[发明专利]火焰的监视方法和装置

说明书

本发明涉及到火焰的监视方法和装置。在下文中仅仅是用举例的方式来描述的包括本发明的火焰监视装置可以被用来监视在锅炉，熔炉或是其他燃烧设备中燃烧的碳氢化合物燃料的火焰，从中确定火焰的特性，并且能提供关于燃烧过程的化学计量信息。因此，这种装置在应用中能够被用来改善燃烧效率并且减少污染物质的产生。

按照本发明所提供的用来监视碳氢化合物火焰的装置包括第一检测装置，它响应火焰中发射的第一波长的电磁辐射，该波长对应着火焰燃烧区域内仅仅是短时出现的一种过渡形式，从中产生第一检测信号，第二检测装置，它响应火焰中发射的第二波长的电磁辐射，该波长对应着燃烧区域内的一种非过渡形式，从中产生第二检测信号，以及一个比较装置，它响应第一和第二检测信号而产生一个比较信号，并且输出对比较信号的响应，根据火焰中的空气/燃料比产生一个输出信号。

本发明还提供了一种用来监视碳氢化合物火焰的方法，它包括以下的步骤：检测火焰中发射的第一波长的电磁辐射，该波长对应着火焰燃烧区域内仅仅是短时出现的一种过渡形式，从中产生第一检测信号，检测火焰中发射的第二波长的电磁辐射，该波长对应着燃烧区域内的一种非过渡形式，从中产生第二检测信号，比较第一和第二检测信号，产生一个比较信号，以及响应这一比较信号，根据火焰中的空气/燃料比产生一个输出信号。

以下要参照附图用举例的方式来解释本发明的火焰监视方法和装置，在附图中：

图1是一种装置的框图；以及

图2-8是用来解释图1所示装置工作方式的一些曲线图。

如图1所示的装置包括多个电磁辐射传感器。如下文中具体的说明，至少有两个传感器，也可以有三个以上的传感器。为了便于说明，图1中表示了三个传感器6，8和10。每个传感器配有一个窄带滤波器，使其仅仅响应特定频带内的一个窄范围的波长。在下文中还要具体讨论波长和频带的问题。将传感器安装在锅炉，熔炉或是其它燃烧设备的内部或是上面可以看到需要监视的燃烧的碳氢化合物燃料火焰的位置上。根据在各自的窄波长范围内检测到的辐射，来自每个传感器的信号在各自的一个信号调节装置12，14和16中经过放大和频带限制后提供给各自的模-数转换器18，19和20。将线路21，22和23上得到的数字化检测信号提供给一个中央处理器24。CPU24连接着一个存储器26。CPU按照下文中所述的方式来处理数据，并且提供关于燃烧过程的理想配比信息。在线路28上得到的输出被提供给一个输出装置30。装置30可以在线路32上产生一个输出，自动地控制用34表示的阀门的位置，通过阀门来调整熔炉中的燃料/空气比，从而获得理想的空气/燃料比。在这里可以调节理想配比比例，调节到最高效率，或者是调节到预定量的过量空气，从而减少污染物质。

另外，输出装置30可以在线路36上产生一个输出，用来在适当的显示器上指示出火焰监视过程的结果，以及/或是将信息发送给远距离的位置。

按照下文中将要说明的一种优化的装置，传感器6可以响应以2.96μm为中心的一个窄波长带内的辐射，传感器8可以响应以3.35μm为中心的一个窄波长带内的辐射，而传感器10可以响应以310nm为中心的一个窄波长带内的辐射。按照这种配置，传感器6和8可以是铅硒传感器，而传感器10可以是一种硅传感器。

以下要详细解释装置的工作方式。

碳氢化合物火焰的发射光谱中包含各种发射尖峰，举例如下：

(a)以3.35μm为中心的与火焰中的热碳氢化合物燃料有关的尖峰；

(b)与火焰中的燃烧产物有关的尖峰，例如H₂O的尖峰是以927nm，1.45μm和2.9μm为中心，而CO₂是以4.5μm为中心；以及

(c)与燃烧区域内仅仅是短时存在的某种过渡形式有关的尖峰，例如以310nm为中心的对应着OH的尖峰，以431nm为中心的对应着CH的尖峰，以及以517nm为中心的对应着C₂的尖峰。

在本发明中发现，过渡形式所产生的发射频谱与燃料和燃烧产物所产生的发射频谱存在明显的差别，并且这些差别是随着燃烧过程的理想配比方法而变化的。