CN100570218C - 带虚拟λ传感器的燃料控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种自动预混合空气/燃气混合气的燃气燃烧装置的燃烧控制方法。所述控制方法包括以标准操作期间接近火焰点特定位置(p.1，p.2)的的至少两个燃烧状态物理量(J，θ；J1，J2；θ1，θ2)计算过量空气估算值λ；其中所述物理量是电离电流(J)和火焰温度(θ)。所述方法还包括：a)处理适合估算过量空气值λ的数学方法，b)确定最佳值λ的操作条件，即容许和不容许参数，所述操作条件与数学模型获得的数值无关，c)定期重校正数学模型。本发明还描述了实施所述方法的装置。

Description

带虚拟λ传感器的燃烧控制系统

技术领域

本发明涉及自动预混合空气/燃气混合气的燃气燃烧装置。本文经常引用的术语“锅炉”指的是燃气锅炉和热水器，特别是“即热”型，其中燃烧过程与燃气锅炉完全一样。

空气/燃气比(一般用λ表示)的调节是非常重要的特性参数，因为它可以使操作限定污染物排放低、产率高的范围。

背景技术

基于“气动预混合”的现有燃气锅炉技术在于产生可燃烧的空气/燃气混合气，然后再将它全部送到燃烧器，这与使用大气系统下的燃烧室不同。鼓风机提供所需流量的助燃空气，通过一系列负荷损耗产生传送到气阀的压差信号(Δp)。后者是一个“空气/燃气”阀，意味着燃气流量随信号Δp而变化。“燃气流量”比率＝f(Δp)以机械方式通过一喷嘴测定，每种操作条件有一个比率。换言之，该气动系统测定空气和燃气流量的体积比。

燃烧时过量空气被认为是燃烧用的“相对空气质量”与化学计算燃烧所需要的“相对空气质量”之比，其中‘相对空气质量”表示空气质量与燃料单位质量之比。过量空气λ与空气和燃气流量体积比的比率随所使用的流体而变化，而使用的流体则根据空气和燃气的温度变化而变化。

将所谓的空气和燃气体积流量的“机械”比率设定为一能够得到特定λ值的数值。在这些条件下，助燃空气有助于温度通常高于冷启动条件温度的混合气，起动时要有多的过量空气才燃烧，特别当大气温度较低时(这决定高流体密度)，因此启动燃烧不容易，而且噪音大。

用气供给由在一特定化学组成范围内操作的供气系统和公知的“Wobbe’s指数”保证。以气动预混合机械调节空气/燃气体积流量的比率不能够适应这些变化，因为需要对它作出校正以确保在正常条件下最佳性能。

测定的机械比率不可以随意改变λ，但如果考虑到热流量调制(在有害气体排放和产率方面)的最佳λ值不可能保持不变，则有必要改变λ。

与上述的气动系统相比，分别控制“电子预混合”燃烧系统的空气和燃气流量，则有更大的灵活性。例如，对于冷起动，可以降低空气体积流量，从而获得更有效的燃烧或者至少可确保以设置的λ值燃烧，它基本上更适合冷起动。输入的燃气测定值改变，λ也发生改变，这至少可通过调节空气和/或燃气流量加以近似修正。分别控制鼓风机和气阀，可以在整个热能调制范围内的一足够的区间中获得所希望的过量空气。

在电子预混合系统中，鼓风机不再为气阀产生压差Δp，因此可以选择较经济的低压头模型。这一方案也减少了气阀成本，无需复杂的气动调节和补偿系统，而且配置极其简单。

为了以简单方式使鼓风机速度与气阀打开命令协调并控制燃烧，显然有必要在一定程度上控制和测量过量空气λ。因为此数值不能即时获得，所以需要用间接方法约略估计。

众所周知，参加燃烧的燃气分子经历一个电离过程，使燃气导电；电离分子的实际数量根据燃烧条件，更具体是根据过量空气λ而改变。如果将电极放在接近火焰的位置，在电极和金属零件之间会产生一电压差，另外，如果电极暴露于火焰，则有一电流流过电离气体，这一过程称为电离作用，以符号J表示。多年前已经知道此电离电流随λ作定性变化。通过测量数值J可估算λ值，虽然准确数值只能用实验室仪器直接测定。

迄今为止，所研制的燃烧控制系统采用测量和调节电离电流数值来控制和调节λ值，假设它代表过量空气λ。这包括设定电流J的参考值，代表λ的参考值。以下专利提供更多信息：GB2001426，优先权日1977年7月25日；GB2185810，优先权日1986年1月28日；DE3937290，优先权日1988年11月10日；EP0617234，优先权1993年3月24日；DE4433425，优先权日1994年9月20日；US5924859，优先权日1995年10月25日；DE19502901，优先权1995年1月31日；DE19502905，优先权日1995年1月31日；DE19618573，优先权日1996年5月9日；EP0821198，优先权日1996年7月25日：DE19631821，优先权日1977年8月7日；EP0806610，基于1996年的三个优先权文件；DE19726169，优先权日1997年6月20日：EP0909922，优先权日1997年10月17日；EP0962703，优先权日1998年6月2日；DE19828111，优先权日1998年6月24日：DE19835790，优先权日1998年8月7日7.8.1998；DE3937290，优先权日1998年11月10日；EP1002997，优先权日1998年11月20日；DE19958340，优先权日1999年12月3日；DE10003819，优先权日2000年1月28日。

最重要的信息是对于接近准确化学计算的空气/燃气比率，即λ≈1，J能够获得最大值J.s。因此，低于最大值J.s的J值可能表示燃烧时空气缺乏(λ＜1)或者空气过量(λ＞1)；然而，现有的已知方法通过测量J＜J.s来确定空气是否过量或缺乏；要获得更多的资料，可参见诸如上述引用的EP0806610。

测量接近火焰的电离电流J与过量空气的关系更加复杂，因为它极易受一些因素影响，具体地受以下因素影响：

-提供电极和测量电流J的装置特性；

-电极在燃料室内的位置；

-电极的实际尺寸及其磨损、氧化和污垢程度；

-燃气种类，即Wobbe’s指数值及其化学组成；

-产生的热能；

-助燃空气质量；

-实际空气流量，它也受烟囱和吸气管道内阻塞程度影响。

首两个因素根据锅炉类型或模型由制造商经初始化校正设定，而其余因素的改变不能预测或者只能部分测定。虽然现有的系统将测得的电离数值之间的差异(校正)与单位过量空气及其他附加信息(例如与空气流量有关的信息(V.EP1002997))进行比较，但在特定位置测量电离电流的燃烧控制方法可以是至关重要，因为即使不考虑测量位置，过量空气与J值也并非一一对应。与标定例子相比，不同操作条件(助燃空气、Wobbe′s指数变化、烟囱部分阻塞、供气压力降低)都会影响电离电流J的变化趋势。因此，当此数值用作调节过量空气的参考指数时，可能决定工作点移向另一个λ值(由自动调节系统引起)，该λ值与根据图3定性描述所希望的值大为不同，下文将作详细叙述。

发明内容

本发明的主要目的是提供一些方法和装置，其相对于常规方法能更准确地测量即时过量空气λ的实际值。

本发明的另一个目的是提供一些方法和装置，其相对于已知技术能较准确地验证锅炉在确保排出较少和可接受有害气体和/或安全条件和/或获得最大效率的范围内操作。

本发明另有一个目的是提供一种方法，该方法适合于利用锅炉上的仪器和过量空气值λ更准确地确定易测物理量之间的数学关系，准确程度是可变的。

本发明再一目的是提供更准确的锅炉功率的调制。

本发明又一目的是扩大功率调节范围，以致于可在安全有效燃烧条件下使用。

这些和其他目的可通过本发明描述的方法和间接控制过量空气λ的相关装置实现，所述的方法和装置基于直接控制至少两个被认为代表接近火焰燃烧状态的物理量。这些以至少两个上述的电离电流J表示，它们在离燃烧器不同距离的位置测量，或者以一个电离电流J和一个火焰温度θ表示。

根据本发明，用于自动预混合空气/燃气混合气的气体燃烧装置的燃烧控制方法，其中所述控制预先估算空气/燃气比λ值，其特征在于：采用在标准操作条件下接近火焰测得的代表燃烧状态的物理量，即电离电流J，温度θ；电离电流J1，电离电流J2；温度θ1，温度θ2中的至少两个代表燃烧状态的物理量估算在至少一个工作条件下的过量空气λ.c以下，将对本发明方法和装置作更详细描述，其中列举本发明一些典型配置，而附图及所附权利要求书则为本说明书的一部分。

因此，所建议的方法在于以至少两个火焰信号开始估算过量空气λ；参考变量不仅指测量的电离电流J，也指估算值λ。所以，自动调节的直接目标就是该参数。

事实上，已经确定，使用在下述各点测得的一个以上火焰信号可提供关于燃烧实际状况的更准确信息，因而能够调和偏差的影响及涉及因素的变化，包括无法预测的那些因素。结果是在与标定条件不同的较宽可操作条件范围内，λ的实际值和本发明的估算值只存在有限偏差。

本发明一个有用变换方式也控制和确保燃烧在对应于标准操作条件的范围内，从而使该装置不致得出一些代表测量信号和/或其组合的数值，这些值表示在较已知技术可提供的时间范围短得多的时间内，与空气过高或过低区域的偏差(因为不燃物质含量高可能有潜在危险)。

以下段落结合一些优选变型及所列附图对本发明进行描述。

附图说明

图1代表本发明包括一个控制系统的预混合燃烧装置的可能调节平面布置图。图中给出的元件仅仅是示意性的，尺寸和位置必须看成示意说明。

图2是图1所示本发明控制系统的主要逻辑块和在这些逻辑块之间交换信号的可能流程图以及燃烧装置的其他元件。

图3是λ-J的曲线图，定性表示改变一或多个代表燃烧变化的物理参数过程中调节电离电流J和过量空气λ关系的曲线变化。

图4是与图3相类似的曲线图，定性表示在相同物理燃烧参数下调节两个不同火焰位置测得的两个电离电流J1和J2与过量空气λ关系的曲线变化。

图5是与图4相类似的曲线图，定性表示在相同物理燃烧参数下这两个电离电流J1和J2之差ΔJ的趋势。

图6是与图5相类似的曲线图，定性表示在相同物理燃烧参数下这两个电离电流J1和J2之RJ比值的趋势。

图7是λ-θ的曲线图，定性表示在相同物理燃烧参数下调节在接近两个不同火焰位置测得的两个火焰温度θ1和θ2与过量空气λ关系的曲线变化。

图8是与图7相类似的曲线图，定性表示调节火焰温度θ2与过量空气λ关系的曲线变化，随锅炉产生的热能而改变。

图9是与图8相类似的曲线图，定性表示在相同物理燃烧参数下两个火焰温度θ1和θ2之温差Δθ的趋势。

图10是与图9相类似的曲线图，定性表示调节温差Δθ与过量空气λ关系的曲线变化，随锅炉产生的热能而改变。

图11是t-λ的时间关系图，表示必须遵循的渐进调节斜率，以一个普通值开始慢慢到达预设过量空气，通过称之监控器的控制系统装置测定。

图12是λ-J的曲线图，用本发明描述的可能线性数学模型J＝f(λ)得出的估算值λ与可达到的实际J值作比较。

图13以图形表示过量空气值λ的中间极限，根据本发明设计的控制系统能够在这一极限范围内操作，而端点值是不可接受的。

图14是基于图7的曲线图，表明要储存的临界火焰温度，这些临界温度代表气阀开度不同时不可接受的燃烧条件。

图15表示气阀开度百分比与火焰温度的关系图，低于该火焰温度燃烧会产生不可接受的条件。

图16基于图5的曲线图，表示可接受和不可接受的燃烧极限。

具体实施方式

图1所示为鼓风机2向燃烧器1的预混合室1.1送风；如果安全阀4打开，气阀将燃气送至预混合室1.1。另一个选择是如果将燃气送至鼓风机空气入口的进口处，可在鼓风机内直接混合。空气/燃气混合气继续送往锅炉1，在锅炉内燃烧。在本发明的配置中，燃烧室1.2含有一或多个“火焰传感器”，检测某些代表燃烧的物理量。更具体地说，这两个或以上传感器可由一或两个电极sj1和sj2以及一或两个传感器sθ1和sθ2组成，电极用于检测一或两个电离电流J1和J2，传感器用于检测一或两个火焰温度θ1和θ2。指数1鉴定位于靠近燃烧器1出口处(即位置p.1)的两个传感器sj1和sθ1，而指数2鉴定位于距离燃烧器1出口较远位置(即位置p.2)的两个传感器sj2和sθ2。这些传感器的位置p.1和p.2在图1并未按比例示出；事实上，放置全部传感器的位置都使得信号受燃烧条件充分影响。而且，将指数2传感器与指数l传感器相隔足够远的距离，以致指数2传感器检测的电离电流J2和/或火焰温度θ2与指数1传感器检测的电流和温度明显不同。这些数值依其测量点有很大不同。例如，家用加热锅炉采用的燃烧装置使用甲烷气，最大功率约30kW，指数1传感器的位置p.1位于距离燃烧器l出口处2-3毫米，而指数2传感器的位置p.2相距约40毫米。

图1给出热交换器5的载热流体按箭头6的方向流动。该图也示出根据本发明设计的控制系统7，其配有电子储存和计算功能。该控制系统7适合获得至少一些以下物理量的信号，以及以下变型：载热流体的实际输出温度T.out和返回温度T.in(通过测量热交换器5的下游和上游而获得)；锅炉在一特定时刻所要求的输出温度，设定点温度T.out.sp；代表电离电流J1和J2的信号；代表火焰温度θ1和θ2的信号；代表气阀3开度的GV信号3；最后是代表鼓风机2实时速度测量值RPM.m的信号；根据本发明设计的控制系统7的变化形式，如下文所述准确度是可变化的，可省去一些输入信号。控制系统7至少具有以下参数的输入和输出信号：用来按特定时刻所需数值调节鼓风机速度的信号RPM.sp；用来按特定时刻所需数值调节气阀3开度的信号GV.sp；用来可维持安全阀4打开位置的信号SGV。信号T.out、T.in、GV和RPM.m构成燃烧装置的状态信号。

因此，控制系统7作用于锅炉的“可调节”元件，即鼓风机2、气阀3和安全阀4，以允许：

-载热流体以所需温度T.out.sp通过打开气阀3供给，气阀的开度需确保供给的热能满足条件T.out＝T.out.sp；

-通过调节鼓风机2的速度调节流量，有需要的话，也可调节气阀3的开度，以在最佳过量空气λ.sp下燃烧；

-如果过量空气值λ在可接受的数值范围内，维持安全阀4打开继续燃烧。

如上所解释，过量空气λ不能用通常配置在锅炉上的仪器在锅炉内直接测量；因此它的数值是作为功能块输出而确定的，所述的功能块输入为一或多个以下参数：

-代表燃烧室内测得的电离电流J1和J2的信号；

-代表燃烧室内测得的温度θ1和θ2的信号；

-鼓风机速度RPM.m测量值；

-代表气阀3开度的GV值。

图2所示为控制系统7的平面布置图。

它包括以下主要元件。

以附图标记8表示的“虚拟传感器λ”(下文统称虚拟传感器8)根据代表燃烧状态的两或多个输入参数，提供过量空气λ足够准确的估算值λ.c。

监控器9用来评估界定有效、安全和卫生燃烧区域的一些条件。

监控器9接收代表锅炉操作条件的物理量作为输入，输出一些参考信号。监控器9连续为每种情况设定最佳λ值(下文统称λ._SP)并传导信号。监控器9还能够通过直接调节气阀3开度，调节鼓风机2速度和确认安全阀4处于打开状态，按下述模式和目的有规律地控制燃烧条件。

控制器10一接收到实际输出温度T.out与设定点温度T.out.sp有偏差以及虚拟传感器8计算的过量空气值λ.c与监控器9传送的最佳过量空气值λ.sp(例如等于1.3)有偏差的输入，就会连续地控制燃烧条件(产生的热能和过量空气λ)。控制器10例如通过P.I.D.信号处理器PID-A 11输出信号A，处理器直接接收平均信号RPM.m，增加鼓风机2的速度至数值RPM.sp，以达到正确λ值。然后，控制器10再直接向气阀3传送信号G，此信号以GV.sp值打开同一个气阀3，该GV.sp值是在一特定时间内达到设定输出温度T.out.sp所要求。

监控器9可有规律地直接将信号A’和G’合成RPM.sp和/或GV.sp数值，方法是应用转换信号12.1和13.1改变转换开关12和/或13。

虚拟传感器8接收两或多个上述信号为输入信号：GV、J1、J2、θ1、θ2、RPM.m，输出代表计算值λ.c的信号。此外，虚拟传感器8可按下述模式和基于下述目的自监控器9接收修正值λ.os和“储存典型值”的命令m.v.c。

监控器9接收的两或多个输入信号与虚拟传感器8相同，有需要时，加上λ.c值、命令A和G、RPM.sp及T.in值。监控器9的输出信号包括上述信号和确定安全阀4是否应维持打开的SGV信号。

应当注意，建立所要求即时热能所需的温度T.out.sp由控制系统7根据已知方法和装置在外部产生，因此不包括在下文所述的处理模式中。然而，这并不禁止控制系统7实施这些方法或者禁止该控制系统加入这些装置。

由测量被检查物理量得到的信息

在详细描述本发明方法之前，适宜检查过量空气λ和一些典型燃烧参数如电离电流J或火焰温度θ如何被影响或者基本上不依赖于其他参数，如这些物理量的测量位置、供给的热能、燃烧气体的热学和化学特性等等。

为此，图3至10给出一些适当曲线。这些曲线例如还给出由所示类型锅炉(即甲烷气锅炉，最大功率30kW，位置p.1和p.2分别距离燃烧器燃气出口孔约3和40毫米)实验测到的数值。显然，燃烧装置每种模型的位置p.1和p.2必须根据实验选定，以便按本发明的要求获得有意义的测量值J和/或θ。

根据上文可知，电离电流J当λ＜1增加过量空气时趋向增大，逐渐等于最大值λ＝1，当λ＞1增加时趋向减少。最佳燃烧条件发生于λ.o＞1(优选值是λ.o＝1.3)。虽然应启动调节系统重新设定燃烧至λ.o值，但也有一范围可视为正常燃烧。此范围本文用数值λ.min.n和λ.max.n界定，该两个数值显然都＞1。此外，也有必要限定最小和最大可接受极限λ.min.e和λ.max.e，当超过这两个极限，可转换至不可操作的缺省设定，并立即关闭安全阀4。

例如为说明本发明，可以提供以下渐进数值：λ.min.e≈1.15＜λ.min.n＜λ.o≈1.3＜λ.max.n＜λmax.e≈1.45。

所有数值λ无疑都＞1；这些附图所示的图形定性表示调节只涉及区域的J和λ关系的曲线(X轴表示为“λ＞1”)。

在此区间内或者至少在正常燃烧范围内，已经知道在很靠近燃烧器1区域测得的电离电流数值J1基本上是线性趋向，因此可用线性数学模型充分地近似。

已经知道，J和λ的关系在λ＞1范围内不是唯一的。图3表示调节J和λ关系的曲线如何随上述参数，即至少随下列参数改变：

-供给和测量环路的特点；

-电极的实际尺寸及磨损、氧化和污垢相关状态；

-电极在燃烧室内的位置和火焰性质；

-燃气类型和Wobbe′s指数；

-燃烧功率；

-助燃空气质量。

这解释了为何最佳值J.sp可能与所希望的λ.sp不对应，后者设定至被认为是最佳值的λ.o。

然而，对适当位置测得的至少两个典型燃烧物理量的控制，可提供更多关于实际燃烧条件的信息，从而可更准确地计算λ的实际值并控制燃烧不超出极限可接受值λ.min.e和λ.max.e。

两个电离电流J1和J2的测量(参见图4)

如果其余条件相同，测量靠近位置p.1和p.2的两个电离电流J1和J2，如果过量空气发生改变可提供定性不同的趋势和数值：所得的电流J1和J2趋势与图4所示相类似。

图4还给出可能的数值：接近λ＝1.3，J1和J2相差很大(分别是17和6μA)，但都趋于同一个数值，即λ＝1.45。

这些趋势提供火焰状态信息。应当注意，相对于λ，J1的趋势基本上为线性，J2的趋势基本上是双曲线。已经知道，火焰稳定的位置随过量空气值改变，这是火焰传播速度与空气/燃气混合气输出速度结合的结果。当λ值较低，火焰趋向于接近燃烧器，当λ值较高，火焰趋向于远离燃烧器。

这意味着在给定功率下，测得的电离电流强度随火焰而改变，当火焰接近燃烧器J1增大，当火焰远离燃烧器J1减少。相反，离燃烧器较远测量的电流J2只部分受燃烧器影响，趋向于减少，只要λ值增大，即火焰离燃烧器的距离增大，就会与另一个趋势相交。这两个电流数值也随热容量改变，虽然偏差量不允许充分准确地评估功率。

电离电流J1-J2之差ΔJ(参见图5)

如果其余条件不变，λJ＝J1-J2呈现λ的趋势，如图5所示。

接近曲线J1和J2之间在垂直方向最大距离处，ΔJ的数值最大，当两条曲线有相同值的一点时ΔJ回至0。实验发现，虽然曲线J1和J2与λ之间的关系受一些因素影响，包括无法预测的因素，但ΔJ的最大值和0值都与λ值有关，这些λ值基本上不受这些因素的影响，就参考锅炉而言，ΔJ的最大值和0值分别等于约1.15和1.45。这两点可构成极限值λ.min.e和λ.max.e，正常操作时不应该超过此两个极限值。当操作范围向过量空气较低转移时，ΔJ到达最大值，而0值表示燃烧时λ值一定极高。应当注意，对应于最大值和0值的该两个λ值，如以下所述，可用来定期校正虚拟传感器8，校正输入侧时，将虚拟传感器8使用的全部物理量J和θ除以它们在J1-J2之差为最大值和0值时获得的数值，校正输出侧时，只要将λ的估算值加上λ.os，后者等于J1-J2为最大值和0值时测得的λ值与虚拟传感器8得到的数值之差。

两个电离电流J1/J2之比值RJ(参见图6)

观察图4所示的电流J1和J2的趋势，可看到比值RJ＝J1/J2在卫生燃烧范围内，即在图5所示的ΔJ的最大值与0值范围内。对于比值RJ，实验已经确定，λ值到达其最大值与Wobbe′s指数无关，至少对于在最小值与最大值之间的数值范围内是这样，燃气供应商应用在II类燃气(即15℃，1013mbar时Wobbe′s指数在54.76至40.90MJ/Nm³之间的天然气(干气)，对应EN437的E组燃气)，也与燃气的化学组成无关，只要气阀拧到特定开度。也可应用在III类燃气(即15℃，1013mbar时Wobbe′s指数在72.86至87.33MJ/Nm³之间的液化气(干气))。此外，λ值非常接近1.3，即在最佳燃烧值λ.o，或者在卫生燃烧范围内的任何数值时，RJ值为最大。然而，如果已经知道对应于该最大值位置的λ值，如以下所述，就有可能用该数值定期校正虚拟传感器8，校正输入侧时，将虚拟传感器8使用的全部物理量J和θ除以它们在J1/J2最大一点时获得的数值，校正输出侧时，只要将λ的估算值加上λ.os，后者等于RJ实际到达其最大值时的λ值与根据虚拟传感器8它理论上应到达最大值时的数值之差。

因此，只要采用经适当选择的两个不同位置p.1和p.2上电离电流J的测量值，并对它们作充分处理，或者具体计算J1和J2之差值ΔJ和比值RJ，就有足够元件控制燃烧，与已有方法相比更准确、更有效。

燃烧室内的温度(参见图7)

如上所述，在相同条件下测量温度θ1和θ2，可获得与λ有关的趋势，如图7所示。

图中θ2表示当λ增大(即当用来稀释燃烧产物的空气量增大)时，其下降趋势基本上呈线性，而θ1的下降趋势为曲线，这是因为在过量空气过高时火焰熄灭，使温度降至接近燃烧器温度。

因此，温度θ1对过量空气和预设低温更为敏感，可用于表示操作点正向λ值较高的区域移动。

关于温度θ2的信息(参见图8)

应当注意，受温度θ2和λ影响的曲线保持线性，但正如所料，它随产生的热能而显著改变。

因此，在给定气阀开度或燃气流量以及在特定燃料下，温度θ2的趋势可提供即时的λ值。

反之亦然，如果λ值已知，就可以用温度θ2获得热容量值，虽然这受燃气种类影响极大。

燃烧室温度θ2-θ1之温差Δθ(参见图9)

如果其他条件(具体是产生的热能)相同，差值Δθ＝θ1-θ2是一条上升曲线，当过了0之后其斜率明显增大。可将预设最大温差Δθ作为λ值极高的区域操作之前的极限信号。

供给热能对Δθ的影响(参见图10)

实验已经确定，所有燃气的Δθ值基本上相同，而与Δθλ相关的曲线则保持稳定趋势，但随供给热能而有很大改变。因此，如果λ值是已知的，则Δθ值可用来评估热能值；反之亦然，如果已经估算了热能，则由Δθ值可知λ值。

仔细观察图4至图10的图形，发现测量一或多个典型燃烧物理量在于测量一或多个位置p.1或p.2(或者其他全部位置)的电离电流J和/或火焰温度θ，该测量提供关于燃烧状态的信息，而已知方法测量单个电离电流J无法提供这样的信息。显然，此信息不仅提供不应超出的极限λ值的信息，而且可以设计适合计算λ值的数学模型，与已知模型相比更准确。

如以下章节所解释，所述数学模型还可考虑其他典型操作参数，它们在锅炉上容易测量或者因为其他目的已经测量。

我们看到，有几组参数可用作这些数学模型的输入值，正象一些可能采用的模型(线性或非线性)那样，此处无法全部列出，但包括在估算本发明λ值所用方法的范围内。

虚拟传感器的描述

此部分详细描述虚拟传感器8。采用一或多个数学模型，限定了严格规范λ值和输入参数关系的规则。例如，用已知模型鉴定理论(见：SergioBittanti，“Identificazione dei Modellie Contrllo Adattativo”，Pitagora Ed.，1997)可以确定这种输入和输出数学关系。为了确定虚拟传感器8所带模型的输入和输出关系，可以遵循以下程序。

1)必须设计A和G的趋势(见图2)，以使锅炉能够在以下范围的笛卡尔乘积得到的条件下工作：

-所有有关的热容量调节范围；

-λ的范围，超出实际上可接受的1.0至1.5范围；

-排放的CO通常总在1000ppm以内；

-应用上使用参考燃气和有关燃气系列中的两种极限燃气。

根据以上要求设计的模型能够估算所示操作区域内的λ值，准确度随模型而改变，因而自动补偿热流量变化和燃气种类。

待测量且被虚拟传感器8采用的电离电流数目(1或2)将决定用哪一种程序来鉴定模型。如果使用一个电流J，需要进行程序2.a)；当使用两个电流J1和J2，可选择以下任一程序：2.a)、2.b)、2.c)、2.d)。

程序2.a)

操作者：

-采用所要求种类的参考燃气(即G20)开动测试锅炉，打开气阀至特定开度，该开度应当对以后数值的测量更有意义并能调节A值以致λ保持＞1；

-降低鼓风机速度以测定单个电离电流J的最大值，或者J1或J2之间选择一个电离电流(当λ.s点约等于1时发生)，将下列数值储存于测试系统：

1.电流J.s或者电离电流J1.s和J2.s；

2.火焰温度θ.s或两个火焰温度θ1.s和θ2.s(其中“s”表示“化学计算”)；

-在A和G的时间范围内开动根据上文设计的锅炉，测量和储存锅炉的λ值：一或多个电离电流值J、J1、J2；一或多个火焰温度值θ、θ1、θ2；鼓风机速度RPM.m和气阀开度GV。

程序2.b)

-采用所要求种类的参考燃气(即G20)开动测试锅炉，打开气阀至特定开度该开度应当对以后数值的测量最有意义并能调节A值以致λ保持＞1；

-改变命令A的数值，以使电流J1和J2的测量值之比RJ到达最大(当λ.b在卫生燃烧范围内时发生)，将下列数值储存于测试系统：

1.两个电离电流J1.b和J2.b；

2.测量的温度θ.b或两个火焰温度θ1.b和θ2.b(其中“b”表示“燃烧良好”)；

-在A和G的时间范围内开动根据上文设计的锅炉，测量和储存锅炉的λ值：两个电离电流值J1和J2；火焰温度值θ、θ1、θ2；鼓风机速度RPM.m和气阀开度GV。

程序2.c)

操作者：

-采用所要求种类的参考燃气(即G20)开动测试锅炉，打开气阀至特定开度，该开度应当对以后数值的测量最有意义并能调节A值以致λ保持＞1；

-改变命令A的数值，以使电流J1和J2的测量值之差ΔJ＝J1-J2到达最大(当λ.m＞1时发生)，将下列数值储存于测试系统：

1.两个电离电流J1.m和J2.m；

2.测量的温度θ.m或两个火焰温度θ1.m和θ2.m(其中“m”表示“最大”)；

-在A和G的时间范围内开动根据上文设计的锅炉，测量和储存锅炉的λ值；两个电离电流值J1和J2；火焰温度值θ、θ1、θ2；鼓风机速度RPM.m(其中“m”表示“测量”)和气阀开度GV。

程序2.d)

操作者：

-采用所要求种类的参考燃气(即G20)开动测试锅炉，打开气阀至特定开度，该开度应当对以后数值的测量最有意义并能调节A值以致λ保持＞1；

-改变命令A的数值，以使电流J1和J2的测量值之差ΔJ＝J1-J2为0(当λ.z＞1时发生)，将下列数值储存于测试系统：

1.两个电离电流J1.z和J2.z；

2.测量的温度θ.z或两个火焰温度θ1.z和θ2.z(其中“z”表示“0”)；

-在A和G的时间范围内开动根据上文设计的锅炉，测量和储存锅炉的λ值；两个电离电流值J1和J2；火焰温度值θ、θ1、θ2；鼓风机速度RPM.m和气阀开度GV。

就此而言，可以采用公知计算方法来确定输入和输出关系，该关系能使一系列λ测量值与根据此关系得到的一系列计算值之间的平均二次偏差减至最小。如以下所述，这组输入由一或多个标准电流、一或多个标准燃烧室温度的测量值、鼓风机速度RPM.m测量值和气阀开度GV组合而成。术语“标准”表示将电流J和温度θ的测量值分别除以以下数值：当使用程序2.a)时除以J.s(或者J1.s和J2.s)、θ.s(或者θ1.s和θ2.s)，当使用程序2.b)时除以J1.b、J2.b、θ.b(或者θ1.b和θ2.b)，当使用程序2.c)时除以J1.m、J2.m、θ.m(或者θ1.m和θ2.m)，当使用程序2.d)时除以J1.z、J2.z、θ.z(或者θ1.z和θ2.z)。需要确定哪种模型使用选定组的输入(例如接收两个电离电流J1和J2、鼓风机速度RPM.m作为输入的模型-关系，或者使用电流J和温度θ的模型，或者获得两个电流J1和J2及温度θ作为输入的模型等等)。再以不同于鉴定目的所用的一组输入/输出对得到的关系进行验证。

可在不同模型锅炉使用的同一个虚拟传感器8中实施多种数学模型。在锅炉制造阶段，必需选择λ虚拟传感器8的一组输入制作相关传感器，并通过电子方式实施与所选一组输入有关的模型-关系。

本发明将作以下输入配置：

-两个电流(J1和J2)；

-一个电流和一个温度(J，θ)；

-一个电流和两个温度(J，θ1，θ2)；

-两个电流和一个温度(J1，J2，θ)；

-两个电流和两个温度(J1，J2，θ1，θ2)；

-上述其中一个参数加上鼓风机2的速度RPM.m和/或气阀3的开度GV。

取决于选择的配置，虚拟传感器8有以下缺省值：

-J1.s，J2.s或J1.b，J2.b或J1.m，J2.m或J1.z，J2.z；

-J._S，θ.s；

-J._S，θ1._S，θ2.s；

-J1.s，J2.s，θ.s或J1.b，J2.b，θ.b或J1.m，J2.m，θ1.m或J1.z，J2.z，θ.z；

-J1.s，J2.s，θ1.s，θ2.s或J1.b，J2.b，θ1.b，θ2.b或J1.m，J2.m，θ1.m，θ2.m或J1.z，J2.z，θ1.z，θ2.z。

在标准/正常操作条件下，虚拟传感器8使用输入数据，在估算λ值之前使这些数据标准化(参见上文解释)。初始启动期间，标准参数是带下标“s”或“b”或“m”或“z”的那些，取决于配置。这些参数在锅炉操作过程中按以下程序定期更新，以补偿参数可能的变化，在相同条件下以百分比计改变电流和温度的测量值。存储器储存最新的参数供标准化使用，直至进行另一轮更新。此程序还包括校正虚拟传感器8的输出，这种校正通过测量估算值λ.c与某些特定条件下考虑的数值之偏差来进行。

双重校正(输入是成比例的，输出是相加的)特别适用于数学模型结构，说明传感器退化。电离传感器的磨损、老化和污垢导致测量值减少，以额定值降低百分比易于描述。经过一定数目的工作循环，测量的电流可能等于其原来初始值的90％。基本上，百分比(或比例)影响最能描述整个测量值范围内测量值的下降。

仔细观察电流J1随λ的变化趋势，λ≈1点时为最大值J1.max，给定值λ时为一般值J1。如果电流在λ的整个范围内以百分比下降，则新的数值等于：

J1.max’＝0.9＊J1.max和J1’＝0.9＊J1

因为其结果都等于0.9，故得到以下两个方程式：

J1.max’/J1.max＝J1’/J1

和

J1’/J1.max’＝J1/J1.max。

因此，电离电流值以最大值标准化时间，即使电流J以百分比改变，它们仍保持不变。以此方式，该数学模型与输入值百分比变化无关。

我们已经测定，如果气阀开度相同，不同燃气的标准电流曲线会重叠(至少在Wobbe′s指数范围内是这样，参见图6的图形)。所以，标准曲线的趋势也可补偿不同种类燃气引起的变化，发出不可接受燃烧极限的信号，并确定这些信号基本上不受燃气种类的影响。

校正输入影响乘积，而校正输出影响总和，因为它为修正估算值λ加上附加值。

如果数学模型只是简单的参数化和线性变化，即等于“λ(t)＝k._J1xJ1(t-1)+k._J2xJ2(t-1)+k._θ1xθ1(t-1)+k._θ2xθ2(t-1)+...”(其中“x”代表乘号；“t”是时间变量，“t-1”表示用来测定数值J、θ等的“t”和计算时间t的λ之前的瞬时时刻)，将这些输入值与适当参数相乘，相加。

虽然J2eλ与θ1和λ的关系明显不是线性的，但按照上述方法建立的参数化线性模型可根据实际λ值估算λ.c，至少满足待观察操作范围(特别是考虑了转速数RPM.m的操作范围)。然而，可以建立更准确的数学模型(适合普通微处理器处理，而不管复杂性如何)，象“λ＝k._J1(J2)xJ1+k._θ2(θ1)xθ2+...”，其特点是λ和J1和θ2之间为线性关系，根据数值J2和θ1确定(或者由存储表计算或读取)相应的系数k._J1和k._θ2。

另一个选择是，可以考虑输入变量如RJ或Δθ中一个或其组合，建数学模型。

监控器的描述

监控器9至少接收以下信号作为输入：

-与虚拟传感器8输入相同的信号；

-温度T.out和T.in，分别代表加热回路的输出和返回温度；

-根据鼓风机速度设定的信号RPM.sp；

-控制器10处理的信号A和G；

-虚拟传感器8计算的λ.c值。

取决于每个可能变化形式输入信号的数目和质量，监控器9按以下方法计算在段落“由过测量被检查物理量得到的信息”中描述的至少一些关系。因此，使用信号质量和类型来估算λ的这种关系-模型可以获得以下信息：

-一个电流J和一个温度θ

表示λ值高(见图4，7，8)

-一个电流J和两个温度θ1和θ2

如上所述，连同热容量信息(见图7和10)

-两个电流J1和J2

关于λ操作范围(J1-J2)和λ参考点在卫生燃烧区域(J1/J2)内极限值的信息(见图5和6)。

-两个电流和一个温度

如上所述(见图5、6和7)

-两个电流和两个温度

如上所述，连同热容量信息(见图5、6和10)。

监控器9只在某些情形下进行适当A和G命令，其余情况是虚拟传感器8和控制器10操控标准操作。

标准操作循环

一旦开动锅炉，监控器9就会通过转换信号12.1和13.1用转换开关12和/或13进行转换操作，代替控制器10，并将信号A′和G′分别送到鼓风机和气阀，产生一对被视为最佳输入的数值，而且能够在锅炉开动后获得大于1的λ值，该λ值足以保证以所示范围内包括的任一Wobbe′s指数启动是安全和安静的。如果锅炉在第一次输入后不启动，系统将尝试第二次启动(在特定时间间隔后，即10秒)，有需要的话，尝试第三次启动，然后进行已知的程序，并逐渐减低鼓风机速度。一旦开着锅炉，使火焰稳定以致它能够维持命令A’和G’在特定时间间隔内不变(即15秒)。

此操作由监控器9按以下方式进行：监控器自虚拟传感器8获得实际λ.c的估算值；它再处理λsp(见图11)的斜线，长度等于当前值λ.c到最后希望的额定值λsp(例如λ＝1.3)的特定时间长度(即10秒)。因此，在将命令转换至控制器10之前，虚拟传感器8计算的估算值λ.c与监控器9设定值λsp(对应斜线起点)一致。

将命令转换至控制器10之后，监控器9在斜线上升至所希望的数值(即λsp＝1.3)之后送出递增信号λsp。把输出温度T.out的当前值λ.c与T.out.sp的λsp之差送到控制器10调节命令A和G，修正这些差值。这种现象的发生不会突然改变鼓风机2的速度和气阀3的开度，因为处理的斜线从相当于当前值λ.c的初始值λsp开始慢慢到达所希望的操作速度λ.sp。

通过特征数据取样校正虚拟传感器

虚拟传感器8通过校正输入和输出，能够补偿参数变化(影响电流J和温度θ的测量)。

特征数据取样

在锅炉标准操作的一段预设时间，当气阀到达制造商认为适合测量数据(与上述鉴定程序使用的数据相同)的预设开度，监控器9假定可以改变转换开关12和13来控制鼓风机2和气阀3，如上所述。此控制的启动是送出信号A’和G’，其与转换前控制器10传送的信号A和G相同，为了不影响燃烧状态，虚拟传感器8每一时刻都产生λsp和计算值λ.c。稍后，待G’保持恒定后，监控器9应用四个可选择模式开始改变信号A’。当测量一个电离电流J，采用模式a)；当需要测量两个电流J1和J2，可采用模式a)、b)、c)或d)。

模式a)

由于λ＞1，监控器9减少信号A’，从而确定电离电流J的最大值或者找出电离电流J1和J2之间最有意义的数值。只要确定了代表此种条件的A’值，监控器9就可伸用“典型数据存储”命今m.v.c，确保虚拟传感器8记录接收到作为输入的数据J和θ当前值(如上所解释，可包括以下一或多个数值：J1、J2、θ1、θ2)。

模式b)

监控器9改变A’以确保燃烧条件对应差值RJ＝J1/J2的最大值(见图6)。只要一到达代表此种条件的A’值，监控器9就可使用“典型数据存储”命令m.v.c，确保虚拟传感器8记录接收到作为输入的数据J和θ当前值。

模式c)

监控器9改变A’以确保燃烧条件对应差值ΔJ＝J1-J2的最大值(见图-5)。只要一到达代表此种条件的A’值，监控器9就可使用“典型数据存储”命令m.v.c，确保虚拟传感器8记录接收到作为输入的数据J和θ当前值。

模式d)

监控器9改变A’以确保燃烧条件对应差值ΔJ＝J1-J2的0值(见图5)。只要一到达代表此种条件的A’值，监控器9就可使用“典型数据存储”命令m.v.c，确保虚拟传感器8记录接收到作为输入的数据J和θ当前值。

在上述典型数值取样模式的其中一种变化方式中，监控器9首先使用信号G’的充分值将气阀拧到认为对上述数值的测量最有意义的开度。这一选项确保气阀3在所有取样条件下都可以到达最佳开度。因为取样操作时间很短(持续几秒钟)。所以即时最佳开度等于最大开度也不会干扰锅炉的正常操作。

输入校正

上述储存的数值代表用于标准化虚拟传感器8的输入测量值的新参数。

输出校正

全部取样模式a)、b)、c)或d)都可以到达一个燃烧条件，其中λ＝λ.typical的数值对应典型值，即对应制造商已知的数值。输出校正是将虚拟传感器8在特定条件计算的λ.c值和给定数值进行比较，如果典型估计误差λ.c-λ.typical超出可容许值，将λ.c加上修正偏差值λ.os。

根据取样采用的不同程序，输出校正程序略有不同。

如果用模式a)取样，系统储存电离电流值J.s，提供的典型值λ_Js约等于1，为制造商所知。如果采用线性模型估算λ，虚拟传感器8在J＝J.s时输出的λ.c值与实际值相差很大(图12)。偏差量随最大值减少而增加；虽然这并不意味数学模型在与操作有密切关系的燃烧范围内不准确。因为制造商已经知道实际曲线J＝f(λ)与数学模型的曲线J＝f(λ.c)之偏差，因此可以：乘以一实验确定系数的测定值J.s，获得修正值J.s.corr(见图12)，数学模型接近该修正值必然产生一个输出值λ.c＝λ_Js，如果估算误差λ.c-λ_Js超出容许值，监控器9决定修正偏差值λ.os＝λ_Js-λ.c。就上述锅炉而言，可接受的最大误差值是0.07。

如果用模式b)取样，系统储存比值R.max＝J1/J2为最大值的条件下的电离电流值J1.b和J2.b。这通常发生于λ值等于制造商已知的λ._Rmax并且非常接近最佳燃烧区域的1.3。在此区域内，包括线性模型在内的数学模型提供的曲线与实际曲线J＝f(λ)极为接近。因此，无需用到J1和/或J2的修正因子就可以直接比较λ.c和λ._Rmax。如上所述，如果估算误差λ.C-λ._Rmax。超出容许值，监控器9决定修正偏差值λ·_OS＝λ._Rmax-λ._C。就上述锅炉而言，可接受的最大误差值是0.05。

如果用模式c)取样，系统储存差值Δ.max＝J1-J2为最大值的燃烧条件下的电离电流值J1.m和J2.m。这通常发生于λ值等于制造商已知的λ._Δmax。这样，可直接比较λ._C和λ._Δmax，因为此种情况的数学模型即使是线性模型提供的曲线也与实际曲线J＝f(λ)极为接近。如上所述，如果估算误差λ._C-λ._Δmax超出容许值，监视器9决定修正偏差值λ·_OS＝λ._Δmax-λ._C。就上述锅炉而言，可接收的最大误差值是0.05。

如果用模式d)取样，系统储存差值Δ.z＝J1-J2为0的燃烧条件下的电离电流值J1.z和J2.z。这通常发生于λ值等于制造商已知的λ._Δz。这样，可直接比较λ.c和λ._Δz，因为此种情况的数学模型即使是线性模型提供的曲线也与实际曲线J＝f(λ)极为接近。如上所述，如果估算误差λ.c-λ_Δz超出容许值，监控器9决定修正偏差值λ·os＝λ._Δz-λ.c。就上述锅炉而言，可接受的最大误差值是0.05。

配置虚拟传感器的“典型数据存储”m.v.c和确定λ._OS值之后，监控器9将燃烧控制转换至控制器10。

所以，监控器9重新设定A’和G’，有需要时设为加在控制器10的A和G值才中断控制功能，以便用所述程序计算斜线，其长度由λ_SP确定，因为虚拟传感器8同时产生的λ.c值可能与最佳值λ_sp不同。事实上，虚拟传感器8已经评估新的输入值并将它们除以最新的标准化值，因此如果实际燃烧条件保持不变，可以产生新的λ.c值。新的斜线指导控制器10，用来慢慢重建最佳燃烧条件。

监控器9即时计算信号λ_OS的斜线，传送到虚拟传感器8。斜线有特定的时间长度(即20秒)，起点为上一个输出校正使用的偏差值，终点的数值等于新旧偏差值λ·os之和。这一操作每一时刻都可获得偏差值与数学模型计算的λ值之和，确保虚拟传感器8的输出总是等于估算值λ.c，后者已用输出校正程序加以修正。

由监控器9存储在存储器内的偏差值在过了斜线λ_os后继续适用于虚拟传感器8，只在下一次校正输出之后才改变。

反常操作条件的检测

在标准操作条件下，由于虚拟传感器8支持控制系统而将λ值维持在极接近所希望的数值(即1.3)，虽然有某些情况系统不能维持λ值接近设定点λ_SP。为了防止发生超出燃烧范围之外的事件和检测气阀和鼓风机反常操作，根据本发明可能要为λ值设定两个安全水平。

将λ设定在例如λ_SP＝1.3。

第一个安全水平(见图13)接近(与虚拟传感器8和控制器10的准确度一致)标准操作条件，在λ.min.n＜λ.o至≈1.3＜λ.max.n之间。如果系统在此范围之下或之上，可以决定有限时间间隔例如5秒内容许的偏差，以便在该段时间内重新设定λ值。若此动作不发生，监控器9关掉锅炉，产生错码，有需要的话，从技术层面停止使用安全阀来实现。

第二个安全水平(见图13)的操作值λ和λ.min.e/λ.max.e在前述范围之外，若发生超出范围的情况可即时关闭燃烧器(有需要的话，产生错码)。本发明设定的这些阈值是根据段落“由测量被检查物理量得到的信息”中描述的趋势配置。

如在“监控器9的描述”部分开始时所解释，每种设有至少两个火焰传感器(传感器检测电流J或温度θ)的输入配置总会至少有一个阈值，发出超过λ值的信号。

如果测量燃烧室一个电流J，那么可用电流J或温度θ检测是否存在高λ值。在此种情况(见图14)中，系统检测最高温度θ(或者其中一个温度，最好是火焰底部测得的温度θ1，该温度对过量空气较敏感)，传导所有燃气种类、气阀的每个开度和极高过量空气值(即λ＝1.45)的信号。此情况用来测量该温度的过量空气值随气阀开度而改变，虽然它仍然是阈值的有效指标。

如果锅炉操作期间(过了加热燃烧室所需时间后)到达该数值，强迫关闭锅炉(产生错码)。为了补偿所测量λ的变动性，可以根据传送到气阀的命令调整在λ点的全部温度值，选取作为极限阈值(即λ＝1.45)(见图14和16)。

类似地，也可利用温差Δθ＝θ2-θ1的趋势(如上所示)和限定一些数值，高于这些数值必须关闭锅炉，程序与使用一个温度的程序相同(见图14)。

标准电离电流J基本上与功率无关；因此按照一个温度实施例中所用的同一种序，再配以改变气阀开度测得的标准电流值，可设定过量空气的最大阈值。

如果采用两个电离电流J1和J2，可以设定λ过高和过低两个阈值。如上所述，两个电离电流差的趋势特征在于有一个最大值和一个零值(虽然另一个选择是可以设定另一个阈值，作为过量空气过高或过低的另一个参考)。这两点可用作阈值(如图16所示的例子)。只要到达这两个典型点的其中一个，监控器9即命令关闭锅炉(某些情况产生错码)。

结论

本发明描述的方法的变换形式只是其中一些优选形式。从图3至10的曲线可清楚知道，监测至少两个表征火焰的物理量J和/或θ以及采用表示预混合燃烧状态的其他数值如气阀3开度和鼓风机2速度，可获得更多数据。确定两或多个物理量J和/或θ可在所有典型燃烧参数之间定量建立更准确的关系，本领域任何技术人员运用公知程序确定数学关系间接建立由直接测量无法获得的参数，从而可间接获取其他参数。

就所选用的那种数学模型而言，准确程度只受微处理器计算和存储效果限制，有了微处理器，装配锅炉更经济合理。

本说明书已经清楚强调了本发明方法带来的优点，能够建立可接受的安全、卫生和有效燃烧操作极限。特别需注意，这些参考值全部不依赖于使用的数学模型，直到实际用于该数学模型的校正的程度。另一个考虑重点是，这些参考值基本上与正常操作条件下无法正常测量的参数无关，例如传感器污垢/退化程度、燃料的正确特性等，只要它们在标准确定的可接受极限范围内。

值得注意的是，代表最佳燃烧值的λ.o值通常约等于1.3，实际上会随热负荷改变。因此，热负荷极低，即接近方案限定的最大阈值，较难维持燃烧在可接受极限内。这是更准确估算λ从而控制和维持在调节范围内良好燃烧的原因，所述调节范围比过去可用的范围宽得多。事实上，以本发明方法进行的实验已经显示，功率可以在1至6以上的范围内调节；例如4至27kW。

另外，需要强调，本发明使用的方法和装置也适用于液化燃料燃烧装置，只要专业技术人员根据本说明书公开的内容作一些简单改变即可。

Claims (42)

1、用于自动预混合空气/燃气混合气的气体燃烧装置的燃烧控制方法，其中所述控制预先估算空气/燃气比λ值，其特征在于：采用在标准操作条件下接近火焰测得的代表燃烧状态的物理量，即电离电流J，温度θ；电离电流J1，电离电流J2；温度θ1，温度θ2中的至少两个代表燃烧状态的物理量估算在至少一个工作条件下的过量空气λ.c，其中电离电流J为接近火焰的电离电流，温度θ为接近火焰的温度；电离电流J1为靠近燃烧器出口处测到的电离电流，温度θ1为靠近燃烧器出口处测到的温度；电离电流J2为距离燃烧器出口较远位置测到的电离电流，温度θ2为距离燃烧器出口较远位置测到的温度。

2、如权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于：还采用燃烧装置的状态信号，即输出温度T.out；返回温度T.in；气阀开度GV；实时速度测量值RPM.m中的一或多个燃烧装置的状态信号估算过量空气λ.c，其中输出温度T.out为载热流体的实际输出温度；返回温度T.in为载热流体的实际返回温度；气阀开度GV为供给载热流体的气阀的开度；实时速度测量值RPM.m代表鼓风机的实时速度测量值。

3、如权利要求2所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述估算的过量空气λ.c是由数学模型得出的结果，所述数学模型采用上述至少两个代表燃烧状态的物理量并采用所述一或多个燃烧装置的状态信号作为输入变量。

4、如权利要求3所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述数学模型由制造商使用已知方法通过实验确定，对于所选的模型，在实验条件下以及在一些燃烧条件下测量和寄存上述至少两个代表燃烧状态的物理量和所述一或多个燃烧装置的状态信号，并记录得到的λ值。

5、如权利要求4所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述实验燃烧条件包括：

-所有有关的热容量调节范围；

-λ的范围超出1.0至1.5范围；

-使用参考燃气和有关燃气系列中的两种极限燃气。

6、如权利要求5所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述实验测量过程中CO排放维持在1000ppm限度内。

7、如权利要求5所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述实验燃烧条件包括至少一个特定燃烧条件，产生的λ值的特征值λ.s；λ.b；λ.m；λ.z通过读取电离电流J的特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z或其组合J1.b/J2.b；J1.m-J2.m；J1.z-J2.z来确定，其中脚标“.s ”、“.b”、“.m”、“.z”表示相应参数的如下特征值：

“.s”：所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少一个电离电流J，所述特定燃烧条件是获得最大值J＝J.s的条件，产生的已知值λ＝λ.s等于化学计算值，即λ＝λ.s＝1；

“.b”：所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生最大比值RJ＝J1/J2的条件，产生的数值λ＝λ.b接近最佳过量空气值λ.o；

“.m”：所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生最大差值ΔJ＝J1-J2的条件，产生的数值λ＝λ.m＝λ.min.e表示过量空气比容许水平下限低的燃烧条件，其中λ.min.e为过量空气值可接受的最小极限；

“.z”：所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生ΔJ＝J1-J2为0的条件，产生的数值λ＝λ.z＝λ.max.e表示过量空气比容许水平上限高的燃烧条件，其中λ.max.e为过量空气值可接受的最大极限。

8、如权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述至少两个代表燃烧状态的物理量在按下述方法被除以后用在标准数学模型中：

当所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少一个电离电流J，所述特定燃烧条件是获得最大值J＝J.s的条件时，除以J.s、θ.s，或者除以J1.s、J2.s、θ1.s和θ2.s；

当所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生最大比值RJ＝J1/J2的条件时，除以J1.b、J2.b、θ.b，或者除以J1.b、J2.b、θ1.b和θ2.b；

当所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生最大差值ΔJ＝J1-J2的条件时，除以J1.m、J2.m、θ.m，或者除以J1.m、J2.m、θ1.m和θ2.m；

当所述至少两个代表燃烧状态的物理量包括至少两个电离电流J1，J2，所述特定燃烧条件是产生ΔJ＝J1-J2为0的条件时，除以J1.z、J2.z、θ.z，或者除以J1.z、J2.z、θ1.z和θ2.z。

9、如权利要求3至7中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：数学模型的输入变量可选择地包括：

-两个电流J1，J2，

-一个电流和一个温度J，θ，

-一个电流和两个温度J，θ1，θ2，

-两个电流和一个温度J1，J2，θ，

-两个电流和两个温度J1，J2，θ1，θ2，

-上述其中任一个参数加上鼓风机的实时速度测量值RPM.m和/或气阀开度GV。

10、如权利要求3至7中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述的方法可以在单个控制系统中处理和实施多个采用不同输入变量组的数学模型，制造商用燃烧状态物理量J，θ；J1，J2；θ1，θ2和燃烧装置的状态信号T.out；T.in；GV；RPM.m为每种锅炉模型确定哪一个控制系统能够实施该锅炉模型和/或哪一个控制系统与该锅炉模型有关。

11、如权利要求3至7中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述数学模型呈简单线性和参数化。

12、如权利要求3至7中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：数学模型的变量J1，θ2的倍增系数K._J1，K._θ2根据其他变量J2，θ1来选择。

13、如权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：在此数学模型中包括的所述变量包括输入变量RJ和Δθ的组合，其中Δθ＝θ2-θ1。

14、如权利要求3至7中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：用所述数学模型根据前一时刻t-1读取的变量计算一特定时刻t的λ.c，将它看成接近该时刻t的实际λ值。

15、如权利要求2所述的燃烧控制方法，其特征在于：计算的λ被视为当前操作条件的最佳值λ.o。

16、如权利要求15所述的燃烧控制方法，其特征在于：用来计算所述最佳λ值λ.o的基本参数包括：

-燃烧状态物理量J，θ；J1，J2；θ1，θ2；

-燃烧装置的状态信号T.out；T.in；GV；RPM.m；

-热能要求信号T.out.sp，其中T.out.sp为在一特定时刻所要求的输出温度。

17、如权利要求15所述的燃烧控制方法，其特征在于：

-计算所希望的λ值λ.sp；

-将适当信号送到鼓风机和气阀，确保计算值λ等于所述所希望的λ值λ.sp。

18、如权利要求17所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述所希望的λ值λ.sp与被视为当前燃烧条件的最佳λ值λ.o一致。

19、如权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：通过改变燃烧条件在特定时刻进行取样，使过量空气到达值λ.s；λ.b；λ.m；λ.z，它们都可通过读取相关电离电流J的特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z或者它们的组合J1.b/J2.b；J1.m-J2.m；J1.z-J2.z来确定，

并且

-储存所述特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z，

-根据制造商指定的标准确定所述取样时刻。

20、如权利要求19所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z中的一或多个对应制造商已知的特征过量空气值λ.s；λ.b；λ.m；λ.z的操作条件。

21、如权利要求20所述的燃烧控制方法，其特征在于：将特征过量空气值λ.m；λ.z视为该过量空气值可接受的最小和最大极限值λ.min.e；λ.max.e。

22、如权利要求20所述的燃烧控制方法，其特征在于：将所述特征过量空气值λ.b视为燃烧良好的最佳值λ.o。

23、如权利要求20所述的燃烧控制方法，其特征在于：分别测定过量空气值的正常临界可接受的上下限值λ.min.n；λ.max.n，它们分别等于过量空气值的最小可接受极限值λ.min.e与最佳燃烧值λ.b之中间值，以及最佳燃烧值λ.b与过量空气值的最大可接受极限值λ.max.e之中间值。

24、如权利要求19所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z和相应的火焰特征温度值θs；θ1.b，θ2.b；θ1.m，θ2.m；θ1.z，θ2.z中的一或多个被用于重新标准化。

25、如权利要求7和19中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述特征值J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z中的一或多个被用于再校正该数学模型的输入参数。

26、如权利要求7、19和20中任一项所述的燃烧控制方法，其特征在于：所述特征过量空气值λ.s；λ.b；λ.m；λ.z中的一或多个被用于再校正该数学模型的输出参数。

27、如权利要求1或2所述的燃烧控制方法，其特征在于：火焰温度θ1表示过量空气值可接受的最大极限λ.max.e的量度。

28、如权利要求1或2所述的燃烧控制方法，其特征在于：温度之差Δθ＝θ2-θ1表示过量空气值可接受的最大极限λ.max.e的量度。

29、如权利要求1或2所述的燃烧控制方法，其特征在于：火焰温度θ2被用来估算产生的热能。

30、如权利要求1或2所述的燃烧控制方法，其特征在于：用温度之差Δθ＝θ2-θ1估算产生的热能。

31、如权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：数学模型不直接使用接近对应最大值J.s那一点测量的J值，但首先乘以一个实验确定的参数以获得修正值J.s.corr。

32、一种控制系统，其特征在于：它适合实施权利要求7所述的方法。

33、如权利要求32所述的控制系统，其特征在于：它包括电子计算和存储装置。

34、如权利要求32或33所述的控制系统，其特征在于：它至少包括下列逻辑块：

-一适合计算λ值的λ虚拟传感器；

-一监控器，其至少适合

-执行特征数据J.s；J1.b，J2.b；J1.m，J2.m；J1.z，J2.z的取样，

-使用特定信号修正λ虚拟传感器的处理值，

-在当前操作过程中确定λ的所希望的值λ.sp，

-定期确定具体操作条件，

-检测临界操作条件λ.min.e；λ.max.e；λ.min.n；λ.max.n或最佳操作条件λ.b，其中λ.max.n和λ.min.n分别为过量空气值的正常临界可接受的上下限值，λ.min.e和λ.max.e分别为过量空气值的最小和最大可接受极限值，

-监测操作参数，如果发生反常情况关闭装置。

35、一种锅炉，其特征在于：它适合实施权利要求1至31中任一项所述的方法。

36、根据权利要求35的锅炉，其特征在于：它使用天然气。

37、根据权利要求35的锅炉，其特征在于：它使用液化气。

38、根据权利要求35的锅炉，其特征在于：它使用液化燃料。

39、一种锅炉，其特征在于：它包括权利要求32至34中任一项所述的控制系统。

40、根据权利要求39的锅炉，其特征在于：它使用天然气。

41、根据权利要求39的锅炉，其特征在于：它使用液化气。

42、根据权利要求39的锅炉，其特征在于：它使用液化燃料。

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