專(zhuān)利名稱(chēng)：用于改進(jìn)的火焰掃描器鑒別的信號(hào)處理技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)火焰掃描器設(shè)備，并更具體而言，涉及這種設(shè)備，其需要區(qū)分、即鑒別來(lái)自在相同燃燒器(burner)中交替燃燒的不同燃料的火焰，或鑒別在燃燒器和相鄰點(diǎn)火器之間的火焰，其中點(diǎn)火器可燃燒相同或不同于主燃燒器的燃料。
背景技術(shù)：
在燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)的燃燒(combustion)系統(tǒng)的工作中火焰掃描器是重要的設(shè)備。為此，火焰掃描器是到通常提供有蒸汽發(fā)電機(jī)的燃燒器管理系統(tǒng)中的主要輸入之一?；鹧鎾呙杵鞯闹饕δ苁潜O(jiān)視在蒸汽發(fā)電機(jī)中的燃燒過(guò)程，并在穩(wěn)定火焰存在時(shí)提供信號(hào)，該信號(hào)給出繼續(xù)將燃料饋給到蒸汽發(fā)電機(jī)的燃燒室中是安全的指示。
在火焰變得不穩(wěn)定或火焰徹底消失的情況下，火焰掃描器設(shè)計(jì)成將火焰消失的信號(hào)提供到燃燒器管理系統(tǒng)。響應(yīng)于火焰消失的信號(hào)，在不安全的操作條件在蒸汽發(fā)電機(jī)內(nèi)發(fā)展之前，燃燒器管理系統(tǒng)關(guān)斷給蒸汽發(fā)電機(jī)的化石燃料。
確定穩(wěn)定火焰是否存在或者火焰是否變得不穩(wěn)定或消失的一個(gè)要求在于，火焰掃描器必須能鑒別在相鄰燃燒器之間或燃燒器或點(diǎn)火器之間或燃燒器中不同燃料之間的火焰?？蓪?duì)相鄰燃燒器之間火焰進(jìn)行鑒別的火焰掃描器的一個(gè)實(shí)例是基于碳化硅光電二極管的火焰掃描器，其在2002年10月29日授權(quán)的共有美國(guó)專(zhuān)利No.6,472,669(“'669專(zhuān)利”)中進(jìn)行了描述。'669專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并與此。
鑒別在不同燃燒器之間或在燃燒器和點(diǎn)火器之間或在燃燒器中不同燃料之間的火焰的常規(guī)是，設(shè)計(jì)一種可檢測(cè)火焰信號(hào)表征(signature)并基于火焰信號(hào)表征動(dòng)作的系統(tǒng)，該火焰信號(hào)表征特定于燃料類(lèi)型或燃燒器/點(diǎn)火器的機(jī)械配置。有若干對(duì)火焰信號(hào)表征有貢獻(xiàn)的因素。實(shí)例為燃料類(lèi)型、燃料與空氣的比率、相對(duì)于火焰點(diǎn)火點(diǎn)的掃描器位置、相對(duì)于掃描器位置的火焰輪廓、火焰掃描器可視角、燃燒器負(fù)載以及鍋爐負(fù)載。所有的這些因素及其它因素組合構(gòu)成了唯一的火焰表征。
火焰鑒別技術(shù)的工藝在于在對(duì)從兩個(gè)火焰源發(fā)出的表征之間的不同進(jìn)行識(shí)別的能力。通常這些不同是微小的并導(dǎo)致邊際(marginal)鑒別性能。由于燃燒器或鍋爐貫穿其操作負(fù)載范圍而進(jìn)行，有時(shí)在火焰源之間的不同具有重疊的特征，使得在一段時(shí)間內(nèi)不可能鑒別。
典型地，由于原始火焰掃描器信號(hào)來(lái)自掃描器頭，其經(jīng)調(diào)節(jié)然后經(jīng)處理以檢測(cè)與掃描器被分配給用來(lái)鑒別的燃料或燃燒器相關(guān)的具體屬性。一旦屬性經(jīng)檢測(cè)，則其與預(yù)定脫扣限制比較，以便識(shí)別為有火焰或無(wú)火焰。理想的是以及時(shí)和一致的方式找到相關(guān)的屬性。典型屬性的實(shí)例包括強(qiáng)度、閃爍頻率以及AC振幅。
根據(jù)本發(fā)明，火焰信號(hào)以并行路徑來(lái)調(diào)節(jié)，允許信號(hào)屬性根據(jù)所分配的程序化脫扣設(shè)定而增強(qiáng)，而同時(shí)抑制交替火焰的屬性。這種調(diào)節(jié)增加了屬性分離，使得檢測(cè)更加可預(yù)測(cè)、及時(shí)和一致。

發(fā)明內(nèi)容
一種在具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的第一火焰和具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的第二火焰之間鑒別火焰的方法。第一和第二火焰通過(guò)單個(gè)火焰掃描器觀察，且所述火焰掃描器產(chǎn)生指示第一和第二火焰的信號(hào)。所述方法
同時(shí)處理所述火焰指示信號(hào)，以增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第一火焰相關(guān)火焰屬性，并增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第二火焰相關(guān)火焰屬性；確定增強(qiáng)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第一火焰相關(guān)火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值；確定所述增強(qiáng)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第二火焰相關(guān)火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值。
一種燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)，其具有用于產(chǎn)生第一火焰的源，所述第一火焰具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性；用于產(chǎn)生第二火焰的源，所述第二火焰具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性；火焰掃描器，用于觀察第一火焰的源和第二火焰的源，并產(chǎn)生指示第一火焰和第二火焰的信號(hào)；裝置，用于同時(shí)處理火焰指示信號(hào)，以增強(qiáng)與第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定數(shù)目的火焰屬性，并增強(qiáng)與第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定數(shù)目的火焰屬性；以及裝置，用于確定增強(qiáng)的與第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定數(shù)目的火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值，以及增強(qiáng)的與第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定數(shù)目的火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)方法的框圖，現(xiàn)有技術(shù)方法鑒別來(lái)自在相同燃燒器中交替燃燒的燃料的火焰或鑒別在燃燒器和相鄰點(diǎn)火器之間的火焰，其中燃燒器可以燃燒與主燃燒器相同或不同的燃料。
圖2示出用于這種火焰鑒別的本發(fā)明途徑的框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，示出傳統(tǒng)即現(xiàn)有技術(shù)方法的電路10的框圖，即當(dāng)需要火焰掃描器設(shè)備來(lái)區(qū)分、即鑒別兩個(gè)源的火焰時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的途徑。兩個(gè)火焰源可以是在相同燃燒器中交替燃燒的不同燃料，或在燃燒器和相鄰點(diǎn)火器之間的火焰，其中點(diǎn)火器可以燃燒相同或不同于主燃燒器的燃料。
如圖1中所示，在電路10中，來(lái)自火焰掃描器12的經(jīng)同樣調(diào)節(jié)和過(guò)濾的信號(hào)被傳遞到具有用于火焰“A”14和火焰“B”16的可編程脫扣點(diǎn)的電路系統(tǒng)(circuitry)。例如，火焰“A”表示燃燒器火焰，火焰“B”表示相鄰點(diǎn)火器火焰。火焰“A”已知為在某些操作條件但非所有操作條件下，產(chǎn)生具有略小于火焰“B”的閃爍頻率的火焰信號(hào)。由于經(jīng)相同調(diào)節(jié)和過(guò)濾的火焰信號(hào)被用于火焰“A”和火焰“B”的脫扣點(diǎn)使用，使得在整個(gè)操作條件范圍上鑒別兩個(gè)火焰是不可能的。
在圖1的電路中，來(lái)自掃描器12的信號(hào)在18經(jīng)調(diào)節(jié)，然后通過(guò)固定濾波器20a和20b過(guò)濾。固定濾波器20a使用二極低通濾波器針對(duì)強(qiáng)度對(duì)調(diào)節(jié)的來(lái)自掃描器12的信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾。該強(qiáng)度過(guò)濾和調(diào)節(jié)的信號(hào)饋給到用于火焰A14的脫扣點(diǎn)和用于火焰B16的脫扣點(diǎn)。固定濾波器20b使用二極低通濾波器針對(duì)頻率對(duì)調(diào)節(jié)的來(lái)自掃描器12的信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾。該頻率過(guò)濾和調(diào)節(jié)的信號(hào)通過(guò)可調(diào)整頻率算法26饋給到用于火焰A14的脫扣點(diǎn)和用于火焰B16的脫扣點(diǎn)。用于火焰A14的脫扣點(diǎn)連接到脫扣繼電器A22，用于火焰B16的脫扣點(diǎn)連接到脫扣繼電器B24。
現(xiàn)在參考圖2，示出用于電路30的框圖，在電路30中，來(lái)自火焰?zhèn)鞲衅?2的原始火焰信號(hào)首先通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)器34調(diào)節(jié)，然后進(jìn)入具有分支38和40的并行網(wǎng)絡(luò)36。分支38具有可編程濾波器42，該可編程濾波器42以一方式處理調(diào)節(jié)的信號(hào)來(lái)增強(qiáng)火焰“A”閃爍頻率，分支40具有可編程濾波器44，該可編程濾波器44以一方式處理調(diào)節(jié)的信號(hào)來(lái)增強(qiáng)火焰“B”閃爍頻率。每個(gè)并行可編程濾波器42、44可編程為以如此方式“特寫(xiě)”原始調(diào)節(jié)的火焰信號(hào)，使得加寬在閃爍頻率“A”和閃爍頻率“B”之間的間隔，由此生成現(xiàn)在在整個(gè)操作條件范圍上可區(qū)分的鑒別信號(hào)。
可編程濾波器42包括針對(duì)強(qiáng)度過(guò)濾調(diào)節(jié)的火焰信號(hào)的數(shù)字濾波器42a，以及與數(shù)字濾波器42a的輸出相連接的可調(diào)整頻率算法42b?？烧{(diào)整的頻率算法42b的輸出連接到脫扣點(diǎn)A 46，其為數(shù)字濾波器42a的一個(gè)輸出?？删幊虨V波器44也包括針對(duì)強(qiáng)度過(guò)濾調(diào)節(jié)的火焰信號(hào)的數(shù)字濾波器44a，以及與數(shù)字濾波器44a的輸出相連的可調(diào)整頻率算法44b?？烧{(diào)整頻率算法44b的輸出連接到脫扣點(diǎn)B48，其為數(shù)字濾波器44a的一個(gè)輸出。
對(duì)于更特定的實(shí)例，考慮其中掃描器必須在油火焰和煤火焰之間鑒別的情形。油火焰正常具有特征上高于煤火焰的閃爍頻率。對(duì)于該實(shí)例煤閃爍頻率比正常的高并接近油閃爍頻率，使得燃料分離困難并且使用圖1的傳統(tǒng)電路10中示出的技術(shù)在整個(gè)操作負(fù)載范圍之上僅邊際可靠，因?yàn)榭烧{(diào)整頻率算法26調(diào)整為增強(qiáng)通常在油火焰中找到的高頻諧波同時(shí)抑制通常在煤火焰中找到的低頻諧波，或增強(qiáng)低頻煤諧波同時(shí)抑制高頻油諧波。
然而，在本發(fā)明的電路30中示出的技術(shù)中，數(shù)字過(guò)濾和調(diào)節(jié)的火焰信號(hào)通過(guò)例如算法42b的可調(diào)整頻率算法，該可調(diào)整頻率算法調(diào)整為增強(qiáng)在油火焰中找到的高頻諧波同時(shí)抑制通常在煤火焰中找到的低頻諧波。以相同的方式，在并行分支38和40的煤側(cè)的可調(diào)整頻率算法，例如44b，增強(qiáng)了低頻煤諧波同時(shí)抑制了高頻油諧波。由此，兩個(gè)產(chǎn)生的煤和油火焰信號(hào)具有被進(jìn)一步分離的產(chǎn)生頻率，使得在整個(gè)燃燒器負(fù)載范圍內(nèi)鑒別兩個(gè)信號(hào)更可肯定。
除了閃爍頻率之外，本發(fā)明可具有用于其他火焰屬性的不同脫扣點(diǎn)，如強(qiáng)度和/或火焰信號(hào)振幅。使用并行可編程濾波器42和44，火焰信號(hào)還可經(jīng)調(diào)節(jié)或成形、即預(yù)處理來(lái)增強(qiáng)單個(gè)火焰屬性。這種過(guò)濾技術(shù)的實(shí)例包括但不限于Fourier分析、box car平均、縮放、帶通、低通或其它過(guò)濾技術(shù)。調(diào)節(jié)算法可如此配置，使得兩個(gè)分離的配置在相同的傳感器數(shù)據(jù)上同時(shí)執(zhí)行。每個(gè)配置用來(lái)增加兩個(gè)火焰之間的不同，并使得更易于檢測(cè)每一個(gè)的出現(xiàn)。
在傳統(tǒng)方法和本發(fā)明中，火焰掃描器10都可實(shí)施為例如在’669專(zhuān)利中所描述的，或可使用于2002年3月12日授權(quán)的共有U.S.專(zhuān)利No.6,356,199(“'199專(zhuān)利”)中所描述的離子火焰監(jiān)視。'199專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并與此。
應(yīng)理解，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述旨在僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行例證，而不是窮盡。在不離開(kāi)所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠?qū)λ_(kāi)的主題內(nèi)容的實(shí)施例進(jìn)行某些添加、刪除和/或修改。
權(quán)利要求
1.一種在具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的第一火焰和具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的第二火焰之間鑒別火焰的方法，所述第一和第二火焰通過(guò)單個(gè)火焰掃描器觀察，且所述火焰掃描器產(chǎn)生指示所述第一和第二火焰的信號(hào)，所述方法包括同時(shí)處理所述火焰指示信號(hào)，以增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第一火焰相關(guān)火焰屬性，并增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第二火焰相關(guān)火焰屬性；確定所述增強(qiáng)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第一火焰相關(guān)火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值；以及確定所述增強(qiáng)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的第二火焰相關(guān)火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括預(yù)處理所述火焰指示信號(hào)，以增強(qiáng)與所述第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括預(yù)處理所述火焰指示信號(hào)，以增強(qiáng)與所述第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述增強(qiáng)的與所述第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性被確定超過(guò)所述相關(guān)預(yù)定閾值時(shí)，操作與所述第一火焰相關(guān)的脫扣繼電器。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述增強(qiáng)的與所述第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性被確定超過(guò)所述相關(guān)預(yù)定閾值時(shí)，操作與所述第二火焰相關(guān)的脫扣繼電器。
6.一種燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)，包括用于產(chǎn)生第一火焰的源，所述第一火焰具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性；用于產(chǎn)生第二火焰的源，所述第二火焰具有預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性；火焰掃描器，用于觀察所述第一火焰的源和所述第二火焰的源，并產(chǎn)生指示所述第一火焰和所述第二火焰的信號(hào)；裝置，用于同時(shí)處理所述火焰掃描器信號(hào)，以增強(qiáng)與所述第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性，并增強(qiáng)與所述第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性；以及裝置，用于確定所述增強(qiáng)的與所述第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值，以及所述增強(qiáng)的與第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的火焰屬性何時(shí)超過(guò)相關(guān)預(yù)定閾值。
7.權(quán)利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)，其中用于同時(shí)處理所述火焰指示信號(hào)的所述裝置包括用于預(yù)處理所述火焰指示信號(hào)以增強(qiáng)所述第一火焰的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的裝置。
8.權(quán)利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)，其中用于同時(shí)處理所述火焰指示信號(hào)的所述裝置包括用于預(yù)處理所述火焰指示信號(hào)以增強(qiáng)所述第二火焰的一個(gè)或多個(gè)所述預(yù)定數(shù)目的相關(guān)火焰屬性的裝置。
9.權(quán)利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步包括與所述第一火焰的所述源相關(guān)的脫扣繼電器和與所述第二火焰的所述源相關(guān)的脫扣繼電器。
全文摘要
一種信號(hào)處理技術(shù)，其使得當(dāng)?shù)谝缓偷诙鹧嫘盘?hào)都通過(guò)相同的火焰掃描器來(lái)觀察時(shí)，來(lái)自第一火焰源的火焰信號(hào)和來(lái)自第二火焰源的火焰信號(hào)可以彼此鑒別。來(lái)自火焰掃描器的信號(hào)經(jīng)處理以增強(qiáng)與第一火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)屬性，所述信號(hào)同時(shí)經(jīng)處理以增強(qiáng)與第二火焰相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)屬性。
文檔編號(hào)F23N5/08GK1894543SQ200480036970
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者保羅·查斯, 詹姆斯·尼齊奧萊克, 特里·格雷森, 格雷戈里·羅薩諾 申請(qǐng)人:Abb公司