DE1551987A1

DE1551987A1 - Device for flame monitoring

Info

Publication number: DE1551987A1
Application number: DE19671551987
Authority: DE
Inventors: Stoll Dr-Ing Alfred; Ramsauer Dipl-Phys Herbert; Plate Dipl-Ing Klaus; Haack Dipl-Ing Paul
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-10-04
Filing date: 1967-10-04
Publication date: 1970-07-23

Description

Einrichtung zur Flammenüberwachung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Überwachung von Flammen in Feuerräumen von Dampfkesseln, in Gasturbinen-Brennkammern und ähnlichen Anlagen, in denen bei Erlöschen der Flamme die Brennstoffzufuhr zu unterbinden ist.Flame Monitoring Device The invention relates to a device for monitoring flames in combustion chambers of steam boilers, in Gas turbine combustion chambers and similar systems in which the flame is extinguished the fuel supply is to be cut off.

Als Flammenwächter hat man bei derartigen Feuerungen meist photoelektrische Anoranungen verwendet, deren Betriebssicherheit aber nicht immer befriedigt. Man muhte daher ,öfters mit Störungen rechnen wegen der Unsicherheit der einwandfreien Unterscheidung zwischen einer brennenden und einer nicht brennenden Plainr,e. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die sich durch eine hohe Betriebsoicherheit auszeichnet. Der Erfindung liegen dabei Üoerlegungen zugrunde, dati eine Beeinflussung der Überwachungseinrichtung durch Schmutz oder Lichtschwankungen auszuschalten ist. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Einrichtung zur Überwachung der Flamme in den geschilderte:; Anlagen die Anderung physikalischer Eigenschaften von innerhalb oder in der Nähe der Flamme befindlichen Werk::toffen zur Stcuerun-r der Brennstoffzufuhr herangezogen wird. `Denn bci Erlöschen einer zuvor brennenden Plairrie eine eindeutige jinderun-; der ohysikali- scren Ei-enschafteri eines entsprecnenden Fühlers eintritt, kann eine mittelbare oder unmittelbare Betütigung einer geeigneten Armatur in der Brennstoffzuführung br:werkstelligt werden. In b,isonders öUnsti g er ,leise karr. als Absperror@;ün für die yrenristoffzuiuhr ein i#lagnetver.til vervrendet werden. Auf diese Weise lassen sich Heizöl oder andere flusulgv Brennstoffe ebenso wie auch gasförmige Brennstoffe steuern. i Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die Zufuhr .f'esi.-er Brennstoffe, wie z.B. Kohlenstaub, zu untcrbincleri, insb:.2son#-;:i'e wenn Kohle-'ilasser-Suspensionen verwendet werden. Der Fühler kann beispielswei;;e roter- oder sein, wobei die Anderung seiner physikalischen Eigenschaften jauch durch die. d')'ärmedehnung oder eine andere thermische Deformation bedingt sein kann. Darüber hinaus kann auch die Änderung des elektrischen Widerstandes bzw. die :indc:rung des magnetischen Flusses zur Signalgabe heranezogen werden. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, zur Signalgabe die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften .zweier vorschiedcsner 0;-"Laterialien durch Vergleich initeinarider heranzuziehen. Als physikalische Eigenschaft kann dabei eine thermische Verformung bzw. die daraus resultierende Kraft eine;; metallischen, keraiaischen oder mineralischer. Werkstoffes verwendet werden. Als physikalische Eigenschaft läßt sich auch .in diesem i@all die elektrische Widerstandsänderung von :ae!.allisch leitenden oder halbleitenden Materialien verwenden. Ge,@ebenenialls kann auch hier die Änderung des magnatiaci:en Flusses in einer.; ferromagnetischcn Material ausgenutzt werden,. Dabei :=in es von Vorteil sei::, bei Änderung des Magnetischen Flusses vor- zuf@sweise in der Nihe des Curiepunktes die Signalgabe vor- zus enen. Mit der Beneizun-; des Fühlers durch die F l--,=e kann auci, eine Kühlung einhergehen, wobei ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel einerseits eine Begrenzung unterhalb eines höchsten vorgegebenen Temperaturwertes und andererseits eine Kühlung bewirkt, die bei Erlöschen der Fla=e die Sicherheit der dabe erhöht. Die Kühlung erlaubt daoei rillgen;ein eine @ib- senkeng der Fühlertemperatur und damit die Verwendung von Materialien, die ohne Kühlung im Flammenbereich unzulässig heiß würden. Als Kühlmittel kann dabei ein bei Brennern ohnehin vorhandener Verbrennungaluftetrom herangezogen oder mit herangezogen werden.Photoelectric arrangements have mostly been used as flame monitors in such furnaces, but their operational reliability is not always satisfactory. One therefore had to reckon with disturbances more often because of the uncertainty of the proper distinction between a burning and a non-burning plain, e. The invention is based on the object of creating a device which is characterized by a high level of operational reliability. The invention is based on considerations that any influence on the monitoring device by dirt or light fluctuations is to be eliminated. The invention consists in that in a device for Monitoring the flame in the portrayed :; Plants the Change of physical properties from within or in the The material in the vicinity of the flame to the control unit Fuel supply is used. `Because bci going out one previously burning plairrie a definite junior; the ohysikali- scren egg-enschafteri of a corresponding sensor enters, can be an indirect or direct operation of a suitable fitting in the fuel supply br: factory-made will. In b, is particularly public, quietly barren. as shut-off @; ün an i # magnetver.til can be used for the yrenristoff feed. In this way, heating oil or other flusulgv Control fuels as well as gaseous fuels. i In addition, it is also possible to use the .f'esi.-er Fuels, such as coal dust, to untcrbincleri, especially: .2son # - ;: i'e when coal-water suspensions are used. The sensor can for example ;; e red or be, the change of its physical properties by the jauch. d ')' can be due to thermal expansion or some other thermal deformation. In addition, the change in electrical resistance or the induction of the magnetic flux can also be used for signaling. Within the scope of the invention, it is possible to use the different physical properties of two different materials for signaling by comparing their initial values. The physical property can be a thermal deformation or the force resulting therefrom, a metallic, ceramic or mineral. Material are used. In this i @ all the change in electrical resistance of: ae! .allisch conductive or use semiconducting materials. Ge, @ Ebenenialls can also here the change of the magnatiaci: en flow in one .; ferromagnetic material are used. Where: = in es The following is advantageous: when changing the magnetic flux, the signaling is randomly set near the Curie point. to enen. With the sympathy; of the feeler through the F l -, = e can auci, a Cooling go hand in hand, being a gaseous or liquid Coolant on the one hand a limit below a maximum predetermined temperature value and on the other hand a cooling causes the security of the when the fla = e goes out dabe increased. The cooling allows rillgen; an a @ ib- lowering the sensor temperature and thus the use of materials that would become impermissibly hot without cooling in the flame area. A combustion air stream, which is already present in the case of burners, can be used as the coolant or can also be used.

An Band der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren. zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, achemati= scher Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention will be explained in more detail on the basis of the drawing. the Characters. show exemplary embodiments in their essential parts for the invention in a greatly simplified, achematic representation. Same or corresponding Parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Figur 1 zeigt zunächst die prinzipielle Wirkungsweise der Erfin-dung. Ein Magnetventil 1 üblicher Bauart steuert den Zufluß des Brennstoffes zum Brenner 2, wobei von einem Vorratsgefäß 3 aus eine Zeitung 4 zum Magnetventil 1 führt, an das wiederum die Leitung 5 zum Brenner 2 angeschlossen ist. Unter geeigneter Luftzufuhr erfolgt die Verbrennung hinter der Düse 7 mit der Flamme 8 in dem Verbrennungsraum 9.FIG. 1 initially shows the principle of operation of the invention . A solenoid valve 1 of conventional design controls the flow of fuel to the burner 2, a newspaper 4 leading from a storage vessel 3 to the solenoid valve 1, to which the line 5 to the burner 2 is in turn connected. With a suitable air supply, the combustion takes place behind the nozzle 7 with the flame 8 in the combustion chamber 9.

Es wird nun erfindungsgemäß die Xnderung physikalischer Eigenschaften von in der Nähe der Flamme oder innerhalb derselben befindlichen Werkstoffen zur Steuerung der Brennstoffzufuhr herangezogen. Die entsprechende Einrichtung ist mit 10 bezeichnet und trägt elektrische Anschlüsse 11 und 12, die über die Leitungen 13, 15 und 17 mit einer Spannungsquelle 14 und der. Magnetspule 16 des Magnetventils 1 mit den elektrischen Anschlüssen 13 und 19 in Verbindung stehen. Beize Erlöschen der 'Flamme erfolgt in diesem Stromkreis eine Änderung des Stromes und die Spule 16 des Magnetventiles 1 wird erregt oder entregt, sodaß das Ventil schließt und damit die Brennbtoffzufuhr absperrt.---Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt. die Signalgabe durch thermische Verformung eines Bimetallstreifens mit Materialien 23 und 24 unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizientens. Die Einrichtung.22 ist dabei mit Kontakten 20 und 21 ausgerüstet, die den Stromkreis schließen baw. öffnen.According to the invention, the change in physical properties of materials located in the vicinity of the flame or within the same is used to control the fuel supply. The corresponding device is denoted by 10 and carries electrical connections 11 and 12, which via lines 13, 15 and 17 to a voltage source 14 and the. Solenoid 16 of the solenoid valve 1 are connected to the electrical connections 13 and 19. When the flame goes out, there is a change in the current in this circuit and the coil 16 of the solenoid valve 1 is energized or de-energized so that the valve closes and thus shuts off the fuel supply. the signaling by thermal deformation of a bimetal strip with materials 23 and 24 different thermal expansion coefficients. The device 22 is equipped with contacts 20 and 21, which close the circuit baw. to open.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Signalgabe die Widerstandsänderung eines Widerstandsdrahtes 30 ausgenützt, der aus einem Material mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten besteht. Der Draht 30 ist mit seinem Widerstand als Brückenzweig einer aus drei weiteren Widerständen 40, 41 und 42 gebildeten Brückenschaltung 31 einbezogen und an die Anschlußklemmen 32 und 33 dieser Brücke gelegt. Mit 37 ist die Betriebsstromquelle dieser Brückenschaltung bezeichnet. Eine derartige Brücke zeichnet sich durch eine außerordentlich empfindliche Signalgabe aus, wobei das Ausgangssignal durch einen geeigneten Verstärker 34 verstärkt auf die Klemmen 18 und 19 der Erregerspule 16 des Magnetventils 1 gegeben wird.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, signaling is used exploited the change in resistance of a resistance wire 30 made of a material with a positive or negative temperature coefficient. The wire 30 is with its resistance as a bridge branch one of three further resistors 40, 41 and 42 formed bridge circuit 31 included and to the terminals 32 and 33 laid this bridge. At 37 is the operating power source of this bridge circuit designated. Such a bridge is characterized by an extremely sensitive one Signal output, the output signal being amplified by a suitable amplifier 34 is applied to the terminals 18 and 19 of the excitation coil 16 of the solenoid valve 1.

Um die Empfindlichkeit der Anordnung weiter zu-steigern, wird hier.nooh von einer Kühlung des Widerstandsdrahtes 30 Gebrauch gemacht. Über einen Wärmetauscher 71 gelangt ein entsprechendes Kühlmittel durch die Zeitung 72 zu der den Widerstandsdraht 30 umgebenden Kühlspirale 70, um dann über die Zeitung 73 zum Wärmetauscher 71 zur Rückkühlung zu gelangen.' Der in Figur 3 mit 30 bezeichnete Widerstandsdraht kann gemäß .dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Thermistor 45 gebildet werden. Ein solcher Thermistor hat bekanntlich einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes. Die Brückenschaltung läßt sich so bemessen, daß die Brücke abgeglichen ist so lange die Flamme 8 brennt. Beim Erlöschen der-Flamme wird das Brückengleichgewicht stark gestört, sodaß ein entsprechendes Signal zum Verstärker gelangt. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung veranschaulicht, bei der Änderungen des magnetischen Flusses in ferromagnetischen Materialien zur Signalgabe herangezogen werden. Der Fühler 66 enthält dabei einen Dauermagneten 68 mit einer Auenehmung 63, in der sich Kontakte 64, 65 mit dem AnschluB 12 befinden, während der Anachluß 11 am Fühler 66 liegt und das Gehäuse 67 durchdringt. Der Fühler 66 befindet sich in der Nähe der_Flamme 8 und ist fest im Gehäuse 67 angebracht, während der Magnet 68 innerhalb des Gehäuses zu gleiten vermag. Solange die Temperatur des Fühlers 66 noch unterhalb des Curie-, punkten liegt, durchsetzt ihn der Magnetfluß des Dauermagneten 68 und der Magnet 68 nimmt eine Zage ein, bei der die Kontakte 64 und 65 geschlossen sind. Bei Vorhandensein der Flamme 8 ist jedoch der Guriepunkt überschritten und der Magnet wird durch Schwerkraft oder eine Federkraft in die gezeichnete Zage gebracht. Die Kontakte 64 und 65 sind dann offen. Erst beim Erlöschen--der Flamme bewegt sich der Dauermagnet' 68 nach oben und schließt die Kontakte zur Signalgabe. In order to further increase the sensitivity of the arrangement, use is made here of no cooling of the resistance wire 30. A corresponding coolant passes through the newspaper 72 via a heat exchanger 71 to the cooling spiral 70 surrounding the resistance wire 30, in order to then pass through the newspaper 73 to the heat exchanger 71 for recooling. The resistance wire designated by 30 in FIG. 3 can be formed by a thermistor 45 in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. Such a thermistor is known to have a high negative temperature coefficient of resistance. The bridge circuit can be dimensioned so that the bridge is balanced as long as the flame 8 is burning. When the flame is extinguished, the bridge equilibrium is severely disturbed, so that a corresponding signal is sent to the amplifier. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, a device is illustrated in which changes in the magnetic flux in ferromagnetic materials are used for signaling. The sensor 66 contains a permanent magnet 68 with a recess 63 in which there are contacts 64, 65 with the connection 12, while the connection 11 lies on the sensor 66 and penetrates the housing 67. The sensor 66 is located in the vicinity of the flame 8 and is firmly attached in the housing 67, while the magnet 68 is able to slide within the housing. As long as the temperature of the sensor 66 is still below the Curie point, the magnetic flux of the permanent magnet 68 penetrates it and the magnet 68 assumes a state in which the contacts 64 and 65 are closed. In the presence of the flame 8, however, the Gurie point is exceeded and the magnet is brought into the drawn frame by gravity or a spring force. The contacts 64 and 65 are then open. Only when it goes out - the flame does the permanent magnet '68 move upwards and close the contacts for signaling.

Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die thermische Ausdehnung eines Metallstreifens 83 ausgenutzt, von dem das eine Ende über das Befestigungsstück 84 festgehalten ist. Das andere Ende 86 bewegt sich je nach Wärmedehnung zum Kontaktstück der Zuleitung 11 hin oder von diesem hinweg. Die Zuleitungen 11 und 12 sind an der Isolierplatte 85 befestigt. Vom Brenner 80 wird ein Teil der Verbrennungsluft über die Leitung 81 abgeführt, deren Ende düsenartig ausgestaltet ist. Auf diese Weise streicht ein Kühlluftstrahl 82 in den Bereich der Kontaktanordnung. renn jetzt dis Flamme erlischt, so wird nicht nur der Metallstreifen 83 nicht mehr aufgeheizt, sondern darüber hinaus noch durch den Kühlluftstrue 82 gekühlt, sodaß schneller und wirksamer eine Signalgabe zur Absperrung der Brennstoffzufuhr erfolgt. In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, the thermal expansion of a metal strip 83 is used, one end of which is held by the fastening piece 84. The other end 86 moves towards the contact piece of the supply line 11 or away from it, depending on the thermal expansion. The leads 11 and 12 are attached to the insulating plate 85. By the burner 80 a part of the combustion air is discharged via the line 81 whose end is designed like a nozzle. In this way, a jet of cooling air 82 sweeps into the area of the contact arrangement. If the flame now goes out, not only is the metal strip 83 no longer heated, but also cooled by the cooling air structure 82, so that a signal to shut off the fuel supply occurs more quickly and more effectively.

Claims

Patentan;: prüche

1 @ \ Device for extinguishing flames. in fireplaces of `Steam boilers, in @ gas turbine: 6 combustion chambers and the like Systems in which, when the flame goes out, the fuel supply is to be prevented, characterized in that the change, physical properties of nearby the flame or materials within it is used to control the fuel supply .. 2. Device according to claim 1, characterized in that for signaling, different physical properties two different materials by bleaching with each other be lierzoj; en. -. 3. Device n = after objection 1 or 2, characterized in that that thermal deformation or the resulting Power of a metallic, ceramic or mineral Merkstoffes serve for signaling. 4. Device according to claim 1 to 3, characterized. marked, that electrical, resistance changes run metallic :: conductive or semiconducting, Verkstoffe zur äi @; nalgabe-lieranf, ezoger. are. 5. y device according to uns claim 1 to 4, characterized in; e denotes, that dinderun "; en of the magnetic rlus; e @: in ferroxmagnetic for materials -only signaling her.n_ezo.; en are. 6. Device according to claim 5, characterized in that that the signaling when the magnetic flux changes especially in the vicinity of the Curie point.

'. Device according to Claims 1 to 6, characterized in that da l3 gaseous or liquid coolant in the way. . - @ z, are given that a limitation and / or 'gain .the signal occurs through the cooling. . Device according to all claims 1 to 7, characterized in that that the feeler and its connected with theirs Share by a liquid or gaseous cooling stream. on a specified maximum permissible Temperature are maintained temperature, the is much lower than the flame temperature. 9. Device according to claim 7 or 8, characterized in -_ that combustion air for the flame is supplied as a coolant pulled or pulled in. .