CN113237095B - 一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统，所述点火装置应用于燃烧系统中，所述点火装置内部设置容纳腔，所述点火装置包括燃料管、点火棒、火焰检测装置，所述燃料管、点火棒、火焰检测装置的至少部分结构被设置在容纳腔中，所述火焰检测装置包括离子检测模块和/或电学测温模块；本发明通过离子检测模块和/或电学测温模块对引燃火焰进行检测，以对点火装置的运行状况进行实时检测，有利于提高火焰检测的准确性。

Description

一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统

技术领域

本发明涉及火焰检测技术领域，特别涉及一种火焰检测装置、点火装置、火焰检测方法、燃烧系统。

背景技术

在工业中的燃烧系统中，如火炬系统、燃烧器等，其系统内部往往需要设置点火装置，如长明灯、点火器等装置。

根据燃烧系统的实际应用情况以及运行情况，点火装置的点火性能必须具备以下几点要求：1、点火成功率高；2、火焰燃烧稳定；3、要具有耐高温特性及较长的使用寿命。其中，对于燃烧系统而言，点火装置的火焰稳定情况尤为重要；然而火焰的维持是一个动态的过程，极容易受到燃料、助燃气以及外界等因素的影响，很容易出现点火装置的火焰熄灭，若不及时对点火装置的火焰状态进行监测，便很容易影响燃烧系统的正常运行。同时，现有技术中的点火装置往往需要设置燃料、助燃气的相关管路乃至预混结构，导致点火装置的结构较为复杂，增加其生产制造难度。

在现有技术中，如专利CN108267499A公开了一种基于离子回路的火炬长明灯燃烧状态检测装置及检测方法，其利用火焰离子检测器对长明灯烧嘴的火焰状态进行检测；然而其检测装置、检测方法较为简单，容易出现因火焰离子检测器等部件损坏、火焰波动、检测信号受干扰、检测信号波动等情况而导致的误判，难以确保其火焰检测的准确性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统，以解决现有技术中对点火装置的火焰进行检测的准确性较差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种点火装置，所述点火装置应用于燃烧系统中，所述点火装置内部设置容纳腔，所述点火装置包括燃料管、点火棒、火焰检测装置，所述燃料管、点火棒、火焰检测装置的至少部分结构被设置在容纳腔中，所述火焰检测装置包括离子检测模块和/或电学测温模块。

进一步的，所述点火装置的一端设有出火口，所述出火口与容纳腔连通；所述点火装置包括燃料总管，用于供给燃料气；所述燃料管的进料端与燃料总管连通，所述燃料管的出料端被设置在容纳腔中，且所述燃料管的出料端距出火口的距离记为K，点火装置的外管总长度记为L，外管的内径记为D，K/L=0.03-0.1，且K/D=0.95-1.05。

进一步的，所述火焰检测装置的检测端被设置在容纳腔中，且所述火焰检测装置的检测端距出火口的距离记为M，M/K=1.5-2.0。

进一步的，所述燃料管包括主燃料管、副燃料管，所述主燃料管的进料端、副燃料管的进料端均与燃料总管连通；所述主燃料管的出料端、副燃料管的出料端均被设置在容纳腔中；将主燃料管的出料端距出火口的距离记为K’，将副燃料管的出料端距出火口的距离记为N，N＞K’=K；所述点火棒的点火端距出火口的距离小于N，且大于K’。

进一步的，N/K’=2.2-2.8。

进一步的，所述火焰检测装置包括离子检测模块、电学测温模块，用于对点火装置的引燃火焰同时进行离子检测、温度检测；所述离子检测模块为火焰离子检测器，所述电学测温模块为热电偶测温仪或热电阻测温仪。

进一步的，主燃料管与点火装置的外管中心轴重合，电学测温模块被设置在主燃料管、副燃料管之间投影连线的一侧，离子检测模块被设置在主燃料管、副燃料管之间投影连线的另一侧；将电学测温模块、主燃料管之间投影连线，与主燃料管、副燃料管之间投影连线的夹角记为A，A为40°-60°；将离子检测模块、主燃料管之间投影连线，与主燃料管、副燃料管之间投影连线的夹角记为B，B为40°-60°。

一种火焰检测方法应用于所述的一种点火装置，所述点火装置还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与离子检测模块、电学测温模块连接，用于处理火焰检测相关的数据；所述火焰检测方法包括：

S1、点火装置通过燃料管、点火棒，引燃燃料，开始燃烧；

S2、信号处理模块控制离子检测模块、电学测温模块对引燃火焰进行实时监测；

S3、信号处理模块判断点火装置是否满足第一判定条件；若是，则判定点火装置具有引燃火焰，并返回步骤S2；若否，则进行步骤S4；

S4、信号处理模块判断是否满足第二判定条件，若是，则判定点火装置的引燃火焰熄灭，若否，则判定点火装置具有引燃火焰，并返回步骤S2。

进一步的，所述第一判定条件为离子检测模块检测到点火装置的等离子信号强度大于或等于预设强度阈值，或者电学测温模块检测到点火装置在第一额定时长内的升温幅度的绝对值大于第一额定温度；所述第二判定条件为离子检测模块检测到点火装置的等离子信号强度小于预设强度阈值，且电学测温模块检测到点火装置在第二额定时长内的降温幅度的绝对值大于第二额定温度。

一种燃烧系统，包括所述的点火装置。

相对于现有技术，本发明所述的一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统具有以下优势：

本发明所述的一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统，通过离子检测模块和/或电学测温模块对引燃火焰进行检测，以对点火装置的运行状况进行实时检测，有利于提高火焰检测的准确性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种点火装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种点火装置的出火口处的示意图；

图3为本发明实施例所述的一种点火装置的另一种结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种点火装置的出火口处的另一种示意图。

附图标记说明：

1、点火装置；11、容纳腔；12、出火口；13、装配端；14、固定座；15、外管；2、火焰检测装置；21、离子检测模块；22、电学测温模块；3、燃料管；31、主燃料管；32、副燃料管；4、点火棒；5、燃料总管。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

为了解决现有技术中对点火装置的火焰进行检测的准确性较差的问题，本实施例提出一种点火装置、火焰检测方法、燃烧系统，如附图1-4所示，所述点火装置1应用于燃烧系统中，所述燃烧系统可以是常规的火炬系统或常规的燃烧器；所述点火装置1为燃烧系统中的长明灯、点火器等装置，能够为燃烧系统提供引燃火焰，以维持燃烧系统中主火焰的持续燃烧。

为了便于说明，将燃烧系统的主火焰统称为“主火焰”，将点火装置1的火焰统称为“引燃火焰”。

对于点火装置1而言，呈中空的直管状结构，其主体记为外管15，为了便于示意，在附图中对其部分长度的管段进行了省略示意；所述点火装置1内部设置容纳腔11，用于对点火相关组件、火焰检测相关组件进行容纳，具体的，所述点火装置1包括燃料管3、点火棒4、火焰检测装置2，所述燃料管3用于对点火装置1的引燃火焰提供燃料，所述燃料可以为天然气、煤气、工业可燃废气等，所述点火棒4用于引燃燃料管3输送的燃料，所述火焰检测装置2用于对引燃火焰进行检测，以对点火装置1的运行状况进行实时检测；所述燃料管3、点火棒4、火焰检测装置2的至少部分结构被设置在容纳腔11中。其中，火焰检测装置2包括火焰离子检测装置和/或电学火焰检测装置；例如点火装置1中的火焰检测装置2可以是一个火焰离子检测装置，也可以是一个电学火焰检测装置，也可以是两个乃至多个火焰离子检测装置，也可以是两个乃至多个电学火焰检测装置，也可以是火焰离子检测装置和电学火焰检测装置同时被设置在点火装置1中。所述火焰离子检测装置可以为离子检测模块(21)，如火焰离子检测器；所述电学火焰检测装置可以为电学测温模块22，如热电偶测温仪或热电阻测温仪等。

所述点火装置1的一端设有出火口12，所述出火口12与容纳腔11连通，并延伸至燃烧系统中的燃烧区，记为点火装置1的出火端，用于引燃并维持主火焰的持续燃烧。所述点火装置1的另一端为装配端13，所述装配端13设置固定座14，所述固定座14分别与燃料管3、点火棒4、火焰检测装置2连接，用于对燃料管3、点火棒4、火焰检测装置2进行固定限位。

对于现有技术而言，在对点火装置的燃料供应上，往往通过将燃料气与空气预混后通入燃料管并引燃；在本申请中则仅向燃料管3中通入燃料气，省去现有技术中燃料预混的相关过程及结构组件，所述点火装置1包括燃料总管5，用于供给燃料气；所述燃料管3的进料端贯穿固定座14，并与燃料总管5连通；为了确保燃料气的正常燃烧，所述燃料管3的出料端被设置在容纳腔11中，且所述燃料管3的出料端距出火口12的距离记为K，点火装置1的外管15总长度记为L，外管15的内径记为D，K/L=0.03-0.1，且K/D=0.95-1.05，从而通过限制燃料管3出料端的设置位置，使得燃料管3喷出的燃料气能够直接与容纳腔11中的空气混合，同时也能够确保出火口12外的空气能够及时流动到燃料管3出料端附近，以对容纳腔11中的空气进行补充，使得燃料管3喷出的燃料气能够稳定燃烧，本申请的这种设置情况，一方面省去了现有技术中燃料预混的相关过程及结构组件，便于点火装置1的生产制造，节省成本，另一方面在无需燃料预混的基础上，充分保障了燃料气的稳定燃烧，确保了引燃火焰的持续稳定性。

对于火焰检测装置2的检测端，无论是火焰离子检测装置，还是电学火焰检测装置，均被设置在容纳腔11中，同时火焰检测装置2的检测端距出火口12的距离记为M，M/K=1.5-2.0，通过限制火焰检测装置2检测端的设置位置，使检测端被设置在容纳腔11中，且能够确保引燃火焰在主火焰与检测端之间，从而一方面在引燃火焰、外管15的共同作用下，能够最大程度降低主火焰对火焰检测装置2的干扰，使得火焰检测装置2能够精准地对引燃火焰进行检测，有利于提高火焰检测的准确性，另一方面火焰检测装置2检测端被设置在引燃火焰的燃烧低温区，能够有效预防火焰检测装置2在使用中出现高温损坏的情况，增加了火焰检测装置2的使用寿命。

对于火焰检测装置2而言，在本申请中作为优选方案，所述火焰检测装置2包括离子检测模块21、电学测温模块22，用于对点火装置1的引燃火焰同时进行离子检测、温度检测。

所述离子检测模块21为火焰离子检测器，具有离子棒探头，所述电学测温模块22为热电偶测温仪或热电阻测温仪，当电学测温模块22为热电偶测温仪时，具有热电偶探头，当电学测温模块22为热电阻测温仪时，具有热电阻探头；为了便于说明，将热电偶探头、热电阻探头统称为测温探头。

当离子检测模块21通过离子棒探头检测到引燃火焰生成的等离子体时，说明点火装置1的引燃火焰处于维持状态，即视为点火装置1“有火”；当其检测不到等离子信号时，说明点火装置1的引燃火焰可能处于熄灭状态，即视为点火装置1可能“无火”。

当测温探头检测到引燃火焰温度在额定时长内升温额定温度，或者引燃火焰温度持续大于预设高温温度时，则说明点火装置1“有火”；当其检测到引燃火焰温度在额定时长内降温额定温度，或者引燃火焰温度持续小于预设低温温度时，则说明点火装置1可能“无火”。其中，与常规的文字理解方式相同，“有火”是指点火装置1的引燃火焰正在处于燃烧状态，“无火”是指点火装置1的引燃火焰处于熄灭状态。

在此基础上，所述点火装置1还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与离子检测模块21、电学测温模块22连接，用于处理火焰检测相关的数据。所述信号处理模块可以为单片机、信号处理模块、信号处理器等常规数据处理部件。

在上述燃烧系统以及点火装置1的基础上，本实施例还提出一种火焰检测方法，包括：

S1、点火装置1通过燃料管3、点火棒4，引燃燃料，开始燃烧；

S2、信号处理模块控制离子检测模块21、电学测温模块22对引燃火焰进行实时监测；

S3、信号处理模块判断点火装置1是否满足第一判定条件；若是，则判定点火装置1具有引燃火焰，并返回步骤S2；若否，则进行步骤S4；

具体的，所述第一判定条件为离子检测模块21检测到点火装置1的等离子信号（或者说离子检测模块21检测到点火装置1的等离子信号强度大于或等于预设强度阈值），或者电学测温模块22检测到点火装置1在第一额定时长内的升温幅度的绝对值大于第一额定温度；优选的，所述第一额定时长为5-20s，第一额定温度为15-50℃。

S4、信号处理模块判断是否满足第二判定条件，若是，则判定点火装置1的引燃火焰熄灭，若否，则判定点火装置1具有引燃火焰，并返回步骤S2。

具体的，所述第二判定条件为离子检测模块21未检测到点火装置1的等离子信号（或者说离子检测模块21检测到点火装置1的等离子信号强度小于预设强度阈值），且电学测温模块22检测到点火装置1在第二额定时长内的降温幅度的绝对值大于第二额定温度；优选的，所述第二额定时长为5-20s，第二额定温度为10-30℃。

从而所述火焰检测方法通过离子检测模块21、电学测温模块22对火焰状态进行两级检测判断，当离子检测模块21、电学测温模块22中至少一个满足“有火”的判定，即确认点火装置1具有引燃火焰，当离子检测模块21、电学测温模块22全部满足“无火”的判定后，才确认点火装置1的引燃火焰熄灭，从而在一定程度上避免了单级检测或单次检测所可能导致的误判，有利于提高火焰检测的准确性。

实施例2

考虑到不同燃料对燃烧环境的需求不同，对于较容易维持燃烧的燃料气而言，所述点火装置1保持实施例1的相关结构即可。而对于相对较难维持燃烧的燃料气而言，本实施例在实施例1的基础上，对点火装置1进行进一步改进，具体为：

如附图3所示，所述燃料管3包括主燃料管31、副燃料管32，所述主燃料管31的进料端、副燃料管32的进料端均贯穿固定座14，并均与燃料总管5连通；所述主燃料管31的出料端、副燃料管32的出料端均被设置在容纳腔11中；将主燃料管31的出料端距出火口12的距离记为K’，将副燃料管32的出料端距出火口12的距离记为N，N＞K’，所述点火棒4的点火端距出火口12的距离小于N，且大于K’。从而通过对燃料管3、点火棒4进行结构优化，使得燃料分两级喷出，副燃料管32喷出的为点火燃料，主燃料管31喷出的为主燃料，在点火装置1的点火过程中，通过点火棒4首先将副燃料管32的点火燃料点燃，之后副燃料管32的火焰会引燃主燃料管31的主燃料，之后主燃料管31的火焰与副燃料管32的火焰共同形成引燃火焰，且二者之间还会产生相互引燃的关系，起到稳定燃烧的效果，确保了引燃火焰的持续稳定性。

同时，所述外管15在副燃料管32的出料端附近开设多个通气孔，使得副燃料管32喷出的点火燃料能够直接与容纳腔11中的空气混合，同时也能够确保外管15外的空气能够通过通气孔及时流动到副燃料管32出料端附近，以对容纳腔11中的空气进行补充，保障副燃料管32的火焰稳定持续。

作为优选的，实施例2中主燃料管31可以视为对实施例1中的燃料管3的替换，主燃料管31的位置设置情况可以完全采用实施例1中的燃料管3的位置设置，即K’=K；同时，主燃料管31与外管15的中心轴重合；在此基础上，实施例2实质上相当于额外增加了副燃料管32，同时N/K’=2.2-2.8。通过对主燃料管31出料端、副燃料管32出料端的进一步限定，确保了主燃料管31火焰、副燃料管32火焰之间处于一个能够相互引燃的区间，保证了引燃火焰的持续稳定燃烧。

同时，火焰检测装置2的设置也可以保持实施例1中的相关记载；此外，对于同时设置离子检测模块21、电学测温模块22的情况，如附图4所示，电学测温模块22被设置在主燃料管31、副燃料管32之间投影连线的一侧，离子检测模块21被设置在主燃料管31、副燃料管32之间投影连线的另一侧。优选的，将电学测温模块22、主燃料管31之间投影连线，与主燃料管31、副燃料管32之间投影连线的夹角记为A，A为40°-60°；将离子检测模块21、主燃料管31之间投影连线，与主燃料管31、副燃料管32之间投影连线的夹角记为B，B为40°-60°。同时实施例2中的火焰检测方法可以与实施例1中的火焰检测方法一致。结合主燃料管31出料端、副燃料管32出料端、火焰检测装置2检测端的设置情况，实施例2对离子检测模块21、电学测温模块22的设置位置进行进一步限定，在主燃料管31、副燃料管32相互引燃的基础上，一方面能够确保离子棒探头、测温探头仍然处于引燃火焰的燃烧低温区，能够有效预防相关探头在使用中出现高温损坏的情况，增加了火焰检测装置2的使用寿命；另一方面使得火焰检测装置2能够对主燃料管31火焰、副燃料管32火焰同时进行检测，对于任意一个火焰的熄灭均能够检测到，提高了火焰检测的灵敏性能，同时在检测到任一个火焰熄灭后能够进行报警，为随后可能发生的两个火焰同时熄灭提供预警。

当然，实施例2不仅仅局限于相对较难维持燃烧的燃料气，也可以对实施例1中的相关结构进行替换或结合，在此不进行赘述。

在本发明中，还提出一种燃烧系统，包括所述的点火装置1，且在本申请任一实施例的基础上，所述燃烧系统还采用所述火焰检测方法。同样的，所述燃烧系统还包括常规的火炬系统或常规的燃烧器中的其他构件，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种点火装置的火焰检测方法，所述点火装置(1)应用于燃烧系统中，其特征在于，所述点火装置(1)内部设置容纳腔(11)，所述点火装置(1)包括燃料管(3)、点火棒(4)、火焰检测装置(2)，所述燃料管(3)、点火棒(4)、火焰检测装置(2)的至少部分结构被设置在容纳腔(11)中，所述火焰检测装置(2)包括离子检测模块(21)和电学测温模块(22)；所述点火装置(1)包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与离子检测模块(21)、电学测温模块(22)连接，用于处理火焰检测相关的数据；所述火焰检测方法包括：

S1、点火装置(1)通过燃料管(3)、点火棒(4)，引燃燃料，开始燃烧；

S2、信号处理模块控制离子检测模块(21)、电学测温模块(22)对引燃火焰进行实时监测；

S3、信号处理模块判断点火装置(1)是否满足第一判定条件；若是，则判定点火装置(1)具有引燃火焰，并返回步骤S2；若否，则进行步骤S4；

S4、信号处理模块判断是否满足第二判定条件，若是，则判定点火装置(1)的引燃火焰熄灭，若否，则判定点火装置(1)具有引燃火焰，并返回步骤S2；

所述第一判定条件为离子检测模块(21)检测到点火装置(1)的等离子信号强度大于或等于预设强度阈值，或者电学测温模块(22)检测到点火装置(1)在第一额定时长内的升温幅度的绝对值大于第一额定温度；所述第二判定条件为离子检测模块(21)检测到点火装置(1)的等离子信号强度小于预设强度阈值，且电学测温模块(22)检测到点火装置(1)在第二额定时长内的降温幅度的绝对值大于第二额定温度；所述第一额定时长为5-20s，第一额定温度为15-50℃，第二额定时长为5-20s，第二额定温度为10-30℃。

2.根据权利要求1所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，所述点火装置(1)的一端设有出火口(12)，所述出火口(12)与容纳腔(11)连通；所述点火装置(1)包括燃料总管(5)，用于供给燃料气；所述燃料管(3)的进料端与燃料总管(5)连通，所述燃料管(3)的出料端被设置在容纳腔(11)中，且所述燃料管(3)的出料端距出火口(12)的距离记为K，点火装置(1)的外管(15)总长度记为L，外管(15)的内径记为D，K/L=0.03-0.1，且K/D=0.95-1.05。

3.根据权利要求2所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，所述火焰检测装置(2)的检测端被设置在容纳腔(11)中，且所述火焰检测装置(2)的检测端距出火口(12)的距离记为M，M/K=1.5-2.0。

4.根据权利要求2所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，所述燃料管(3)包括主燃料管(31)、副燃料管(32)，所述主燃料管(31)的进料端、副燃料管(32)的进料端均与燃料总管(5)连通；所述主燃料管(31)的出料端、副燃料管(32)的出料端均被设置在容纳腔(11)中；将主燃料管(31)的出料端距出火口(12)的距离记为K’，将副燃料管(32)的出料端距出火口(12)的距离记为N，N＞K’=K；所述点火棒(4)的点火端距出火口(12)的距离小于N，且大于K’。

5.根据权利要求4所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，N/K’=2.2-2.8。

6.根据权利要求4所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，所述火焰检测装置(2)包括离子检测模块(21)、电学测温模块(22)，用于对点火装置(1)的引燃火焰同时进行离子检测、温度检测；所述离子检测模块(21)为火焰离子检测器，所述电学测温模块(22)为热电偶测温仪或热电阻测温仪。

7.根据权利要求6所述的一种点火装置的火焰检测方法，其特征在于，主燃料管(31)与点火装置(1)的外管(15)中心轴重合，电学测温模块(22)被设置在主燃料管(31)、副燃料管(32)之间投影连线的一侧，离子检测模块(21)被设置在主燃料管(31)、副燃料管(32)之间投影连线的另一侧；将电学测温模块(22)、主燃料管(31)之间投影连线，与主燃料管(31)、副燃料管(32)之间投影连线的夹角记为A，A为40°-60°；将离子检测模块(21)、主燃料管(31)之间投影连线，与主燃料管(31)、副燃料管(32)之间投影连线的夹角记为B，B为40°-60°。

8.一种燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统包括点火装置，所述点火装置采用权利要求1-7任一项所述的一种点火装置的火焰检测方法。

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