具有引導設定值搜索的燃燒控制方法

2023-05-12 15:07:26

專利名稱：具有引導設定值搜索的燃燒控制方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有引導設定值搜索的燃燒控制方法。
特別的，本發明涉及適合於在熱產生設備象例如氣動鍋爐和水加熱器中控制燃燒的系統，所述系統基於對與火焰接近的電離電流的測量來調節在燃燒過程中表示空氣/燃料比的參量λ。
背景技術：
通過在空氣輸送裝置和燃料輸送裝置之間的機械/氣動類型連接，熱產生設備中正被討論地控制系統可應用的助燃空氣和燃料混合物的類型是液體還是氣體是不識別，至少不完全識別，利用前述λ比率的知識或估計改為用電子儀器則是識別的。為實施例著想，所述輸送裝置可分別由通風元件和適合於輸送所述氣體的閥門組成。
應當注意到參量λ具有值得注意的重要性實際上，一旦與燃燒器類型相關的燃燒室的幾何形狀和主要熱交換器的幾何形狀參數被識別，λ值的間隔就被識別了，此處獲得汙染排放物和燃燒的熱產出之間最好的折中；因此，能夠在具體鍋爐的熱功率的整個調控期間改變λ顯得非常重要。
僅僅為示例目的，在具有氣動/機械空氣-氣體連接的加熱設備中，λ的值對參照氣體從其給定的庫中機械固定，因此，如果使用氣體的組成改變，前述λ值中也因此會產生變化。
在能夠分別調控通風元件和氣體輸送閥門元件的加熱設備的常見類型中，為獲得對在用於加熱設備中使用的水溫和參數λ兩者的調控，有必要設置或者可用於燃燒過程的助燃物和燃料的主要流量(構成所述燃燒上遊的方法)或者通過讀取反饋信號對燃燒中的過量空氣(燃燒室內部或者煙氣中)的測量/估計的交替可能。
例如，參照燃燒室中的環境，已知如果兩個電導體插入所述室中，並且其中一個與所述室的金屬架連接，電場施加到所述導體上，可獲得已知為電離電流的電流並且下文中指為符號J，其過程作為λ值變化的函數，並且往往取決於更多因素對前述室的調控、前述電導體的數量、其在所述燃燒室中的定位、使用的測量電路和周圍的環境條件。下文，不術語「電導體」而將使用術語「電極」，因而意味著一個設備起重要作用的是由相對電子電路驅動的導電部件，以及通常與燃燒室的鐵架連接的第二導電部件。
所述設備直到現在實現使用電離電流值以調控λ對燃料輸送閥門元件或者通風閥門元件的幹預以保持所述值基本上等於預先設定的參考點，(下文指為設定值或者符號為SP)。各種先前的文獻描述並請求保護用於識別所述電離電流值和適合於功能控制的電子/機械設備的兩種方法。
文獻US5,924,859涉及適合於控制裝配有吹風機的氣體燃燒器的步驟，其中電離電極或者輸送由燃燒溫度獲得的可變信號或者輸送λ值到一個控制電路，該電路把可變信號與選取的電設定值比較以平衡具備相應λ設定值的λ值。所述電設定值被調控為在λ＝1處具備最大值。
文獻DE198 31 648涉及一個系統，其中一個氣體燃燒器燃燒控制元件的目標在於根據在燃燒室中測量的電離信號改變空氣和燃料比例；燃燒前，所述控制元件與具體的燃燒器類型一致以區分燃燒過程的輸出信號和存儲在控制單元存儲器中的相應數據。在開啟階段，氣體功率供應以斜坡形式增加並且，該階段之後，所述控制元件減小空氣流量，通過執行一個標準步驟而維持恆定的氣體流量。
文獻DE198 39 160描述並請求保護一個用於控制氣體燃燒器中反饋的系統，其中一個控制元件基於進入所述控制元件的電離信號引導通風元件和氣體輸送閥門元件並且所述兩個來自位於火焰中的兩個電極的電離信號與校準的電離值進行比較。
文獻US5,899,683涉及一個過程和一個設備，其中一個控制元件檢測一個電離信號，並且為保證不同操作狀況下燃燒產物的低排放，電離信號區間設定為其上限低於最大電離值並且其下限高於能夠保證低排放的值。
本申請人提交的文獻WO 2004/015333描述並請求保護用於控制具備自動預混合的氣動單元中燃燒的方法，其預計使用至少兩個物理狀態燃燒量對λ值的預測。
必要的，在多數廣泛知道的燃燒控制系統中參考以下原理，熱功率通過通風元件的速度識別，通風元件產生某一空氣流量，引起某一燃料流量，其在燃燒中產生需要的熱功率；一般的，如果所測量的電離電流證明等於想要的值，即，其證明為基本上對應設定值，這種λ比值基本上與想要的值相同方式並且在測量的電離電流與設定值不同的情況下，那麼所述系統將幹預燃料輸送閥門元件，增加或者減少燃料取決於所考慮的情況。
在多數背景技術中，電離電流設定值，被認為相應λ設定值的圖像，被作為在周期性重新校準循環中完成的從λ＞1到λ＜1中識別的最大值的係數計算。
採用電離電流最大值的係數作為所述電離電流設定值的背景技術的一個缺陷在於在常規運行環境中所述設定值經驗識別的事實。

發明內容
本發明的第一目標在於識別一種方法，其在預定的功率允許電離電流J的設定值與已知的λ值一致的獲取。進一步的目標在於在校準過程的框架中識別所述λ值，通過在所述預定功率處識別ω和λ之間的對應規則。
具體的，本發明中所考慮的用於在熱產生設備中控制燃燒的方法，所述設備裝有燃燒器、通風元件、熱交換器和適合於輸送不定量液態或氣態燃料的閥門元件，所述方法利用至少一個靠近所述火焰的電離電流J的認識以調控表示燃燒中空氣燃料比的參數λ並且所述方法還屬於包括至少一個電極、一個其中至少輸入由至少一個電極、熱交換器和通風元件提供的信號和從其中至少向通風元件和向閥門元件輸出信號的控制系統的類型，特徵在於，用作由至少一個電極測量的λ的後續調控設定值的至少一個電離電流J的值在設定為已知和期望的λ值的燃燒狀態下識別，它的認識基於一個實驗觀測因此在預定的熱功率水平，通風元件的速度ω呈現略微偏離函數ω＝f(λ)|p＝cosi，的線性過程的過程，其特徵在於在所述閥門元件的控制保持恆定期間實現所述系統的周期性校準以在幾乎恆定的功率處實現所述過程並且改變所述通風元件的速度以識別所述線的特徵點，識別所述函數ω＝f(λ)|p＝cosi；以及其特徵在於基於在常規操作過程中和在所述周期性系統校準過程中識別的ω和J的值實現可接受性試驗。


這些以及其它特徵將更好的顯示在僅僅以非限制實施例的形式解釋優選實施例的下面說明書中，在包括的插圖中，其中-圖1描述的是作為λ函數的電離電流的定性過程；-圖2描述的是作為λ函數的通風元件轉速的定性過程；-圖3描述的是前一副圖在所述線延長到λ＝0的理論點情況下的內容；-圖4描述的是作為λ函數的兩個電離電流的過程，第一電流值最接近燃燒器表面電離傳感器並且第二電流指的是距離燃燒器表面最遠的電離傳感器；-圖5和6分別描述的是前副圖中兩個電離電流之間的區別和比例的過程，具備一作為λ函數的恆定的功率；-圖7描述的是作為λ函數的五個突出點在通風元件速度的旋轉圖中的位置，所述點在實際過程中被找到；-圖8描述的是氣動鍋爐的功能塊圖；-圖9描述的是包含在燃燒控制系統中的次系統的功能塊圖，所述系統涉及對λ和輸送水溫的調控；-圖10描述的是圖中校準過程特徵量的過程；-圖11以表格形式描述在實驗室測量的數值示例氣體輸送閥門元件出口百分比，通風元件速度和電離電流；-圖12以表格形式描述在通風元件速度之間的比值和與各種氣體輸送閥門元件孔徑百分比一致的電離電流和氣體輸送閥門元件的VGcal位置的各個值；-圖13描述的是一個校準表；-圖14以圖表形式描述在設定值條件下作為氣體輸送閥門元件孔徑百分比函數的通風元件速度的片段線性過程；-圖15以圖表形式描述在設定值條件下作為氣體輸送閥門元件孔徑百分比函數的電離電流的片段線性過程。
具體實施例方式
與廣泛已知的實施例不同，本發明中電離電流設定值在其中認為λ值為期望值(例如，λ＝1.3)的燃燒環境中測量。假設拉姆達值已知，顯然允許一定程度的近似，這樣的假設是由於通風元件的具體行為。實驗結果表明，實際上，對設定的熱功率值，以及對鍋爐吸入空氣的某一溫度，作為拉姆達函數的通風元件的速度ω的過程基本上與線性過程類似，或者至少處於燃燒所涉及的拉姆達區間(例如在從1.1到1.6的區間)，如圖2所示。
把所述線向λ＝0處的純理論點幾何延伸，注意到這些線聚集於一點，如果不在一點，則在有限的區域，如從圖3的觀測中清晰出現一樣。
從這些匯聚的有限區域，可能在所述各個功率下的所述通風元件的線的一定數量的延伸中識別一個中間值ω(ωλ＝0)。
這些線在考慮所述參考點的溫度周圍的吸入空氣溫度中發生小改變的情況下不明顯變化。
一個有趣的特徵在於如下事實，通過把一個閥門元件維持在相同的位置(並且因此輸送相同的氣體流量)並阻礙吸入空氣或排出煙氣的通過，發現所述曲線不以平行模式變化，而是其梯度(所述梯度在阻礙的情況下增加)改變並且這些線繞λ＝0的匯聚點區域轉動。實際意義在於在所述通風元件的轉子處需要更大速度來提供必要的空氣流量到達所述拉姆達。
這些信息的效用在於如下事實當函數ω＝f(λ)|p＝cosi已知時，給定某一熱功率，並且在固定的環境條件下，可能發現為通風元件的轉子設定的到達所述拉姆達的速度。該函數，由於類似直線，當兩點(ω0，λ0)和(ω1，λ1)已知時可進行計算。在更多點已知時，所述線可用插入方法合成(例如用最小平方方法)，同時注意實際上處理中同一直線上不可能具備兩個實驗發現的點。如早先所提到的電離電流在λ≈1處具備最大值是常識。已知這些相應的數字，其λ的精確值對各種燃燒室、燃燒器和電極配置須識別，允許獲得一個在計算ω＝f(λ)|p＝cosi一條線中有用的點。實際上，以恆定速度沿λ粒子軸從λ＞1值到λ＜1區域(或者相反)運動，可能存儲與電離達到其最大值一致的ω值。由最大值提供的主要信息因此不再是其以電流表示的值而是前述通風元件在測量所述最大值處的速度。該點(ω，λ)將被被識別為(ωλ＝1，λ≈1)。
根據用於在燃燒室中測量電離電流的受其支配的兩個電極，設置在距所述燃燒器距離不同，有可能組合由前述兩個電極提供的信息以識別別的點，其可進入對通風元件的一條線的組合的插補關係中。從文獻WO2004/015333出現了三個額外增加的點(ω，λ)，具備恆定功率，其可發現採用兩個火焰傳感器。隨後的圖4表示兩個電流的過程，對λ＞1，這裡J1指由燃燒器附近的電極測量的電流，而J2指由最遠的電極測量的電流。
突出的點可在兩個函數ΔJ＝J1-J2和J1/J2中識別，以恆定功率追蹤，並分別表示在圖5和圖6中。
在圖5所描述的圖線中，例如在λ＝1.15和λ＝1.45，注意到分別出現了最大值和交叉通過0。圖6中所描述的曲線例如在λ＝1.30出現了最大值。這些突出點在拉姆達中的位置在所有的情況中並不相同，相反，對每一次包括燃燒器、熱交換器、燃燒室和測量電極的建立是典型性的。
因此，採用兩個測量電極，總共可得到六個點(ω，λ)用在ω＝f(λ)|p＝cosi線的合成中1-在λ＝0的點，ω被識別為各個功率水平下通風元件線延伸的相交區域的「平均值」(ω在λ＝0處，λ＝0)。該點只在實驗室中確認過一次並且在鍋爐校準過程中不再計算；2-其ω被記為與單一電離電流(J1或J2)的最大值一致的點(ω在max-J處，λ≈1)；3-其ω被記為與ΔJ＝J1-J2的最大值一致的點(ω在max-ΔJ處，例如λ＝1.15)；4-其ω被記為與J1/J2關係的最大值一致的點(ω在max-J1/J2處，例如λ＝1.30)；5-其ω被記為與ΔJ＝J1-J2為零一致的點(ω在零-ΔJ處，例如λ＝1.45)；6-其ω被識別與例如發生的下述情況之一一致的點-獲得最大電離值的J的最大值(例如5％)的係數；-獲得J的絕對值，其整體上較小(例如，2μA)並且正好超過認為出現火焰的值，所述值稱為檢測閾值。
最後，可以說，藉助單一電極的使用可識別前述點2和6，而藉助兩個電極，可識別前述的所有點。
一個確認所述五個坐標對(ω，λ)的點的設計的實施例在圖7的圖中圖示，所述坐標對發現處於實際過程的範圍中，將非常可能不沿一條線充分對準。
通過插值計算，給定功率可以找到線ω＝f(λ)|p＝cosi，由於ω的值就可以得到，所述值對得到拉姆達是必要的。如果，例如，想在λ＝1.25處進行，這個值就必須代入公式並且因此可得到ω的值(以及類似的ω_Cal)。一旦鍋爐的功效達到一種狀態，即所述功率為識別所述點處的功率並且所述通風元件的速度等於ω_Cal，其提供想要的拉姆達(具備一定誤差)，那麼現在可以藉助電離電流(例如，J1)的測量而進行，這種狀況下它的值組成所述電離的設定值，在那個功率，其將對所有的熱功率調控循環設定直到隨後的校準。
在其它功率處設定值計算的電離過程將在下文進行描述。
在本發明描述的周期性校準中，對氣體輸送閥門元件的引導將保持恆定，從而該過程可以以幾乎恆定的功率實現，以及改變所述通風元件的速度以確認所述特徵點。
打算確認的點的數目從1到5。總體上，處理中有六個點但是選取多少個點選取哪些點來利用對ω＝f(λ)|P＝cosi線的合成就交給了製造者，其可以評估是否加上多於對確認線為必要的最少為兩個的點將具備在為有效獲得想要的λ上在準確性上有利的能力，由使用函數ω＝f(λ)|P＝cosi計算的ω提供。
直到現在已經對「恆定功率」進行了參考，但是實際上通過直接藉助閥門元件管理熱功率，所述功率被維持幾乎恆定的藉助的唯一方法為通過維持所述閥門元件的引導恆定，從而所述氣體流量被維持在幾乎相同的水平。下文，因此，對「恆定氣體閥門元件孔徑」將進行參考。
與電離曲線以及前文所描述的各自的聯合相關的特徵點的顯著特徵在於點「J最大值」、「ΔJ最大值」、「J1/J2最大值」和「ΔJ零值」在λ中的位置在所述類型氣體中變化的情況下不發生重大變化，至少處於相同的組中，(例如從G2.31到G21)。由於這個特徵，參與對由函數ω＝f(λ)|P＝cosi表示的線的組合的λ值唯一取決於燃燒室的設置並對所有的氣體有效，至少處於前述的組中。
現在考慮圖8，1和2指示用於測量電離電流的第一和第二電極，位於兩個距燃燒器3不同的距離。通風元件4與其速度測量一致，其速度是變化的。氣體輸送閥門元件5也進行調控。所述閥門元件5的出口位於所述通風元件4的下遊，但也可位於所述通風元件入口處。控制系統6特徵在於對至少從主要交換器7出來的水的溫度的測量、對至少一個測量的火焰電流和對至少所述通風元件的速度的輸入。控制系統6的輸出包括至少對通風元件4的速度和對閥門元件5的孔徑的命令。在控制系統6內部存在一個子系統，如圖9所示，其涉及對λ和水傳遞溫度的管理，在常規目的在於產生熱水的熱功率調控循環中。在所述子系統中，有兩個相對反應迴路，一個主要的用於稱為T流量的輸送溫度和第二個用於對電離電流J1的測量；後者在利用兩個電離電極而非僅僅一個的情況下也可以是J2。所述子系統配有兩個調節器，在闡述的情況下，兩個PIDs。
在主要的迴路中，所述在鍋爐中測量的輸送溫度與其設定值進行比較(通常由使用者直接設定，例如藉助鍋爐前面的手柄)。水傳遞溫度和其設定值之間的區別由所述PID處理，其把命令信號「Vgas」輸出以開啟閥門元件5。該信號到達使用了相同數目的閥門元件5孔徑的程度與通風元件4和電離電流設定值的速度預計值之間的連接關係的兩個區的輸入。所述電離設定值與有效的電離讀取比較並且所述區別(電離控制差錯)被輸入到輸出對通風元件4速度的校正信號的第二調節器(例如，所述PID)，其目標在於維持電離讀取與相對設定值相等。
兩個函數「ω_SP＝f(Vgas)」和「J_SP＝g(Vgas)」構成校準過程的結果，其在這裡進行描述，並且以所述校準為特徵的數量的過程在圖10中進行描述。在所述燃燒單元的作用中，控制系統6把閥門元件5設為孔徑VGcal的預定程度，其實現認為對所述校準的實現為合理的氣體流量。所述氣體輸送閥門元件5被命令處於具備合適斜坡的VGcal位置，並且所述通風元件4設定為一個旋轉速度ω，其保證相對高的過量空氣，從而所述鍋爐可在與其最大值非常遠的電離曲線區起作用。為達到這樣的狀態，可以控制通風元件4的速度從而電離目標為只高於當前的被認為沒有火焰出現的閾值。這些工作的點為所述通風元件速度的下降斜坡開始的地方，其目的在於發現J1和/或J2的一個、另一個或者兩者都有的最大值。該最大值，為由圖10中曲線的點A2表示的下降最大值，當沿所述電離曲線下降部分移動達到識別的最大值的某一百分比(例如90％)時被認為被識別了。
到達該最大值首先要作為參考以確信當前條件為λ＜1。一旦達到並超過所述電離最大值，控制系統6命令所述通風元件4速度的下降斜坡，所述斜坡的目的在於發現一個或兩個電離的特徵點，在此處這些特徵點(鍋爐製造商選取使用的)對應的ω必須記錄。假設想識別例如前述特徵點的四個並且還假設這些如圖1、5和6一樣設置在λ中，這些將在所述通風元件4上升的斜坡中按照下述順序被發現，例如-單個電離的最大值(J_max)(所述曲線中的A2』)；
-ΔJ最大值(A3)，(ΔJ_max)；-J1/J2最大值(A4)，(RJ_max)；-ΔJ零值(A5)，(ΔJ_＝0)。
所述識別的特徵點，與被記錄的各個ω值一致，可被利用以合成通風元件4的線，與閥門元件5用於校準的選擇位置一致以識別函數ω＝f(λ)|VGcal。假設，在校準功率下，想要達到λ＝1.3，可把這個值代入公式並獲得「ω_Cal」值，當閥門元件5處於VGcal位置時其為提供λ＝1.3的通風元件4的速度。而且當閥門元件5處於VGcal位置，所述通風元件4控制在對應圖10所示圖中Acal點的速度ω_Cal。穩定時間(例如5秒)之後，讀取電離電流(J_Cal)成為在閥門元件5VGcal位置的電離設定值。由所述閥門元件5的線提供的轉數ω_Cal對應的在常規的熱功率調控周期中當所述電離電流處在設定值周圍而所述閥門元件位於VGcal位置時期望的速度。
為獲得關於燃燒的鍋爐的特徵，在實驗室中識別某些參考參數，其將用於函數「ω_SP＝f(Vgas)」和「J_SP＝g(Vgas)」的計算。首先和最重要的，識別參照作用狀況，其中閥門元件5處於位置VGcal並且提供需要的過量空氣(例如1.3)。ω的值(例如300rpm＝每分鐘轉數)和電離(例如20μA)被記錄。隨後，選取其它功率水平(例如，三個別的，但它們的數量留給製造者選擇)，其中，一旦達到想要的λ，通風元件4的ω相對值和電離的值均被記錄。表11中所示的第一個表格表明該特徵結果的一個實施例。
由表11所示的表格，可以獲得所述係數，其允許對期望的ω和電離設定值值的識別，在校準後，與除了VGcal位置外其它的任何位置一致。例如，對所述閥門元件的100％位置，ω的係數將為4000/3000＝4/3，並且電離的係數將為25/20＝5/4。通過進行該計算方法，隨之的係數表格表示在圖12中，其特徵在於所述係數通過分別用在VGcal位置獲得的值除與閥門元件5各種位置一致的ω值和J值得到。
在校準過程中，在通風元件4被定位在「ω_Cal」和電離「J_Cal」被測量之後，這些值被圖12所示的各種功率係數相乘而獲得下面值，如先前提到的-在通風元件5的各種孔徑處通風元件4速度的期望值；-在通風元件5的各種孔徑處電離電流的設定值；第三個表，即校準表，被表示在圖13中。所述表格通過用ω_Cal和J_Cal的值乘圖12中的係數而獲得；換言之，可以說，所述校準結果與前述表格12表示的燃燒單元的模型「耦合」。
明顯的，在常規鍋爐作用中，通風元件5速度的期望值和電離設定值必須對每一個對閥門元件5允許的孔徑值可利用，其一般可連續變化。為此，例如對期望的ω，所述四個或者更多的點(ω，閥門元件位置)可被線段連接直到形成分段直線。對電離可進行同樣的過程。該過程的結果表示在圖14和15中。這兩個函數，如前所述，在每一次新的校準後被代入溫度和λ控制循環。
應當注意到這個實用的校準過程，儘管在周期中簡單，並非是瞬時的。因此，可能在整個過程的跨度中，環境條件可能發生變化，其將改變所述過程的最終結果(設定值的電離電流和通風元件4速度的最大閥門)。然而，用於識別函數發現更多點的相同方法ω＝f(λ)|VGcal使得所述過程明顯穩固，因為環境條件中變化的最終效果被插值過程平均。一旦識別函數ω＝f(λ)|VGcal，通風元件4立即被給予速度ω_Cal＝f(λopt|VGcal)|VGcal並且相應電離值被記錄。在該非常簡單的時間經過中，周圍環境的變化，可能突然發生並且大幅度被降低到幾乎僅僅是燃料提供的壓力。還接著前述該階段中周圍環境中的變化，在一個在校準和下文中描述的可接受性控制的基礎上起作用的常規調控循環中，所述鍋爐系統從未到達其中燃燒微弱或者有害的工作狀況。該方法當然不比那些利用J本身最大值的係數作為電離電流設定值的方法差，因為在這種情況下識別該唯一的點可合理的受到類似的方法影響。改進在於在常規作用狀況下電離設定值不是經驗得到，而是直接在期望的λ狀況中測量。在一個校準和隨後的一個之間，可能變化的環境狀況的質量和數量範圍非常寬(例如，所述空氣和氣體溫度、所述氣體質量、所述煙氣出口的阻礙等等)。由於這些狀況的變化，所述電離維持一個具備過量空氣值(明顯的在λ＞1區延伸)的好的兩面性，而獲得期望電離的通風元件4的速度，等於設定值，可能變化，甚至明顯的，從在給定功率下設想的ω_SP值開始。因此，儘管電離電流繼續對過量空氣證明，通風元件4的速度充當最大值的指示，以幫助到達自動控制理論公知的控制目標。如下文所述，在通風元件4的最大速度周圍，存在一個其中認為環境狀況由於前面的校準不發生太大變化的公差帶。
校準的目標在於使燃燒控制系統適應周圍狀況，其可隨時間自然的變化，最終目標在於獲得用燃燒質量和產出表示的良好特性。關注這一點，所述校準可由控制系統6在接著具體的診斷事件，如下文所述，和在周期性基礎(普通的或者與燃燒器循環的數目有關)上得到請求。
上文的描述簡述了校準過程和兩個函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)的計算。按照這些提示，一旦通風元件4的速度和在參考功率下的電離電流的兩個合理值實驗得到，這些通過在其它功率下的係數相乘來推斷。儘管為使函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)的計算更可靠，找到特徵點-為合成通風元件的函數ω＝f(λ)|VGcal、為確認對應λω_Cal＝f(λopt|VGcal)|VGcal期望值的速度以及讀取J_Cal值的過程能夠在兩個或更多參照功率而不是僅僅一個來進行。該選擇，必須僅在實驗室中進行一次可以在裝配有該校準和控制系統的鍋爐的情況下特別有用，其具備最大值和最小值熱功率之間的高的比值。這種情況下，實際上，控制調節器(閥門元件5和通風元件4)以甚至在燃燒過程中產生的低功率下維持穩定燃燒所需要的準確性當然比在高功率時高。那是為什麼在最小功率直接藉助那個功率下的校準識別電離設定值J_SP而不是如上文所述作為在唯一的參考功率下作為校準結果的係數經驗的獲得是有用的原因。不時的，依賴於藉助其可實現校準過程的功率水平的數量，將形成一個用於係數產生和對所有的功率水平的函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)外推的具體方法。
如先前所描述的，校準過程的結果由兩個函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)組成，其當插入控制計劃時，與要進行控制的閥門元件5和通風元件4一致從而可達到想要的λ的目標值，在整個鍋爐熱功率調控範圍內。為對安全和良好燃燒的範圍劃界，可對為一個或兩個電離電流讀取的值和通風元件4有效速度進行某些可接受性實驗。
1.用於通風元件4速度值的ω_Cal和校準後識別的電離電流J_Cal的可接受性實驗。
檢查在某一公差帶範圍內被發現的兩個識別值，參照與圖10中點A2一致的讀取的速度和電離值，其對應在通風元件4的下降斜坡中識別的最大電離電流值。下述關係式中的數字表示為下面的例子1.2*ωJ_max-A2』＜ωCal＜2.4*ωJ_max-A2』0.3*J_max-A2』＜J_Cal＜2.2*JJ_max-A2』如果兩個實驗至少一個失敗，例如由於發生了嚴重的異常，人們可以例如決定要求進行一次新的校準。可選擇的，如果發現J_Cal＞2.2*JJ_max-A2』(發現的值大於認同的值)，可以決定使所述值飽和到其最大值，即，設定J_Cal＝2.2*JJ_max-A2』。
進一步，對識別的電離電流，人們可以設定一個絕對的公差帶。例如，可以實現下述的從5μA＜J_Cal＜50μA識別的實驗。在所述實驗失敗的情況下，可以繼續使得所述控制系統確認永久的燃燒器鎖。
2.對達到通風元件有效絕對最大和最小速度界限和測量的絕對電離電流最大界限的可接受性實驗。
如所提到的，在閥門元件5的各種孔徑程度下，校準後產生的函數ω_SP＝f(Vgas)對通風元件4的速度提供最大值。然而，所述對通風元件有效設定的速度還由期望的電離電流J_SP＝g(Vgas)和有效測定的之間的變化所帶來的值組成。該圓形值ω_fan不能超過由依賴於閥門元件5孔徑的兩個函數max_ω＝f(Vgas)和min_ω＝g(Vgas)限定的絕對公差帶。例如，如果識別公差帶的絕對上限的函數被超過，就意味著環境條件已經變化，包括功率超載或者煙氣出口中的阻礙。作為一個對策，可以臨時的減小閥門元件5孔徑的最大程度，從而獲得電離電流設定值必要的空氣流量減小了。如果該問題甚至在再次校準後仍然存在，可以控制永久的鍋爐鎖。相似的對策，但這次是臨時的增大閥門孔徑的最小程度，可以在通風元件的有效速度降到絕對下限的情況下採用。
同樣的，可以識別絕對上限，其唯一的依賴於在測量的電離電流環境中的閥門元件5的孔徑程度。如果超過該值，在常規鍋爐調控循環中，命令一個新的校準。如果所述問題在該操作後仍然存在，則控制一個永久的鍋爐鎖。
3.對達到與通風元件4的有效速度相關的最大值和最小值界限進行的可接受性實驗。
在函數ω_SP＝f(Vgas)周圍存在一個設定的相對公差帶，其被設定為所述ω_SP的百分比係數。例如，可以設定其從而在常規的鍋爐調控循環中，想要的通風元件4的有效速度ω_fan滿足下述條件0.6*ω_SP＜ω_fan＜1.4*ω_SP如果與前面校準進行的環境有關的環境條件發生改變則可能不能滿足該實驗條件，因此提出新的校準以使所述作用適應新的環境條件(例如，氣體質量發生改變)。
4.對測量的電離電流J1和J2進行的可接受性實驗。
圖4表示兩個電離電流J1和J2的定性過程。真正採用的過程和數值不僅依賴於燃燒室的幾何形狀和特性，還依賴於火焰迴路、氣體質量以及功率。在利用兩個電極進行測量正如許多電離電流一樣，可以通過把一個和另一個進行比較而檢查兩個測量值的有效性。在燃燒良好的過量空氣間隔中，J2的值小於J1的值。在從0到1範圍內變化的依賴於功率的函數coeff_J2＝f(Vgas)可被識別，對閥門元件孔徑的設定程度定界J2值關於J1值認為似是而非的。把這轉換為符號，下面一定發生J2＜J1*coeff_J2。如果沒有發生，可命令進一步的校準。如果在所述進一步校準發生作用後所述問題仍然存在，可命令永久的鍋爐鎖。
5.對相反電離電流進行的可接受性實驗。
眾所周知火焰對施加到電離電極的電場(電壓)產生調整作用。在理想狀況下，這導致產生能夠只以一種方式流動的電離電流。實際上，如果施加到所述火焰的電壓極性翻轉，與接地的金屬部分一致的正電壓和與暴露在所述火焰中同一電極上其它導體一致的負電壓、一個微弱的反向電流可被檢測。測量反向電流的效用在下述情況下是明顯的考慮電離電極和/或把其連接到測量電路的電纜經歷的絕緣損失的實際可能。這種情況下，連續電流被改變(真實影響依賴於測量電路的結構)並且一個可能明顯的反向電流中的增加被識別。反向電流評估對識別任何類型的反常證明有用，所述反常可能在連續電子電流誤讀中發生，該電子電流因為所述電流為過量空氣λ的圖象可導致異常、非燃燒環境。利用適合的電子電路可能對最終測量的電離電流的一個或兩個來測量剛剛描述的連續組件和反向組件。因此，證明可能把測量的連續電流值與測量的相對反向電流值比較。如果反向電流超過某一認為表示取決於所述功率的相應連續電流失靈的係數，永久的鍋爐鎖可以被命令。
進一步，還應當認為其中不可能如上文所述完成校準過程的狀況可能發生。例如，可能發生實現該過程的功率對實際的需要過剩，從而由於達到的輸出水溫界限識別鍋爐的去活性。為使使用者得到用等待完整的校準進行的時刻可起作用，可能通過從與圖10中點A2一致的各個值確認ω_Cal和J_Cal進行快速校準，所述點即在通風元件速度下降斜坡中發現的電離電流最大值。如果與前面的完整校準相關的ω_Cal和J_Cal值被發現處於與所述點A2一致發現的各個值的某一間隔內，這些值將被接受為電流值；否則，已經超過的公差帶的極點值將被視為電流值。在符號中{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的值被類似識別。
在所述描述的過程中，參考對特徵點的尋找起作用的事實，在校準過程的範圍內，在通風元件的速度ω的上升斜坡內，但所述尋找也可有利的在下降斜坡中起作用而仍處於本發明的範圍內。
還在描述的過程中參考以下事實對由熱傳遞液體誤差表示的功率請求直接經過調節器控制閥門元件5，而所述通風元件4以這樣的方式控制以達到電離電流目標，並且因此為λ的。清楚的，儘管可能以一個相反的反向有利的操作，即，從而由熱傳遞液體誤差表示的功率請求初始控制通風元件4，而仍然處於本發明的範圍中。
由於任何情況下，是氣體流量有效的識別由燃燒過程產生的功率，所述系統達到其中功率為請求的功率的平衡狀態並且由氣體流量提供到這樣的即使電離電流誤差都可取消的程度。明顯的，進入按照主要說明的控制系統的函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)必須分別為Vgas_SP＝f(ω)和J_SP＝g(ω)。所述用於對兩個控制函數合成的校準過程保持相同，而僅僅相加從ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)直接產生函數Vgas_SP＝f(ω)和J_SP＝g(ω)的進一步的計算。事實上，所述函數Vgas_SP＝f(ω)是ω_SP＝f(Vgas)反函數的簡化，其必須使得在不單調的情況下單調。通過把函數J_SP＝g(Vgas)和Vgas_SP＝f(ω)聯合，可以得到J_SP＝g(Vgas_SP＝f(ω))，即J_SP＝g(ω)。
本發明的第一個優勢由對下面方法的確認構成其允許在預定的功率下電離電流設定值J與已知λ值一致獲得。
本發明的進一步優勢由下面事實構成本發明在校準過程的範圍內識別數值λ，藉助在所述預定功率處ω和λ之間對應規則的識別。
權利要求
1.一種用於在熱產生設備中控制燃燒的方法，所述設備裝有燃燒器(3)、通風元件(4)、熱交換器(7)和適合於輸送不定量液態或氣態燃料的閥門元件(5)，所述方法利用至少一個靠近所述火焰的電離電流J的認識以調控表示燃燒期間空氣/燃料比的參數λ，並且所述方法還屬於包括至少一個電極(1，2)、其中至少輸入由至少一個電極(1或2)、熱交換器(7)和通風元件(4)提供的信號和從其中至少向通風元件和向閥門元件輸出信號的控制系統的類型，其特徵在於用作由至少一個電極(1或2)測量的λ的後續調控設定值的至少一個電離電流J的值在固定為已知和期望的λ值的燃燒狀態下被識別，它的認識基於實驗觀測，因此在預定的熱功率水平，通風元件(4)的速度ω呈現略微偏離函數ω＝f(λ)|p＝cosi的線性過程的過程，其特徵在於在所述閥門元件(5)的引導保持恆定期間實現所述系統的周期性校準以在幾乎恆定的功率處實現所述過程並且改變所述通風元件(4)的速度以識別所述線的特徵點，識別所述函數ω＝f(λ)|p＝cosi，以及其特徵在於基於在常規運行期間過程中和在所述周期性系統校準過程中識別的ω和J的值來實現可接受性試驗。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於藉助於使用兩個電極，至少六個可以被識別的點可用來合成基本上表示函數ω＝f(λ)|p＝cosi的線，並且更準確地-在λ＝0的點，ω被識別為各個功率下通風元件(4)的線延伸的相交區域的「平均值」(ω在λ＝0處，λ＝0)；該點只在實驗室中識別過一次並且在鍋爐校準過程中不再計算；-其ω被記為與單一電離電流(J1或J2)的最大值一致的點(ω在max-J處，λ≈1)；-其ω被記為與ΔJ＝J1-J2的最大值一致的點(ω在max-ΔJ處)；-其ω被記為與關係式J1/J2的最大值一致的點(ω在max-J1/J2處)；-其ω被記為與關係式ΔJ＝J1-J2為零一致的點(ω在零-ΔJ處)；-其ω被識別與例如發生的下述情況之一一致的點-獲得最大電離值的J的最大值的係數或者獲得J的絕對值，其整體上較小並且正好超過認為出現火焰的值，所述值稱為檢測閾值。
3.如權利要求1和2所述的方法，其特徵在於藉助於使用唯一一個電極，三個可以被識別的點可用來合成表示函數ω＝f(λ)|p＝cosi的線，並且更準確地-在λ＝0處，ω被識別為各個功率下通風元件(4)的線延伸的相交區域的「平均值」(ω在λ＝0處，λ＝0)；該點只在實驗室中識別過一次並且在鍋爐校準過程中不再計算；-其ω被記為與單一電離電流(J1或J2)的最大值一致的點(ω在max-J處，λ≈1)；-其ω被記為與例如發生的下述情況之一一致的點-獲得最大電離值的J的最大值的係數或者獲得J的絕對值，其整體上較小並且正好超過認為出現火焰的值，所述值稱為檢測閾值。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於按照下面連續階段進行校準，所有這些階段由控制系統(6)管理-在所述燃燒單元的運行過程中，控制系統(6)把閥門元件(5)設為預定程度的孔徑VGcal，它獲得的氣體流量認為對完成所述系統校準是最佳的，並且所述通風元件(4)產生大量的旋轉確保過量空氣，以使所述鍋爐可在與其最大值非常遠的電離曲線區域起作用；-激活所述通風元件(4)的速度下降斜坡，以找出電離電流J1或第二電離電流J2其中之一的各自的最大值，或者還找出所述電離電流雙方的最大值；當沿電離曲線的下降拉伸移動達到所識別最大值的某一百分比例如90％時所述最大值被認為是識別的，並且獲得的最大值被視為參照點；-激活所述通風元件(4)的速度上升斜坡，所述斜坡的目的在於發現製造者選擇利用的一個或兩個電離電流的特徵點；-在閥門元件(5)預定孔徑狀況下合成表示函數ω＝f(λ)|VGcal的線；-基於對應期望的在對應閥門元件(5)的預定孔徑程度Vgcal的功率下λ值的公式ω＝f(λ)|VGcal計算通風元件(4)的速度ω_Cal；-在速度ω_Cal下引導通風元件(4)；-激活預定的穩定時間；-讀取電離電流J_Cal的值，該值被假定為與閥門元件(5)位置VGcal一致的電離電流設定值，兩個函數「在設定值狀況下的通風元件(4)的速度作為閥門元件(5)命令信號的函數」和「在設定值狀況下的電離電流作為閥門元件(5)的命令信號的函數」分別為ω_SP＝f(VGas)和J_SP＝g(VGas)，構成所述校準過程的結果。
5.如權利要求1和4的方法，其特徵在於某些對函數ω_SP＝f(VGas)和J_SP＝g(VGas)的計算必要的參數在實驗室中識別，更精確的-在閥門元件(5)各個孔徑下的通風元件(4)的速度期望值與所要求的λ一致；-在所述閥門元件各個孔徑下的電離電流J的值與所要求的λ一致；所述參數的識別包括下面第一序列的連續操作-識別參考運行狀況，其中閥門元件(5)被發現處於位置VGcal並且期望的過量空氣出現；-記錄通風元件(4)的旋轉速度ω和電離的值；-選擇其它功率水平，其中一旦達到期望的λ值，注意ω的相對值和電離值；-繪製把所述第一序列的操作結果組合在一起的第一表格。
6.如權利要求1和5的方法，其特徵在於在實驗室中對進一步的參數識別包括下面第二序列的連續操作-獲取適合於確定在ω值和對通風元件(5)各種選擇位置的電離值之間關係的分數，以及ω值和在VGcal處取得的電離值；-繪製把所述第二序列的操作結果組合在一起的第二表格。
7.如權利要求1、4和6所述的方法，其特徵在於對進一步的參數識別包括下面第三序列的連續操作-將值ω_Cal和J_Cal與從第二序列操作中獲得的結果相乘，即與各種功率下的ω和J的係數相乘；-繪製第三表格，稱為校準表格；-在所有功率下藉助於分段直線的合成確定電離電流J_SP的設定值；-在所有功率下藉助於分段直線的合成確定通風元件(4)的期望速度ω_SP的設定值。
8.如權利要求1和7的方法，其特徵在於在常規運行期間對燃燒的控制藉助於分段直線的使用進行，其通過在所有功率下對電離電流J_SP的設定值和對通風元件(4)期望速度ω_SP的設定值的確定綜合而成。
9.如權利要求1、4和5的方法，其特徵在於為使函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)的計算更可靠，可使用兩個或更多參考功率而非單一功率，從而直接藉助在所述兩個或更多功率下的校準識別電離設定值J_SP；取決於功率水平的數目，藉助此可以實現校準過程，將發展一個具體的方法以產生所述係數並對考慮的所有功率下的前述函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)外推。
10.如權利要求1和4的方法，其特徵在於所述方法設想存在於核查的第一可接受實驗，兩個在校準功率識別為ω_CaL和J_CaL的值被發現處於一個公差帶中，於是參考讀出的速度和電離電流值與在通風元件(4)的下降斜坡中識別的記錄為電離電流最大值的點一致；在所述可接受實驗失敗的情況下，所述校準被拒絕並且請求進一步的實驗；可替換的，由ω_Cal和J_Cal引起的新值將為極點，其將超過所述公差帶。
11.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法設想存在於核查的第二可接受實驗，所述通風元件(4)的速度的值ω_fan，所述值由從函數ω_SP＝f(Vgas)和由期望的可從有效測量的函數J_SP＝g(Vgas)獲得的電離電流的變化提供的校正貢獻可獲得的速度值組構成，不超過由兩個依賴閥門元件的孔徑的函數限定的絕對公差帶，所述兩個函數為max_ω＝f(Vgas)和min_ω＝f(Vgas)。
12.如權利要求1和11所述的方法，其特徵在於在對max_ω進行的第二可接受性實驗失敗的情況下，氣體閥門孔徑的最大程度臨時減小以減小最大功率；在所述第二可接受實驗繼續失敗的情況下，將請求新的校準；在所述實驗再次失敗的情況下，所述控制系統將需要永久的燃燒器鎖。
13.如權利要求1和11的方法，其特徵在於在對min_ω進行的第二可接受性實驗失敗的情況下，氣體閥門孔徑的最小程度臨時增加以增加最小功率；在所述第二可接受實驗繼續失敗的情況下，將請求新的校準；在所述實驗再次失敗的情況下，所述控制系統將需要永久的燃燒器鎖。
14.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法設想第三可接受性實驗，其存在於與函數ω_SP＝f(Vgas)周圍的ω_fan值相關的公差帶的定義，所述公差帶被定義為所述ω_SP的可感知的分數；在實驗失敗的情況下，需要新的校準。
15.如權利要求1的方法，其特徵在於所述方法設想第四可接受性實驗，其由依賴與所述功率並從0到1的函數coeff_J2＝f(VGas)的定義組成，其限定與認為對閥門元件(5)給定孔徑程度合理的J1有關的J2的值；在所述實驗結果證明為負的情況下，所述控制系統將命令永久的鍋爐鎖。
16.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法設想第五可接受性實驗，其由對電離電流的連續組件和逆組件的測量以及測得的連續電流值與反向電流的相對值的比較組成；在所述實驗結果證明為負的情況下，所述控制系統將命令永久的鍋爐鎖。
17.如權利要求1和4所述的方法，其特徵在於啟動快速校準，從而從其各個假定值中識別的ω_Cal和J_Cal值與表示在所述通風元件(4)速度的下降斜坡中發現的電離電流最大值的點一致，在ω_Cal和J_Cal值與前面進行的全部校準相關的情況下，在各個值的某一區間中發現所述快速型校準設想與表示所述電離電流最大值的點一致，所述前面的值被當作電流值；在相反的情況下，假設的電流值將為公差帶的被超過的極點。
18.如前述權利要求所述的方法，其特徵在於可執行一個校準，不僅與診斷事件一致而且基於周期性基礎。
19.如權利要求1和4所述的方法，其特徵在於在所述校準範圍內，在通風元件(4)的速度ω的下降斜坡中，完成對所述特徵點的尋找。
20.如前述權利要求所述的方法，其特徵在於可能使所述系統在相反的模式下工作，即，請求功率用通風元件最初命令的溫度誤差表示，而所述氣流被調控從而使其達到λ目標；通過下列這些逆操作模式，函數ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)必須分別變成Vgas_SP＝f(ω)和J_SP＝g(ω)，通過單獨相加的進一步計算方式，直接從ω_SP＝f(Vgas)和J_SP＝g(Vgas)產生兩個函數Vgas_SP＝f(ω)和J_SP＝g(ω)，使所述校準過程保持相同。
全文摘要
本發明涉及適合於在設備例如鍋爐、吹風燃燒器及類似物中控制燃燒的系統領域。在其被保持而λ值為期望值的燃燒環境中測量電離電流J的設定值。
文檔編號F23N5/26GK1975257SQ20061017185
公開日2007年6月6日 申請日期2006年8月2日 優先權日2005年8月2日
發明者R·馬徹蒂, L·馬拉, A·安德勒茨 申請人:梅洛尼特莫桑尼塔裡股份有限公司