CN103512941A - 确定废气流、尤其是控制设备和蓄热式加热工业锅炉中的一氧化碳含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定蓄热式加热的工业锅炉、尤其是玻璃熔化炉的废气流中一氧化碳含量的方法，其中，在废气流中安装λ探头，尤其是氧化锆-固体电解质探头，并且提供至少一个电池电压作为时间的函数，在此基础上借助第一计算规则确定废气中氧含量，并借助第二计算规则确定废气中一氧化碳含量。根据本发明建议如下，即由电池电压确定平衡值并确定相对于平衡值有提高的非平衡值，其中，使用平衡值用于确定在废气中标记平衡含量的第一一氧化碳含量，并且使用提高的非平衡值用于确定在废气中标记非平衡含量的、尤其是体积浓度的第二一氧化碳含量。

Description

确定废气流、尤其是控制设备和蓄热式加热工业锅炉中的一氧化碳含量的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1在蓄热式加热(regenerativ befeuert)的工业锅炉的、尤其是玻璃熔化炉的废气流中确定一氧化碳含量的方法。本发明还涉及到控制设备和蓄热式加热的工业锅炉。 

背景技术

工业锅炉基本上并不局限于玻璃制造上的应用。前述类型的工业锅炉例如还能够使用于金属制造或相似的制造中。然而前述类型的可恢复的工业锅炉证实尤其适合在玻璃制造中用于溶化玻璃。能够通过将上炉腔作为受控系统来实现例如对可恢复玻璃溶化锅炉的控制。通过燃料量和/或燃烧空气进量，例如通过设置燃料量和空气量的比例来调节上炉温度。为此能够使用一个或多个温度探头和一个或多个λ探头的测量值。例如用于前述可恢复玻璃熔化炉的玻璃熔窑，出于尽可能较高的能量效率的利益考虑来实现向工业锅炉的上炉腔和/或燃烧室中加入氧气；为此在大多数情况下带有较低的空气过量。λ探头相应的λ值例如介于1.03和1.07之间。有规律的在这一范围中固定用于驱动玻璃熔化炉而对于所给燃料量来说依化学计量式的最小氧气需求量。有燃料分析得到依据化学计量式的空气需求量。玻璃熔化炉或相似工业锅炉的驱动器能够固定对于其的驱动而言小幅的空气过量，这是锅炉特性，从而为了实现刚好的完全燃烧并将一氧化碳含量保持得尽可能的低。空气过量越少，就有越少的过量空气必须通过燃烧系统额外的加热到废气的温度。 

另一方面展现了，空气过量变少时表现出快速变大的一氧化碳浓度。一氧化碳在工业锅炉加热时为空气过量的自身能量的有益下降形成边界条件。一氧化碳浓度的上升就其方面而言由于联系在一氧化碳中的化学能而引起能量上的浪费。然而通过废气中的一氧化碳含量，尤其是在通过化学平衡所引起的明显过量的一氧化碳浓度，比能量浪费更有争议的则是工业锅炉耐火 材料的危害，尤其是对玻璃熔窑的耐火材料。依据化学计量式的CO浓度应该始终为零，但在实际中却从未达到。就这方面而言每个CO浓度是与化学计量式的状态的偏离，通过化学水气平衡的漏洞所引起，并且在更差的情况中通过锅炉中的不完全燃烧所引起。这表明，一氧化碳持续的对耐火材料的结构具有负面影响，并且能够使得工业锅炉的寿命大幅缩短。这尤其适用于三位ppm范围中剧烈提高的一氧化碳值。 

在可恢复加热工业锅炉的废气流中确定一氧化碳含量在此证实为对工业锅炉的持续运行是重要的步骤。理论上确定一氧化碳含量的可能性在于，确定氧含量，尤其是作为氧气残余浓度，以及确定对此的一氧化碳含量，尤其是作为所述的一氧化碳浓度。例如在DE4323879A1中阐述的在工业锅炉的燃烧室后的废气流中以氧化锆λ探头的测量结果。 

原则上已知第一计算规则用于确实废气中的氧含量，并且已知第二计算规则用于确定废气中的一氧化碳含量，例如根据会议出版物中等人在德国纽伦堡探测器95的出版物第845-848页(ACS1995)——以及在第81届氧离子的导电性固体电解质的通信系统及其可能的应用和第80届固态相中的通信系统39-40(1994，第229-272页)。 

基本上在下面描述了氧化锆探头：Zirox传感器与电子设备有限公司信息页1995“燃烧过程的优化引导时使用电势测定的ZrO₂固体电解质传感器的基础”。 

前述计算规则的基础是借助以能斯特方程为基础的计算规则的氧气浓度计算—在此公式为In(O₂%)=3.0417–46.4188*U/(T+273)—这是在使用了氧化锆探头的电池电压U(mV)和温度T(℃)的情况下。借助基于水气平衡公式的第二计算规则能够为同一电池电压确定一氧化碳与二氧化碳的比例(CO/CO₂)；即一氧化碳含量。在此得到燃烧计算的计算规则，尤其是在了解燃料的化学组分的时候，从而总体能够计算一氧化碳含量。前述计算规则—能斯特方程和/或水气方程—在上述DE4323879A1的指示下尤其对于气体混合物的化学平衡是富有意义的。 

至今认为，基于化学平衡能够描述蓄热式加热的工业锅炉的废气中气体含量。然而一方面更精确的分析指出，尤其是在交替点火时或者燃烧气体在第一周期时间中从左再生器并在第二周期时间中从右再生器交替恢复引入时，废气流表明是完全时间标度的，这使得不必有所依据的呈现废气量的化 学平衡。这样，点火虽然变化为通常在数十分钟相对较长的标度上，但是从左再生器到右再生器的气流通过持续仅仅达一分钟。这在可能情况下并不足以设定化学平衡。 

此外能够为每个工业锅炉适用理想的燃烧条件。尤其是在对于不完全的燃烧设置或并非有意的将燃料和燃烧气流引入到燃烧室的情况中，其表明，最后因为燃料和氧气的不完全混合或者以其他方式造成的燃烧动力学上放缓，尽管设计了足够氧化剂，但依然能够设置氧气。这能够导致一氧化碳浓度明显上升，也就是说，明显超过了一氧化碳的平衡组分。在燃烧室之后的废气不在达到化学平衡或者并不足够接近它的此类以及其他具有实际意义的情况中能够导致，上述确定一氧化碳含量的方法被证明是不符合要求的。尤其表明，在控制和/或调节蓄热式加热的工业锅炉的方法中，在考虑了一氧化碳含量的情况下，一氧化碳含量的确定还需改善。 

发明内容

在这一点上，本发明的任务在于，提供用于在废气流中确定一氧化碳含量的方法以及设备，凭借它能更好的确定一氧化碳含量。尤其应该提供改进的方法用于控制和/或调节蓄热式加热的工业锅炉。尤其应该提供改善的控制和改善的工业锅炉。 

这一任务涉及到的方法将通过权力要求1的方法，尤其是用于控制和/或调节蓄热式加热的锅炉的方法得以完成。本发明的概念还涉及到驱动方法，尤其是工业锅炉，优选的是使用权利要求1用于确定废气流中一氧化碳含量方法的情况下蓄热式加热的工业锅炉的用于控制和/或调节的驱动。 

从前述类型的方法出发，本发明设有，为了确定蓄热式加热的工业锅炉，尤其是玻璃熔化炉废气流中的一氧化碳含量： 

-在废气流中安装λ探头，尤其是氧化锆-固体电解质-探头，和 

-提供至少一个借助电池电压值为时间的函数的电池电压，在此基础上 

-借助计算规则确定废气中的一氧化碳含量。所述计算规则在这里被称为第二计算规则。 

依据本发明，从电池电压值中确定至少一个平衡值和至少一个针对平衡值有所提高的非平衡值。在此，使用平衡值用于确定废气中第一标记平衡含量的一氧化碳含量，并且使用提高的非平衡值用于确定废气中第二标记非平 衡含量的一氧化碳含量。尤其是以体积浓度的方式确定一氧化碳含量。本方法被证实尤其优选的用于带有氧化锆-固体电解质-探头的实施。 

任务所涉及的设备将通过根据权利要求20用于蓄热式加热的工业锅炉的控制设备得以实现，构成该设备以用于实施根据本发明概念的方法。其能够具有一个或多个硬件和/或软件模块，构成它们以用于实施根据概念的一个或多个方法步骤。 

任务所涉及的装置还将通过权利要求21的蓄热式加热的工业锅炉实现，尤其是带有前述类型的控制设备的玻璃熔化炉。 

本发明基于如下考虑，即对于工业锅炉低排放的、节能的但是并且经济的运行方式，—优选的除了尽可能准确的确定并调节空气过量系数λ以外—还要求及时识别前述明显高于一氧化碳CO平衡含量所出现的一氧化碳含量。优选的借助平衡值来确定平衡状态中所属的氧含量或所属的空气过量值(λ值)。然而，从本发明可知，还能够在并不确定氧气的平衡含量的情况下确定废气中第二标记非平衡含量的一氧化碳含量。 

本发明还基于如下考虑，即实时的λ值的测量和调节能够并不必以很好的实现通过一氧化碳浓度的测量和其上的调节来代替，因为一氧化碳的测量不允许对实际存在的燃烧空气有直接推论。这一考虑对此的贡献在于，为了找到合适的空气量，例如PID-搜索-算法—在真实燃烧动力的测量上—过于缓慢。尤其是一氧化碳的测量不能够允许直接的推论，因为仅仅一氧化碳适应症并不代替而是除了λ测量之外还可能实现不完全燃烧动力学影响的分离评价。 

这样，本发明基于如下考虑，即要求如下，必须考虑存在于非平衡一氧化碳含量的明显高于平衡一氧化碳含量的原因，尤其是用于控制和/或调节工业锅炉。认识如下，即在该情况中一方面是空气不足，以及另一方面尽管有足够的空气供应却有不完全的燃烧动力要求不同的反应，并因而优选的需要在调节技术上单独的考量。 

对于较低空气过量的稳定维持的调节技术上的控制有益的要求废气中实时的氧气浓度和由此产生的实时的空气过量的确定值λ的—也就是说作为时间的函数—现场测量。关于一氧化碳浓度过量的合理考虑—优选的额外—要求在相同测量地点上对一氧化碳浓度的测量。这样一项改进由此出发，即借助用于废气中氧含量的第一计算规则来确定氧含量。 

根据本发明的概念，将借助用于废气中一氧化碳含量的第二计算规则来确定废气中的一氧化碳含量。本发明此外认识如下，即一氧化碳的非平衡含量应该并不依赖于一氧化碳的平衡含量而确定。这一概念优选的设有—简化而言—两个独立的评估；其一用于确定平衡含量，尤其是说明体积浓度特征的废气中第一一氧化碳含量，并且另一个用于确定说明非平衡含量的废气中第二一氧化碳含量。在此认识如下，即在高于1400℃的锅炉温度中并且在化学侵蚀性的环境条件下仅仅以相比而言较高的技术花费来实现两个在相同测量地点的独立真实测量。基于λ测量的一氧化碳改进的理论确定在次具有优越性。 

由数据记录，即由电池电压能够根据本发明的理解进行一氧化碳平衡含量和非平衡含量的独立计算，尤其是将电池电压值的数量作为时间的函数。 

出乎意料的认识到，无论如何由于不完全的燃烧动力，在电池电压中过量的一氧化碳浓度被认作时间上受限的并且反复的电池电压升高，尤其是作为电池电压峰值。本发明认识到，它们额外的出现用于主要测量的废气中氧气浓度，但是其中两个信号部分可独立评价。电池电压值的测试数据流—用于优选的确定氧气浓度—将通过至此尚未顾及所形成的电池电压升高，尤其是相比而言非常短暂的电池电压峰值叠加，其根据本发明归属于通过化学平衡出来的明显升高的一氧化碳浓度。 

本发明并不依赖于信号部分的具体类型可知，在电池电压从一氧化碳的非平衡含量在上面所描述的情况中能够确定平衡值，并且能够确定针对平衡值明显提高的非平衡值。在所述情况中的出发点在于，废气并非均匀的气体混合，而是λ探头能够—形象的说—例如被一系列湍流簇匹配(它们带有明显不同的化学组分)。本发明出发点如下，即对于相同的废气流能够在信号评价时进一步并不依赖于平衡值而评价提高的非平衡值。这样实际上给出了如下可能性，不仅像通常那样评价电池电压占优势的基本水平，以确定包括平衡一氧化碳的现有氧气浓度；而且确定出于例如不完全的燃烧动力或其他原因的那些对此并未在平衡中的过量一氧化碳浓度。为此单独考虑对于平衡值的贡献和对于提高的非平衡值的贡献。 

从属权利要求得知本发明特别优选的改进，并且在细节中给出有益的可能性，本发明的概念在任务设置的范畴中带有其他优点进一步改进。 

尤其设置如下，即从位于待分析的废气流中在自身已知的氧化锆-固体 电解质-探头上循环反复的电池电压峰值的电池电压的相互衔接的测量数据分离，所述电池电压峰值明显区别于电池电压值的平均基础水平，并且承受单独的信号评价。优选地，电池电压峰值的重复频率和电压值是用于针对化学平衡提高了的一氧化碳体积浓度的计量单位。 

所以例如可能如下，即根据前述示例评价电池电压峰值的频率和大小。对此能够由测量数据流分离并获得例如所述的电池电压峰值；尤其是在并不与电池电压值的基础水平相混合的情况下。能够在能斯特方程和水气方程—二者用于准静态的平衡状态—的基础上进行适合于两个信号部分的、在所述情况中尤其相同的信号评价。在结果中，除了氧含量和平衡一氧化碳含量外还能够给出非平衡一氧化碳含量。 

特别优选地，除了λ探头的电池电压外还提供λ探头的温度和/或提供燃料组分。特别能够尤其除了λ探头的温度外提供废气温度和燃料组分。燃料在带有燃烧空气的燃烧中起到加热工业锅炉的作用，尤其加热玻璃熔化炉。 

在优选的改进范畴中，第一计算规则是特别规定，也就是说，根据λ探头的运行模式所构成的计算规则。计算规则尤其是λ探头的电池电压和温度在能斯特方程基础上的函数。基于能斯特方程的计算规则优选的是ln(O₂_含量)=C1-C2*U/(T+T0)形式。这里给出的常数C1和C2优选为如下常数，其考虑到了λ探头的类型，尤其就是氧化锆-固体电解质-探头。常数尤其还能够考虑到空气的一般氧含量。常数T0考虑到了与绝对零点之间的温度差，并且当温度是以摄氏度给出的时候其通常为273。为了用作说明氧化锆-固体电解质-探头或相似λ探头的基础，能斯特方程被证实为特别优选的。 

用于废气中一氧化碳含量的第二计算规则优选的是如下燃烧规定，其在水气方程的基础上使用燃料组分，优选的以In(CO_含量/CO₂_含量)=D1-D2*(U0-U)/(T+T0)形式。 

用于废气中一氧化碳含量的第二计算规则优选的是如下燃烧规定，其还使用了燃料组分。燃烧规定形式的第二计算规则尤其还是电池电压和废气温度和/或λ探头的函数；特别是废气温度代替了λ探头的温度。第二计算规则优选的以水气平衡形式，特别是为了平衡或半平衡状态而形成，优选的以In(CO_含量/CO₂_含量)=D1-D2*(U0-U)/(T+T0)的形式。D1和D2在此考虑作为λ探头类型的常数。U0考虑到通过其他气体含量所引起的电池电压。T0为前述与绝对零度之间的差值；当T以摄氏度表示时即为273。 

对于前述改进，尤其将指明前面所提到的莫比乌斯的出版物，还有在DE4323879A1的说明，它们就此通过引述完全接纳在本申请的内容里。此外能够相应的得到H₂O+CO₂部分与H₂+CO的比例的氧化还原比率Q，以及碳-氢比V，即CO+CO₂与H₂+H₂O的比例，还有气-水-组分浓度的总量S，即CO、CO₂、H₂和H₂O。 

优选的能够借助用于确定标记非平衡含量的第二一氧化碳含量的第二计算规则而忽略废气中的氧含量，或者在使用较少甚至可忽略的氧含量的情况下确定一氧化碳的非平衡含量。改进有益的以如下设想为出发点，即氧含量下降的仅仅很低，或者仅在所述氛围里起效。除了电池电压以外，尤其能够使用废气温度来代替λ探头的温度。当使用第二计算规则时其证实为是有益的。 

在特别优选的改进的范畴中，其也证实为是有益的，除了用于确定废气中标记非平衡含量的第二一氧化碳含量外，为了确定废气中标记平衡含量的第一一氧化碳含量 

-借助第一计算规则来确定废气中的氧含量，并且是在使用在废气中可不忽略的氧含量的情况下 

-在使用所述平衡值的情况下，借助第二计算规则确定废气中一氧化碳含量，其标记了平衡含量，尤其是标记体积浓度的一氧化碳含量。 

在方法特别优选的改进范畴中，为了将电池电压作为时间的函数而预先给出确定的积分时间段和/或确定的微分时间段，其中，微分时间段比积分时间段短；也就是说，微分时间段比积分时间段包含更少的电池电压值。借助前述时间段能够以特别优选的方式确定平衡值用于获得一氧化碳含量的平衡含量，或者确定提高的非平衡值用于获得一氧化碳含量的非平衡含量。优选的，平衡值能够确定在所确定积分时间段的时间标尺上。优选地，提高的非平衡值能够确定在微分时间段的时间标尺上。积分时间段优选地在高于100秒的范围中，尤其高于200秒。微分时间段优选的在低于50秒的范围中，优选地低于10秒，特别优选地低于5秒。时间段优选的同样用于通过尖锐的值构成不断的平均值。 

优选地，平衡值能够确定作为积分时间段中所有电池电压值的平均值。平衡值尤其可确定为时间的函数，尤其作为不断的长时间平均值，优选的是阈值之下的电池电压值。例如作为关于电池电压不断的时间段的积分时间段 能够定义为时间的函数。电池电压值将经过积分时间段优选为前述宽度，并且通过戒饭时间段来确定各个实时的电池电压值。从而获得电池电压值的不断的长时间平均值。 

这表明，对于存在工业锅炉失调的情况，在该情况中，标记一氧化碳含量非平衡含量特征的电池电压峰值明显不足，并且因而并不影响电池电压值的长时间平均值。在该情况中，平衡值实际上明显低于阈值，或者提高的电池电压值的不断的长时间平均值明显在阈值之上。相比于带有未提高一氧化碳值的运行锅炉的一般设置而言，它基本上是另一种氛围。相比于带有在平衡中提高了的一氧化碳含量的氧气不足的情况，它也是基本上另一种氛围。 

当提高了的非平衡值超过阈值的时候，才优选的使用提高了的非平衡值用于确定标记非平衡含量的废气中第二一氧化碳含量。改进反映了如下事实，即除了平衡设置以外得到循环反复的电池电压峰值，其明显区别于电池电压值的平均基础水平。 

尤其当废气温度高于标准温度至少10K，优选地至少25K时，才能够使用提高了的非平衡值用于确定废气中标记非平衡含量的第二一氧化碳含量。这一改进认识到，一氧化碳高于平衡状态的此类过量浓度还伴随过度提高的废气温度。将观察温度升高直到高于“一般”燃尽比例50K。一氧化碳自身以及过高温度引起可避免的能量损失，并且锅炉的耐火材料面临损坏的危险。 

在本发明额外的或可选的改进范畴中，提高的非平衡值确定作为平均值或在阈值之上并在微分时间段之中的所有电池电压值的信封值。尤其实现带有分离电池电压峰值的λ探头的信号评价用于形成提高的电池电压值。 

尤其证实为有益的是，相对平衡值有所提高的非平衡值确定作为时间的函数，尤其作为在阈值之上提高了的电池电压值不断的长时间平均值。在特别优选的改进范畴中例如能够为了辨认电池电压峰值而在电子评估设备中滑动的存储可调整的大量电池电压值—例如用于积分时间段。为了确定实时的一氧化碳含量能够使用所存储的电池电压值的最大值或信封值。 

不同于分别采用具体电池电压值的最大值，信封值在此涉及到最大值平均值得到的一个值。信封值并非采纳电池电压值的各个最大值，而是作为时间的函数具有连续的并且比最大值或电池电压值更缓慢变化的过程。 

基本上有益的是，为了确定提高的非平衡值待使用的电池电压值和/或提 高的非平衡值以等于或高于1.5的系数超越，优选地高于2.0，优选地高于2.5，优选地高于3，尤其是大于4。这表明，在相比较而言较短的微分时间段中受限的电池电压峰值优选的具有小于5秒的半值宽度，尤其小于2秒，尤其小于1.5秒。对于一氧化碳浓度减速燃烧情况的示例为电池电压峰值不仅仅稍微高于平衡浓度，即电池电压的平衡值。在这样的情况中一氧化碳浓度更多的取一氧化碳基础浓度的20至50倍或者更高倍数。以电池电压值来表达，这意味着系数的电池电压值能够达到等于或大于平衡值的4倍。简单的说就是电池电压峰值是相比较来说振幅强且狭窄。 

进一步优选地，为了确定提高的非平衡值而以每分钟一至五个值的平均速率出现待使用的电池电压值，积分时间段尤其构成如下，即为了确定提高了的非平衡值而平均能够至少使用两个电池电压值。 

尤其有益的是，界限范围将电池电压值的范围包含在内，其介于平衡值的1.0倍和平衡值的1.5倍之间。 

优选的借助相同的至少一个计算规则由平衡值确定废气中的第一一氧化碳含量，并且由提高了的非平衡值确定废气中第二一氧化碳含量。尤其设有，使用能斯特方程并使用水气方程用于以相同的方式由平衡值实现确定废气中的第一一氧化碳含量，正如用于确定第二一氧化碳含量一样。 

另外证实优选的是，在相同的测量地点上与其他不依赖于一氧化碳浓度测量相比为了校准一氧化碳测量而使用可调整电池电压值的数量的恰当设置/用于积分时间段和/或合适的采纳分析后的废弃与测量探头自身之间的温度差。 

积分时间段的宽度尤其涉及到如下参数，为了能够尽可能优异的将分离的平衡值和非平衡值确定为时间的函数而能够有益的使用该参数。同样能够将分析后的废气和测量探头的温度之间的温度差作为参数使用，以尽可能优异的能够将分离的平衡值和非平衡值确定为时间的函数。 

随后将将结合附图说明本发明的实施例。实施例并不应该仅出于必要性而是原尺寸的，附图更多的在用于阐释的地方实施为概括的和/或略微失真的形式。对于从附图中并不直接认知的补充，将参阅有关的背景技术。在此须考虑到，实施方式的形式和细节能够进行相关的多种修正和改进，而并不偏离本发明的一般理念。在说明中、附图中以及权利要求中所公开的本发明特征既可单独的也可以任意组合形式对于本发明的改进来说是重要的。此外， 至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征的所有组合落入本发明的范畴中。本发明的一般理念并不局限于具体形式或者随后所示和说明的优选实施方式或者限于如下对象，其相比于在权利要求中要求保护的对象是受限的。在给定测量范围时，在所述界限之内的值还应该作为非平衡值公开，并且可任意使用并可收到保护。 

附图说明

在优选的实施例随后的说明中并根据附图得到本发明其他优点、特征和细节；其中： 

图1：根据特别优选的实施方式带有左和右再生器的可恢复加热的工业锅炉的概括示意图，其中，根据本发明的概念设有控制设备，其带有温度调节模块和λ调节模块； 

图2：图1所示λ探头共同带有通过能斯特方程和水气方程用于在标准燃烧条件下—也就是说在平衡时并且足量的氧气供应时，λ探头确定的氧含量的电池电压值的示例顺序； 

图3：图1所示λ探头共同带有通过能斯特方程和水气方程用于在氧气不足的燃烧条件下—也就是说在平衡时并且不足量的氧气供应时，λ探头确定的氧含量的电池电压值的示例顺序； 

图4A：图1所示λ探头共同带有通过能斯特方程和水气方程用于在带有电池电压峰值的典型标记的不足燃烧的情况，λ探头确定的氧含量的电池电压值的示例顺序； 

图4B：在延伸的时间轴上图4A所示的电池电压值的顺序的放大示意图； 

图5：方法的运行图，用于根据优选的实施方式确定蓄热式加热的工业锅炉的废气流中一氧化碳含量。 

具体实施方式

图1以简化视图展示了蓄热式加热的带有锅炉腔10的工业锅炉100，其上炉腔1作为调节段被调节，并且下炉腔2具有并非相近所示的玻璃融化炉。包含在玻璃熔化炉中的玻璃通过锅炉腔10被加热到高于融化温度，并且为了制造平面玻璃或类似的产品而熔化并被恰当处理。通过多个侧向安装的燃料注射器20将以燃气形式存在的燃料注射到上炉腔1中来加热工业锅炉 100。左注射器20展示了所述燃料注射器20。右注射器20‘展示了其他的燃料注射器20‘。为了简便而在随后对于相同或相近的部分或者那些带有相同或相近功能的部分使用相同的附图标记。例如能够在左侧或右侧分别设置六个注射器20、20‘。在图1所示的点火时段中，通过燃料注射器20将燃气在实际上没有燃烧空气的情况下注入上炉腔1中。预热的燃烧空气VB在燃料注射器20之上将通过左侧开口30输入到上炉腔1。出自开口30的燃烧空气在上炉腔1中与被燃料注射器20注入的燃气混合，并导致构成将下炉腔覆盖的火焰40，其在此做象征性的展示。图1中的画面展示了通过左再生器50和左注射器50蓄热式加热的状态中的工业锅炉100。它和开口30构成如下，即通过注射器20所提供的燃气在足够接近或者在化学计量数以下的范围与左再生器的燃烧空气在上炉腔1中混合。图1所示的上炉腔1的左侧点火运行状态在通过左侧注射器20注射燃气的情况下，和将燃烧空气VB通过左再生器50的输送对于第一周期时间例如持续20至40分钟。在第一周期时间的同时，向锅炉腔10中的上炉腔1独立于燃气20的输入燃烧空气VB。在第一周期时间的同时，来自上炉腔1中的废气AG通过右开口30‘输入到右再生器中，并将其加热。 

在第二运行状态中，上炉腔1的点火转向以用于相似时间长度的第二周期时间。为此，燃烧空气VB通过右再生器50‘与来自右注射器20‘的燃气共同输入到上炉腔1中，其中，燃烧空气VB容纳废气AG在再生器50‘中的第一周期时间中存储的热量。 

基本上通过用于工业锅炉100的控制装置的温度调节模块200来实现燃料流和/或燃烧空气流的调节。基本上为此能够在温度调节模块200中使用PID调节器，根据提高燃料流和/或燃烧空气流而提高炉腔温度，或者根据降低燃料流和/或燃烧空气流而降低炉腔温度。通过合适的探头52将再生器头51或51‘或上炉腔1的温度值输送给温度调节模块200。探头52、52‘、53目前无论如何部分的除了温度探头外还具有合适的λ探头用于测量燃料-空气-比例。 

尤其通过探头53测量的上炉腔中的温度作为温度调节模块200的入温，例如为了基于此而进行温度平均，或者为了推测周期时间端部上的温度比例。尤其是在再生器头上，如探头52、52‘上测量的温度能够作为预热统计量简化确定的基础。 

探头52、52‘还有探头53或者可能情况下安装在相同位置上的λ探头或者其他感应器例如能够通过空气或废气量在控制设备1000的λ评价模块300的入口为此类简化的确定提供测量值。 

图2为带有少量但是足够的氧气过量的玻璃熔化炉正常运行展示了探头52、52’的λ探头的电池电压值的进程；也就是说，λ值介于1.03和1.07之间。废气中残余氧气浓度在此介于大约0.7至1.5%之间。具体的展示了电池电压值UR的右侧进程作为时间的函数，带有所分配的右侧残余氧含量OR(也就是说在左侧点火时)。展示了带有所分配的残余氧含量OL的左侧电池电压值UL以用于其后的周期时间段(也就是说在右侧点火时)。左侧电池电压值UL略低于右侧电压值UR；λ探头的特征曲线相应的—在此为氧化锆-固体电解质—使左侧氧含量OL值高于右侧氧含量OR值。根据氧含量OL、OR的残留氧气浓度根据第二计算规则在能斯特方程的基础上以百分含量的形式(O₂%)用于计算O₂含量 

--In(O₂%):=3.0417-46.4188*U/(T+273)— 

大约介于0.7至1.5%之间。 

在平衡情况中由电池电压U获得的用于以%(CO%/CO₂%)表示的一氧化碳含量相比较而言较低的浓度借助基于水气方程的第二计算规程确定作为燃烧规则 

--CO%/CO₂%=KW/EXP(((1374.5-U)/(T+273)-0.40399)/0.043086)。 

一氧化碳含量的浓度介于50至200ppm。有选的，但并非必要的以废气温度代替λ探头的温度T。 

确定电池电压的平衡值—其为右侧或左侧电池电压UR、UL—基本上导致一个常数(分别对于周期时间段来说作为时间的函数)。并不能够—无论如何不能超越合适大小的阈值范围—在图2所示的情况中确定相对于平衡值有所提高的非平衡值。合适大小的阈值范围应该包括电池电压值的范围，其介于1.0倍平衡值和1.5倍平衡值之间。氧含量在标准燃烧情况下—也就是说在平衡中并且充足氧气供应—所示情况中，实际上并不存在相对于平衡值有所提高的非平衡值。电池电压值在每个周期时间段中位于相同范围内，或者以可接受的方差围绕平衡值分布，其中所述方差明显低于所述阈值。 

图3再次展示了右侧电池电压值UR，其相比于图2有所提高，并且相应于残余氧气浓度导致相应的降低的右侧氧含量OR。左侧电池电压值UL 在接下来的周期时间段中(右侧点火)相比较而言以围绕平均值更大的偏差进一步升高。左侧氧含量OL相应于实际上并不存在的残余氧气浓度。即使在左侧电池电压值UL带有相比较而言较大的方差时，既能够从右侧电池电压值UR也能够从左侧电池电压值UL确定平衡值。然而方差在共同平衡值之下和之上延伸。通过周期时间段在右侧点火时和左侧点火时因而并不能够实际给出相对于平衡值有所提高的非平衡值。这一情况是带有不足的或低于化学计量数的空气含量的工业锅炉运行所特有的，也就是说，氧气完全燃烧所特有的。平衡值如前所述还能够定义为周期时间段的平均值，并且尽管氧气供应不足但还采纳平衡状态。 

相反，图4A示例性的展示了如下情况，即本发明的概念出自该情况。图4A为此首先展示了右侧电池电压值UR(即在左侧点火)，并且为接下来的周期时间段展示了左侧电池电压值OL(即在右侧点火)。 

当核算基于能斯特方程的前述第一计算规则，并且核算基于水气方程的前述第二计算规程时，便得到一氧化碳浓度，其并非略微高于一氧化碳含量的平衡浓度，而是其相应于非常剧烈升高的一氧化碳含量能够在此类情况下20至50倍或者以更高的浓度出现。这展示如下，即相比于可认知的平衡值GW通过突出的—即仅仅一侧在正范围—所构成的带有电池电压值的最大值MW的电池电压峰值。 

出乎意料的发现，该标志对于带有过量一氧化碳浓度的不完全燃烧动力学是有特征性的，其在电池电压值中引起带有时间上受限最大值MW的反复的电池电压峰值。实际上其在用于氧气测量的确定氧化锆探头上是可认知并可测量的。在氧化锆探头上—即探头52、52’—可测量的电池电压值更多的主要是废气流中的氧气浓度。如上所给出的，其以能斯特方程基础上的第一计算规则是可评价的。然而电池电压值的测量数据流还通过至今不及考虑所留下的、非常短暂的电池电压峰值叠加，其相应于通过化学平衡而得到的明显提高的一氧化碳浓度。 

在延伸的时间轴上展示更准确的观察—如在图4B中其局部的从图4A中展示的电池电压值中取出的那样，即此类电池电压峰值被限定在1至3秒的半值宽度HWB上。也就是说，在氧化锆探头的传统信号评价中，其在噪声中下沉，或者通过构成平均值在确定平衡值GW时受到压制。 

可以知道，为了仅以简单的构成平均值来确定一氧化碳含量，在考虑到 在图4B中可知的标志是并不充分的。而更多的是能够正确评价两个独立的信号标志——即主要大量的测量值，其围绕平衡值GW分布，和所提到的比较少量的测量值，其围绕提高了的非平衡值NGW分布。 

能够在图4所示的积分时间段IZ中通过平均所有存在在那里的电池电压测量值来确定平衡值GW。平衡值GW在此为100mV。 

图4B展示了不完全燃烧动力学的情况，其中，尽管有高于1.5%的充足氧气残留浓度，但观察一氧化碳的临界浓度大于2000至5000ppm；也就是说，浓度为理论平衡一氧化碳含量的20至50倍浓度。一氧化碳CO超过平衡状态的此类过量浓度典型的还伴有过高的废气温度。观察到相对于标准燃尽比例温度升高了达到50K。一氧化碳(CO)自身—同样如所述的过高温度—导致了可避免的能量损失，并且导致锅炉耐火材料的损坏。在该情况中实际上能够确定相对于平衡值有所提高的非平衡值NGW，其中，使用提高了的非平衡值NGW用于在废气中确定第二、标记非平衡含量的一氧化碳含量。 

当前将提高的非平衡值NGW确定为阈值之上并且在微分时间段DZ中所有电池电压值的平均值。积分时间段IZ当前为大约600秒；即在大约10分钟之内。示例性绘制的微分时间段DZ当前仅为大约10秒。当微分时间段DZ经过积分时间段IZ，并且通过微分时间段形成阈值范围SB—其当前介于150和250mV之间—之上的电池电压值的连续平均值时，得到图4B概括绘制的信封值EW的进程为时间的函数。目前通过微分时间段上的电池电压值就是位于阈值范围SB之上的电池电压值连续的短时间构成平均值而得到作为时间的函数的信封值EW。相对于平衡值有所提高的非平衡值NGW也作为时间的函数，并且能够构成为阈值范围之上的连续短时平均值。当将阈值范围降到150至200mV的范围上时，信封值EW剧烈波动。尤其是在进一步减小微分时间段DZ时还进一步专注于电池电压峰值；也就是说，以较大的振幅波动和较小的半值宽度HWB围绕最大值MW。 

基本上为了辨认电池电压峰值而在电子评价设备中滑动的存储可设置的大量电池电压值用于积分时间段IZ，其中，使用所存储电池电压值的最大值MW—目前作为容易平均的信封值EW—用于确定实时的一氧化碳含量。为此，图5为本方法特别优选的实施方式展示了流程图以用于确定废气流中的一氧化碳含量。本方法如图4A和图4B中所示的那样适合于在带有良好燃烧的标准平衡氛围中正如其在图2中所展示的那样处理并所区别电池电压 值、在带有氧气供应不足的平衡氛围中正如图3所示的那样区别电池电压值。 

为此在优选的实施方式中设有，在开始步骤S0中首先设有设备的矫准。为了矫准，在一氧化碳测量中—相比于在相同地点上其他不依赖于一氧化碳浓度测量—能够变化电池电压值可调节数量的设置。额外的或者可选的能够自身改变分析过的废气AG和探头52、52’或53的温度之间所采纳的温度差。 

例如通过多个周期时间，如图2值图3所示，在第一方法步骤S1中测量λ探头例如探头52、52’的电池电压值。，通过为积分时间段IZ平均所有的电池电压值，并将平均值作为平衡值GW，在第二方法步骤S2中由电池电压确定平衡值。这一做法在平衡情况下在标准运行(图2)中导致带有较小方差的平衡值GW，并且在带有氧气供应不足(图3)的低于平衡的运行中导致带有相比较而言较大方差的平衡值GW。这基本上也适用于图4A和图4B的情况。然而还展示出，一方面更多的出现电压值在此较大的波动，以及另一方面其振幅并不依据大小围绕平均值GW均匀分布，也就是说，以相同的偏差向上和向下，而是主要单侧的向上移动。 

在第三步骤S3中将测试如图4A和图4B所示的情况是否存在。为此将测试电池电压值是否作为明显突出的振幅增强的电池电压峰值存在。为此在第四步骤中验证在那里的三个条件B1、B2、B3。对此测试在第一条件B1中是否存在仅仅以A＞2*GW的振幅在平衡值之上的电池电压峰值。还能够在第二条件B2中为最大值MW测试，其半值宽度HWB的平均值是否在5秒以下。作为第三条件B3能够测试最大值MW是否以大于每分钟一个电池电压峰值的频率出现。 

当三个条件B1、B2和B3并非累积存在时，能够在支路“否”的第九步骤S9中测试，平衡值GW的方差V(GW)是否在阈限TH之上或之下。 

当第九步骤的第一步S9.1中的平衡值V(GW)位于阈限TH之下的时候，如图2所示，能够在很好的燃烧条件时结束平衡情况GGW。 

当第九步骤的第二步S9.2中的平衡值V(GW)位于阈限TH之上的时候，能够结束不稳定的平衡情况IGGW，可能情况下带有根据图3的氧气供应不足。 

当三个条件B1至B3是累积存在时，就能够沿着支路“是”在第五步骤S5中例如将信封值EW确定为最大值MW。在第六步骤的第一步S6.1中能够提供平衡值GW作为时间的函数。在第七步骤的第一步S7.1中能够借 助在能斯特方程基础上的第一计算规则和水气方程基础上的第二计算规则使用平衡值GW，以用来在第八步骤的第一步S8.1中确定平衡一氧化碳浓度GGW-CO。 

同样能够在其他第六步骤S6.2中提供信封值EW作为时间的函数。信封值EW能够在其他第七步骤S7.2中服从能斯特方程基础上的第一计算规则和水气方程基础上的第二计算规则，以用于在其他步骤八S8.2中给出一氧化碳含量的非平衡含量nGGW-CO。能够将非平衡一氧化碳含量nGGW-CO和平衡一氧化碳含量GGW-CO的结果输入到λ模块300中的运行方法中，其例如实施在根据图1的工业锅炉100的控制设备1000上。 

附图标记表 

1                  上炉腔 

2                  下炉腔 

10                 炉腔 

20                 燃烧气体 

20                 左燃料注射器 

20‘               右燃料注射器 

30                 左侧开口 

30‘               右侧开口 

40                 火焰 

50                 再生器 

50‘               右再生器 

51                 再生器头 

51‘               再生器头 

52                 探头 

52‘               探头 

53                 探头 

100                工业锅炉 

200                温度调节模块 

300                λ值模块 

1000               控制设备 

AG                 废气 

B1、B2、B3         条件 

CO                 一氧化碳 

CO₂                二氧化碳 

DZ                 微分时间段(Differenzialzeitfenster) 

EW                 信封值(Enveloppenwert) 

GW                 平衡值 

GGW                平衡情况 

GGW-CO             一氧化碳平衡浓度 

HWB                半值宽度 

IZ                 积分时间段(Integralzeitfenster) 

IGGW               不稳定平衡情况 

MW                 最大值 

NGW                非平衡值 

nGGW-CO            一氧化碳非平衡含量 

OL                 左侧氧含量 

OR                 右侧氧含量 

O₂                 氧 

UL                 电池电压值的左侧进程 

UR                 电池电压值的右侧进程 

VB                 预热的燃烧空气 

Claims (21)

1.用于确定蓄热式加热的工业锅炉、尤其是玻璃熔化炉的废气流中一氧化碳含量的方法，尤其是用于控制和/或调节蓄热式加热的工业锅炉的方法，其中：

-在废气流中安装λ探头，尤其是氧化锆-固体电解质探头，和

-借助作为时间函数的电池电压值提供至少一个电池电压，在此基础上

-借助第二计算规则确定废气中一氧化碳含量，

其特征在于，

从电池电压值中

-确定至少一个平衡值，和

-确定至少一个相对于平衡值有提高的非平衡值，其中

在废气中使用平衡值用于确定标记平衡含量、尤其是体积浓度的第一一氧化碳含量，并且

在废气中使用提高的非平衡值用于确定标记非平衡含量的第二一氧化碳含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供尤其是除了λ探头温度外的废气温度以及燃料组分，并且

所述用于一氧化碳含量的第二计算规则是如下的燃烧规则，其基于水气平衡、优选形式为In(CO_含量/CO₂_含量)=D1-D2*(U0-U)/(T+T0)使用燃料组分。

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的方法，其特征在于，用于确定标记非平衡含量的第二一氧化碳含量的第二计算规则忽略了废气中的氧含量，或者使得在使用较低甚至可忽略的氧含量情况下可确定一氧化碳的非平衡含量，尤其是通过除了电池电压外还使用废气温度来代替λ探头的温度。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，此外提供了λ探头的温度，并且

所述第一计算规则为探头规则，其基于能斯特方程、优选形式为In(O₂_含量)=C1-C2*U/(T+T0)使用电池电压和λ探头温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助所述第一计算规则基于能斯特方程、优选形式为In(O₂_含量)=C1-C2*U/(T+T0)确定废气中的氧含量。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，为了确定废气中标记平衡含量的第一一氧化碳含量

-借助第一计算规则确定废气中的氧含量，并在废气中使用不可忽略的氧含量，和

-使用所述平衡值借助第二计算规则确定废气中的一氧化碳含量，其标记了表示为平衡含量、尤其是体积浓度的废气中一氧化碳含量。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，为了电池电压而预设确定的积分时间段，其包括第一数量的电池电压值，和/或预设确定的微分时间段，其包括第二数量的电池电压值，其中微分时间段比积分时间段包括更少的电池电压值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述平衡值确定为积分时间段内所有电池电压值的平均值，和/或将提高的非平衡值确定为高于阈值范围并在微分时间段中所有电池电压值的平均值或信封值，尤其是从λ探头的电池电压值的信号评价与电池电压值的电池电压峰值分离。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，由电池电压

-将确定阈值范围之下的平衡值作为时间的函数，尤其作为电池电压值连续的长时间平均值，和/或

-将阈值范围之上的相对于平衡值有提高的非平衡值确定作为时间的函数，尤其作为提高的电池电压值的连续长时间平均值，特别是来自电池电压值的电池电压峰值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了辨别电池电压峰值而在电子评价单元中滑动的存储可设置的大量电池电压值用于积分时间段，其中，使用所述存储的电池电压值的最大值或信封值用于确定实时的标记非平衡含量的废气中第二一氧化碳含量。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，仅使用如下电池电压值用于确定提高的非平衡值，即其以等于或大于1.5的系数，优选地以等于或大于2.0的系数，优选地以等于或大于2.5的系数，优选地以等于或大于3.0的系数，优选地以等于或大于4.0的系数高于平衡值，提高的非平衡值优选地以等于或大于1.5的系数高于平衡值，尤其形成相应的阈值范围。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述阈值范围包括范围在1.0倍平衡值和1.5倍平衡值之间的电池电压值。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的方法，其特征在于，仅使用如下的电池电压值用于确定提高的非平衡值，即其具有低于10秒的半值宽度，尤其低于五秒，尤其低于两秒，尤其低于1.5秒，微分时间段尤其具有优选的在2秒和100秒之间的可设置宽度。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述提高的非平衡值而出现具有平均速率为每分钟一至五个值的电池电压值，尤其如下选择积分时间段，即在积分时间段中至少平均出现两个用于确定提高的非平衡值的到来的电池电压值，尤其是积分时间段在高于100秒、尤其高于200秒的范围中，优选地在3到15分钟、优选在3到10分钟的范围中。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的方法，其特征在于，由平衡值确定废气中的第一一氧化碳含量，并由提高的非平衡值借助相同的至少一个第二计算规则确定废气中第二一氧化碳含量，尤其使用能斯特方程和/或使用水气方程用于在废气中由平衡值确定第一一氧化碳含量，它尤其考虑到了不可忽略的氧含量，以用于确定第二一氧化碳含量那样的相同方式来实现，尤其在没有考虑到可忽略的氧含量情况下。

16.根据权利要求1至15中任意一项所述的方法，其特征在于，当提高的非平衡值超过阈值范围时，才在废气中为了控制和/或调节蓄热式加热的工业锅炉的方法而使用提高的非平衡值来确定标记非平衡含量的第二一氧化碳含量。

17.根据权利要求1至16中任意一项所述的方法，其特征在于，当废气温度至少高于标准温度10K，优选地至少高于标准温度25K时，才在废气中为了控制和/或调节蓄热式加热的工业锅炉的方法而使用提高的非平衡值来确定标记非平衡含量的第二一氧化碳含量。

18.根据权利要求1至17中任意一项所述的方法，其特征在于，相比于其他独立的一氧化碳浓度测量，为了校准一氧化碳测量而在相同的测量地点可变化地使用可调节电池电压值数量的设置，用于为了在电子评价设备中滑动存储的积分时间段。

19.根据权利要求1至18中任意一项所述的方法，其特征在于，可变化地使用分析过的废气的废气温度和λ探头自身的温度之间的温度差的采用，尤其一方面λ探头的温度用于第一计算规则中，所述第一计算规则基于能斯特方程、优选形式为In(O₂_含量)=C1-C2*U/(T+T0)使用了电池电压和λ探头的温度；

尤其在另一方面废气温度用于第二计算规则中，所述第二计算规则基于水气方程、优选形式为In(CO_含量/CO₂_含量)=D1-D2*(U0-U)/(T+T0)使用燃料组分。

20.用于蓄热式加热的工业锅炉、尤其是玻璃熔化炉的控制设备，该设备构成用来实施权利要求1至19中任意一项所述的方法。

21.具有根据权利要求20所述的控制设备的蓄热式加热的工业锅炉，尤其是玻璃熔化炉。

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