RU8087U1

RU8087U1 - BURNER FLAME CONTROL DEVICE

Info

Publication number: RU8087U1
Application number: RU96119183/20U
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Барков; Вадим Александрович Маныкин; Владимир Степанович Подосинов; Валерий Павлович Рудаков
Original assignee: Николай Александрович Барков; Вадим Александрович Маныкин; Владимир Степанович Подосинов; Валерий Павлович Рудаков
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-10-16

Abstract

Устройство контроля пламени горелки, содержащее два фотоэлектрических датчика, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, арифметическое устройство с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу арифметического устройства управляющее устройство, отличающееся тем, что оба датчика ориентированы на корневую зону пламенного факела горелки вдоль ее оси имеют различную спектральную характеристику, причем спектральная характеристика одного из датчиков выбрана в области 0,6-1,1 мкм, а второго - в области 2,0-3,5 мкм.A burner flame control device comprising two photoelectric sensors, a two-channel electrical circuit for processing optical signals arriving at the sensors, an arithmetic device with two inputs connected respectively to the outputs of the first and second channels, and a control device connected to the output of the arithmetic device, characterized in that both sensors oriented to the root zone of the flame of the burner along its axis have different spectral characteristics, and the spectral characteristics one of the sensors selected in 0.6-1.1 microns, and the second - in the 2.0-3.5 micron.

Description

Устройство контроля пламени горелкиBurner flame monitor

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 о 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 related to the possibility of passing false signals 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 the event of a malfunction of the control system.

Известно принимаемое за прототип устройство контроля пламени горелки, содержащее два фотоэлектрических датчика, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, арифметическое устройство с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу арифметического устройства управляющее устройство С13. В этом устройстве фотоэлектрические датчики ориентированы на одну и ту же зону пламени не параллельно оси горелки под разными углами. При нормальной работе горелки (наличие пламени) разность сигналов на входе в арифметическое устройство равна нулю. Предполагается, что при погаоании пламени датчики, ориентированные под разными углами, будут воспринимать излучение из разных температурных зон топки, что приведет к появлению на входе арифметического устройства сигнала, отличного от нуля, вызывающего срабатывание управляющего устройства. Однако не исключено, что в случае погасания пламени пространственные зоны топки, визируемые датчиками, могут иметь близкие температуры, что приведет к ложному срабатыванию управляющего устройства. Предусматриваемые в Ш меры на этот случай существенно усложняют электрическую схему устройства, что может отрицательно повлиять на надежность ее работы. Кроме того, ориентация датчиков не по оси горелки вызывает сложности конструктивной реализации, требуя оранивации нештатных проходов в обмуровке котла.It is known that the burner flame control device adopted for the prototype contains two photoelectric sensors, a two-channel electrical circuit for processing optical signals received by the sensors, an arithmetic device with two inputs connected respectively to the outputs of the first and second channels, and a control device C13 connected to the output of the arithmetic device. In this device, photoelectric sensors are oriented to the same flame zone not parallel to the axis of the burner at different angles. During normal operation of the burner (flame), the signal difference at the input to the arithmetic device is zero. It is assumed that when the flame goes out, sensors oriented at different angles will receive radiation from different temperature zones of the furnace, which will lead to the appearance of a signal at the input of the arithmetic device that is non-zero, causing the control device to trigger. However, it is possible that in case of flame extinction, the spatial zones of the furnace, sighted by the sensors, can have close temperatures, which will lead to a false response of the control device. The measures envisaged in Ш for this case significantly complicate the electrical circuit of the device, which can adversely affect the reliability of its operation. In addition, the orientation of the sensors not on the axis of the burner causes structural difficulties, requiring the organization of emergency passages in the boiler lining.

Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов.The achieved result of the invention is to increase the reliability of selective flame control by improving detuning from false signals.

6 F S3 N 5/08 6 F S3 N 5/08

Для достижения указанного результата в устройстве контроля пламени горелки, содержащем два фотоэлектрических датчика, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, арифметическое устройство с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу арифметического устройства управляющее устройство, соглээно изобретению оба датчика ориентированы на корневую зону пламенного факела горелки вдоль ее оси и имеют различную спектральную характеристику, причем спектральная характеристика одного ив датчиков выбрана в области 0,6 - 1,1 мкм., а второго - в области 2,0 - 3,5 мкм.To achieve this result, in a burner flame control device containing two photoelectric sensors, a two-channel electrical circuit for processing optical signals received by the sensors, an arithmetic device with two inputs connected respectively to the outputs of the first and second channels, and a control device connected to the output of the arithmetic device, according to According to the invention, both sensors are oriented to the root zone of the flame of the burner along its axis and have different spectral characteristics tick, the spectral characteristic of one sensor selected ive region 0.6 - 1.1 micron, and the second -. in 2.0 - 3.5 microns.

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

Устройство содержит два фотоэлектрических датчика 1 и 2, двухканальную электрическую схему с базовым каналом 3 и измерительным каналом 4 обработки поступающих соответственно к датчикам 1,2 оптических сигналов, арифметическое устройство (АУ) 5 с двумя входами 6 и 7, подключенными соответственно к выходам 8,9 базового и измерительного каналов, и подключенное к выходу АУ 5 управляющее устройство (УУ) 10. Оба датчика 1,2 ориентированы на корневую зону пламенного факела горелки вдоль ее оси (на чертеже не показано) и имеют различную спектральную характеристику, причем спектральная характеристика подключенного к базовому каналу 3 датчика 1 выбрана в области 0,6 1,1 мкм, а подключенного к измерительному каналу 4 датчика 2 - в области 2,0 - 3,5 мкм. В частности, в качестве фотоэлектрического датчика 1 может быть использована микросхема, включающая кремниевый фотодиод, имеющая спектральную характеристику в указанном выше диапазоне с максимумом 0,95 мкм; а в качестве датчика 2 - фоторезистор с оптическим фильтром в указанном выше диапазоне и максим-умом 3,0 мкм. Электрическая схема обоих каналов 3,4 выполнена идентично и содержит последовательно включенные предварительный усилитель 11 поступающих от датчиков 1, 2 электрических сигналов, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 12, амплитудный детектор (АД) 13, регулируемый усилитель (РУ) 14 чувствительности фотоэлектрических датчиков и сглаживающий фильтр (СФ) 15. К выходам РУ 14 подключена дополнительная электрическаяThe device contains two photoelectric sensors 1 and 2, a two-channel electrical circuit with a base channel 3 and a measuring channel 4 for processing optical signals arriving at the sensors 1.2, an arithmetic device (AU) 5 with two inputs 6 and 7 connected respectively to outputs 8, 9 of the basic and measuring channels, and a control device (CC) 10 connected to the output of AC 5. Both sensors 1,2 are oriented to the root zone of the flame of the burner along its axis (not shown in the drawing) and have different spectral characteristics Ristiku, the spectral characteristic of a channel connected to the base 3 of the sensor 1 is selected in 0.6 1.1 m, and connected to the measuring channel of the sensor 4 2 - in the region of 2.0 - 3.5 microns. In particular, a microcircuit may be used as the photoelectric sensor 1, including a silicon photodiode having a spectral characteristic in the above range with a maximum of 0.95 microns; and as a sensor 2, a photoresistor with an optical filter in the above range and a maximum of 3.0 μm. The electrical circuit of both channels 3.4 is made identically and contains serially connected pre-amplifier 11 coming from sensors 1, 2 of electrical signals, a high-pass filter (HPF) 12, an amplitude detector (HELL) 13, an adjustable amplifier (RU) 14 of the sensitivity of photoelectric sensors and smoothing filter (SF) 15. To the outputs of RU 14 connected additional electrical

схема 16 выделения сигнала самодиагностики от генератора 17 светового излучения частотой 2 кГц, подключенного к излучающему светодиоду 18. Схема 16 содержит, настроенные на указанный сигнал полосовые фильтры (ПФ) 19, логическое устройство (ЛУ) 20 ИЛИ и пороговое устройство (НУ) 21. Уровень сигнала диагностики подбирается таким,a circuit 16 for extracting a self-diagnosis signal from a light emission generator 17 with a frequency of 2 kHz connected to a radiating LED 18. The circuit 16 contains band-pass filters (PF) 19 tuned to the indicated signal, an OR logic device 20, and a threshold device 21. The level of the diagnostic signal is selected so that

- 2 чтобы он был в 10 раз меньше уровня рабочего сигнала.- 2 so that it is 10 times less than the level of the working signal.

В основу работы предлагаемого устройства контроля пламени положен принцип выделения пульсаций яркости факела пламени при сгорании топлива, что позволяет отстроиться от излучения стенок топки, не имеющего пульсаций, а также от излучения соседних и встречных горелок за счет выбора спектральных характеристик датчиков и частотной полосы пропускания двухканального электрического тракта.The operation of the proposed flame control device is based on the principle of emitting pulsations of the brightness of the flame during combustion of fuel, which allows you to tune away from the radiation of the walls of the furnace, which does not have pulsations, as well as from the radiation of neighboring and opposing burners due to the choice of the spectral characteristics of the sensors and the frequency bandwidth of the two-channel electric tract.

Устройство работает следующим образом. Вырабатываемые датчиками 1 и 2 электрические сигналы поступают по соответствующим каналам 3,4 в усилители 11, затем в ФВЧ IS, где формируется амплитудно-частотная характеристика, ограничиваемая снизу частотой 300 Гц. Эта частота определяется исходя из того, чтобы надежно подавить могущий проникнуть в область визирования датчиков сигнал, вызванный флуктуациями краев пламени соседних горелок с частотой менее 100 Гц. Далее сигналы поступают на АД 13, где путем диодного детектирования из общего сигнала выделяются полезные сигналы пульсаций пламени, которые поступают на РУ 14, о помощью которых регулируется чувствительнось датчиков 1,2 по условиям надежного срабатывания УУ 10. Из РУ 14 сигналы поступают в ОФ 15, а оттуда на входы 5,7 АУ 5, в котором производится деление поступающих сигналов по модулю. Б СФ 15 при помощи изменения постоянных времени заряда и разряда емкости осуществляеся регулировка времени задерки срабатывавния и отпускания выходного реле УУ 10 в соответствии с требованиями технической эксплуатации конкретной огнетехнической установки. Результирующий сигнал с выхода АУ 5 поступает на вход УУ 10, включающего сигнализацию или автомат аварийного отключения подачи топлива в горелку (на чертеже не показаны). С выхода РУ 14 снимаются также сигналы самодиагностики, поступающие в базовый и измерительный каналы 3,4 от светодиода 2. Эти сигналы выделяются из полезных сигналов с помощью ПФ 19 и обрабатываются в ЛУ 20, результирующий сигнал из которого подается на ПУ 21, включающего сигнализацию (на чертеже не показана) о неисправности в цепях контроля. Дополнительной функцией СФ 15 является предотвращение прохождения в УУ 10 сигнала самодиагностики.The device operates as follows. The electrical signals generated by sensors 1 and 2 are fed through the corresponding channels 3.4 to the amplifiers 11, then to the high-pass filter IS, where the 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 is able to penetrate into the field of sight of the sensors, caused by fluctuations in the edges of the flame of adjacent burners with a frequency of less than 100 Hz. Further, the signals are fed to HELL 13, where, through diode detection, useful signals of flame pulsations are extracted from the common signal, which are fed to the RU 14, by which the sensitivity of the sensors 1,2 is regulated under the conditions of reliable operation of the SU 10. , and from there to the inputs of 5.7 AU 5, in which the division of incoming signals modulo is performed. B SF 15 by changing the time constant of the charge and discharge of the capacitance, the delay time of the actuation and release of the output relay UU 10 is adjusted in accordance with the requirements of the technical operation of a particular fire-fighting installation. The resulting signal from the output of the AC 5 is fed to the input of the AC 10, which includes an alarm or automatic shutdown of the fuel supply to the burner (not shown in the drawing). The output of the RU 14 is also taken self-diagnosis signals received in the base and measuring channels 3.4 from the LED 2. These signals are extracted from the useful signals using PF 19 and processed in the LU 20, the resulting signal from which is fed to the PU 21, including an alarm ( not shown on the drawing) about a malfunction in the control circuits. An additional function of the SF 15 is to prevent the self-diagnosis signal from passing through the control unit 10.

Селективность контроля предлагаемого устройства обусловлена наличием двух каналов, работающих в разных диапазонах длин волн с последующим их сравнением в АУ 5. При этом сигнал базового канала 3 с диапазоном 0,6 - 1,1 мкм зависит только от яркости пламени (то есть, от его температуры), тогда как сигнал измерительного канала 4 с максимумом спектра 3 мкм зависит не только от яркости пламенного факела, но в большей степени от его удаленности от фотоэлектрического датчика, так как в этой спектральной области происходит значительное затухание сигнала в продуктах сгорания (пары НЈ0 и CCfe) В связи с этим данное устройство не реагирует на излучение факела противолежащей горелки. При наличии лишь одного измерительного канала отстройка от излучения противолежащей горелки была бы менее надежной в случае флуктуации яркости пламени последней, превышающей определенный предел. В предлагаемом устройстве такая опасность исключается за счет того, что на отношение сигналов измерительного и базового каналов изменение яркости пламени не влияет, поскольку воздействует в одинаковой степени на оба фотоэлектрических датчика 1,2.The selectivity of the control of the proposed device is due to the presence of two channels operating in different wavelength ranges with their subsequent comparison in AC 5. Moreover, the signal of the base channel 3 with a range of 0.6 - 1.1 μm depends only on the brightness of the flame (that is, on its temperature), while the signal of the measuring channel 4 with a spectrum maximum of 3 μm depends not only on the brightness of the flame plume, but to a greater extent on its distance from the photoelectric sensor, since the signal attenuates significantly in this spectral region in the flue gases (and vapors NЈ0 CCfe) In this regard, the device does not respond to the radiation of the torch is opposite the burner. If there was only one measuring channel, the detuning from radiation from the opposite burner would be less reliable in the event of a fluctuation in the brightness of the flame of the latter exceeding a certain limit. In the proposed device, such a danger is eliminated due to the fact that the change in the brightness of the flame does not affect the ratio of the signals of the measuring and base channels, since it affects equally both photoelectric sensors 1,2.

Источники информации:Sources of information:

1.Авторское свидетельство СССР No 714100, 2 F 23 N 5/08, 1977.1. The author's certificate of the USSR No. 714100, 2 F 23 N 5/08, 1977.

- 4 Формула- 4 Formula

Claims

A burner flame control device comprising two photoelectric sensors, a two-channel electrical circuit for processing optical signals arriving at the sensors, an arithmetic device with two inputs connected respectively to the outputs of the first and second channels, and a control device connected to the output of the arithmetic device, characterized in that both sensors oriented to the root zone of the flame of the burner along its axis have different spectral characteristics, and the spectral characteristics one of the sensors selected in 0.6-1.1 microns, and the second - in the 2.0-3.5 micron.