ES2663912T3 - Procedure for monitoring and controlling combustion in fuel gas burners and system for controlling combustion operating in accordance with said procedure - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para monitorizar y controlar la combustión en un quemador de gas combustible de premezcla (1) con ventilador, del tipo que comprende un sensor con un electrodo (E) colocado en la llama o en las proximidades de la misma y adecuado para ser alimentado por un generador de tensión así como para conectarse a un circuito electrónico adecuado para medir el potencial resultante en el electrodo, el citado procedimiento comprende: - una primera fase de adquisición y procesamiento de datos de una serie de condiciones de combustión del quemador, que comprende los siguientes pasos: identificar una pluralidad de condiciones de combustión del quemador (1), en cada una de las citadas condiciones - aplicar en el quemador una potencia (P1, P2,..., Pn) derivada de la combustión de un caudal correspondiente de mezcla combustible, y aplicar a cada potencia un valor de número de aire (λ1, λ2,...., λm), expresando el citado número de aire la relación entre la cantidad de aire en el proceso de combustión y la cantidad de aire para la combustión estequiométrica, - aplicar, en cada una de las citadas condiciones de prueba (n * m) (Pi, λj), una señal de tensión eléctrica impulsada (S) al citado electrodo (E) y medir la tendencia en el tiempo de la señal eléctrica resultante (S') al electrodo una vez que ha cesado la aplicación de la señal impulsada (S), comprendiendo la citada señal aplicada al electrodo (E), en el período de la señal (S), un primer impulso (N1) de amplitud positiva, seguido por un segundo impulso (N2) de amplitud negativa, - identificar, para cada una de las citadas condiciones de combustión, la curva de la tendencia a lo largo del tiempo de la señal de respuesta (S') en el electrodo (E), expresándose la citada tendencia para cada impulso (N1, N2) mediante una función exponencial que disminuye en términos absolutos a lo largo del tiempo, - calcular, para una primera sección de la curva relacionada con el primer impulso (N1), así como para una segunda sección de la curva relacionada con el segundo impulso (N2), las constantes de tiempo primera y segunda (T1, T2) respectivas, características de la tendencia exponencial para las secciones de curva primera y segunda respectivas, - obtener de esta manera una función de interpolación o tabla de correlación (F), basada en los datos de prueba adquiridos, adecuada para interpolar o correlacionar inequívocamente al menos un parámetro significativo de las características de combustión (potencia o número de aire) con las constantes de tiempo respectivas de las funciones exponenciales características de la tendencia en la señal de respuesta medida en el electrodo, en el proceso de combustión del quemador, - comprendiendo el citado procedimiento una segunda fase de cálculo del número de aire (λ) en una condición de operación real del quemador, que comprende los siguientes pasos: - adquirir en la citada condición de operación la señal de respuesta eléctrica medida en el electrodo después de la aplicación de la señal impulsada, - calcular, para la citada condición de operación del quemador, las citadas constantes de tiempo primera y segunda (T1, T2) características de las respectivas secciones de curva relacionadas con la tendencia en la señal de tensión resultante en el electrodo, después de la aplicación de la citada señal impulsada, - calcular el valor estimado del número de aire (λestim) utilizando la función de interpolación o la tabla de correlación (F) que correlaciona la potencia (P) y el número de aire (λ) con las constantes de tiempo (T1, T2) característica de la curva relacionada con la tendencia en la señal de respuesta (S') medida en el electrodo (E).Procedure for monitoring and controlling combustion in a premix fuel gas burner (1) with fan, of the type comprising a sensor with an electrode (E) placed in the flame or in the vicinity of the flame and suitable for being fed by A voltage generator as well as for connecting to an electronic circuit suitable for measuring the resulting potential in the electrode, said method comprises: - a first phase of data acquisition and processing of a series of burner combustion conditions, comprising the following steps: identify a plurality of combustion conditions of the burner (1), in each of the aforementioned conditions - apply a power (P1, P2, ..., Pn) derived from the combustion of a corresponding flow of fuel mixture, and apply to each power an air number value (λ1, λ2, ...., λm), the said air number expressing the ratio between the amount of air in e l combustion process and the amount of air for stoichiometric combustion, - apply, in each of the aforementioned test conditions (n * m) (Pi, λj), a signal of driven electrical voltage (S) to said electrode ( E) and measure the trend in time of the resulting electrical signal (S ') to the electrode once the application of the driven signal (S) has ceased, the said signal applied to the electrode (E) comprising, in the period of the signal (S), a first pulse (N1) of positive amplitude, followed by a second pulse (N2) of negative amplitude, - identify, for each of the aforementioned combustion conditions, the trend curve along the time of the response signal (S ') on the electrode (E), expressing the aforementioned trend for each pulse (N1, N2) by means of an exponential function that decreases in absolute terms over time, - calculate, for a first section of the curve related to the first impulse (N1), as as for a second section of the curve related to the second pulse (N2), the respective first and second time constants (T1, T2), characteristics of the exponential trend for the respective first and second curve sections, - obtain from this way an interpolation function or correlation table (F), based on the acquired test data, suitable for interpolating or unequivocally interpolating at least one significant parameter of the combustion characteristics (power or air number) with the time constants of the exponential functions characteristic of the trend in the response signal measured at the electrode, in the combustion process of the burner, - said process comprising a second phase of calculating the number of air (λ) in a real operating condition of the burner, which comprises the following steps: - acquiring the response signal in the said operating condition Measurement measured on the electrode after the application of the driven signal, - calculate, for the said operating condition of the burner, the said first and second time constants (T1, T2) characteristics of the respective curve sections related to the trend in the resulting voltage signal at the electrode, after the application of the said driven signal, - calculate the estimated value of the air number (λestim) using the interpolation function or the correlation table (F) that correlates the power ( P) and the number of air (λ) with the time constants (T1, T2) characteristic of the curve related to the trend in the response signal (S ') measured at the electrode (E).
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Procedimiento para monitorizar y controlar la combustión en quemadores de gas combustible y sistema para controlar la combustión que opera de acuerdo con el citado procedimientoProcedure for monitoring and controlling combustion in fuel gas burners and system for controlling combustion operating in accordance with said procedure
La presente invención se refiere a un procedimiento para monitorizar y controlar la combustión en quemadores de gas combustible en aparatos tales como calderas, calentadores de agua, chimeneas y otros similares, equipados con ventiladores moduladores para el aire de combustión. También se refiere a un sistema de control de combustión que funciona de acuerdo con el citado procedimiento.The present invention relates to a method for monitoring and controlling combustion in fuel gas burners in appliances such as boilers, water heaters, fireplaces and the like, equipped with modulating fans for combustion air. It also refers to a combustion control system that operates in accordance with said procedure.
En el sector técnico de referencia, se sabe que para mantener una combustión eficiente es necesario que la relación entre la cantidad de aire y la cantidad de gas combustible inyectado en el quemador se mantenga alrededor de un valor óptimo predeterminado, que depende esencialmente del tipo de gas utilizado y, en general, también puede depender del valor de la potencia suministrada por el quemador, es decir, el caudal de gas.In the technical reference sector, it is known that in order to maintain efficient combustion it is necessary that the ratio between the amount of air and the amount of fuel gas injected in the burner be maintained around a predetermined optimum value, which essentially depends on the type of gas used and, in general, can also depend on the value of the power supplied by the burner, that is, the gas flow.
Esto hace posible obtener y mantener a lo largo del tiempo un proceso de combustión completa sin dispersión excesiva de energía en los humos y minimizar la producción de gases contaminantes, de acuerdo con las normativas de emisiones de varios países.This makes it possible to obtain and maintain over time a complete combustion process without excessive dispersion of energy in the fumes and minimize the production of polluting gases, in accordance with the emission regulations of several countries.
Para lograr este objetivo de mantener la relación óptima de aire / gas, se han desarrollado diferentes dispositivos y procedimientos en el campo técnico de referencia.To achieve this objective of maintaining the optimal air / gas ratio, different devices and procedures have been developed in the technical reference field.
En el campo específico de aplicación de la invención, se conocen procedimientos para monitorizar y controlar la combustión que están basados en un análisis de la llama y, en particular, de la ionización del gas en la zona de combustión de la citada llama. Los procedimientos típicos proporcionan el uso de un electrodo ubicado en la zona de llama o en la proximidad de la misma, conectado a un circuito electrónico que aplica una tensión fija o variable al citado electrodo y mide la corriente que fluye a través del citado electrodo. Por medio de los sistemas de procesamiento y análisis de la señal de corriente, se realiza un cálculo de uno o más parámetros relacionados con el proceso de combustión. Entre los sistemas de procesamiento, se conocen procedimientos de análisis de espectro de frecuencia de la señal que son adecuados para identificar espectros de frecuencia o variaciones de los mismos que indican una inestabilidad de llama o combustión subóptima, sobre la base de cuales sistemas se disponen para corregir el proceso de combustión con el fin de devolver el citado proceso a las condiciones deseadas.In the specific field of application of the invention, methods for monitoring and controlling combustion are known which are based on an analysis of the flame and, in particular, of the ionization of the gas in the combustion zone of said flame. Typical procedures provide the use of an electrode located in or near the flame zone, connected to an electronic circuit that applies a fixed or variable voltage to said electrode and measures the current flowing through said electrode. By means of the current signal analysis and processing systems, a calculation of one or more parameters related to the combustion process is performed. Among the processing systems, methods of signal frequency spectrum analysis are known that are suitable for identifying frequency spectra or variations thereof that indicate a flame instability or suboptimal combustion, on the basis of which systems are arranged for correct the combustion process in order to return the aforementioned process to the desired conditions.
Los límites reconocibles de los procedimientos conocidos están enlazados principalmente con la fiabilidad de los resultados del análisis del espectro de frecuencia y su correlación con el proceso de combustión, así como con la complejidad de los algoritmos de cálculo y análisis utilizados.The recognizable limits of the known procedures are linked mainly with the reliability of the results of the frequency spectrum analysis and its correlation with the combustion process, as well as with the complexity of the calculation and analysis algorithms used.
También se conoce un ejemplo de un procedimiento para monitorizar y controlar la combustión en un quemador de gas combustible de premezcla por el documento WO 2014/049502. El procedimiento comprende una primera fase de adquisición y procesamiento de datos a partir de condiciones experimentales y una segunda fase de evaluación de la característica de combustión deseada, bajo una condición operativa real del quemador. En la primera fase, se aplica una pluralidad de condiciones de combustión experimentales al quemador, y en cada una de estas condiciones experimentales se aplica una señal de tensión eléctrica al electrodo y se lleva a cabo un muestreo de la señal de respuesta, calculando, sobre la base de la secuencia de valores muestreados, los parámetros característicos de la forma de onda de la señal para cada una de las condiciones experimentales, mediante la aplicación de una transformación funcional, con el propósito de calcular una función de correlación. La segunda fase comprende los pasos de aplicar una señal de tensión al electrodo y llevar a cabo el muestreo de la señal de respuesta resultante, calculando, en base a la secuencia de valores muestreados, los parámetros característicos de la forma de onda de la señal de respuesta en el electrodo. y calculando el valor estimado de la característica de combustión deseada mediante el uso de la función de correlación.An example of a method for monitoring and controlling combustion in a premix fuel gas burner is also known from WO 2014/049502. The method comprises a first phase of data acquisition and processing from experimental conditions and a second phase of evaluation of the desired combustion characteristic, under a real operating condition of the burner. In the first phase, a plurality of experimental combustion conditions are applied to the burner, and in each of these experimental conditions an electrical voltage signal is applied to the electrode and a sampling of the response signal is carried out, calculating, over the basis of the sequence of sampled values, the characteristic parameters of the signal waveform for each of the experimental conditions, through the application of a functional transformation, with the purpose of calculating a correlation function. The second phase comprises the steps of applying a voltage signal to the electrode and sampling the resulting response signal, calculating, based on the sequence of sampled values, the characteristic parameters of the waveform of the signal. electrode response. and calculating the estimated value of the desired combustion characteristic by using the correlation function.
También se pueden encontrar limitaciones adicionales en los procedimientos conocidos en el posible desgaste y envejecimiento del electrodo utilizado para recibir la señal en el sensor de ionización, con las consiguientes repercusiones en la fiabilidad y precisión de los datos analizados por los algoritmos de procesamiento del espectro de frecuencia.Additional limitations can also be found in the known procedures in the possible wear and aging of the electrode used to receive the signal in the ionization sensor, with the consequent repercussions on the reliability and accuracy of the data analyzed by the spectrum processing algorithms of frequency.
Las limitaciones que se han mencionado más arriba también se amplifican cuando se desea realizar un control de combustión en quemadores del tipo modulante, en el que se busca lograr condiciones de combustión óptimas de acuerdo con las variaciones en la potencia requerida, dentro del rango entre una potencia mínima y una potencia máxima permisible para el quemador.The limitations mentioned above are also amplified when it is desired to carry out a combustion control in burners of the modulating type, in which it is sought to achieve optimum combustion conditions according to the variations in the required power, within the range between a minimum power and maximum allowable power for the burner.
También se sabe que la relación volumétrica entre el caudal del gas y el caudal de aire adecuada para la combustión correcta también depende del tipo de gas. Por lo tanto, cada familia de gases combustibles se correlaciona con curvas de regulación respectivas y específicas (que correlacionan, por ejemplo, el caudal de gas con el caudal de aire). Uno de los problemas de los sistemas de control de combustión conocidos es el relativo a la identificación de la familia de gases y a la asociación de las curvas de regulación óptimas.It is also known that the volumetric relationship between the gas flow rate and the proper air flow rate for the correct combustion also depends on the type of gas. Therefore, each family of combustible gases is correlated with respective and specific regulation curves (which correlate, for example, the gas flow with the air flow). One of the problems of the known combustion control systems is that related to the identification of the gas family and the association of the optimal regulation curves.
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El problema abordado por la presente invención es el de disponer un procedimiento para monitorizar y controlar la combustión en un quemador de un dispositivo de gas combustible, así como un sistema de control de combustión que funcione de acuerdo con el citado procedimiento, que estén diseñados estructural y funcionalmente para superar la limitaciones que se han descrito más arriba con referencia a la técnica anterior citada.The problem addressed by the present invention is that of providing a method for monitoring and controlling combustion in a burner of a fuel gas device, as well as a combustion control system that operates according to said procedure, which are structurally designed and functionally to overcome the limitations described above with reference to the cited prior art.
Dentro del contexto de este problema, un objetivo de la invención es disponer un procedimiento y un sistema de control que sean adecuados para garantizar una combustión óptima en toda la gama de caudales (y para diversos tipos de gases) o salidas de potencia para las cuales está diseñado el quemador, proporcionando fiabilidad y repeti- bilidad de resultados en el análisis de las señales relacionadas con el proceso de combustión.Within the context of this problem, an object of the invention is to provide a control method and system that are suitable to ensure optimum combustion in the entire range of flows (and for various types of gases) or power outputs for which The burner is designed, providing reliability and repeatability of results in the analysis of the signals related to the combustion process.
Otro objetivo de la invención es disponer un procedimiento y un sistema de control que sean fáciles de gestionar y caracterizar tanto durante la instalación como durante el uso del quemador del aparato.Another object of the invention is to provide a control method and system that are easy to manage and characterize both during installation and during use of the device burner.
Este problema se resuelve y estos objetivos se alcanzan con la presente invención por medio de un procedimiento y un sistema para controlar la combustión en un quemador de un dispositivo de gas combustible, producido de acuerdo con las reivindicaciones que siguen.This problem is solved and these objectives are achieved with the present invention by means of a method and a system for controlling combustion in a burner of a fuel gas device, produced in accordance with the following claims.
Las características y ventajas de la invención se harán más claras a partir de la descripción detallada que sigue de una realización preferida, dada a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:The features and advantages of the invention will become clearer from the following detailed description of a preferred embodiment, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which:
- la figura 1 es una vista esquemática de un quemador de un aparato equipado con un sistema de control de combustión que funciona de acuerdo con el procedimiento de monitorización y control de combustión de acuerdo con la invención.- Figure 1 is a schematic view of a burner of an apparatus equipped with a combustion control system that operates in accordance with the combustion monitoring and control procedure according to the invention.
- la figura 2 es un gráfico que muestra una función de interpolación entre los parámetros que caracterizan las condiciones del proceso de combustión respectivas en las condiciones de operación correspondientes del quemador.- Figure 2 is a graph showing an interpolation function between the parameters that characterize the respective combustion process conditions in the corresponding operating conditions of the burner.
- las figuras 3 y 4 son gráficos que muestran la tendencia de los parámetros respectivos de la función de interpolación de la figura anterior de acuerdo con las variaciones en algunos de los parámetros que caracterizan el proceso de combustión.- Figures 3 and 4 are graphs showing the trend of the respective parameters of the interpolation function of the previous figure according to the variations in some of the parameters that characterize the combustion process.
- la figura 5 es un gráfico que muestra la tendencia de la señal eléctrica aplicada al electrodo del quemador de acuerdo con el procedimiento de la presente invención, en una condición operativa específica con valores de potencia y número de aire preseleccionados, y que también muestra de una manera correspondiente, a medida que el valor del tiempo cambia, la función de la señal de respuesta obtenida, con la tendencia que se ilustra en la figura 2,- Figure 5 is a graph showing the trend of the electric signal applied to the burner electrode according to the method of the present invention, in a specific operating condition with preselected power and air values, and also showing a corresponding way, as the time value changes, the function of the response signal obtained, with the trend illustrated in Figure 2,
- La figura 6 es un gráfico que muestra las curvas de correlación entre los parámetros operativos de un ventilador y de una válvula de gas modulante de un dispositivo de quemador que funciona con el procedimiento de control de combustión de la invención.- Figure 6 is a graph showing the correlation curves between the operating parameters of a fan and a modulating gas valve of a burner device operating with the combustion control method of the invention.
Con referencia inicial a la figura 1, 1 indica de forma general un quemador, representado solo esquemáticamente, equipado con un sistema de control de combustión, producido para operar de acuerdo con el sistema de monitoriza- ción y control de combustión de la presente invención.With initial reference to Figure 1, 1 generally indicates a burner, represented only schematically, equipped with a combustion control system, produced to operate in accordance with the combustion monitoring and control system of the present invention.
El quemador 1 está alojado en un aparato, no representado, destinado a la producción de agua caliente sanitaria y / o unido a un circuito de calefacción de la habitación, de una manera que es conocida per se y que no se ilustra en las figuras.The burner 1 is housed in an apparatus, not shown, intended for the production of domestic hot water and / or connected to a heating circuit of the room, in a manner that is known per se and is not illustrated in the figures.
El quemador 1 comprende una cámara de combustión 2, que es alimentada por un primer tubo 3 y un segundo tubo 4, adecuado para introducir un flujo de aire en la citada cámara de combustión 2 y, respectivamente, un flujo de gas combustible. Preferiblemente, el segundo tubo 4 entra en el primer tubo 3 aguas arriba de la cámara de combustión 2 (quemador de premezcla). En la sección de mezcla de aire / gas se dispone un ventilador 5 con velocidad de rotación variable. En la configuración de la figura 1, el ventilador está situado aguas abajo de la zona de mezcla, pero también puede estar localizado alternativamente aguas arriba de la citada zona de mezcla aire / gas. 6 indica una válvula modulante situada en el tubo de gas 4 para regular el flujo de gas inyectado en el quemador.The burner 1 comprises a combustion chamber 2, which is fed by a first tube 3 and a second tube 4, suitable for introducing an air flow into said combustion chamber 2 and, respectively, a flow of combustible gas. Preferably, the second tube 4 enters the first tube 3 upstream of the combustion chamber 2 (premix burner). In the air / gas mixing section a fan 5 with variable rotation speed is arranged. In the configuration of figure 1, the fan is located downstream of the mixing zone, but can also be located alternately upstream of said air / gas mixing zone. 6 indicates a modulating valve located in the gas tube 4 to regulate the flow of gas injected into the burner.
La cámara de combustión 2 está conectada aguas abajo a una chimenea 7, a través de la cual se evacúan los gases de escape de la combustión. 8 indica un sensor de control de combustión, que se describe con mayor detalle a continuación, que está conectado a un dispositivo de control 9 provisto de una unidad de circuito electrónico adecuada para controlar el quemador de acuerdo con el procedimiento de la presente invención, como se ilustra a continuación. El dispositivo de control también está conectado operativamente tanto al ventilador 5 como a la válvula modulante 6 para regular las citadas unidades.The combustion chamber 2 is connected downstream to a chimney 7, through which the combustion exhaust gases are evacuated. 8 indicates a combustion control sensor, described in greater detail below, which is connected to a control device 9 provided with an electronic circuit unit suitable for controlling the burner according to the method of the present invention, as It is illustrated below. The control device is also operatively connected to both the fan 5 and the modulating valve 6 to regulate said units.
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El sensor 8 está dispuesto en la proximidad de la llama del quemador, y es adecuado para ser alimentado por un generador de tensión, así como para conectarse a un circuito electrónico adecuado para medir el potencial resultante en el sensor. El sensor 8 comprende un electrodo, indicado por E, que se coloca en la llama o en su proximidad. El electrodo E, en una realización preferida diseñada como una estructura de electrodo único, puede servir convenientemente como un elemento de ignición de llama y como un elemento adecuado para medir el potencial generado en respuesta a la aplicación de una señal de tensión al electrodo durante el proceso de combustión, de acuerdo con el procedimiento de la presente invención. Se dispone una unidad de conmutación adecuada para conectar eléctricamente el electrodo E a los circuitos de control respectivos de las funciones que se han mencionado más arriba. Convenientemente, el electrodo E, cuando mide la señal de respuesta, es desconectado del generador de tensión (y es conectado al dispositivo de medición).The sensor 8 is arranged in the vicinity of the burner flame, and is suitable for being powered by a voltage generator, as well as for connecting to an electronic circuit suitable for measuring the resulting potential in the sensor. The sensor 8 comprises an electrode, indicated by E, which is placed in the flame or in its vicinity. Electrode E, in a preferred embodiment designed as a single electrode structure, can conveniently serve as a flame ignition element and as a suitable element for measuring the potential generated in response to the application of a voltage signal to the electrode during the combustion process, in accordance with the process of the present invention. A suitable switching unit is arranged to electrically connect the electrode E to the respective control circuits of the functions mentioned above. Conveniently, electrode E, when measuring the response signal, is disconnected from the voltage generator (and is connected to the measuring device).
De acuerdo con lo que se conoce de la física de los plasmas que se desarrollan durante los procesos de combustión, si se introduce una carga externa en el plasma, la citada carga, debido al campo eléctrico que produce, provoca un movimiento de las cargas que constituyen el plasma; este movimiento aumenta a medida que aumenta la carga externa introducida. Sin embargo, existe un valor de campo eléctrico por encima del cual el flujo de partículas de carga no aumenta más (saturación). El movimiento es significativamente diferente para los electrones y para los iones: puesto que los electrones son mucho más ligeros y más pequeños, se mueven mucho más rápidamente y experimentan menos colisiones a lo largo de su recorrido. Esto significa que el fenómeno de saturación que se ha mencionado más arriba se produce mucho antes en el caso de los iones positivos, mientras que se produce más tarde para los electrones. El efecto macroscópico generado por la carga externa introducida debido al movimiento de las partículas de carga, es una alteración del campo eléctrico del plasma. Este campo eléctrico se propaga alrededor de la partícula a lo largo de una distancia del orden de la "Longitud de Debye". Esta distancia, como se ha mencionado más arriba, es mayor para los electrones, es decir, en los casos en que la carga introducida es positiva. Por otro lado, es más pequeño en el caso de iones positivos, es decir, cuando la carga introducida es negativa.According to what is known about the physics of the plasmas that develop during combustion processes, if an external charge is introduced into the plasma, the aforementioned charge, due to the electric field it produces, causes a movement of the charges that they constitute the plasma; This movement increases as the external load introduced increases. However, there is an electric field value above which the flow of charge particles does not increase further (saturation). The movement is significantly different for electrons and for ions: since electrons are much lighter and smaller, they move much faster and experience fewer collisions along their path. This means that the saturation phenomenon mentioned above occurs much earlier in the case of positive ions, while it occurs later for electrons. The macroscopic effect generated by the external charge introduced due to the movement of the charge particles, is an alteration of the plasma electric field. This electric field propagates around the particle along a distance of the order of "Debye Length". This distance, as mentioned above, is greater for electrons, that is, in cases where the charge introduced is positive. On the other hand, it is smaller in the case of positive ions, that is, when the charge introduced is negative.
Volviendo al procedimiento de la invención, se aplica al electrodo E una señal de tensión eléctrica con una forma de onda determinada a lo largo del tiempo; este potencial es equivalente a la carga de interferencia que se ha mencionado en la descripción anterior. El electrodo asume un valor potencial determinado por el movimiento de las cargas de plasma causadas por la señal de tensión aplicada al electrodo y que responde a la dinámica que se ha descrito más arriba. Los cambios en este potencial son medidos a continuación por el circuito electrónico y procesados de la manera que se describirá a continuación.Returning to the method of the invention, an electrical voltage signal with a determined waveform over time is applied to electrode E; This potential is equivalent to the interference load mentioned in the previous description. The electrode assumes a potential value determined by the movement of the plasma charges caused by the voltage signal applied to the electrode and responding to the dynamics described above. Changes in this potential are then measured by the electronic circuit and processed in the manner described below.
El concepto subyacente del procedimiento de la invención es por lo tanto el hecho de que la tendencia de la señal de respuesta resultante en el electrodo E está determinada inequívocamente por la composición de la mezcla de combustible / aire antes de la combustión. El conocimiento de esta composición es esencial para poder predecir ciertos efectos clave del proceso de combustión, como las cantidades de CO2 y CO producidas y la energía térmica producida. De esta forma, entre otras cosas, es posible compensar los efectos de gases distintos de los gases nominales a los que se hace referencia en el sector como G20 y G31. Por lo tanto, el conocimiento del número de aire (indicado en otro lugar por el símbolo "A"), entendido como la relación entre la cantidad de aire en el proceso de combustión y la cantidad de aire para la combustión estequiométrica, permite producir un sistema para controlar la combustión de un aparato quemador de gas.The underlying concept of the process of the invention is therefore the fact that the tendency of the resulting response signal on electrode E is unambiguously determined by the composition of the fuel / air mixture before combustion. Knowledge of this composition is essential to be able to predict certain key effects of the combustion process, such as the quantities of CO2 and CO produced and the thermal energy produced. In this way, among other things, it is possible to compensate for the effects of gases other than the nominal gases referred to in the sector as G20 and G31. Therefore, knowledge of the number of air (indicated elsewhere by the symbol "A"), understood as the relationship between the amount of air in the combustion process and the amount of air for stoichiometric combustion, allows to produce a system to control the combustion of a gas burner apparatus.
Más en particular, de acuerdo con la invención, se aplica una señal de tensión eléctrica periódica impulsada al electrodo E, y la citada señal tiene un efecto de interferencia sobre el movimiento de las cargas presentes en el plasma, de manera que el citado electrodo, una vez que el impulso aplicado ha cesado, asume un valor potencial determinado por el movimiento de las citadas cargas, que es medido por el circuito electrónico y se procesa de la manera que se describirá a continuación.More particularly, in accordance with the invention, a periodic electric voltage signal driven to electrode E is applied, and said signal has an interference effect on the movement of the charges present in the plasma, so that said electrode, Once the applied impulse has ceased, it assumes a potential value determined by the movement of the aforementioned charges, which is measured by the electronic circuit and is processed in the manner described below.
El procedimiento de la invención comprende esencialmente dos fases de macrooperación: una primera fase, indicada por A, de adquisición y procesamiento de datos relativos a las condiciones de operación aplicadas al quemador, y una segunda fase, indicada por B, de cálculo del número de aire A o de la potencia térmica generada P, en una condición de operación real del quemador.The process of the invention essentially comprises two phases of macro operation: a first phase, indicated by A, of acquisition and processing of data relating to the operating conditions applied to the burner, and a second phase, indicated by B, of calculating the number of air A or of the thermal power generated P, in a real operating condition of the burner.
Ambas fases comprenden, a su vez, una secuencia de pasos operativos que se describirán en detalle a continuación.Both phases comprise, in turn, a sequence of operational steps that will be described in detail below.
En la descripción que sigue, se describirán las etapas que se refieren en particular al cálculo del número de aire A, pero estas también se pueden aplicar de la misma manera a otros parámetros relacionados con el proceso de combustión.In the description that follows, the steps that refer in particular to the calculation of the number of air A will be described, but these can also be applied in the same way to other parameters related to the combustion process.
Una primera etapa operativa de la fase A, indicada por A1, implica identificar y reproducir en el quemador una pluralidad (1, 2,..., n) de condiciones de combustión, en cada una de las cuales se aplica una potencia respectiva P (P1, P2,..., Pn) y para cada potencia (es decir, derivada de la combustión de un flujo correspondiente de mezcla combustible) se aplica un número de aire (A1, A2,..., Am), expresando el citado número de aire A la relación entre la cantidad de aire en el proceso de combustión y la cantidad de aire para la combustión estequiométrica. Cada condición tamA first operational stage of phase A, indicated by A1, involves identifying and reproducing in the burner a plurality (1, 2, ..., n) of combustion conditions, in each of which a respective power P is applied (P1, P2, ..., Pn) and for each power (that is, derived from the combustion of a corresponding flow of fuel mixture) a number of air (A1, A2, ..., Am) is applied, expressing the aforementioned number of air To the relationship between the amount of air in the combustion process and the amount of air for stoichiometric combustion. Each condition also
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bién se puede repetir un número preestablecido de veces, con el fin de verificar que las mediciones realizadas no se vean afectadas por las condiciones de operación anómala del quemador o por deriva o por la variabilidad de la llama.It is also possible to repeat a preset number of times, in order to verify that the measurements made are not affected by the abnormal operating conditions of the burner or by drift or by the variability of the flame.
En una segunda etapa operativa subsiguiente indicada por A2, se aplica una señal de tensión eléctrica en cada una de las citadas condiciones de operación (n * m) (Pi, Aj) al electrodo E.In a second subsequent operational stage indicated by A2, an electrical voltage signal is applied in each of the aforementioned operating conditions (n * m) (Pi, Aj) to electrode E.
A continuación se hará referencia a la elección de las condiciones de operación del quemador con valores de potencia y números de aire aplicados, entendiéndose que el procedimiento puede ser aplicado de manera similar con una elección alternativa de parámetros que caracterizan las condiciones de operación, por ejemplo con valores aplicados de concentración de energía y CO2 (y / o CO).Reference will now be made to the choice of burner operating conditions with power values and air numbers applied, it being understood that the procedure can be similarly applied with an alternative choice of parameters that characterize the operating conditions, for example with applied values of energy concentration and CO2 (and / or CO).
En una tercera etapa A3, se realiza una medición, por ejemplo por medio de un muestreo, de la señal de tensión resultante en el electrodo E, calculando los parámetros respectivos de la forma de onda de la señal de respuesta para cada una de las citadas condiciones de operación aplicadas al quemador.In a third stage A3, a measurement is made, for example by means of sampling, of the resulting voltage signal at electrode E, calculating the respective parameters of the waveform of the response signal for each of the aforementioned operating conditions applied to the burner.
En una etapa operativo posterior adicional, indicada por A4, se calcula una función de interpolación o tabla de correlación, indicada por F, en base a los datos adquiridos previamente, adecuada para permitir la interpolación o correlación inequívoca de la potencia P, el número de aire A y los parámetros característicos de la forma de onda de la señal de respuesta en el electrodo E en el proceso de combustión del quemador.In an additional subsequent operational stage, indicated by A4, an interpolation function or correlation table is calculated, indicated by F, based on previously acquired data, suitable to allow unambiguous interpolation or correlation of the power P, the number of air A and the characteristic parameters of the waveform of the response signal at electrode E in the combustion process of the burner.
Convenientemente, se dispone que en la etapa operativa A2, en cada condición de operación preseleccionada del quemador (Pi, Aj), se aplique una señal de tensión periódica impulsada S al electrodo E y se mide la tendencia a lo largo del tiempo de la señal de tensión eléctrica resultante S' en el electrodo (midiendo las dimensiones de los valores característicos de la señal), una vez que la aplicación de la señal impulsada S ha cesado.Conveniently, it is provided that in the operative stage A2, in each pre-selected operating condition of the burner (Pi, Aj), a periodic voltage signal driven S is applied to the electrode E and the trend over the time of the signal is measured of the resulting electrical voltage S 'at the electrode (measuring the dimensions of the characteristic values of the signal), once the application of the driven signal S has ceased.
La señal S comprende, durante el período de señal T, un primer impulso positivo N1 de amplitud preestablecida, seguido de un segundo impulso negativo N2 de amplitud preestablecida. Los tiempos de aplicación de los impulsos son preferiblemente los mismos, por ejemplo del orden de aproximadamente 10 milisegundos, siendo la duración del intervalo de tiempo entre el primer y el segundo impulso menor que la duración del intervalo de tiempo entre el segundo impulso y un primer impulso posterior, seleccionándose apropiadamente el periodo de la señal S, por ejemplo, preferiblemente en el orden de 50 milisegundos a 1 segundo, y más preferiblemente en el orden de aproximadamente 100 milisegundos. La amplitud del impulso de la señal S se selecciona de acuerdo con lo que convenga y es preferiblemente la misma en términos de valor absoluto para ambos impulsos N1 y N2.The signal S comprises, during the period of signal T, a first positive pulse N1 of preset amplitude, followed by a second negative pulse N2 of preset amplitude. The pulse application times are preferably the same, for example of the order of approximately 10 milliseconds, the duration of the time interval between the first and second impulse being less than the duration of the time interval between the second impulse and a first subsequent pulse, the period of the signal S being appropriately selected, for example, preferably in the order of 50 milliseconds to 1 second, and more preferably in the order of approximately 100 milliseconds. The pulse amplitude of the signal S is selected according to what is convenient and is preferably the same in terms of absolute value for both pulses N1 and N2.
Alternativamente, se puede disponer que la señal impulsada S no sea periódica. La figura 5 muestra la tendencia de la señal de tensión S' medida en el electrodo E después de la aplicación de los impulsos primero y segundo. Se ha observado que ambas formas de onda de la señal S' asociadas respectivamente con el primer y el segundo impulso tienen una tendencia exponencial decreciente en términos de valor absoluto con relación al potencial de tierra, con diferentes constantes de tiempo para cada una de ellas.Alternatively, it may be provided that the driven signal S is not periodic. Figure 5 shows the trend of the voltage signal S 'measured at electrode E after the application of the first and second pulses. It has been observed that both waveforms of the signal S 'associated respectively with the first and second impulse have a decreasing exponential tendency in terms of absolute value in relation to the ground potential, with different time constants for each of them.
Las tendencias exponenciales tanto de la primera como de la segunda sección de la curva de la señal S' (como respuestas respectivamente al primer y segundo impulso) se caracterizan por constantes de tiempo respectivas Ti y T2 (o de forma equivalente por los gradientes respectivos ai, a2 de las tangentes en el origen de las curvas exponenciales respectivas). Las curvas exponenciales se pueden expresar de la siguiente manera:The exponential trends of both the first and the second section of the curve of the signal S '(as responses respectively to the first and second impulse) are characterized by respective time constants Ti and T2 (or equivalently by the respective gradients ai , a2 of the tangents at the origin of the respective exponential curves). Exponential curves can be expressed as follows:
impulso N1: S'[t) = So+ Kie't',r]impulse N1: S '[t) = So + Kie't', r]
impulso N2: S'(t) = So+ Kae ^iJimpulse N2: S '(t) = So + Kae ^ iJ
en las que Ki y K2 son dos constantes y S0 representa una tensión residual que se ha observado en condiciones de operación y, por lo tanto, se introduce en cada una de las funciones exponenciales que caracterizan la respuesta a la señal S aplicada al electrodo E.in which Ki and K2 are two constants and S0 represents a residual voltage that has been observed under operating conditions and, therefore, is introduced in each of the exponential functions that characterize the response to the signal S applied to the electrode E .
La figura 2 muestra esquemáticamente la tendencia de la función de correlación F relacionada con el trazado de los datos adquiridos en la fase A. El gráfico ilustra, a lo largo de los tres ejes cartesianos, la potencia (P), el tiempo (t) y la señal S' obtenida en las fases de adquisición de datos Por ejemplo, para cada valor de potencia P aplicada, se informan las curvas de cada señal S' (caracterizadas por un par de valores para las constantes de tiempo Ti,T2), medidas en la condición correspondiente del número de aire aplicado (Pi, Aj).Figure 2 schematically shows the trend of the correlation function F related to the plotting of the data acquired in phase A. The graph illustrates, along the three Cartesian axes, the power (P), the time (t) and the signal S 'obtained in the data acquisition phases For example, for each power value P applied, the curves of each signal S' (characterized by a pair of values for the time constants Ti, T2) are reported, measured in the corresponding condition of the number of air applied (Pi, Aj).
Alternativamente, los valores asumidos por la función F se pueden representar en forma de una tabla de correlación, en la que los valores para la potencia P, el número de aire A y las constantes de tiempo Ti y T2 están correlacionados para cada condición de operación aplicada al quemador.Alternatively, the values assumed by the function F can be represented in the form of a correlation table, in which the values for the power P, the air number A and the time constants Ti and T2 are correlated for each operating condition applied to the burner.
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La función de correlación o tabla F, obtenida en la fase A, sirve para correlacionar, de manera inequívoca, los parámetros significativos de las características de combustión (potencia y número de aire) con las constantes de tiempo respectivas de las funciones exponenciales características de la tendencia de la señal de respuesta S' medida en el electrodo E en el proceso de combustión del quemador.The correlation function or table F, obtained in phase A, serves to correlate, unequivocally, the significant parameters of the combustion characteristics (power and air number) with the respective time constants of the characteristic exponential functions of the tendency of the response signal S 'measured at electrode E in the combustion process of the burner.
Esta función de correlación o tabla F se utiliza de la manera que se describe a continuación, para evaluar el proceso de combustión en una condición de operación real del quemador, en otras palabras, para derivar los valores de los parámetros significativos del proceso de combustión (por ejemplo, potencia y número de aire) calculando los valores de las constantes de tiempo Ti y T2 que caracterizan la señal de respuesta S' con la señal S en esa condición de operación.This correlation function or table F is used in the manner described below, to evaluate the combustion process in a real operating condition of the burner, in other words, to derive the values of the significant parameters of the combustion process ( for example, power and air number) by calculating the values of the time constants Ti and T2 that characterize the response signal S 'with the signal S in that operating condition.
La segunda fase B proporciona los siguientes pasos operativos diseñados, por ejemplo, para calcular el número de aire en una condición de operación real del quemador.The second phase B provides the following operational steps designed, for example, to calculate the air number in a real burner operating condition.
Una de las aplicaciones posibles del procedimiento puede ser que la fase A se aplique a un aparato de muestra o caldera para identificar, mediante la función o tabla de correlación, la relación entre los parámetros de combustión, mientras que la fase B se aplica al mismo u otros aparatos para verificar y, si es necesario corregir, los parámetros de combustión en una condición de operación real del quemador respectivo.One of the possible applications of the procedure may be that phase A is applied to a sample or boiler apparatus to identify, by means of the function or correlation table, the relationship between the combustion parameters, while phase B is applied to it or other apparatus for checking and, if necessary, the combustion parameters in a real operating condition of the respective burner.
Una primera etapa operativa, indicada por B1, proporciona la aplicación de la señal de tensión S al electrodo E y para la adquisición, en una segunda etapa operativa B2 de la señal eléctrica S' medida en el electrodo después de la aplicación de la señal S, de una manera completamente similar a la que se ha descrito para la fase A.A first operational stage, indicated by B1, provides the application of the voltage signal S to the electrode E and for the acquisition, in a second operational stage B2 of the electrical signal S 'measured at the electrode after the application of the signal S , in a manner completely similar to that described for phase A.
Una tercera etapa posterior B3 dispone el cálculo de las constantes de tiempo Ti y T2 (o equivalentemente, de los gradientes ai, a2) que caracterizan las secciones respectivas de la curva relacionadas con la señal de respuesta S' a la señal impulsada S aplicada al electrodo E en la condición de operación real.A third subsequent stage B3 provides the calculation of the time constants Ti and T2 (or equivalently, of the gradients ai, a2) that characterize the respective sections of the curve related to the response signal S 'to the driven signal S applied to the electrode E in the actual operating condition.
A partir del valor calculado de T2 es posible obtener, por medio de la función de correlación o tabla F, el valor de la potencia Px en el quemador que caracteriza la condición operativa en cuestión.From the calculated value of T2 it is possible to obtain, by means of the correlation function or table F, the value of the power Px in the burner that characterizes the operating condition in question.
La figura 3 muestra el conjunto de curvas parametrizadas con el número de aire (Ai, A2, A3,..., An) que representan la tendencia de la constante T2 de acuerdo con los cambios en la potencia en el quemador. El gráfico de la figura 3 es, por lo tanto, una forma diferente de visualizar los datos presentes en la tabla o función F de la figura 2. Se debe observar que la potencia P es relativamente insensible a los cambios en el número de aire A, y por lo tanto es posible estimar, con una buena aproximación, el valor de la potencia Px (o un rango limitado de valores de potencia) al cual corresponde el valor asumido por la constante T2. Se puede hacer que, para un cierto valor de la constante T2, el valor promedio de los valores de potencia visibles en el gráfico en T2 sea calculado.Figure 3 shows the set of parameterized curves with the number of air (Ai, A2, A3, ..., An) that represent the trend of the constant T2 according to the changes in the power in the burner. The graph of figure 3 is therefore a different way of visualizing the data present in the table or function F of figure 2. It should be noted that the power P is relatively insensitive to changes in the number of air A , and therefore it is possible to estimate, with a good approximation, the value of the power Px (or a limited range of power values) to which the value assumed by the constant T2 corresponds. The average value of the visible power values in the graph in T2 can be calculated for a certain value of the constant T2.
Con el valor de la constante Ti, calculado en la etapa operativa B3, por otro lado, el valor del número de aire A se lee por medio de la función o tabla F.With the value of the constant Ti, calculated in the operating stage B3, on the other hand, the value of the air number A is read by means of the function or table F.
La figura 4 muestra el conjunto de curvas parametrizadas con el valor de potencia (Pi, P2,..., Pn) que representan la tendencia del número de aire A de acuerdo con los cambios en la constante Ti. El gráfico de la figura 4 representa, por lo tanto, una forma diferente de visualizar los datos presentes en la tabla de correlación o la función F de la figura 2.Figure 4 shows the set of parameterized curves with the power value (Pi, P2, ..., Pn) that represent the trend of the number of air A according to the changes in the constant Ti. The graph of figure 4 therefore represents a different way of visualizing the data present in the correlation table or the function F of figure 2.
En el gráfico de la figura 4, con el fin de correlacionar de manera inequívoca la constante Ti con el número de aire A (con referencia a la potencia P correspondiente), se prefiere excluir el área del gráfico que se refiere a valores de A sustancialmente menores que i.In the graph of Figure 4, in order to unequivocally correlate the constant Ti with the number of air A (with reference to the corresponding power P), it is preferred to exclude the area of the graph that refers to values of A substantially less than i.
Puesto que se ha observado que para valores de A menores que i, la tensión residual asume valores negativos marcadamente en desacuerdo con los valores asumidos para A mayor que i (en un gráfico de tensión residual S' - número de aire A, se observa una tendencia escalonada en la tensión residual en la etapa de valores de A <i a A> i), en la fase de adquisición de datos A también se trazan las condiciones correspondientes a A < i, y se decide un valor umbral de tensión residual, debajo del cual se reconoce la combustión incorrecta.Since it has been observed that for values of A less than i, the residual voltage assumes negative values markedly at odds with the values assumed for A greater than i (in a graph of residual voltage S '- air number A, a stepwise trend in the residual voltage in the value stage of A <ia A> i), in the data acquisition phase A the conditions corresponding to A <i are also plotted, and a residual voltage threshold value is decided, below of which the incorrect combustion is recognized.
De esto se deduce que por el valor de Ti calculado en la etapa B3, el valor de A correspondiente a la potencia Px leída previamente en la función de correlación o en la tabla F se puede leer en el gráfico de la figura 4. El valor estimado del número de aire (Aestim) que caracteriza el proceso de combustión de la condición operativa real analizada se lee a continuación. Se entiende que el procedimiento tiene una aplicación útil, incluso si uno se limita a identificar la potencia Px correlacionada con el valor de la constante de tiempo T2 como se ha explicado en las etapas anteriores.From this it follows that by the value of Ti calculated in step B3, the value of A corresponding to the power Px previously read in the correlation function or in table F can be read in the graph of figure 4. The value Estimated air number (Aestim) that characterizes the combustion process of the actual operating condition analyzed is read below. It is understood that the procedure has a useful application, even if one merely identifies the power Px correlated with the value of the time constant T2 as explained in the previous steps.
Además, como se ha mencionado más arriba, es posible referirse en la fase B a una tabla de correlación, derivando de allí los valores de potencia (Pestim) y número de aire (Aestim) correlacionado con los valores de las constantes deIn addition, as mentioned above, it is possible to refer to a correlation table in phase B, deriving there the power (Pestim) and air number (Aestim) values correlated with the values of the constants of
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tiempo tabuladas Ti y T2, que son por lo tanto adecuados para caracterizar el proceso de combustión de la condición operativa real analizada.tabulated time Ti and T2, which are therefore adequate to characterize the combustion process of the actual operating condition analyzed.
Por medio de la función o tabla de correlación, se realiza un cálculo del valor del número de aire (Aest¡m) correlacionado con el proceso de combustión de las condiciones de operación del quemador. Comparando Aestim con el número de aire objetivo (Aob), es decir, el número adecuado para garantizar una combustión correcta y eficiente, es posible actuar sobre el sistema de control del quemador (actuando sobre el ventilador y / o la válvula moduladora de gas) para modificar las condiciones del proceso de combustión con el objetivo de acercarse al número de aire objetivo (Aob).By means of the function or correlation table, a calculation of the value of the air number (Aestm) correlated with the combustion process of the burner operating conditions is performed. By comparing Aestim with the target air number (Aob), that is, the right number to ensure proper and efficient combustion, it is possible to act on the burner control system (acting on the fan and / or the gas modulating valve) to modify the combustion process conditions in order to approach the target air number (Aob).
Puesto que pueden surgir fenómenos de deriva y afectar a las curvas que caracterizan la función de correlación o tabla F, producidos, por ejemplo, por el electrodo que se encuentra fuera de las tolerancias o por la degradación del electrodo debido al envejecimiento o desgaste, el procedimiento de la invención puede prever un ciclo de calibración o recentrado, que se puede basar en la observación de la corriente de ionización y / o en los valores de las constantes de tiempo características Ti y T2 (o de forma equivalente, en los valores de los gradientes respectivos ai, a2).Since drift phenomena can arise and affect the curves that characterize the correlation function or table F, produced, for example, by the electrode that is outside the tolerances or by the degradation of the electrode due to aging or wear, the The method of the invention can provide for a calibration or re-calibration cycle, which can be based on the observation of the ionization current and / or on the values of the characteristic time constants Ti and T2 (or equivalently, on the values of the respective gradients ai, a2).
El ciclo de calibración puede permitir, por ejemplo, que el quemador opere con mezclas de aire / combustible cada vez más ricas, aumentando el porcentaje del flujo de gas entregado al quemador. En estas condiciones, el número de aire A tiende a reducirse gradualmente desde valores > 1 a valores < 1, pasando por la condición de A = 1, en la que se sabe que la corriente de ionización tiene un valor máximo y la constante de tiempo Ti tiene un valor mínimo El ciclo dispone que, en función de la condición de operación identificada por A = 1 (en la que se mide la corriente de ionización máxima o el valor mínimo de la constante característica T1), se comienza a aumentar la cantidad de aire suministrado, actuando de acuerdo con la velocidad del ventilador hasta que se alcanza un estado en el que el flujo de aire aumenta, por ejemplo, un 30%, alcanzando en este estado un valor de número de aire correspondientemente mayor (A = 1,3); cuando la constante de tiempo T1 se usa, después de identificar el valor mínimo de T1 para A = 1 es posible encontrar el valor de T1 correspondiente a la combustión en A = 1,3 multiplicando el valor por una constante adecuadamente identificada.The calibration cycle may, for example, allow the burner to operate with increasingly rich air / fuel mixtures, increasing the percentage of gas flow delivered to the burner. Under these conditions, the number of air A tends to be gradually reduced from values> 1 to values <1, through the condition of A = 1, in which it is known that the ionization current has a maximum value and the time constant Ti has a minimum value The cycle provides that, depending on the operating condition identified by A = 1 (in which the maximum ionization current or the minimum value of the constant characteristic T1 is measured), the quantity begins to increase of supplied air, acting in accordance with the fan speed until a state is reached in which the air flow increases, for example, by 30%, reaching in this state a correspondingly higher air number value (A = 1 ,3); when the time constant T1 is used, after identifying the minimum value of T1 for A = 1 it is possible to find the value of T1 corresponding to combustion at A = 1.3 by multiplying the value by a properly identified constant.
Con respecto a esta condición operativa conocida, las curvas de la función de correlación o tabla F se pueden actualizar y calibrarse, recuperando cualquier desviación o derivación acumulada previamente.With respect to this known operating condition, the curves of the correlation function or table F can be updated and calibrated, recovering any previously accumulated deviation or derivation.
Usando el procedimiento anterior, también es posible diagnosticar condiciones del aparato que difieren de las condiciones nominales, por ejemplo, causadas por el hecho de que el electrodo se encuentre fuera de las tolerancias o por la degradación del electrodo debido al envejecimiento. Para lograr este fin, es suficiente usar, en lugar de Aj, un parámetro adecuado que represente la condición del aparato (nominal o anómala) existente en la condición "j".Using the above procedure, it is also possible to diagnose conditions of the apparatus that differ from the nominal conditions, for example, caused by the fact that the electrode is outside the tolerances or by the degradation of the electrode due to aging. To achieve this end, it is sufficient to use, instead of Aj, a suitable parameter that represents the condition of the device (nominal or anomalous) existing in condition "j".
También se debe hacer notar que, a diferencia de los procedimientos conocidos para monitorizar y controlar la combustión, el procedimiento de la invención, basado en mediciones de tensión, no está basado en la medición de la corriente de ionización y, por lo tanto, se ve menos afectado por problemas derivados del desgaste y envejecimiento de los electrodos.It should also be noted that, unlike the known procedures for monitoring and controlling combustion, the process of the invention, based on voltage measurements, is not based on the measurement of the ionization current and, therefore, is It is less affected by problems arising from wear and aging of the electrodes.
Otra ventaja está relacionada con la velocidad con la que se obtiene la respuesta a la señal de tensión aplicada al electrodo, lo que hace que el procedimiento sea extremadamente rápido en comparación con las soluciones conocidas.Another advantage is related to the speed with which the response to the voltage signal applied to the electrode is obtained, which makes the procedure extremely fast compared to known solutions.
Otra ventaja adicional reside en el hecho de que el electrodo utilizado en el procedimiento de la invención hace posible usar potenciales de tensión bastante bajos. Esta propiedad hace que el electrodo sea menos costoso en comparación con las soluciones tradicionalmente propuestas.Another additional advantage lies in the fact that the electrode used in the process of the invention makes it possible to use quite low voltage potentials. This property makes the electrode less expensive compared to traditionally proposed solutions.
Una ventaja adicional es que el procedimiento de la invención dispone ventajosamente el uso de un solo electrodo para aplicar la señal de tensión en la llama y recibir la señal de respuesta.An additional advantage is that the process of the invention advantageously provides for the use of a single electrode to apply the voltage signal in the flame and receive the response signal.
Un sistema para controlar y regular la combustión, para el quemador 1, que opera con el procedimiento de la invención proporciona, por ejemplo, las siguientes fases operativas, con referencia al gráfico de la figura 6, en el que la abscisa expresa el número de revoluciones (n) del ventilador, las ordenadas del cuadrante superior expresan la corriente (l) de actuación de la válvula de gas modulante, y las ordenadas del cuadrante inferior expresan el caudal (Q) del gas suministrado (correlacionado con la necesidad de potencia).A system for controlling and regulating combustion, for the burner 1, which operates with the method of the invention provides, for example, the following operational phases, with reference to the graph of Figure 6, in which the abscissa expresses the number of revolutions (n) of the fan, the ordinates of the upper quadrant express the current (l) of actuation of the modulating gas valve, and the ordinates of the lower quadrant express the flow rate (Q) of the supplied gas (correlated with the need for power) .
Las curvas de regulación C, C' de los parámetros que se han mencionado más arriba están predeterminadas típicamente en el circuito de control, como se ilustra en el diagrama. Por lo tanto, por ejemplo, un número de revoluciones n1 y una corriente I1 corresponden a una necesidad Q1.The regulation curves C, C 'of the parameters mentioned above are typically predetermined in the control circuit, as illustrated in the diagram. Therefore, for example, a number of revolutions n1 and a current I1 correspond to a requirement Q1.
Si la potencia necesaria cambia de Q1 a Q2, el número de revoluciones aumenta a n2, en esta condición el circuito de control asocia el valor actual 12 con el modulador. Estos valores están correlacionados con un número de aire objetivo (Aob) considerado óptimo para la combustión. En esta nueva condición de operación, el número de aire efectivo (Aestim) se calcula utilizando el procedimiento que se ha descrito más arriba, y se realiza una comparación entreIf the necessary power changes from Q1 to Q2, the number of revolutions increases to n2, in this condition the control circuit associates the current value 12 with the modulator. These values are correlated with a target air number (Aob) considered optimal for combustion. In this new operating condition, the effective air number (Aestim) is calculated using the procedure described above, and a comparison is made between
Áob y Aestim, haciendo las correcciones apropiadas a los parámetros de corriente I o de número de revoluciones n, para obtener un número de aire esencialmente coincidente con el número de aire objetivo. Preferiblemente, la corriente al modulador se altera, por ejemplo, incrementándola al valor I2'. En este punto, la curva operativa C se actualiza adicionalmente para el número de aire igual al número de aire objetivo, y por lo tanto se convierte en la curva 5 C'.Aob and Aestim, making the appropriate corrections to the parameters of current I or number of revolutions n, to obtain an air number essentially coinciding with the number of target air. Preferably, the current to the modulator is altered, for example, by increasing it to the value I2 '. At this point, the operating curve C is further updated for the number of air equal to the number of target air, and therefore becomes the curve 5 C '.
La actualización de la curva de regulación se puede realizar, por ejemplo, acumulando un cierto número de puntos de corrección y calculando la curva de regresión que se correlaciona con ellos, convirtiéndose la citada curva en la nueva curva de regulación. Alternativamente, es posible realizar una corrección exclusivamente, en su caso, en cada punto de operación, en función de la comparación Aob / Aestim sin identificar una nueva curva de operación (por medio 10 de regresión lineal).The updating of the regulation curve can be carried out, for example, by accumulating a certain number of correction points and calculating the regression curve that correlates with them, converting said curve into the new regulation curve. Alternatively, it is possible to make a correction exclusively, where appropriate, at each operating point, depending on the Aob / Aestim comparison without identifying a new operating curve (by means of linear regression).
El sistema de regulación que se ha descrito más arriba representa simplemente un ejemplo no limitativo para la aplicación del sistema de monitorización y control de combustión de la invención. Se entiende que mediante este procedimiento es posible disponer lógicas específicas para controlar y regular el quemador de acuerdo con las necesidades operativas y del sistema respectivas, proporcionando las citadas lógicas una comparación entre un núme- 15 ro de aire objetivo, óptimo para la combustión, y el número de aire calculado por el procedimiento de la invención.The regulation system described above simply represents a non-limiting example for the application of the combustion monitoring and control system of the invention. It is understood that through this procedure it is possible to provide specific logics to control and regulate the burner according to the respective operational and system needs, the aforementioned logics providing a comparison between a number of target air, optimal for combustion, and the number of air calculated by the process of the invention.
Por lo tanto, la invención alcanza los objetivos propuestos, superando las limitaciones señaladas con respecto a la técnica anterior, demostrando las ventajas que se han descrito con respecto a las soluciones conocidas.Therefore, the invention achieves the proposed objectives, overcoming the limitations indicated with respect to the prior art, demonstrating the advantages that have been described with respect to known solutions.
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