Гольдин, Г.Н., Ролич, О.Ч., Шестаков, К.М. Способ контроля

Гольдин, Г.Н., Ролич, О.Ч., Шестаков, К.М. Способ контроля факела
газомазутных котлоагрегатов. /Патент РБ на изобретение по заявке №
а20071072 от 28.08.2007г. ИРБ №4, 2011.
Изобретение относится к контролю факелов газомазутных горелок
котлоагрегатов по оптическому излучению.
Известны способы контроля наличия факела.
В известных способах считывают сигнал от факела, фильтруют
полученный сигнал в заданных полосах частот, устанавливают пороги
срабатывания защиты в полосах частот, определяющих устойчивое горение
факела, и формируют сигнал на срабатывание защиты при снижении сигнала от
факела ниже заданных порогов [1].
Известные технологии не обеспечивают полного контроля в широком
диапазоне изменения тепловой мощности горения факела при его нестабильном
(при изменении тепловой мощности) пространственном положении.
Усложняется применение известных способов при наличии в зоне контроля
сигналов от факелов соседних горелок.
Наиболее близким техническим решением является способ контроля
факела, заключающийся в том, что полученный от факела сигнал дополнительно
усиливают с программируемым коэффициентом усиления и оцифровывают [2].
Прототипу, как и известным способам, также присущи указанные выше
недостатки: не обеспечивает полного контроля в широком диапазоне изменения
тепловой мощности горения факела при его нестабильном пространственном
положении.
Задачей изобретения является повышение достоверности контроля
наличия факела в широком диапазоне изменения тепловой мощности горения и
изменяемом пространственном положении факела.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе контроля
факела газомазутных котлоагрегатов, характеризующемся тем, что принимают
сигнал оптического излучения факела, согласно изобретению, делят его на
поддиапазоны с образованием основного и обзорного каналов, причем обзорный
канал используют при потере сигнала по основному каналу, имеющему
программируемый коэффициент усиления больший, чем у обзорного канала,
усиливают сигнал в основном канале с соответствующим программируемым
коэффициентом усиления и оцифровывают его с образованием кодовой
последовательности
отсчетов,
формируемой
по
круговому
циклу,
длительностью превышающей установленный допуск на время принятия
решения о наличии или отсутствии факела, по меньшей мере, в два раза; во
фрагменте упомянутой последовательности, длительностью меньшим, чем
упомянутый допуск и граничащем с текущим отсчетом последовательности,
определяют средний уровень пульсации сигнала в диапазоне частот пульсации
пламени факела, а во всей упомянутой последовательности определяют уровень
постоянной составляющей, по величинам которых осуществляют текущую
подстройку смещения окна оценки пульсаций сигнала в основном канале таким
образом, чтобы центр окна приближался к текущему уровню постоянной
составляющей; сравнивают средний уровень пульсаций сигнала с уровнем,
соответствующим принятию решения об отсутствии факела, понижают
упомянутый уровень при увеличении уровня постоянной составляющей, и по
результату сравнения принимают решение о наличии или отсутствии факела,
причем при принятии решения об отсутствии факела осуществляют текущую
подстройку коэффициента усиления основного канала в сторону увеличения.
Совокупность указанных признаков обеспечивает более объективный
контроль наличия факела, позволяя использовать при контроле более
устойчивые зоны с большим уровнем постоянной сигнала и малыми
пульсациями (что характерно при стехиометрическом режиме горения в ядре
факела), не теряя контроля при смещении факела и переходе в зоны с меньшей
постоянной составляющей. При гашении факела соседние горелки не
обеспечивают, как правило, требуемого уровня постоянной составляющей при
существующем уровне пульсаций, так как постоянная составляющая
вычисляется за существенно большее время, чем составляющая среднего уровня
пульсаций.
Технический результат изобретения проявляется в достоверности
контроля наличия факела в широком диапазоне изменения мощности горения и
изменяемом пространственном положении факела.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлено положение зоны оценки пульсаций сигнала на его оси;
на фиг.2 представлены зона оценки пульсаций и обзорная зона при
высокодинамичном контроле;
на фиг.3 представлены зоны принятия решений, разделенные решающими
границами.
Способ осуществляют следующей совокупностью операций.
Оптическое излучение в выбранных поддиапазонах длин волн излучения
факела усиливают с программируемым коэффициентом усиления и
программируемым смещением зоны анализа пульсаций. Коэффициент усиления
выбирают, исходя из условия недопущения ограничения сигнала и заполнения
сигналом пульсаций окна анализа пульсаций на четверть или половину. Реально
окно анализа пульсаций равно диапазону оцифровки, задаваемое аналогоцифровым преобразователем (АЦП), а смещение выбирают по условию
приближения центра зоны анализа к текущему среднему уровню сигнала по
фиг.1. Смещение задают цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).
Фиг. 1.
При срыве сигнала, запуске системы контроля для сокращения времени
поиска сигнала и настройки усилителя рабочей зоны анализа вводят обзорный
канал со своим усилителем, коэффициент усиления которого устанавливают
меньшим, чем у основного канала, и обеспечивающим охват всей зоны сигнала
для выбранного типа горелок, спектрального поддиапазона и состава горелочной
смеси по фиг.2.
Полученные сигналы преобразуют в коды, по рабочему сигналу
формируют кольцо отсчетов длительностью, превышающей допуск на время
срабатывания, по крайней мере, вдвое. По обзорному каналу также формируют
кольцо отсчетов размером, достаточным для определения текущих
интегральных параметров сигнала, характеризуемых средней величиной и
рабочим диапазоном пульсаций, которые используют при потере сигнала по
основному каналу.
По кольцу отсчетов рабочего канала определяют постоянную
составляющую, которую используют для текущей подстройки смещения
рабочего канала и принятия решения о наличии факела по фиг.2.
Фиг. 2.
В части кольца длительностью, меньшей допуска на время срабатывания,
прилегающей к текущему отсчету, вычисляют среднюю величину пульсаций
сигнала в диапазоне частот пульсации факела. Средняя величина пульсаций
используется для текущей подстройки коэффициента усиления усилителя
рабочего канала и принятия решения о наличии факела. Уровень принятия
решения об отсутствии факела по величине пульсации изменяют в зависимости
от величины постоянной составляющей: по фиг.2, вычисляемой по более
длительной реализации сигнала и, следовательно, более инерционной.
Практически уровни срабатывания понижают с ростом уровня постоянной
составляющей, которая повышается при движении в корень факела, по фиг.3.
Фиг. 3.
Для
реализации
указанного
способа
используют
широко
распространенные усилители AD8544, АЦП со встроенным микроконтроллером
и ЦАП ADuC812.
Пример реализации способа контроля факела на газомазутном
котлоагрегате ТГМ-84Б: полученный от факела сигнал оптического излучения –
20...40 милливольт (фиг.1, 2) усиливают с программируемым коэффициентом
усиления 20 и оцифровывают, согласно изобретению, назначают три
поддиапазона по уровню сигнала (коэффициенты усиления 25, 75, 250 (канал
сигнала, обзорный канал, основной канал)) оптическое излучение в выбранных
поддиапазонах длин волн излучения факела усиливают с программируемым
коэффициентом усиления (коэффициенты усиления 25, 75, 250 (канал сигнала,
обзорный канал, основной канал)), преобразуют его в код, например, путём 12разрядного преобразования, по коду формируют сигнал отсутствия факела
(фиг.3) и код коэффициента усиления, который увеличивают при сигнале в зоне
«факел погас» (фиг.3), формируют кольцо отсчетов, например длиной 4096
отсчетов длительностью, превышающей допуск на время срабатывания (3 с), по
крайней мере, вдвое, определяют в части, кольца с 1024 отсчетами
длительностью, меньшей допуска на время срабатывания, прилегающей к
текущему отсчету, среднюю величину пульсаций сигнала в диапазоне частот
пульсаций факела, вычисляют по всему кольцу постоянную составляющую, по
которой формируют смещение зоны контроля канала, сравнивают среднюю
величину пульсации сигнала с уровнем принятия решения по фиг.3, который
характеризует правая кривая решающей границы по отсутствию факела,
который понижается с увеличением величины постоянной составляющей.
Таким образом, осуществляется гибкое слежение за сигналом при
смещении факела в топке котлоагрегата при постоянной надежности выявления
аварийной ситуации, что и обеспечивает повышение достоверности контроля
наличия факела в широком диапазоне изменения тепловой мощности горения
топливной смеси в диапазоне 5...45 мВт и изменяемом пространственном
положении факела с углом 10...40°.
Промышленное освоение изобретения планируется осуществить в
Республике Беларусь.
Источники информации, принятые во внимание:
1. ЕР 1298391 A2 7F 23 N 5/08 в сб. ИСМ F23 №3 2004 с. 39.
2. 45RM4 SCANNER MODELS 1000 FIREYE CU-31 FEBRUARY 2004 3
Manchester Road Derry, New Hampshire 03038 USA upersedes Jan.2002.
http://www.fireye.com/GetFile/FE47A387299AB00780256CE0005717DA/CU31.pdf.
3. JP 3390265 A2 7F 23 N 5/08 в сб. ИСМ F23 № 3 2004 с. 20. (Прототип)
Формула патента
Способ контроля горения факела горелок газомазутных котлоагрегатов,
характеризующийся тем, что принимают сигнал оптического излучения факела,
делят его на поддиапазоны с образованием основного и обзорного каналов,
причем обзорный канал используют при потере сигнала по основному каналу,
имеющему программируемый коэффициент усиления больший, чем у обзорного
канала, усиливают сигнал в основном канале с соответствующим
программируемым коэффициентом усиления и оцифровывают его с
образованием кодовой последовательности отсчетов, формируемой по
круговому циклу, длительностью превышающей установленный допуск на
время принятия решения о наличии или отсутствии факела, по меньшей мере, в
два раза; во фрагменте упомянутой последовательности, длительностью
меньшим, чем упомянутый допуск и граничащем с текущим отсчетом
последовательности, определяют средний уровень пульсации сигнала в
диапазоне частот пульсации пламени факела, а во всей упомянутой
последовательности определяют уровень постоянной составляющей, по
величинам которых осуществляют текущую подстройку смещения окна оценки
пульсации сигнала в основном канале таким образом, чтобы центр окна
приближался к текущему уровню постоянной составляющей; сравнивают
средний уровень пульсаций сигнала с уровнем, соответствующим принятию
решения об отсутствии факела, понижают упомянутый уровень при увеличении
уровня постоянной составляющей, и по результату сравнения принимают
решение о наличии или отсутствии факела, причем при принятии решения об
отсутствии факела осуществляют текущую подстройку коэффициента усиления
основного канала в сторону увеличения.