CN101273260A - 燃烧设备中燃烧嘴的结垢和腐蚀检测器 - Google Patents

Abstract

一种工业过程中用以预测燃烧系统之结垢和腐蚀的系统，包括：管道(102)、限制元件(104)，以及结垢和腐蚀检测器(110)。管道(102)含有燃料。限制元件(104)与管道(102)耦合，并且燃料通过所述限制元件(104)。结垢和腐蚀检测器(110)与管道(102)耦合，适于检测限制元件(104)的特征信号，并且，若所测得之信号相对于基线信号的变化超过预先确定的限制值，则产生报警。

Description

燃烧设备中燃烧嘴的结垢和腐蚀检测器

技术领域

本发明涉及燃烧系统。具体地说，本发明涉及一种用于检测燃烧设备系统中燃烧嘴的结垢和腐蚀的设备。

背景技术

本文所用术语“燃烧设备”或“热量传送设备”指的是利用火或者焰炬将热量传送给一个系统的设备。一般情况下，燃烧设备利用燃料传递系统向燃烧室或者向燃烧嘴可控地传递燃料。有如本文所用的术语“燃料”可以是气体、液体、可燃烧混合物(比如油悬浮物中的煤颗粒)、任何通过燃烧嘴能够变成可控传递量的可燃物质。所述燃烧设备的实例包括：煅烧炉、热交换器、反应器、锅炉等。对于使用燃烧设备的过程而言，一种共同的故障模式是燃烧嘴或喷嘴的污物堵塞或腐蚀，所述燃烧嘴或喷嘴是用于向燃烧室传送燃料的。这种污物堵塞或腐蚀可能会影响燃料的传送，并且可能导致系统的故障，有时会引起工厂停产。

在过程工业中，由于燃烧设备的故障所引起的计划外工厂停产的代价是昂贵的，其中包括生产成本和停产/开工成本的损失。除了这些成本之外，引起工厂停产的事件还可能导致安全问题、环境问题和事故产品问题。在过程控制工业中，可能的情况下，使用提供诊断信息并产生报警的设备，以避免这些计划外的事件。

一种诊断技术包括使用受到监测的过程变量(PV)，并且一旦超过所确定的限量，则报告一次报警状况。这样的报警恰恰是对于故障征兆的检测。故障的真正原因有待将来确定，或者从控制室所能得到的其它过程信息推论出来，或者可以在产生报警的仪器仪表处得到。尽管有时仪器本身可能失效，但这样的情况可能越来越少，因为仪器仪表的可靠性越来越高。通常，报警事件的发生是基于过程自身的一个方面正在变坏。

按照常规，通过记录向燃烧设备的低燃料流量，或者基于不能实现预期的额定过程温度的干扰来检测燃烧嘴腐烂或污物堵塞的。在某些实施方案中，燃烧设备单元有多个燃烧嘴，使上游的检测有些困难。具体来说，当在一组燃烧嘴内的一个燃烧嘴发生结垢和腐蚀时，上游的检测器就不可能检测到流向具有多个燃烧嘴的燃烧器单元的燃料流动的变化，因为燃烧器单元的某些燃烧嘴只能简单地产生略大一些的焰炬。此外，如果燃料是腐蚀性的，腐蚀的燃烧嘴就可能简单地烧掉较多的燃料而效率较低。如果不关掉整个系统，要想识别哪一个燃烧嘴真正发生结垢或腐蚀，即使并非不可能，也是很困难的。

与这样的系统有关的另一个问题是，燃烧嘴的污物堵塞和/或腐蚀通常会引起热量输出较低。对于这样一种较低热量输出的补偿可以包括向系统加大燃料流量。加大的燃料流量却可能导致其它未结垢之燃烧器输出的焰炬增大，由此在系统内产生不均匀的加热状态或热点。不均匀的加热可能导致效率下降，产品质量降低，以及各种不同的其它所不希望有的结果。另外，如果燃烧器因为其它的燃烧器发生结垢而烧掉更多的燃料，则这个燃烧器产生的焰炬可能比估算的焰炬更热，由此而使燃烧器暴露到它可能承受之温度更高的温度下。这样的热点最终可能导致管道或分离器壁的过早失效。

因此，在本领域中，对于污物堵塞和腐蚀检测系统存在日益增长的需要，这种系统用于预测燃烧嘴或其它阻流元件什么时候会变为结垢或腐蚀的，以致需要对系统进行服务。本发明的各种具体实施方式提出针对这些问题以及其它问题的解决方案，以及给出相对于现有技术的其它优点。

发明内容

一种在工业过程中用于预测燃烧系统的结垢和腐蚀的系统，它包括管道、限制元件，以及结垢和腐蚀检测器。所述管道含有燃料。限制元件与管道耦接，燃料通过所述限制元件。结垢和腐蚀检测器耦接于所述管道，适于检测限制元件的特征信号，并在检测信号的变化相对于基线信号超过预先确定之限制值的条件下产生报警。

附图说明

图1是本发明一种实施例燃烧嘴结垢和腐蚀检测器系统的简化示意图；

图2A和2B是本发明一种实施例无源声控燃烧嘴结垢和腐蚀检测器系统的简化示意图；

图3A和3B是本发明另一种实施例有源声控燃烧嘴结垢和腐蚀检测器系统的简化示意图；

图4A和4B是本发明一种实施例光控燃烧嘴结垢和腐蚀检测器系统的简化示意图；

图5A和5B是本发明一种实施例的与任何流量限制元件一起使用的无源声控燃烧嘴结垢和腐蚀检测器系统的简化示意图。

具体实施方式

一般情况下，管道或导管内流动着的流体会要产生可检测得到的声音信号，因为流体要接触碰撞管道的壁。在一个管道(如通风管、燃烧嘴、等等)内的狭窄或阻挡元件附近，改变管道的内径会要引起声音反射，这种声音反射在上游从狭窄或阻挡元件是可以检测出来的。例如，当燃料流过燃烧嘴时，通过狭窄流动通道的燃料流动所引起的声音反射与流动的方向基本上相反。一般地说，可以将这种声音反射作为声音信号，这种信号随流速而变化。然而。这种声音反射或者信号是变化的，因为结垢和腐蚀会影响狭窄或阻挡元件。结垢(所不希望有的材料在表面的堆积)和腐蚀(表面材料的结斑或腐蚀)使狭窄或阻挡元件的轮廓发生变化，导致结垢或腐蚀处的声音信号指示值要发生变化。通过检测声音信号变化是否超过预先确定的限制值，就可以对这个系统的结垢或腐蚀进行监测，从而在系统失效之前得到服务。

有些情况下，一个频段内的过程噪声可能会大幅度地下降，这可能使反射信号的检测发生困难。在这种情况下，本发明继续使用所存在的流动障碍，具体的是，在所述障碍的不同截止频段反射声音信号，并测量反射的声音信号，以便检测变化是否超过预先确定的限制值。具体地说，通过气体管道而被引向燃烧嘴的宽带声音信号产生从燃烧嘴反射的声音信号，在这个燃烧嘴发生结垢或腐蚀时，所说的反射声音信号会要发生变化。

除了声音信号改变外，燃烧嘴的结垢或腐蚀还会改变燃烧嘴的光信号，以及焰炬自身的光信号。根据燃料/空气的混合，以及根据污染物的存在，热信号、颜色、焰炬剖面、焰炬的形状等都是可能发生改变的。再有，燃烧嘴的结垢或腐蚀可能会影响燃烧嘴的效率，使燃烧嘴比平常更热，或者所承受的加热不均匀。尽管系统的变量保持恒定，但燃烧嘴的焰炬却保持相对不变的形状、大小、热信号等。如果将杂质引入到焰炬中，则在焰炬中可能会出现与引入之杂质的化学组分有关的颜色。如果燃烧嘴发生结垢或腐蚀，焰炬就可能会来回振荡，并且焰炬的形状可能要改变。这个焰炬的热信号可能会开始包含一些冷区，而在由干净的燃烧嘴所产生的焰炬中是不存在这种冷区的。使用各种不同的光学检测装置就可以检测这些变化，下面对此还要进行详细的讨论。

图1表示本发明一种实施例结垢和腐蚀检测系统100的简化示意图。所述系统100包括流量管102，流量管102带有燃烧嘴104(相对于流量管102有一狭窄的内径)。燃烧嘴104伸入燃烧设备106，以通过焰炬118传递热量。在需要焰炬热量的工业过程中，所述燃烧设备106可以是锅炉，或者任何其它类型的设备。

传感器108在上游方向从燃烧嘴104耦合至流量管102。传感器108耦合到结垢和腐蚀检测电路110，电路110又经通信链路114耦合到控制中心112。通信链路114可以是有线的或无线的通信链路。此外，通信链路114可以是双线、三线或四线的回路，其中包括电源线和地线。结垢和腐蚀电路110在通信链路114范围内与控制中心112进行通信联系，分别提供测量信息和控制信号。

设置存储器115，用以存储测量信息，把通过传感器108所得到的当前测量值与基线测量值进行比较，以便识别结垢或腐蚀的变化指示值。用虚线表示存储器115，因为存储器115的定位位置是任意的，比如定位在传感器外壳111内，与传感器108以及结垢和腐蚀检测电路110在一起。另外，也可以将存储器115保持在控制中心112中。按照一种优选的实施例，所述存储器115存储狭窄元件(如燃烧嘴104)的基线(无结垢或无腐蚀)声音信号。按照一种实施例，所述测量信息是作为原始数据被存储的，这就是说，存储的测量计数或电压信息是与所调节的过程变量信息相反的。在一种可供选择的实施例中，存储经过处理的测量数据。设置本地操作员接口113，以使本地操作人员或用户可以配置初始条件(比如在安装新的燃烧嘴104之后，或者在插入的燃烧嘴已经得到服务之后，通过重新设置基线信号测量值)。

作为选择，可以利用智能系统117提高系统的精度。所述智能系统117可以包括自动学习系统、神经网络、模糊逻辑、人工智能等。

由于燃料向燃烧嘴104流动，就如箭头116所示那样，所以燃料被迫进入燃烧嘴104的狭窄内径。通过狭窄通道流动的燃料产生声音反射(以标号120表示)。通过传感器108测量这种声音反射120。一般情况下，声音反射120是通过狭窄的燃烧嘴104产生的，通常不会来源于焰炬118的噪声。虚线122表示通常的分割线，在这里才可能产生反射的噪声信号120。

一般情况下，在安装时或者在服务期间，通过传感器108记录基线测量值，并将其存储于存储器115中。在使用期间，监测燃烧嘴104的声音反射120，并通过结垢和腐蚀检测电路110比较传感器108得到的测量值与存储的基线测量值。如果与存储的基线信号相比，测量的声音反射120超过了预先确定的限制值，则结垢和腐蚀检测电路110适合于向控制中心112发出报警信号。

还可以使用传感器108检测“焰炬熄灭”状态。具体来说，如果燃烧嘴104变成完全阻塞，反射的噪声信号将要消失(或者剧烈变化，使测量数据的变化象电压阶跃一样)。如果燃烧嘴104未被阻塞但气体断开(即没有燃料流向燃烧嘴104)，压力传感器108将指示近于零的压力。于是，可以在切断燃料供给与阻塞燃烧嘴104之间区分所述设备。

一般情况下，传感器108可以为压力传感器，或者是适宜的声音传感器。不管在哪种情况下，都可以使几个传感器进入普通的电子电路，可使传感器与每个燃烧嘴104发生关联。如果使用声音传感器，则可以期望将一个或多个附加的压力传感器耦接于燃烧器装置，以便有助于在燃烧器的断开状态和阻塞或结垢的燃烧嘴之间加以区分。

对于在宽范围燃料供料速率下工作的燃烧设备而言，可以推论出供料速率和燃烧嘴背压(由压力传感器测量)之间的相互关系。对于各种不同的背压范围，存储参考噪声信号可以提供较好的预测结垢的检测能力。当燃料的供料速率发生变化时，可以使用对于这个背压范围合适的参考噪声信号，以与当前测得的噪声信号加以比较。

可以用各种不同的方法确定狭窄元件(如燃烧嘴104)的噪声信号。例如，可将快速傅里叶变换应用于测量数据。按照一种优选的实施例，可将子波技术应用于测量数据，以分解所测的波形，因为这种波形对于具有高噪声内容的信号工作的很好。相对于傅里叶分解而言，信号的子波分解的优点在于，能够更好地表示对信号的局部或短期贡献。

一般说来，与现有技术的结垢和腐蚀检测方案相比，本发明给出一系列的优点。首先，通过在燃烧嘴104的上游方向(但靠近燃烧嘴)定位传感器(声音传感器或压力传感器)，使传感器108不会发生直接加热，因此可以避免出现与热循环和直接热暴露有关的问题。第二，传感器108提供敏感且可预测的方法去确定燃烧嘴的结垢和腐蚀。第三，可以用一系列不同的方式实现传感器108。按照一种优选的实施例，将传感器集成于传送器上。另一个优点是，要提供结垢或腐蚀的信息，不需要有关燃料速率的信息。而且，本发明能够在“燃料断开”与燃烧嘴受堵的情况腐蚀之间进行区分。传感器108还可提供燃料压力的过程变量，这是一个附带的优点。最后，本发明不需要为分布式控制系统搭载比正常的传送器过程变量(PV)更多的东西。对于大多数应用而言，4-20毫安的回路能量足以为这种检测器供电。

图2A和2B表示本发明一种实施例与单个燃烧嘴相关的无源结垢和腐蚀检测器的简化方块图。所述结垢和腐蚀探测器具有燃料流量管102，该流量管102带有燃烧嘴104，压力传感器108耦接于该流量管102。燃料或气体流116穿过所述流量管102，并穿过燃烧嘴104的开口，并且，反射的噪声信号120反射到压力传感器108，用以检测燃烧嘴的噪声反射120。然后，由结垢和腐蚀检测电路110处理所测得的反射声音信号120，使所测得的信号120与存储器115中所存储的基线信号相比较。在图2A中的燃烧嘴104是清洁的，所以这样的比较不会产生任何报警信号。

图2B表示的检测器与由淀积物124部分阻塞或者结垢的(或作为选择是被腐蚀的)燃烧嘴104有关，同时导致发生改变的声音反射120(与图2A所示的反射相比)。传送器108检测表示受堵燃烧嘴104的改变了的反射信号120。然后，耦接于压力传感器108的结垢和腐蚀检测电路110将所测得的反射信号120与存储器115中所存储的测量数据相比较。如果存储的信号与测量信号120之间的差超过预先确定的限制值，则可向控制中心发出报警信号。按照一种优选的实施例，使用为检测感兴趣之噪声频率而具有足够带宽的压力变送器，获得燃烧嘴的流动声音信号或噪声信号。

有如本文所用的术语“声音”以及“噪声”，它们指的是压迫型的压力波或其它振动，它的频率可能落在可听范围内，或者不落在这个范围内。在安装或维护期间，测量一个参考噪声信号，并将其存储于一个存储器内(或者是在控制中心的传感器中的存储器，甚至是在结垢和腐蚀检测电路内的传感器)。在燃烧嘴的正常工作期间，测量附加的噪声信号，并与参考数据进行比较。如果噪声信号的变化大于预先确定的限制值，就在设备的输出信号上提供报警或警告。

一般地说，设备的电子电路提供具有初始值的能力，所述初始值可以经过外部设备，或者经过控制中心，或者经过本地集成的操作员接口而被设置。按照一种优选的实施例，所述电子电路借助数字总线支持双向通信，比如

、Foundation FieldBus、CAN或其它通信协议。通常，可以利用这种通信能力设置初始值，并输出各种紧急报警电平，以及在基于设备的传送器的情况下，可能会潜在地输出一个过程变量(PV)。此外，可以借助数字总线报告声音传感器的正常状态。对于传送器而言，所述电子电路通常是4-20毫安的回路供电；但也可以使用其它电子电路以及其它通信技术。

图3A和3B表示将本发明的结垢和腐蚀检测器用于高噪声环境下的简化电路图。根据特定的设备安装，来自过程的本底噪声可能会压倒传感器108区分燃烧嘴信号与本底噪声的能力。在这样的环境中，可以期望，将声音传感器128定位在燃烧嘴104的上游方向，以便按预定频率把声音信号120引向燃烧嘴104。然后，可将结垢和腐蚀检测电路110配置成为，用以对于窄带频率处理所测得的反射信号120，所述频率可能与传送的信号129有关。按照一种优选的实施例，声音传感器128既能实现传送功能，也能实现检测的功能，因此简化了实施方案。在这样的实施例中，简单地由声音传感器128代替压力传感器108。

图3B表示被淀积物124部分结垢或阻塞的燃烧嘴104的简化方块图。燃料源126向流量管102传送燃料，依次再把还燃料传送给燃烧嘴104。燃烧嘴104的狭窄的内径以及淀积物124反射被传送的信号129，与存储在存储器115中的基线反射信号相比，使反射信号120发生了变化。在一种优选实施例中，结垢和腐蚀检测电路110适于操作所述传感器，使其能够发送噪声频率。在一种实施例中，声音传感器128适于发送和接收感兴趣的噪声频率。

在这样的实施例中，可以预期，在声音传感器128附近并且靠近燃料流来定位传感器108，有助于从反射信号测量和取消所述过程的噪声。

正如所表示的那样，在部分受堵燃烧嘴104的事件中，焰炬118可以不太准确或不太有效。代替严格控制的稳定焰炬118(如图2A和3A中所示者)，部分结垢的燃烧嘴104可能产生分叉的焰炬，如果使用光学传感器进行测量，这种焰炬所包含的颜色很可能不止一种。

一般而言，这种方法的关键力度在于，随着燃烧嘴结垢的增加，反射信号120将连续改变。除了提供强有力的预测能力以外，这种电子电路还能够提供与燃烧嘴结垢程度成比例的输出变量。而且，通过根据传送的信号测量反射信号，与依赖流速相比，反射信号120更加强烈地与燃烧嘴的结垢有关。

虽然图中表示的是压力传感器，但是可以使用能够驱动和听见声音信号的任何适宜的现场设备。例如，可以使用声音传感器。另外，可以使用测量温度、流量，或其它过程变量(PV)的它种类型传送器。如以上所讨论的，可将多个传感器与一个单独的传送器耦接，以便可以使用共用的电子电路。作为选择，一种完全专用的现场设备可以为大型的燃烧设备提供低成本的解决方案，因为几个声音传感器可用于一个共用的电子电路，每个燃烧嘴对应一个声音传感器。

重要的是要理解，有用的燃烧嘴诊断应该是对不同的燃料速率和最终燃料类型都是可靠的。如果燃料类型发生根本性的变化，比如从液体变为气体，则应该采用一组新的反射信号的参考信号。因此，可以根据需要利用本地操作员接口(图1中表示为元件113)来复位基线信号。作为选择，也可以借助控制中心发出的指令使基线测量值初始化。

一般情况下，燃烧嘴104的结垢会使燃料流动通道进一步变窄，产生较高频率的反射信号或声音信号120。相反，燃烧嘴104的腐蚀可使开口变宽，由此产生较低频率的信号120。作为选择，腐蚀或结垢可引起不均匀的，或者不固定的反射120(如图2B或3B所示)，由此提供可能结垢的早期指示。

一般说来，本发明可以根据反射信号120相对于存储的基线的变化程度来预测结垢和/或腐蚀。这就允许操作员能够测量出过程内的狭窄元件需要服务的具体时间。例如，当燃烧嘴104引起的反射信号变化超过预定的限制值时，检测电路向控制中心发出报警。操作人员根据这个报警在下一次使用之前按计划进行例行的服务。在批量处理的环境中，可以在各批量之间对于设备提供服务。与由于设备故障引起的计划外停产关机相比，这样的有计划的工厂停产服务成本少得多，更加值得期待。况且，从检测器可以猜测，决定什么时候向设备提供服务。

图4A和4B表示的是本发明适于捕获由燃烧嘴产生之焰炬的光学信号的燃烧嘴结垢和腐蚀探测器的简化示意图。如图4A所示，光学检测器129包括具有燃烧嘴104的流量管102，以及与成像设备(光学传感器)130耦接的结垢和腐蚀探测器108。光学传感器130相对于焰炬118被定位，使焰炬118位于它的观察区132之内。在优选实施例中，将成像设备130定位在焰炬118的侧面或底部，从而可以减小成像设备130对于焰炬118产生的热量的暴露。燃料流116通过流量管102并从燃烧嘴104出来，在这里燃料点火产生焰炬118，焰炬118可由光学传感器130检测。光学传感器130向结垢和腐蚀检测电路110传递数字化图像，在这个例子中检测电路110适合于比较数字化的焰炬图像与存储在存储器115中的参考焰炬图像，从而可以确定是否已经发生结垢或腐蚀。例如，可以控制从一个气体燃料源点火的焰炬118，使焰炬118成不变的形状和颜色。然而，如果燃烧嘴104变为结垢或腐蚀的，则焰炬118可能随着焰炬118消耗的各种不同的杂质而发生振荡，并改变颜色。光学传感器130检测这些视觉改变，并且，结垢和腐蚀检测电路110能够识别这样一些变化，以预测结垢和/或腐蚀。

图4B表示具有结垢的燃烧嘴104的光学检测器129，燃烧嘴104由淀积物124部分阻塞。点火通过结垢的燃烧嘴104的燃料流，以产生焰炬118，这个焰炬118的形状与图4A的焰炬118的形状不同。如果使用光学传感器130，则可以检测到焰炬118的形状变化，将改变的形状与来自存储器115所存储的基线测量值进行比较，从而可以预测燃烧嘴104的结垢或腐蚀。

在一种实施例中，光学检测器129包括成像设备，该成像设备与电子电路耦接，电子电路能够操作所述成像设备，成像设备适于根据焰炬的数字化图像检测燃烧嘴是否已经发生结垢或阻塞。此外，电子电路给出一个输出信号，所述信号或者包含有关燃烧嘴状态的信息，或者输出表示燃烧嘴结垢或阻塞的报警或警告信号。

与特定燃烧嘴有关的焰显示器出一个强度分布，这个强度分布取决于燃烧的状态，当燃烧嘴发生结垢或阻塞时，焰炬的热量、颜色以及形状都会随之改变。成像设备检测比如焰炬大小、由完全燃烧或不完全燃烧引起的颜色变化、焰炬形状、焰炬温度等属性的变化，。在正常工作中，燃烧嘴的焰炬剖面应随时间推移是一致的和不变的。然而，当燃烧嘴结垢或阻塞时，焰炬剖面可能变为随时间明显变化的(振荡的)性质(似乎要熄灭、闪烁或另外方式的变化、随时间变化的形状和剖面)。于是，通过记录所测得的并且存储在存储器115中的参考燃烧嘴焰炬剖面的变化，就可以检测燃烧嘴的结垢和阻塞。如果焰炬属性发生了变化，或者如果焰炬剖面随时间变化的数量超过预先确定的限制值，则要在设备的输出信号上提供一个报警或警告。如果燃烧嘴104完全阻塞，焰炬的图像可能全然不存在。这就使得设备能够将结垢或部分阻塞与完全阻塞的状况区分开来。

为了提高灵敏度，按照一种优选的实施例是，向诊断传送器电子电路提供一个来自燃料流指令信号或者来自燃料流传感器的输入。这就使所述设备在流过喷嘴的燃料流改变的情况下能够重新建立参考剖面。剖面的这种更新会使结垢检测的灵敏度更高。

在一种实施例中，压力变送器133(用虚线表示)提供燃料流信号和数字电路110所用的外壳。作为可供选择的方式，对于大型的燃烧设备而言，可以提供一个完全专用的设备，因为可以将几个成像传感器放入一个共用的电子电路中；对于每个燃烧嘴有一个成像传感器。

根据需要以及根据设计人员所关心的参数，本发明可以利用不同类型的成像技术。可以使用彩色成像设备以及黑白成像设备来检测焰炬燃烧特征的不同。可以使用热成像设备测量光学信号，特别是给出与燃烧嘴有关的热分布或信号。可以测量焰矩温度以及焰矩通信方面的区别。热成像或彩色成像设备还能够检测结垢燃烧嘴的材料的类型，因为焰炬的颜色和温度可能对应结垢材料的化学特性的变化而变化。

为了确定报警状况，结垢和腐蚀检测电路可以包括适于实现图形比较和识别的电路和/或软件。在数字化图像中进行图像识别的各种不同的方法都是公知的。为了提高传感器的精度以及诊断的可靠性，可以期望使用与这种技术结合的智能系统，如自学习中枢网络(self-learning neuralnetwork)，或多个这样的网络，以便在服务中提高对于特殊应用的设备精度。另外，可以采用其它智能系统，如模糊逻辑、人工智能技术和设备，以及各种不同时间和频率信号处理技术，以便进一步提高设备的精度。

一般地说，本领域普通技术人员应能理解，报警可以是电信号，必然将这种电信号传送至控制中心。作为选择，所述报警还可以是在设备上的一个视觉信号，比如点亮的发光二极管、闪烁的显示器等。

虽然上面所说的实施例大部分集中在燃烧嘴的结垢上，但是使用相同的技术还可以检测腐蚀。例如，与存储器115中所存储的参考信号相比，如在图2A-3B中所示的声音传感器，如果燃烧嘴104腐蚀或者变成被侵蚀，可能会在燃烧嘴104的声音反射信号120中测得一个减小的频率(并且可能会有些衰减)。

当燃烧嘴104受到腐蚀时，焰炬118本身也要变化。例如，燃烧嘴104的腐蚀可能会使燃料流受到影响，并因此而影响到燃料/空气混合物，导致热信号和焰炬颜色的变化。此外，腐蚀可能影响燃烧嘴104的形状，导致形状的变化以及“稳定性”变化，或者使焰炬118振荡。这样一些变化是可以通过光学检测器130检测出来的，有如以上所讨论的那样。

与现有技术的系统相比，上面所述的燃烧嘴结垢和腐蚀检测系统有一系列优点。所有这三种实施例都使用燃烧嘴的信号，用以给出确定燃烧嘴的结垢的灵敏且可预测的方法。而且，所有这三种实施例的安装和实施都是简单的，而且如果需要，可以将检测装置集成到传送器上。在光学检测系统中，可以将成像设备安装在能够很好地观察将要监测的燃烧焰炬的任何位置。在优选实施例中，成像设备的位置远离热量，例如在焰炬的下面或侧面。

所有这三种实施例都不需要燃料的流速测量值来提供燃烧嘴的结垢或阻塞的信息；但是，在所有这三种实施例中，可以使用这样的数据来提高检测器的灵敏度。而且，按照优选的实施方式，这三种实施例都不需装载在传送器过程变量或报警输入以外的DCS。

被驱动的声音检测器和成像设备这两者都提供了检测逐渐增多的结垢的一种方式，使诊断设备能够输出代表结垢数量的信号。被驱动的声音检测器处理燃料流的变化也是很容易的。

对于大多数应用而言，两种声音传感器工作的回路电源都是4-20毫安，两者都容易区分燃料断开和结垢状态。最后，无源声音检测器可以给出燃料压力过程变量，这是一个附带的优点。

最后，应予说明的是，已经参照燃烧嘴输出信号和焰炬输出信号描述了本发明，但本发明还可应用到其它的限流设备或阻流设备。

图5A和5B表示一种具有限流元件134的过程的简化示意图，所述限流元件134设在管道102中。为简单计，这个实施例与图2A的无源方案实施例相似，但是可以使用声音传感器(如图3A和3B中所示的声音传感器)向狭窄元件传送信号。在可供选择的实施例中，可以将声音传感器定位于管道102上，相对于压力传感器108在限流元件的相对侧，因而会反射传送的声音信号，并使部分信号通过限流元件，以便于测量。所接收的信号相对于基线的改变是限流元件134中结垢的表示。

尽管如此，如图中所示者，也要迫使流体流过限制元件134，由此产生反射的噪声信号120。利用压力传感器108可以检测反射的噪声信号，并利用结垢和腐蚀检测电路110使所述反射的噪声信号与存储器115中存储的基线信号进行比较。如果所测得信号120和存储的信号之间的差超过预先确定的限制值，则向控制中心发出报警信号，表示限制元件134可能马上需要服务。

一般情况下，通过使燃烧流的任何部分的障碍或者流动限制元件的反射声音信号与一个参考信号相比较，就可以检测结垢或腐蚀。所述流动限制元件134可以是文杜里管、孔板、卸料杆、阀门、喷嘴等。当这样一些设备发生结垢或腐蚀时，反射的声音信号就会发生改变。而且，可将光学检测器应用于能够以光学方法测得的任何类型流动输出，其中包括高温流动等。在这样的实施例中，可以使用比如红外检测器来监测流体流动的温度分布的变化。

本发明还有一个优点，其中，有可能检测在工业过程中根据本底噪声的明显变化检测正在研究的一些问题，这些问题与用来预测结垢和腐蚀的声音信号无关。例如，在运动设备中，当轴承开始失效时，这个设备就要产生越来越大的噪声输出。噪声输出的这种变化将会改变所检测的信号的本底噪声，而且可以分析这种明显的变化以便能够在灾难性故障之前预测其它相邻设备的潜在服务需求。

虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域的普通技术人员应能理解，在不偏离本发明构思和范围的情况下，还可以在形式上和细节上进行许多改变。

Claims (23)

1.一种在工业过程中用于预测燃烧系统的结垢和腐蚀的系统，包括：

含有燃料的管道；

耦接于所述管道的限制元件；

耦接于所述管道的结垢和腐蚀检测器，所述检测器适于检测限制元件的特征信号，并且若所测得的信号相对基线信号的变化超过预先确定的限制值，则产生报警。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述限制元件包括工业过程的热量传送系统中燃烧嘴。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述特征信号包括被反射的声音信号。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述结垢和腐蚀检测器包括：

耦接于所述管道的声音传感器，适于检测过程流体内的声音信号；

存储器；

结垢和腐蚀检测电路，该电路与压力传感器耦接，并与所述存储器耦接，适于使声音传感器所测得的特征信号与存储器中所存储的基线信号比较，若所述特征信号和基线信号之间的差超过预先确定的限制值，则所述结垢和腐蚀检测电路适于产生报警。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述结垢和腐蚀检测器适于检测本底噪声的变化，所述变化指示工业过程中与结垢或腐蚀无关的问题。

6.如权利要求1所述的系统，其中，还包括：

与所述管道耦接的声音传感器，适于向着所述限制元件产生声音信号；并且

所述特征信号包括从限流元件反射的声音信号。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述结垢和腐蚀检测器包括适合于分析特征信号的智能系统。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述变化表示所述限流元件的结垢和/或腐蚀。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述信号包括光学信号。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述检测器适于利用子波技术检测特征信号。

11.如权利要求4所述的系统，其中，还包括适于存储基线信号的存储器。

12.如权利要求1所述的系统，其中，还包括使用户可设置预先确定之限制值的本地操作员接口。

13.一种在工业过程中用于监测燃烧设备之结垢和腐蚀的系统，该系统包括：

含有燃料的管道；

耦接于所述管道的燃烧嘴，适于向燃烧设备传送燃料，所述燃烧嘴在所述管道的一端限定一限流元件；

耦接于所述管道的传感器，适于检测所述燃烧嘴的声音信号；

电路，适于处理所测得的声音信号与所存储的基线信号，若所测得的声音信号相对基线信号的变化超过预先确定的数量，则产生报警信号。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述传感器包压力传感器。

15.如权利要求13所述的系统，其中，所述特征信号包括由流过燃烧嘴的燃料所引起的可检测声音信号。

16.如权利要求13所述的系统，其中，还包括：

耦接于所述管道的声音传感器，适于将声音信号引向所述燃烧嘴；而且

所测得的声音信号包括被反射的声音信号。

17.如权利要求16所述的系统，其中，所述反射的声音信号随燃烧嘴的结垢或腐蚀而变。

18.如权利要求13所述的系统，其中，还包括智能系统，它与所述电路耦接，适于分析测得的声音信号，以预测燃烧嘴的结垢和/或腐蚀。

19.如权利要求13所述的系统，其中，还包括与所述电路耦接的存储器，适于存储所述基线声音信号。

20.一种在工业过程的燃烧设备中用于检测燃烧器之结垢和腐蚀的系统，包括：

多个管道部分，每个管道部分包括内含燃料的管道段和与该管道段耦接的燃烧嘴；

多个声音检测器，每个声音检测器与多个管道段之一耦接，并适于检测燃烧嘴的声音信号；

与所述多个声音检测器耦接的共用电子电路，它适合对于所述多个燃烧嘴中的每个燃烧嘴特有的存储基线信号，处理由所述多个声音检测器测得的声音信号，所述共用电子电路适于根据特定燃烧嘴的声音信号与其基线信号相比的变化预测该特定燃烧嘴的结垢和/或腐蚀。

21.如权利要求20所述的系统，其中，还包括多个声音传感器，每个声音传感器耦接于相对燃料流为上游的特定管道段，适于向所述燃烧嘴产生声音信号。

22.如权利要求20所述的系统，其中，还包括与所述共用电子电路耦接的存储器，适于存储每个燃烧嘴的基线信号。

23.如权利要求20所述的系统，其中，所述共用电子电路利用子波技术处理每个声音信号。

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