Способ контроля наличия пламени

 

Изобретение относится к oблatти контроля и регулирования горения и может быть использовано в различных теплотехнических - агрегатах для производства технологических газов в топливосжигающих установках . Наличие пламени устанавливается по превышению амплитуды колебаний значения порогового уровня. Устр-во контроля содержит стабилизатор 3, шток 2, штуцер 4 Для ввода воздуха в горелку, вентиль 5 для подачи воздуха, вентиль 6 для подачи кислорода , клап ан-отсекатель 7, датчик 8 колебаний давления, соединенный с широкополосным усилителем 9, блок 10 анализа колебаний в основном диапазоне частот и блок 11 анализа в дополнительном диапазоне . Управление осуществляется блоком 12. Дополнительный частотный диапазон устанавлнваетс я с границами, смещенными относительно нормальной частоты вибрационного горения соответственно, на 15 и . Значение порогового уровня принимается равным удвоенному значению амплитуды колебаний в дополнительном диапазоне частот. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.(ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН (Sg 4 F 23 N 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3920724/24-06 (22) 27.06.85 (46) 07.01.87. Бюл. 1 (72) Б. М. Гунько, М. Х. Сосна, И. Е. Бондарь, А. И. Иоффе и Н. Ф. Мироненко (53) 621.182.3 (088.8) (56) Патент США № 3811816, кл. 431 — 75, 1 974.

Авторское свидетельство СССР № 1112185, кл. F 23 N 5/16, 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ

ПЛАМЕНИ (57) Изобретение относится к области контроля и регулирования горения и может быть использовано в различных теплотехнических.агрегатах для производства технологических газов в топливосжигающих установках. Наличие пламени устанавливается

„„SU„„1281830 по превышению амплитуды колебаний значения порогового уровня. Устр-во контроля содержит стабилизатор 3, шток 2, штуцер 4 для ввода воздуха в горелку, вентиль 5 для подачи воздуха, вентиль 6 для подачи кислорода, клапан-отсекатель 7, датчик 8 колебаний давления, соединенный с широкополосным усилителем 9, блок 10 анализа колебаний в основном диапазоне частот и блок l l анализа в дополнительном диапазоне. Управление осуществляется блоком 12.

Дополнительный частотный диапазон устанавливается с границами, смещенными относительно нормальной частоты вибрационного горения соответственно на 15 и 25%.

Значение порогового уровня принимается равным удвоенному значению амплитуды . eþ колебаний в дополнительном диапазоне частот. 2 ил.!

28!83(!

Изобретение относится к области контроля и регулирования горения, в частности предназначено для контроля наличия пламени, и может быть использовано в различных теплотехнических агрегатах для производства технологических газов, в топливос>кигаюгцих установках, например при конверсии природного газа, газификации углей, сжигании раэных видов топлива.

Целью изобретения является повышение надежности контроля.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ контроля наличия пламени; на фиг. 2 — схема перестройки амплитудно-частотнь|х характеристик вибрационного горения при изменении спектра фонового шум а.

Устройство, реализующее способ контроля наличия пламени в горелке (фиг. 1) снабжено огневой трубой 1, штоком 2, способным перемещаться по оси горелки вручную или программно-автоматически и служащим трубопроводом для подачи горючего (газа), стабилизатором 3 пламени, соединенным со штоком, штуцером 4 для ввода воздуха (или кислородовоздушной смеси в горелку), вентилем 5 для подачи воздуха, вентилем б для подачи кислорода, клапаномотсекателем 7, через который подается горючее (газ) и датчиком 8 колебаний давления.

Датчик давления соединен с широконолосным усилителем 9, выход которого подключен к блоку 10 анализа колебаний в основном диапазоне частот и к блоку l! анализа колебаний в дополнительном диапазоне частот, выходы которых подключены к блоку !2 управления. Один из выходов блока управления соединен с высоковольтным блоком 13, обеспечивающим создание искры зажигания, второй выход соединен с элементом !4, обеспечивающим перемещение штока, а третьим соединен с клапаном-отсекателем 7.

На фиг. 2 ломаная линия характеризует спектр фонового шума при определенных установившихся режимах вибрационного горения, ломаная !! — при изменившихся по каким-либо причинам условиях работы -теплотехнического агрегата. Амплитуда А и частота F„являются характеристиками вибрационного горения при установивн)емся режиме вибрационного горения. Частота F» определяет дополнительный диапазон контроля, лежащий в пределах 15 — 25О/О от номинальной частоты вибрационного горения

Е Ад является максим альной амплитудой колебаний шума. Ап является пороговым значением амплитуды колебаний для установившегося режима вибрационного горек ния, Ад и А -- соответственно амплитуда и пороговое значение амплитуды для изменившихся условий работы.

Амплитуда Л и частота F являются ха1 1 рактеристиками вибрационного горения при перестройке режима вибрационного горения

/ на новый диапазон контроля. Частота Гд определяет новый дополнительный диапазон контроля. А» является максимальной амплитудой колебаний шума. Ал является пороговым значением амплитуды колебаний для нового диапазона контроля.

Способ контроля наличия пламени осуществляется следующим образом.

Вибрационное горение отличается от обычного тем, что имеет не непрерывный спектр частот, а характеризуется колебаниями на одной, реже двух сосуществующих частотах. При этом в установившемся режиме значение час-оты F не выходит за пределы

+!Оо/о от номинала. Амплитуды колебаний при вибрационном горении обычно значительно превосходят амплитуды колебаний при обычном горении.

Однако в случае сильного акустического фона в широком диапазоне час"от, а в особенности фона„могущего менять свой спектральный состав при изменении технологических параметров (например, основной горелки), трудно отличить колебание вибрационной горелки от фонового шума, и, следовательно, возможна дезинформация о наличии пламени в основной горелке. Для повышения надежности способа приходится устанавливать весьма высокий пороговой уровень, например О,5 от амплитуды, зафиксированной при стендовых испытаниях вибрационной горелки.,Поэтому- возможна в принципе не только дезинформация о наличии пламени, но и обратная дезинформация, когда горение есть, но из-за относительной малос. ти амплитуд вибрационного горения делается вывод об отсутствии пламени.

Перед запуском теплотехнического агрегата в процессе стендовых испытаний определяют линейнце интервалы наиболее эффективного возбуждения вибрационного горения, т.е. те области расположения

40 стабилизатора по длине трубы, в которых возбуждаются наиболее сильные и устойчивые колебания. Интервалы возбуждения определяются при необходимости как для случая использования чистого, так и обогащенного кислородом воздуха. Для каждого интервала возбуждения определяют частоту и амплитуду колебаний и устанавливают основной и вспомогательный диапазоны контроля частот.

После стендовых испытаний горелка устанавливается в агрегат и с помощью элемента 14, способного действовать как вручную, так и автоматически (по команде блока !2), шток 2 передвигается вдоль оси горелки так, что стабилизатор 3 занимает положение внутри одного из ранее зафиксированных интервалов возбуждения.

Для розжига горелки в нее через вентиль

5 и штуцер 4 подают воздух. Далее по команде, передаваемой через блок 12 управ1281830

3 ления, включают высоковольтный блок 13, подающий напряжение на шток 2 и обеспечивающий искровой разряд между стабилизатором 3 и внутренней стенкой с огневой трубой l горелки, а затем открывают клапан-отсекатель. 7. Топливовоздушная смесь поступает в зону горения за стабилизато- ром, где при наличии необходимых условкй воспламеняется от искры. Через 3 — 5 с после подачи газа блок 12 управления прекращает подачу искры и включает канал контроля налкчия пламени.

Электрический сигнал от датчика 8, усиленный широкополосным усклителем 9, поступает в блоки 10 и 11, где фиксируются значения амплитуд колебаний соответственно в основном и дополнительном диапазоне частот.

Сигналы с блоков 10 u ll поступают в блок 12 управления, где происходит сравнение величин этих сигналов. В случае, если амплитуда в основном диапазоне больше удвоенной амплитуды в дополнительном диапазоне, то горелка продолжает работать в установленном режиме. В противном случае (т.е. если делается вывод об отсутствии пламени) при работе горелки на ручном управлении блок 12 управления дает команду на закрытие клапана-отсекателя 7. При этом в дальнейшем можно или попытаться повторить пуск при неизменных условиях, или осуществить пуск, предварительно в ручную с помощью элемента 14, переведя стабилизатор в другой интервал возбуждения,-При отрицательном выводе о наличии пламени, если горелка работает на автоматическом управлении, блок 12 управления да. ет элементу .14 команду на перемещение стабилизатора в зону нового интервала возбуждения, после выполнения которой вновь производится контроль наличия пламени на основе сравнения амплитуд в новых частотных интервалах.

Ручная или автоматическая перестройка положения стабилизатора и соответственно режима вибрационного горения может производиться при изменении спектра фонового шума.

Перестройка параметров вкбрационного горения может быть произведейа путем изменения по длине горелки зоны горения, что, в свою очередь, легко достигается простым передвижением стабилизатора пламени, делящего горелочную трубу на холодную и горячую части.

Другим весьма простым и часто более предпочтительным методом изменения параметров вибрационного горения является дозировка ккслорода в постуйающий на.горение воздух. При этом даже небольшое обогащение воздуха кислородом (до 30О/о) меняет механизм возбуждения вибрационного горения, вследствие. чего существенно того, что частота вибрационного горения не будет выходить за границы этой полосы;

Как показывают эксперименты, частота ко55 лебаний при вкбрацнонном гс ренин F npu меняются интервалы возбуждения, амплитуда к частота колебания.

На фиг. 2 в координатах амплитуда А -— частота Г даны спектральные характеристики некоторых режимов горения. При номинальной частоте колебаний F вибрационное горенке осуществляется в заданном диапазоне частот, равном +10 /о от F,.

Этот основной диапазон частот ограничен вертикальными линиями. Соответственно с этим назначается дополнительный диапазон частот, отстоящий от основного диапазона в границах от 15 до 25О/р с номинальной частотой F„и максимальной амплитудой колебаний в этом диапазоне Ад. Пороговое значение амплитуды колебаний для основного диапазона принимается равным А и ——

= 2aх. При этом данное пороговое значение не является неизменной величккой, твердо установленной в предварительных стендовых испытаниях горелки, а является величиной

20 переменной, изменяющейся вместе с возможными в ходе эксплуатации изменениями амп-. литуды Ах в дополнитвльном диапазоне.

При установившемся режиме вибрационного горения с амплитудой А1, которая больше А„= 2Ах, устройство, реализующее способ, зафиксирует наличие пламени.

При изменившихся условкях работы характер спектра изменяется и может определяться, например, ломаной линией 11. При этом амплитуда колебаний шума в дополни30 тельном диапазоне возрастает и прн величине А» пороговое значение амплитуды колебаний становится равной амплитуде. А вибрационного горения.

В этом случае перемещением стабилизатора или дозировкой кислорода изменяют параметры вибрационного горения и переходят в новый диапазон контроля.

Амплитуда колебаний А и частота F обозначают новые параметры вкбрационного горения. Из фнг. 2 видно, что несмотря на

4О то, что новая амплип уда внбрационного горения А стала несколько меньшей амплитуды А,, теперь при наличии пламени выполняется условие превышения этой амплитуды по/ рогового значения A> — — 2Ах.

Таким образом, устройство, реализую4> щее способ, фиксирует наличие пламени. В случае, если амплитуда А вибрационного горения будет меньше А „, устройство зафиксирует отсутствие пламени.

Выбор ширины основного диапазона 10 /p связан с желательностью, с ОднОЙ стороны, возможно более узкой полосы контролируемых частот, ибо в этом случае уменьшается вероятность наличия в этой полосе значительных фоновых колебаний, с другой стороны, с необходкмостью гарантии

12818ЗО

Формула изобретения технологически реальной стабильности процесса предельно может уходить от номинала +7%, Отсюда вытекает целесообразность с некоторым запасом принять основной диапазон +.10%.

Выбор границ дополнительного диапазона частот связан со следующими соображениями. Ие ..сключена вероятность того, что даже прп д статочно большом отрезке, разделяюше;л основной и дополнительный диапазоны, зависимость амплитуды от частоты . для Фонового шума носит восходящий ха1 актер на пути от дополнительного к основ сму диапазону, При этом, как сЛедует из сказанного, не исключено, что на каждые

20% возрастания частоты амплитуда возрастает вплоть до двух раз. При этом чем дальше отстоит дополнительный диапазон от основного, тем на большую величину необходимо умножать амплитуду в дополнительном диапазоне, чтобы найти максимально возможное значение этой амплитуды в основном диапазоне (при разнице 20%— на 2, при разнице 100% — на 10 и т.д.).

В то же время такое возрастание является лишь вероятным, но не обязательным. Поэтому выбор большого расстояния между диапазонами может привести к необоснованно жестким требованиям для установления наличия пламени.

° .

4 . Поэтому расстояние между диапазонами должно приниматься минимальным и сама ширина дополнительного диапазона должна быть по возможности малой. В то же

5 время при слишком малой протяженности дополнительного диапазона он может быть не представительным из-за возможных местных «провалов» спектра. Анализ спектра различных горелок показывает, что в этом отношении достаточна ширина частотного

1О диапазона в границах от 15 до 25%, Способ контроля наличия пламени в горелочном устройстве, . работающем в вибрационном режиме горения, путем регистрации акустических колебаний в заданном диапазоне частот и установления наличия пламени по превышению амплитуды колебаний значения порогового уровня, отличающийся

2О тем, что, с целью повышения надежности, ус-танавливают дополнительный частотный диапазон контроля с границами, смещенными относительно номинальной .частоты вибрационного горения соответственно íà 15 и 25%, и значение порогового уровня принимают равным удвоенному значению амплитуды колебаний в дополнительном диапазоне частот.

Составитель И. Лксенов

Редактор Л. Воровин Техред И. Верес Корректор Л..Патай

Заказ 7! 71/33 Тираж 495 Подписное

BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l3035„й4осква, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная. 4