一种单燃烧器火焰检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单燃烧器火焰检测方法和装置，旨在采用特征频谱分析的方法，捕捉单燃烧器火焰在着火区光辐射经光电转换后电信号的特征频谱，将单燃烧器火焰从背景火焰中分离出来，剔除背景火焰的影响，检测出目标燃烧器火焰的燃烧状况。装置包括由透镜组、光电转换器构成的火检探头和以ＭＣＵ为主体的信号处理单元。频谱分析的范围是０～１０００Ｈｚ。输出直流４～２０ｍＡ模拟量和数字开关量，并可与ＤＣＳ、ＦＳＳＳ等构成回路。可以广泛用于大型火力发电厂的燃气、燃油、燃煤锅炉的炉膛安全自动化保护系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锅炉炉膛安全检测的方法和装置，更具体地说，是涉及一种单燃烧器的火焰的检测方法和装置。
技术介绍
大型锅炉都必须具有完善的防止炉膛爆炸的监视及控制手段，完成此项功能的是“锅炉炉膛安全监控系统”(FSSS)，而锅炉燃烧器火焰检测是该系统的重要组成部分，它的正确检测与否将直接影响整个锅炉炉膛安全监控系统动作的可靠性。迄今为止，国内生产的多为简单的光伏型火焰检测器，虽然也安装在燃烧器旁，并不能将目标燃烧器的火焰从背景(全炉膛)火焰中分离出来，从本质上来讲是全炉膛火焰检测，它们不能真正满足FSSS系统需求。蒸发量在670t/h以上的锅炉都应当采用单燃烧器火焰检测器。现在，我国大型锅炉的火焰检测器以进口产品居多，由于对火焰燃烧理论解读方面存在的差异，对于我国锅炉燃烧的实际情况，在应用中还有相当的局限性，这主要表现在调试工况要求苛刻、步骤烦琐，往往达不到理想效果。不能满足单燃烧器火焰检测的实际需求。近年来国内有人采用摄像头摄制火焰图像，然后通过计算机图像处理来检测单燃烧器火焰，由于计算机图像处理技术对火焰图像的处理目前尚不十分成熟，这种方法离实际应用还有一定距离。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述火焰检测器的缺点，提供一种高性能的单燃烧器火焰检测的方法和装置，它能将目标燃烧器的火焰从整个炉膛火焰以及很强的炉壁辐射中区分出来，与“锅炉炉膛安全监控系统”(FSSS)连接，使该系统能真正了解锅炉的燃烧工况，在检测到炉膛或单个燃烧器灭火时，及时切断燃料供应，使未点燃燃料进入炉膛的时间尽可能缩短，进而从根本上防止炉膛爆燃事故的发生。现代燃烧理论认为燃料在锅炉炉膛内燃烧可分为预热—干燥、着火、燃烧、燃尽四个阶段。在这几个阶段中，最重要的就是着火阶段。要使燃料燃烧完全，首先要实现迅速而稳定的着火，保证燃烧过程的良好开端；也只有实现了迅速而稳定的着火，燃烧和燃尽阶段才可能进行，燃烧的稳定性和效率才能提高。因此单燃烧器火焰的检测对象应该是火焰的着火阶段。燃烧理论和实验结果都表明，作为燃料燃烧的最重要阶段——着火阶段存在着较强的光能辐射闪烁，火焰中交流部分的能量很大，而燃烧的其它阶段和全炉膛火焰的光能闪烁都很弱，交流部分的频谱能量分布也与着火阶段有着很大的区别，也就是说，单燃烧器火焰的动态频谱与全炉膛或背景火焰不同。事实上，工业火焰不是透明的，某一燃烧器火焰的动态频谱几乎不能穿过工业火焰去影响其它燃烧器火焰的动态频谱。本专利技术采用特征频谱分析的方法来检测单燃烧器火焰，其特征在于捕捉单燃烧器火焰在着火区光辐射经光电转换后电信号的特征频谱，将单燃烧器火焰从背景火焰中分离出来，对于多个燃烧器的大型锅炉，能剔除背景火焰的影响，检测出目标燃烧器的火焰燃烧状况，其步骤如下1、将火检探头一对一地安装在目标燃烧器旁，把目标燃烧器燃料燃烧火焰的着火区域纳入此火检探头的视角内；2、火检探头中的透镜组(1)将视角内的全部火焰光信号传输并聚焦在光电转换器(2)上，转换成电信号；3、上述电信号经电缆传输至信号处理单元中A/D转换器(3)、转换成数字量；4、上述数字量送至MCU为主体构成的数字特征频谱分析器(4)，作0～1000HZ的频域信号处理，从“0”开始，按0、40、80……920、960、1000顺序，平均每增40HZ为一个频点，即对于每一个频点的频域信号处理带宽为40HZ；5、通过现场实地试验调试，若某个频点在目标燃烧器灭火时频域信号处理带宽内的能量小于、等于着火时能量的40％，此频点即判定为特征频点，由特征频点组成所述的特征频谱；并将其存储于其内的存储器中，MCU对目标燃烧器特征频谱信号进行能量求和运算，在灭火状态下计算出的值即为灭火判断阈值，送至显示器(7)显示出来；6、通过参数设置键(6)，将灭火判断阈值输入数字特征频谱分析器(4)，作比较运算，灭火判断阈值并存储于其内的存储器中；7、通过参数设置键(6)，将灭火判断延时时间输入数字特征频谱分析器(4)、作比较运算，其灭火判断延时时间存储于其内存储器中，灭火判断延时时间的设定范围0～6秒，典型值3秒；8、数字特征频谱分析器(4)，将锅炉运行状态下目标燃烧器火焰特征频谱内信号时能量求和计算，即得到单燃烧器火焰信号值，经D/A转换器(5)，将其信号再送至模拟仪表显示出来。本专利技术实施频谱分析方法制造的单燃烧器火焰检测装置，它包括一个由透镜组(1)、光电转换器(2)组成的光检探头和一个信号处理单元。信号处理单元的技术方案概述如下信号处理单元中的数字特征频谱分析器(4)通过并行总线与A/D转换器(3)和参数设置键(6)连接；通过串行总线与显示器(7)和D/A转换器(5)连接；数字特征频谱分析器(4)，通过A/D转换器(3)高速采集时域电信号，在其内部将时域信号转换到频域信号进行处理，将比较，运算得出的单燃烧器火焰信号值分三路输出1、送至显示器(7)；2、送至D/A转换器(5)、转换成模拟量；3、与阈值比较，在低于、等于阈值并保持到规定延时时间时，输出一个开关量。本专利技术的装置可以燃料品种不同，如燃气、燃煤、燃油分别采用紫外光、可见光、红外光的光敏元件作成光电转换器；其火检探头的视角为70°。本专利技术单燃烧器火焰检测器，不仅适用于火力发电厂，也适用于有裂解炉的石化企业；不仅适用于粉煤作燃料的，也适用于燃油、燃气的大型锅炉。从实际使用的结果看，本专利技术单燃烧器火焰的检测装置，制造成本低，技术性能稳定，可靠性高，是锅炉炉膛安全监控可选仪表的一种。附图说明图1是本专利技术原理方块2是本专利技术火检探头结构示意3是本专利技术的第一个实施例电路原理4是本专利技术的第二个实施例电路原理5是本专利技术的第三个实施例电路原理6是本专利技术的第四个实施例电路原理框7是本专利技术在燃煤锅炉上运行实验结果曲线8是本专利技术的燃油运行实验结果曲线图具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述在图2中，火检探头内石英玻璃凸透镜组(1)，装在外壳(12)内，置于火检探头的前端，火焰光经导光管(13)聚焦在光电池(15)上，转换成电压信号，通过导线与电路线路板(16)相连，实现电压——电流的转换，其4～20mA信号再经导线送至信号处理单元，出口采用航空插座(17)，以保证防尘效果。采用安装件(14)与锅炉炉体相接。冷却用压缩空气由接口管(18)不断地鼓入探头壳内，对探头进行冷却。实施例1信号处理器如图3所示，炉膛火焰4～20mA信号，经过R1转换成电压信号，一方面经过运算放大器U1放大后送到微处理器的A/D输入端AD0；另一方面通过C1隔离直流分量，经过运算放大器U2放大后接到微处理器的A/D输入端AD1。微处理器MCU根据交直流的A/D结果进行运算，得出单燃烧器火焰的特征频谱，判断单燃烧器火焰的有无。微处理器有三种输出方式；①通过U4驱动数码管，显示运行及故障信号。②通过三极管N1驱动继电器，输出开关量信号。③经过运算的火焰信号数字量经D/A转换成模拟量后，通过运算放大器U5和电流转换器Z2转换成4～20mA电流信号输出。微处理器P2口还接有四个按键S1-S4，设置运行参数用。实施例2 信号处理器如图4所示，炉膛火焰4～20mA信号，经过R1转换成电压信号，一方面经过运算放大器U1放大后送到微处理器的A/D输入端AD0；另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单燃烧器火焰检测方法，其特征在于，捕捉单燃烧器火焰在着火区光辐射经光电转换后电信号的特征频谱，将单燃烧器火焰从背景火焰中分离出来，剔除背景火焰的影响，检测出目标燃烧器火焰的燃烧状况，其步骤如下：　　　　ａ、火检探头中的透镜组（１）将视角内的全部火焰光信号传输并聚焦在光电转换器（２）上，转换成电信号；　　　　ｂ、上述电信号经电缆传输至信号处理单元之中Ａ／Ｄ转换器（３），转换成数字量；　　　　ｃ、上述数字量送至由ＭＣＵ为主体构成的数字特征频谱分析器（４），作０～１０００ＨＺ的频域信号处理；　　　　ｄ、ＭＣＵ在０～１０００ＨＺ的频域，从“０”开始，按０、４０、８０……９２０、９６０、１０００顺序，平均每增４０ＨＺ为一个频点，对于每一个频点的频域信号处理带宽为４０ＨＺ；　　　　ｅ、通过现场实地调试，若某个频点在目标燃烧器灭火时频域信号处理带宽内的能量小于、等于着火时能量的４０％，此频点即判定为特征频点，由特征频点组成特征频谱，并将其存储在ＭＣＵ的存储器内；　　　　ＭＣＵ对目标燃烧器特征频谱信号进行能量求和计算，在灭火状态下计算出的值即为灭火判断阈值，送至显示器（７）显示出来；　　　　ｆ、通过参数设置键（６），将灭火判断阈值输入数字特征频谱分析器（４），作比较运算阈值，并存储于其内存储器中；　　　　ｇ、通过参数设置键（６），将灭火判断延时时间输入给数字特征频谱分析器（４），作比较运算，灭火判断延时时间存储于其内存储器中，灭火判断延时时间的设定范围０～６秒，典型值为３秒；　　　　ｈ、数字特征频谱分析器（４），将锅炉运行状态下目标燃烧器火焰特征频谱内信号的能量求和计算，即得到单燃烧器火焰信号值，经Ｄ／Ａ转换器（５），将其信号再送至模拟仪表显示出来。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋轩，邱立科，崔松海，
申请(专利权)人：吉林市瑞达自控工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]