EP0655583B1 - Procédé pour le réglage et la surveillance de combustion - Google Patents

Procédé pour le réglage et la surveillance de combustion Download PDF

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EP0655583B1
EP0655583B1 EP94118375A EP94118375A EP0655583B1 EP 0655583 B1 EP0655583 B1 EP 0655583B1 EP 94118375 A EP94118375 A EP 94118375A EP 94118375 A EP94118375 A EP 94118375A EP 0655583 B1 EP0655583 B1 EP 0655583B1
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EP
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oxygen
exhaust gas
sensor
hydrogen sensor
combustion
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EP94118375A
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EP0655583A1 (fr
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Albrecht Dr. Vogel
Gunar Dr. Baier
Harald Weber
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Lamtec Mess- und Regeltechnik fur Feuerungen GmbH
Original Assignee
Lamtec Mess- und Regeltechnik fur Feuerungen & Co KG GmbH
LAMTEC MESS und REGELTECHNIK F
Lamtec Mess- und Regeltechnik fur Feuerungen & Co KG GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/24Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/08Microprocessor; Microcomputer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00Ignition or checking
    • F23N2227/12Burner simulation or checking
    • F23N2227/16Checking components, e.g. electronic

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and monitoring the combustion according to the preamble of claim 1.
  • a circuit for regulating the air flow required for a combustion process for the burner of a steam generator is known.
  • the circuit is designed so that flue gas is continuously removed from the flue gas duct and fed to a flue gas analysis device for determining the oxygen content in the exhaust gas. Based on this analysis, the specified fuel-air ratio is corrected and the desired value set.
  • the output signal of the flue gas analysis device is processed in a transducer and compared in a first controller with a fixed setpoint. Depending on the current setpoint deviation, a signal appears at the output of the controller, which is connected to a control loop via the signal path. Since the burner does not allow driving with a constant excess of air, the setpoint is corrected accordingly using a setpoint generator. In addition, the proportion of unburned substances in the form of Co, H in the exhaust gas is measured.
  • DE-A-3 517 471 describes a regulation for the fuel-air ratio of a gas-heated circulating water heater.
  • the control is provided with a sensor for the composition of the exhaust gases, a setpoint generator and a controller as well as a sensor for determining the oxygen content and a sensor for determining the carbon monoxide content in the exhaust gas.
  • the controller outputs a manipulated variable as long as one of the measured variables deviates from the setpoint. If a heat request signal is present, a signal corresponding to this is given to the burner, which can be varied in terms of its output, via an actuator in order to generate a specific burner output. A further signal is derived from this signal, with which the air throughput of the burner is changed. If a setpoint for the maximum carbon monoxide or carbon dioxide content is exceeded, the gas throughput is throttled while the air throughput remains constant.
  • DE-A-25 10 717 describes a method in which the exhaust gas is checked with the aid of two oxygen sensors. The amount of unburned constituents is determined directly after the flame from the voltage signals from these sensors.
  • the disadvantage here is that the sensors in the case of burns with excess air only indicate the content of unburned constituents with very small signals which cannot be easily evaluated, so that only serious defects of the incineration plant can be detected with this arrangement.
  • a device which can directly determine the pollutant emissions, in particular the content of carbon monoxide.
  • the fuel / air ratio is regulated by setting an oxygen setpoint in the exhaust gas via an oxygen sensor.
  • the oxygen setpoint is predetermined by the signal from a sensor for combustible components, in which the minimum excess air is determined, at which unburned components, preferably in the range from 200 to 400 ppm, occur.
  • a semiconducting metal oxide sensor is used as a sensor for the unburned components, the performance of which depends on the content of combustible components.
  • DE-A-38 07 752 describes a device with two ceramic sensors, one of which is provided for the determination of combustible components in the exhaust gas and the second for the determination of gaseous oxygen.
  • the first sensor is formed by a solid electrolyte made of zirconium dioxide. This is provided with an electrode exposed to a reference gas and an electrode made of molybdenum disilicate which is exposed to the measuring gas.
  • the second sensor also has a solid electrolyte made of zirconium dioxide.
  • the first sensor is heated to an operating temperature that differs from the operating temperature of the second sensor. In this way, a broad concentration range of the combustible components in an exhaust gas to be measured can be determined by calculation based on the output power of the two sensors for the gaseous oxygen.
  • the object of the invention is to demonstrate a method with which it is possible to keep the exhaust gas of an incineration plant of the type mentioned at the outset continuously free of pollutants.
  • FIG. 1 shows a control and monitoring device 1 which has an oxygen sensor 2, a hydrogen sensor 3, a processing unit 4 and a control device 5.
  • the oxygen sensor 2 and the hydrogen sensor 3 are installed in the exhaust duct 21 of an incinerator 20.
  • the structure and the mode of operation of the oxygen sensor 2 are disclosed in DE-C-29 45 698.
  • a hydrogen sensor 3, as used in the device 1, is described in DE-A-40 21 929.
  • the hydrogen sensor 3 has the property that it can also be operated as an oxygen sensor in the event that the exhaust gas has no combustible components.
  • the signal inputs and outputs of the two sensors 2 and 3 are connected to the signal inputs and outputs of the processing unit 4, from which, among other things, all fault messages are output.
  • the output signal of the processing unit 4 is fed to the control device 5. This can control the air supply for the combustion system 20 with the aid of an air flap 7 with an output signal which is fed to an actuator 6.
  • the fuel that is supplied via the line 9 is mixed with just enough air that the fuel / air mixture that the combustion system 20 is fed via line 8, just allows complete combustion. If the burner characteristic changes, which can be caused by changes in the fuel's calorific value, fluctuations in air pressure and temperature, blockages in the nozzles or changes in the load of the combustion system, incomplete combustion begins. To avoid this, periodic reviews are carried out the operating point of the incinerator. If there is a deviation from complete combustion, the operating point is reset immediately. If no new operating point can be found, the processing unit 4 issues a corresponding fault message.
  • FIG 2 the cyclic control of the operating point and its readjustment is shown in a diagram.
  • the control is based on the actual state, ie on the current operating point of the incineration plant 20.
  • the air supply via the line 8 to the incineration plant 20 is reduced so that the rest of the oxygen in the exhaust gas is reduced by an amount of X% is reduced by 0.1%.
  • the decrease in the residual oxygen in the exhaust gas 22 can be detected with the help of the oxygen probe 2.
  • the voltage signal of the hydrogen probe 3 is checked. By reducing the oxygen supply, the incinerator 20 will transition from complete combustion to incomplete combustion. This means that the voltage signal U of the hydrogen sensor 3 rises.
  • the difference U d U n ⁇ U v between the voltage signal U v before the reduction in the oxygen supply and the voltage signal U n after the reduction in the oxygen supply is formed in the processing unit 4.
  • the proportion of hydrogen in the exhaust gas 22 increases suddenly during the transition from a complete combustion to an incomplete combustion.
  • FIG. 4 shows, this also applies to the voltage signal that is formed between the two electrodes of the hydrogen sensor 3.
  • the difference U d formed between the two voltage signals U n and U v is compared with a threshold value or limit value. This limit value is stored in the processing unit 4 and has a value of 100 mV in the example described here.
  • Figure 5 shows another way of operating point control and setting.
  • the oxygen supply is reduced in such a way that the remaining proportion of oxygen in the exhaust gas 22 is reduced by X%, equal to 0.1%.
  • the processing unit 4 in turn forms the difference U d between the voltage signals U v and U n , which are tapped at the hydrogen probe 3 before and after the reduction in oxygen in the exhaust gas.
  • the processing unit 4 then forms the quotient U d / X% from the voltage difference U d and the percentage X% of the reduction in the residual oxygen in the exhaust gas.
  • the processing unit 4 now checks whether this quotient is greater or less than a limit value that is stored in the processing unit 4. In the example described here, the limit is set at 2000 mV /%.
  • the oxygen supply to the combustion system 20 is reduced again, in such a way that the proportion of the remaining oxygen in the exhaust gas is reduced by another 0.1%. Then the quotient U d / X% is again formed and compared with the limit value. These process steps are carried out until the quotient U d / X% is greater than the limit value. Then the air supply to the incinerator 20 is increased by D%, equal to 0.3%, so that just a complete one Combustion takes place. The incinerator is then operated with this excess oxygen until the next check.
  • the periodic monitoring of the sensors 2 or 3 and the O 2 is also necessary -Regulation at regular intervals e.g. B. required daily. This can also be carried out with the aid of the control and monitoring device according to the invention.
  • the operating point of the combustion system 20 is first reset, specifically as described above. If the hydrogen sensor 3 for flammable components shows an increased signal rise, the operating point is reset again. If a new operating point is found, a message is output that a check of the operating parameters is required.
  • the air supply to the combustion system 20 is increased with the aid of the control device 5 to such an extent that the combustion takes place with excess air.
  • the voltage signal U of the hydrogen sensor becomes smaller, which is equivalent to a shift in the operating point in the direction of complete combustion.
  • information is output that the hydrogen sensor is OK, but the oxygen control is defective.
  • a message is also output that the incinerator continues to operate with mechanically adjusted excess air. If the size of the voltage signal U at the hydrogen sensor 3 is not reduced by the mechanical increase in the air supply to the combustion system 20, the sensor 3 is defective. There is a message that the hydrogen sensor 3 is defective and the combustion system 20 continues to be operated with a mechanically adjusted excess air.
  • the two sensors 2 and 3 are checked as in FIG. 7, such that the air supply to the incinerator 20 is increased to such an extent that the oxygen content in the exhaust gas 22 has an excess of V%, which can be, for example, between 6.5% and 9%. It is now checked whether the voltage signal U of the hydrogen sensor 3 is within a permissible bandwidth of, for example, 5 to 60 mV. If this is not the case, a fault message is output that the H 2 sensor is defective and the oxygen content of the exhaust gas after a permanently programmed one Map is set in the processing unit 4.
  • the air supply to the incineration plant is changed three times so that the oxygen content in the exhaust gas 22 at three different O 2 values R%, S%, T%, for example at 7% , 5% and 3%.
  • the oxygen fraction is calculated according to the voltage characteristic of the hydrogen sensor 3 with the help of the processing unit 4. If these values do not match the oxygen values determined by the oxygen sensor 2, a fault message is issued that the H 2 sensor or the O 2 sensor is defective and the combustion system 20 is operated at a fixed operating point with a large excess of air.
  • the air supply to the combustion system 20 is throttled for a short time so that the oxygen content in the exhaust gas is only U%, for example only 0.8%. If the voltage signal of the hydrogen sensor 3 then rises, the processing unit issues a message that the O 2 sensor is defective, and that the hydrogen probe is OK. If the voltage signal does not rise, a message is output that the air supply to the incinerator according to a permanently programmed characteristic curve.

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Claims (5)

  1. Procédé pour la régulation et la surveillance de la combustion d'une installation de combustion (20) pour combustibles gazeux ou liquides en écoulement, cette installation étant suivie d'un détecteur d'hydrogène (3) et d'un détecteur d'oxygène (2), caractérisé par le fait qu'en vue de la vérification du point de travail de l'installation de combustion quant à une combustion tout juste encore complète, on réduit l'apport d'air à l'installation de combustion (20) à tel point que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement diminue de X%, qu'à partir des signaux de tension UV, Un du détecteur d'hydrogène (3) déterminés avant et après la réduction de la teneur en oxygène des gaz d'échappement (22), on forme la différence Ud = Un - Uv et on la compare à une valeur limite, qu'on réduit la teneur en oxygène des gaz d'échappement (22) graduellement de X% jusqu'à ce que la tension différentielle Ud formée soit plus grande que la valeur limite prédéfinie, qu'on augmente ensuite l'apport d'oxygène à l'installation de combustion (20) à tel point que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement augmente de D% et que se produise ainsi tout juste encore une combustion complète, les valeurs de X% et D% étant choisies de manière que X% = 0,1% et D% = 0,3%, et qu'on utilise ce réglage jusqu'à la vérification suivante en tant que nouveau point de travail et on procède de façon cyclique au contrôle de ce réglage, au contrôle de la régulation O2 ainsi qu'à celui du détecteur d'hydrogène et du détecteur d'oxygène.
  2. Procédé pour la régulation et la surveillance de la combustion d'une installation de combustion (20) pour combustibles gazeux ou liquides en écoulement, cette installation étant suivie d'un détecteur d'hydrogène (3) et d'un détecteur d'oxygène (2), caractérisé par le fait qu'on réduit l'apport d'air à l'installation de combustion (20) de telle manière que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement diminue de X%, qu'à partir des signaux de tension Uv, Un du détecteur d'hydrogène (3) déterminés avant et après la réduction, on forme la différence Ud = Un - Uv et qu'on forme à partir de cette dernière et de la teneur en X% de la quantité d'oxygène réduite, le quotient Ud/X%, qu'on compare ce quotient à une valeur limite prédéfinie et qu'on effectue la réduction de la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement par gradins de X% jusqu'à ce que le quotient soit plus grand que la valeur limite prédéfinie, qu'on augmente ensuite l'apport d'air à l'installation de combustion (20) à tel point que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement augmente de D% et qu'il se produise ainsi encore tout juste une combustion complète, les valeurs de X% et D% étant choisies de manière que X% = 0,1% et D% = 0,3%, et qu'on utilise ce réglage en tant que nouveau point de travail jusqu'à la vérification suivante et on procède de façon cyclique au contrôle de ce réglage, au contrôle de la régulation O2 ainsi qu'à celui du détecteur d'hydrogène et du détecteur d'oxygène.
  3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'en vue de la vérification de la régulation O2, le signal de tension (U) du détecteur d'hydrogène (3) étant accrû, on procède à un nouveau réglage du point de travail, que lorsqu'un nouveau point de travail n'est pas atteint, on augmente mécaniquement l'apport d'air à l'installation de combustion (20) de telle manière que la combustion ait lieu avec excès d'air, qu'en cas de réduction consécutive du signal de tension (U) du détecteur d'hydrogène, on émet une signalisation indiquant que la régulation d'oxygène est défectueuse et qu'en cas de non réduction consécutive du signal de tension (U), on émet une signalisation indiquant que le détecteur d'hydrogène (3) est défectueux, et qu'en cas de détecteur d'oxygène (2) défectueux ou de détecteur d'hydrogène (3) défectueux, on émet en plus une signalisation indiquant que l'installation de combustion continue de fonctionner avec excès d'air réglé mécaniquement.
  4. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'en vue de la surveillance réciproque des détecteurs (2 et 3), on augmente l'apport d'air à l'installation de combustion (20) à tel point que la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement (22) s'accroît à V%, la valeur de V% étant comprise entre 6,5% et 9%, que lorsque le signal de tension (U) consécutif du détecteur d'hydrogène (3) est situé en-dehors de l'intervalle admissible, on émet une signalisation de perturbation "détecteur H2 défectueux" et on fait fonctionner l'installation de combustion suivant une caractéristique programmée de façon fixe avec un excès d'oxygène le plus faible possible dans les gaz d'échappement.
  5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que lorsque le signal de tension du détecteur d'hydrogène (3) est situé dans la plage admissible après augmentation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement (20) à V%, on règle l'apport d'air à l'installation de combustion (20) en trois gradins à R%, S% et T% de la teneur résiduelle en oxygène des gaz d'échappement (22), qu'à partir des signaux de tension (UR, US et UT) déterminés respectivement par le détecteur d'hydrogène (3) pour une teneur en oxygène des gaz d'échappement de R%, S% et T%, on détermine la valeur d'oxygène correspondante à partir de la caractéristique du détecteur d'hydrogène (3), qu'on compare les valeurs d'oxygène calculées aux valeurs d'oxygène mesurées dans les gaz d'échappement et qu'en cas de non coïncidence, on émet une signalisation de perturbation "détecteur d'oxygène (2) ou détecteur d'hydrogène (3) défectueux" et "l'installation de combustion (20) fonctionne avec excès d'air accrû", qu'en cas de coïncidence, on réduit brièvement l'apport d'air à l'installation de combustion (20) de telle manière que la teneur en oxygène des gaz d'échappement soit réduite à U%, que si le signal de tension du détecteur d'hydrogène (3) s'accroît, on émet une signalisation "détecteur d'hydrogène (3) en ordre" et que dans le cas contraire, on émet une signalisation de perturbation "détecteur d'hydrogène (3) défectueux" et on fait fonctionner l'installation de combustion suivant une caractéristique programmée de façon fixe de telle manière que les gaz d'échappement (20) présentent le plus faible excès d'oxygène possible, les valeurs de R%, T%, U% et V% étant choisies de manière que R% = 7%, S% = 5%, T% = 3%, U% = 0,8% et V% étant compris entre 6,5% et 9%.
EP94118375A 1993-11-29 1994-11-23 Procédé pour le réglage et la surveillance de combustion Expired - Lifetime EP0655583B1 (fr)

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DE4340534A DE4340534A1 (de) 1993-11-29 1993-11-29 Verfahren zur Regelung und Überwachung
DE4340534 1993-11-29

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EP0655583A1 EP0655583A1 (fr) 1995-05-31
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EP0655583A1 (fr) 1995-05-31

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