RU2817221C1 - Combustion control system in combustion chamber of combustion device - Google Patents
Combustion control system in combustion chamber of combustion device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817221C1 RU2817221C1 RU2023115850A RU2023115850A RU2817221C1 RU 2817221 C1 RU2817221 C1 RU 2817221C1 RU 2023115850 A RU2023115850 A RU 2023115850A RU 2023115850 A RU2023115850 A RU 2023115850A RU 2817221 C1 RU2817221 C1 RU 2817221C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- flame
- camera
- chamber
- information
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 102220488234 Uromodulin-like 1_F23D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Система контроля горения в камере сгорания топочного устройстваCombustion control system in the combustion chamber of the combustion device
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам контроля горения жидкого и газообразного топлива, и может быть использовано для автоматического контроля спектра излучения факела продуктов горения в камерах сгорания топочных устройств для оперативного управления процессом горения в котлоагрегатах в зависимости от значения заданных параметров тепловой энергии.The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to methods for controlling the combustion of liquid and gaseous fuels, and can be used for automatic control of the emission spectrum of the torch of combustion products in the combustion chambers of furnace devices for operational control of the combustion process in boiler units, depending on the value of the specified parameters of thermal energy.
Известен прибор оптимизации режимов горения посредством контроля состава отходящих газов для газовых котельных, содержащий блок питания и сигнализации и блок отбора пробы, составными элементами которого являются заборник пробы погружного типа для взятия пробы из контролируемого дымохода и измерительная камера, находящаяся вне дымохода, причем блок отбора пробы закреплен с внешней стороны дымохода и использует в качестве чувствительного элемента для измерения концентрации кислорода электрохимический элемент, а для измерения несгоревших компонентов смеси при необходимости используется термокаталитический датчик, электрически связанные с блоком питания и сигнализации (см. патент на полезную модель № 35410 по МПК F23D 14/00, опубл 10.01.2004).A known device for optimizing combustion modes by monitoring the composition of exhaust gases for gas boiler houses, containing a power supply and alarm unit and a sampling unit, the components of which are a submersible type sample intake for taking a sample from a controlled chimney and a measuring chamber located outside the chimney, and the sampling unit fixed on the outside of the chimney and uses an electrochemical element as a sensitive element for measuring oxygen concentration, and to measure unburned components of the mixture, if necessary, a thermocatalytic sensor is used, electrically connected to the power supply and alarm unit (see utility model patent No. 35410 according to IPC F23D 14 /00, published 01/10/2004).
К недостаткам данного прибора можно отнести необходимость частой (еженедельной) калибровки прибора, быстрый выход датчика из строя (примерно каждые полгода), неудовлетворительная работа прибора в момент пуска котлоагрегата, когда в дымовых газах из-за их глубокого охлаждения выпадает конденсат и оседает на датчике.The disadvantages of this device include the need for frequent (weekly) calibration of the device, rapid failure of the sensor (approximately every six months), unsatisfactory operation of the device at the moment of starting the boiler unit, when condensation falls in the flue gases due to their deep cooling and settles on the sensor.
Наиболее близкой по технической сущности является система контроля на основании спектрального анализа, которая содержит датчик для восприятия сигнала от пламени, установленный в верхней части стенки топочной камеры вблизи выхода из топочной камеры, фотоприемник, преобразующий теплового излучение факела в электрический сигнал, пропорциональный амплитуде излучения факела, установленный между датчиком и фотоприемником фильтр, с помощью которого выделяют выбранный диапазон длин волн от 0,4 до 1,2 мкм, а также электронный блок для усиления сигнала и ЭВМ для обработки сигнала (см. патент РФ № 2152564 по МПК F23N 5/00, опубл. 10.07.2000).The closest in technical essence is a control system based on spectral analysis, which contains a sensor for sensing the signal from the flame, installed in the upper part of the combustion chamber wall near the exit from the combustion chamber, a photodetector that converts the thermal radiation of the torch into an electrical signal proportional to the amplitude of the torch radiation, a filter installed between the sensor and the photodetector, with the help of which the selected wavelength range from 0.4 to 1.2 microns is isolated, as well as an electronic unit for signal amplification and a computer for signal processing (see RF patent No. 2152564 according to IPC F23N 5/00 , publ. 07/10/2000).
Недостатки известной системы заключаются в низкой достоверности получаемых данных, поскольку в качестве анализируемого продукта выбирают сажу, по излучению которой из-за непрозрачности продуктов сгорания невозможно определить полноту сгорания топлива, в невозможности осуществления регулирования процесса горения и, как следствие, в низкой экономичности котлоагрегатов, а также высоких затрат на техническое обслуживание.The disadvantages of the known system are the low reliability of the data obtained, since soot is chosen as the analyzed product, from the emission of which, due to the opacity of combustion products, it is impossible to determine the completeness of fuel combustion, the impossibility of regulating the combustion process and, as a consequence, the low efficiency of boiler units, and also high maintenance costs.
Техническим результатом является повышение достоверности получаемых результатов с одновременным повышением экономичности и снижением расходов на текущее техническое обслуживание.The technical result is to increase the reliability of the results obtained while simultaneously increasing efficiency and reducing costs for routine maintenance.
Технический результат достигается тем, что в системе контроля горения в камере сгорания топочного устройства, включающей расположенный снаружи камеры сгорания топочного устройства приемник информации о продуктах горения в виде видеокамеры, подключенный к устройству для обработки и анализа информации с использованием персонального компьютера, согласно изобретению в качестве видеокамеры использована ip-камера с устройством охлаждения, установленную в смотровом люке с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, устройство охлаждения состоит из фольгированного экрана и вентилятора, обдувающего ip-камеру, направленную на среднюю зону факела пламени для определения характеристик цвета факела пламени: цветовой тон, насыщенность, яркость цветовой модели картинки факела. Персональный компьютер использован в качестве устройства для обработки и анализа информации с возможностью определения по цветам средней зоны факела пламени параметров горения посредством алгоритма в программном обеспечении.The technical result is achieved in that in a combustion control system in the combustion chamber of a combustion device, which includes a receiver of information about combustion products in the form of a video camera located outside the combustion chamber of the combustion device, connected to a device for processing and analyzing information using a personal computer, according to the invention as a video camera an IP camera with a cooling device was used, installed in an inspection hatch with the ability to obtain information about the color of the middle zone of the flame through protective glass; the cooling device consists of a foil screen and a fan blowing the IP camera aimed at the middle zone of the flame to determine the color characteristics flame torch: color tone, saturation, brightness of the color model of the torch picture. A personal computer is used as a device for processing and analyzing information with the ability to determine combustion parameters by the colors of the middle zone of the flame using an algorithm in the software.
На фиг. 1 изображена блок-схема системы контроля горения с фрагментом камеры сгорания топочного устройства; на фиг. 2 - фрагмент камеры сгорания, поясняющий расположения смотрового люка для установки ip-камеры с направлением в среднюю зону факела пламени.In fig. 1 shows a block diagram of the combustion control system with a fragment of the combustion chamber of the combustion device; in fig. 2 - fragment of the combustion chamber, explaining the location of the inspection hatch for installing an IP camera directed to the middle zone of the flame.
Система контроля горения содержит ip-камеру 1 с устройством охлаждения, установленную в смотровом люке 2 камеры сгорания 3 с возможностью получения информации о цвете средней зоны факела пламени через защитное стекло, и персональный компьютер 4 с возможностью определения по цветам факела пламени параметров горения посредством специального алгоритма в программном обеспечении. Устройство охлаждения ip-камеры 1 состоит из фольгированного экрана и вентилятора (на чертеже не показано). Основные характеристики ip-камеры 1: разрешение не менее HD (720р) - 1280×720, 2 Мп.The combustion control system contains an IP camera 1 with a cooling device installed in the inspection hatch 2 of the combustion chamber 3 with the ability to obtain information about the color of the middle zone of the flame through the protective glass, and a personal computer 4 with the ability to determine combustion parameters from the colors of the flame using a special algorithm in software. The cooling device for IP camera 1 consists of a foil screen and a fan (not shown in the drawing). Main characteristics of IP camera 1: resolution no less than HD (720p) - 1280×720, 2 MP.
Путем проведения экспериментальных исследований и инженерных расчетов было установлено расположение смотрового люка для установки ip-камеры 1 по направлению к средней зоне факела.By conducting experimental studies and engineering calculations, the location of the inspection hatch for installing IP camera 1 towards the middle zone of the torch was established.
Система контроля горения в камере сгорания топочного устройства работает следующим образом на конкретном примере с использованием парового котла БК3-75-39 ГМА. The combustion control system in the combustion chamber of a combustion device operates as follows using a specific example using a BK3-75-39 GMA steam boiler.
Пример 1Example 1
На паровом котле БК3-75-39 ГМА установлена IP камера с помощью кронштейна креплений на уровне смотрового люка, направленного на среднюю зону факела в камере сгорания. IP камера подключена по интерфейсу Ethernet к персональному компьютеру.An IP camera is installed on the BK3-75-39 GMA steam boiler using a mounting bracket at the level of the inspection hatch, aimed at the middle zone of the torch in the combustion chamber. The IP camera is connected via an Ethernet interface to a personal computer.
Перед началом работы согласно технологическому регламенту устанавливайся требуемые значения всех параметров процесса горения для данной камеры сгорания.Before starting work, in accordance with the technological regulations, set the required values of all parameters of the combustion process for a given combustion chamber.
Запуск и настройка режима работы системы осуществляется с персонального компьютера 4, При этом существует возможность вести контроль как вручную, так и в автоматическом режиме.The system's operating mode is launched and configured from a personal computer 4. In this case, it is possible to control both manually and automatically.
В персональный компьютер 4 заложено программное обеспечение, по которому ведется контроль с учетом поступающих к нему параметров горения на основе цветовой модели картинки факела.The personal computer 4 contains software that is used to control it taking into account the combustion parameters received by it based on the color model of the torch image.
Соотношение выявленных параметров позволяет выявлять коэффициент избытка воздуха. Приемник цвета факела, в качестве которого используется ip-камера 1, регистрирует через стекло смотрового люка 2 камеры сгорания 3 цветопередачу пламени параметров горения в виде электронных фотографии, которые передаются на персональный компьютер 4, в котором осуществляется обработка, анализ и результат в процентном содержании кислорода в дымовых газах (согласно стандартных значении кислородомера от 0 до 20%),The ratio of the identified parameters allows us to determine the excess air coefficient. The torch color receiver, which is used as an IP camera 1, registers through the glass of the inspection hatch 2 of the combustion chamber 3 the color rendition of the flame of combustion parameters in the form of electronic photographs, which are transferred to a personal computer 4, in which processing, analysis and the result in the percentage of oxygen are carried out in flue gases (according to standard oxygen meter values from 0 to 20%),
Информация с ip-камеры 1 (цвет факела) обрабатывается и анализируется посредством алгоритма в программном обеспечении, сравниваясь при этом с параметрами горения котлоагрегата.Information from IP camera 1 (torch color) is processed and analyzed through an algorithm in the software, while being compared with the combustion parameters of the boiler unit.
Алгоритм обработки изображений выглядит следующим образом: для настройки изображения используется пороговое преобразование, которое выделяет точки с различной светимостью при сравнении текущих (локальных) значений, где Х - цветовой тон, У - насыщенность и z - яркость, с пороговыми значениями параметров фильтра В результате, если задать некоторые пороговые значения трех параметров фильтра V (ХП. УП-ZП) то точки разделяются по следующему критерию: The image processing algorithm is as follows: to adjust the image, a threshold transformation is used, which selects points with different luminosities when comparing the current (local) values, where X is hue, Y is saturation and z is brightness, with the threshold values of the filter parameters As a result, if you set some threshold values of the three parameters of the filter V (X P . U P -Z P ), then the points are separated according to the following criterion:
В результате пиксели, значения которых после преобразования стали равны 1, были отнесены к точкам объекта, а остальные - к точкам фона.As a result, pixels whose values became equal to 1 after transformation were assigned to object points, and the rest - to background points.
По сравнению с известными аналогами предлагаемая система позволяет на основе цветопередачи пламени определять параметры горения (температуру факела, концентрацию кислорода и оксидов азота в дымовых газах) и анализировать режим горения с выводом информации на персональный компьютер.In comparison with known analogues, the proposed system allows, based on the color rendition of the flame, to determine combustion parameters (flame temperature, concentration of oxygen and nitrogen oxides in flue gases) and analyze the combustion mode with information output to a personal computer.
При возникновении аварийных ситуаций производится оповещение обслуживающего персонала путем светозвуковой сигнализации на персональном компьютере 4.In the event of emergency situations, maintenance personnel are notified by means of a light and sound alarm on a personal computer 4.
Ввиду того, что предлагаемая система вынесена из зоны вибрации и высоких температур требования к техническому обслуживанию системы минимальны, т.к. ее принцип действия - оптический.Due to the fact that the proposed system is removed from the area of vibration and high temperatures, the requirements for system maintenance are minimal, because its operating principle is optical.
Проблема перегрева ip-камеры решается за счет устройства охлаждения, состоящего из фольгированного экрана и вентилятора, обдувающего ip-камеру.The problem of overheating of the IP camera is solved by a cooling device consisting of a foil screen and a fan blowing air around the IP camera.
Предлагаемая система позволяет точно и надежно определить содержание кислорода в дымовых газах на основании характеристик цвета факела пламени.The proposed system makes it possible to accurately and reliably determine the oxygen content in flue gases based on the characteristics of the color of the flame.
Система позволяет обеспечить стабильность процесса горения, снизить риски отказов оборудования, повысить надежность регулирования процесса подачи воздуха в котел. Система позволит оперативно известить оператора котельной о нарушении режима горения и необходимости проведения манипуляций по управлению котлоагрегатом для восстановления значений параметров нормального процесса горения.The system makes it possible to ensure stability of the combustion process, reduce the risk of equipment failures, and increase the reliability of regulating the process of air supply to the boiler. The system will allow you to quickly notify the boiler room operator about a violation of the combustion regime and the need to carry out manipulations to control the boiler unit to restore the values of the parameters of the normal combustion process.
Испытания подтвердили достижение технического результата.The tests confirmed the achievement of the technical result.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817221C1 true RU2817221C1 (en) | 2024-04-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5993194A (en) * | 1996-06-21 | 1999-11-30 | Lemelson; Jerome H. | Automatically optimized combustion control |
| RU2190159C1 (en) * | 2001-04-04 | 2002-09-27 | НПО измерительной техники | Combustion process control method and device |
| RU2353879C2 (en) * | 2006-10-16 | 2009-04-27 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Facility for observations of reaction space of high-temperature reactor |
| RU2715302C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-02-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Automatic system for diagnosing combustion of pulverized coal fuel in a combustion chamber |
| US10920982B2 (en) * | 2015-09-28 | 2021-02-16 | Schlumberger Technology Corporation | Burner monitoring and control systems |
| RU207903U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-23 | Павел Дмитриевич Дуньшин | Digital device for control, analysis and optimization of the fuel combustion process in the boiler unit |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5993194A (en) * | 1996-06-21 | 1999-11-30 | Lemelson; Jerome H. | Automatically optimized combustion control |
| RU2190159C1 (en) * | 2001-04-04 | 2002-09-27 | НПО измерительной техники | Combustion process control method and device |
| RU2353879C2 (en) * | 2006-10-16 | 2009-04-27 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Facility for observations of reaction space of high-temperature reactor |
| US10920982B2 (en) * | 2015-09-28 | 2021-02-16 | Schlumberger Technology Corporation | Burner monitoring and control systems |
| RU2715302C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-02-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Automatic system for diagnosing combustion of pulverized coal fuel in a combustion chamber |
| RU207903U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-23 | Павел Дмитриевич Дуньшин | Digital device for control, analysis and optimization of the fuel combustion process in the boiler unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4059385A (en) | Combustion monitoring and control system | |
| Lu et al. | A digital imaging based multifunctional flame monitoring system | |
| CN107152695B (en) | Heating furnace visualization combustion control system and control method based on many reference amounts detection | |
| EP0152804B1 (en) | Furnace system | |
| Romero et al. | Spectrometer-based combustion monitoring for flame stoichiometry and temperature control | |
| US6780378B2 (en) | Method for measuring concentrations of gases and vapors using controlled flames | |
| MX2010011056A (en) | Image sensing system, software, apparatus and method for controlling combustion equipment. | |
| JP2001527632A (en) | Optical flame control method and apparatus for combustion burner | |
| US5073104A (en) | Flame detection | |
| JPH0650177B2 (en) | Multi-burner combustion condition monitoring method | |
| US7600997B2 (en) | Method for increasing the throughput of packages in rotary tubular kiln apparatus | |
| RU2817221C1 (en) | Combustion control system in combustion chamber of combustion device | |
| RU2715302C1 (en) | Automatic system for diagnosing combustion of pulverized coal fuel in a combustion chamber | |
| Baek et al. | Flame image processing and analysis for optimal coal firing of thermal power plant | |
| US20090214993A1 (en) | System using over fire zone sensors and data analysis | |
| JP4365036B2 (en) | Method and apparatus for determining soot load in combustion chamber | |
| KR100240228B1 (en) | A burner`s flame monitor and diagnosis apparatus for a thermal power plant using a h.s.i color model | |
| Butcher | Performance control strategies for oil-fired residential heating systems | |
| JPH08166127A (en) | Method and apparatus for jodging burning condition and boiler furnace combustion unit | |
| JP2690208B2 (en) | CO control method in incinerator | |
| JP2005164128A (en) | Combustion control method and its system | |
| CN117268550B (en) | Industrial furnace combustor flame on-line identification system | |
| JPS5924119A (en) | Measurement of amount of unburnt substance in ash generated from combustion furnace and concentration of nox in exhaust gas | |
| CA1335829C (en) | Flame detection | |
| KR200310228Y1 (en) | Heated, light-extinction type diesel smoke meter |