CC BY
6
по делу N А07-2441/2014, от 9 июня 2015 г. по делу N 307-КГ15-3257, А66-7335/2014, от 4 февраля 2015 г. по делу N 303 -КГ14-2151, А37-1326/2013 [Электронный ресурс] // URL: http://www.consultant.ru
УДК 622.78.8:558
Коноваленко А.А.
Нефедьев А.И.
Волгоградский государственный технический университет ОПТОДАТЧИКИ ПЛАМЕНИ ДЛЯ КОТЛОВ
Аннотация. В статье приведены проблемы контроля наличия пламени в топке печи. Рассмотрены методы контроля пламени при помощи оптических датчиков, показаны их достоинства и недостатки. Приведены конструкции и параметры оптических датчиков пламени, позволяющих контролировать пламя в топке печи с высокой надежностью.
Ключевые слова: пламя, топка, печь, контроль, оптический датчик, фотодатчик.
Konovalenko A.A.
Nefed'yev A.I.
Volgograd State Technical University FLAME OPTENSERS FOR BOILERS
Abstract. The article presents the problem of controlling the presence of flame in the furnace of the furnace. The methods of flame control using optical sensors are considered, their advantages and disadvantages are shown. The design and parameters of optical flame sensors, which allow to control the flame in the furnace of the furnace with high reliability, are given.
Keywords: flame, fire chamber, furnace, control, optical sensor, photo sensor.
Необходимым условием работыкотельных установок является стабильноепламя в топках [1]. При запуске котельных установок возможносоздание взрывоопасной концентрации топлива при неудачном поджигегорелки, а также в случае несвоевременного отключения подачи топлива к горелке. В таких случаях в обязательном порядке применяется система защиты, которая отключает все запальные устройства и прекращает подачу топлива к котлу и горелкам в случаеневоспламенения топлива, или в случае погасания факела горелки при растопке котла[2].
Контроль за наличиемпламени осуществляется при помощи датчиков, обеспечивающих безопасное функционированиекотельных или других установок, работающих на твёрдом, жидком или газообразном топливе [3]. Приборы и датчики контроля пламени подключаются к системе управления, и используются в процессе розжига пламени, осуществляют постоянный контроль за процессом сгорания топлива с учётом всех требуемых мероприятий по защите и условий техники безопасности. Следовательно,
безотказностьи надёжность работы установок по сжиганию топлива всецело зависит от характеристикдатчиков контроля пламени [4].
Контроль наличия пламени при сжигании твердого и жидкого топлива в топках котлов обеспечивается методамипрямогоконтроля -ультразвуковым, термометрическим, ионизационным, фотоэлектрическим, так и методами косвенного контроля - контроль разрежения в топке, контроль давлениятоплива в магистрали, а также контроль наличия постоянного источника воспламенения[5].
В качестве метода контроля за горением топливаприменяется наиболее частоприменяется фотоэлектрический метод, которыйзаключается в измерении степени видимого и невидимого излучения пламени фотодатчиками, которые фиксируютоптические свойства пламени. В таких системах фотодатчикиосуществляют регистрацию изменений интенсивности светового потока. В первую очередь фотодатчикиотличаются друг от друга длиной волны, принимаемой от источника излучения. Излучение топлива в процессегорения топлива происходит в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом спектре. Основная часть излучения пламенинаходится в инфракрасной части спектра, и имеет длину волны 0,8 - 800 мкм. Видимое излучениепламени имеет длину волны в диапазоне 0,4-0,8 мкм, ультрафиолетовое излучение- в диапазоне 0,28 - 0,4 мкм (области УФ-А и УФ-В). В соответствии с диапазоном чувствительности фотодатчики делятся на инфракрасные, ультрафиолетовые и датчики светимости[6].
Надежность работы датчика пламени,в том числе и надежность системы защиты от погасания пламени зависят от типа датчика, а также от способа иместа установки [7].При выборе датчиков для снижения вероятности ошибки обнаружения пламени необходимо принимать во внимание все их особенности.
Таким образом, для повышения надежности работы и уменьшения количества остановов котла из-за подачи ошибочного сигнала от датчика пламени необходимо применять несколько датчиков, работающихв разных оптических диапазонах.
Для повышения надежности определения пламени был разработан оптический датчик контроля пламени горелки, входящий в состав комбинированного датчика[8]. В устройстве обработки происходит выделение и усиление переменной составляющей сигнала, возникающего в процессе горения, а также выделение и обработка постоянной составляющей пламени в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.При горении топлива образуются пульсации яркости пламени, которые являются индикатором процесса горения, и преобразуются в электрический сигнал при помощи фотодатчика УФ диапазона.Далее сигнал с него усиливается, нормализуется по амплитуде, и поступает в устройство обработки сигнала. С датчика также выделяется постоянная составляющая сигнала, пропорциональная яркости пламени, которая также поступает в микроконтроллерное устройство обработки сигнала.
Структурная схема устройства обработки сигналов приведена на рис.
Рис. 1 - Структурная схема устройства обработки сигналов Устройство содержит фотодатчик ФД, усилитель-формирователь сигналов фотодатчика УФ1, усилитель-формирователь постоянной составляющей сигнала фотодатчика УФ2, и микроконтроллер МК, сигнал с которого подается на устройство автоматики.
Микроконтроллер формирования как признак наличия и отсутствия пламени в топке котла, так и обеспечивает самодиагностику с выводом состояния датчика на световой индикатор.
Для повышения надежности работы применены режимысамоконтроля прибора по превышению температуры,автоматической и ручной настройки чувствительности датчика и влияния фонового излучения, а также контроля обрыва линий связи и загрязненияоптической системы датчика. Параметры оптическогодатчика:
Коммуникационный протокол..................................... RS-485
Время срабатывания, при появлении/погасании пламенис,
не более................................................................. 0,5/1
Напряжение питания, В.............................................. 12 - 24
Потребляемый ток, А, не более.................................... 0,2
Температура окружающего воздуха, °С.......................... -25 .„+85
Масса, кг, не более................................................... 0,2
Таким образом, сочетание в одном устройстве двух различных методов обработки оптического сигналапозволит обеспечить повышенную надежность определения наличия пламени при сжигании различных видов топливав котельной установке.
Встатьепредставленырезультатыисследований, выполненныхпопрограмме Erasmus+ №573879-EPP-1-2016-1-FREPPKA2-CBHE-JP «Internationalisation of Master Programs in Russia and China in Electrical Engineering».
Использованные источники:
1. Береснев А.Л., Будко А.Ю. Повышение эффективности
теплоэнергетических установок методом контроля горения топлива по сигналу ионного тока. [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4. - Режим
доступа: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1973 (доступ
свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.
2. РД 153-34.1-35.108-2001. Технические условия на выполнение технологических защит и блокировок при использовании мазута и природного газа в котельных установках в соответствии с требованиями взрывобезопасности. - М.: ОРГРЭС. - 2002.
3. Huth, A. Heilos. Fuelflexibilityingasturbinesystems: impactonburnerdesignandperformance // A volume in WoodheadPublishingSeriesinEnergy, Siemens AG Energy, Germany, 2013, P. 635-684.
4. Полтавцев, О.В. Датчики контроля пламени - один из важнейших факторов безопасной работы котельной [Электронный ресурс] / О.В. Полтавцев // Новости теплоснабжения, - 2016. - №12 (196). - Режим доступа :www.rosteplo.ru/nt/196(доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз.рус.
5. Берсенев, И.С. Автоматика отопительных котлов и агрегатов / И.С. Берсенев, М.А. Волков, Ю.С.Давыдов. - М.: Стройиздат, 1979. - 376 с.
6. Приборы контроля пламени, сигнализаторы горения [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.termonika.ru/inf/pribory-kontrolya-plameni-signalizatory-goreniya.shtml(доступ свободный) - Загл. с экрана. -Яз.рус.
7. Луговской, А.И. Контроль за работой печей и факельного хозяйства / А.И. Луговской, С.А. Логинов, Г.Д. Паршин, Е.А. Черняк // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - №5. - С. 50-52.
8. Нефедьев А. И., Коноваленко А. А. Комбинированный датчик контроля пламени // Молодой ученый. — 2018. — №21. — С. 69-71. — URL https://moluch.ru/archive/207/50699/ (дата обращения: 25.12.2018).
