[发明专利]火焰扫描装置和它的操作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于监测火焰的火焰扫描装置的领域。它具体涉及对应装置，其包括用于采集火焰辐射并且将它传送到检测元件的辐射采集和传送元件、用于检测辐射和转换成电信号的火焰传感元件以及用于转换电信号成火焰参数的评估单元。它此外涉及用于操作这样的装置的方法和这样的装置的用途。

背景技术

对燃烧控制的应用存在增加的兴趣。目的是最优化燃烧器工作，监测过程并且避免火焰的不稳定性和它们的严重后果。目的是提高系统性能(例如通过降低有害排放物的水平)，并且通过减小由共振模式和燃烧之间的耦合引起的振荡来扩展稳定域。相应地，除监测燃烧产物和它们的成分外，通过传感器监测火焰变得日益重要。

对应的火焰检测或火焰扫描装置应该尽可能可靠，应该允许确定火焰的尽可能多的参数，它们应该尽可能地可广泛应用，并且它们应该对火焰附近的典型温度是有耐受能力的。所有这些要求在原则上可能可以使用标准技术满足，主要问题大体上是，检测方法技术上越复杂，以及选择的技术越可靠，则装置越昂贵。相应地，因此，对低成本的简单但仍然非常灵敏、可广泛应用并且可靠的装置有强烈的需求。

火焰扫描器或火焰检测器通常是无源装置，其记录燃烧室内的光发射，像对于给定温度遵循普朗克定律的粒子IR发射、在放热过程期间存在的像OH^*、CH^*、C₂^*等不同的分子物种的发射。

其他装置通过应用吸收光谱记录IR中分子的存在。它们需要光源、色散元件和IR检测器。这些装置是有源的，因为它们需要光源。

主火焰扫描器给出火焰亮/灭状态或最后火焰波动的频率。

更先进的传感器可给出下列信息：

·像λ或(空气/燃料或燃料/空气比)的火焰参数检测；OH/CH、CH/CN、OH/C₂、C₂/CH比给出关于温度或化学计量的信息；

·通过用2或3色高温计测量的、通过对MIR和NIR(可调谐激光器)范围中的H₂O&CO(CO₂)吸收的测量的温度；

·成像：CMOS、CCD照相机多频带检测、火焰亮/灭检测；

·UV和IR测量(UV、OH、CH、C₂化学发光；煤烟粒子的VIS/IR普朗克辐射)；

·UV/IR检测和放热波动阈值方法(高或低频率变化)。

工业上可以使用的对应装置在技术发展水平中是已知的。

因此例如EP0616200公开一种其中给火焰拍照的照相机包括多个光电传感器的装置，该光电传感器集成进入照相机并且设置在其成像面上。该照相机提供可以显示的火焰图像并且该对应的图像被分析用于导出火焰的燃烧性质。该光电传感器构成光电传感器组，其中光电传感器中的每个具有检测波长范围，并且其中该传感器组覆盖完整的连续可见辐射范围。该光电传感器值用于像例如CH、OH等自由基的检测，这些自由基的化学发光可以在可见范围中检测到。该装置背后的目的是具有结合的照相机/光谱检测装置，其中前者允许火焰形状检测等，而后者覆盖完整可见波长范围的检测。

US6,045,353公开一种设备和它的使用以控制喷嘴(burner)的燃烧。该装置包括用于观察由火焰发射的辐射从而采集作为时间函数的火焰辐射强度数据的工具。该辐射输送到光学处理器，其中辐射的特定光谱区然后转换成电信号，其然后由信号处理器处理用于对特定光谱区的火焰辐射强度求时间的积分。这个的输出随后用于控制氧化剂流、燃料流或两者。具体地，该装置位于喷嘴的耐火垫中。

US6,318,891公开一种用于确定火焰的绝热温度的装置。该装置包括耦合进入光谱仪的传感器纤维。在该光谱仪中，对各个自由基高分辨率地采集可调节的光谱段。该光谱仪从而包括色散元件并且选择的范围随后与理论上计算的发射光谱结合用于确定玻尔兹曼温度，其因此与火焰的绝热温度相关。

更另外的装置从WO2006/091617知晓。在该装置中火焰通过由光电二极管测量的多个离散范围来横跨连续光谱被监测。分束器(在该情况下色散元件)用于将采集的光引导到覆盖该连续光谱的许多光电二极管中的每个上。完全覆盖的对应的光谱范围从300nm-1100nm延伸。

发明内容

因此本发明的目的中的一个是提供具有高灵敏度和可靠性的新火焰扫描器，并且其优选结合火焰亮/灭状态并且同时表征火焰(化学计量和/或温度)。