ES2358585T3

ES2358585T3 - PROCEDURE FOR THE REGULATION OF A THERMODYNAMIC INSTALLATION.

Info

Publication number: ES2358585T3
Application number: ES03023303T
Authority: ES
Inventors: Peter Richter; Franz Wintrich
Original assignee: Powitec Intelligent Technologies GmbH
Current assignee: Powitec Intelligent Technologies GmbH
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: KR101115758B1; EP1524470A1; EP1524470B1; DE50313441D1; KR20050036777A; ATE497128T1

Abstract

Process for controlling a thermodynamic system (1) comprises supplying fuel to at least two burners (7) using at least one conveying device (5), and determining and processing the flame aspect (11) for each burner. At least one interesting area in the flame root in the proximity of the burner is selected and its intensity is determined as a time-dependent signal and used for control purposes. Independent claims are also included for: (1) Measurement device (15) used in the above process; and (2) Thermodynamic system controlled by the above process and comprising a furnace (9), at least one conveying device, and at least one measurement device.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para la regulación de una instalación termodinámica que presenta las características de la parte introductoria de la reivindicación 1. The invention relates to a process for the regulation of a thermodynamic installation having the characteristics of the introductory part of claim 1.

En un procedimiento de este tipo, conocido por el documento DE 30 24 401 A1, cada uno de los dispositivos de alimentación previstos, alimenta al quemador asociado al mismo, con una distribución desconocida de caudal másico y del espectro granulométrico del carbón que actúa como combustible, de manera que dichos valores no conocidos dificultan una regulación precisa. En cualquiera de los quemadores existentes, un dispositivo de medición deduce la existencia de la llama por la existencia de una imagen representativa de la misma. In such a procedure, known from DE 30 24 401 A1, each of the intended feeding devices feeds the burner associated therewith, with an unknown distribution of mass flow and the particle size of the coal that acts as fuel , so that these unknown values make precise regulation difficult. In any of the existing burners, a measuring device deduces the existence of the flame by the existence of a representative image of it.

El documento US 4.913.647 A da a conocer una instalación termodinámica en la que se prevé para cada llama una válvula para el combustible, de manera que la distribución de corrientes másicas es conocida en principio o se puede determinar de manera simple. La evaluación de “zonas de interés” se describe dentro de una imagen de una llama en el documento WO 02/070953 A1. US 4,913,647 A discloses a thermodynamic installation in which a fuel valve is provided for each flame, so that the distribution of mass streams is known in principle or can be determined simply. The evaluation of "areas of interest" is described within an image of a flame in WO 02/070953 A1.

La presente invención se propone el objetivo de mejorar un procedimiento del tipo antes indicado con respecto a las cantidades de datos. Este objetivo se consigue mediante un procedimiento que corresponde a las características de la reivindicación 1. Otras disposiciones adicionales ventajosas son el objeto de las reivindicaciones dependientes. The present invention proposes the objective of improving a procedure of the type indicated above with respect to the amounts of data. This objective is achieved by a method that corresponds to the features of claim 1. Other additional advantageous arrangements are the subject of the dependent claims.

Dado que de la imagen de la llama se puede escoger, como mínimo, una zona de interés en la base o raíz de la llama en las proximidades del quemador y se puede evaluar su intensidad como señal dependiente del tiempo, siendo utilizada a efectos de regulación, se puede captar con poca complicación una pequeña cantidad de datos que caracteriza la llama de manera muy aproximada, lo que facilita importantes informaciones para la regulación. Se pueden controlar también varias zonas de interés. En base a la cantidad limitada de datos se asegura un tratamiento rápido. La utilización puede tener lugar en diferentes instalaciones termodinámicas tales como centrales térmicas, con independencia del combustible y de la estructura del mismo. Por lo tanto, el combustible puede ser, por ejemplo, carbón, petróleo o gas. Since at least one area of interest can be chosen from the flame image at the base or root of the flame near the burner and its intensity can be evaluated as a time-dependent signal, being used for regulation purposes , a small amount of data that characterizes the flame in a very approximate way can be captured with little complication, which provides important information for regulation. Several areas of interest can also be controlled. Based on the limited amount of data, fast processing is ensured. The use can take place in different thermodynamic installations such as thermal power plants, regardless of the fuel and its structure. Therefore, the fuel can be, for example, coal, oil or gas.

Para la manipulación de las características de la llama se determinará, de la señal captada de forma dependiente del tiempo, un espectro, por ejemplo, con una transformación de rápida de Fourier u otro procedimiento matemático, del cual se determinarán cinco valores característicos. De los valores característicos se puede determinar, mediante una regresión múltiple u otro proceso matemático, el espectro de granulometría y/o la distribución de masas, corrientes por quemador de cada dispositivo de alimentación. Se trata ventajosamente de la mejor aproximación posible a una combinación de espectros de partículas de combustibles conocidos y/o distribuciones de corrientes másicas por quemador de cada dispositivo de alimentación (por ejemplo, molinos o bombas), los cuales deben funcionar de forma previa para su inicialización, es decir, para determinar el verdadero espectro de partículas de combustible y/o la verdadera distribución de las corrientes másicas. El espectro de partículas de combustible es, en el caso del carbón, un espectro granulométrico, en el caso de petróleo, un espectro de gotitas. En el caso de gas, se determina solamente la distribución de las corrientes másicas. For the manipulation of the characteristics of the flame, a spectrum, for example, with a Fast Fourier transformation or other mathematical procedure, of which five characteristic values will be determined, will be determined from the signal captured in a time-dependent manner. Characteristic values can be determined, by multiple regression or other mathematical process, the particle size and / or mass distribution, burner currents of each feeding device. It is advantageously the best possible approach to a combination of spectra of known fuel particles and / or distributions of mass streams per burner of each feeding device (for example, mills or pumps), which must work in advance for their initialization, that is, to determine the true spectrum of fuel particles and / or the true distribution of mass streams. The spectrum of fuel particles is, in the case of coal, a granulometric spectrum, in the case of oil, a droplet spectrum. In the case of gas, only the distribution of the mass streams is determined.

Un dispositivo de medición adecuado que se utiliza en el procedimiento objeto de la invención y que contiene una imagen de la llama, presenta, como mínimo, un diodo que capta de manera precisa una zona de interés de la imagen de la llama, es decir, se limita a una parte de la imagen. Esto disminuye la cantidad de datos que se deben captar y que se deben tratar. En el caso de varias zonas de interés, se prevén de manera correspondiente múltiples diodos. Al diodo está asociado, preferentemente, un dispositivo de evaluación, en particular un dispositivo propio de evaluación, el cual determina preferentemente el espectro y el valor o valores característicos. La cantidad de datos que se envía en este caso es mínima. Como dispositivo de evaluación puede actuar también el ordenador principal, de manera que en este caso se debe enviar un campo con datos desde el dispositivo de medición al ordenador principal, cuyo campo de datos es comparativamente grande con respecto a los valores característicos. A suitable measuring device that is used in the process object of the invention and which contains a flame image, has, at least, a diode that accurately captures an area of interest of the flame image, that is, It is limited to a part of the image. This decreases the amount of data that should be collected and that should be processed. In the case of several areas of interest, multiple diodes are correspondingly provided. The diode is preferably associated with an evaluation device, in particular its own evaluation device, which preferably determines the spectrum and the characteristic value or values. The amount of data sent in this case is minimal. The main computer can also act as an evaluation device, so that in this case a field with data must be sent from the measuring device to the main computer, whose data field is comparatively large with respect to the characteristic values.

Para el ajuste de los diodos, es decir, para la adaptación de los mismos a la zona de interés, se prevé preferentemente una cámara de video que preferentemente se puede conectar opcionalmente al dispositivo de medición. Después de dicho ajuste, la cámara de video puede ser retirada del dispositivo de medición, lo que reduce los costes globales en una instalación importante, a pesar de los múltiples dispositivos de medición. Para simplificar el ajuste, los diodos y la cámara de video utilizan preferentemente el mismo acceso óptico, por ejemplo, un boroescopio común al cual está conectado un divisor de haz. For the adjustment of the diodes, that is to say, for the adaptation of the diodes to the area of interest, a video camera is preferably provided that can preferably be optionally connected to the measuring device. After such adjustment, the video camera can be removed from the measuring device, which reduces overall costs in an important installation, despite the multiple measuring devices. To simplify the adjustment, the diodes and the video camera preferably use the same optical access, for example, a common borescope to which a beam splitter is connected.

Una instalación termodinámica correspondiente, que puede ser regulada con el procedimiento objeto de la invención, presenta además un horno y, como mínimo, un dispositivo de alimentación, en especial un molino o bomba, al que están asociados, como mínimo, dos quemadores, como mínimo un dispositivo de medición, preferentemente no obstante, un dispositivo de medición para cada quemador. El combustible para una central térmica es preferentemente carbón. No obstante, se pueden utilizar también otros combustibles en especial, combustibles sólidos, incluso en forma de adición o mezcla. A corresponding thermodynamic installation, which can be regulated with the process object of the invention, also has an oven and, at least, a feeding device, especially a mill or pump, to which at least two burners are associated, such as at least one measuring device, preferably nonetheless, one measuring device for each burner. The fuel for a thermal power plant is preferably coal. However, other fuels, especially solid fuels, can also be used, even in the form of addition or mixture.

A continuación se explicará la invención de manera detallada en base a un ejemplo de realización mostrado en los dibujos, en los que se muestra: La figura 1, una representación esquemática de una central térmica, La figura 2, una representación esquemática de un dispositivo de medición, y La figura 3, un espectro de la intensidad de una zona escogida de una llama. The invention will now be explained in detail based on an example of embodiment shown in the drawings, in which it is shown: Figure 1, a schematic representation of a thermal power plant, Figure 2, a schematic representation of a measuring device, and Figure 3, a spectrum of the intensity of a chosen area of a flame.

En una central térmica (1), que es un ejemplo de instalación termodinámica, se prevén varios almacenamientos (3) de concentrado de carbón de grano grosero, grano medio y grano fino, de los cuales se alimenta un molino (5) como dispositivo de alimentación. En vez de carbón, se podría utilizar también en principio otros combustibles o se prodría proceder a una mezcla. El carbón K, facilitado por el molino (5) será alimentado conjuntamente con el aire primario LP a un quemador (7) de un horno (9), de manera que cada uno de los molinos (5) alimenta a varios quemadores (7) por cuestiones de costes, que en el dibujo se han mostrado por ejemplo, en forma de dos elementos. En cada uno de los quemadores (7) se constituye en el horno (9) una llama (11). Por debajo del quemador (7) se insufla el aire secundario LS hacia dentro del horno (9). In a thermal power plant (1), which is an example of a thermodynamic installation, several warehouses (3) of coarse grain, medium grain and fine grain coal concentrate are provided, of which a mill (5) is fed as a device for feeding. Instead of coal, other fuels could also be used in principle or a mixture could proceed. The coal K, provided by the mill (5) will be fed together with the primary LP air to a burner (7) of an oven (9), so that each of the mills (5) feeds several burners (7) for cost reasons, which in the drawing have been shown, for example, in the form of two elements. In each of the burners (7) a flame (11) is constituted in the oven (9). Below the burner (7) the secondary air LS is blown into the oven (9).

Cada una de las llamas (11) es captada por un dispositivo de medición (15) de tipo óptico, el cual presenta un boroescopio (17) que se introduce en el horno (9) realizando una imagen de la llama (11) en el interior del dispositivo de medición (15). Mediante un divisor de haz (19), la imagen de la llama (11) es desviada, por un parte, a una cámara de video (21), opcionalmente conectada al dispositivo de medición (15) y, por otra, a un diodo (23) que la recibe con una frecuencia de captación, por ejemplo, hasta 2 kHz, y en caso deseado con una sensibilidad espectral adecuada, una señal descompuesta en el tiempo o según el espectro. En este caso, el boroescopio (17) está ajustado con ayuda de la cámara de video (21), de manera tal que, el diodo (23) está dirigido a una zona de interés (ROI = Region of Interest) en la base de llama en las proximidades del quemador (7), el cual se ha simbolizado en el dibujo esquemáticamente mediante una cruz. Después de dicho ajuste, la cámara de video (21) se puede retirar y utilizar para el ajuste de otro dispositivo de medición (15). Each of the flames (11) is captured by an optical measuring device (15), which has a borescope (17) that is inserted into the oven (9) by making an image of the flame (11) in the inside the measuring device (15). By means of a beam splitter (19), the flame image (11) is diverted, on the one hand, to a video camera (21), optionally connected to the measuring device (15) and, on the other, to a diode (23) that receives it with a pickup frequency, for example, up to 2 kHz, and if desired with an adequate spectral sensitivity, a signal broken down over time or according to the spectrum. In this case, the borescope (17) is adjusted with the help of the video camera (21), so that the diode (23) is directed to an area of interest (ROI = Region of Interest) at the base of flame in the vicinity of the burner (7), which has been schematically symbolized in the drawing by a cross. After such adjustment, the video camera (21) can be removed and used for the adjustment of another measuring device (15).

El diodo (23) facilita la señal recibida preferentemente a un dispositivo de evaluación propio (25), el cual lleva cabo la evaluación que se describe a continuación y envía el resultado a un ordenador (31). Dicho ordenador (31) sirve para la regulación de la central térmica (1), es decir, en base a los resultados facilitados por los dispositivos de medición The diode (23) provides the signal preferably received to its own evaluation device (25), which carries out the evaluation described below and sends the result to a computer (31). Said computer (31) serves to regulate the thermal power plant (1), that is, based on the results provided by the measuring devices

(15) (fifteen): se implementarán diferentes magnitudes para conseguir un objetivo de optimización, por ejemplo, una emisión mínima de óxidos de nitrógeno, mediante, por ejemplo, la mezcla y calidad de carbón alimentada al molino (5), cuyas magnitudes influyen en el espectro granulométrico de cada quemador (7), así como la cantidad de carbón y la cantidad de aire primario y la cantidad de aire secundario. Dado que diferentes quemadores (7) están asociados a cada molino (5), no todas las magnitudes efectivas son conocidas. different magnitudes will be implemented to achieve an optimization objective, for example, a minimum emission of nitrogen oxides, for example, by mixing and quality of coal fed to the mill (5), whose magnitudes influence the granulometric spectrum of each burner (7), as well as the amount of coal and the amount of primary air and the amount of secondary air. Since different burners (7) are associated with each mill (5), not all effective quantities are known.

Para poder determinar el espectro granulométrico en cada quemador (7), así como la distribución de corrientes másicas de carbón en los diferentes quemadores (7) de un molino (5), se someterá en el dispositivo de evaluación In order to determine the granulometric spectrum in each burner (7), as well as the distribution of mass carbon currents in the different burners (7) of a mill (5), it will be submitted in the evaluation device

(25) (25): de cada diodo (23) o de forma opcional en el ordenador (31), la señal recibida con dependencia del tiempo será sometida a una transformación rápida de Fourier y se conseguirá un espectro hasta aproximadamente 100 Hz (teorema de muestreo). El espectro presenta una zona de aproximadamente 100 a 1000 Hz de disminución exponencial de la intensidad (I), y se puede describir de forma muy aproximada mediante cinco valores característicos. of each diode (23) or optionally in the computer (31), the signal received with time dependence will be subjected to a fast Fourier transformation and a spectrum will be achieved up to approximately 100 Hz (sampling theorem). The spectrum has an area of approximately 100 to 1000 Hz of exponential decrease in intensity (I), and can be described very roughly by five characteristic values.

Estos cinco valores característicos son la parte de intensidad constante (M1), dependiente de la frecuencia, la cual corresponde a la intensidad I para la frecuencia f=0, el valor medio de la frecuencia (M2) en la zona de la disminución de la intensidad, es decir, la separación de la zona de la disminución de intensidad de la frecuencia f=0, la posición y anchura (M3) (valor mínimo y máximo alternativo) de la zona de la disminución de intensidad, el coeficiente de regresión (M4), es decir, la pendiente en la zona de disminución de intensidad y la distorsión (M5), es decir, la amplitud de banda de la intensidad en la zona de la disminución de la intensidad. Una determinación inicial de espectros de granulometría conocidos, y distribuciones de corrientes básicas conocidas de carbón, sirven para la inicialización y determinación de los valores absolutos. Partiendo de una regresión múltiple o de otro procedimiento de aproximación con los cinco valores indicados de todos los quemadores (7) a lo largo del tiempo, se puede conseguir la mejor aproximación posible a una combinación de los espectros granulométricos conocidos y a las corrientes másicas de carbón de las que se determinan las dimensiones deseadas para la regulación. These five characteristic values are the part of constant intensity (M1), dependent on the frequency, which corresponds to the intensity I for the frequency f = 0, the average value of the frequency (M2) in the area of the decrease of the intensity, that is, the separation of the zone of the intensity decrease of the frequency f = 0, the position and width (M3) (alternative minimum and maximum value) of the zone of the intensity decrease, the regression coefficient ( M4), that is, the slope in the zone of intensity reduction and distortion (M5), that is, the bandwidth of the intensity in the area of the intensity decrease. An initial determination of known particle size spectra, and distributions of known basic carbon currents, serve for initialization and determination of absolute values. Starting from a multiple regression or other approximation procedure with the five indicated values of all burners (7) over time, the best possible approximation can be achieved to a combination of the known granulometric spectra and to the massive carbon currents from which the desired dimensions for regulation are determined.

Claims

1. Procedure for the regulation of thermodynamic installations (1), according to which, at least, a feeding device (5) supplies fuel, at least, to two burners (7) associated with it, and in accordance with which for each existing burner (7) the flame image (11) that is formed is detected and processed, so that at least one area of interest of the flame image (11) is selected in the base of the flame in the area near the burner (7) and its intensity (I) is detected as a time-dependent signal, and is used for control, characterized in that a spectrum is determined from the time-dependent signal detected, determining its characteristic values (M1, M2, M3, M4, M5) from said spectrum and 10 because the granulometric spectrum and / or the distribution of mass currents per burner (7) is calculated for each feeding device (5) by the regression from that value or value is characteristic or by another mathematical method, so that, within the spectrum, the first characteristic value (M1) corresponds to the intensity (I) at the frequency f = 0, the second characteristic value (M2) corresponds to a frequency value average in the range of the intensity drop of the spectrum, the third characteristic value (M3) corresponds to the position and amplitude of said

15 width, the fourth characteristic value (M4) corresponds to the regression coefficient and the fifth characteristic value (M5) corresponds to the dispersion.

2. A method according to claim 1, characterized in that the initial inspection of known granulometric spectra and distribution of known mass flows serves to initialize and determine the absolute values.

twenty

3. Method according to claim 2, characterized in that using the characteristic values (M1, M2, M3, M4, M5) over time of all burners (7), an approximation of a combination of known granulometric spectra is obtained and distribution of known mass flows.