مقدمه

هر روز که می­گذرد، شرایط و قوانین زیست­ محیطی سخت­گیرانه ­تری بر فضای صنایع بزرگ حاکم می­شود. یکی از اصلی ­ترین نگرانی­ ها در مورد خروجی دودکش­ ها یا اگزوزهاست. میزان آلاینده­ های خارج شده از آنها و شدت آلایندگی مواد خروجی، هر روز بیشتر در زیر ذره ­بین استانداردها و الزامات قرار می­گیرند.

برای رسیدن به توقعات و کیفیت­ های مطرح شده، نیاز به کنترل و مدیریت هرچه بهتر شعله­ های درون محفظه­ های احتراق از قبیل کوره­ ها، بویلرها، برنرها و چمبرها می­ باشد. این کار می ­تواند بسیار پیچیده باشد. برای مثال، در مشعل­ های پیشرفته با اکسیدهای نیتروژن اندک که به تغییرات کیفیت زغال سنگ و عملکرد بویلر حساس­تر هستند، کنترل شرایط نیازمند مدیریت دقیق شعله است؛ چون نوسانات در خروجی، فقط می ­تواند در عرض چند دقیقه و به دلیل وجود تغییرات در سوخت یا عملکرد کوره رخ دهد

برای مدیریت بهتر شعله­ های بزرگ، استفاده از سیستم فیدبک الزامی است. در حال حاضر، اطلاعات این سیستم­ های فیدبک از سنسورهایی مانند ترموکوپل و دتکتور شعله حاصل می ­شوند. در سیستم ­های کنونی کنترل شعله، اغلب اطلاعات حاصله صرف مدیریت ایمنی و محاسبات راندمان محفظه­ های احتراق می­گردد. سنسور تشخیص شعله نقشی کلیدی در تشخیص وجود یا عدم وجود شعله بازی می ­کنند که خود سهمی مهم در حفاظت محفظه­ های احتراق دارد.

همانطور که در مقاله دیگر این سایت، در مورد نحوه عملکرد سنسورهای شعله­ بین رایج توضیح داده شده است، در حال حاضر این دتکتور شعله تنها برای تشخیص حضور شعله در محفظه احتراق استفاده می­شوند؛ اما سنسورهای تشخیص شعله رایج دو مانع اصلی برای ارتقاء سطح پایش خود برای کنترل بهتر کیفیت شعله ­دارند که عبارتند از اول، محدویت­ها و پیچیدگی های سیگنال­های­ ورودی سیستم پردازش (خروجی سنسورهای حساس به نور) و دوم، محدودیت‌های سخت ­افزاری و نرم ­افزاری اسکنرهای موجود در پردازش سیگنال­ها.

پیچیدگی سیگنال ورودی دتکتور شعله  عمدتا به دلیل پیچیدگی خود احتراق است. احتراق در محفظه ­های احتراق شامل فعل و انفعالات­ غیرخطی بین اختلاط سوخت با هوا، سرعت واکنش های شیمیایی و انتقال حرارت است. این فعل و انفعالات و جریان آشفته مربوطه، شعله را از داخل ناپایدار می­ کند. در نتیجه، میزان احتراق و انتشار گازها بطور پیوسته در نوسان هستند

تفسیر سیگنال‌های ورودی به دلیل مناسب ­سازی­ های غیرخطی و اعمال مکانیزم سلف­ چک که اکثر سازندگان آشکارساز شعله در محصولات خود گنجانده‌اند، پیچیده‌ تر می‌شود. مکانیزم سلف ­چک در حدود بیست الی بیست و پنج درصد از سیگنال ورودی را عملا حذف می­کند و پیوستگی زمانی سیگنال ورودی را از بین می­برد. فیلترهای مختلف و بلوک­های غیرخطی در مسیر پردازش سیگنال نیز که تنها برای تشخیص صحیح وجود یا نبود شعله طراحی شده­ اند، کار را برای رسیدن به اطلاعات مورد نیاز برای پایش کیفیت شعله سخت­ تر می­ کنند.

با توضیحات ارائه شده، در ادامه به معرفی یک سیستم پایش شعله جدید می ­پردازیم که در مقالات روز دنیای صنعت برق به آن اشاره شده است. این سیستم مدعی پایش کیفیت شعله با استفاده از شعله­ بین­ های رایج در سطحی بالاتر از سطح فعلی در بویلرها و کوره­ ها است.

سیستم پایش مشعل جدید : دکتر شعله

انتظار می‌رود سیستم جدید پایش مشعل بنام “دکتر شعله” در تشخیص دقیق ­تر شرایط مشعل به واحدهای یوتیلیتی کمک کند. این سیستم پایش مشعل یک بسته سخت ­افزاری و نرم­ افزاری پورتابل است که برای نصب موقت و دائم بر روی کوره­ های زغال ­سنگ صنعتی و بویلرهای واحدهای یوتیلیتی طراحی شده است. قطعات سخت­ افزاری اصلی عبارت از سیستم داده برداری مرکزی برای جمع­ آوری خروجی سیگنال­ های اسکنرهای شعله و کامپیوتر برای پردازش و نمایش سیگنال هستند که در شکل 1 به صورت بلوک ­دیاگرامی برای یک سیستم چند-مشعلی (چند-اسکنری) نمایش داده شده است.

شکل 1- تصویر بلوک دیاگرام سیستم دکتر شعله در محفظه­ های احتراق چند-مشعلی

این سیستم با استفاده از سیگنال‌های حاصل از اسکنرهای شعله نوری موجود، ضعف عملکرد احتمالی هر یک از مشعل‌ها که به انتشار بیشتر گازهای آلاینده و راندمان پایین منجر می­شود را تشخیص می‌دهد. به رغم تغییرات بار، تغییرات کیفیت سوخت و خرابی تجهیزات، با پایش مستمر وضعیت همه مشعل­ها در یک کوره یا بویلر، امکان بهینه­ سازی عملکرد کلی کوره یا بویلر وجود دارد. معمولا با اصلاحات اندک یا بدون ایجاد تغییر، می­توان از خروجی حاصل از اسکنرهای شعله نوری نصب شده فعلی استفاده کرد.

 نرم ­افزار این سیستم شامل یک رابط کاربری گرافیکی تعاملی و ماژول تشخیصی برای پردازش سیگنال­های اسکنر است. هسته ماژول­ تشخیصی، مجموعه­ ای از ابزارهای ریاضی اختصاصی برای شناسایی الگوهای شعله است. این ابزارها نتیجه همکاری بین آزمایشگاه ملی اوک ریج و مرکز پژوهشی باب­کوک و ویل­کاکس (B&W) تحت حمایت موسسه تحقیقاتی نیروی برق (EPRI) هستند