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Flame Detector  7.0

ACID GAS 연소공정을 감시하는 최신설비

* 개관

밀폐한 공장안에서 최적의 이용성과 경제성, 그리고 안전성을 고려한 기술적인 처리의 필요성때문에, 화염감시와 분석에서 두드러진 발전이 있었습니다.

그 일은 모든종류의 어려운 가동조건하에서도 뜨거운 가스와 산성가스화염을 확실하게 감시하는 화염감시방법을 만들어내는 것입니다.

물리적/화학적공정들의 복잡한 상호 불가결한 독립성때문에,  이 일을 제대로 실행하기위한 변수로서 쓰이는  기준이 연소공정을 위해서는 선택되어야만 했습니다.

* 일반적인 원리

연소중에 에너지는 전자장방출의 형태로 변화합니다. 이것은 연료가 무엇이냐에 따라 넓은 스펙트럼으로 분산되고(그림1) 파장에 따라 분류됩니다(그림2).방출강도는 산소가 연료에 흡수될 때 맥동합니다. 동시에 방출파의 진폭변조가 일어납니다. 그것은 오르락내리락하는 주파수가 있는 화염의 통로를 따라서 반응의 정도에 따라 변화합니다(주로 5HZ에서 1.5KHZ까지)(그림3).

기체,액체,고체의 전자와 분자에 의해 생기는 전자장방출은 열로서 나타나고, 그래서 미립자에 들어있는 원자와 분자의 운동에너지를 증가시킵니다.

그래서, 정의에 따르면 이 방출은 상호간에 서로 활성하는 미립자의 양으로 변환될 수 있습니다.  화염방출에너지끼리의 미립자의 모임 : 따뜻한 미립자는 차가워지고 차가운 미립자는 뜨거워진다. 전형적인 예는 화염시작부부터 끝부분까지 기록되는 열방출입니다.

방사강도는 온도증가에 따라 비례적으로 증가합니다.  Stefan Boltzmann의 법칙에 따르면,  주위온도 Tu에 대해 그 온도가 T인 몸체의 표면적당 방사되는 용량은 다음과 같습니다.

E = X ( T4 - Tu4 )

온도가 증가하면, 그 방사의 분광분포는 더 짧은 파장으로 이동합니다. Wien's displacement의 법칙에 따르면, 열적으로 여기된 최대방사치는 온도에 반비례합니다.

m x T = const.

Planck의 방사법칙에 따르면, 빛을 흡수한 몸체는 반투명한 몸체보다 더  많은 방사를 합니다. : Kirchhoff의 원리에 따라, 에너지가 이 모체에 공급되면 흡수된 힘은 방출되는 힘과 같습니다.

FLAME MONITORING

전자장방출은 방출수신기에 의해 측정할 수 있도록 전기량으로 바뀝니다. 원리에 따라, 사용자는 photoelectric과 thermal detector를 구별할 수 있습니다.

Thermal detector는 전체방출스펙트럼에 대해 매우 민감하며, 2차영향에 의한 지정된 파장범위를 선택할 수 있습니다 ( 예를 들면 spectral filter). 이것은 다양한 분광범위안에서  다른 화염들을 유연하게 감지하기 위해서는 우선적으로 준비되어야 하는 중요한 것입니다.

H2S를 연소시키면 강력한 흡수범위 270 - 400nm가 발생합니다. 이것이 바로  UV자외선기기나 silicon부품을 쓰는 다른것들, 그리고 단지 적외선에만 민감한 것들로서는  만족하게 수신할 수 없었던 이유입니다.

산성가스의 화염을 감시하는 새로운 방법에는 위에 언급된 thermodetector들을 사용해서 미리 결정된 두 개의 위치에서의 화염온도의 차이점들을 기록하고 분석하는 일이 포함되어 있습니다. 반면에 한 위치에서는 광학적으로만 감지됩니다.

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Flame Detector  7.0

새로운 방법은 화염안에서 연소가스가 재 순환하면서 생기는 현상들을 이용하고 있습니다. 그 현상은 그들의 온도가 그 시간동안의 변동뿐만 아니라 모든 주변의 변동까지도 보여준다는 것입니다.  두 곳에서 방출강도의 차이를 감지함으로서, 계속되는 신호는 완전히 제거됩니다.  이 원리 때문에 과거에 널리 사용되었던 것보다 훨씬 개선된 화염감시설비를 만들 수 있습니다. 더 낮은 부하에서도, 화염이 존재하므로 생기는 신호의 증폭이  화염이상이 있을 때 생기는 것 보다 몇배입니다.

연소가스가 흐르는 방향은 화염의 방향과는 반대이므로, 화염에서 미리 정해진 점(위치)대로 늘어선 것들을 선택하는 것이 낮습니다. (그림4)

새로운 방법(BFI의 특허)을 적용하는 화염제어기는 기존의 화염제어기와 다음면에서 다릅니다.  두 개의 detector는 같이 공급되어 매우 근접하게 위치하고 있으며 입력창뒷부분에  평행하지 않게 연결됩니다. 위에서 언급한 대로 신호의 계속된 부분이 제거될 뿐만 아니라, 두 개의 detector는 똑같은 주위조건에 따릅니다. : 그 결과로서, 열류현상이 test result의 왜곡으로 나타나지는 않습니다.

화염에서 방출되는 방사는 획일적인 스펙트럼이 아니라 뚜렷한 최대치와 최소치를 가지고 있는 밴드스펙트럼이므로, 신호가 나오고 있을때는, 각각의 밴드로 떨어지는 방사의 강도를 분석할 수가 있습니다. 그래서 화염의 질에 대한 분석표( 예를 들면 연료사용에 대한 효율성이나 오염감소)를 만들 수 있습니다. (BFI의 특허)

예를 들어, 만약 band pass를 가지고 있는 spectral filter를  detector앞에 연결하고, 그 band pass가 CO와 CO2에 대한 특성band를 가지고 있다면, 연소공기의 양을 바꾸면detector의 출력신호는 바꿀 수 있습니다. : 출력신호가 최소치에 다다랐을 때 연소는 최적의 상태에 있습니다.

그림4는 새로운 방법을 적용한 화염제어기의 입력상태에 대해 잘 보여주고 있습니다.  신호처리회로에 대한 세부사항들은 그림에는 나와있지는 않습니다. 감지tube(10)에서, 렌즈시스템은 구성하는 물질에 따라 조정되며 구성물질은 전달되는 스펙트럼의 상하한계를 제한합니다.  렌즈시스템은 감지tube에서 조정되므로 전달되는 스펙트럼은 다시 한번 더 제한됩니다.   필터의 쌍은 (주된 연소발생물질의 최대스펙트럼치가 band pass안에 포함되는 방식)으로 선택합니다(예를 들면 CO와 CO2 혹은  H2S와 H2O).

두 개의 thermodetector는 렌즈시스템의 image plane안에서 매우 근접하여 배열됩니다.  예를 들면, 위치를 감지하는 thermopile은 화염에 따라 비추는 방향대로  서로를 대신합니다. 이 두 개의 thermoelement는 평행하게 연결되지는 않습니다. 따라서, 이들은 정반대의 신호로된 EMF를 만들어내며,  그 연결부위에는, 두 개의 보는 점에서의 각 온도사이에서 동시에 각각의 위치에서 다른 존재를 나타내는 신호가  있습니다. 반면에, 회로안의 이 위치에서 계속되는 그(매우 더 높은) 신호는 어떤 전압도 만들어내지 않습니다.

Thermoelement는 낮은 저항치를 가지고 있고, pyrodetector과 비교할 때, 발생되는 전압이 작아도 온도에 따라 변하는 영향받는 것들에 대한 정보를 줍니다.

자가감지기능에 관계된 safety요인들을 위해서는, line18의 출력신호가  interupter( 예를 들어, 7:3의 비율로 매초마다 scan되는 optocoupler )를 지나서 증폭기의 입력22에 전달됩니다.

이 신호는 실질적인 필요에 따라 더욱 전자적으로 처리됩니다. 예를 보려면 증판된 □Gas Warme international / Die neue Flammenwachter-Generation"를 참고바랍니다.

처리설비의 기술적 data에 대해서는, BFI system 3000에 대한 기술자료를 참고바랍니다.

Technical Data

spectral 감도범위	: 250 - 7,000nm

특별주문에 의해special filter가 쓰임

센서소자	: 비 병렬 thermodetector

주위 온도	: 0 -70도

보호시스템	: IP65

전원	: 24VDC, 내부전원과 분리됨. +/-15%

sight tube	: 1" inside thread

냉각공기 연결	: plug사용

무게	: 0.5kg

Poti A (ex-housing)	: 이득제어를 위한 설정은 20단계

그림3-000-02-20