Тепловые агрегаты, работающие на природном газе (печи, котлы, стенды нагрева и т.п.) должны оборудоваться системой контроля наличия пламени. В процессе работы тепловых агрегатов возможны ситуации, при которой пламя горелки (факел) потухнет, но газ будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата и окружающую среду и при наличии искры или открытого огня возможно воспламенение этого газа и даже взрыв. Наиболее часто потухание пламени происходит из-за отрыва факела.
Наличие пламени контролируют либо с помощью ионизационного электрода, либо с помощью фотодатчика. Как правило, с помощью ионизационного электрода контролируют горение запальника, который, в свою очередь, в случае необходимости воспламенит основную горелку. Фотодатчиками контролируют пламя основной горелки. Фотодатчик для контроля пламени запальника не применяют ввиду малого размера пламени запальника. Применение ионизационного электрода для контроля пламени основной горелки не рационально, так как электрод, помещенный в пламя основной горелки будет быстро обгорать.
Фотодатчики различаются по чувствительности к различной длине волны светового потока. Одни фотодатчики реагируют только на видимый и инфракрасный спектр светового потока от горящего пламени, другие воспринимают только его ультрафиолетовую составляющую. Самым распространенным фотодатчиком, реагирующим на видимую составляющую светового потока, является датчик ФДЧ.
Световой поток воспринимается фоторезистором датчика, и после усиления преобразуется либо в выходной сигнал 0-10В, пропорциональный освещенности, либо подается на обмотку реле, контакты которого замыкаются, если освещенность превышает установленный порог. Тип выходного сигнала - сигнал 0-10В или контакты реле - определяется модификацией ФДЧ. Фотодатчик ФДЧ обычно работает с вторичным прибором Ф34. Вторичный прибор обеспечивает питание ФДЧ напряжением +27В, на нем также выставляются пороги срабатывания в том случае, если используется ФДЧ с токовым выходом. Кроме того, в зависимости от модификации, Ф34 может контролировать сигнал от ионизационного электрода запальной горелки, управлять розжигом и работой горелки с помощью встроенных реле.
К недостаткам фотодатчиков видимого света можно отнести то, что они реагируют на любой источник света - солнечный свет, свет фонарика, световое излучение нагретых элементов конструкции, футеровки сталеразливочных ковшей и т.п. Это ограничивает их применение, например в стендах нагрева, так как ложные срабатывания от светящейся разогретой футеровки ковшей блокируют работу автоматики (ошибка "ложное пламя"). Наиболее широко ФДЧ применяются на печах сушки песка, ферросплавов и т.п. - там где температура нагрева редко превышает 300-400°С, а значит отсутствует свечение разогретых элементов конструкции печи.
Отличительной особенностью ультрафиолетовых фотодатчиков (УФД), например UVS-1 фирмы Kromschroeder, является то, что они реагируют только на ультрафиолетовую составляющую светового потока, излучаемого пламенем горелки. В световом потоке от разогретых тел, элементов конструкций печей, футеровки ковшей ультрафиолетовая составляющая мала. Поэтому к посторонней засветке датчик "равнодушен", как и к солнечному свету.
Основой этого датчика является вакуумная лампа - электронный фотоумножитель. Как правило, питаются эти датчики напряжением 220В и имеют токовый выходной сигнал, который меняется от 0 до нескольких десятков микроампер. К недостаткам ультрафиолетовых датчиков можно отнести то, что вакуумная лампа фотоумножителя имеет ограниченный срок службы. Через пару лет эксплуатации лампа теряет свою эмиссионную способность и датчик перестает работать. Сигнал с УФД передается на автомат горения серии IFS, функции которого аналогичны функциям Ф34.
Фотодатчики должны иметь, так сказать, визуальный контакт с пламенем горелки, поэтому они расположенны в непосредственной близости от него. Как правило, они распологаются со стороны горелки под углом 20-30° к ее оси. Из-за этого они подвержены сильному нагреву тепловым излучением от стенок агрегата и радиационному нагреву через визирное окно. Для зашиты фотодатчика от перегрева применяют защитные стекла и принудительный обдув. Защитные стекла производятся из жаропрочного кварцевого стекла и устанавливаются на некотором удалении перед визирным окном фотодатчика. Обдув датчика осуществляется либо вентиляторным воздухом (если горелка установки работает на вентиляторном воздухе), либо сжатым воздухом пониженного давления. Подаваемый объем воздуха осуществляет охлаждение фотодатчика не только за счет процессов теплоотдачи, но и из-за того, что вокруг него создается область повышенного давления, которая как бы отталкивает горячий воздух, не давая ему контактировать с датчиком.
Контроль наличия пламени запальника в большинстве случаев осуществляется ионизационным электродом. Принцип контроля пламени по ионизации основан на том, что при сжигании газа образуется множество свободных электронов и ионов. Эти частицы «притягиваются» к ионизационному электроду и вызывают протекание тока ионизации величиной в десятки микроампер. Ионизационный электрод соединяется с входом прибора контроля наличия ионизации (автоматом горения). Если при горении пламени запальника образуется достаточное количество свободных электронов и отрицательных ионов, то в автомате горения срабатывает пороговое устройство разрешающее работу (или розжиг) основной горелки. В случае если интенсивность ионизации падает ниже определенного уровня, то основная горелка отключается даже в том случае, если она работала нормально. На размещенном ниже видео показано, как благодаря нагреву воздуха между обкладками конденсатора (в нашем случае одна обкладка это контрольный электрод, другая обкладка - корпус запальника) в цепи начинает протекать электрический ток.
Основными причинами пропадания ионизации являются отсутствие требуемого соотношения газ-воздух запальника, загрязнение или обгорание ионизационного (контрольного) электрода. Еще одной причиной пропадания сигнала ионизации может являться уменьшение сопротивления между ионизационным электродом и корпусом запальника, которое чаще всего происходит из-за оседания токопроводящей пыли на запальное устройство.
Автомат горения часто выполняет не только функцию контроля наличия пламени - на нем строиться вся автоматика управления розжигом горелки, как, например, это реализовано в автомате горения ASL50P фирмы Hegwein.
Как правило, ионизационный электрод размещается вдоль оси запальной горелки, конец электрода должен находиться в «корне» пламени запальника. В некоторых запальных устройствах ионизационный электрод выполняет функцию запального электрода. В этом случае на него в течении фиксированного времени подается высокое напряжение с запального трансформатора для поджига запальника. После того как поджиг запальника произведен контрольный электрод переходит в режим контроля ионизации – цепи поджига отключаются и электрод соединяется с входом автомата горения. В этом случае возможна еще одна причина пропадания сигнала ионизации, связанная с обрывом во вторичной обмотке трансформатора. Но искра в этом случае может все равно нормально генерироваться, поэтому данную неисправность иногда трудно определить.
Большое значение для стабильной работы запального устройства имеет правильно выставленное соотношение газ-воздух. В большинстве случаев требуемые значения давления газа и воздуха приводятся изготовителем в паспорте запальной горелки. Не смотря на то, что говоря «соотношение газ-воздух» в большинстве случаев имеют в виду их объемное соотношение (один объем газа на десять объемов воздуха), но настраивают запальник, да и горелку, впрочем, тоже, по давлению, так как это сделать намного проще и дешевле. Для этого конструкцией запальника предусмотрено подключение контрольного манометра к газовому и воздушному тракту в определенных местах.
Ионизационный электрод крепиться к корпусу запальника через керамическую изолирующую втулку и соединяется с входом автомата горения экранированным одножильным кабелем. Если ионизационный электрод используется еще и в качестве запального, то с запальным трансформатором он соединяется специальным высоковольтным кабелем, например, ПВ-1. Изолирующая втулка изготавливается из керамики с большим содержанием Al2O3, которая характеризуется высокой механической прочностью, температурной стойкостью и электрической прочностью до 18 кВ. Ионизационный электрод изготавливается канталя - металлического сплава устойчивого к высоким температурам и электрохимической коррозии
Установки постоянно работающие при температурах свыше 800°С (мартеновские печи, например) могут и не оснащаться системами контроля наличия факела. Это связано с тем, что температура воспламенения газа находиться в пределах 645 – 750°С. Таким образом, в случае отрыва факела исходящий из сопла горелки газ воспламениться от разогретой кладки внутреннего пространства теплового агрегата. Очень часто перед соплом горелки выкладывают специальный горелочный камень – он воспламеняет поток газа и стабилизирует горение.
Для повышения надежности работы и уменьшения количества остановов установки из-за пропадания ионизации можно сделать контроль наличия пламени не постоянным, осуществляя его по схеме «ИЛИ». В этом случае, если установка прогрелась до температур свыше 750°С и сигнал ионизации с запальной горелки по какой то причине пропал, то основная горелка все равно продолжит работу.
Дополнительную информацию вы можете найти в разделе "Вопрос-ответ".
Посмотреть другие статьи.
knowkip.ucoz.ru
Методы контроля наличия пламени при сжигании в топках котлов газа и жидкого топлива можно подразделить на две разновидности: прямого и косвенного контроля. К методам прямого контроля относятся ультразвуковой, термометрический, ионизационный и наиболее часто применяемый фотоэлектрический. К методам косвенного контроля горения топлива можно отнести контроль за разрежением в топке, за давлением топлива в подающем трубопроводе, за давлением или перепадом его перед горелкой и контроль за наличием постоянного источника воспламенения.
В отечественных отопительных котлах, газовых калориферах и малых газовых нагревателях применяют приборы, которые основаны на ионизационном, фотоэлектрическом и термометрическом методах контроля. Ионизационный метод контроля основан на электрических процессах, возникающих и протекающих в пламени. К таким процессам можно отнести способность пламени проводить ток, выпрямлять переменный ток и возбуждать в электродах, помешенных в пламя, собственную э.д.с., а также периодическую пульсацию электрических колебаний в пламени, что во всех случаях обусловливается степенью ионизации пламени.
Фотоэлектрический метод контроля за горением жидкого топлива заключается в измерении степени видимого и невидимого излучения пламени фотодатчиками как с внешним, так и с внутренним фотоэффектом. Методы контроля наличия пламени нашли много конструктивных решений.
Термоэлектрический метод контроля. Устройство, основанное на термоэлектрическом методе контроля, состоит из термопары - датчика и электромагнитного клапана. Термопара помещена в зоне горения запальной горелки котла, а электромагнитный клапан установлен на газопроводе, по которому подается газ в запальную горелку.
Большое распространение получило устройство термоэлектрического контроля, разработанное институтом Мосгазпроект. Оно применяется в отопительных и пищеварочных котлах, газовых отопительных печах и емкостях водонагревателей. Принцип работы термоэлектрического устройства контроля пламени заключается в следующем. Запальная горелка действует постоянно, обеспечивая надежное зажигание и работу основных рабочих горелок. Газ на запальной горелке воспламеняется от термопары и обеспечивает защиту против отрыва пламени. Термопара вырабатывает э.д.с., за счет которой удерживается в открытом состоянии электромагнитный клапан.
При погасании пламени горелки температура термопары понизится настолько, что возбуждаемая ею э.д.с. будет недостаточна для удержания якоря в открытом положении, в результате чего клапан под действием пружины закроет поступление газа в запальник и горелку котла. Последующий розжиг котла может быть произведен только вручную после ликвидации причин, вызванных отключением подачи газа.
Ионизационный метод контроля. Ионизационный метод наличия пламени основан на использовании электрических свойств пламени. Устройства безопасности, основанные на этом методе, обладают преимуществом, состоящим в том, что они практически безынерционны,так как при погасании контролируемого пламени ионизационные процессы прекращаются, и это приводит практически к мгновенному отключению подачи газа в горелки котлоагрегата. Этот метод позволил разработать приборы контроля, основанные на электропроводности пламени, возникновении э.д.с. пламени, его вентильном эффекте и электрической пульсации. За рубежом уделяется наибольшее внимание методу контроля наличия пламени, основанному на вентильном эффекте.
В устройствах безопасности горения, где используется этот метод, не наблюдается ложного сигнала при замыкании в цепи датчиков.В системе комплексной автоматики для отопительных котлов был применен прибор контроля пламени, работа которого основана на вентильном эффекте. При наличии пламени переменное напряжение, приложенное между введенным в пламя электродом и корпусом горелки, выпрямляется.
При погасании пламени действие вентильного эффекта в межэлектродном переходе прекращается и управляющий сигнал на вход усилителя не поступает. Правая часть лампы запирается, реле обесточивается и дает команду на отключение газа. Аналогичное действие произойдет при замыкании электрода на корпус горелки.
Основным недостатком схемы прибора является то, что в ней открытое (рабочее) положение правой части триода обеспечивается закрытием левой его части. Метод контроля, использующий электрический потенциал пламени.Этот метод основан на введении в факел металлических электродов, которые дают разность потенциалов (э.д.с.), переменных по амплитуде, но постоянных по знаку. Величина э.д.с. пропорциональна разности температур между электродами и достигает 2 В. На этом принципе был создан прибор. Принцип работы прибора э.д.с. заключается в следующем при отсутствии пламени в анодных цепях лампы текут равные токи. Возникающий в обмотках реле Р1 и Р2 под действием тока магнитный поток равен нулю, так как обмотки поляризованного реле включены встречно. Якорь Реле в этом случае находится в положении, при котором цепь питания электромагнитного клапана-отсекателя разорвана, и газ в горелку не поступает. При появлении пламени возникает отрицательная э.д.с., которая подается на сетку левой части триода, что приводит к уменьшению тока в обмотке Р1. Под действием результирующего магнитного поля якорь реле изменит свое положение и, замкнув контакты, даст соответствующую команду. При погасании пламени или замыкании в цепи датчика э.д.с. исчезнет и схема придет в исходное положение.
Метод контроля, использующий электрическую пульсацию пламени. Для любого факела независимо от вида сжигаемого топлива и типа горелочного устройства характерным признаком является пульсация процессов, сопровождающих горение. К таким процессам относятся температура пламени, давление в камере сгорания, интенсивность излучения и ионизация факела пламени. Частота и амплитуда пульсаций зависят от скорости истечения газовоздушной смеси из горелки и условий перемешивания газа с воздухом. При неудовлетворительном перемешивании газа с воздухом горение сопровождается отдельными вспышками. Посредством чувствительного гальванометра можно замерить величину пульсации ионизационного тока. Это свойство пламени дает возможность обеспечить самоконтроль автоматики от опасного замыкания в цепи электродного датчика.
В схеме используется собственный пульсирующий потенциал, возникающий на электродах. При включении в цепь ионизационного датчика источника постоянного тока пульсацию на электродах можно усилить. В любом случае при замыканиях в цепи датчика, а также при погасании пламени подача управляющего сигнала на вход усилителя прекращается, и автоматика срабатывает на отключение газа. От сигнала постоянного тока данная схема не работает, так как на входе первого каскада включен конденсатор. Приборы контроля пламени этого типа, работающие на переменной составляющей электрического сигнала, очень чувствительны к помехам, частота колебания которых близка к частоте пульсации факела. Вследствие этого при установке таких приборов на объектах требуется обязательная экранировка входных цепей усилителя и линий связи, соединяющих электродный датчик с прибором.
назад к разделу "Статьи"
prommatika.ru
Устройства контроля погасания горелки для газовых приборов.
Газовое оборудование значительно улучшает качество нашей жизни - это возможность приготовить пищу и обогреть жильё, но газ требует к себе повышенного внимания. При случайном погасании пламени конфорки газовой плиты или горелки отопительного котла - а это может случиться, когда конфорку заливает кипящая жидкость из кастрюли или пламя задуло сквозняком - газ может заполнить помещение и достаточно небольшой искры, чтобы случился взрыв. Этого не случится, если ваши газовые приборы оборудованы системой безопасности Gas Control, которая состоит из термоэлектрического датчика, располагаемого в пламени горелки и защитного электромагнитного клапана. При наличии пламени на горелке термоэлектрический датчик, а попросту термопара, вырабатывает небольшое напряжение, которое подаётся на катушку электромагнитного клапана и обеспечивает его удержание в открытом положении. При погасании пламени термопара остывает, ток прекращается и клапан отпускает, перекрывая газ. Некоторые модели газового оборудования содержат схемы автоматического повторного розжига горелки при её погасании, но после нескольких попыток такие схемы автоматически отключаются, т.к. такой авторозжиг может повлечь большие неприятности. Если газовая плита не оснащена заводской системой безопасности - изготовить её в домашних условиях вряд ли удастся. Можно только оснастить её системой контроля пламени с выдачей предупредительной сигнализации.
Для контроля пламени в котлах промышленных котельных чаще всего используют инфракрасные или ультрафиолетовые фотодатчики и ионизационные контрольные электроды. Хотя схема с использованием фотодатчика наиболее универсальна (контролирует горение любых видов топлива), она мало подходит для "домашнего" применения, т.к. электрическая схема достаточна сложна. Фотодатчик не должен реагировать на иные источники излучения, кроме пламени горелки и чувствительность его не должна меняться от температуры и прямой засветки от посторонних источников. Чтобы этого не случилось, в схеме используется глубокая АРУ, стабилизация рабочей точки фотодатчика, а также низкочастотный полосовой фильтр, пропускающий только пульсации сигнала, формируемые языками пламени. Для самостоятельного изготовления гораздо лучше подходит ионизационный метод. Он широко используется в промышленных котельных, работающих на газе. Устройство представляет собой контрольный электрод из нихромовой проволоки диаметром 2 … 3 мм, закреплённый на изолирующей подставке из керамики или фторопласта, недалеко от горелки. Кончик электрода должен находиться в верхней трети языка пламени, но не должен касаться дна кастрюль. На контрольный электрод подаётся абсолютно безопасный, очень слабый сигнал переменного тока напряжением 220 В. При горении газового пламени происходит ионизация частиц газа и в зоне контрольного электрода , когда на нём положительная полуволна напряжения, тяжёлые положительно заряженные частицы опускаются к горелке, а электроны устремляются к электроду. В цепи протекает очень слабый электрический ток . При отрицательной полуволне тока в цепи нет. Из-за несимметричности токов на контрольном электроде возникает слабый отрицательный потенциал напряжением 3 … 8 В, который усиливается усилителем на полевом транзисторе и используется для сигнализации наличия пламени. Схема одного из устройств приведено на рисунке:
На основе этой схемы можно построить различные устройства контроля пламени и автоматической отсечки газа. Если в схему добавить триггер - можно автоматизировать запуск схемы сигнализации погасания пламени при первом его появлении . Добавив в схему таймер, можно автоматизировать начало отсчёта времени приготовления продукта или периодически включать напоминающий звуковой сигнал для забывчивых людей. Автор разрабатывал множество подобных устройств, но ввиду их относительной сложности они не здесь приводятся .
Вернуться в начало темы:
1. Схема электрического поджига с симистором.
2. Схемы электроподжига с тиристором.
3. Вариант схемы электроподжига на тиристоре .
4. Схема электроподжига с использованием p-n-p транзистора.
5. Схема электроподжига с использованием динистора.
ВНИМАНИЕ!
Вам нужно разработать сложное электронное устройство?
Тогда Вам сюда...
kravitnik.narod.ru
