CN104813104A - 用于监视和控制在燃气燃烧器设备中的燃烧的方法以及根据所述方法进行操作的燃烧控制系统 - Google Patents

用于监视和控制在燃气燃烧器设备中的燃烧的方法以及根据所述方法进行操作的燃烧控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104813104A
CN104813104A CN201380050894.9A CN201380050894A CN104813104A CN 104813104 A CN104813104 A CN 104813104A CN 201380050894 A CN201380050894 A CN 201380050894A CN 104813104 A CN104813104 A CN 104813104A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
combustion
burner
waveform
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380050894.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104813104B (zh
Inventor
M·A·阿贝特
L·伯托利
A·弗朗奇
G·皮洛瓦诺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seat Joint-Stock Co
Sit La Precisa SpA
Original Assignee
Seat Joint-Stock Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seat Joint-Stock Co filed Critical Seat Joint-Stock Co
Publication of CN104813104A publication Critical patent/CN104813104A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104813104B publication Critical patent/CN104813104B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/06—Sampling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/10—Correlation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/26—Measuring humidity
    • F23N2225/30—Measuring humidity measuring lambda
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

描述了一种用于监视和控制在燃气设备的燃烧器(1)中的燃烧的方法，燃烧设备的类型包括具有电极(E1)的传感器(8)，电极位于火焰中或靠近火焰且能够通过电压发生器供电，并且还连接到适合于测量在所述电极处的所得电势的电路。所述方法包括：第一阶段，从实验条件获取和处理数据；和第二阶段，在燃烧器的实际操作情况下评估所需燃烧特征。在第一阶段中，预选定燃烧器(1)的多种实验燃烧条件，在所述条件中的每一者中向燃烧器施加功率(P1,P2,Pn)和燃烧特征的另一重要参数(K1,K2,Km)，在所述实验条件中的每一者下向所述电极(E1)施加电压信号且执行对响应信号的采样，基于采样值的序列针对实验条件中的每一者计算所述信号的波形的特征参数，以便基于所获取的实验数据计算相关函数，所述相关函数能够明确地使功率和燃烧特征的另一重要参数与在电极处的信号的波形特征参数相关。第二阶段包括以下步骤：向所述电极(E1)施加电压信号且执行对所得响应信号的采样，基于采样值的序列计算在电极处的响应信号的波形特征参数，以及通过使用所述相关函数来计算所需燃烧特征的估计值。

Description

用于监视和控制在燃气燃烧器设备中的燃烧的方法以及根据所述方法进行操作的燃烧控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于监视和控制在用于锅炉、热水箱、壁炉等设备的燃气燃烧器中的燃烧的方法，其具有在主权利要求的前序部分中提到的特征。本发明还涉及根据所述方法进行操作的燃烧控制系统。
背景技术
在参考技术领域中已知，为了维持高效燃烧，必需将空气的量与引入到燃烧器中的燃气的量之间的比值维持在预定最优值左右，所述预定最优值基本上取决于所使用的燃气的类型且一般来说还可以取决于通过燃烧器(即，通过燃气流速)输送的功率的值。
以此方式，随时间推移可以实现且维持完全燃烧过程而没有作为烟的过多能量损耗，同时使污染气体的产量降到最低且遵守各国的排放法规。
为了实现此维持最优空气/燃气比的目标，已经在参考技术领域中研发出各种装置和方法。
在本发明的特定范围中，存在基于火焰分析且具体来说对火焰的燃烧区中的气体电离的分析来监视和控制燃烧的已知方法。典型的方法规定使用电极，所述电极放置于火焰区中或靠近火焰区且连接到电路，所述电路向所述电极施加固定或可变电压且测量经过所述电极的电流。借助于用于处理和分析电流信号的系统来估计一或多个燃烧相关参数。所述处理系统包含用于分析信号的频谱的已知方法，所述分析能够确认指示火焰不稳定性或非最优燃烧的频谱或其变化，基于所述分析，提供用于校正燃烧的系统以便使所述燃烧回到所需情况。
已知方法的可确认局限性主要涉及频谱分析的结果的可靠性且涉及所述结果与燃烧过程的相关性。
局限性还可以在用于接收电离传感器中的信号的电极的可能的磨损和老化中遇到，随之而来的是对通过频谱处理算法分析的数据的可靠性和准确性的影响。
如果燃烧控制将在调节类型的燃烧器中执行，那么前述局限性还被放大，在所述燃烧器中通过在燃烧器的最小功率和最大可容许功率之间的范围内改变所需功率来寻求最优燃烧情况。
还已知的是，适合于正常燃烧的在燃气流速与空气流速之间的体积比也取决于燃气的类型。因此，每个燃气族与对应的特定控制曲线(例如，所述控制曲线使燃气流速与空气流速相关)相关。用于控制燃烧的已知系统的问题中的一者包含确认燃气的族和关联各最优控制曲线。
发明内容
本发明解决的问题是产生一种用于监视和控制在燃气设备的燃烧器中的燃烧的方法和根据所述方法进行操作的燃烧控制系统的问题，所述方法和燃烧控制系统在结构上和功能上设计成克服上文参考所引用的现有技术而阐述的局限性。
在此问题的背景下，本发明的一个目标是使得可获得一种控制方法和系统，所述控制方法和系统能够确保在整个流速的范围上(且针对各种燃气类型)的最优燃烧，即，确保燃烧器规格所期望的功率，从而确保在分析与燃烧过程相关的信号时的可靠且可重复的结果。
本发明的另一目标是提供一种控制方法和系统，所述控制方法和系统在所述设备的燃烧器的安装和使用期间管理和表征起来都较简单。
本发明通过用于控制在燃气设备的燃烧器中的燃烧的方法和系统来解决此问题且实现这些目标，所述方法和系统根据所附权利要求书实施。
附图说明
通过非限制性地且参考附图的信息示出的本发明的优选实施例的具体实施方式，本发明的特征和优点将变得更加清楚，在所述附图中：
-图1是设置有燃烧控制系统的设备的燃烧器的示意图，该燃烧控制系统是根据本发明的用于监视和控制燃烧的方法进行工作的，
-图2是示出在实施本发明的燃烧控制方法的燃烧器设备的风扇的操作参数与调节燃气阀的操作参数之间的相关性的曲线的曲线图。
具体实施方式
首先参考图1，数字1总体上指示设置有燃烧控制系统的燃烧器，所述燃烧控制系统制造成根据本发明的用于监视和控制燃烧的方法进行操作。
燃烧器1以本身已知但未在附图中示出的方式容纳于意图用于产生家用热水和/或联接到空间加热系统的设备(未图示)中。
燃烧器1包括通过第一管道3和第二管道4来供应的燃烧室2，所述第一管道和第二管道经构造以便对应地将空气流和燃气流引入到燃烧室2中。优选地，第二管道4在燃烧室2(预混合燃烧器)的上游进入第一管道3。在空气-燃气混合区段中，设置具有可变旋转速度的风扇5。数字6指示放置在燃气管道4上以控制引入到燃烧器中的燃气的流速的调节阀。
燃烧室2在下游连接到烟囱7，由燃烧产生的废气通过所述烟囱排出。
数字8指示下文更加详细描述的燃烧监视传感器，所述传感器连接到设置有适合于根据本发明的方法控制燃烧器的电路的控制装置9，如下文所示出的。控制装置也在工作上连接到风扇5和调节阀6两者，以便控制这些元件。
传感器8定位成靠近燃烧器火焰，所述燃烧器能够接收来自电压发生器的供电，且所述传感器还连接到适合于测量在所述传感器处的所得电势的电路。
一个实施例规定传感器8包括指示为E1、E2的两个电极，所述电极放置在火焰内部或靠近火焰。作为替代方案，规定使用单一电极，对该单一电极施加电压信号且在断开所述信号之后，借助于对响应信号的一系列采样立刻获取响应信号。
根据从关于在燃烧过程中产生的等离子体的物理学知识已知，如果将电荷从外部引入到等离子体中，那么通过所述电荷产生的电场引起构成等离子体的电荷的运动；此运动根据所引入的外部电荷的增加而增加。然而，存在某一电场值，超出所述电场值，带电颗粒的流动不再增加(饱和)。所述运动在电子和离子方面大大不同：轻得多且小得多的电子移动起来快得多且沿着其路径遭受少得多的碰撞。这意味着，前述饱和现象在正离子的情况下出现得早得多，而对于电子则较晚发生。由于带电颗粒的移动，由所引入的外部电荷产生的宏观效果是等离子体的电场的改变。此电场以“德拜长度”的数量级的距离围绕所述颗粒传播。结合上文，此距离对于电子较大，即，对于其中所引入的电荷为正的情况较大。相比之下，所述距离对于正离子会小得多，与其中所引入的电荷为负的情况相对应。
返回到本发明的方法，将具有随时间变化的给定波形的电信号施加到电极E1；此电势等效于在描述中先前提到的扰动电荷。电极E2位于合适的距离处且获取通过等离子体电荷的运动确定的电势的值，所述运动由E1导致且响应于上文所描述的动力。此电势通过电路来测量且如下文所描述进行处理。
因此本发明的方法的基本概念是，藉由在燃烧之前的氧化剂和燃料的混合物的组成来明确地确定在电极E2处的所得波形。必需知道此组成，以便能够预测任何重要的燃烧效果，例如所产生的CO2和CO的量以及所产生的热功率。以此方式，也可以补偿除在所述领域中指示为G20和G31的标准气体之外的燃气的效果。因此，如果我们知道空气/燃料比(空气数量以另外的方式标记为“λ”)，那么有可能产生用于燃气燃烧器设备的燃烧控制系统。
本发明的方法基本上包括两个宏观操作阶段：第一阶段，称作F，其中，从实验条件获取和处理数据；第二阶段，称作H，其旨在在燃烧器的实际工作条件下评估空气数λ或所产生的CO2和CO的量或所产生的热功率。
这些阶段又都包括一系列操作步骤，所述操作步骤将在下文得到详细描述。
以下描述内容阐述了与评估空气数λ相关的步骤，但也可以相同的方式针对与燃烧相关的其它参数应用所述步骤。在下文，燃烧的特征的此重要参数还将在更一般的意义上被称为K，且除燃烧器的功率P之外，此重要参数还可以(例如)被选为空气数λ或选为在燃烧过程中所排放的CO2或CO的浓度(％或ppm)，应理解，作为替代方案，还可以预选定燃烧的另外的重要参数。
阶段F的第一操作步骤示出为F1，其规定，确认燃烧器的多种(1,2,......n)实验燃烧情况，在所述实验燃烧情况中的每一者中，以一定数目n的水平设定对应的功率P(P1,P2,....,Pn)，且针对每个功率，设定以一定数目m的水平选定的空气数值(λ1,λ2,.....,λm)，空气数λ表示在燃烧过程中的空气的量与用于化学计量燃烧的空气的量之间的比值，每个功率水平n与空气数的对应的水平m相关联，每种实验条件进一步重复预定数目r次。换句话说，产生值P、λ对的网格(m×n)，其中对于每对值，所述情况重复r次。
作为替代方案，在每种实验条件中，可以设定功率P(P1,P2,...,Pn)且针对每个功率设定CO2和/或CO的浓度(％1,％2,......％n)。也在此情况下，每种实验条件重复预定次数(r)。
示出为F2的第二相继操作步骤规定，在所述(n×m×r)种实验条件(Pi,λj或Pi,％j)的每一者中向电极E1施加电信号。
下文将参考对实验条件的选择，其中设定了功率和空气数，应理解，所述方法可以类似地应用在实验条件的替代的选择中，其中设定了功率和CO2(和/或CO)浓度。
在第三步骤F3中，对在电极E2处的所得信号进行采样，从而针对前述实验条件中的每一者计算所述信号的波形的对应特征参数。术语“采样”更详细地意指对在电极处所测得的响应信号的一系列采样，其中每隔一段时间且在限定的持续时间上获得对在电极处所测得的电压的模/数转换。
示出为F4的另一随后的操作步骤规定，基于所获取的实验数据计算相关函数，该函数能够明确地使在燃烧器的燃烧过程中功率P、空气数λ与在电极E2处的信号的波形的特征参数相关。
波形的特征参数借助于对经采样的电压信号的谐波分析的技术通过函数变换来有利地获得。函数变换的可能的选择的实例是哈脱莱变换或傅里叶变换。
此外，允许所测得的波形的特征参数与空气数λ和功率P相关的相关函数通过使用回归分析技术来获得。
换句话说，允许在电极E2处所测得的波形与空气数λ相关的机制是“模式匹配”类型且通过使用回归分析技术来实施。
在一个实施例中，在阶段F2中，以恒定振幅M和给定频率f向电极E1施加具有诸如正弦波形等周期性波形的电压信号。
在优选实施例中，使用单一电极E1，且紧接地对该单一电极执行前述操作步骤F2和F3。换句话说，将电压信号施加到电极，且在断开所施加的信号之后，对在电极处的所得响应信号执行一系列采样。
以电极E1的波形的频率且以其随后的谐波对在电极E2处的经采样信号的波形应用离散傅里叶变换(DFT)，从而获得针对所述频率的振幅M和相位Ф。
针对与预选定功率(P1,P2,....,Pn)相对应的前述实验条件中的每一者来执行此操作，且在空气数的值(λ1,λ2,.....,λm)处，针对这些功率中的每一者，将每个所述实验条件重复预定数目(r)，其中观测的总数目等于n×m×r。
此时，规定：
-针对每种实验条件(i,j)，通过应用离散傅里叶变换(DFT)来计算振幅(M1i,j,M2i,j,………Mpi,j)和相位(Ф1i,j,Ф2i,j,.....,Фpi,j)，其中p是离散傅里叶变换(DFT)所适用的谐波最大数目，
-将振幅(M)和相位(Ф)值插入到线性系统中，其中每行由在功率Pi和在空气数λj处进行的实验观测组成且其中已知项是λj，
-设定一定数目的实验观测(n×m×r)，所述数目大于谐波的最大数目(p)，且至少等于3p-2，
-对方程AB＝λ的线性系统求解
其中A是实验数据的矩阵，B是未知系数的向量，且λ是通过最小二乘回归法得到的穆尔-彭罗斯方程的向量，其中
B＝(AT A)-1AT
-将具有与所述系统的未知数相等或与矩阵A的列的数目相等的维度的系数向量B存储在电路中，以便使用以下回归方程：
其中s和r可以采用在范围[1；4]中的值且p≥5。
p的优选的值在5和15之间。
在所述方法的阶段H中，与燃烧器的实际运行的工作条件相关，提供以下操作步骤以评估空气数λ。
被称作H1的第一操作步骤规定，向电极E1施加电压信号。
同时(在步骤H2中)规定，每隔预定时间间隔获取在第二电极(E2)处的电信号，如阶段F2中所描述。
在优选实施例中，使用单一电极E1，且紧接地对该单一电极执行前述操作步骤H1和H2。
在第三相继步骤H3中，借助于离散傅里叶变换来计算在电极E2处的所得电压信号的波形的振幅(M1,M2,...,Mp)和相位(Ф1,Ф2,...,Фp)，而在第四步骤H4中，借助于以下内积来计算所估计的空气数的值(λstim)：
使用相关函数，所述相关函数使功率和空气数λ与所观测到的波形的特征参数相关。
可以每隔预定的时间间隔来进行计算λ，如将在下文详细解释。
优选地，在对与电极E2相关联的信号的波形的谐波分析的阶段中，规定计算预选定数目的谐波的振幅和相位。
有利地，规定在所述方法的所述第一阶段F中计算多个校准系数向量B，每个向量与在最小和最大可容许功率之间的对应的功率带相关，所述功率带至少部分重叠，以便在估计空气数时实现较大精度。例如，可以对应地将三个不同的向量Blow、Bmed以及Bhi用于三个部分叠加的功率带中：低功率、中间功率以及高功率。以此方式，比通过使用单一向量B获得更大的准确性。每个向量已经通过使用与其相关的功率来确定。
还可以规定，计算与燃烧器所意图用于的对应燃气族相关的系数向量Bfam，以便允许在燃烧器安装阶段期间确认所述燃气族。使用Bfam，可以独立于燃气所属于的族来估计空气数。所述Bfam不如其它向量B准确且仅可用于在设备的安装阶段中确认燃气族。这简化了安装燃烧器的过程。
替代地，使用前述类型的方法还可以估计功率，且此功率可能与通常在开放环路中估计的功率不同，在所述开放环路中(例如)通过使用除所述族的基准气体之外的气体或出于调整用于调节气体流速的装置的目的或针对安装的特性(例如本申请案类型的安装的特性，涉及排烟管道的长度或它是否变得阻塞)来进行估计。此经估计功率值可以用于前述燃烧控制系统中，以也在闭合环路中调整功率。以此方式，还有可能简化用于安装设备的过程，由此节约时间。
通过使用前述方法，还可以判断与标称情况不同的设备的情况，所述标称情况(例如)通过电极的超差定位确定或通过经由老化引起的电极的劣化导致。进行此操作所需的所有操作是使用表示在实验j中存在的设备的情况(标称或异常)的合适的参数，而非使用λj。
还可以不以单一频率而是依次地以若干频率向电极E1施加周期性电压信号，使得每个频率激励等离子体的特定的特性。替代地，有可能针对某些功率水平施加某些频率，且针对其它功率水平施加其它频率。
还可以以具有较大值的恒定水平向E1施加由经叠加的正弦曲线构成的波形。在此情况下，在E2处可观测的参数是相同频率和其谐波的正弦曲线的模量和相位以及平均值。
本发明的方法的主要变体规定传感器8是单一电极类型，其中向单一电极E1供应预选定电信号。优选地，向电极E1供应周期性脉冲电压信号。
在第一构造中，电压信号在整个信号周期上包括具有正振幅的第一脉冲，随后是具有负振幅的第二脉冲。作为替代方案，电压信号在整个周期上包括具有正振幅或负振幅的脉冲。
有利地，在电极E1处的脉冲信号的频率是输送到燃烧器的功率的函数，且另外，采样频率是输送到燃烧器的功率的函数。
可以规定与第一脉冲相关联的信号的第一采样频率和与第二脉冲相关联的第二不同采样频率。
类比于使用双电极传感器的方法，在具有单一电极传感器的变体中的方法也规定：
-以预选定频率且以其随后的谐波向在电极E1处所观测的波形应用函数变换，例如离散傅里叶变换(DFT)，从而获得针对所述频率的振幅(M)和相位(Ф)，
-针对与功率(P1,P2,....,Pn)相对应的所述实验条件中的每一者来执行所述操作，且在空气数的值(λ1,λ2,.....,λm)处，针对这些功率中的每一者，将每个所述实验条件重复预定数目(r)，其中观测的总数目等于n×m×r，
-针对每个实验条件(i,j)，通过应用离散傅里叶变换(DFT)来计算振幅(M1i,j,M2i,j,………Mpi,j)和所述相位(Ф1i,j,Ф2i,j,.....,Фpi,j)，
其中p是离散傅里叶变换(DFT)所适用的谐波最大数目，
-将振幅(M)和相位(Ф)值插入到线性系统中，其中每行从在功率Pi和在空气数λj处进行的实验观测获得且其中已知项是λj，
-设定一定数目的实验观测(n×m×r)，所述数目大于谐波的最大数目(p)，
-对方程AB＝λ的线性系统求解
其中A是实验数据的矩阵，B是未知系数的向量，且λ是通过最小二乘回归法得到的穆尔-彭罗斯方程的向量，其中
B＝(AT A)-1AT
-将具有与所述系统的未知数相等或与矩阵A的列的数目相等的维度的系数向量B存储在电路中，以便使用以下回归方程：
也在此变体中，在所述方法的阶段H中，与燃烧器的实际运行的工作条件相关，提供以下操作步骤以评估空气数λ。
第一步骤H1规定，以预定时间间隔获取在电极E1处的电压信号；在第二相继步骤H2中，借助于离散傅里叶变换来计算在电极E2处获取的信号的波形的振幅(M1,M2,...,Mp)和相位(Ф1,Ф2,…,Фp)，而在第三步骤H3中，借助于以下内积来计算所估计的空气数的值(λstim)：
使用相关函数，所述相关函数使功率和空气数λ与所观测到的波形的特征参数相关。
可以每隔预定的时间间隔来进行计算λ，如将在下文详细解释。
为了概括前述阶段，因此可以陈述，与相关函数相关的数学模型的参数结合在施加到等离子体的刺激之后获取的波形的函数变换，能够计算所需燃烧特征。
应注意，与用于监视和控制燃烧的已知方法不同，本发明的方法是基于测量电压而非基于测量电离电流，且因此较少经受由电极的磨损和老化引起的问题。
此外，为了确定校准参数(向量B)，需要预定的相对较有限数目的实验测试，因此准许比现有技术中更短的微调时间。
通过本发明的方法操作的用于燃烧器1的燃烧控制和调整系统规定例如以下操作阶段，参考图2中的曲线图，其中x轴示出风扇的转数(n)，y轴在其上象限表示用于致动该调节燃气阀的电流(I)，y轴在其下象限表示所输送的燃气的流速(Q)(与功率需求相关)。
前述参数的调整曲线c通常在控制电路中预设，如图式中示出。因此，例如，需求Q1具有相对应的转数n1和电流I1。
如果功率需求从Q1改变到Q2，那么转数上升到n2，在所述情况中，控制电路使电流值I2与调节器相关联。所述值与被认为对于燃烧最优的目标空气数(λob)相关。因此，在此新操作情况中，使用上文所描述的方法来估计有效空气数(λstim)且在λob和λstim之间进行比较，从而对参数电流I或转数n进行适当的校正以达到基本上与目标空气数一致的空气数。优选地，在调节器处的电流被改变，例如，升高到值I2’。此时，针对等于目标空气数的空气数，再次更新操作曲线c，所述操作曲线随后变成曲线c’。
可以(例如)通过积聚特定数目的校正点且计算使所述点相关的回归曲线来更新控制曲线，从而此控制曲线变成新控制曲线。替代地，如果合适，可以仅基于比较λob/λstim在每个操作点处进行校正，而不确认新操作曲线(借助于线性回归)。
出于应用本发明的燃烧监视和控制的方法的目的，上文所描述的调整系统简单地表示非穷尽性实例。应理解，此方法使得可以提供用于根据对应的操作和系统要求来控制和调整燃烧器工作的特定的原理，所述原理在任何情况下规定，将对于燃烧最优的目标空气数与通过本发明的方法估计的空气数进行比较。
因此，本发明实现了所提出的目标，克服了在现有技术中显露的局限性且如所陈述展示了优于已知解决方案的优点。
应注意，本发明的方法规定获取随时间可变的波形，此方面构成一个特征，所述特征与用于数据处理和计算的逻辑一起对根据本发明的方法和控制系统的准确性和稳定性具有决定性影响。此特性基本上与已知解决方案不同，其中参考在固定模式中所测得的电流或参考燃烧的重要参数的固定测量值的。
还会注意到的是，本发明的方法规定向火焰的等离子体施加扰动(向电极施加电压信号)，且随后一旦断开信号，就从电压表获取响应信号。以此方式，刺激和测量在两个不同的单独的阶段中发生。此方面基本上与已知解决方案不同，在所述已知解决方案中，同时施加电压信号且观测效果，从而引起刺激和响应的混合，所述混合使得更加难以区分刺激和响应，并且使得测量被打扰且受到刺激的特征(即，电极以及其磨损和氧化状态)的影响。
此外，基于对时域波形的获取，本发明的方法使得有可能处理关于燃烧状态的更加丰富且更加完全的信息；实际上，所观测到的是等离子体对给定刺激的动态响应，而非在固定情况中的平均响应。
还应注意，利用本发明的方法所获得的模型在所述系统的整个工作范围上(在所希望的工作条件和不希望的工作条件中)都是有效的。因此，不需要额外的模型来识别极端情况，所述极端情况例如为那些涉及有害燃气的过多排放的情况或嘈杂的操作的情况。

Claims (17)

1.一种用于监视和控制在燃气设备的燃烧器(1)中的燃烧的方法，所述燃烧设备的类型包括具有电极(E1)的传感器(8)，所述电极位于火焰中或靠近所述火焰且能够通过电压发生器供电，并且还连接到适合于测量在所述电极(E1)处的所得电势的电路，
所述方法包括：
-第一阶段，获取且处理来自实验条件的数据，其包括以下步骤：
-确认所述燃烧器(1)的多种实验燃烧条件，对于所述条件中的每一者
-向所述燃烧器施加一定数目n的预选定功率水平的各功率(P1,P2,....,Pn)和一定数目m的水平的燃烧特征的另一重要参数(K1,K2,....,Km)，使每个水平n的功率与各个水平m的所述另一参数相关联，
将每个实验条件重复预定数目r次，
-在所述(n×m×r)实验条件中的每一者中，向所述电极(E1)施加电压信号，且在断开施加到所述电极的所述信号之后，对在所述电极处的所得响应信号执行一系列采样，
-基于采样值的序列，针对所述实验条件中的每一者计算所述响应信号的波形的对应的特征参数，
-基于所获取的实验数据计算相关函数，所述相关函数能够明确地使所述功率(P)和所述燃烧特征的所述另一重要参数(K)与在所述燃烧器(1)的燃烧过程中在所述电极(E1)处的所述信号的所述波形的所述特征参数相关，
-以及第二阶段，在所述燃烧器(1)的实际工作条件下评估所述燃烧特征的所述重要参数，其包括以下步骤：
-在所述实际工作条件下，向所述电极(E1)施加电压信号，且在断开施加到所述电极的所述信号之后，对在所述电极处的所得响应信号的执行一系列采样，
-基于采样值的序列，针对所述工作条件计算所述响应信号的波形的对应特征参数，
-通过使用所述相关函数来计算所需燃烧特征的估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧特征的所述另一重要参数至少从空气数(λ)和所述燃烧过程中的CO2或CO浓度中选择，所述空气数理解为燃烧过程中的空气的量与用于化学计量燃烧的空气的量之间的比值。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述响应信号的所述波形的所述特征参数通过使用函数变换来获得。
4.根据以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，允许使所测量的波形与所述燃烧特征的所述重要参数相关的所述相关函数通过使用回归分析技术来获得。
5.根据以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将周期性脉冲电压信号施加到所述电极(E1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脉冲电压信号在信号周期上包括具有正振幅的第一脉冲，跟随所述第一脉冲的是具有负振幅的第二脉冲。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脉冲电压信号在所述信号周期上包括具有正振幅或负振幅的脉冲。
8.根据权利要求2至6所述的方法，其特征在于，规定：
-以恒定振幅(M)且以预定频率(f)向所述电极(E1)施加具有脉冲交流波形的电压，
-在所述电极处的每个个别的脉冲之后获取所述响应信号，
-以所述电极的所述波形的所述频率并且以其随后的谐波向在所述电极处获取的所述信号的所述波形应用离散傅里叶变换(DFT)，从而获得针对所述频率的振幅(M)和相位(Ф)，
-针对与所述功率(P1,P2,....,Pn)相对应的实验条件中的每一者来执行所述操作，且在所述空气数的值(λ1,λ2,.....,λm)处，针对这些功率中的每一者，将每个所述实验条件重复预定数目(r)，其中观测的总数目等于n×m×r，
-针对每个实验条件(i,j)，通过应用所述离散傅里叶变换(DFT)来计算振幅(M1i,j,M2i,j,………Mpi,j)和相位(Ф1i,j,Ф2i,j,…..,Фpi,j)，
其中，p是所述离散傅里叶变换(DFT)所适用的谐波最大数目，
-将所述振幅(M)和所述相位(Ф)的值插入到线性系统中，其中，每行从在所述功率Pi和所述空气数λj处进行的实验观测获得，且其中已知项是λj，
-设定一定数目的实验观测(n×m×r)，所述数目大于所述谐波的最大数目(p)，且至少等于3p-2
-对方程AB＝λ的所述线性系统求解
其中A是实验数据的矩阵，B是未知系数的向量，且λ是通过最小二乘回归法得到的穆尔-彭罗斯方程的向量，其中
B＝(ATA)-1AT
-将具有与所述系统的未知数相等或与所述矩阵A的列的数目相等的维度的所述系数向量B存储在所述电路中，以便使用以下回归方程：
其中s和r采用在范围[1；4]中的值且p≥5，
-在实际工作条件下借助于以下步骤来估计所述空气数的值：
-每隔预定时间间隔获取在所述电极处的电压信号，
-借助于离散傅里叶变换来计算振幅(M1,M2,…,Mp)和相位(Ф1,Ф2,…,Фp)，
-通过以下内积来计算所估计的空气数的值(λstim)：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述采样频率是输送到所述燃烧器(1)的功率的函数。
10.根据权利要求8或者9所述的方法，其特征在于，存在与正脉冲相关联的信号的第一采样频率和与负脉冲相关联的第二不同采样频率。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所提供的所述传感器是具有以预定的相互间距布置的第一电极和第二电极(E1、E2)的双电极类型，将具有随时间变化的特定波形的电压施加到所述第一电极，借助于所述采样和对各波形的谐波分析通过所述电路来测量和处理所述第二电极所处的电势。
12.根据权利要求11所述的方法，其特在在于，规定：
-以恒定振幅(M)且以预定频率(f)向所述第一电极(E1)施加具有周期性波形的电压，
-以所述第一电极(E1)的波形的频率且以其随后的谐波向在所述第二电极(E2)处观测到的所述波形应用离散傅里叶变换(DFT)，从而获得针对所述频率的振幅(M)和相位(Ф)，
-针对与所述功率(P1,P2,....,Pn)相对应的实验条件中的每一者来执行所述操作，且在所述空气数的值(λ1,λ2,.....,λm)处，针对这些功率中的每一者，将每个所述实验条件重复预定数目(r)，其中观测的总数目等于n×m×r，
-针对每个实验条件(i,j)，通过应用所述离散傅里叶变换(DFT)来计算振幅(M1i,j,M2i,j,………Mpi,j)和相位(Ф1i,j,Ф2i,j,…..,Фpi,j)，
其中p是离散傅里叶变换(DFT)所适用的所述谐波最大数目，
-将所述振幅(M)和所述相位(Ф)值插入到线性系统中，其中每行从在所述功率Pi和在所述空气数λj处进行的实验观测获得且其中所述已知项是λj，
-设定一定数目的实验观测(n×m×r)，所述数目大于所述谐波的最大数目(p)，
-对方程AB＝λ的线性系统求解
其中，A是实验数据的矩阵，B是未知的系数向量，且λ是通过所述最小二乘回归法得到的穆尔-彭罗斯方程的向量，其中
B＝(ATA)-1AT
-将具有与所述系统的未知数相等或与所述矩阵A的列的数目相等的维度的系数向量B存储在所述电路中，以便使用以下回归方程：
其中s和r可以采用在范围[1；4]中的值，且p≥5，
-在实际工作条件下借助于以下步骤来估计所述空气数的值：
-每隔预定时间间隔获取在所述第二电极(E2)处的电压信号，
-借助于离散傅里叶变换来计算所述振幅(M1,M2,…,Mp)和相位(Ф1,Ф2,…,Фp)，
-通过以下内积来计算所估计的空气数的值(λstim)：
13.根据权利要求8或者12所述的方法，其特征在于，规定，在所述第一阶段中计算多个校准系数向量(B)，每个向量与在最小和最大可容许功率之间的且至少部分重叠的各功率带(P)相关，以便在估计所述空气数(λ)时实现较大精度。
14.根据权利要求8或者12所述的方法，其特征在于，规定，计算与所述燃烧器(1)所意图用于的对应的燃气族相关的系数向量(B)，以允许在所述燃烧器安装阶段期间确认所述燃气族。
15.根据以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(1)包括：
-燃烧室(2)，
-第一管道(3)，所述第一管道能够将空气引入到所述燃烧室(2)中，
-第一控制装置(5)，所述第一控制装置与所述第一管道(3)相关联且经构造以改变引入到所述第一管道中的空气的量，
-第二管道(4)，所述第二管道能够将燃气引入到所述燃烧室(2)中，
-第二控制装置(6)，所述第二控制装置(6)与所述第二管道(4)相关联且经构造以改变引入到所述第二管道中的燃气的量，
所述方法包括以下阶段：
-将所述第一控制装置和所述第二控制装置(5、6)中的一者设定成第一设定值，
-基于在控制电路中预设的控制曲线，针对另一个控制装置关联相对应的设定值，所述值与被认为对于燃烧最优的目标空气数(λob)相关，
-在所实现的工作条件下，通过根据以上权利要求中的一或多项所述的方法来计算实际空气数的值(λstim)，
-将所述目标空气数(λob)与实际空气数(λstim)进行比较且校正所述第一控制装置和所述第二控制装置(5、6)中的一者和/或另一者，以便获得基本上与所述目标空气数(λob)一致的实际空气数(λstim)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一控制装置包括具有预选定控制曲线(转数/空气流速)的风扇(5)，且所述第二控制装置包括具有预选定控制曲线(电流/燃气流速)的调节类型的燃气阀(6)，所述设定值是所述风扇(5)的速度和/或用于所述阀(6)的调节器的驱动电流。
17.一种用于控制在燃气设备的燃烧器(1)中的燃烧的系统，其根据以上权利要求中的一或多项所述的方法进行操作。
CN201380050894.9A 2012-09-27 2013-09-20 燃气燃烧控制方法及相应的燃烧控制系统 Active CN104813104B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITPD2012A000281 2012-09-27
IT000281A ITPD20120281A1 (it) 2012-09-27 2012-09-27 Metodo per il monitoraggio e controllo della combustione in apparecchi bruciatori a gas combustibile e sistema di controllo della combustione operante in accordo con tale metodo
PCT/IB2013/058698 WO2014049502A1 (en) 2012-09-27 2013-09-20 Method for monitoring and controlling combustion in fuel gas burner apparatus, and combustion control system operating in accordance with said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104813104A true CN104813104A (zh) 2015-07-29
CN104813104B CN104813104B (zh) 2017-09-19

Family

ID=47226294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380050894.9A Active CN104813104B (zh) 2012-09-27 2013-09-20 燃气燃烧控制方法及相应的燃烧控制系统

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10151483B2 (zh)
EP (1) EP2901080B1 (zh)
KR (1) KR102122823B1 (zh)
CN (1) CN104813104B (zh)
CA (1) CA2885494C (zh)
IT (1) ITPD20120281A1 (zh)
RU (1) RU2640866C2 (zh)
UA (1) UA114732C2 (zh)
WO (1) WO2014049502A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013113814A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Endegs Gmbh Brenneranordnung und Verfahren zum Betrieb derselben
ITUB20152534A1 (it) * 2015-07-28 2017-01-28 Sit Spa Metodo per il monitoraggio e controllo della combustione in apparecchi bruciatori a gas combustibile e sistema di controllo della combustione operante in accordo con tale metodo
CN107037787B (zh) * 2016-02-03 2019-01-25 中冶长天国际工程有限责任公司 一种链篦机-回转窑球团燃耗控制方法及装置
US10718518B2 (en) * 2017-11-30 2020-07-21 Brunswick Corporation Systems and methods for avoiding harmonic modes of gas burners
US10890123B2 (en) * 2018-02-04 2021-01-12 Intellihot, Inc. In situ fuel-to-air ratio (FAR) sensor for combustion using a Fourier based flame ionization probe
US11441772B2 (en) 2018-07-19 2022-09-13 Brunswick Corporation Forced-draft pre-mix burner device
RU2745181C1 (ru) * 2020-07-28 2021-03-22 Павел Дмитриевич Дуньшин Система и способ автоматического управления и контроля котлоагрегата, работающего на газообразном топливе
US11608983B2 (en) 2020-12-02 2023-03-21 Brunswick Corporation Gas burner systems and methods for calibrating gas burner systems
IT202100032360A1 (it) 2021-12-23 2023-06-23 Sit Spa Metodo e apparato per il monitoraggio e controllo della combustione in apparecchi bruciatori a gas combustibile
US11940147B2 (en) 2022-06-09 2024-03-26 Brunswick Corporation Blown air heating system
CN115292947B (zh) * 2022-08-16 2023-04-07 中国人民解放军陆军装甲兵学院 Dbd等离子体反应器放电特性和热效应实验测试评价分析方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5473162A (en) * 1987-10-26 1995-12-05 Baylor University Infrared emission detection of a gas
US5049063A (en) * 1988-12-29 1991-09-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Combustion control apparatus for burner
US5472336A (en) * 1993-05-28 1995-12-05 Honeywell Inc. Flame rectification sensor employing pulsed excitation
ATE189301T1 (de) * 1995-10-25 2000-02-15 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Verfahren und schaltung zur regelung eines gasbrenners
US6693433B2 (en) * 2000-04-13 2004-02-17 Gas Research Institute Silicon oxide contamination shedding sensor
US6775645B2 (en) * 2001-11-14 2004-08-10 Electric Power Research Institute, Inc. Application of symbol sequence analysis and temporal irreversibility to monitoring and controlling boiler flames
US7353140B2 (en) * 2001-11-14 2008-04-01 Electric Power Research Institute, Inc. Methods for monitoring and controlling boiler flames
DE10220772A1 (de) * 2002-05-10 2003-11-20 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsprozesses
ITAN20020038A1 (it) * 2002-08-05 2004-02-06 Merloni Termosanitari Spa Ora Ariston Thermo Spa Sistema di controllo della combustione a sensore virtuale di lambda.
RU2252364C1 (ru) * 2003-12-01 2005-05-20 Красноярский государственный технический университет (КГТУ) Способ и устройство регулирования режима горения паропроизводительной установки
PL2550483T3 (pl) * 2010-03-24 2018-08-31 Bertelli & Partners S.R.L. Sposób i urządzenie do sterowania kotłem atmosferycznym z hermetyczną komorą spalania
US20120125007A1 (en) * 2010-11-22 2012-05-24 Joseph Bernard Steffler Method and system for engine ignition and monitoring

Also Published As

Publication number Publication date
UA114732C2 (uk) 2017-07-25
WO2014049502A1 (en) 2014-04-03
RU2015115703A (ru) 2016-11-20
US20150276221A1 (en) 2015-10-01
KR102122823B1 (ko) 2020-06-16
CA2885494A1 (en) 2014-04-03
US10151483B2 (en) 2018-12-11
EP2901080A1 (en) 2015-08-05
EP2901080B1 (en) 2021-05-19
ITPD20120281A1 (it) 2014-03-28
CA2885494C (en) 2020-10-06
KR20150059756A (ko) 2015-06-02
RU2640866C2 (ru) 2018-01-12
CN104813104B (zh) 2017-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104813104A (zh) 用于监视和控制在燃气燃烧器设备中的燃烧的方法以及根据所述方法进行操作的燃烧控制系统
CN1971013B (zh) 用于操作燃气轮机系统的方法和装置
EP2570877A1 (en) System and method for simulating gas turbine operation
AU2012283555B2 (en) Device and method for controlling the fuel-air ratio in the combustion of ground coal in a firing system of a coal-fired power station
EP3124866B1 (en) Method for monitoring and controlling combustion in combustible gas burners and system for controlling combustion operating according to said method
JP2012026449A (ja) ガスタービン燃焼器に対する燃料分割を制御するための方法
JP2013539043A5 (zh)
US8868313B2 (en) Method for controlling the pressure dynamics and for estimating the life cycle of the combustion chamber of a gas turbine
DE102011054252A1 (de) System und Verfahren zur Bestimmung eines Flammenzustands in einer Brennkammer
CN102869923B (zh) 用于控制具有气密燃烧室的常压锅炉的方法及装置
JP2016166610A (ja) シーケンシャル燃焼式のガスタービンの動作の制御方法
CN113423991A (zh) 燃烧器装置和用于运行燃烧器装置的方法
RU2013105206A (ru) Система и способ обнаружения события стабилизации пламени и система генерирования электроэнергии
EP2828491B1 (de) Gasturbine mit brennstoffüberwachung
EP3330615B1 (en) Model-less combustion dynamics autotune
Kilicarslan et al. Acoustic analysis of a liquefied petroleum gas-fired pulse combustor
JP7402020B2 (ja) 燃焼装置、筒内情報検出器及び信号処理装置
US10739192B1 (en) Ultraviolet flame sensor with dynamic excitation voltage generation
KR101115005B1 (ko) 스파크 플러그 시험장치
KR200198912Y1 (ko) 부압용 산소분석장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant