo, imágenes comprimidas de una llama) son transmitidos
posteriormente por el cable de datos al extremo trasero del tubo de
transporte y también pueden ser transmitidos a un sistema de gestión
de quemador/caldera sin requerir la intervención de ninguna unidad
de procesado de señales, haciendo por ello que la supervisión de la
llama sea de costo razonable.
Alternativamente, los datos no procesados
salidos de la cámara son transmitidos por un cable de datos,
preferiblemente un enlace de datos de alta capacidad, a través del
tubo de transporte a una unidad de procesado de señales para
procesado, montándose preferiblemente la unidad de procesado de
señales en el exterior del horno. La electrónica de formación de
imágenes forma parte de la unidad de procesado de señales. Esto
permite la implementación de unidades de procesado de señales con
sistemas de procesado de imágenes de gran complejidad porque hay
menos limitaciones de espacio y temperatura.
Se pueden ver otras características ventajosas y
aplicaciones de la invención en las reivindicaciones dependientes
así como en la descripción siguiente de los dibujos que ilustran la
invención. En los dibujos, signos de referencia análogos designan
partes idénticas o similares en todos ellos, de cuyas varias
características:
La figura 1 representa una vista en perspectiva
de un quemador con un detector de llama según la técnica actual
dispuesto en el quemador.
Y la figura 2 ilustra un diagrama esquemático de
un quemador con un detector de llama según la invención.
La figura 1 representa un quemador con un
detector de llama 1 según la técnica actual y descrito
anteriormente.
\newpage
La figura 2 presenta un quemador 2 que puede
tener la misma configuración que el quemador ilustrado en la figura
1. El quemador 2 incluye una boquilla del quemador 3 con el agujero
de la boquilla del quemador dirigido al interior de un horno 8.
Durante el proceso de combustión al menos una llama 9 está ardiendo
dentro del horno 8. El quemador 2 incluye conductos 10 para
suministrar carburante y aire al horno 8.
Un detector de llama 11 está asignado al
quemador 2. El detector de llama 11 incluye una cámara 12 y un tubo
de transporte 13. La cámara 12 está montada en un extremo delantero
14 del tubo de transporte 13 y se dirige al interior del horno 8,
es decir, la cámara 12 se dirige a una llama 9. El extremo delantero
14 del tubo de transporte 12 está montado cerca del agujero de la
boquilla del quemador, estando el agujero hacia el interior del
horno 8. El extremo delantero 14 del tubo de transporte 13 está
montado en la boquilla del quemador, en particular en el agujero de
la boquilla del quemador.
El tubo de transporte 13 lleva a cabo el
suministro de potencia para la cámara 12 y lleva aire refrigerante
15 hacia la cámara 12. Además, el tubo de transporte 13 incluye un
cable de datos 16 para transmitir datos registrados por la cámara
12 hacia una unidad de procesado de señales 17 desde la que los
datos procesados pueden ser transmitidos también mediante un cable
de datos 18 a un sistema de gestión de quemador/caldera no
ilustrado.
El tubo de transporte 13 incluye varias
bifurcaciones, transmitiéndose aire refrigerante 15 a través de una
bifurcación y transmitiéndose datos de la cámara a través de otra
bifurcación, por ejemplo.
La cámara 12 puede estar provista de un
obturador no ilustrado en la parte delantera de la cámara 12, es
decir, en la parte delantera de una lente de cámara o cámara
óptica, respectivamente, para realizar una autoverificación, en
particular una autoverificación periódica. Se dispone
preferentemente un mecanismo neumático para abrir o cerrar el
obturador.
La cámara 12 incluye óptica no presentada para
formar una imagen de la llama 9. La óptica incluye una lente para
cubrir el campo de visión deseado. Naturalmente, la óptica puede
incluir varias lentes. Además, la óptica contiene preferiblemente
divisores de imagen y/o filtros de longitud de onda para obtener
imágenes de la llama a diferentes longitudes de onda ópticas
predeterminadas. Los divisores de imagen pueden tener forma de
lentes yuxtapuestas. Un filtro de longitud de onda está asignado
preferentemente a cada divisor de imagen, disponiéndose también
yuxtapuestos los filtros de longitud de onda. Los filtros de
longitud de onda pueden incluir, por ejemplo, un filtro de banda UV
que pasa luz ultravioleta y bloquea luz infrarroja visible, un
filtro de banda VIS que pasa luz visible y bloquea luz ultravioleta
e infrarroja, y un filtro de banda IR que pasa luz infrarroja y
bloquea luz visible y ultravioleta. La cámara 12 emite
preferiblemente imágenes en escala de grises para cada longitud de
onda seleccionada en una tasa de cuadros predefinida.
Se ha de entender que aunque algunas
realizaciones de la presente invención se han ilustrado y descrito
aquí, no se ha de limitar a las realizaciones específicas descritas
y representadas.
- 1:
- Detector de llama de la técnica actual
- 2:
- Quemador
- 3:
- Boquilla del quemador
- 4:
- Aleta
- 5:
- Tubo de transporte
- 6:
- Fotodiodo
- 7:
- Lente
- 8:
- Horno; cámara de combustión
- 9:
- Llama
- 10:
- Conductos para aire y carburante
- 11:
- Detector de llama según la invención
- 12:
- Cámara
- 13:
- Tubo de transporte
- 14:
- Extremo delantero del tubo de transporte
- 15:
- Aire refrigerante
- 16:
- Cable de datos
- 17:
- Unidad de procesado de señales
- 18:
- Cable de datos
Claims (6)
1. Un dispositivo detector de llama para
supervisar una llama (9) durante un proceso de combustión,
incluyendo una cámara (12), un tubo de transporte (13) y una
boquilla del quemador (3), donde el tubo de transporte (13) se
construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento
(15) a la cámara (12), donde la cámara (12) está dispuesta en un
extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) y el extremo
delantero (14) del tubo de transporte (13) está montado cerca del
agujero de la boquilla del quemador de tal manera que un acceso
óptico de la cámara (12) se dirija hacia la llama (9),
caracterizado porque la boquilla del quemador es basculante
y porque el tubo de transporte (13) es flexible de modo que se pueda
conectar a la boquilla basculante del quemador (3).
2. Un detector de llama según la reivindicación
1, donde el tubo de transporte (13) lleva a cabo un suministro de
potencia a la cámara (12).
3. Un detector de llama según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde el tubo de transporte (13)
incluye un cable de datos (16) para transmitir datos registrados por
la cámara (12) a un extremo trasero del tubo de transporte
(13).
4. Un detector de llama según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde la cámara (12) está provista de
un obturador.
5. Un detector de llama según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde la electrónica de formación de
imágenes está integrada con la cámara (12) en el extremo delantero
(14) del tubo de transporte (13).
6. Un detector de llama según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde la cámara (12) es una cámara
CCD o CMOS.
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