RU2153654C2

RU2153654C2 - Stationary pyrometric transducer

Info

Publication number: RU2153654C2
Application number: RU98114910A
Authority: RU
Inventors: А.В. Боровский; С.А. Дружинин
Original assignee: Боровский Андрей Викторович; Дружинин Сергей Александрович
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: radiation pyrometry. SUBSTANCE: stationary pyrometric transducer has sensing element positioned in body provided with input diaphragm in front of which removable tube with set of changeable diaphragms is installed. Diameters of holes of each diaphragm increase in direction of radiation source. Combination of holes of all diaphragms forms an entrance solid angle. EFFECT: extended service life without blowing by technologic air. 9 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к датчикам, предназначенным для регистрации излучения, а точнее пирометрическим датчикам, работающим в условиях разогретой, запыленной конвективной среды. Такие датчики применяются в энергетике в системах контроля светимости факела в котельных агрегатах, в металлургии для измерений температур расплавленных металлов и проката, а также в других областях техники, например, в гелиоустановках для контроля положения солнца на небосклоне. The invention relates to sensors designed to detect radiation, and more specifically pyrometric sensors operating in a heated, dusty convective environment. Such sensors are used in the energy sector in systems for controlling the luminosity of a torch in boiler units, in metallurgy for measuring the temperatures of molten metals and rolled products, and also in other areas of technology, for example, in solar installations for monitoring the position of the sun in the sky.

Аналогичное по назначению "Устройство для контроля потускнения и погасания факела в топке котлоагрегата" (См. Авторское свидетельство СССР N 1138607, F 23 N 5/08) содержит размещенные в тубусах фотодатчики и релейно-резистивную электрическую схему. Тубусы использованы для защиты фотодатчиков от неблагоприятных воздействий внешней среды. Обычно, входное отверстие тубуса или отверстие в стенке объекта, через которое наблюдается пламя, закрыты защитными стеклами. В условиях горячей, запыленной конвективной среды защитное стекло покрывается сажей, забрасывается золой, и поэтому, требует ежедневного или даже более частого обслуживания (протирания ветошью). Similarly intended, the “Device for controlling tarnishing and extinction of the torch in the furnace of a boiler unit” (See USSR Author's Certificate N 1138607, F 23 N 5/08) contains photosensors and a relay-resistive electric circuit located in the tubes. Tubes are used to protect photosensors from adverse environmental influences. Usually, the inlet of the tube or the hole in the wall of the object through which the flame is observed is covered with protective glasses. In a hot, dusty convective environment, the protective glass is covered with soot, cast with ash, and therefore requires daily or even more frequent maintenance (wiping with rags).

Для увеличения времени между обслуживаниями датчика часто защитное стекло обдувают технологическим воздухом. Система обдува требует прокладки воздушной арматуры для подвода воздуха. Зачастую технологический воздух содержит мелкодисперсные жидкие и твердые загрязнители и сам пачкает защитное стекло датчика, а системы фильтрации и очистки технологического воздуха бывают дороги и ненадежны. Поэтому, на практике не удается избежать существенного удлинения межрегламентного интервала времени для измерительного устройства. В то же время служебные инструкции ограничивают нахождение человека вблизи опасных промышленных объектов, каковыми являются котельный агрегат, домна или прокатный стан. Проблемы усугубляются при необходимости многоканальных пирометрических измерений, которые например, необходимы в энергетике для определения перекосов факела в топке котла. To increase the time between sensor maintenance, the protective glass is often blown with process air. The blowing system requires the installation of air fittings for air supply. Often, process air contains finely divided liquid and solid pollutants and the glass of the sensor is dirty, and filtering and purification systems for process air are expensive and unreliable. Therefore, in practice, it is not possible to avoid a significant lengthening of the inter-time interval for the measuring device. At the same time, service instructions limit the location of a person near hazardous industrial facilities, such as a boiler unit, blast furnace or rolling mill. The problems are compounded by the need for multichannel pyrometric measurements, which, for example, are necessary in the energy sector to determine the distortions of the torch in the boiler furnace.

Известна аналогичная по назначению система для контроля факела в топочной камере пылеугольного котла, в которой используются видеокамеры. Поддержание температурного режима и чистоты защитных оптических элементов видеокамеры требуют подачи технологического воздуха со всеми вытекающими отсюда последствиями. Кроме того, такие видеосистемы являются дорогими (См. G.B.Flamenco: An image processing system for flame analysis in a combustion chamber. Proc. 56^th Ann.Meet. APC., Chicago IL, 1994, V. 56, C.820).A similar purpose-known system for controlling a torch in a combustion chamber of a coal-fired boiler, in which video cameras are used, is known. Maintaining the temperature regime and the purity of the protective optical elements of a video camera require the supply of process air with all the ensuing consequences. In addition, such video systems are expensive (See GB Flamenco: An image processing system for flame analysis in a combustion chamber. Proc. 56 ^th Ann. Met. APC., Chicago IL, 1994, V. 56, C.820).

Конструктивным аналогом пирометрического датчика является "Датчик слежения гелиоустановки" (См. Авторское свидетельство СССР N 1196622, F 24 J, G 01 J 1/42), содержащий защитный корпус с входным отверстием и фотоприемник. Этот датчик также может подвергаться конвективному воздействию внешней запыленной среды (пыльный ветер). Недостаточная защищенность фотоприемного устройства создает серьезные проблемы при эксплуатации датчика в естественных условиях. A structural analogue of the pyrometric sensor is “Solar Tracking Sensor” (See USSR Author's Certificate N 1196622, F 24 J, G 01 J 1/42), containing a protective housing with an inlet and a photodetector. This sensor can also be exposed to the convective effects of an external dusty environment (dusty wind). Insufficient security of the photodetector creates serious problems when using the sensor in natural conditions.

Наиболее близким к заявленному пирометрическому датчику является устройство переносного пирометра (Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Пирометры частичного излучения переносные "СМОТРИЧ-4П", "СМОТРИЧ-5П". Внешторгиздат. Изд. N 2759У/87), в котором с помощью оптической линзовой системы поток излучения от поверхности, температуру которой необходимо измерить, направляется на полевую диафрагму и чувствительную площадку приемника излучения. Величине потока излучения соответствует значение электрического сигнала приемника излучения. Размеры диафрагмы и площадь приемника излучения определяют угол зрения пирометра, т.е. площадка чувствительного элемента, установленного в корпусе прибора, снабженном входной диафрагмой, совместно с площадью отверстия диафрагмы образуют телесный угол, ограничивающий измеряемое входное излучение. Конструктивно оптическая линзовая система пирометра защищена корпусом и оптическим элементом (пленка из полиэтилена или пластина из стекла) прозрачным для регистрируемого излучения. The closest to the claimed pyrometric sensor is a portable pyrometer device (Technical description and operating instructions. Partial radiation pyrometers portable "SMOTRICH-4P", "SMOTRICH-5P. Vneshtorgizdat. Publ. N 2759U / 87), in which using an optical lens In the system, the radiation flux from the surface, the temperature of which must be measured, is directed to the field diaphragm and the sensitive area of the radiation receiver. The magnitude of the radiation flux corresponds to the value of the electrical signal of the radiation receiver. The diaphragm dimensions and the area of the radiation receiver determine the angle of view of the pyrometer, i.e. the platform of the sensing element installed in the device body, equipped with an input diaphragm, together with the area of the aperture of the diaphragm form a solid angle limiting the measured input radiation. Structurally, the optical pyrometer lens system is protected by a housing and an optical element (a polyethylene film or a glass plate) transparent to the detected radiation.

Однако известное устройство не может быть использовано в энергетике или металлургии для стационарных измерений вследствие осаждения пыли на поверхности оптических элементов, защищающих чувствительный элемент, в результате чего снижается их коэффициент пропускания, а следовательно и точность измерений. Кроме того, при использовании пирометра для измерений на котельном агрегате существует угроза механического повреждения защитного оптического элемента или всего прибора случайными раскаленными выбросами пылегазовой смеси, содержащей частицы тяжелых фракций (искры, капли воды, пар, частицы шлака). Такие выбросы возникают при ежедневном удалении налипшей золы и шлака с экранных поверхностей топки котла струями воды или пара. However, the known device cannot be used in energy or metallurgy for stationary measurements due to the deposition of dust on the surface of the optical elements protecting the sensitive element, resulting in a decrease in their transmittance, and therefore the accuracy of the measurements. In addition, when using a pyrometer for measurements on a boiler unit, there is a risk of mechanical damage to the protective optical element or the entire device by accidental hot emissions of a dust-gas mixture containing particles of heavy fractions (sparks, drops of water, steam, slag particles). Such emissions occur during the daily removal of adhering ash and slag from the screen surfaces of the boiler furnace with water or steam jets.

В результате, описанные выше устройства являются непригодными для стационарных измерений радиационной температуры в условиях разогретой, запыленной конвективной среды. As a result, the devices described above are unsuitable for stationary measurements of radiation temperature in the conditions of a heated, dusty convective medium.

Задачей настоящего изобретения является создание такого пирометрического датчика, который бы за счет пылетеплозащиты мог работать продолжительное время без системы обдува технологическим воздухом и без регламента в условиях горячей и сильно запыленной конвективной среды, характеризующейся также наличием мощных случайных выбросов смеси раскаленных газов и тяжелых фракций в сторону датчика. The present invention is the creation of such a pyrometric sensor, which would be able to work for a long time without a dusting system with process air and without regulation in hot and highly dusty convective environments, which is also characterized by the presence of powerful random emissions of a mixture of hot gases and heavy fractions towards the sensor .

Эта задача решается тем, что в пирометрическом датчике, содержащем чувствительный элемент, установленный в корпусе, снабженном входной диафрагмой, отверстие которой совместно с площадкой чувствительного элемента образует телесный угол, ограничивающий измеряемое входное излучение, согласно изобретению, перед входной диафрагмой датчика установлена съемная труба, в которой расположен ряд сменных диафрагм, диаметры отверстий каждой из которых в направлении к источнику излучения увеличиваются, а совокупность отверстий всех диафрагм образует входной телесный угол. This problem is solved in that in a pyrometric sensor containing a sensing element mounted in a housing equipped with an input diaphragm, the opening of which together with the pad of the sensing element forms a solid angle limiting the measured input radiation, according to the invention, a removable pipe is installed in front of the sensor input diaphragm, in which contains a number of interchangeable diaphragms, the diameters of the holes of each of which increase towards the radiation source, and the set of holes of all diaphragms forms input solid angle.

Указанная конструкция позволяет довести время эксплуатации пирометрического датчика без обдува технологическим воздухом и без обслуживания до двух недель, что особенно важно, когда пирометрический датчик включен в контур автоматического регулирования топочного процесса или реализуются многоканальные измерения. This design allows you to bring the operating time of the pyrometric sensor without blowing with process air and without maintenance up to two weeks, which is especially important when the pyrometric sensor is included in the automatic control loop of the furnace process or multichannel measurements are implemented.

Каждая диафрагма может представлять собой усеченный конус, большее основание которого обращено в сторону чувствительного элемента, а меньшее - к источнику излучения, и диаметр меньшего основания каждой последующей диафрагмы больше соответствующего диаметра предыдущей, образуя в совокупности входной телесный угол. Each diaphragm can be a truncated cone, the larger base of which is facing the sensing element, and the smaller - to the radiation source, and the diameter of the smaller base of each subsequent diaphragm is larger than the corresponding diameter of the previous one, forming in total the input solid angle.

Это позволяет турбулизовать поток пылегазовой смеси, входящий в съемную трубу, и осадить пыль между диафрагмами, а при обслуживании датчика удалять пыль из съемной трубы, наклоняя ее входным отверстием вниз и встряхивая; при случайном наклоне съемной трубы входным отверстием вверх конструкция диафрагм не допускает попадания пыли на чувствительный элемент. This allows you to turbulize the flow of the dust and gas mixture entering the removable pipe and to deposit dust between the diaphragms, and when servicing the sensor, remove dust from the removable pipe by tilting it with the inlet down and shaking it; if the removable pipe is accidentally tilted with its inlet upward, the diaphragm design prevents dust from entering the sensor.

Целесообразно края каждой диафрагмы, образующие отверстие для пропускания измеряемого излучения, выполнить скошенными. It is advisable that the edges of each diaphragm, forming a hole for transmitting the measured radiation, beveled.

Это не допускает налипания пыли на краях диафрагм и, как следствие, изменения чувствительности датчика после окончания пылегазового выброса. This prevents dust from sticking to the edges of the diaphragms and, as a result, changes in the sensitivity of the sensor after the end of dust and gas emission.

Патентуемый пирометрический датчик возможно снабдить дополнительной трубой, в которой коаксиально с зазором закреплена съемная труба. The patented pyrometric sensor can be equipped with an additional pipe, in which a removable pipe is fixed coaxially with a gap.

Это дает возможность охлаждать корпус пирометрического датчика за счет подсоса атмосферного воздуха в топку через зазор между двумя трубами. This makes it possible to cool the housing of the pyrometric sensor due to the suction of atmospheric air into the furnace through the gap between the two pipes.

Перед съемной трубой в дополнительной трубе рационально установить основной экран, имеющий центральное отверстие и ряд периферийных отверстий. Before the removable pipe in the additional pipe, it is rational to install a main screen having a central hole and a number of peripheral holes.

Такое конструктивное решение позволяет уменьшить разогрев съемной трубы и корпуса пирометрического датчика излучением пламени из топки и обеспечить их охлаждение за счет подсоса атмосферного воздуха в топку. This constructive solution allows to reduce the heating of the removable pipe and the housing of the pyrometric sensor by radiation of the flame from the furnace and to ensure their cooling due to the suction of atmospheric air into the furnace.

В дополнительной трубе целесообразно установить дополнительный экран, также имеющий центральное отверстие и ряд периферийных отверстий, причем периферийные отверстия дополнительного экрана смещены относительно отверстий основного экрана. In the additional pipe, it is advisable to install an additional screen, also having a Central hole and a number of peripheral holes, and the peripheral holes of the additional screen are offset from the holes of the main screen.

Это дает дополнительную возможность уменьшить разогрев корпуса пирометрического датчика излучением пламени из топки за счет перекрытия периферийных отверстий для световых лучей и сохранить охлаждение корпуса датчика воздухом, подсасываемым в топку. This provides an additional opportunity to reduce the heating of the pyrometric sensor case by radiation of the flame from the furnace due to the overlapping of the peripheral openings for light rays and to keep the cooling of the sensor case by the air sucked into the furnace.

Патентуемый пирометрический датчик может содержать входной клапан, установленный на боковой поверхности съемной трубы, который обеспечивает подсос атмосферного воздуха в топку через съемную трубу. The patented pyrometric sensor may include an inlet valve mounted on the side surface of the removable pipe, which allows air to be drawn into the furnace through the removable pipe.

Это обеспечивает дополнительное охлаждение съемной трубы изнутри и более раннюю турбулизацию пылегазового выброса из топки вне съемной трубы. This provides additional cooling of the removable pipe from the inside and earlier turbulization of dust and gas emissions from the furnace outside the removable pipe.

Кроме того пирометрический датчик может быть снабжен подвижной шторкой, установленной перед входным отверстием съемной трубы с возможностью ее углового перемещения относительно горизонтальной оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси входного телесного угла, причем, указанная подвижная шторка может быть выполнена в виде пластины, имеющей центральное отверстие, на диаметрально противоположных краях которого под противоположными углами к плоскости пластины жестко закреплены лепестки, причем верхний лепесток рационально отогнуть в сторону источника излучения, а нижний - в сторону чувствительного элемента. In addition, the pyrometric sensor can be equipped with a movable shutter installed in front of the inlet of the removable pipe with the possibility of its angular displacement relative to a horizontal axis lying in a plane perpendicular to the axis of the input solid angle, wherein said movable shutter can be made in the form of a plate having a central hole , on the diametrically opposite edges of which the petals are rigidly fixed at opposite angles to the plane of the plate, and the upper petal is rationally bent b in the direction of the radiation source, and the lower - in the direction of the sensitive element.

Наличие подвижной шторки и такая ее конструкция позволяют защитить внутренний объем съемной трубы и корпуса датчика от пылегазового выброса из топки, в частности, содержащего тяжелые фракции. The presence of a movable curtain and its design make it possible to protect the internal volume of the removable pipe and the sensor housing from dust and gas emissions from the furnace, in particular, containing heavy fractions.

В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами:
фиг. 1 схематично изображает конструкцию пирометрического датчика, согласно изобретения, (продольный разрез);
фиг. 2 схематично изображает общий вид установки пирометрического датчика;
фиг. 3 схематично изображает один из вариантов конструктивного выполнения пирометрического датчика с диафрагмами в виде усеченного конуса, согласно изобретения, (продольный разрез);
фиг. 4 схематично изображает конструкцию диафрагм пирометрического датчика, согласно изобретения, (продольный разрез);
фиг. 5 схематично изображает другой вариант конструктивного выполнения пирометрического датчика с дополнительной трубой и установленными в ней экранами, согласно изобретения, (продольный разрез);
фиг. 6 изображает сечение пирометрического датчика и дополнительной трубы в плоскости его крепления фиксаторами, согласно изобретения;
фиг. 7 a, b изображает варианты конструктивного исполнения экранов, установленных в дополнительной трубе, согласно изобретения, (изометрия);
фиг. 8 схематично изображает еще один вариант конструктивного выполнения изобретения с боковым клапаном на съемной трубе, согласно изобретения, (продольный разрез);
фиг. 9 схематично изображает вариант конструктивного выполнения пирометрического датчика с подвижной шторкой, согласно изобретения, для случая всасывания воздуха в сторону источника излучения (продольный разрез);
фиг. 10 схематично изображает вариант конструктивного выполнения пирометрического датчика с подвижной шторкой, согласно изобретения, для случая выбросов пылегазовой смеси от источника излучения (продольный разрез);
фиг. 11 схематично изображает вариант конструктивного выполнения подвижной шторки, согласно изобретения, (изометрия).In the future, the patented invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings:
FIG. 1 schematically depicts the construction of a pyrometric sensor according to the invention (longitudinal section);
FIG. 2 schematically depicts a general view of a pyrometric sensor installation;
FIG. 3 schematically depicts one embodiment of a pyrometric sensor with diaphragms in the form of a truncated cone, according to the invention, (longitudinal section);
FIG. 4 schematically shows the construction of the diaphragms of a pyrometric sensor according to the invention (longitudinal section);
FIG. 5 schematically depicts another embodiment of a pyrometric sensor with an additional tube and screens installed therein, according to the invention (longitudinal section);
FIG. 6 shows a cross section of a pyrometric sensor and an additional pipe in the plane of its fastening with clamps, according to the invention;
FIG. 7 a, b depict design options for screens installed in an additional pipe according to the invention (isometry);
FIG. 8 schematically depicts another embodiment of the invention with a side valve on a removable pipe, according to the invention, (longitudinal section);
FIG. 9 schematically depicts an embodiment of a pyrometric sensor with a movable shutter, according to the invention, for the case of air suction towards the radiation source (longitudinal section);
FIG. 10 schematically depicts an embodiment of a pyrometric sensor with a movable shutter according to the invention for emissions of a dust and gas mixture from a radiation source (longitudinal section);
FIG. 11 schematically depicts an embodiment of a movable curtain according to the invention (isometry).

Патентуемый пирометрический датчик 1 (фиг. 1) содержит чувствительный элемент 2, установленный на изоляторе в корпусе 3 с входной диафрагмой 4, съемную трубу 5, с установленным в ней рядом диафрагм 6. Съемное исполнение трубы 5 необходимо для очистки ее внутренней поверхности при регламентных работах. Каждая диафрагма 6 имеет отверстие 7. Диаметры d отверстий 7 диафрагм 6 имеют разные размеры. Для каждой последующей диафрагмы 6 в порядке их расположения в направлении от чувствительного элемента 2 к источнику A излучения диаметры d отверстий 7 увеличиваются и заданы так, что в совокупности они образуют конус входного телесного угла θ. Количество диафрагм 6 целесообразно выбрать не менее двух. Источником A излучения, в частности, может являтся объем горящей пылеугольной смеси в котельном агрегате, например, при температуре 1000 - 1200^oC. При нормальном режиме работы котельного агрегата в топке создано разрежение. Процесс сжигания топлива сопровождается флуктуациями параметров топочного режима. Для контроля яркости факела горящей пылеугольной смеси с разных сторон топки устанавливают пирометрические датчики 1. Фиг. 2 схематично изображает общий вид установки пирометрического датчика 1. На фиг. 2 представлены: 1 - пирометрический датчик, 5 - съемная труба, 8 - дополнительная труба, 9 - стенка котла, 10 - отверстие в панели экранных труб, 11 - экранная труба, 12 - штатный смотровой лючок, 13 - дополнительный лючок. Панели экранных труб 11 образуют топку котла. Множество экранных труб 11 в панелях закреплены параллельно друг другу на расстоянии меньшем, чем их диаметры. В определенных местах панелей экранных труб 11 для контроля процесса горения экранные трубы 11 специально разведены путем изгиба и образованы отверстия 10. В рабочем положении датчик 1 закреплен консольно на стенке 9 котла напротив отверстия 10 в панели экранных труб 11. Крепление пирометрического датчика 1 может быть осуществлено либо в штатном смотровом лючке 12, либо в специальном дополнительном лючке 13 с помощью, например дополнительной трубы 8. При нарушении топочного режима возникают кратковременные всплески превышения давления внутри топки над атмосферным давлением. Через неплотные соединения в местах расположения лючков 12, 13 выбрасывается газы и пыль. Состав пыли по размеру частиц разнороден. Размер частиц может колебаться от единиц микрон до миллиметра. Доля крупных частиц размером более 300-400 микрон составляет единицы процентов. Во входной телесный угол θ пирометрического датчика 1 из топки падает не только поток излучения, но выбросы пылегазовой смеси. Особенно такие выбросы велики, когда удаляют шлак с экранных труб 11 котла с помощью водяной струи. При этом из топки выбрасываются вместе с выгоревшими частицами угольной пыли мелкодисперсные частицы шлака и пары воды. После оседания всей этой смеси уровень сигнала от чувствительного элемента 2 датчика 1 не должен измениться.Patented pyrometric sensor 1 (Fig. 1) contains a sensitive element 2 mounted on an insulator in a housing 3 with an inlet diaphragm 4, a removable pipe 5, with a number of diaphragms installed in it 6. A removable pipe 5 is necessary for cleaning its inner surface during routine maintenance . Each diaphragm 6 has an opening 7. The diameters d of the holes 7 of the diaphragms 6 have different sizes. For each subsequent diaphragm 6 in the order of their location in the direction from the sensing element 2 to the radiation source A, the diameters d of the holes 7 increase and are set so that together they form a cone of the input solid angle θ. The number of apertures 6, it is advisable to choose at least two. The radiation source A, in particular, can be the volume of the burning pulverized coal mixture in the boiler unit, for example, at a temperature of 1000 - 1200 ^o C. Under normal conditions of operation of the boiler unit in the furnace, a vacuum is created. The process of burning fuel is accompanied by fluctuations in the parameters of the furnace mode. To control the brightness of the torch of the burning pulverized coal mixture, pyrometric sensors 1 are installed on different sides of the furnace. FIG. 2 schematically depicts a general view of the installation of the pyrometric sensor 1. In FIG. 2 presents: 1 - pyrometric sensor, 5 - removable pipe, 8 - additional pipe, 9 - boiler wall, 10 - hole in the panel of the screen pipes, 11 - screen pipe, 12 - standard inspection hatch, 13 - additional hatch. The panels of the screen tubes 11 form the furnace of the boiler. Many of the screen tubes 11 in the panels are fixed parallel to each other at a distance less than their diameters. In certain places of the panels of the screen tubes 11 to control the combustion process, the screen tubes 11 are specially bent and holes 10 are formed. In the working position, the sensor 1 is mounted cantilever on the wall 9 of the boiler opposite the hole 10 in the panel of the screen tubes 11. The pyrometric sensor 1 can be mounted either in a standard inspection hatch 12, or in a special additional hatch 13 using, for example, an additional pipe 8. In case of violation of the furnace mode, short-term bursts of excess pressure inside t Folders over atmospheric pressure. Through loose connections at the locations of the hatches 12, 13, gases and dust are released. The composition of dust by the size of the particles is heterogeneous. Particle sizes can range from microns to millimeters. The proportion of large particles larger than 300-400 microns is a few percent. In the input solid angle θ of the pyrometric sensor 1, not only the radiation flux, but the emissions of the dust and gas mixture fall from the furnace. Especially such emissions are large when slag is removed from the screen tubes 11 of the boiler using a water jet. In this case, finely dispersed particles of slag and water vapor are thrown out of the furnace together with burnt particles of coal dust. After settling all this mixture, the signal level from the sensor 2 of the sensor 1 should not change.

В пирометрическом датчике 1 набор диафрагм 6 выполняет функцию пылезащиты, снижая объем забросов пылегазовой смеси из топки в направлении чувствительного элемента 2. Это достигается за счет герметичности соединений деталей пирометрического датчика 1. В процессе работы, выбрасываемая из топки смесь газов и пыли, набегая на пирометрический датчик 1, частично проникает внутрь съемной трубы 5 и сжимает воздух. Давление внутри съемной трубы 5 становится равным давлению движущихся газов. Поток смеси движущейся от топки, как бы, упирается в своеобразную вязкую стенку. Часть тяжелых фракций выброса, хотя и тормозится, но все же проникает по инерции внутрь съемной трубы 5. Турбулентность на кромках диафрагм 6 изменяет направление движения частиц. В результате набор диафрагм 6 препятствуют дальнейшему движению тяжелых частиц. Они оседают между диафрагмами 6, не долетая до чувствительного элемента 2. Частицы, влетевшие внутрь съемной трубы 5, могут оседать на поверхностях, образующих отверстия 7. Они могут оказаться в объеме входного телесного угла θ и не пропускать часть входного излучения в направлении приемника излучения 2. В результате этого уменьшается чувствительность пирометрического датчика 1. In the pyrometric sensor 1, the set of diaphragms 6 performs the function of dust protection, reducing the volume of dusts of the dust and gas mixture from the furnace towards the sensing element 2. This is achieved due to the tightness of the connections of the parts of the pyrometric sensor 1. During operation, the mixture of gases and dust ejected from the furnace, running onto the pyrometric the sensor 1 partially penetrates into the removable pipe 5 and compresses the air. The pressure inside the removable pipe 5 becomes equal to the pressure of the moving gases. The flow of the mixture moving from the furnace, as it were, rests on a kind of viscous wall. Part of the heavy ejection fractions, although it is inhibited, nevertheless penetrates by inertia into the removable pipe 5. Turbulence at the edges of the diaphragms 6 changes the direction of motion of the particles. As a result, the set of diaphragms 6 impede the further movement of heavy particles. They settle between the diaphragms 6, not reaching the sensitive element 2. Particles flying into the removable pipe 5 can settle on the surfaces forming the holes 7. They can appear in the volume of the input solid angle θ and not pass part of the input radiation in the direction of the radiation receiver 2 As a result of this, the sensitivity of the pyrometric sensor 1 decreases.

На фиг. 3 приведен вариант конструктивного выполнения пирометрического датчика 1 свободного от этого недостатка. В пирометрическом датчике 1 диафрагмы 6 выполнены в виде усеченного конуса. Края отверстий 7 каждой диафрагмы 6 скошены, так как они образованы полированной конической поверхностью, обращенной к чувствительному элементу 2 и плоскостью, перпендикулярной оси входного телесного угла θ (плоскость на фиг. 3 не показана). Такая форма диафрагм 6 позволяет при регламентном обслуживании пирометрического датчика 1 высыпать, не разбирая съемную трубу, фракции пыли, осевшие внутри съемной трубы 5 между диафрагмами 6. In FIG. 3 shows an embodiment of the pyrometric sensor 1, which is free from this drawback. In the pyrometric sensor 1 of the diaphragm 6 is made in the form of a truncated cone. The edges of the holes 7 of each diaphragm 6 are beveled, since they are formed by a polished conical surface facing the sensing element 2 and a plane perpendicular to the axis of the input solid angle θ (the plane in Fig. 3 is not shown). This shape of the diaphragms 6 allows for routine maintenance of the pyrometric sensor 1 to pour out, without disassembling the removable pipe, dust fractions deposited inside the removable pipe 5 between the diaphragms 6.

На фиг. 4 приведен увеличенный вид этих диафрагм 6. Скошенные края отверстий 7 диафрагм 6 имеют острую кромку. Частицы пыли, влетевшие внутрь съемной трубы 5, не оседают на острых кромках диафрагм 6, а осыпаются в ту или иную сторону. In FIG. 4 is an enlarged view of these diaphragms 6. The beveled edges of the holes 7 of the diaphragms 6 have a sharp edge. Dust particles flying into the removable pipe 5 do not settle on the sharp edges of the diaphragms 6, but show off in one direction or another.

Поверхность пирометрического датчика 1 (фиг. 1), обращенная к высокотемпературному источнику A излучения подвержена радиационному нагреву. Нагрев пирометрического датчика 1 приводит к ошибке измерений вследствие температурной зависимости чувствительности приемника излучения 2. Не желательно также, чтобы температура приемника излучения 2 доходила до предельно допустимых температур эксплуатации. The surface of the pyrometric sensor 1 (FIG. 1) facing the high-temperature radiation source A is exposed to radiation heating. The heating of the pyrometric sensor 1 leads to a measurement error due to the temperature dependence of the sensitivity of the radiation detector 2. It is also not desirable that the temperature of the radiation detector 2 reach the maximum allowable operating temperatures.

На фиг. 5 представлен вариант конструктивного выполнения пирометрического датчика 1, в котором обеспечено снижение его нагрева. Он представляет собой съемную трубу 5, дополнительную трубу 8 с установленными в ней основным 14 и дополнительным 15 экранами. In FIG. 5 shows an embodiment of the pyrometric sensor 1, in which its heating is reduced. It is a removable pipe 5, an additional pipe 8 with the main 14 and additional 15 screens installed in it.

На фиг. 6 изображено сечение съемной 5 и дополнительной 8 труб в плоскости B (фиг. 5) перпендикулярной оси O'O' входного телесного угла θ на уровне фиксаторов 16. Съемная труба 5 (фиг.5, 6) закреплена коаксиально в дополнительной трубе 8. Фиксаторами 16 установлен зазор 17 между ними. Разрежение в топке создает присос воздуха из атмосферы вокруг котла через зазор 17 между трубами 5, 8. Этим воздухом происходит охлаждение съемной трубы 5. In FIG. 6 shows a cross section of the removable 5 and additional 8 pipes in the plane B (Fig. 5) perpendicular to the axis O'O 'of the input solid angle θ at the level of the latches 16. The detachable pipe 5 (Figs. 5, 6) is fixed coaxially in the additional pipe 8. The latches 16, a gap 17 is established between them. The vacuum in the furnace creates a suction of air from the atmosphere around the boiler through the gap 17 between the pipes 5, 8. This air is used to cool the removable pipe 5.

На фиг. 7 a, b представлены варианты выполнения конструкции основного 14 и дополнительного 15 экранов. Экраны 14, 15 могут быть выполнены в виде двух дисков из непрозрачного материала, которые имеют центральные отверстия 18, 19 и периферийные отверстия 20, 21. Варианты выполнения экранов 14, 15 отличаются формой периферийных отверстий 20, 21. Периферийные отверстия 20, 21 могут быть а) - в форме ряда круглых отверстий или b) - отверстий дугообразной формы. В обоих вариантах выполнения через отверстия 18, 19 излучение из топки поступает на диафрагмы 6 (фиг. 5) съемной трубы 5. Взаимное положение экранов 14 и 15 при установке в дополнительной трубе 8 задано так, что проекции периферийных отверстий 20, 21 экранов 14, 15 на плоскость (на фиг. 7 а, b не изображена) перпендикулярную оси O'O' входного телесного угла θ не совпадают. В следствие этого периферийная часть экранов 14, 15 не пропускает излучение из топки от источника A излучения, предохраняя тем самым съемную трубу 5 от нагрева излучением. Совокупная площадь отверстий 20, 21 в каждом из экранов 14, 15 должна быть больше, чем площадь сечения зазора 17 между съемной трубой 5 и дополнительной трубой 8, чтобы не препятствовать присосу воздуха. In FIG. 7 a, b show embodiments of the design of the main 14 and additional 15 screens. The screens 14, 15 can be made in the form of two disks of opaque material, which have central holes 18, 19 and peripheral holes 20, 21. Embodiments of the screens 14, 15 differ in the shape of the peripheral holes 20, 21. The peripheral holes 20, 21 can be a) - in the form of a series of round holes; or b) - holes of an arcuate shape. In both embodiments, through holes 18, 19, radiation from the furnace enters the diaphragms 6 (Fig. 5) of the removable pipe 5. The relative position of the screens 14 and 15 when installed in the additional pipe 8 is set so that the projections of the peripheral holes 20, 21 of the screens 14, 15 to the plane (not shown in FIGS. 7 a, b) perpendicular to the axis O'O 'of the input solid angle θ do not coincide. As a result of this, the peripheral part of the screens 14, 15 does not transmit radiation from the furnace from the radiation source A, thereby protecting the removable pipe 5 from heating by radiation. The total area of the holes 20, 21 in each of the screens 14, 15 should be larger than the cross-sectional area of the gap 17 between the removable pipe 5 and the additional pipe 8, so as not to impede the suction of air.

В съемной трубе 5 пирометрического датчика 1 в процессе работы со временем накапливается пыль. Основная часть пыли, проникающей внутрь ее, оседает в съемной трубе 5 вблизи диафрагмы 6, ближней к источнику A излучения. In the removable pipe 5 of the pyrometric sensor 1, dust accumulates over time during operation. The main part of the dust penetrating inside it settles in a removable pipe 5 near the diaphragm 6, closest to the radiation source A.

На фиг. 8 представлен конструктивный вариант выполнения датчика с входным клапаном 23, установленным на боковой поверхности съемной трубы 5, предназначенным для очистки продувкой участка съемной трубы 5 вблизи диафрагмы 6, ближней к источнику A излучения, и охлаждения съемной трубы 5. На фиг. 8 изображены: 1 - пирометрический датчик, 5 - съемная труба, 6 - диафрагмы, 8 - дополнительная труба, 16 - фиксаторы, 22 - уплотнитель, 23 - клапан, 24 - оправа клапана, 25 - подвижная пластина, 26 - входная диафрагма клапана, 27 - выходная диафрагма клапана, F - направление потока воздуха через клапан. Клапан 23, обеспечивающий приток воздуха внутрь съемной трубы 5, состоит из оправы 24 и подвижной пластины 25. Такое конструктивное решение позволяет за счет присоса воздуха F в топку котла продувать часть съемной трубы 5 вблизи от входной диафрагмы 6, охлаждая трубу 5 и удаляя из нее осевшие частицы пыли. При этом пластина 25 напором воздуха (показано стрелками) устанавливается в угловое положение, как показано на фиг. 8, далее поток воздуха F проходит через входную 26 и выходную 27 диафрагмы клапана 23, через участок съемной трубы 5 вблизи диафрагмы 6, ближней к источнику A излучения и поступает в дополнительную трубу 8 и далее в топку котла. Зазор 17 между съемной трубой 5 и дополнительной трубой 7 герметизирует уплотнитель 22. При выбросах газов и пыли из котла, когда давление в топке больше, чем атмосферное, пластина 25 опускает оправу 24 и перекрывает входную диафрагму 26 клапана 23. Свободное движение воздуха через съемную трубу 5 прекращено. Воздух в съемной трубе 5 и дополнительной трубе 8 сжимает давление из топки. В результате возникает противодействие свободному движению пыли в сторону пирометрического датчика 1. In FIG. 8 shows a structural embodiment of the sensor with an inlet valve 23 mounted on the side surface of the removable pipe 5, designed to purge by blowing a portion of the removable pipe 5 near the diaphragm 6 closest to the radiation source A, and to cool the removable pipe 5. FIG. 8 shows: 1 - pyrometric sensor, 5 - removable pipe, 6 - diaphragms, 8 - additional pipe, 16 - clamps, 22 - seal, 23 - valve, 24 - valve frame, 25 - movable plate, 26 - valve inlet diaphragm, 27 - output diaphragm of the valve, F - direction of air flow through the valve. The valve 23, providing air flow inside the removable pipe 5, consists of a frame 24 and a movable plate 25. This design solution allows you to blow part of the removable pipe 5 near the inlet diaphragm 6 by cooling the air F into the boiler furnace, cooling the pipe 5 and removing it from it settled dust particles. In this case, the plate 25 by the air pressure (shown by arrows) is installed in the angular position, as shown in FIG. 8, then the air flow F passes through the inlet 26 and outlet 27 of the diaphragm of the valve 23, through the portion of the removable pipe 5 near the diaphragm 6, closest to the radiation source A and enters the additional pipe 8 and further into the boiler furnace. The gap 17 between the removable pipe 5 and the additional pipe 7 seals the seal 22. When emissions of gases and dust from the boiler, when the pressure in the furnace is greater than atmospheric, the plate 25 lowers the frame 24 and closes the inlet diaphragm 26 of the valve 23. Free movement of air through the removable pipe 5 discontinued. Air in the removable pipe 5 and the additional pipe 8 compresses the pressure from the furnace. As a result, there is a counteraction to the free movement of dust towards the pyrometric sensor 1.

На фиг. 9 приведено конструктивное решение пирометрического датчика 1 с механической защитой его от выбросов пылегазовой смеси с помощью подвижной шторки 28, установленной перед входным отверстием съемной трубы 5. На фиг. 9 представлены: 1 - пирометрический датчик, 5 - съемная труба, 8 - дополнительная труба, 17 - зазор между ними, 28 - подвижная шторка, 29 - центральное отверстие подвижной шторки 28, 30 - нижний лепесток, 31 - верхний лепесток, 32 - стержень, O''O'' - ось вращения подвижной шторки, 33 - упор. Стержень 32 закреплен на съемной трубе 5. Шторка 28 шарнирно закреплена на конце стержня 32 и имеет возможность углового перемещения относительно горизонтальной оси O''O'', лежащей в плоскости перпендикулярной оси O'O' входного телесного угла θ. Шторка 28 выполнена в виде пластины, имеющей центральное отверстие 29, на диаметрально противоположных краях которого под противоположными углами к плоскости подвижной шторки 28 жестко закреплены лепестки 30, 31, причем верхний лепесток 31 отогнут в сторону источника излучения A, а нижний 30 в сторону чувствительного элемента 2. На фиг. 9 показан случай, когда присос воздуха D в топку через зазор 17 между трубами 5 и 8 отклоняет подвижную шторку 28 до упора 33. При этом излучение из топки через центральное отверстие 29 в шторке 28 попадает на входное отверстие съемной трубы 5. Шторка 28 не оказывает влияние на поток излучения A от источника, регистрируемый пирометрическим датчиком 1, но защищает от нагрева излучением съемную трубу 5. In FIG. 9 shows a structural solution of the pyrometric sensor 1 with mechanical protection against dust and gas mixture emissions using a movable shutter 28 installed in front of the inlet of the removable pipe 5. FIG. 9 presents: 1 - pyrometric sensor, 5 - removable pipe, 8 - additional pipe, 17 - gap between them, 28 - movable curtain, 29 - central hole of the movable curtain 28, 30 - lower lobe, 31 - upper lobe, 32 - rod , O``O '' - axis of rotation of the movable curtain, 33 - emphasis. The rod 32 is mounted on the removable pipe 5. The shutter 28 is pivotally mounted on the end of the rod 32 and has the possibility of angular movement relative to the horizontal axis O''O '' lying in the plane perpendicular to the axis O'O 'of the input solid angle θ. The shutter 28 is made in the form of a plate having a central hole 29, on the diametrically opposite edges of which at opposite angles to the plane of the movable shutter 28, the petals 30, 31 are rigidly fixed, with the upper petal 31 bent towards the radiation source A, and the lower 30 towards the sensitive element 2. In FIG. 9 shows the case when the suction of air D into the furnace through the gap 17 between the pipes 5 and 8 deflects the movable curtain 28 to the stop 33. In this case, the radiation from the furnace through the central hole 29 in the shutter 28 enters the inlet of the removable pipe 5. The shutter 28 does not the effect on the radiation flux A from the source detected by the pyrometric sensor 1, but protects the removable pipe 5 from radiation heating.

На фиг. 10 тот же самое конструктивного решение, что и на фиг. 9, только для случая, когда пылегазовые выбросы D'' из топки отклоняют шторку 28 в другое крайнее положение, и лепестки 30, 31 перекрывают входное отверстие съемной трубы 5, предотвращая попадание пыли внутрь ее. In FIG. 10 the same constructive solution as in FIG. 9, only for the case when dust and gas emissions D ″ from the furnace deflect the shutter 28 to another extreme position, and the petals 30, 31 block the inlet of the removable pipe 5, preventing dust from entering it.

На фиг. 11 представлено выполнение подвижной шторки 28, центрального отверстия 29 и лепестков 30, 31 в изометрии. In FIG. 11 shows an embodiment of a movable shutter 28, a central hole 29, and petals 30, 31 in isometry.

Таким образом, патентуемый пирометрический датчик впервые позволяет проводить стационарные измерения пирометрической температуры факела в топке угольного котельного агрегата без обслуживания его в течение не менее 10-15 суток, и создать недорогую систему непрерывного многоканального пирометрического контроля топки котельного агрегата без применения системы обдувки датчиков технологическим воздухом. Заявляемая конструкция пирометрического датчика значительно упрощает процедуру его обслуживания, которая теперь сводится к очистке от пыли методом наклона и встряхивания. Кроме того, впервые появилась возможность обеспечить благоприятный температурный режим работы датчика, уменьшив на порядок величины нагрев корпуса излучением пламени, и охлаждая его атмосферным воздухом подсасываемым в топку котла. Одним из существенных достоинств заявляемой конструкции является то, что она впервые реализует защиту датчика от случайных массивных выбросов тяжелых фракций (зола, вода или пар, шлак и т.д.). Thus, the patented pyrometric sensor for the first time allows for stationary measurements of the pyrometric temperature of the torch in the furnace of a coal-fired boiler unit without servicing it for at least 10-15 days, and to create an inexpensive system for continuous multi-channel pyrometric control of the furnace furnace of a boiler unit without using a sensor airflow system. The inventive design of the pyrometric sensor greatly simplifies the procedure for its maintenance, which now comes down to cleaning from dust by tilting and shaking. In addition, for the first time, it became possible to ensure a favorable temperature regime for the sensor by reducing the heating of the housing by the radiation of the flame by an order of magnitude and cooling it with atmospheric air that is sucked into the boiler furnace. One of the significant advantages of the claimed design is that it first implements the protection of the sensor from random massive emissions of heavy fractions (ash, water or steam, slag, etc.).

Список позиций, приведенных на фиг. 1 - 11. The list of items shown in FIG. 1 - 11.

1 Пирометрический датчик,
2 Чувствительный элемент,
3 Корпус датчика,
4 Входная диафрагма,
5 Съемная труба,
6 Сменные диафрагмы,
7 Отверстия сменных диафрагм,
8 Дополнительная труба,
9 Стенка котла,
10 Отверстие в панели экранных труб,
11 Экранная труба,
12 Штатный смотровой лючок,
13 Дополнительный лючок,
14 Основной экран
15 Дополнительный экран,
16 Фиксаторы,
17 Зазор между съемной и дополнительной трубами,
18 Центральное отверстие в основном экране 14,
19 Центральное отверстие в дополнительном экране 15,
20 Периферийные отверстия в основном экране 14,
21 Периферийные отверстия в дополнительном экране 15,
22 Уплотнитель,
23 Клапан,
24 Оправа клапана,
25 Подвижная пластина,
26 Входная диафрагма клапана,
27 Выходная диафрагма клапана,
28 Подвижная шторка,
29 Центральное отверстие подвижной шторки,
30 Нижний лепесток подвижной шторки 28,
31 Верхний лепесток подвижной шторки 28,
32 Стержень,
33 Упор.1 Pyrometric sensor
2 sensing element,
3 Sensor housing,
4 input aperture,
5 detachable pipe,
6 interchangeable diaphragms,
7 openings of interchangeable diaphragms,
8 Additional pipe,
9 Wall of the boiler,
10 Hole in the panel of screen tubes,
11 screen tube,
12 standard inspection door,
13 additional hatch,
14 Main screen
15 Sub screen,
16 Latches,
17 The gap between the removable and additional pipes,
18 Central hole in the main screen 14,
19 Central hole in the additional screen 15,
20 Peripheral holes in the main screen 14,
21 Peripheral holes in the optional screen 15,
22 gasket,
23 valve
24 Valve frame
25 movable plate,
26 valve inlet diaphragm,
27 valve outlet diaphragm,
28 movable curtain,
29 Central opening of the movable curtain,
30 The lower lobe of the movable curtain 28,
31 The upper petal of the movable curtain 28,
32 rod
33 Emphasis.

Claims

1. A stationary pyrometric sensor containing a sensing element mounted in a housing equipped with an inlet diaphragm, the opening of which, together with the area of the sensing element, form an input solid angle limiting the measured radiation, characterized in that a removable pipe is installed in front of the inlet diaphragm in which a row is located interchangeable diaphragms, the diameter of the holes of each of which in the direction of the radiation source increases, and the set of holes of all diaphragms forms specified in a solid angle.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that each diaphragm is a truncated cone, the larger base of which is turned towards the sensor element, and the smaller base is facing the radiation source, and the diameter of the smaller base of each subsequent diaphragm is larger than the diameter of the previous one, forming together input solid angle.

3. The sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the edges of each diaphragm forming an opening for transmitting the measured radiation are beveled.

4. The sensor according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it is equipped with an additional pipe, in which a removable pipe is fixed coaxially with a gap.

5. The sensor according to claim 4, characterized in that it contains a main screen mounted in an additional pipe in front of the removable pipe and having a Central hole and a number of peripheral holes.

6. The sensor according to claim 5, characterized in that it has an additional screen, also having a Central hole and a number of peripheral holes, and the peripheral holes of the additional screen are offset relative to the holes of the main screen.

7. The sensor according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it contains an inlet valve mounted on the side surface of the removable pipe, providing air flow into the pipe.

8. The sensor according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it is equipped with a movable shutter installed in front of the inlet in the removable pipe, with the possibility of its angular movement relative to a horizontal axis lying in a plane perpendicular to the axis of the input solid angle.

9. The sensor according to claim 8, characterized in that the shutter is made in the form of a plate having a central hole, on the diametrically opposite edges of which at opposite angles to the plane of the plate, the petals are rigidly fixed, with the upper petal bent towards the radiation source and the lower towards the sensing element.