燃燒設備中燃燒嘴的結垢和腐蝕檢測器的製作方法

2023-06-01 04:30:11

專利名稱：燃燒設備中燃燒嘴的結垢和腐蝕檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃燒系統。具體地說，本發明涉及一種用於檢測燃燒設備 系統中燃燒嘴的結垢和腐蝕的設備。
背景技術：
本文所用術語"燃燒設備"或"熱量傳送設備"指的是利用火或者焰 炬將熱量傳送給一個系統的設備。 一般情況下，燃燒設備利用燃料傳遞系 統向燃燒室或者向燃燒嘴可控地傳遞燃料。有如本文所用的術語"燃料" 可以是氣體、液體、可燃燒混合物(比如油懸浮物中的煤顆粒)、任何通過 燃燒嘴能夠變成可控傳遞量的可燃物質。所述燃燒設備的實例包括煅燒 爐、熱交換器、反應器、鍋爐等。對於使用燃燒設備的過程而言， 一種共 同的故障模式是燃燒嘴或噴嘴的汙物堵塞或腐蝕，所述燃燒嘴或噴嘴是用 於向燃燒室傳送燃料的。這種汙物堵塞或腐蝕可能會影響燃料的傳送，並 且可能導致系統的故障，有時會引起工廠停產。在過程工業中，由於燃燒設備的故障所引起的計劃外工廠停產的代價 是昂貴的，其中包括生產成本和停產/開工成本的損失。除了這些成本之 外，引起工廠停產的事件還可能導致安全問題、環境問題和事故產品問題。 在過程控制工業中，可能的情況下，使用提供診斷信息並產生報警的設備， 以避免這些計劃外的事件。一種診斷技術包括使用受到監測的過程變量(PV)，並且一旦超過所確 定的限量，則報告一次報警狀況。這樣的報警恰恰是對於故障徵兆的檢測。 故障的真正原因有待將來確定，或者從控制室所能得到的其它過程信息推 論出來，或者可以在產生報警的儀器儀表處得到。儘管有時儀器本身可能 失效，但這樣的情況可能越來越少，因為儀器儀表的可靠性越來越高。通 常，報警事件的發生是基於過程自身的一個方面正在變壞。按照常規，通過記錄向燃燒設備的低燃料流量，或者基於不能實現預 期的額定過程溫度的幹擾來檢測燃燒嘴腐爛或汙物堵塞的。在某些實施方 案中，燃燒設備單元有多個燃燒嘴，使上遊的檢測有些困難。具體來說， 當在一組燃燒嘴內的一個燃燒嘴發生結垢和腐蝕時，上遊的檢測器就不可 能檢測到流向具有多個燃燒嘴的燃燒器單元的燃料流動的變化，因為燃燒 器單元的某些燃燒嘴只能簡單地產生略大一些的焰炬。此外，如果燃料是 腐蝕性的，腐蝕的燃燒嘴就可能簡單地燒掉較多的燃料而效率較低。如果 不關掉整個系統，要想識別哪一個燃燒嘴真正發生結垢或腐蝕，即使並非 不可能，也是很困難的。與這樣的系統有關的另一個問題是，燃燒嘴的汙物堵塞和/或腐蝕通 常會引起熱量輸出較低。對於這樣一種較低熱量輸出的補償可以包括向系 統加大燃料流量。加大的燃料流量卻可能導致其它未結垢之燃燒器輸出的 焰炬增大，由此在系統內產生不均勻的加熱狀態或熱點。不均勻的加熱可 能導致效率下降，產品質量降低，以及各種不同的其它所不希望有的結果。 另外，如果燃燒器因為其它的燃燒器發生結垢而燒掉更多的燃料，則這個 燃燒器產生的焰炬可能比估算的焰炬更熱，由此而使燃燒器暴露到它可能 承受之溫度更高的溫度下。這樣的熱點最終可能導致管道或分離器壁的過 早失效。因此，在本領域中，對於汙物堵塞和腐蝕檢測系統存在日益增長的需 要，這種系統用於預測燃燒嘴或其它阻流元件什麼時候會變為結標或腐蝕 的，以致需要對系統進行服務。本發明的各種具體實施方式
提出針對這些 問題以及其它問題的解決方案，以及給出相對於現有技術的其它優點。發明內容一種在工業過程中用於預測燃燒系統的結垢和腐蝕的系統，它包括管 道、限制元件，以及結街和腐蝕檢測器。所述管道含有燃料。限制元件與 管道耦接，燃料通過所述限制元件。結垢和腐蝕檢測器耦接於所述管道， 適於檢測限制元件的特徵信號，並在檢測信號的變化相對於基線信號超過 預先確定之限制值的條件下產生報警。


圖1是本發明一種實施例燃燒嘴結垢和腐蝕檢測器系統的簡化示意圖；圖2A和2B是本發明一種實施例無源聲控燃燒嘴結垢和腐蝕檢測器系 統的簡化示意圖；圖3A和3B是本發明另一種實施例有源聲控燃燒嘴結垢和腐蝕檢測器 系統的簡化示意圖；圖4A和4B是本發明一種實施例光控燃燒嘴結垢和腐蝕檢測器系統的 簡化示意圖；圖5A和5B是本發明一種實施例的與任何流量限制元件一起使用的無 源聲控燃燒嘴結垢和腐蝕檢測器系統的簡化示意圖。
具體實施方式
一般情況下，管道或導管內流動著的流體會要產生可檢測得到的聲音 信號，因為流體要接觸碰撞管道的壁。在一個管道(如通風管、燃燒嘴、 等等)內的狹窄或阻擋元件附近，改變管道的內徑會要引起聲音反射，這 種聲音反射在上遊從狹窄或阻擋元件是可以檢測出來的。例如，當燃料流 過燃燒嘴時，通過狹窄流動通道的燃料流動所引起的聲音反射與流動的方 向基本上相反。 一般地說，可以將這種聲音反射作為聲音信號，這種信號 隨流速而變化。然而。這種聲音反射或者信號是變化的，因為結垢和腐蝕 會影響狹窄或阻擋元件。結垢(所不希望有的材料在表面的堆積)和腐蝕 (表面材料的結斑或腐蝕)使狹窄或阻擋元件的輪廓發生變化，導致結垢或 腐蝕處的聲音信號指示值要發生變化。通過檢測聲音信號變化是否超過預 先確定的限制值，就可以對這個系統的結垢或腐蝕進行監測，從而在系統 失效之前得到服務。有些情況下， 一個頻段內的過程噪聲可能會大幅度地下降，這可能使 反射信號的檢測發生困難。在這種情況下，本發明繼續使用所存在的流動 障礙，具體的是，在所述障礙的不同截止頻段反射聲音信號，並測量反射 的聲音信號，以便檢測變化是否超過預先確定的限制值。具體地說，通過 氣體管道而被引向燃燒嘴的寬帶聲音信號產生從燃燒嘴反射的聲音信號，在這個燃燒嘴發生結垢或腐蝕時，所說的反射聲音信號會要發生變化。除了聲音信號改變外，燃燒嘴的結垢或腐蝕還會改變燃燒嘴的光信 號，以及焰炬自身的光信號。根據燃料/空氣的混合，以及根據汙染物的 存在，熱信號、顏色、焰炬剖面、焰炬的形狀等都是可能發生改變的。再 有，燃燒嘴的結垢或腐蝕可能會影響燃燒嘴的效率，使燃燒嘴比平常更熱， 或者所承受的加熱不均勻。儘管系統的變量保持恆定，但燃燒嘴的焰炬卻 保持相對不變的形狀、大小、熱信號等。如果將雜質引入到焰炬中，則在 焰炬中可能會出現與引入之雜質的化學組分有關的顏色。如果燃燒嘴發生 結垢或腐蝕，焰炬就可能會來回振蕩，並且焰炬的形狀可能要改變。這個 焰炬的熱信號可能會開始包含一些冷區，而在由乾淨的燃燒嘴所產生的焰 炬中是不存在這種冷區的。使用各種不同的光學檢測裝置就可以檢測這些 變化，下面對此還要進行詳細的討論。圖1表示本發明一種實施例結垢和腐蝕檢測系統100的簡化示意圖。所述系統100包括流量管102，流量管102帶有燃燒嘴104(相對於流量管 102有一狹窄的內徑)。燃燒嘴104伸入燃燒設備106，以通過焰炬118傳 遞熱量。在需要焰炬熱量的工業過程中，所述燃燒設備106可以是鍋爐， 或者任何其它類型的設備。傳感器108在上遊方向從燃燒嘴104耦合至流量管102。傳感器108 耦合到結垢和腐蝕檢測電路110，電路110又經通信鏈路114耦合到控制 中心112。通信鏈路114可以是有線的或無線的通信鏈路。此外，通信鏈 路114可以是雙線、三線或四線的迴路，其中包括電源線和地線。結垢和 腐蝕電路110在通信鏈路114範圍內與控制中心112進行通信聯繫，分別 提供測量信息和控制信號。設置存儲器115，用以存儲測量信息，把通過傳感器108所得到的當前測量值與基線測量值進行比較，以便識別結垢或腐蝕的變化指示值。用 虛線表示存儲器115，因為存儲器115的定位位置是任意的，比如定位在 傳感器外殼lll內，與傳感器108以及結垢和腐蝕檢測電路110在一起。 另外，也可以將存儲器115保持在控制中心112中。按照一種優選的實施 例，所述存儲器115存儲狹窄元件(如燃燒嘴104)的基線(無結垢或無腐蝕) 聲音信號。按照一種實施例，所述測量信息是作為原始數據被存儲的，這就是說，存儲的測量計數或電壓信息是與所調節的過程變量信息相反的。 在一種可供選擇的實施例中，存儲經過處理的測量數據。設置本地操作員 接口 113，以使本地操作人員或用戶可以配置初始條件(比如在安裝新的燃 燒嘴104之後，或者在插入的燃燒嘴已經得到服務之後，通過重新設置基 線信號測量值)。作為選擇，可以利用智能系統117提高系統的精度。所述智能系統117可以包括自動學習系統、神經網絡、模糊邏輯、人工智慧等。由於燃料向燃燒嘴104流動，就如箭頭116所示那樣，所以燃料被迫 進入燃燒嘴104的狹窄內徑。通過狹窄通道流動的燃料產生聲音反射(以 標號120表示)。通過傳感器108測量這種聲音反射120。 一般情況下，聲 音反射120是通過狹窄的燃燒嘴104產生的，通常不會來源於焰炬118的 噪聲。虛線122表示通常的分割線，在這裡才可能產生反射的噪聲信號 120。一般情況下，在安裝時或者在服務期間，通過傳感器108記錄基線測 量值，並將其存儲於存儲器115中。在使用期間，監測燃燒嘴104的聲音 反射120，並通過結垢和腐蝕檢測電路110比較傳感器108得到的測量值 與存儲的基線測量值。如果與存儲的基線信號相比，測量的聲音反射120 超過了預先確定的限制值，則結垢和腐蝕檢測電路iio適合於向控制中心 112發出報警信號。還可以使用傳感器108檢測"焰炬熄滅"狀態。具體來說，如果燃燒 嘴104變成完全阻塞，反射的噪聲信號將要消失(或者劇烈變化，使測量 數據的變化象電壓階躍一樣)。如果燃燒嘴104未被阻塞但氣體斷開(即沒 有燃料流向燃燒嘴104)，壓力傳感器108將指示近於零的壓力。於是，可 以在切斷燃料供給與阻塞燃燒嘴104之間區分所述設備。一般情況下，傳感器108可以為壓力傳感器，或者是適宜的聲音傳感 器。不管在哪種情況下，都可以使幾個傳感器進入普通的電子電路，可使 傳感器與每個燃燒嘴104發生關聯。如果使用聲音傳感器，則可以期望將 一個或多個附加的壓力傳感器耦接於燃燒器裝置，以便有助於在燃燒器的 斷開狀態和阻塞或結垢的燃燒嘴之間加以區分。對於在寬範圍燃料供料速率下工作的燃燒設備而言，可以推論出供料速率和燃燒嘴背壓(由壓力傳感器測量)之間的相互關係。對於各種不同的 背壓範圍，存儲參考噪聲信號可以提供較好的預測結垢的檢測能力。當燃 料的供料速率發生變化時，可以使用對於這個背壓範圍合適的參考噪聲信 號，以與當前測得的噪聲信號加以比較。可以用各種不同的方法確定狹窄元件(如燃燒嘴104)的噪聲信號。例 如，可將快速傅立葉變換應用於測量數據。按照一種優選的實施例，可將 子波技術應用於測量數據，以分解所測的波形，因為這種波形對於具有高 噪聲內容的信號工作的很好。相對於傅立葉分解而言，信號的子波分解的 優點在於，能夠更好地表示對信號的局部或短期貢獻。一般說來，與現有技術的結垢和腐蝕檢測方案相比，本發明給出一系列的優點。首先，通過在燃燒嘴104的上遊方向(但靠近燃燒嘴)定位傳感 器(聲音傳感器或壓力傳感器)，使傳感器108不會發生直接加熱，因此可 以避免出現與熱循環和直接熱暴露有關的問題。第二，傳感器108提供敏感且可預測的方法去確定燃燒嘴的結垢和腐蝕。第三，可以用一系列不同的方式實現傳感器108。按照一種優選的實施例，將傳感器集成於傳送器 上。另一個優點是，要提供結垢或腐蝕的信息，不需要有關燃料速率的信 息。而且，本發明能夠在"燃料斷開"與燃燒嘴受堵的情況腐蝕之間進行 區分。傳感器108還可提供燃料壓力的過程變量，這是一個附帶的優點。 最後，本發明不需要為分布式控制系統搭載比正常的傳送器過程變量(PV) 更多的東西。對於大多數應用而言，4-20毫安的迴路能量足以為這種檢測 器供電。圖2A和2B表示本發明一種實施例與單個燃燒嘴相關的無源結垢和腐 蝕檢測器的簡化方塊圖。所述結垢和腐蝕探測器具有燃料流量管102，該 流量管102帶有燃燒嘴104，壓力傳感器108耦接於該流量管102。燃料 或氣體流116穿過所述流量管102，並穿過燃燒嘴104的開口，並且，反 射的噪聲信號120反射到壓力傳感器108，用以檢測燃燒嘴的噪聲反射 120。然後，由結垢和腐蝕檢測電路110處理所測得的反射聲音信號120， 使所測得的信號120與存儲器115中所存儲的基線信號相比較。在圖2A 中的燃燒嘴104是清潔的，所以這樣的比較不會產生任何報警信號。圖2B表示的檢測器與由澱積物124部分阻塞或者結垢的(或作為選擇是被腐蝕的)燃燒嘴104有關，同時導致發生改變的聲音反射120(與圖2A 所示的反射相比)。傳送器108檢測表示受堵燃燒嘴104的改變了的反射 信號120。然後，耦接於壓力傳感器108的結垢和腐蝕檢測電路IIO將所 測得的反射信號120與存儲器115中所存儲的測量數據相比較。如果存儲 的信號與測量信號120之間的差超過預先確定的限制值，則可向控制中心 發出報警信號。按照一種優選的實施例，使用為檢測感興趣之噪聲頻率而 具有足夠帶寬的壓力變送器，獲得燃燒嘴的流動聲音信號或噪聲信號。有如本文所用的術語"聲音"以及"噪聲"，它們指的是壓迫型的壓 力波或其它振動，它的頻率可能落在可聽範圍內，或者不落在這個範圍內。 在安裝或維護期間，測量一個參考噪聲信號，並將其存儲於一個存儲器內 (或者是在控制中心的傳感器中的存儲器，甚至是在結垢和腐蝕檢測電路 內的傳感器)。在燃燒嘴的正常工作期間，測量附加的噪聲信號，並與參 考數據進行比較。如果噪聲信號的變化大於預先確定的限制值，就在設備 的輸出信號上提供報警或警告。一般地說，設備的電子電路提供具有初始值的能力，所述初始值可以 經過外部設備，或者經過控制中心，或者經過本地集成的操作員接口而被 設置。按照一種優選的實施例，所述電子電路藉助數字總線支持雙向通信， 比如腿T⑧、Foundation FieldBus、 CAN或其它通信協議。通常，可以利 用這種通信能力設置初始值，並輸出各種緊急報警電平，以及在基於設備 的傳送器的情況下，可能會潛在地輸出一個過程變量(PV)。此外，可以借 助數字總線報告聲音傳感器的正常狀態。對於傳送器而言，所述電子電路 通常是4-20毫安的迴路供電；但也可以使用其它電子電路以及其它通信 技術。圖3A和3B表示將本發明的結垢和腐蝕檢測器用於高噪聲環境下的簡 化電路圖。根據特定的設備安裝，來自過程的本底噪聲可能會壓倒傳感器 108區分燃燒嘴信號與本底噪聲的能力。在這樣的環境中，可以期望，將 聲音傳感器128定位在燃燒嘴104的上遊方向，以便按預定頻率把聲音信 號120引向燃燒嘴104。然後，可將結垢和腐蝕檢測電路110配置成為， 用以對於窄帶頻率處理所測得的反射信號120，所述頻率可能與傳送的信 號129有關。按照一種優選的實施例，聲音傳感器128既能實現傳送功能，也能實現檢測的功能，因此簡化了實施方案。在這樣的實施例中，簡單地 由聲音傳感器128代替壓力傳感器108。圖3B表示被澱積物124部分結垢或阻塞的燃燒嘴104的簡化方塊圖。 燃料源126向流量管102傳送燃料，依次再把還燃料傳送給燃燒嘴104。 燃燒嘴104的狹窄的內徑以及澱積物124反射被傳送的信號129，與存儲 在存儲器115中的基線反射信號相比，使反射信號120發生了變化。在一 種優選實施例中，結垢和腐蝕檢測電路110適於操作所述傳感器，使其能 夠發送噪聲頻率。在一種實施例中，聲音傳感器128適於發送和接收感興 趣的噪聲頻率。在這樣的實施例中，可以預期，在聲音傳感器128附近並且靠近燃料 流來定位傳感器108，有助於從反射信號測量和取消所述過程的噪聲。正如所表示的那樣，在部分受堵燃燒嘴104的事件中，焰炬118可以 不太準確或不太有效。代替嚴格控制的穩定焰炬IIS(如圖2A和3A中所示 者)，部分結垢的燃燒嘴104可能產生分叉的焰炬，如果使用光學傳感器 進行測量，這種焰炬所包含的顏色很可能不止一種。一般而言，這種方法的關鍵力度在於，隨著燃燒嘴結垢的增加，反射 信號120將連續改變。除了提供強有力的預測能力以外，這種電子電路還 能夠提供與燃燒嘴結垢程度成比例的輸出變量。而且，通過根據傳送的信 號測量反射信號，與依賴流速相比，反射信號120更加強烈地與燃燒嘴的 結垢有關。雖然圖中表示的是壓力傳感器，但是可以使用能夠驅動和聽見聲音信 號的任何適宜的現場設備。例如，可以使用聲音傳感器。另外，可以使用 測量溫度、流量，或其它過程變量(PV)的它種類型傳送器。如以上所討論 的，可將多個傳感器與一個單獨的傳送器耦接，以便可以使用共用的電子 電路。作為選擇， 一種完全專用的現場設備可以為大型的燃燒設備提供低 成本的解決方案，因為幾個聲音傳感器可用於一個共用的電子電路，每個 燃燒嘴對應一個聲音傳感器。重要的是要理解，有用的燃燒嘴診斷應該是對不同的燃料速率和最終 燃料類型都是可靠的。如果燃料類型發生根本性的變化，比如從液體變為 氣體，則應該採用一組新的反射信號的參考信號。因此，可以根據需要利用本地操作員接口(圖1中表示為元件113)來復位基線信號。作為選擇， 也可以藉助控制中心發出的指令使基線測量值初始化。一般情況下，燃燒嘴104的結垢會使燃料流動通道進一步變窄，產生 較高頻率的反射信號或聲音信號120。相反，燃燒嘴104的腐蝕可使開口 變寬，由此產生較低頻率的信號120。作為選擇，腐蝕或結垢可引起不均 勻的，或者不固定的反射120(如圖2B或3B所示)，由此提供可能結垢的 早期指示。一般說來，本發明可以根據反射信號120相對於存儲的基線的變化程 度來預測結垢和/或腐蝕。這就允許操作員能夠測量出過程內的狹窄元件 需要服務的具體時間。例如，當燃燒嘴104引起的反射信號變化超過預定 的限制值時，檢測電路向控制中心發出報警。操作人員根據這個報警在下 一次使用之前按計劃進行例行的服務。在批量處理的環境中，可以在各批 量之間對於設備提供服務。與由於設備故障引起的計劃外停產關機相比， 這樣的有計劃的工廠停產服務成本少得多，更加值得期待。況且，從檢測 器可以猜測，決定什麼時候向設備提供服務。圖4A和4B表示的是本發明適於捕獲由燃燒嘴產生之焰炬的光學信號 的燃燒嘴結垢和腐蝕探測器的簡化示意圖。如圖4A所示，光學檢測器129 包括具有燃燒嘴104的流量管102，以及與成像設備(光學傳感器)130耦 接的結垢和腐蝕探測器108。光學傳感器130相對於焰炬118被定位，使 焰炬118位於它的觀察區132之內。在優選實施例中，將成像設備130定 位在焰炬118的側面或底部，從而可以減小成像設備130對於焰炬118產 生的熱量的暴露。燃料流116通過流量管102並從燃燒嘴104出來，在這 裡燃料點火產生焰炬118，焰炬118可由光學傳感器130檢測。光學傳感 器130向結垢和腐蝕檢測電路IIO傳遞數位化圖像，在這個例子中檢測電 路IIO適合於比較數位化的焰炬圖像與存儲在存儲器115中的參考焰炬圖 像，從而可以確定是否己經發生結垢或腐蝕。例如，可以控制從一個氣體 燃料源點火的焰炬118，使焰炬118成不變的形狀和顏色。然而，如果燃 燒嘴104變為結垢或腐蝕的，則焰炬118可能隨著焰炬118消耗的各種不 同的雜質而發生振蕩，並改變顏色。光學傳感器130檢測這些視覺改變， 並且，結垢和腐蝕檢測電路110能夠識別這樣一些變化，以預測結垢和/或腐蝕。圖4B表示具有結坭的燃燒嘴104的光學檢測器129，燃燒嘴104由澱 積物124部分阻塞。點火通過結垢的燃燒嘴104的燃料流，以產生焰炬118， 這個焰炬118的形狀與圖4A的焰炬118的形狀不同。如果使用光學傳感 器130，則可以檢測到焰炬118的形狀變化，將改變的形狀與來自存儲器 115所存儲的基線測量值進行比較，從而可以預測燃燒嘴104的結垢或腐 蝕。在一種實施例中，光學檢測器129包括成像設備，該成像設備與電子 電路耦接，電子電路能夠操作所述成像設備，成像設備適於根據焰炬的數 字化圖像檢測燃燒嘴是否已經發生結垢或阻塞。此外，電子電路給出一個 輸出信號，所述信號或者包含有關燃燒嘴狀態的信息，或者輸出表示燃燒 嘴結垢或阻塞的報警或警告信號。與特定燃燒嘴有關的焰顯示器出一個強度分布，這個強度分布取決於 燃燒的狀態，當燃燒嘴發生結垢或阻塞時，焰炬的熱量、顏色以及形狀都 會隨之改變。成像設備檢測比如焰炬大小、由完全燃燒或不完全燃燒引起 的顏色變化、焰炬形狀、焰炬溫度等屬性的變化，。在正常工作中，燃燒 嘴的焰炬剖面應隨時間推移是一致的和不變的。然而，當燃燒嘴結垢或阻 塞時，焰炬剖面可能變為隨時間明顯變化的(振蕩的)性質(似乎要熄滅、 閃爍或另外方式的變化、隨時間變化的形狀和剖面)。於是，通過記錄所 測得的並且存儲在存儲器115中的參考燃燒嘴焰炬剖面的變化，就可以檢 測燃燒嘴的結垢和阻塞。如果焰炬屬性發生了變化，或者如果焰炬剖面隨 時間變化的數量超過預先確定的限制值，則要在設備的輸出信號上提供一 個報警或警告。如果燃燒嘴104完全阻塞，焰炬的圖像可能全然不存在。 這就使得設備能夠將結垢或部分阻塞與完全阻塞的狀況區分開來。為了提高靈敏度，按照一種優選的實施例是，向診斷傳送器電子電路 提供一個來自燃料流指令信號或者來自燃料流傳感器的輸入。這就使所述 設備在流過噴嘴的燃料流改變的情況下能夠重新建立參考剖面。剖面的這 種更新會使結垢檢測的靈敏度更高。在一種實施例中，壓力變送器133(用虛線表示)提供燃料流信號和數 字電路110所用的外殼。作為可供選擇的方式，對於大型的燃燒設備而言，可以提供一個完全專用的設備，因為可以將幾個成像傳感器放入一個共用 的電子電路中；對於每個燃燒嘴有一個成像傳感器。根據需要以及根據設計人員所關心的參數，本發明可以利用不同類型 的成像技術。可以使用彩色成像設備以及黑白成像設備來檢測焰炬燃燒特 徵的不同。可以使用熱成像設備測量光學信號，特別是給出與燃燒嘴有關 的熱分布或信號。可以測量焰矩溫度以及焰矩通信方面的區別。熱成像或 彩色成像設備還能夠檢測結垢燃燒嘴的材料的類型，因為焰炬的顏色和溫 度可能對應結垢材料的化學特性的變化而變化。為了確定報警狀況，結垢和腐蝕檢測電路可以包括適於實現圖形比較 和識別的電路和/或軟體。在數位化圖像中進行圖像識別的各種不同的方 法都是公知的。為了提高傳感器的精度以及診斷的可靠性，可以期望使用與這種技術結合的智能系統，如自學習中樞網絡(self-learning neural network),或多個這樣的網絡，以便在服務中提高對於特殊應用的設備精 度。另外，可以採用其它智能系統，如模糊邏輯、人工智慧技術和設備， 以及各種不同時間和頻率信號處理技術，以便進一步提高設備的精度。一般地說，本領域普通技術人員應能理解，報警可以是電信號，必然 將這種電信號傳送至控制中心。作為選擇，所述報警還可以是在設備上的 一個視覺信號，比如點亮的發光二極體、閃爍的顯示器等。雖然上面所說的實施例大部分集中在燃燒嘴的結垢上，但是使用相同 的技術還可以檢測腐蝕。例如，與存儲器115中所存儲的參考信號相比， 如在圖2A-3B中所示的聲音傳感器，如果燃燒嘴104腐蝕或者變成被侵蝕， 可能會在燃燒嘴104的聲音反射信號120中測得一個減小的頻率(並且可 能會有些衰減)。當燃燒嘴104受到腐蝕時，焰炬118本身也要變化。例如，燃燒嘴104 的腐蝕可能會使燃料流受到影響，並因此而影響到燃料/空氣混合物，導 致熱信號和焰炬顏色的變化。此外，腐蝕可能影響燃燒嘴104的形狀，導 致形狀的變化以及"穩定性"變化，或者使焰炬118振蕩。這樣一些變化 是可以通過光學檢測器130檢測出來的，有如以上所討論的那樣。與現有技術的系統相比，上面所述的燃燒嘴結垢和腐蝕檢測系統有一 系列優點。所有這三種實施例都使用燃燒嘴的信號，用以給出確定燃燒嘴的結垢的靈敏且可預測的方法。而且，所有這三種實施例的安裝和實施都 是簡單的，而且如果需要，可以將檢測裝置集成到傳送器上。在光學檢測 系統中，可以將成像設備安裝在能夠很好地觀察將要監測的燃燒焰炬的任 何位置。在優選實施例中，成像設備的位置遠離熱量，例如在焰炬的下面 或偵価。所有這三種實施例都不需要燃料的流速測量值來提供燃燒嘴的結垢或阻塞的信息；但是，在所有這三種實施例中，可以使用這樣的數據來提 高檢測器的靈敏度。而且，按照優選的實施方式，這三種實施例都不需裝 載在傳送器過程變量或報警輸入以外的DCS。被驅動的聲音檢測器和成像設備這兩者都提供了檢測逐漸增多的結 垢的一種方式，使診斷設備能夠輸出代表結垢數量的信號。被驅動的聲音 檢測器處理燃料流的變化也是很容易的。對於大多數應用而言，兩種聲音傳感器工作的迴路電源都是4-20毫 安，兩者都容易區分燃料斷開和結垢狀態。最後，無源聲音檢測器可以給 出燃料壓力過程變量，這是一個附帶的優點。最後，應予說明的是，已經參照燃燒嘴輸出信號和焰炬輸出信號描述 了本發明，但本發明還可應用到其它的限流設備或阻流設備。圖5A和5B表示一種具有限流元件134的過程的簡化示意圖，所述限 流元件134設在管道102中。為簡單計，這個實施例與圖2A的無源方案 實施例相似，但是可以使用聲音傳感器(如圖3A和3B中所示的聲音傳感 器)向狹窄元件傳送信號。在可供選擇的實施例中，可以將聲音傳感器定 位於管道102上，相對於壓力傳感器108在限流元件的相對側，因而會反 射傳送的聲音信號，並使部分信號通過限流元件，以便於測量。所接收的 信號相對於基線的改變是限流元件134中結垢的表示。儘管如此，如圖中所示者，也要迫使流體流過限制元件134，由此產 生反射的噪聲信號120。利用壓力傳感器108可以檢測反射的噪聲信號， 並利用結垢和腐蝕檢測電路110使所述反射的噪聲信號與存儲器115中存 儲的基線信號進行比較。如果所測得信號120和存儲的信號之間的差超過 預先確定的限制值，貝IJ向控制中心發出報警信號，表示限制元件134可能 馬上需要服務。一般情況下，通過使燃燒流的任何部分的障礙或者流動限制元件的反 射聲音信號與一個參考信號相比較，就可以檢測結垢或腐蝕。所述流動限 制元件134可以是文杜裡管、孔板、卸料杆、閥門、噴嘴等。當這樣一些設備發生結垢或腐蝕時，反射的聲音信號就會發生改變。而且，可將光學 檢測器應用於能夠以光學方法測得的任何類型流動輸出，其中包括高溫流 動等。在這樣的實施例中，可以使用比如紅外檢測器來監測流體流動的溫 度分布的變化。本發明還有一個優點，其中，有可能檢測在工業過程中根據本底噪聲 的明顯變化檢測正在研究的一些問題，這些問題與用來預測結垢和腐蝕的 聲音信號無關。例如，在運動設備中，當軸承幵始失效時，這個設備就要 產生越來越大的噪聲輸出。噪聲輸出的這種變化將會改變所檢測的信號的 本底噪聲，而且可以分析這種明顯的變化以便能夠在災難性故障之前預測 其它相鄰設備的潛在服務需求。雖然已經參照優選實施例描述了本發明，但本領域的普通技術人員應 能理解，在不偏離本發明構思和範圍的情況下，還可以在形式上和細節上 進行許多改變。
權利要求
1.一種在工業過程中用於預測燃燒系統的結垢和腐蝕的系統，包括含有燃料的管道；耦接於所述管道的限制元件；耦接於所述管道的結垢和腐蝕檢測器，所述檢測器適於檢測限制元件的特徵信號，並且若所測得的信號相對基線信號的變化超過預先確定的限制值，則產生報警。
2. 如權利要求1所述的系統，其中，所述限制元件包括工業過程的熱 量傳送系統中燃燒嘴。
3. 如權利要求1所述的系統，其中，所述特徵信號包括被反射的聲音 信號。
4. 如權利要求3所述的系統，其中，所述結垢和腐蝕檢測器包括 耦接於所述管道的聲音傳感器，適於檢測過程流體內的聲音信號； 存儲器；結垢和腐蝕檢測電路，該電路與壓力傳感器耦接，並與所述存儲器耦 接，適於使聲音傳感器所測得的特徵信號與存儲器中所存儲的基線信號比 較，若所述特徵信號和基線信號之間的差超過預先確定的限制值，則所述 結垢和腐蝕檢測電路適於產生報警。
5. 如權利要求1所述的系統，其中，所述結垢和腐蝕檢測器適於檢測 本底噪聲的變化，所述變化指示工業過程中與結垢或腐蝕無關的問題。
6. 如權利要求1所述的系統，其中，還包括與所述管道耦接的聲音傳感器，適於向著所述限制元件產生聲音信 號；並且所述特徵信號包括從限流元件反射的聲音信號。
7. 如權利要求1所述的系統，其中，所述結垢和腐蝕檢測器包括適合 於分析特徵信號的智能系統。
8. 如權利要求1所述的系統，其中，所述變化表示所述限流元件的結 垢和/或腐蝕。
9. 如權利要求1所述的系統，其中，所述信號包括光學信號。
10. 如權利要求1所述的系統，其中，所述檢測器適於利用子波技術 檢測特徵信號。
11. 如權利要求4所述的系統，其中，還包括適於存儲基線信號的存 儲器。
12. 如權利要求1所述的系統，其中，還包括使用戶可設置預先確定 之限制值的本地操作員接口。
13. —種在工業過程中用於監測燃燒設備之結垢和腐蝕的系統，該系 統包括.-含有燃料的管道；耦接於所述管道的燃燒嘴，適於向燃燒設備傳送燃料，所述燃燒嘴在所述管道的一端限定一限流元件；耦接於所述管道的傳感器，適於檢測所述燃燒嘴的聲音信號；電路，適於處理所測得的聲音信號與所存儲的基線信號，若所測得的聲音信號相對基線信號的變化超過預先確定的數量，則產生報警信號。
14. 如權利要求13所述的系統，其中，所述傳感器包壓力傳感器。
15. 如權利要求13所述的系統，其中，所述特徵信號包括由流過燃燒 嘴的燃料所引起的可檢測聲音信號。
16. 如權利要求13所述的系統，其中，還包括耦接於所述管道的聲音傳感器，適於將聲音信號引向所述燃燒嘴；而且所測得的聲音信號包括被反射的聲音信號。
17. 如權利要求16所述的系統，其中，所述反射的聲音信號隨燃燒嘴 的結垢或腐蝕而變。
18. 如權利要求13所述的系統，其中，還包括智能系統，它與所述電路耦接，適於分析測得的聲音信號，以預測燃燒嘴的結垢和/或腐蝕。
19. 如權利要求13所述的系統，其中，還包括與所述電路耦接的存儲 器，適於存儲所述基線聲音信號。
20. —種在工業過程的燃燒設備中用於檢測燃燒器之結垢和腐蝕的系 統，包括多個管道部分，每個管道部分包括內含燃料的管道段和與該管道段耦接的燃燒嘴；多個聲音檢測器，每個聲音檢測器與多個管道段之一耦接，並適於檢 測燃燒嘴的聲音信號；與所述多個聲音檢測器耦接的共用電子電路，它適合對於所述多個燃 燒嘴中的每個燃燒嘴特有的存儲基線信號，處理由所述多個聲音檢測器測 得的聲音信號，所述共用電子電路適於根據特定燃燒嘴的聲音信號與其基 線信號相比的變化預測該特定燃燒嘴的結垢和/或腐蝕。
21. 如權利要求20所述的系統，其中，還包括多個聲音傳感器，每個 聲音傳感器耦接於相對燃料流為上遊的特定管道段，適於向所述燃燒嘴產 生聲音信號。
22. 如權利要求20所述的系統，其中，還包括與所述共用電子電路耦 接的存儲器，適於存儲每個燃燒嘴的基線信號。
23. 如權利要求20所述的系統，其中，所述共用電子電路利用子波技 術處理每個聲音信號。
全文摘要
一種工業過程中用以預測燃燒系統之結垢和腐蝕的系統，包括管道(102)、限制元件(104)，以及結垢和腐蝕檢測器(110)。管道(102)含有燃料。限制元件(104)與管道(102)耦合，並且燃料通過所述限制元件(104)。結垢和腐蝕檢測器(110)與管道(102)耦合，適於檢測限制元件(104)的特徵信號，並且，若所測得之信號相對於基線信號的變化超過預先確定的限制值，則產生報警。
文檔編號G01N17/00GK101273260SQ200680035852
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月19日 優先權日2005年9月29日
發明者斯科特·埃拉松, 格雷戈裡·C·布朗, 馬科斯·佩盧索 申請人:羅斯蒙德公司