專利名稱：一種紅外鍋爐火焰檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種紅外鍋爐火焰檢測裝置。
鍋爐爐膛爆炸是一種鍋爐惡性事故，為此，大型鍋爐均應配備鍋爐爐膛安全系統，而鍋爐火焰檢測是該安全系統中的核心，它類似于人的眼睛，監視著爐膛的火焰。因此，鍋爐燃燒器火焰的正確檢測與否將直接影響到整套鍋爐安全監控系統的動作可靠性。在已有技術中，鍋爐火焰檢測器的種類較多，近些年來較常用的有離子式火焰檢測器、紫外線火焰檢測器和可見光火焰檢測器。離子式火焰檢測器是利用兩個電極伸進燃燒器的燃燒區，通過燃燒時兩電極間產生的離子電流來判斷火焰的有無。它是一種接觸式火焰檢測器，存在著抗污染能力差，壽命短等缺點，有逐漸被淘汰的趨勢。紫外線火焰檢測器和可見光火焰檢測器都是屬于一種非接觸式光電火焰檢測器。紫外線火焰檢測器是利用紫外光敏電子管作為傳感器對燃燒器火焰根部的紫外光進行感應，由此來判斷火焰的有無。由于油霧和煤灰對紫外線都有強烈的吸收能力，因此紫外線火焰檢測器不適用于燃油和燃煤，只適用于燃氣；再者，紫外光敏電子管在工作時需要加較高的偏置電壓，對環境溫度要求嚴格，因此限制了它的推廣應用。可見光火焰檢測器是利用可見光敏半導體器件作為傳感器對火焰光譜中的可見光進行感應(工作波長范圍為0.3～1.1μm)，并從該感應信號中對火焰的亮度和閃爍頻率進行綜合分析來判斷火焰的有無。它適用于燃油、燃煤和燃氣的火焰檢測。但是，它對具有多個燃燒器的大型鍋爐來說，其檢測效果較差，因為大型鍋爐各燃燒器分布距離較近，燃燒時整個爐膛亮成一片，無法對單個燃燒器進行火焰檢測。再者，可見光的透射能力較差，容易受粉塵和煙霧的影響。綜上所述，目前國內公開使用的這幾種火焰檢測器都有其不盡人意之處，還不能達到既燃料適用范圍較寬(燃油、燃煤和燃氣均適用)、且又具有較高檢測性能的要求。
本實用新型的目的是針對已有技術中的不足，提供一種檢測性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠的紅外鍋爐火焰檢測裝置。
為實現上述目的，本實用新型的解決方案如下它由導光管、固接在導光管尾端的紅外探頭和對紅外探頭輸出的信號進行處理的主機組成；所述的紅外探頭的光譜響應波長為700～3200nm；所述的主機至少包括依次連接的燃料火焰光響應頻段選擇電路、前置放大電路、整形電路、整流濾波電路、電壓比較器電路、背景設置電路和火焰指示電路。
通過上述解決方案可以看出，本實用新型采用了一種紅外檢測方式，它利用導光管使探測器的視角始終對著被測燃燒器的著火區，這樣，紅外探頭就能準確地感應到被測燃燒器的熱輻射情況。在大型鍋燃燒時，各燃燒器著火與否，其各自的著火區熱輻射差異很大，紅外探頭正是對熱輻射溫度敏感的器件，只要它對準被測燃燒器的著火區，就能感應到這種差異，且不易受粉塵和煙霧的影響。同時，本實用新型還利用電路手段對燃燒器的火焰信號和爐膛背景火焰干擾作了區分和處理，在檢測中盡可能地消除爐膛背景火焰的干擾。因此，本檢測器在具有多個燃燒器的大型鍋爐中能有效地檢測到單個燃燒器的火焰情況。另外，本實用新型根據不同的燃料其火焰信號峰值頻率不同的特性，利用電路手段對燃油、燃煤和燃氣的不同火焰光響應頻率進行選通，使該火焰檢測器適用于這幾種燃料的火焰檢測。因此，本實用新型與已有技術相比具有檢測性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠等優點。
下面根據實施例詳細說明本實用新型的結構和工作原理。
圖1、本實用新型的工作原理方框圖。
圖2、導光管結構剖視圖。
圖3、檢測器的電路方框圖。
圖4、檢測器的電路原理圖。
圖5、檢測器中的火焰強度模擬顯示電路原理圖。
圖6、檢測器中的模擬信號輸出電路原理圖。
參見圖1，本檢測器在工作時，將導光管1設置在鍋爐火焰觀察窗口2的外面，其視角對準燃燒器3的著火區，紅外探頭4安裝在導光管的尾部，紅外探頭輸出的信號通過電纜線傳送到主機5。
參見圖2，所述的導光管可以采用雙管式導光管，它由外套管6、同軸安裝外套管中的內套管7、依次安裝在內套管中的平鏡8、聚光透鏡9、光纖10和通過尾蓋11固聯在雙套管尾端的探頭連接件12組成。在外套管尾部設有一個入風口6a，在其前端設有透光出風孔6b，在內、外套管之間的同軸安裝架上設有過風孔7a；在內套管的尾部設有多個入風口7b，其前端設有透光出風孔14a，在透鏡的安裝架13和平鏡的安裝架14上均設有過風口13a、14b，并且過風孔14b徑向或橫向設置，以便在冷卻風通過時形成對平鏡面的吹掃。所述的探頭連接件12是一個前端封閉的T形管套，紅外探頭通過該管套聯結在光纖的尾端。當該導光管對準火焰時，火焰光從透光出風孔6b射入，穿過平鏡8和聚光透鏡9到達光纖，并通過光纖傳導到探頭。在工作中，冷卻風一直要通過入風口6a鼓入導光管，進入導光管的冷卻風自然分成兩股，一股順著內、外套管之間運行，并從外套管前端的透光出風孔流出，另一股進入內套管，順著內套管與光纖之間運行，并從內套管前端的透光出風孔流出，第一股冷卻風可以大幅度降低管中的溫度，第二股冷卻風可以形成對平鏡面的吹掃和進一步降低光纖的溫度。該導光管具有耐熱性好、導光視角穩定、工作可靠的優點。所述的導光管也可以采用已有火焰檢測器常采用的單管式導光管。所述的紅外探頭采用一種國內現有的硫化鉛紅外光敏探頭，該探頭主要由硫化鉛紅外光敏元件和電橋電路連接構成；硫化鉛紅外光敏元件的紅外光譜響應波長為700～3200nm，它屬于一種紅外光敏電阻，該紅外光敏電阻根據紅外光強度的不同輸出電阻阻值的變化量，該電阻的變化量又通過電橋電路轉換成電壓的變化量輸出。紅外探頭也可以采用一種現有的光譜響應波長為700～3200nm的紅外光電池。
參見圖3，所述的主機至少包括頻段選擇電路15、前置放大器16、整形電路17、整流濾波電路18、比較器19、背景設置電路20和火焰指示電路21。不同燃料的火焰信號峰值頻率不同，燃煤的為20～50Hz，燃油的為40～70Hz，燃氣火焰的為60～100Hz。因此，紅外探頭輸出的信號被送入主機后，本檢測器先用頻段選擇電路15對相應燃料的頻段進行選通，然后通過前置放大器16對信號進行放大，再通過整形電路17對信號進行整形，去除信號電平上的毛刺，再利用整流濾波電路將交變的火焰電壓信號變為直流的火焰電壓信號送入比較器的一個信號輸入端，比較器另一個信號輸入端輸入的是由背景設置電路給出的背景電壓，當信號電壓高于背景電壓時，比較器輸出著火信號，則火焰指示電路相應給出著火的燈光指示。根據爐膛完全燃燒時著火區的背景火焰閃爍不會超過2Hz這一情況，上述的濾波電路可將燃燒器火焰與爐膛背景火焰區分開，再者，通過背景設置電路適當設定比較器的門坎電壓可進一步消除爐膛背景火焰的干擾。
參見圖4，所述的頻段選擇電路15由不同容值的電容C1、C2和轉換開關k1、k2連接構成，通過轉換開關進行信號不同峰值頻率的選通。由運放IC1、電阻R1～R3、電位器W1接成前置放大器16。由運放IC2、電阻R4、R5和電容C4接成整形電路17，其輸入端的電容C3是耦合電容。整流濾波電路18由整流二極管D1、電阻R6、和濾波電容連接構成。由運放IC4和電阻R18、R11接成比較器19。由電阻R9、R10和電位器W2接成的分壓電路構成所述的背景設置電路20。比較器的輸出端接一級繼電器J的驅動器25，繼電器J的一個常開觸點J-1作為火焰指示電路21的開關。當比較器輸入的電壓信號高于背景電路所設定的背景電壓時，比較器輸出高電平有效信號，則繼電器動作，常開觸點J-1接通，則火焰指示燈26亮。
參見圖5、6，為了得知火焰的大小和為后續處理器提供模擬信號輸出，本檢測器可以設置火焰強度模擬顯示電路23和模擬信號輸出電路24，為驅動這一級顯示電路和模擬信號輸出電路，在圖4中的整流濾波電路18和比較器19之間加一級驅動器22，對信號的功率進行放大，該驅動器的輸出端分別通過A、B、C線送給火焰強度模擬顯示電路23、模擬信號輸出電路24和比較器19、。當直流的火焰電壓信號通過電阻R19送入器件IC7的輸入端5腳后，器件IC7相應驅動顯示燈L1～L10，以L1至L10依次發亮的個數來顯示火焰的大小。模擬信號輸出電路24是一個轉換電路，它將驅動器22輸出的直流電壓信號轉換成電流信號輸出。
權利要求1.一種紅外鍋爐火焰檢測裝置，其特征是a、它由導光管(1)、固接在導光管尾端的紅外探頭(4)和對紅外探頭輸出的信號進行處理的主機(5)組成；b、所述的紅外探頭(2)的光譜響應波長為700～3200nm；c、所述的主機(5)至少包括依次連接的燃料火焰光響應頻段選擇電路(15)、前置放大電路(16)、整形電路(17)、整流濾波電路(18)、電壓比較器電路(19)、背景設置電路(20)和火焰指示電路(21)。
2.如權利要求1所述的紅外鍋爐火焰檢測裝置，其特征是所述的導光管(4)為雙管式導光管，它由外套管(6)、同軸安裝外套管中的內套管(7)、依次安裝在內套管中的平鏡(8)、聚光透鏡(9)、光纖(10)和通過尾蓋(11)固聯在雙套管尾端的探頭連接件(12)組成。在外套管尾部設有一個入風口(6a)，在其前端設有透光出風孔(6b)，在內、外套管之間的同軸安裝架上設有過風孔(7a)；在內套管的尾部設有多個入風口(7b)，其前端設有透光出風孔(14a)，在透鏡的安裝架(13)和平鏡的安裝架(14)上均設有過風口(13a)、(14b)，并且過風孔(14b)徑向或橫向設置。
專利摘要本實用新型是一種紅外鍋爐火焰檢測裝置。它由導光管、固接在導光管尾端的紅外探頭和對紅外探頭輸出的信號進行處理的主機組成;紅外探頭的光譜響應波長為700～3200nm;主機中至少包括燃料火焰光響應頻段選擇電路、前置放大電路、整形電路、整流濾波電路、比較器、背景設置電路和火焰指示電路。本檢測器在具有多個燃燒器的大型鍋爐中能有效地檢測到單個燃燒器的火焰情況,它具有檢測性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠的優點。
文檔編號G01N21/84GK2411479SQ9923477
公開日2000年12月20日 申請日期1999年7月8日 優先權日1999年7月8日
發明者張永恒 申請人:西安華能電力測控工程有限公司