Un dispositivo detector de llama para supervisar una llama (9) durante un proceso de combustión,

incluyendo una cámara (12), un tubo de transporte (13) y una boquilla del quemador (3), donde el tubo de transporte (13) se construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento (15) a la cámara (12), donde la cámara (12) está dispuesta en un extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) y el extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) está montado cerca del agujero de la boquilla del quemador de tal manera que un acceso óptico de la cámara (12) se dirija hacia la llama (9), caracterizado porque la boquilla del quemador es basculante y porque el tubo de transporte (13) es flexible de modo que se pueda conectar a la boquilla basculante del quemador (3)

Un detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de combustión.

Campo técnico

La invención se refiere a un detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de combustión. La expresión "supervisar una llama" se entenderá como "supervisar al menos una llama"; el detector de llama según la invención también puede ser usado para supervisar varias llamas simultáneamente.

Antecedentes

Los detectores de llama o escáneres de llama son dispositivos que se usan para determinar el estado de quemadores en hornos industriales y utilitarios. Tales hornos pueden ser, por ejemplo, calderas de vapor, calentadores de agua, u hornos de gas, petróleo o carbón. Los detectores de llama supervisan una o varias llamas dentro de un horno. En un detector de llama convencional se usan fototubos o fotodiodos para detectar la intensidad total de la luz de la llama que se recibe mediante óptica de enfoque.

La figura 1 ilustra un detector de llama de la técnica actual 1 que está montado en un quemador 2. El quemador 2 tiene una boquilla de quemador ahusada 3 con aletas 4 por fuera. Carburante (flecha negra) y aire (flecha blanca) pasan a través o al lado del quemador 2 a un horno no ilustrado. Una versión de un detector de llama conocido 1 consta de un tubo de transporte 5 y un fotoelemento en forma de un fotodiodo 6 que está montado en un extremo delantero del tubo de transporte 5. El extremo delantero del tubo de transporte 5 está situado en el agujero de la boquilla del quemador 3 que se dirige hacia el interior del horno, es decir, hacia la cámara de combustión. El tubo también lleva aire refrigerante al fotodiodo 6 e incluye cables para el suministro de potencia del fotoelemento 6 y para transmitir las señales de datos registradas por el fotodiodo 6. Tal detector de llama de la técnica actual es conocido, por ejemplo, por EP 0 845 636 A.

Otro detector de llama conocido 1 incluye, en el extremo delantero del tubo 5, en lugar de un fotodiodo, una lente 7 que enfoca la luz de la llama dentro del horno sobre un cable de fibra óptica que está situado dentro del tubo de transporte 5. En este caso, un fotoelemento está situado en el extremo trasero del tubo de transporte 5 en una caja separada. El fotoelemento recibe la luz de la llama mediante la lente 7 y el cable de fibra óptica. La caja del fotoelemento está montada en el exterior del horno donde predominan temperaturas ambiente. Una unidad de acondicionamiento de señal está dispuesta dentro de la caja del fotoelemento. Las señales de datos son transmitidas desde la unidad de acondicionamiento de señal por cables a módulos de detección de llama y también a un sistema de gestión de quemador/caldera (BMS).

Sin embargo, los fototubos incluyendo un tubo y un fotoelemento, en particular un fotodiodo, o una lente montada en el extremo delantero del tubo, pueden requerir una línea de visión exacta para evaluación de la llama.

Por la solicitud de patente US 2005/0266363 A1 también se conoce recoger y transmitir luz de varias llamas utilizando fibras ópticas, inspeccionar la luz recogida por un sistema de visión por videocámara en el otro extremo de las fibras ópticas y transmitir las imágenes "vivas" del resplandor de las llamas así como el estado de "encendido/apagado" de los quemadores a una sala de control.

Por la solicitud de patente DE 196 32 174 A1 se conoce un dispositivo para medir la temperatura de una llama, en particular una llama dentro de una cámara de combustión de una turbina de gas, que incluye un sensor de fibra óptica que se dirige hacia la llama y está conectado a un espectrógrafo para analizar la composición espectral de la imagen de la llama.

Por los documentos de patente EP 0 616 200 B1 y US 2001/0014436 A1 es conocido el empleo de cámaras u otros dispositivos de exploración para supervisar llamas en hornos. Según el documento de Patente US 5.249.954 A, se monta una cámara en el extremo trasero de un tubo de visión que se extiende a través de una ventana al horno. Por lo tanto, la cámara ve la llama a través del tubo de visión. Sin embargo, el hollín de la llama puede cubrir el extremo delantero del tubo de visión o una ventana de observación detrás de la que se coloca la cámara, lo que puede dar lugar a degradación de la capacidad de detección de la llama de la cámara.

Además, se han tenido que construir detectores de llama viables de tal manera que puedan resistir altas temperaturas, siendo las temperaturas de la llama generalmente alrededor de 1500ºC y siendo las temperaturas de las paredes del horno generalmente del orden de varios cientos de grados Celsius.

Resumen de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar un detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de combustión con el que se pueden evitar dichos problemas.

Con el fin de implementar este objeto y otros objetos de la invención, que serán más fácilmente evidentes a medida que avance la descripción, se facilita un detector de llama para supervisar una llama durante un proceso de combustión que incluye una cámara y un tubo de transporte, donde la cámara está dispuesta en el extremo delantero del tubo de transporte de tal manera que un acceso óptico de la cámara se dirija hacia la llama cuando el extremo delantero del tubo de transporte esté montado cerca de un agujero de la boquilla del quemador. El agujero de la boquilla del quemador se define como el agujero de la boquilla del quemador que se dirige hacia una llama dentro del horno. El acceso óptico de una cámara incluye preferiblemente óptica en forma de una o varias lentes.

Usando una cámara, en particular una cámara CCD (dispositivo de acoplamiento de carga) o CMOS (metal-óxido-semiconductor de simetría complementaria) o cualquier otro tipo de cámara electrónica, se pueden obtener imágenes de la llama con un campo de visión amplio. Un detector de llama según la invención puede ser implementado fácilmente en un horno o un quemador, respectivamente, reutilizando el tubo de transporte de un detector de llama según la técnica actual (véase la figura 1) e intercambiando el fotodiodo o lente en el extremo delantero del tubo de transporte por tal cámara. Esto facilita la reconversión y sustitución de detectores de llama convencionales por detectores de llama a base de imágenes con cámaras que proporcionan mejor rendimiento. El procedimiento de montaje conocido con los tubos de soporte puede ser aplicado fácilmente al detector de llama según la invención que incluye una cámara. Preferiblemente, cada fotodiodo/lente de un detector de llama convencional es sustituido por una cámara que conduce a un detector de llama según la invención.

Según la invención, el tubo de transporte se construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento a la cámara, siendo preferiblemente el medio de enfriamiento aire refrigerante. La provisión del medio de enfriamiento es preferentemente tal que la cámara y, donde sea apropiado, la electrónica integrada de formación de imágenes o circuitos electrónicos se pueda mantener a una temperatura inferior a 100ºC. Esto permite que la cámara y la electrónica de formación de imágenes operen fiablemente.

Según otro aspecto de la invención el tubo de transporte suministra potencia para la cámara. Además, el tubo de transporte incluye preferiblemente uno o varios cables de datos para transmitir datos registrados por la cámara a un extremo trasero del tubo de transporte. Como cables de datos se pueden usar hilos de cobre o fibras ópticas que se emplean en general en aplicaciones de telecomunicaciones. Desde el extremo trasero del tubo de transporte los datos pueden ser transmitidos también a una o varias unidades de procesado de señales y/o a un sistema de gestión de quemador/caldera por cables de datos correspondientes.

Según la invención, el tubo es flexible, en particular mecánicamente flexible, de modo que se pueda conectar a una boquilla basculante del quemador cuyo basculamiento sea regulable con el fin de controlar las condiciones del horno/caldera durante el proceso de combustión. La conexión entre el tubo de transporte y la boquilla del quemador se puede realizar soldando el extremo delantero del tubo de transporte a la boquilla del quemador, en particular al agujero de la boquilla del quemador.

La electrónica de formación de imágenes o circuitos electrónicos para procesar los datos salidos de la cámara están preferiblemente integrados con la cámara en el extremo delantero del tubo de transporte. Los datos procesados (incluyendo, por ejemplo,...

1. Un dispositivo detector de llama para supervisar una llama (9) durante un proceso de combustión, incluyendo una cámara (12), un tubo de transporte (13) y una boquilla del quemador (3), donde el tubo de transporte (13) se construye de tal manera que pueda llevar un medio de enfriamiento (15) a la cámara (12), donde la cámara (12) está dispuesta en un extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) y el extremo delantero (14) del tubo de transporte (13) está montado cerca del agujero de la boquilla del quemador de tal manera que un acceso óptico de la cámara (12) se dirija hacia la llama (9), caracterizado porque la boquilla del quemador es basculante y porque el tubo de transporte (13) es flexible de modo que se pueda conectar a la boquilla basculante del quemador (3).

2. Un detector de llama según la reivindicación 1, donde el tubo de transporte (13) lleva a cabo un suministro de potencia a la cámara (12).

3. Un detector de llama según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el tubo de transporte (13) incluye un cable de datos (16) para transmitir datos registrados por la cámara (12) a un extremo trasero del tubo de transporte (13).

4. Un detector de llama según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la cámara (12) está provista de un obturador.

5. Un detector de llama según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la electrónica de formación de imágenes está integrada con la cámara (12) en el extremo delantero (14) del tubo de transporte (13).

6. Un detector de llama según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la cámara (12) es una cámara CCD o CMOS.