DE4028922A1

DE4028922A1 - Combustion process monitoring method - detecting changes in radiation spectrum intensity and interpreting results

Info

Publication number: DE4028922A1
Application number: DE4028922A
Authority: DE
Inventors: Kurt-Henry Dipl Ing Mindermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1991-06-13
Also published as: DE4028922C2

Abstract

The radiation spectrum from 280-410nm is detected and changes in the intensity interpreted. Long wave length radiation is not evaluated. Preferably, only radiation levels above a predetermined threshold value are processed; the threshold value is adjusted depending on the noise level. Semiconductor photo diodes esp. groups GaP-, GaAsP-, Si are used with filters. USE/ADVANTAGE - Control of combustion products e.g. CO, OH, CH, CHO, C etc.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Verbrennungsvorgän gen und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring combustion processes gene and an arrangement for performing the method.

Bei Großfeuerungsanlagen, etwa Dampferzeugern, ist es üblich, jeder Flamme einen sogenannten Flammenwächter zuzuordnen, der das zugehörige Brennstoff ventil absperrt, wenn eine Flamme erlischt. Solche Flammenwächter umfassen einen Strahlungsdetektor, der im allgemeinen die von der Flammenwurzel aus gehende Strahlung erfaßt. Diese Strahlung muß gegen die Hintergrundstrah lung, die von den den Feuerungsraum begrenzenden Wänden ausgeht, diskrimi niert werden.In large combustion plants, such as steam generators, it is common to have any flame assign a so-called flame guard, which the associated fuel valve shuts off when a flame goes out. Such flame guard include a radiation detector, which is generally from the flame root going radiation detected. This radiation must be against the background beam that emanates from the walls delimiting the furnace, discriminatory be kidneyed.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, nur einen engen Ausschnitt aus dem Strahlungsspektrum auszuwerten, nämlich den Bereich im kurzwelligeren Ul traviolett, wofür sogenannte UV-Röhren eingesetzt werden. Diese sprechen nur schmalbandig zwischen 180 nm und 300 nm an, erreichen also nicht den wich tigen Bereich zwischen 300 nm und 420 nm, wo sich die Hauptbande der Radi kalen befinden. Solche UV-Röhren haben zahlreiche weitere Nachteile. UV- Röhren sind für die elektronische Selbstüberwachung nicht geeignet (erzeugen keine eigene EMK). UV-Röhren lassen sich nicht für Regelzwecke einsetzen, da sie sehr temperatur- und alterungsabhängig sind. Die Modulation (Flacker frequenz) während des Oxydationsvorgangs kann nicht mit UV-Röhren aussagefä hig erfaßt werden. Schließlich sind die UV-Röhren teuer, müssen häufig er setzt werden und neigen zu Fehlschaltungen.A first option is just a narrow section of the To evaluate the radiation spectrum, namely the area in the short-wave Ul traviolet, for which so-called UV tubes are used. They only speak narrowband between 180 nm and 300 nm, so do not reach the wich range between 300 nm and 420 nm, where the main band of the Radi kalen. Such UV tubes have numerous other disadvantages. UV Tubes are not suitable for electronic self-monitoring no own EMF). UV tubes cannot be used for control purposes because they are very temperature and age dependent. The modulation (flickering frequency) during the oxidation process cannot be stated with UV tubes be grasped. After all, the UV tubes are expensive, he often has to are set and tend to switch incorrectly.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Detektor zu wählen, der zwar auch im sichtbaren und infraroten Spektralbereich anspricht, bei dem jedoch der Gleichanteil und niederfrequente Anteil des Signals, also der Anteil, den die Hintergrundstrahlung beiträgt, bei der Auswertung unterdrückt wird und nur die flammencharakteristischen höheren Frequenzen ab etwa 15 Hz als Nutzsignal verarbeitet werden. Eine solche Anordnung ist in der DE-PS 35 08 253 beschrieben: Als Detektor werden zwei Thermoelemente verwendet, die auf benachbarte Bereiche der Flamme ausgerichtet sind und gleichstrommäßig gege neinander geschaltet sind, so daß als Ausgangssignal nur die Differenz der Intensitäten verarbeitet wird.Another option is to choose a detector that does also responds in the visible and infrared spectral range, however the DC component and the low-frequency component of the signal, i.e. the component which the background radiation contributes to is suppressed in the evaluation and only the flame characteristic higher frequencies from about 15 Hz as Useful signal are processed. Such an arrangement is in DE-PS 35 08 253 described: Two thermocouples are used as the detector, the neighboring areas of the flame are aligned and countercurrent are connected to each other, so that only the difference of Intensities is processed.

Diese bekannten Flammenwächter liefern ein Ausgangssignal bei vorhandener Flamme und kein Ausgangssignal bei Ausfall der Flamme. Die Auswerteelektro nik überprüft sich selbst in regelmäßigen Intervallen, damit der Flammen wächter "Eigensicherheit" aufweist.These known flame monitors provide an output signal when there is one Flame and no output signal if the flame fails. The evaluation electronics nik checks itself at regular intervals so that the flames has "intrinsic safety".

Der Bereich des Spektrums zwischen dem kurzwelligeren Ultraviolett und dem sichtbaren und dem Infrarotbereich wurde bisher bei Flammenwächtern nicht berücksichtigt, und zwar aus zwei Gründen: Zum einen ist die relative In tensität der Strahlung in diesem Bereich recht gering, zum andern sprechen die üblichen Detektoren in diesem Bereich nur schwach an.The range of the spectrum between the shorter wavelength ultraviolet and the visible and the infrared range has so far not been used in flame monitors taken into account for two reasons: First, the relative In intensity of radiation in this area is quite low, to speak to another the usual detectors in this area only weakly.

Trotzdem schlägt die Erfindung vor, gerade diesen Bereich des Spektrums zu erfassen und auszuwerten. Es wurde nämlich erkannt, daß in dem Spektralbe reich von etwa 280 nm bis etwa 410 nm die charakteristischen Linienspektren der beim Verbrennungsvorgang entstehenden Radikale wie CO, OH, CH, CHO, C liegen, die als Reaktionspartner bei der Verbrennung dienen. Wenn, wie erf indungsgemäß vorgesehen, deren Intensitätsänderungen erfaßt und ausgewertet werden, erlauben die Meßwerte eine Aussage nicht nur über das Vorhandensein der Flamme, sondern auch über den Ablauf des Verbrennungsvorgangs, bei spielsweise ob die Verbrennungsluftzufuhr richtig eingestellt ist. Eine solche Flammenbewertung ist besonders dann wichtig, wenn Brennstoffe stark schwankenden Heizwerts und unterschiedlichster Zusammensetzung verfeuert werden, etwa in einer Müllverbrennungsanlage.Nevertheless, the invention proposes to cover precisely this area of the spectrum record and evaluate. It was recognized that in the spectral spectrum the characteristic line spectra range from about 280 nm to about 410 nm the radicals generated during the combustion process such as CO, OH, CH, CHO, C lie, which serve as reaction partners in the combustion. If, as required provided in accordance with the invention, their changes in intensity recorded and evaluated the measured values not only allow a statement about the existence the flame, but also about the course of the combustion process for example whether the combustion air supply is set correctly. A Such flame assessment is particularly important when fuels are strong fluctuating calorific value and different composition fired in a waste incineration plant.

Als Detektor kann man im Prinzip einen breitbandigen Detektor, etwa ein Thermoelement, verwenden und die unerwünschten Spektralanteile unterhalb und oberhalb des interessierenden Bereichs von 280 bis 410 nm wegfiltern. Es ist jedoch bevorzugt, Halbleiterdetektoren zu verwenden, die in diesem Bereich gerade noch eine gewisse Empfindlichkeit besitzen, die in Richtung kurzwel ligerer Strahlung steil abfällt, während der langwelligere Bereich durch Filter unterdrückt wird. Solche Detektoren umfassen GaP-, GaAsP- und be stimmte Si-Photodioden.In principle, a broadband detector, for example a Use thermocouple and the unwanted spectral components below and Filter out above the range of interest from 280 to 410 nm. It is however preferred to use semiconductor detectors operating in this area just have a certain sensitivity, which in the direction of short wel radiation drops sharply, while the longer-wave range passes through Filter is suppressed. Such detectors include GaP, GaAsP and be agreed Si photodiodes.

Man kann die gesamte oberhalb der Rauschschwelle liegende Strahlung in dem erfindungsgemäßen Spektralbereich erfassen und auswerten. Man kann aber auch die Schwelle anheben, so daß nur noch die Strahlung einiger weniger Linien hoher Intensität ausgewertet wird, was spezifischere Aussagen über den Ver brennungsvorgang erlaubt. Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung mit wech selnden Schwellenpegeln gearbeitet.You can see all the radiation above the noise threshold in the Capture and evaluate spectral range according to the invention. But you can also raise the threshold so that only the radiation of a few lines remains high intensity is evaluated, which is more specific statements about the ver Burning process allowed. Preferably within the scope of the invention working threshold levels.

Die relative Intensität der Strahlung in dem Band von 280 nm bis 410 nm ist so gering, daß mit erheblich höheren Verstärkungen gearbeitet werden muß als bisher bei Flammenwächtern üblich. Die Filter zum Ausblenden der langwelli geren Strahlung sind andererseits natürlich nicht perfekt, so daß in dem zu verarbeitenden Signal noch immer ein gewisser Anteil aus der Hintergrund strahlung enthalten sein kann. Bei ihr handelt es sich hauptsächlich um Gleichstrahlung mit geringen Wechselanteilen niedriger Frequenzen bis zu etwa 7 Hz. Deshalb ist es im Rahmen der Erfindung bevorzugt, nur die Wech selanteile des Strahlungssignals oberhalb dieser Frequenz auszuwerten, wobei man die untere Grenze aus Sicherheitsgründen bei etwa 15 Hz wählen wird, während Frequenzen oberhalb etwa 600 Hz unberücksichtigt bleiben können.The relative intensity of the radiation in the band is from 280 nm to 410 nm so low that you have to work with significantly higher reinforcements than previously common with flame guards. The filters to hide the langwelli other radiation are of course not perfect, so that too processing signal still some of the background radiation can be included. It is mainly about Direct radiation with small alternating components of low frequencies up to about 7 Hz. Therefore, it is preferred in the context of the invention to only change evaluate sel shares of the radiation signal above this frequency, wherein the lower limit will be chosen at around 15 Hz for safety reasons, while frequencies above about 600 Hz can be disregarded.

Claims

1. A method for monitoring combustion processes, in which the radiation emanating from the flame is detected by means of a radiation detector and the output signal of which is electronically evaluated, characterized in that the spectral range of the radiation is detected from 280 nm to 410 nm, while long-wave radiation is not taken into account , and that the changes in intensity in the detected spectral range are evaluated.

2. The method of claim 1, wherein the output signal of the beam evaluation detector is evaluated above a predetermined threshold, characterized in that the threshold value at different levels is set above the noise threshold.

3. Arrangement for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that a semiconductor photodiode with an upstream Filters for filtering out the long-wave spectral components as radiation end tector is used.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the photo diode is selected from the group GaP, GaAsP and Si diodes.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized by a Bandpass, the intensity changes with a frequency below a given filters out the minimum frequency.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the min minimum frequency is 15 Hz.