Оптодатчики пламени для котлов

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. 1.

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, ºС …………………….. -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».