RU2121110C1

RU2121110C1 - Device for selective check of flame of burner in combustion chamber of combustion unit

Info

Publication number: RU2121110C1
Application number: RU96119182A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Барков; В.А. Маныкин; В.С. Подосинов; В.П. Рудаков
Original assignee: Барков Николай Александрович; Маныкин Вадим Александрович; Подосинов Владимир Степанович; Рудаков Валерий Павлович
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: automatic control of presence of flame in combustion chamber of combustion unit; power and industrial steam generators and other plants burning various kinds of fuel. SUBSTANCE: device includes optical filter 1, photoelectric sensor 2, light radiation generator 3 with light-emitting diode 4, electric circuit 5 for processing total valid optical signal furnished to sensor 2 through optical filter 1 from burner flame and light- emitting diode 4 and control unit made in form of threshold device 6. Electric circuit 5 includes amplifier 7 for amplifying electric signal furnished from sensor 2, high-frequency filter 8, amplitude detector 9, adjustable amplifier 10 of sensitivity of sensor 2 and ripple filter 11. Connected to output of adjustable amplifier 10 is additional electric circuit 12 for developing signal of self-diagnosis from light radiation generator 3 including band-pass filter 13 tuned to above-mentioned signal. EFFECT: enhanced reliability through improved detuning caused by false signals and availability of effective self-check of optical signal processing circuit. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического контроля наличия пламени в камере сгорания огнетехнической установки и может быть использовано для контроля работы энергетических и промышленных парогенераторов, а также любых других огнетехнических установок, сжигающих различные виды топлива. The invention relates to the field of automatic control of the presence of flame in the combustion chamber of a fire-fighting installation and can be used to control the operation of energy and industrial steam generators, as well as any other fire-fighting installations, burning various types of fuel.

Селективный контроль пламени каждой горелки необходим для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с возможностью взрыва или переполнения камеры сгорания несгоревшим топливом. Проблема такого контроля связана с возможностью прохождения ложных сигналов о наличии пламени от соседних горелок и раскаленных стенок камеры сгорания, а также об отсутствии пламени при неисправности самой системы контроля. Selective control of the flame of each burner is necessary to prevent accidents related to the possibility of an explosion or overflow of the combustion chamber with unburned fuel. The problem of such control is associated with the possibility of false signals passing about the presence of flame from neighboring burners and the red-hot walls of the combustion chamber, as well as the absence of a flame in case of a malfunction of the control system.

Известно принимаемое за прототип устройство селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки, содержащее оптический фильтр, фотоэлектрический датчик, генератор светового излучения, электрическую схему обработки поступающего к датчику суммарного полезного оптического сигнала и управляющее устройство [1]. В этом известном устройстве применен оптический фильтр, резко уменьшающий интенсивность флуктуаций пламени для снижения отношения сигнал-шум. Вместе с тем именно флуктуации (пульсации) могут служить характерным признаком наличия пламени в отличие от излучения горячих стен камеры сгорания. Отстройка от воздействия светового излучения соседних горелок осуществлена в [1] механически за счет размещения светоприемного торца волоконного световода в выходной части амбразуры горелки, что полностью не исключает проникновения этого излучения на фотоэлектрический датчик. Кроме того, торцы световода, расположенные в амбразуре горелочного устройства, быстро покрываются сажей, а сами световоды подвергаются воздействию высоких температур, что в совокупности существенно уменьшает эффективность и снижает надежность их работы. Устройство [1] не предусматривает самодиагностики электрической схемы обработки полезного сигнала, что может привести к срабатыванию ложного сигнала о погасании пламени при возникновении неисправности в одном из элементов самой системы контроля, наименее надежным из которых является фотоэлектрический датчик. It is known that the device for selective control of the flame of a burner in the combustion chamber of a fire-fighting installation, which contains an optical filter, a photoelectric sensor, a light radiation generator, an electrical processing circuit for the total useful optical signal received by the sensor, and a control device [1], are taken as a prototype. In this known device, an optical filter is used that dramatically reduces the intensity of flame fluctuations to reduce the signal-to-noise ratio. At the same time, it is fluctuations (pulsations) that can serve as a characteristic sign of the presence of flame, in contrast to the radiation of the hot walls of the combustion chamber. Detuning from the influence of light radiation from neighboring burners was carried out mechanically in [1] by placing the light-receiving end of the fiber waveguide in the output part of the burner embrasure, which does not completely preclude the penetration of this radiation onto the photoelectric sensor. In addition, the ends of the fiber, located in the embrasure of the burner, are quickly covered with soot, and the fibers themselves are exposed to high temperatures, which together significantly reduces the efficiency and reduces the reliability of their work. The device [1] does not provide for self-diagnosis of the electrical circuit for processing the useful signal, which can lead to the operation of a false signal about the extinction of the flame in the event of a malfunction in one of the elements of the control system itself, the least reliable of which is the photoelectric sensor.

Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов и введения эффективного самоконтроля электрической схемы обработки оптического сигнала. The achieved result of the invention is to increase the reliability of selective flame control by improving detuning from false signals and introducing effective self-control of the optical signal processing circuitry.

Для достижения указанного результата в устройстве селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки, содержащей оптический фильтр, фотоэлектрический датчик, генератор светового излучения, электрическую схему обработки поступающего к датчику суммарного полезного оптического сигнала и управляющее устройство, согласно изобретению спектральная характеристика оптического фильтра выбрана с максимумом инфракрасного излучения, соответствующего наибольшему затуханию излучения факела в продуктах сгорания, а электрическая схема содержит последовательно включенные усилитель электрического сигнала, фильтр высокой частоты, амплитудный детектор, регулируемый усилитель чувствительности датчика и сглаживающий фильтр, причем к выходу регулируемого усилителя подключена дополнительная электрическая схема выделения сигнала самодиагностики от генератора светового излучения, содержащая настроенный на указанный сигнал полосовой фильтр и пороговое устройство. To achieve the specified result in the device for selective control of the flame of the burner in the combustion chamber of a fire-fighting installation containing an optical filter, a photoelectric sensor, a light radiation generator, an electrical circuit for processing the total useful optical signal received by the sensor, and a control device according to the invention, the spectral characteristic of the optical filter is selected with a maximum infrared radiation, corresponding to the greatest attenuation of flame emission in combustion products I, and the electric circuit contains a series-connected electric signal amplifier, a high-pass filter, an amplitude detector, an adjustable sensor sensitivity amplifier and a smoothing filter, and an additional electric circuit for extracting a self-diagnosis signal from a light generator containing a bandpass tuned to the specified signal is connected to the output of the adjustable amplifier filter and threshold device.

На чертеже представлена схема устройства согласно предлагаемому изобретению. The drawing shows a diagram of a device according to the invention.

Устройство содержит оптический фильтр 1, фотоэлектрический датчик 2, генератор 3 светового излучения со светодиодом 4, электрическую схему 5 обработки суммарного полезного оптического сигнала, поступающего к датчику 2 через оптический фильтр 1 от пламени горелки (на чертеже не показана) и светодиода 4, и управляющее устройство, выполненное в виде порогового устройства 6. В электрическую схему 5 входят последовательно включенные усилитель 7 поступающего от датчика 2 электрического сигнала, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 8, амплитудный детектор (АД) 9, регулируемый усилитель (РУ) 10 чувствительности 2 и сглаживающий фильтр (СФ) 11. К выходу РУ 10 подключена дополнительная электрическая схема 12 выделения сигнала самодиагностики от генератора 3 светового излучения, содержащая настроенный на указанный сигнал полосовой фильтр (ПФ) 13 и ПУ 14. The device contains an optical filter 1, a photoelectric sensor 2, a light emission generator 3 with an LED 4, an electric circuit 5 for processing the total useful optical signal supplied to the sensor 2 through the optical filter 1 from the burner flame (not shown in the drawing) and LED 4, and a control a device made in the form of a threshold device 6. The electric circuit 5 includes a series-connected amplifier 7 of an electric signal from a sensor 2, a high-pass filter (HPF) 8, an amplitude detector (A ) 9, an adjustable amplifier (RU) 10 of sensitivity 2 and a smoothing filter (SF) 11. An additional electric circuit 12 for extracting a self-diagnosis signal from the light emission generator 3 is connected to the output of RU 10, which contains a band-pass filter (PF) 13 and PU 14.

Устройство селективного контроля пламени горелки работает следующим образом. Device selective control of the flame of the burner operates as follows.

Фотоэлектрический датчик 2 с оптическим фильтром 1, область спектральных характеристик которого находится в диапазоне длин волн инфракрасного излучения 2-3,5 мкм с максимумом 3 мкм, соответствующим наибольшему затуханию пламенного факела в продуктах сгорания, монтируется на визирной трубке контролируемой горелки (на чертеже не показаны) и направляется на корневую часть ее факела. Между оптическим фильтром 1 и датчиком 2 помещают фотодиод 4 генератора 3 светового излучения с длиной волны 0,95 мкм и частотой пульсаций порядка 2000 Гц, существенно превышающей частоту пульсаций яркости пламени в высокотемпературной части факела (300-600 Гц). Вырабатываемый датчиком 2 электрический сигнал поступает в усилитель 7, затем в ФВЧ 8, где формируется его амплитудно-частотная характеристика, ограничиваемая снизу частотой 300 Гц. Эта частота определяется исходя из того, чтобы надежно подавить могущий проникнуть в область визирования датчика 2 сигнал, вызванный флуктуациями краев пламени соседних горелок с частотой менее 100 Гц. Далее сигнал поступает на АД 9, где путем диодного детектирования из общего сигнала выделяется полезный сигнал пульсаций пламени, который поступает на РУ 10, с помощью которого регулируется чувствительность датчика по условиям надежного срабатывания ПУ 6. Из РУ 10 сигнал поступает в СФ 11, а оттуда - в ПУ 6. В СФ 11 при помощи изменения постоянных времени заряда и разряда емкости осуществляется регулировка времени задержки срабатывания и отпускания выходного реле ПУ 6 в соответствии с требованиями технической эксплуатации конкретной огнетехнической установки. С выхода РУ 10 снимается также сигнал самодиагностики, поступающий в измерительный тракт от светодиода 4. Этот сигнал выделяется из полезного сигнала с помощью ПФ 13 и обрабатывается ПУ 14. Дополнительной функцией СФ 11 является предотвращение прохождения в ПУ 6 сигнала самодиагностики. A photoelectric sensor 2 with an optical filter 1, the spectral range of which is in the wavelength range of infrared radiation of 2-3.5 μm with a maximum of 3 μm, corresponding to the largest attenuation of the flame plume in the combustion products, is mounted on the sighting tube of a controlled burner (not shown ) and is sent to the root of its torch. Between the optical filter 1 and the sensor 2, a photodiode 4 of the light emission generator 3 with a wavelength of 0.95 μm and a pulsation frequency of the order of 2000 Hz is substantially higher than the pulsation frequency of the flame brightness in the high-temperature part of the flame (300-600 Hz). The electric signal generated by the sensor 2 enters the amplifier 7, then to the high-pass filter 8, where its amplitude-frequency characteristic is formed, limited from below by a frequency of 300 Hz. This frequency is determined on the basis of reliably suppressing a signal that can penetrate into the field of view of the sensor 2, caused by fluctuations in the edges of the flame of adjacent burners with a frequency of less than 100 Hz. Next, the signal goes to AD 9, where, through diode detection, a useful flame pulsation signal is extracted from the common signal, which goes to RU 10, with which the sensitivity of the sensor is regulated according to the conditions for reliable operation of PU 6. From RU 10, the signal enters SF 11, and from there - in control room 6. In SF 11, by changing the time constant of the charge and discharge of the capacitance, the delay time of the operation and release of the output relay of the control relay 6 is adjusted in accordance with the requirements of the technical operation of a particular fire technology esky installation. The output of the switchgear 10 also removes the self-diagnosis signal, which enters the measuring path from the LED 4. This signal is extracted from the useful signal using the PF 13 and processed by the control unit 14. An additional function of the SF 11 is to prevent the self-diagnosis signal from passing through the control unit 6.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность селективного контроля пламени горелки благодаря устранению влияния фонового излучения и введению эффективной системы самодиагностики. Селективность контроля обеспечивается, во - первых, ограничением пропускания низкочастотных пульсаций от краев пламени соседних горелок и, во - вторых, выбором спектрального диапазона оптического фильтра, соответствующего наибольшему затуханию пламенного факела в продуктах сгорания, что исключает в случае погасания пламени реагирование фотоэлектрического датчика на световой поток, исходящий от непогасшего пламени встречно расположенной горелки, так как в выбранной спектральной области этот поток поглощается заполняющими топочное пространство продуктами сгорания топлива. The proposed device can improve the reliability of the selective control of the flame of the burner by eliminating the influence of background radiation and the introduction of an effective self-diagnosis system. The selectivity of the control is ensured, firstly, by limiting the transmission of low-frequency pulsations from the edges of the flame of neighboring burners and, secondly, by choosing the spectral range of the optical filter corresponding to the greatest attenuation of the flame plume in the combustion products, which excludes the reaction of the photoelectric sensor to the light flux in case of extinction of the flame emanating from an unextinguished flame of an oncoming burner, since in the selected spectral region this flow is absorbed by filling the furnace space combustion products of fuel.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1146519, кл. F 23 N 5/24, 1983.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 1146519, cl. F 23 N 5/24, 1983.

Claims

A device for the selective control of the burner flame in the combustion chamber of a fire-fighting installation containing an optical filter, a photoelectric sensor, a light radiation generator, an electrical processing circuit for the total useful optical signal received by the sensor, and a control device characterized in that the spectral characteristic of the optical filter is selected with a maximum of infrared radiation, corresponding to the largest attenuation of plume radiation in the combustion products, and the electrical circuit contains after The included electric signal amplifier, a high-pass filter, an amplitude detector, an adjustable sensor sensitivity amplifier and a smoothing filter, a light generator are tuned to a radiation pulsation frequency of the order of 2000 Hz, and an additional electrical circuit for extracting a self-diagnosis signal from the light radiation generator containing tuned to the signal of the specified generator bandpass filter and threshold device.