專利名稱：用于改進的火焰掃描器鑒別的信號處理技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)火焰掃描器設備，并更具體而言，涉及這種設備，其需要區(qū)分、即鑒別來自在相同燃燒器(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火器之間的火焰，其中點火器可燃燒相同或不同于主燃燒器的燃料。
背景技術：
在燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機的燃燒(combustion)系統(tǒng)的工作中火焰掃描器是重要的設備。為此，火焰掃描器是到通常提供有蒸汽發(fā)電機的燃燒器管理系統(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)電機中的燃燒過程，并在穩(wěn)定火焰存在時提供信號，該信號給出繼續(xù)將燃料饋給到蒸汽發(fā)電機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，火焰掃描器設計成將火焰消失的信號提供到燃燒器管理系統(tǒng)。響應于火焰消失的信號，在不安全的操作條件在蒸汽發(fā)電機內發(fā)展之前，燃燒器管理系統(tǒng)關斷給蒸汽發(fā)電機的化石燃料。
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火器之間或燃燒器中不同燃料之間的火焰?？蓪ο噜徣紵髦g火焰進行鑒別的火焰掃描器的一個實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日授權的共有美國專利No.6,472,669(“'669專利”)中進行了描述。'669專利的公開內容通過引用合并與此。
鑒別在不同燃燒器之間或在燃燒器和點火器之間或在燃燒器中不同燃料之間的火焰的常規(guī)是，設計一種可檢測火焰信號表征(signature)并基于火焰信號表征動作的系統(tǒng)，該火焰信號表征特定于燃料類型或燃燒器/點火器的機械配置。有若干對火焰信號表征有貢獻的因素。實例為燃料類型、燃料與空氣的比率、相對于火焰點火點的掃描器位置、相對于掃描器位置的火焰輪廓、火焰掃描器可視角、燃燒器負載以及鍋爐負載。所有的這些因素及其它因素組合構成了唯一的火焰表征。
火焰鑒別技術的工藝在于在對從兩個火焰源發(fā)出的表征之間的不同進行識別的能力。通常這些不同是微小的并導致邊際(marginal)鑒別性能。由于燃燒器或鍋爐貫穿其操作負載范圍而進行，有時在火焰源之間的不同具有重疊的特征，使得在一段時間內不可能鑒別。
典型地，由于原始火焰掃描器信號來自掃描器頭，其經(jīng)調節(jié)然后經(jīng)處理以檢測與掃描器被分配給用來鑒別的燃料或燃燒器相關的具體屬性。一旦屬性經(jīng)檢測，則其與預定脫扣限制比較，以便識別為有火焰或無火焰。理想的是以及時和一致的方式找到相關的屬性。典型屬性的實例包括強度、閃爍頻率以及AC振幅。
根據(jù)本發(fā)明，火焰信號以并行路徑來調節(jié)，允許信號屬性根據(jù)所分配的程序化脫扣設定而增強，而同時抑制交替火焰的屬性。這種調節(jié)增加了屬性分離，使得檢測更加可預測、及時和一致。

發(fā)明內容
一種在具有預定數(shù)目的相關火焰屬性的第一火焰和具有預定數(shù)目的相關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單個火焰掃描器觀察，且所述火焰掃描器產(chǎn)生指示第一和第二火焰的信號。所述方法
同時處理所述火焰指示信號，以增強一個或多個所述預定數(shù)目的第一火焰相關火焰屬性，并增強一個或多個所述預定數(shù)目的第二火焰相關火焰屬性；確定增強的一個或多個所述預定數(shù)目的第一火焰相關火焰屬性何時超過相關預定閾值；確定所述增強的一個或多個所述預定數(shù)目的第二火焰相關火焰屬性何時超過相關預定閾值。
一種燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機，其具有用于產(chǎn)生第一火焰的源，所述第一火焰具有預定數(shù)目的相關火焰屬性；用于產(chǎn)生第二火焰的源，所述第二火焰具有預定數(shù)目的相關火焰屬性；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；裝置，用于同時處理火焰指示信號，以增強與第一火焰相關的一個或多個預定數(shù)目的火焰屬性，并增強與第二火焰相關的一個或多個預定數(shù)目的火焰屬性；以及裝置，用于確定增強的與第一火焰相關的一個或多個預定數(shù)目的火焰屬性何時超過相關預定閾值，以及增強的與第二火焰相關的一個或多個預定數(shù)目的火焰屬性何時超過相關預定閾值。


圖1示出現(xiàn)有技術方法的框圖，現(xiàn)有技術方法鑒別來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。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，示出傳統(tǒng)即現(xiàn)有技術方法的電路10的框圖，即當需要火焰掃描器設備來區(qū)分、即鑒別兩個源的火焰時，現(xiàn)有技術的途徑。兩個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火器之間的火焰，其中點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，來自火焰掃描器12的經(jīng)同樣調節(jié)和過濾的信號被傳遞到具有用于火焰“A”14和火焰“B”16的可編程脫扣點的電路系統(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。由于經(jīng)相同調節(jié)和過濾的火焰信號被用于火焰“A”和火焰“B”的脫扣點使用，使得在整個操作條件范圍上鑒別兩個火焰是不可能的。
在圖1的電路中，來自掃描器12的信號在18經(jīng)調節(jié)，然后通過固定濾波器20a和20b過濾。固定濾波器20a使用二極低通濾波器針對強度對調節(jié)的來自掃描器12的信號進行過濾。該強度過濾和調節(jié)的信號饋給到用于火焰A14的脫扣點和用于火焰B16的脫扣點。固定濾波器20b使用二極低通濾波器針對頻率對調節(jié)的來自掃描器12的信號進行過濾。該頻率過濾和調節(jié)的信號通過可調整頻率算法26饋給到用于火焰A14的脫扣點和用于火焰B16的脫扣點。用于火焰A14的脫扣點連接到脫扣繼電器A22，用于火焰B16的脫扣點連接到脫扣繼電器B24。
現(xiàn)在參考圖2，示出用于電路30的框圖，在電路30中，來自火焰?zhèn)鞲衅?2的原始火焰信號首先通過信號調節(jié)器34調節(jié)，然后進入具有分支38和40的并行網(wǎng)絡36。分支38具有可編程濾波器42，該可編程濾波器42以一方式處理調節(jié)的信號來增強火焰“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以一方式處理調節(jié)的信號來增強火焰“B”閃爍頻率。每個并行可編程濾波器42、44可編程為以如此方式“特寫”原始調節(jié)的火焰信號，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)在在整個操作條件范圍上可區(qū)分的鑒別信號。
可編程濾波器42包括針對強度過濾調節(jié)的火焰信號的數(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整頻率算法42b?？烧{整的頻率算法42b的輸出連接到脫扣點A 46，其為數(shù)字濾波器42a的一個輸出。可編程濾波器44也包括針對強度過濾調節(jié)的火焰信號的數(shù)字濾波器44a，以及與數(shù)字濾波器44a的輸出相連的可調整頻率算法44b。可調整頻率算法44b的輸出連接到脫扣點B48，其為數(shù)字濾波器44a的一個輸出。
對于更特定的實例，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。對于該實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中示出的技術在整個操作負載范圍之上僅邊際可靠，因為可調整頻率算法26調整為增強通常在油火焰中找到的高頻諧波同時抑制通常在煤火焰中找到的低頻諧波，或增強低頻煤諧波同時抑制高頻油諧波。
然而，在本發(fā)明的電路30中示出的技術中，數(shù)字過濾和調節(jié)的火焰信號通過例如算法42b的可調整頻率算法，該可調整頻率算法調整為增強在油火焰中找到的高頻諧波同時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的煤側的可調整頻率算法，例如44b，增強了低頻煤諧波同時抑制了高頻油諧波。由此，兩個產(chǎn)生的煤和油火焰信號具有被進一步分離的產(chǎn)生頻率，使得在整個燃燒器負載范圍內鑒別兩個信號更可肯定。
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，如強度和/或火焰信號振幅。使用并行可編程濾波器42和44，火焰信號還可經(jīng)調節(jié)或成形、即預處理來增強單個火焰屬性。這種過濾技術的實例包括但不限于Fourier分析、box car平均、縮放、帶通、低通或其它過濾技術。調節(jié)算法可如此配置，使得兩個分離的配置在相同的傳感器數(shù)據(jù)上同時執(zhí)行。每個配置用來增加兩個火焰之間的不同，并使得更易于檢測每一個的出現(xiàn)。
在傳統(tǒng)方法和本發(fā)明中，火焰掃描器10都可實施為例如在’669專利中所描述的，或可使用于2002年3月12日授權的共有U.S.專利No.6,356,199(“'199專利”)中所描述的離子火焰監(jiān)視。'199專利的公開內容通過引用合并與此。
應理解，對優(yōu)選實施例的描述旨在僅對本發(fā)明進行例證，而不是窮盡。在不離開所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員將能夠對所公開的主題內容的實施例進行某些添加、刪除和/或修改。
權利要求
1.一種在具有預定數(shù)目的相關火焰屬性的第一火焰和具有預定數(shù)目的相關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單個火焰掃描器觀察，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，所述方法包括同時處理所述火焰指示信號，以增強一個或多個所述預定數(shù)目的第一火焰相關火焰屬性，并增強一個或多個所述預定數(shù)目的第二火焰相關火焰屬性；確定所述增強的一個或多個所述預定數(shù)目的第一火焰相關火焰屬性何時超過相關預定閾值；以及確定所述增強的一個或多個所述預定數(shù)目的第二火焰相關火焰屬性何時超過相關預定閾值。
2.權利要求1的方法，進一步包括預處理所述火焰指示信號，以增強與所述第一火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性。
3.權利要求1的方法，進一步包括預處理所述火焰指示信號，以增強與所述第二火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性。
4.權利要求1的方法，進一步包括當所述增強的與所述第一火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性被確定超過所述相關預定閾值時，操作與所述第一火焰相關的脫扣繼電器。
5.權利要求1的方法，進一步包括當所述增強的與所述第二火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性被確定超過所述相關預定閾值時，操作與所述第二火焰相關的脫扣繼電器。
6.一種燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機，包括用于產(chǎn)生第一火焰的源，所述第一火焰具有預定數(shù)目的相關火焰屬性；用于產(chǎn)生第二火焰的源，所述第二火焰具有預定數(shù)目的相關火焰屬性；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；裝置，用于同時處理所述火焰掃描器信號，以增強與所述第一火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性，并增強與所述第二火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性；以及裝置，用于確定所述增強的與所述第一火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性何時超過相關預定閾值，以及所述增強的與第二火焰相關的一個或多個所述預定數(shù)目的火焰屬性何時超過相關預定閾值。
7.權利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機，其中用于同時處理所述火焰指示信號的所述裝置包括用于預處理所述火焰指示信號以增強所述第一火焰的一個或多個所述預定數(shù)目的相關火焰屬性的裝置。
8.權利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機，其中用于同時處理所述火焰指示信號的所述裝置包括用于預處理所述火焰指示信號以增強所述第二火焰的一個或多個所述預定數(shù)目的相關火焰屬性的裝置。
9.權利要求6的燒化石燃料的蒸汽發(fā)電機，進一步包括與所述第一火焰的所述源相關的脫扣繼電器和與所述第二火焰的所述源相關的脫扣繼電器。
全文摘要
一種信號處理技術，其使得當?shù)谝缓偷诙鹧嫘盘柖纪ㄟ^相同的火焰掃描器來觀察時，來自第一火焰源的火焰信號和來自第二火焰源的火焰信號可以彼此鑒別。來自火焰掃描器的信號經(jīng)處理以增強與第一火焰相關的一個或多個屬性，所述信號同時經(jīng)處理以增強與第二火焰相關的一個或多個屬性。
文檔編號F23N5/08GK1894543SQ200480036970
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權日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 申請人:Abb公司