CN104114949A - 用来控制到燃烧器组的燃烧器的燃料供应的方法和燃烧器控制器 - Google Patents

Abstract

描述一种用来控制到燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应的方法和对应的燃烧器控制器。在该方法中，燃烧器组(1)中的温度(TY)被确定为控制变量并且依赖于为燃烧器组(1)确定的温度(TY)与指定的设定点温度(TSP)的控制偏差，到燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应被指定为校正变量。设置成使得所述控制器形成为温度到流量级联控制器，所述级联控制器具有用于所述燃烧器组(1)的所有燃烧器(2)的温度主控制器(8)和各用于一个燃烧器(2)或一个燃烧器子组的多个燃料供应从控制器(10)，其中所述温度主控制器(8)为所述燃烧器组(1)的燃烧器(2)的每一个指定共同的平均燃料供应(XAVG)，并且每一个燃料供应从控制器(10)使用关联到所述燃烧器(2)和/或所述燃烧器子组的至少一个干扰变量(TT,TYL/R)，以便考虑到所述燃烧器或所述燃烧器子组的所述燃料供应(X)的校正。

Description

用来控制到燃烧器组的燃烧器的燃料供应的方法和燃烧器控制器

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法用来控制到燃烧器组的燃烧器，优选地到多个燃烧器组布置在其中的大规模工业设备(特别地，例如具有移动炉排焙烧机器的造球设备)的燃烧器组的燃料供应，根据本发明的控制方法将应用于该燃烧器组。本发明还涉及被配备用来执行这种方法的燃烧器控制器，并且涉及具有这种燃烧器控制器的造球设备。在根据本发明提出的方法中，燃烧器组中的温度被确定为控制变量并且依赖于为燃烧器组确定的温度与指定的设定点温度(设定点)的控制偏差(控制变量)，到燃烧器组的多个燃烧器的燃料供应被指定为校正变量。

背景技术

这种控制方法或燃烧器控制器可以用于例如造球设备，该造球设备在WO 96/32510 A1中在相当特别的实施例中被详细描述。本发明例如涉及连续炉的焙烧区域，该焙烧区域包括串联地布置到移动炉排的右和左边的多个燃烧器，该多个燃烧器通过燃料供应装置被供应有燃料并且加热被施加在移动炉排上的球团。

布置在焙烧区域中的燃烧器主要地通过温度控制器被控制，其中到相应的燃烧器的燃料的流量通常通过存在于焙烧区域或组中的所有燃烧器的平均值被调节或控制。这导致以下事实：焙烧区域中的所有燃烧器以相同的燃料量进行操作，并且焙烧区域中的燃烧器温度多半不均匀地分布。因此，在大多数情况下，与焙烧区域的开始处相比，另一温度存在于焙烧区域的结尾。

发明内容

本发明的目的是在燃烧器组内实现更好的热分布。

根据本发明，这个目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求9的燃烧器控制器，和根据权利要求10的造球设备被解决。

在根据本发明提出的方法中，设置成使得该控制器形成为温度到流量级联控制器，该级联控制器具有：温度主控制器，该温度主控制器用于燃烧器组的所有燃烧器；和多个燃料供应从控制器，该多个燃料供应从控制器各用于一个单个燃烧器或各用于整个燃烧器组的一个燃烧器子组。优选地，一个燃料供应从控制器各被设置用于每一个燃烧器且/或用于整个燃烧器组的每一个燃烧器子组。

温度主控制器将平均燃料供应指定为用于燃烧器组的燃烧器的每一个的校正变量，即，用于所有燃烧器的共同的平均燃料供应。根据本发明的布置在温度主控制器下游的燃料供应从控制器的每一个使用关联到相应的燃烧器和/或相应的燃烧器子组的至少一个干扰变量，以便考虑到单个燃烧器或燃烧器子组的平均燃料供应的校正。特别地，设置成使得该燃料供应从控制器或燃料供应从控制器将到相应的燃烧器或相应的燃烧器子组的校正的燃料供应指定为设定点或参考变量。根据本发明被测量的或以其它方式被检测的实际燃料供应被提供作为燃料供应从控制器的控制变量，该控制变量被调整或调节到设定点/参考变量。

在根据本发明提出的级联控制中，温度主控制器是参考控制器。燃料供应从控制器是布置在参考控制器下游的后续控制器。这种级联控制的特性在于温度主控制器的输出或校正变量是用于燃烧器组的每一个燃烧器(即，所有燃烧器)的共同的平均燃料供应。主温度控制器的这种输出或校正变量考虑存在于燃烧器组中的温度(特别地平均温度或最大温度)，并且将燃烧器组中的平均所需燃料指定为平均燃料供应，以便调整燃烧器组中的希望的设定点温度。

结合用于单个燃烧器或燃烧器子组(它由从控制器致动)的燃料供应从控制由干扰变量校正或影响的燃料供应然后形成这个燃料供应从动控制的设定点或参考变量，该设定点或参考变量调整或指定到每一个单个燃烧器或相应地选定的燃烧器子组的实际燃料供应。根据本发明，提供多个、至少两个燃料供应从控制器。

因此，由于存在用于燃烧器组的燃烧器的多个燃料供应从控制器(作为用于每一个燃烧器的单个控制器或作为用于燃烧器子组的组合控制器)，燃烧器组内的热分布因此被改变。这导致燃烧器组内的温度的特别有利的相等分布并且通常也有助于节省燃料，这是因为为了在燃烧器组内实现平均温度，组合在燃烧器组中的燃烧器的提高的效率由于优化的热分布而被实现。

在理想的燃烧器组(其中每一个燃烧器将为燃烧器组的总温度提供相同的热贡献)中，将已经通过主温度控制器实现合适的控制，以便通过调整被供应到所有燃烧器的相同的燃料量在燃烧器组中实现希望的温度，在该燃烧器组内具有相等的热分布。然而，实际上，单个燃烧器的情况是不相同的。决定性影响由燃烧器组中的燃烧器的布置获得，因为例如位于燃烧器组的边缘的燃烧器与位于燃烧器组的内部的燃烧器相比通常通过辐射释放更多的耗散热到外部。另外的差异可以由燃烧器组的构造情况获得，例如由边缘区域中的不同绝缘质量或设置在燃烧器组的区域中的风室形状的流量影响获得。当所有燃烧器被供应有相同的燃料量时，所有这些导致燃烧器组中的温度没有被精确地维持，并且特别地不均匀的温度分布存在于燃烧器组中。

因此，根据本发明设置成在布置在温度主控制器下游的燃料供应从控制器中使用至少一个干扰变量，该干扰变量调整或指定到单个燃烧器或燃烧器子组的燃料供应，该燃料供应优选地对于组合在燃烧器子组中的所有燃烧器具有相似的情况。关联到燃烧器的干扰变量被理解成关联到燃烧器或燃烧器的选定的子组的变量，对于相应地选择的燃烧器或相应地选择的燃烧器子组，该变量指示燃烧器组内的温度分布的偏差。

在本发明的特别优选的实施例中，设置成使得被温度主控制器指定为用于单个燃烧器或燃烧器子组的开始或校正变量的平均燃料供应依赖于干扰变量被影响，特别地受依赖于干扰变量形成的校正系数影响，该校正系数应用于平均燃料供应，即，该校正系数例如乘以平均燃料供应的值，以便实现用于该和/或每一个单个燃烧器和/或一/每一个燃烧器子组的单个燃料供应。

随后，仅仅部分地参考一个燃烧器或每一个燃烧器，并且根据本发明，燃烧器可以被理解为单个燃烧器和燃烧器子组，该燃烧器子组组合整个燃烧器组的多个燃烧器。对于下面说明的温度测量，这也适用。

根据特别优选的应用，用作用于温度主控制器的控制变量和/或至少一个干扰变量的燃烧器组中的确定的温度可以根据特别地关联到每一个燃烧器的温度测量被确定。通过每一个燃烧器或燃烧器子组的作用范围中的温度传感器，可以容易地执行这种温度测量。确定的温度特别地可以形成为对每一个燃烧器测量的温度值的最大值或在燃烧器组中的所有燃烧器测量的所有温度值的最大值。根据本发明用来确定干扰变量的基础可以是关联到燃烧器的温度与关联到另一燃烧器的温度，或用作用于温度主控制器的控制变量的确定的温度的差。在两个燃烧器作为燃烧器对各布置到沿关于优选方向的移动方向(例如，要被燃烧器组加热的材料的移动方向)的多个排中的右和左边的情况下，针对燃烧器对(即，右和左燃烧器)可以各自确定第一干扰变量，并且针对布置到右和左边的所有燃烧器(即，用于布置到燃烧器组中的多个排中的右和左边的所有燃烧器)可以各自确定另外干扰变量。

对于第一干扰变量，例如，关联到燃烧器对的相应燃烧器的温度值的平均值被确定，并且该平均值例如与被确定作为温度主控制器的控制变量的温度对比。根据该差异，例如通过函数依赖或值表，为第N燃烧器对确定合适的校正系数Kn。

对于第二干扰变量，各关联到右和左燃烧器的所有温度值的平均值可以类似地被确定为右和左平均值。这些右和左平均值可以与用作温度主控制器的控制变量的确定的温度，由右和左平均值形成的总平均值等等对比。根据由此产生的差异、例如通过函数依赖或值表，确定合适的校正系数KL和KR，该合适的校正系数KL和KR各分别应用于(所有)左和右燃烧器。上述具体方法涉及特别优选的燃烧器布置，然而，本发明不限于该燃烧器布置。

为了也能够考虑不同的影响，根据本发明设置成用于每一个燃烧器或每一个燃烧器子组的多个干扰变量可以作用于平均燃料供应，即，温度主控制器的校正变量和相应的燃料供应从控制器的参考变量。各种干扰变量可以以相等的优先级或以合适的权重作用于平均燃料供应。

在特别优选的且可以容易地实现的实施例中，因此可以从干扰变量获得校正系数，该校正系统乘以平均燃料供应。根据本发明，单个干扰变量的校正系数和/或不同干扰变量的组合的(即，特别地乘以彼此的)校正系数可以被限制到指定范围的值，以便避免极端偏斜。用于校正系数的合适范围的值例如可以是从0.5到2.0的值，这将平均燃料供应的变化限制到一半或两倍该量。

为了进一步保护燃烧器系统，可以设置成使得在将干扰变量用于燃料供应从控制器之后获得的校正的燃料供应对于每一个燃烧器或每一个燃烧器子组被限制到最大燃料供应，该最大燃料供应可以被严格地指定或者例如以可参数化的方式被固定。因此避免燃烧器系统在预期设计值之外被操作。

根据优选实施例，其燃料供应要通过提出的方法被控制的燃烧器组的燃烧器可以布置成多个排和/或列的矩阵形式，其中干扰变量各被确定用于燃烧器的每一个排和/或每一个列。通过两个列和多个排获得优选构造，使得右和左燃烧器各作为燃烧器对被布置成前后多个排。这种布置已经被详细描述。燃烧器的这种布置和干扰变量的形成装置也可以特别优选地用于造球设备，在该造球设备中，要被加热的材料(炉排滑架或类似运输装置上的球团)沿列方向穿过移动炉排焙烧机器的炉的燃烧器组。

当温度主控制器的指定的设定点温度是可指定的且/或可变的时，可以实现该控制器的灵活调节，其中设定点改变速率优选地被限制，以便保护燃烧器系统并且实现燃烧器系统中的耐火衬料的较长的使用寿命。有利改变速率例如可以被设置到达到100℃每小时，其中指定的设定点的较大变化优选地被该控制器自动地减小到这个极限值。

对应地，本发明也涉及一种燃烧器，该燃烧器用来控制到优选地大规模工业设备的燃烧器组的多个燃烧器的燃料供应，该大规模工业设备特别地为例如具有移动炉排焙烧机器的造球设备，多个燃烧器组布置在该大规模工业设备中，根据本发明的控制方法将应用于该燃烧器组。该燃烧器控制器包括用于温度传感器的至少一个端口和用于流量传感器(特别地用来测量燃料供应)的至少一个端口，和计算单元。

根据本发明，上述方法或其若干部分特别地通过合适的软件程序手段在计算单元中被实现以便控制燃料供应。根据本发明，燃烧器控制器因此被配备用来执行被实施的方法。要被设置的温度主控制器和燃料供应从控制器可以被容纳在控制器外壳中或在多个不同的控制器外壳中。

作为特别优选的应用，本发明也涉及一种造球设备，该造球设备具有移动炉排焙烧机器，该移动炉排焙烧机器具有优选地布置成矩阵形式的多个燃烧器，和用来控制到燃烧器组的多个燃烧器的燃料供应的燃烧器控制器，该燃烧器控制器如上所述地形成并且被配备用来执行上述方法或其若干部分。

从示例性实施例的以下描述和附图也可以得到本发明的另外的优点，特征和可能应用。被描述且/或示出的所有特征自身或以任何组合形成本发明的主题，也与权利要求中的它们的包括或它们的逆参考无关。

具体实施方式

仅有的图1示出如用于大规模工业造球设备的燃烧器系统的根据本发明的燃烧器组1。在燃烧器组1中，燃烧器2布置成两列R、L和N排，其中图1示出N＝3排。通过燃料供应导管3和布置在燃料供应导管3中的优选地电动或气动操作的调节阀4，每一个燃烧器2被供应有燃料。

沿箭头5指示的运输方向，要在燃烧器组1中被加热的材料在燃烧器2上方、燃烧器2下方或更通常地穿过燃烧器2的移动炉排或类似运输装置上被运输，该运输方向与燃烧器布置的列方向一致。特别地，要被加热的材料可以是球团，该球团在造球设备中被引导过具有一个或更多个燃烧器组1的合适的燃烧器炉。

在形成在燃烧器2上方的燃烧空间中，某温度经常需要被调节，以便实现希望的效果。这通过温度控制器被实现，该温度控制器根据希望温度调节到单个燃烧器2的燃料供应。为了这个目的，燃烧空间中的温度被温度传感器6重复检测，每一个温度传感器被关联到燃烧室中的燃烧器2，即每一个在关联到燃烧器2的恰好一个区域中。由温度传感器6确定的温度值TY被供应到最大值形成装置7，该最大值形成装置形成在燃烧器组中测量的温度值TY的最大温度值，并且将该最大温度值作为控制变量供应到温度主控制器8(TIC)。在温度主控制器8中，最大温度值TY和为温度主控制器指定的温度设定点TSP之间的控制差形成。为了补偿可能的控制差，温度主控制器8指定平均燃料供应XAVG作为校正值，每一个燃烧器2将必须以该校正值被供应，如果它将提供相同的热贡献到对应于理想情况的燃烧室中的总温度。

然而，实际上，情况不是这样。观察已经显示，燃烧器布置中的单个燃烧器2的排和列的平均温度都是不同的。本发明的优选实施例因此提出检测关联到燃烧器布置中的燃烧器2的排和列的干扰变量并且提供对应的校正系数，以便校正被指定为温度主控制器的校正变量的平均燃料供应。

第一干扰变量涉及燃烧器布置中的燃烧器2的排，即，在示出的图中，燃烧器对(1L,1R)，(2L,2R)和(3L,3R)的每一个。对于这些燃烧器对的每一个(为了更清楚没有在图中被示出)，形成关联到燃烧器对的相应燃烧器2的温度传感器的每一个的平均温度。根据各燃烧器对(1L,1R)，(2L,2R)和(3L,3R)的这些平均温度的彼此偏差，形成校正系数K1,K2和K3，其目的是使燃烧器组1中的所有N个燃烧器对的平均温度彼此适应。

例如，这可以被实现使得另外形成单个燃烧器对的所有平均值的平均值，并且燃烧器对的每一个单个平均值与这个总平均值对比。通过合适的计算法则或值表，关联到每一个燃烧器对的校正系数KN可以根据这些值的这种对比或差被确定。在图1中，这些是校正系数K1,K2和K3，这些校正系数各应用于平均燃料供应XAVG，即，乘以这个值。

对列L,R作出另外的校正。为了这个目的，关联到右燃烧器2(1R,2R,3R)和左燃烧器2(1L,2L,3L)的温度传感器的测量的温度值各自在平均值形成装置9中被确定。作为右和左平均温度值TYR和TYL的值例如通过与它们的平均值对比(类似于上述情况)被转变为校正系数KL和KR，该校正系数KL和KR被应用于已经被校正系数K1,K2和K3校正的平均燃料供应，以便为每一个燃烧器2产生校正的燃料供应X。替代地或另外地，例如，也可以使用存放在合适的表中的经验值。

通常，用于燃烧器布置的燃烧器2的干扰变量这样被逐列且逐行考虑，由此依赖于列和行的校正系数K各被获得，通过该校正系数K校正温度主控制器8供应的平均燃料供应XAVG，以便为燃烧器组1的每一个燃烧器2确定校正的燃料供应X。这个校正的燃料供应X作为用于燃料供应的设定点被供应到关联到每一个燃烧器2的燃料供应从控制器10，该燃料供应从控制器比较燃料供应设定点FSP与当前测量的到燃烧器2的燃料供应并且通过燃料供应从控制器10的校正变量而调整或调节燃烧器2的调节阀4到燃料供应设定点FSP。

通过这种控制，燃烧器系统的每一个燃烧器组1内的更一致的温度轮廓可以通过列和行方式校正被容易地且可靠地实现。这导致要被加热的材料(该材料特别地可以是球团)的更一致的烧穿。作为副作用，单个燃烧器的单个控制也导致减小的燃料消耗。

燃料供应从控制器10因此控制燃料供应导管3中的燃料的流量并且因此也称为燃料流量从控制器。

为了实现用于每一个燃烧器2的功率限制，还设置成，在最大值形成装置11中，将校正的燃料供应X与最大燃料供应FMAX对比，该最大燃料供应如指定的可以最大地被供应到燃烧器2。如果校正的燃料供应X超过最大燃料供应FMAX，则燃料供应设定点FSP因此被限制到最大燃料供应FMAX。

类似地，对于被供应到温度主控制器8的温度设定点TSP，改变到某值的设定点速率的限制(例如，100℃每小时)被设置，该限制由对应的限制器12调节。这样，可以实现耐火衬料的较长使用寿命，该耐火衬料在上升的温度梯度下更快速地老化。

通常，根据本发明提出的温度到流量级联控制器因此在燃烧器组1的燃烧空间中提供更好的热分布，这也总体上导致燃料节省。由于最大燃料供应和设定点变化速率的任选限制，因此可以考虑设备专用参数且/或该设备的使用寿命可以延长。

附图标记清单：

1 燃烧器组

2 燃烧器

3 燃料供应导管

4 调节阀

5 要被加热的材料的运输方向

6 温度传感器

7 最大值形成装置

8 温度主控制器

9 平均值形成装置

10 燃料供应从控制器

11 最小值形状装置

12 限制器

R,L 燃烧器布置的列

n＝1,2,3 燃烧器布置的排

TT 燃烧器的区域中的温度，干扰变量

TYL/R 布置在左和右边上的燃烧器的温度，干扰变量

TY 燃烧器组的温度，温度值

TSP 设定点温度，温度设定点

XAVG 平均燃料供应(温度主控制器的致动变量)

K 校正系数

X 校正的燃料供应

FSP 燃料供应设定点

FMAX 最大燃料供应

Claims (10)

1.一种用来控制到燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应的方法，其中所述燃烧器组(1)中的温度(TY)被确定为控制变量，并且依赖于为所述燃烧器组(1)确定的所述温度(TY)与指定的设定点温度(TSP)的控制偏差，到所述燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应被指定为校正变量，其特征在于，所述控制器形成为温度到流量级联控制器，所述级联控制器具有用于所述燃烧器组(1)的所有燃烧器(2)的温度主控制器(8)和各用于一个燃烧器(2)或一个燃烧器子组的多个燃料供应从控制器(10)，其中所述温度主控制器(8)为所述燃烧器组(1)的燃烧器(2)的每一个指定共同的平均燃料供应(XAVG)，并且每一个燃料供应从控制器(10)使用关联到所述燃烧器(2)和/或所述燃烧器子组的至少一个干扰变量(TT,TYL/R)，以便考虑到所述燃烧器或所述燃烧器子组的所述燃料供应(X)的校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依赖于所述干扰变量(TT,TYL/R)，由所述温度主控制器(8)为单个燃烧器(2)或燃烧器子组指定的所述平均燃料供应(XAVG)被影响。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在燃烧器组(1)中确定的温度(TY)和/或所述至少一个干扰变量(TT,TYL/R)根据所述燃烧器组(1)中的温度测量被确定。

4.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，用于每一个燃烧器(2)或每一个燃烧器子组的多个干扰变量(TT,TYL/R)对所述平均燃料供应(XAVG)起作用。

5.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，从所述干扰变量(TT,TYL/R)获得校正系数(K1,K2,K3,...,Kn,KL,KR)，所述校正系数乘以所述平均燃料供应(XAVG)。

6.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，用于每一个燃烧器(2)或每一个燃烧器子组的校正的燃料供应(XAVG)被限制到最大燃料供应(FMAX)。

7.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(2)被布置成多个排和/或列的矩阵形式，其中为每一个排和/或每一个列确定干扰变量(TT,TYL/R)。

8.根据前述权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于，所述温度主控制器(8)的指定的设定点温度(TSP)是可变的，其中设定点变化速率被限制。

9.一种燃烧器控制器，所述燃烧器控制器用来控制到燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应，所述燃烧器具有用于温度传感器的至少一个端口、用于流量传感器的至少一个端口和计算单元，其特征在于，在所述计算单元中实现根据权利要求1到8的任何一项的用来控制燃料供应的方法。

10.一种造球设备，所述造球设备具有移动炉排焙烧机器，所述移动炉排焙烧机器具有多个燃烧器(2)和燃烧器控制器，所述燃烧器控制器用来控制到燃烧器组(1)的多个燃烧器(2)的燃料供应，其特征在于，根据权利要求9形成所述燃烧器控制器。