具有引导设定值搜索的燃烧控制方法

文档序号:4566792阅读:188来源:国知局
专利名称:具有引导设定值搜索的燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及一种带有引导设定值搜索的燃烧控制方法。
特别的,本发明涉及适合于在热产生设备象例如气动锅炉和水加热器中控制燃烧的系统,所述系统基于对与火焰接近的电离电流的测量来调节在燃烧过程中表示空气/燃料比的参量λ。
背景技术
通过在空气输送装置和燃料输送装置之间的机械/气动类型连接,热产生设备中正被讨论地控制系统可应用的助燃空气和燃料混合物的类型是液体还是气体是不识别,至少不完全识别,利用前述λ比率的知识或估计改为用电子仪器则是识别的。为实施例着想,所述输送装置可分别由通风元件和适合于输送所述气体的阀门组成。
应当注意到参量λ具有值得注意的重要性实际上,一旦与燃烧器类型相关的燃烧室的几何形状和主要热交换器的几何形状参数被识别,λ值的间隔就被识别了,此处获得污染排放物和燃烧的热产出之间最好的折中;因此,能够在具体锅炉的热功率的整个调控期间改变λ显得非常重要。
仅仅为示例目的,在具有气动/机械空气-气体连接的加热设备中,λ的值对参照气体从其给定的库中机械固定,因此,如果使用气体的组成改变,前述λ值中也因此会产生变化。
在能够分别调控通风元件和气体输送阀门元件的加热设备的常见类型中,为获得对在用于加热设备中使用的水温和参数λ两者的调控,有必要设置或者可用于燃烧过程的助燃物和燃料的主要流量(构成所述燃烧上游的方法)或者通过读取反馈信号对燃烧中的过量空气(燃烧室内部或者烟气中)的测量/估计的交替可能。
例如,参照燃烧室中的环境,已知如果两个电导体插入所述室中,并且其中一个与所述室的金属架连接,电场施加到所述导体上,可获得已知为电离电流的电流并且下文中指为符号J,其过程作为λ值变化的函数,并且往往取决于更多因素对前述室的调控、前述电导体的数量、其在所述燃烧室中的定位、使用的测量电路和周围的环境条件。下文,不术语“电导体”而将使用术语“电极”,因而意味着一个设备起重要作用的是由相对电子电路驱动的导电部件,以及通常与燃烧室的铁架连接的第二导电部件。
所述设备直到现在实现使用电离电流值以调控λ对燃料输送阀门元件或者通风阀门元件的干预以保持所述值基本上等于预先设定的参考点,(下文指为设定值或者符号为SP)。各种先前的文献描述并请求保护用于识别所述电离电流值和适合于功能控制的电子/机械设备的两种方法。
文献US5,924,859涉及适合于控制装配有吹风机的气体燃烧器的步骤,其中电离电极或者输送由燃烧温度获得的可变信号或者输送λ值到一个控制电路,该电路把可变信号与选取的电设定值比较以平衡具备相应λ设定值的λ值。所述电设定值被调控为在λ=1处具备最大值。
文献DE198 31 648涉及一个系统,其中一个气体燃烧器燃烧控制元件的目标在于根据在燃烧室中测量的电离信号改变空气和燃料比例;燃烧前,所述控制元件与具体的燃烧器类型一致以区分燃烧过程的输出信号和存储在控制单元存储器中的相应数据。在开启阶段,气体功率供应以斜坡形式增加并且,该阶段之后,所述控制元件减小空气流量,通过执行一个标准步骤而维持恒定的气体流量。
文献DE198 39 160描述并请求保护一个用于控制气体燃烧器中反馈的系统,其中一个控制元件基于进入所述控制元件的电离信号引导通风元件和气体输送阀门元件并且所述两个来自位于火焰中的两个电极的电离信号与校准的电离值进行比较。
文献US5,899,683涉及一个过程和一个设备,其中一个控制元件检测一个电离信号,并且为保证不同操作状况下燃烧产物的低排放,电离信号区间设定为其上限低于最大电离值并且其下限高于能够保证低排放的值。
本申请人提交的文献WO 2004/015333描述并请求保护用于控制具备自动预混合的气动单元中燃烧的方法,其预计使用至少两个物理状态燃烧量对λ值的预测。
必要的,在多数广泛知道的燃烧控制系统中参考以下原理,热功率通过通风元件的速度识别,通风元件产生某一空气流量,引起某一燃料流量,其在燃烧中产生需要的热功率;一般的,如果所测量的电离电流证明等于想要的值,即,其证明为基本上对应设定值,这种λ比值基本上与想要的值相同方式并且在测量的电离电流与设定值不同的情况下,那么所述系统将干预燃料输送阀门元件,增加或者减少燃料取决于所考虑的情况。
在多数背景技术中,电离电流设定值,被认为相应λ设定值的图像,被作为在周期性重新校准循环中完成的从λ>1到λ<1中识别的最大值的系数计算。
采用电离电流最大值的系数作为所述电离电流设定值的背景技术的一个缺陷在于在常规运行环境中所述设定值经验识别的事实。

发明内容
本发明的第一目标在于识别一种方法,其在预定的功率允许电离电流J的设定值与已知的λ值一致的获取。进一步的目标在于在校准过程的框架中识别所述λ值,通过在所述预定功率处识别ω和λ之间的对应规则。
具体的,本发明中所考虑的用于在热产生设备中控制燃烧的方法,所述设备装有燃烧器、通风元件、热交换器和适合于输送不定量液态或气态燃料的阀门元件,所述方法利用至少一个靠近所述火焰的电离电流J的认识以调控表示燃烧中空气燃料比的参数λ并且所述方法还属于包括至少一个电极、一个其中至少输入由至少一个电极、热交换器和通风元件提供的信号和从其中至少向通风元件和向阀门元件输出信号的控制系统的类型,特征在于,用作由至少一个电极测量的λ的后续调控设定值的至少一个电离电流J的值在设定为已知和期望的λ值的燃烧状态下识别,它的认识基于一个实验观测因此在预定的热功率水平,通风元件的速度ω呈现略微偏离函数ω=f(λ)|p=cosi,的线性过程的过程,其特征在于在所述阀门元件的控制保持恒定期间实现所述系统的周期性校准以在几乎恒定的功率处实现所述过程并且改变所述通风元件的速度以识别所述线的特征点,识别所述函数ω=f(λ)|p=cosi;以及其特征在于基于在常规操作过程中和在所述周期性系统校准过程中识别的ω和J的值实现可接受性试验。


这些以及其它特征将更好的显示在仅仅以非限制实施例的形式解释优选实施例的下面说明书中,在包括的插图中,其中-图1描述的是作为λ函数的电离电流的定性过程;-图2描述的是作为λ函数的通风元件转速的定性过程;-图3描述的是前一副图在所述线延长到λ=0的理论点情况下的内容;-图4描述的是作为λ函数的两个电离电流的过程,第一电流值最接近燃烧器表面电离传感器并且第二电流指的是距离燃烧器表面最远的电离传感器;-图5和6分别描述的是前副图中两个电离电流之间的区别和比例的过程,具备一作为λ函数的恒定的功率;-图7描述的是作为λ函数的五个突出点在通风元件速度的旋转图中的位置,所述点在实际过程中被找到;-图8描述的是气动锅炉的功能块图;-图9描述的是包含在燃烧控制系统中的次系统的功能块图,所述系统涉及对λ和输送水温的调控;-图10描述的是图中校准过程特征量的过程;-图11以表格形式描述在实验室测量的数值示例气体输送阀门元件出口百分比,通风元件速度和电离电流;-图12以表格形式描述在通风元件速度之间的比值和与各种气体输送阀门元件孔径百分比一致的电离电流和气体输送阀门元件的VGcal位置的各个值;-图13描述的是一个校准表;-图14以图表形式描述在设定值条件下作为气体输送阀门元件孔径百分比函数的通风元件速度的片段线性过程;-图15以图表形式描述在设定值条件下作为气体输送阀门元件孔径百分比函数的电离电流的片段线性过程。
具体实施例方式
与广泛已知的实施例不同,本发明中电离电流设定值在其中认为λ值为期望值(例如,λ=1.3)的燃烧环境中测量。假设拉姆达值已知,显然允许一定程度的近似,这样的假设是由于通风元件的具体行为。实验结果表明,实际上,对设定的热功率值,以及对锅炉吸入空气的某一温度,作为拉姆达函数的通风元件的速度ω的过程基本上与线性过程类似,或者至少处于燃烧所涉及的拉姆达区间(例如在从1.1到1.6的区间),如图2所示。
把所述线向λ=0处的纯理论点几何延伸,注意到这些线聚集于一点,如果不在一点,则在有限的区域,如从图3的观测中清晰出现一样。
从这些汇聚的有限区域,可能在所述各个功率下的所述通风元件的线的一定数量的延伸中识别一个中间值ω(ωλ=0)。
这些线在考虑所述参考点的温度周围的吸入空气温度中发生小改变的情况下不明显变化。
一个有趣的特征在于如下事实,通过把一个阀门元件维持在相同的位置(并且因此输送相同的气体流量)并阻碍吸入空气或排出烟气的通过,发现所述曲线不以平行模式变化,而是其梯度(所述梯度在阻碍的情况下增加)改变并且这些线绕λ=0的汇聚点区域转动。实际意义在于在所述通风元件的转子处需要更大速度来提供必要的空气流量到达所述拉姆达。
这些信息的效用在于如下事实当函数ω=f(λ)|p=cosi已知时,给定某一热功率,并且在固定的环境条件下,可能发现为通风元件的转子设定的到达所述拉姆达的速度。该函数,由于类似直线,当两点(ω0,λ0)和(ω1,λ1)已知时可进行计算。在更多点已知时,所述线可用插入方法合成(例如用最小平方方法),同时注意实际上处理中同一直线上不可能具备两个实验发现的点。如早先所提到的电离电流在λ≈1处具备最大值是常识。已知这些相应的数字,其λ的精确值对各种燃烧室、燃烧器和电极配置须识别,允许获得一个在计算ω=f(λ)|p=cosi一条线中有用的点。实际上,以恒定速度沿λ粒子轴从λ>1值到λ<1区域(或者相反)运动,可能存储与电离达到其最大值一致的ω值。由最大值提供的主要信息因此不再是其以电流表示的值而是前述通风元件在测量所述最大值处的速度。该点(ω,λ)将被被识别为(ωλ=1,λ≈1)。
根据用于在燃烧室中测量电离电流的受其支配的两个电极,设置在距所述燃烧器距离不同,有可能组合由前述两个电极提供的信息以识别别的点,其可进入对通风元件的一条线的组合的插补关系中。从文献WO2004/015333出现了三个额外增加的点(ω,λ),具备恒定功率,其可发现采用两个火焰传感器。随后的图4表示两个电流的过程,对λ>1,这里J1指由燃烧器附近的电极测量的电流,而J2指由最远的电极测量的电流。
突出的点可在两个函数ΔJ=J1-J2和J1/J2中识别,以恒定功率追踪,并分别表示在图5和图6中。
在图5所描述的图线中,例如在λ=1.15和λ=1.45,注意到分别出现了最大值和交叉通过0。图6中所描述的曲线例如在λ=1.30出现了最大值。这些突出点在拉姆达中的位置在所有的情况中并不相同,相反,对每一次包括燃烧器、热交换器、燃烧室和测量电极的建立是典型性的。
因此,采用两个测量电极,总共可得到六个点(ω,λ)用在ω=f(λ)|p=cosi线的合成中1-在λ=0的点,ω被识别为各个功率水平下通风元件线延伸的相交区域的“平均值”(ω在λ=0处,λ=0)。该点只在实验室中确认过一次并且在锅炉校准过程中不再计算;2-其ω被记为与单一电离电流(J1或J2)的最大值一致的点(ω在max-J处,λ≈1);3-其ω被记为与ΔJ=J1-J2的最大值一致的点(ω在max-ΔJ处,例如λ=1.15);4-其ω被记为与J1/J2关系的最大值一致的点(ω在max-J1/J2处,例如λ=1.30);5-其ω被记为与ΔJ=J1-J2为零一致的点(ω在零-ΔJ处,例如λ=1.45);6-其ω被识别与例如发生的下述情况之一一致的点-获得最大电离值的J的最大值(例如5%)的系数;-获得J的绝对值,其整体上较小(例如,2μA)并且正好超过认为出现火焰的值,所述值称为检测阈值。
最后,可以说,借助单一电极的使用可识别前述点2和6,而借助两个电极,可识别前述的所有点。
一个确认所述五个坐标对(ω,λ)的点的设计的实施例在图7的图中图示,所述坐标对发现处于实际过程的范围中,将非常可能不沿一条线充分对准。
通过插值计算,给定功率可以找到线ω=f(λ)|p=cosi,由于ω的值就可以得到,所述值对得到拉姆达是必要的。如果,例如,想在λ=1.25处进行,这个值就必须代入公式并且因此可得到ω的值(以及类似的ω_Cal)。一旦锅炉的功效达到一种状态,即所述功率为识别所述点处的功率并且所述通风元件的速度等于ω_Cal,其提供想要的拉姆达(具备一定误差),那么现在可以借助电离电流(例如,J1)的测量而进行,这种状况下它的值组成所述电离的设定值,在那个功率,其将对所有的热功率调控循环设定直到随后的校准。
在其它功率处设定值计算的电离过程将在下文进行描述。
在本发明描述的周期性校准中,对气体输送阀门元件的引导将保持恒定,从而该过程可以以几乎恒定的功率实现,以及改变所述通风元件的速度以确认所述特征点。
打算确认的点的数目从1到5。总体上,处理中有六个点但是选取多少个点选取哪些点来利用对ω=f(λ)|P=cosi线的合成就交给了制造者,其可以评估是否加上多于对确认线为必要的最少为两个的点将具备在为有效获得想要的λ上在准确性上有利的能力,由使用函数ω=f(λ)|P=cosi计算的ω提供。
直到现在已经对“恒定功率”进行了参考,但是实际上通过直接借助阀门元件管理热功率,所述功率被维持几乎恒定的借助的唯一方法为通过维持所述阀门元件的引导恒定,从而所述气体流量被维持在几乎相同的水平。下文,因此,对“恒定气体阀门元件孔径”将进行参考。
与电离曲线以及前文所描述的各自的联合相关的特征点的显著特征在于点“J最大值”、“ΔJ最大值”、“J1/J2最大值”和“ΔJ零值”在λ中的位置在所述类型气体中变化的情况下不发生重大变化,至少处于相同的组中,(例如从G2.31到G21)。由于这个特征,参与对由函数ω=f(λ)|P=cosi表示的线的组合的λ值唯一取决于燃烧室的设置并对所有的气体有效,至少处于前述的组中。
现在考虑图8,1和2指示用于测量电离电流的第一和第二电极,位于两个距燃烧器3不同的距离。通风元件4与其速度测量一致,其速度是变化的。气体输送阀门元件5也进行调控。所述阀门元件5的出口位于所述通风元件4的下游,但也可位于所述通风元件入口处。控制系统6特征在于对至少从主要交换器7出来的水的温度的测量、对至少一个测量的火焰电流和对至少所述通风元件的速度的输入。控制系统6的输出包括至少对通风元件4的速度和对阀门元件5的孔径的命令。在控制系统6内部存在一个子系统,如图9所示,其涉及对λ和水传递温度的管理,在常规目的在于产生热水的热功率调控循环中。在所述子系统中,有两个相对反应回路,一个主要的用于称为T流量的输送温度和第二个用于对电离电流J1的测量;后者在利用两个电离电极而非仅仅一个的情况下也可以是J2。所述子系统配有两个调节器,在阐述的情况下,两个PIDs。
在主要的回路中,所述在锅炉中测量的输送温度与其设定值进行比较(通常由使用者直接设定,例如借助锅炉前面的手柄)。水传递温度和其设定值之间的区别由所述PID处理,其把命令信号“Vgas”输出以开启阀门元件5。该信号到达使用了相同数目的阀门元件5孔径的程度与通风元件4和电离电流设定值的速度预计值之间的连接关系的两个区的输入。所述电离设定值与有效的电离读取比较并且所述区别(电离控制差错)被输入到输出对通风元件4速度的校正信号的第二调节器(例如,所述PID),其目标在于维持电离读取与相对设定值相等。
两个函数“ω_SP=f(Vgas)”和“J_SP=g(Vgas)”构成校准过程的结果,其在这里进行描述,并且以所述校准为特征的数量的过程在图10中进行描述。在所述燃烧单元的作用中,控制系统6把阀门元件5设为孔径VGcal的预定程度,其实现认为对所述校准的实现为合理的气体流量。所述气体输送阀门元件5被命令处于具备合适斜坡的VGcal位置,并且所述通风元件4设定为一个旋转速度ω,其保证相对高的过量空气,从而所述锅炉可在与其最大值非常远的电离曲线区起作用。为达到这样的状态,可以控制通风元件4的速度从而电离目标为只高于当前的被认为没有火焰出现的阈值。这些工作的点为所述通风元件速度的下降斜坡开始的地方,其目的在于发现J1和/或J2的一个、另一个或者两者都有的最大值。该最大值,为由图10中曲线的点A2表示的下降最大值,当沿所述电离曲线下降部分移动达到识别的最大值的某一百分比(例如90%)时被认为被识别了。
到达该最大值首先要作为参考以确信当前条件为λ<1。一旦达到并超过所述电离最大值,控制系统6命令所述通风元件4速度的下降斜坡,所述斜坡的目的在于发现一个或两个电离的特征点,在此处这些特征点(锅炉制造商选取使用的)对应的ω必须记录。假设想识别例如前述特征点的四个并且还假设这些如图1、5和6一样设置在λ中,这些将在所述通风元件4上升的斜坡中按照下述顺序被发现,例如-单个电离的最大值(J_max)(所述曲线中的A2’);
-ΔJ最大值(A3),(ΔJ_max);-J1/J2最大值(A4),(RJ_max);-ΔJ零值(A5),(ΔJ_=0)。
所述识别的特征点,与被记录的各个ω值一致,可被利用以合成通风元件4的线,与阀门元件5用于校准的选择位置一致以识别函数ω=f(λ)|VGcal。假设,在校准功率下,想要达到λ=1.3,可把这个值代入公式并获得“ω_Cal”值,当阀门元件5处于VGcal位置时其为提供λ=1.3的通风元件4的速度。而且当阀门元件5处于VGcal位置,所述通风元件4控制在对应图10所示图中Acal点的速度ω_Cal。稳定时间(例如5秒)之后,读取电离电流(J_Cal)成为在阀门元件5VGcal位置的电离设定值。由所述阀门元件5的线提供的转数ω_Cal对应的在常规的热功率调控周期中当所述电离电流处在设定值周围而所述阀门元件位于VGcal位置时期望的速度。
为获得关于燃烧的锅炉的特征,在实验室中识别某些参考参数,其将用于函数“ω_SP=f(Vgas)”和“J_SP=g(Vgas)”的计算。首先和最重要的,识别参照作用状况,其中阀门元件5处于位置VGcal并且提供需要的过量空气(例如1.3)。ω的值(例如300rpm=每分钟转数)和电离(例如20μA)被记录。随后,选取其它功率水平(例如,三个别的,但它们的数量留给制造者选择),其中,一旦达到想要的λ,通风元件4的ω相对值和电离的值均被记录。表11中所示的第一个表格表明该特征结果的一个实施例。
由表11所示的表格,可以获得所述系数,其允许对期望的ω和电离设定值值的识别,在校准后,与除了VGcal位置外其它的任何位置一致。例如,对所述阀门元件的100%位置,ω的系数将为4000/3000=4/3,并且电离的系数将为25/20=5/4。通过进行该计算方法,随之的系数表格表示在图12中,其特征在于所述系数通过分别用在VGcal位置获得的值除与阀门元件5各种位置一致的ω值和J值得到。
在校准过程中,在通风元件4被定位在“ω_Cal”和电离“J_Cal”被测量之后,这些值被图12所示的各种功率系数相乘而获得下面值,如先前提到的-在通风元件5的各种孔径处通风元件4速度的期望值;-在通风元件5的各种孔径处电离电流的设定值;第三个表,即校准表,被表示在图13中。所述表格通过用ω_Cal和J_Cal的值乘图12中的系数而获得;换言之,可以说,所述校准结果与前述表格12表示的燃烧单元的模型“耦合”。
明显的,在常规锅炉作用中,通风元件5速度的期望值和电离设定值必须对每一个对阀门元件5允许的孔径值可利用,其一般可连续变化。为此,例如对期望的ω,所述四个或者更多的点(ω,阀门元件位置)可被线段连接直到形成分段直线。对电离可进行同样的过程。该过程的结果表示在图14和15中。这两个函数,如前所述,在每一次新的校准后被代入温度和λ控制循环。
应当注意到这个实用的校准过程,尽管在周期中简单,并非是瞬时的。因此,可能在整个过程的跨度中,环境条件可能发生变化,其将改变所述过程的最终结果(设定值的电离电流和通风元件4速度的最大阀门)。然而,用于识别函数发现更多点的相同方法ω=f(λ)|VGcal使得所述过程明显稳固,因为环境条件中变化的最终效果被插值过程平均。一旦识别函数ω=f(λ)|VGcal,通风元件4立即被给予速度ω_Cal=f(λopt|VGcal)|VGcal并且相应电离值被记录。在该非常简单的时间经过中,周围环境的变化,可能突然发生并且大幅度被降低到几乎仅仅是燃料提供的压力。还接着前述该阶段中周围环境中的变化,在一个在校准和下文中描述的可接受性控制的基础上起作用的常规调控循环中,所述锅炉系统从未到达其中燃烧微弱或者有害的工作状况。该方法当然不比那些利用J本身最大值的系数作为电离电流设定值的方法差,因为在这种情况下识别该唯一的点可合理的受到类似的方法影响。改进在于在常规作用状况下电离设定值不是经验得到,而是直接在期望的λ状况中测量。在一个校准和随后的一个之间,可能变化的环境状况的质量和数量范围非常宽(例如,所述空气和气体温度、所述气体质量、所述烟气出口的阻碍等等)。由于这些状况的变化,所述电离维持一个具备过量空气值(明显的在λ>1区延伸)的好的两面性,而获得期望电离的通风元件4的速度,等于设定值,可能变化,甚至明显的,从在给定功率下设想的ω_SP值开始。因此,尽管电离电流继续对过量空气证明,通风元件4的速度充当最大值的指示,以帮助到达自动控制理论公知的控制目标。如下文所述,在通风元件4的最大速度周围,存在一个其中认为环境状况由于前面的校准不发生太大变化的公差带。
校准的目标在于使燃烧控制系统适应周围状况,其可随时间自然的变化,最终目标在于获得用燃烧质量和产出表示的良好特性。关注这一点,所述校准可由控制系统6在接着具体的诊断事件,如下文所述,和在周期性基础(普通的或者与燃烧器循环的数目有关)上得到请求。
上文的描述简述了校准过程和两个函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)的计算。按照这些提示,一旦通风元件4的速度和在参考功率下的电离电流的两个合理值实验得到,这些通过在其它功率下的系数相乘来推断。尽管为使函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)的计算更可靠,找到特征点-为合成通风元件的函数ω=f(λ)|VGcal、为确认对应λω_Cal=f(λopt|VGcal)|VGcal期望值的速度以及读取J_Cal值的过程能够在两个或更多参照功率而不是仅仅一个来进行。该选择,必须仅在实验室中进行一次可以在装配有该校准和控制系统的锅炉的情况下特别有用,其具备最大值和最小值热功率之间的高的比值。这种情况下,实际上,控制调节器(阀门元件5和通风元件4)以甚至在燃烧过程中产生的低功率下维持稳定燃烧所需要的准确性当然比在高功率时高。那是为什么在最小功率直接借助那个功率下的校准识别电离设定值J_SP而不是如上文所述作为在唯一的参考功率下作为校准结果的系数经验的获得是有用的原因。不时的,依赖于借助其可实现校准过程的功率水平的数量,将形成一个用于系数产生和对所有的功率水平的函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)外推的具体方法。
如先前所描述的,校准过程的结果由两个函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)组成,其当插入控制计划时,与要进行控制的阀门元件5和通风元件4一致从而可达到想要的λ的目标值,在整个锅炉热功率调控范围内。为对安全和良好燃烧的范围划界,可对为一个或两个电离电流读取的值和通风元件4有效速度进行某些可接受性实验。
1.用于通风元件4速度值的ω_Cal和校准后识别的电离电流J_Cal的可接受性实验。
检查在某一公差带范围内被发现的两个识别值,参照与图10中点A2一致的读取的速度和电离值,其对应在通风元件4的下降斜坡中识别的最大电离电流值。下述关系式中的数字表示为下面的例子1.2*ωJ_max-A2’<ωCal<2.4*ωJ_max-A2’0.3*J_max-A2’<J_Cal<2.2*JJ_max-A2’如果两个实验至少一个失败,例如由于发生了严重的异常,人们可以例如决定要求进行一次新的校准。可选择的,如果发现J_Cal>2.2*JJ_max-A2’(发现的值大于认同的值),可以决定使所述值饱和到其最大值,即,设定J_Cal=2.2*JJ_max-A2’。
进一步,对识别的电离电流,人们可以设定一个绝对的公差带。例如,可以实现下述的从5μA<J_Cal<50μA识别的实验。在所述实验失败的情况下,可以继续使得所述控制系统确认永久的燃烧器锁。
2.对达到通风元件有效绝对最大和最小速度界限和测量的绝对电离电流最大界限的可接受性实验。
如所提到的,在阀门元件5的各种孔径程度下,校准后产生的函数ω_SP=f(Vgas)对通风元件4的速度提供最大值。然而,所述对通风元件有效设定的速度还由期望的电离电流J_SP=g(Vgas)和有效测定的之间的变化所带来的值组成。该圆形值ω_fan不能超过由依赖于阀门元件5孔径的两个函数max_ω=f(Vgas)和min_ω=g(Vgas)限定的绝对公差带。例如,如果识别公差带的绝对上限的函数被超过,就意味着环境条件已经变化,包括功率超载或者烟气出口中的阻碍。作为一个对策,可以临时的减小阀门元件5孔径的最大程度,从而获得电离电流设定值必要的空气流量减小了。如果该问题甚至在再次校准后仍然存在,可以控制永久的锅炉锁。相似的对策,但这次是临时的增大阀门孔径的最小程度,可以在通风元件的有效速度降到绝对下限的情况下采用。
同样的,可以识别绝对上限,其唯一的依赖于在测量的电离电流环境中的阀门元件5的孔径程度。如果超过该值,在常规锅炉调控循环中,命令一个新的校准。如果所述问题在该操作后仍然存在,则控制一个永久的锅炉锁。
3.对达到与通风元件4的有效速度相关的最大值和最小值界限进行的可接受性实验。
在函数ω_SP=f(Vgas)周围存在一个设定的相对公差带,其被设定为所述ω_SP的百分比系数。例如,可以设定其从而在常规的锅炉调控循环中,想要的通风元件4的有效速度ω_fan满足下述条件0.6*ω_SP<ω_fan<1.4*ω_SP如果与前面校准进行的环境有关的环境条件发生改变则可能不能满足该实验条件,因此提出新的校准以使所述作用适应新的环境条件(例如,气体质量发生改变)。
4.对测量的电离电流J1和J2进行的可接受性实验。
图4表示两个电离电流J1和J2的定性过程。真正采用的过程和数值不仅依赖于燃烧室的几何形状和特性,还依赖于火焰回路、气体质量以及功率。在利用两个电极进行测量正如许多电离电流一样,可以通过把一个和另一个进行比较而检查两个测量值的有效性。在燃烧良好的过量空气间隔中,J2的值小于J1的值。在从0到1范围内变化的依赖于功率的函数coeff_J2=f(Vgas)可被识别,对阀门元件孔径的设定程度定界J2值关于J1值认为似是而非的。把这转换为符号,下面一定发生J2<J1*coeff_J2。如果没有发生,可命令进一步的校准。如果在所述进一步校准发生作用后所述问题仍然存在,可命令永久的锅炉锁。
5.对相反电离电流进行的可接受性实验。
众所周知火焰对施加到电离电极的电场(电压)产生调整作用。在理想状况下,这导致产生能够只以一种方式流动的电离电流。实际上,如果施加到所述火焰的电压极性翻转,与接地的金属部分一致的正电压和与暴露在所述火焰中同一电极上其它导体一致的负电压、一个微弱的反向电流可被检测。测量反向电流的效用在下述情况下是明显的考虑电离电极和/或把其连接到测量电路的电缆经历的绝缘损失的实际可能。这种情况下,连续电流被改变(真实影响依赖于测量电路的结构)并且一个可能明显的反向电流中的增加被识别。反向电流评估对识别任何类型的反常证明有用,所述反常可能在连续电子电流误读中发生,该电子电流因为所述电流为过量空气λ的图象可导致异常、非燃烧环境。利用适合的电子电路可能对最终测量的电离电流的一个或两个来测量刚刚描述的连续组件和反向组件。因此,证明可能把测量的连续电流值与测量的相对反向电流值比较。如果反向电流超过某一认为表示取决于所述功率的相应连续电流失灵的系数,永久的锅炉锁可以被命令。
进一步,还应当认为其中不可能如上文所述完成校准过程的状况可能发生。例如,可能发生实现该过程的功率对实际的需要过剩,从而由于达到的输出水温界限识别锅炉的去活性。为使使用者得到用等待完整的校准进行的时刻可起作用,可能通过从与图10中点A2一致的各个值确认ω_Cal和J_Cal进行快速校准,所述点即在通风元件速度下降斜坡中发现的电离电流最大值。如果与前面的完整校准相关的ω_Cal和J_Cal值被发现处于与所述点A2一致发现的各个值的某一间隔内,这些值将被接受为电流值;否则,已经超过的公差带的极点值将被视为电流值。在符号中{ω_Calold如果1.2*ωJ_max-A2<ω_Calold<2.4*ωJmax-A2ω_Cal={1.2*ω_Jmax-A2如果<ω_Calold<1.2*ωJmax-A2{2.4*ω_Jmax-A2如果ω_Calold>2.4*ωJmax-A2J_Cal的值被类似识别。
在所述描述的过程中,参考对特征点的寻找起作用的事实,在校准过程的范围内,在通风元件的速度ω的上升斜坡内,但所述寻找也可有利的在下降斜坡中起作用而仍处于本发明的范围内。
还在描述的过程中参考以下事实对由热传递液体误差表示的功率请求直接经过调节器控制阀门元件5,而所述通风元件4以这样的方式控制以达到电离电流目标,并且因此为λ的。清楚的,尽管可能以一个相反的反向有利的操作,即,从而由热传递液体误差表示的功率请求初始控制通风元件4,而仍然处于本发明的范围中。
由于任何情况下,是气体流量有效的识别由燃烧过程产生的功率,所述系统达到其中功率为请求的功率的平衡状态并且由气体流量提供到这样的即使电离电流误差都可取消的程度。明显的,进入按照主要说明的控制系统的函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)必须分别为Vgas_SP=f(ω)和J_SP=g(ω)。所述用于对两个控制函数合成的校准过程保持相同,而仅仅相加从ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)直接产生函数Vgas_SP=f(ω)和J_SP=g(ω)的进一步的计算。事实上,所述函数Vgas_SP=f(ω)是ω_SP=f(Vgas)反函数的简化,其必须使得在不单调的情况下单调。通过把函数J_SP=g(Vgas)和Vgas_SP=f(ω)联合,可以得到J_SP=g(Vgas_SP=f(ω)),即J_SP=g(ω)。
本发明的第一个优势由对下面方法的确认构成其允许在预定的功率下电离电流设定值J与已知λ值一致获得。
本发明的进一步优势由下面事实构成本发明在校准过程的范围内识别数值λ,借助在所述预定功率处ω和λ之间对应规则的识别。
权利要求
1.一种用于在热产生设备中控制燃烧的方法,所述设备装有燃烧器(3)、通风元件(4)、热交换器(7)和适合于输送不定量液态或气态燃料的阀门元件(5),所述方法利用至少一个靠近所述火焰的电离电流J的认识以调控表示燃烧期间空气/燃料比的参数λ,并且所述方法还属于包括至少一个电极(1,2)、其中至少输入由至少一个电极(1或2)、热交换器(7)和通风元件(4)提供的信号和从其中至少向通风元件和向阀门元件输出信号的控制系统的类型,其特征在于用作由至少一个电极(1或2)测量的λ的后续调控设定值的至少一个电离电流J的值在固定为已知和期望的λ值的燃烧状态下被识别,它的认识基于实验观测,因此在预定的热功率水平,通风元件(4)的速度ω呈现略微偏离函数ω=f(λ)|p=cosi的线性过程的过程,其特征在于在所述阀门元件(5)的引导保持恒定期间实现所述系统的周期性校准以在几乎恒定的功率处实现所述过程并且改变所述通风元件(4)的速度以识别所述线的特征点,识别所述函数ω=f(λ)|p=cosi,以及其特征在于基于在常规运行期间过程中和在所述周期性系统校准过程中识别的ω和J的值来实现可接受性试验。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于借助于使用两个电极,至少六个可以被识别的点可用来合成基本上表示函数ω=f(λ)|p=cosi的线,并且更准确地-在λ=0的点,ω被识别为各个功率下通风元件(4)的线延伸的相交区域的“平均值”(ω在λ=0处,λ=0);该点只在实验室中识别过一次并且在锅炉校准过程中不再计算;-其ω被记为与单一电离电流(J1或J2)的最大值一致的点(ω在max-J处,λ≈1);-其ω被记为与ΔJ=J1-J2的最大值一致的点(ω在max-ΔJ处);-其ω被记为与关系式J1/J2的最大值一致的点(ω在max-J1/J2处);-其ω被记为与关系式ΔJ=J1-J2为零一致的点(ω在零-ΔJ处);-其ω被识别与例如发生的下述情况之一一致的点-获得最大电离值的J的最大值的系数或者获得J的绝对值,其整体上较小并且正好超过认为出现火焰的值,所述值称为检测阈值。
3.如权利要求1和2所述的方法,其特征在于借助于使用唯一一个电极,三个可以被识别的点可用来合成表示函数ω=f(λ)|p=cosi的线,并且更准确地-在λ=0处,ω被识别为各个功率下通风元件(4)的线延伸的相交区域的“平均值”(ω在λ=0处,λ=0);该点只在实验室中识别过一次并且在锅炉校准过程中不再计算;-其ω被记为与单一电离电流(J1或J2)的最大值一致的点(ω在max-J处,λ≈1);-其ω被记为与例如发生的下述情况之一一致的点-获得最大电离值的J的最大值的系数或者获得J的绝对值,其整体上较小并且正好超过认为出现火焰的值,所述值称为检测阈值。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于按照下面连续阶段进行校准,所有这些阶段由控制系统(6)管理-在所述燃烧单元的运行过程中,控制系统(6)把阀门元件(5)设为预定程度的孔径VGcal,它获得的气体流量认为对完成所述系统校准是最佳的,并且所述通风元件(4)产生大量的旋转确保过量空气,以使所述锅炉可在与其最大值非常远的电离曲线区域起作用;-激活所述通风元件(4)的速度下降斜坡,以找出电离电流J1或第二电离电流J2其中之一的各自的最大值,或者还找出所述电离电流双方的最大值;当沿电离曲线的下降拉伸移动达到所识别最大值的某一百分比例如90%时所述最大值被认为是识别的,并且获得的最大值被视为参照点;-激活所述通风元件(4)的速度上升斜坡,所述斜坡的目的在于发现制造者选择利用的一个或两个电离电流的特征点;-在阀门元件(5)预定孔径状况下合成表示函数ω=f(λ)|VGcal的线;-基于对应期望的在对应阀门元件(5)的预定孔径程度Vgcal的功率下λ值的公式ω=f(λ)|VGcal计算通风元件(4)的速度ω_Cal;-在速度ω_Cal下引导通风元件(4);-激活预定的稳定时间;-读取电离电流J_Cal的值,该值被假定为与阀门元件(5)位置VGcal一致的电离电流设定值,两个函数“在设定值状况下的通风元件(4)的速度作为阀门元件(5)命令信号的函数”和“在设定值状况下的电离电流作为阀门元件(5)的命令信号的函数”分别为ω_SP=f(VGas)和J_SP=g(VGas),构成所述校准过程的结果。
5.如权利要求1和4的方法,其特征在于某些对函数ω_SP=f(VGas)和J_SP=g(VGas)的计算必要的参数在实验室中识别,更精确的-在阀门元件(5)各个孔径下的通风元件(4)的速度期望值与所要求的λ一致;-在所述阀门元件各个孔径下的电离电流J的值与所要求的λ一致;所述参数的识别包括下面第一序列的连续操作-识别参考运行状况,其中阀门元件(5)被发现处于位置VGcal并且期望的过量空气出现;-记录通风元件(4)的旋转速度ω和电离的值;-选择其它功率水平,其中一旦达到期望的λ值,注意ω的相对值和电离值;-绘制把所述第一序列的操作结果组合在一起的第一表格。
6.如权利要求1和5的方法,其特征在于在实验室中对进一步的参数识别包括下面第二序列的连续操作-获取适合于确定在ω值和对通风元件(5)各种选择位置的电离值之间关系的分数,以及ω值和在VGcal处取得的电离值;-绘制把所述第二序列的操作结果组合在一起的第二表格。
7.如权利要求1、4和6所述的方法,其特征在于对进一步的参数识别包括下面第三序列的连续操作-将值ω_Cal和J_Cal与从第二序列操作中获得的结果相乘,即与各种功率下的ω和J的系数相乘;-绘制第三表格,称为校准表格;-在所有功率下借助于分段直线的合成确定电离电流J_SP的设定值;-在所有功率下借助于分段直线的合成确定通风元件(4)的期望速度ω_SP的设定值。
8.如权利要求1和7的方法,其特征在于在常规运行期间对燃烧的控制借助于分段直线的使用进行,其通过在所有功率下对电离电流J_SP的设定值和对通风元件(4)期望速度ω_SP的设定值的确定综合而成。
9.如权利要求1、4和5的方法,其特征在于为使函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)的计算更可靠,可使用两个或更多参考功率而非单一功率,从而直接借助在所述两个或更多功率下的校准识别电离设定值J_SP;取决于功率水平的数目,借助此可以实现校准过程,将发展一个具体的方法以产生所述系数并对考虑的所有功率下的前述函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)外推。
10.如权利要求1和4的方法,其特征在于所述方法设想存在于核查的第一可接受实验,两个在校准功率识别为ω_CaL和J_CaL的值被发现处于一个公差带中,于是参考读出的速度和电离电流值与在通风元件(4)的下降斜坡中识别的记录为电离电流最大值的点一致;在所述可接受实验失败的情况下,所述校准被拒绝并且请求进一步的实验;可替换的,由ω_Cal和J_Cal引起的新值将为极点,其将超过所述公差带。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述方法设想存在于核查的第二可接受实验,所述通风元件(4)的速度的值ω_fan,所述值由从函数ω_SP=f(Vgas)和由期望的可从有效测量的函数J_SP=g(Vgas)获得的电离电流的变化提供的校正贡献可获得的速度值组构成,不超过由两个依赖阀门元件的孔径的函数限定的绝对公差带,所述两个函数为max_ω=f(Vgas)和min_ω=f(Vgas)。
12.如权利要求1和11所述的方法,其特征在于在对max_ω进行的第二可接受性实验失败的情况下,气体阀门孔径的最大程度临时减小以减小最大功率;在所述第二可接受实验继续失败的情况下,将请求新的校准;在所述实验再次失败的情况下,所述控制系统将需要永久的燃烧器锁。
13.如权利要求1和11的方法,其特征在于在对min_ω进行的第二可接受性实验失败的情况下,气体阀门孔径的最小程度临时增加以增加最小功率;在所述第二可接受实验继续失败的情况下,将请求新的校准;在所述实验再次失败的情况下,所述控制系统将需要永久的燃烧器锁。
14.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述方法设想第三可接受性实验,其存在于与函数ω_SP=f(Vgas)周围的ω_fan值相关的公差带的定义,所述公差带被定义为所述ω_SP的可感知的分数;在实验失败的情况下,需要新的校准。
15.如权利要求1的方法,其特征在于所述方法设想第四可接受性实验,其由依赖与所述功率并从0到1的函数coeff_J2=f(VGas)的定义组成,其限定与认为对阀门元件(5)给定孔径程度合理的J1有关的J2的值;在所述实验结果证明为负的情况下,所述控制系统将命令永久的锅炉锁。
16.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述方法设想第五可接受性实验,其由对电离电流的连续组件和逆组件的测量以及测得的连续电流值与反向电流的相对值的比较组成;在所述实验结果证明为负的情况下,所述控制系统将命令永久的锅炉锁。
17.如权利要求1和4所述的方法,其特征在于启动快速校准,从而从其各个假定值中识别的ω_Cal和J_Cal值与表示在所述通风元件(4)速度的下降斜坡中发现的电离电流最大值的点一致,在ω_Cal和J_Cal值与前面进行的全部校准相关的情况下,在各个值的某一区间中发现所述快速型校准设想与表示所述电离电流最大值的点一致,所述前面的值被当作电流值;在相反的情况下,假设的电流值将为公差带的被超过的极点。
18.如前述权利要求所述的方法,其特征在于可执行一个校准,不仅与诊断事件一致而且基于周期性基础。
19.如权利要求1和4所述的方法,其特征在于在所述校准范围内,在通风元件(4)的速度ω的下降斜坡中,完成对所述特征点的寻找。
20.如前述权利要求所述的方法,其特征在于可能使所述系统在相反的模式下工作,即,请求功率用通风元件最初命令的温度误差表示,而所述气流被调控从而使其达到λ目标;通过下列这些逆操作模式,函数ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)必须分别变成Vgas_SP=f(ω)和J_SP=g(ω),通过单独相加的进一步计算方式,直接从ω_SP=f(Vgas)和J_SP=g(Vgas)产生两个函数Vgas_SP=f(ω)和J_SP=g(ω),使所述校准过程保持相同。
全文摘要
本发明涉及适合于在设备例如锅炉、吹风燃烧器及类似物中控制燃烧的系统领域。在其被保持而λ值为期望值的燃烧环境中测量电离电流J的设定值。
文档编号F23N5/26GK1975257SQ20061017185
公开日2007年6月6日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者R·马彻蒂, L·马拉, A·安德勒茨 申请人:梅洛尼特莫桑尼塔里股份有限公司
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