CN102869923B - 用于控制具有气密燃烧室的常压锅炉的方法及装置 - Google Patents

Abstract

锅炉的控制方法，锅炉设有常压燃烧器，其包括用于控制给送至燃烧器(14)的燃气的阀、用于检测燃烧器(14)中存在的火焰的装置(10)、以及锅炉的如燃气阀(15)的功能部件的控制装置(13)、设有其自己的电动马达的风扇、循环器或泵、温度探针，控制装置(13)与存储器(12)配合，根据与火焰、热功率和值λ有关的特征对锅炉的多个最佳操作条件进行制表。在该曲线之一上判定锅炉的工作点，从当前操作值开始修改燃烧用空气与燃气之比，以沿着该曲线移动该工作点，检验比值的该变化是否达到预定值，在达到预定值的情况下，重新设定之前的正确操作的空气燃气比，在相反的情况下，修改燃气流速以获得最佳燃烧比。还要求保护用于实现该方法的装置。

Description

用于控制具有气密燃烧室的常压锅炉的方法及装置

技术领域

本发明的目的是根据独权的前序部分的用于控制设置有常压燃烧器的锅炉的方法。本发明的另一目的是用于实现上述方法的装置。

背景技术

已知，普通的上述类型的燃烧器包括用于控制给送至燃烧器的燃气的阀、用于检测燃烧器中的火焰的装置、燃烧器的功能部件的控制装置，例如，该功能部件如存在于燃烧器中的致动器、由其自己的电动马达驱动的风扇(通常用在密闭燃烧室锅炉中)、循环器、三通换向阀、温度探头等。

市场上通常存在“低端”锅炉，可以预知，通过机械类型的部件，如放置在燃烧用空气入口侧或废气排放侧的压力开关，来确保燃烧用空气的必要提供(以及因此的最佳且无污染燃烧)。除了高昂的成本，其还涉及正常参数之外的燃烧的可能性等的限制，如在主要燃气压力(即使在规则中不提供仍然可以产生污染且可能对人类有害的燃烧)过度变化的情况下或者主要燃气质量改变的情况下，或者在存在排放装置的特殊故障或制造或设计或其他公差的情况下。

此外，也由于服务人员所进行的对于阀本身的校准的干预或者疏忽，离开馈送阀的燃气的压力可能经历变化；因此，如上所述，在锅炉的设计阶段确定的操作参数在锅炉的使用期间并且随着时间的推移可能不能够如确保正确的燃烧(无污染)。

最后，为了防止锅炉在缺水的情况下操作而随后出现损坏热交换部件或者甚至损坏锅炉本身或者损坏周围环境的危险，通过机械部件(单独接触)来检验加热系统和/或主要的液压回路中是否还存在水，使成本增加的该机械部件在这种情况下可能发生故障并且因此损失它们的被指定的“安全”功能。

还已知，在上述类型的锅炉中，在火焰信号水平(更确切地，检测到的以千欧为单位的它的阻抗或者与火焰信号成比例的电流或电压值)与燃烧量之间存在相关性，即，CO、CO₂和类似燃气的水平，上述相关性由与各种工作能力对应的多条曲线限定，根据这些工作能力，可以限定火焰与燃烧质量之间的关系，并且可以识别与对于锅炉的正确操作所需的燃烧用空气/燃气比对应的值的范围(即，在这样的参数范围内燃烧，以没有污染)。

DE10220772涉及一种用于调节燃烧过程的方法，特别是，用于燃烧器，其中，传感器放置在燃烧区域中并且产生表示燃烧的测量信号。对测量信号进行信号处理和调节，其中，将燃料空气比调节至设定值，该设定值基于可调节的空气量来限定。根据测量信号判定具有限定值的调节信号。

DE10220773涉及一种用于调节燃烧过程的方法，尤其是用于燃烧器，其中，测量构件，尤其是电离传感器，被放置在燃烧区域中并且发送与燃烧相关的信号。对该信号进行信号处理，以设定燃料空气比。上述信号处理包括用于产生调节信号的光谱频率分析。其还要求保护用于调节燃烧器燃烧过程的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制上述类型的锅炉的方法和装置，使得其在无污染的燃烧水平工作。

具体地，本发明的目的是省去用于控制锅炉的通风装置的机械部件并且确保甚至在上述异常的工作条件下燃烧的清洁性。

本发明的另一目的是能够获得对排放装置的长度和类型的控制的自适应性和/或增加效率，同时在没有另外的传感器辅助的情况下考虑燃烧清洁度。

本发明的又一目的是，为了使得上述锅炉的控制最佳化，省去用于控制系统的水压和控制水的存在及其以动态方式循环以确保安全操作的机械部件。

对于本领域技术人员清楚的这些及其它目的通过根据所组合的权利要求的方法和装置来实现。

附图说明

为了更好地理解本发明，给出了以下附图，这些附图仅作为示例而非限定提供，其中：

图1示出了与各种工作能力相对应的锅炉的可能的工作曲线的示例曲线图，这些曲线是燃烧(由λ(Lambda)值限定)和火焰阻抗的函数；

图2示出了根据本发明的方法的流程图；

图3A、3B和3C示出了曲线图，该曲线图表示在马达去激活之后的时间内，锅炉的风扇的马达上的检测电压随时间变化的函数，其中，密闭燃烧室分别从高的、低的和空的旋转速度之前的条件开始；

图4示出了根据本发明的装置的框图。

具体实施方式

参照所述附图，关于图1、2和4描述对锅炉的通风装置以及因此的燃烧的控制。很长时间以来已经知道，在锅炉中，通常借助于浸没在火焰中的电极以及用于激励它并且测量火焰水平的限定的电子电路，来控制来自火焰本身的信号，以检验燃烧的“质量”，从而检验其是否在没有产生污染物的情况下并且在规定的限度内进行。

通过监测作为反馈的火焰信号，可以控制正确的燃烧过程。然而，火焰信号本身不能够容易地用于该目的，因为其受到使用公差、燃烧器、燃烧功率的影响；此外，即使对于相同的应用模型(例如，相同的锅炉)，也就是说，参照图1，参数的变化(此处，也由于制造公差、安装类型等)仍然使得绝对操作水平的简单设置不足以考虑为，例如“没有燃烧”，当正确值按绝对值计算为A时，检测火焰水平等于值B’。其证据在于下述情形：作为燃烧反馈的火焰没有在锅炉或常压燃烧器中正确地使用。为此，预先布置正确的燃烧测试，该测试要以预定的定时或锅炉出现特定工作条件下进行。该测试基于火焰燃烧相关性，其无论如何通过部件10来获得，锅炉的燃烧器14(包括普通电的和/或电子构件，并且优选地为微处理器，从而通过存储器限定可编程控制系统)的操作存储在用于控制的装置13的合适的存储器12中，并且对阀15进行干预，以向燃烧器14馈送燃气。

已知的，该相关性限定如下曲线：对于锅炉的给定的工作点，该曲线将燃烧信号的值链接至根据图1的示例的λ(燃烧质量指标)(lambda)的变化。

当定义在其设计和实现阶段确定的具体应用(或锅炉)的通常工作曲线时，在锅炉的使用期间，在预定的时间间隔内或者当检测到特定工作条件(如下所述)时，通过使工作点本身沿着相关曲线行进来出现上述工作点的正确位置。参照上述特定工作条件，在稳定的工作量的情况下检测到与火焰信号有关的变化，其可以被视为用于激活测试的原因，该变化例如(参照图1)从起始点A至不同的点B’。该变化本身是表示但不是必须足以用于判定燃烧条件的变化，而不影响实体。可能需要激活燃烧测试的另一异常条件是检测到火焰信号(通常呈现)的振动幅度的水平远高于正常的。

通过降低给送到燃烧器的燃烧用空气的量来在给定曲线上移动工作点；这是例如通过去激活风扇或者降低风扇速度(例如，通过对用于感应马达230VAC的普通控制系统的起作用，如，通过相位偏移，作用于风扇的马达)来实现的。

所有这些要同时保持燃气离开阀15及被引向燃烧器14的流速恒定。

可替代地，通过修改被引向燃烧器14的燃气的量(例如，通过增加燃气的出口压力)，可以获得类似的结果，通过对合适的控制阀15起作用来保持空气供应的恒定。

以这种方式，工作点随着工作点被放置在其上的曲线而移动(向曲线图中的左侧)。结果可以是(还参照图2)：

a)起始工作点是正确的(例如，在A的周围)(即，在以如此空气和燃气流速以致具有最佳燃烧的控制下的锅炉的正确工作曲线上)，并且，在该情形中，火焰信号将下降(考虑其阻抗值被表示)预定值，直到其接触曲线(X)的最低点然后再上升。如果阻抗差rf_A-rf_CURRENT(其中，rf_CURRENT是在测试期间在时间t_CURRENT处测量到的瞬时火焰的阻抗，rf_A是在燃烧测试开始之前检测到的平均火焰值)达到至少一个预定值(可以在达到最低点X之前达到该值)，则认为测试是正的，重新启动风扇，并且应用继续其正常操作。

b)如果通过改变燃烧用空气与燃气之比来将工作点从(A)移动至不良燃烧的区域(B或B’)，则火焰信号将降低为小于预定值。这导致燃烧测试的负结果。该结果导致阀的排出燃气流速的减小方面的校正措施，目的是使应用返回至在正确燃烧点(C)的工作，其中，随后的燃烧测试的执行将具有正结果。

优选地(非限制条件)，限定燃气离开压力正确性的最大范围，在该排放之后，具有负结果的又一燃烧测试由于不良燃烧产生安全关闭。根据本方法，可以(非限制条件)尝试启动锅炉，并且，如果该条件被重复“n”次尝试，则随后关闭模块(可以通过人工重新设定恢复该状态)。

如果已经判定不良燃烧不适用的条件，则根据相同的方法并且在具有正结果的燃烧测试之后，离开压力可以逐渐或多或少地返回至中间值或者甚至返回至初始值。

因此，系统的优点之一是：在出现对空气通道的阻碍(通常可能在安装中，如通风管上的冰)大于在传统系统中的情况下，简单地通过以减小的量工作，则其能够在清洁燃烧的情况下工作(从而确保使用者的舒适性)。

所实现的测试被配置为：根据以下给出的图2中给定的逻辑的通过-不通过类型测试。

在该图中，其涉及通过减少空气供应来实现的测试，20限定根据上述方法的过程的开始，21表示火焰值的初始测量值，22适于通过去激活风扇或者降低其速度(或者可替代地，流速的变化或者燃气对燃烧器的压力的变化)来修改燃烧用空气与燃气之比的作用。在块23中，测量瞬时火焰值，接着，检验阻抗差大于还是小于设定值(块24)。如果答案是肯定的，则再次增加风扇速度，或者重新激活风扇，如果合适，则增加燃气至燃烧器的流速(块25)，或者如果其对应于限定最大能力的通常预定的最大值，则保持其不变。如果答案是否定的，则在块26中，再次估计阻抗差，并且，如果该估计具有负结果，则在块27中，降低燃气流速。

在块28中，估计燃气流速降低的达到值，如果其小于降低的预定最大值，则在块30终止该过程，或者关闭燃烧器(块29)。

作为另一优点，由于上述操作模式，不同于需要使用除了基本“机械”配置之外的附加元件的当前所使用的解决方案，附加元件用于使燃烧适应环境中的不同类型、长度的燃气排放装置，或者用于恢复(增加)无论在什么情况下环境所允许的应用的效率，根据本发明(用于正确燃烧的测试)，风扇速度可以适应排放装置的长度和截面，或者，在可能的情况下减小风扇速度从而增加锅炉的燃烧效率。其连同风扇速度的控制一起(如下将描述的来实现，例如，通过用于230VAC风扇的相位偏移)使得能够足够近似地判定正确燃烧的点。

该功能在使用的系统中当前通过以下方式来满足：

-人工方式，通过添加隔板(限制空气通过不断变短的排放装置的通道)，或者

-自动方式，通过在锅炉中插入气流或压力传感器，并且基于与所检测的气流有关的信号适应风扇速度。

根据本发明，过程如下：

-从减小的工作速度(低于最大值)开始进行上述测试

-将测试结果用于确认或者改变风扇的工作速度；具体地：

-如果测试检测到正确燃烧并且在预定范围内，则确认当前风扇速度用于给定的工作能力(在该情况下，系统以正确的空气流速工作)；

-如果测试检测到不良燃烧(CO₂低于预定值)，则降低最大工作速度，并且使用最大工作速度作为用于后续燃烧测试的基准；并且，随后，

-如果测试检测到不正确燃烧，则可以根据以下可能性之一来继续进行：

-如果当前工作速度低于最大值，则增加工作速度；或者

如果当前工作速度已经是最大工作速度，则随后进行根据上述点b)的过程(关于图1的分析)，减低燃气流速，如果合适，则在“n”次调整尝试之后关闭锅炉，目的在于获得正确燃烧，没有达到正确燃烧的期望值。

该选项可以连同上述一个来一起使用，或者可能不需要必须被用于控制锅炉的操作。

为了从初始就检测异常条件，通过电流的测量或者马达本身的“交换”功能，可以使上述燃烧测试与通风部件以及因此与风扇的实际激活的上述检测电路相关联(即使不是必须)。为此，可预知电路适于检测当关闭时由马达产生的交流信号和控制算法，预知：

-风扇的激活

-其关闭(在预定时间之后)，以及

-在减速阶段产生的交流电压或电流的测量。

研发的算法使得能够获得与如下情形有关的信息：风扇是否工作(旋转)，其是否连接至网络，以及旋转速度的定性指示。

参照图3A、B和C，它们示出燃气锅炉上通常使用的风扇的马达的检测的行为。在试验时间期间，风扇的电源关闭(在先前已经开始了0.5-10s的命令时间之后)。所述附图示出了通过在风扇关闭之后改变其马达的作用而产生的风扇上的电压的过程。所产生的电压的量、大小和频率(通过控制装置13检测的并且取决于风扇的类型和模式)表示风扇本身的之前的旋转条件。

如果检测到没有旋转(图3C)，则执行安全措施(例如，如果应用是备用模式——燃烧器关闭，如果应用已经开始或者以降低的能力开始或者无法开始，则安全关闭或者重新开始)。

为了获得对锅炉的完全控制，并且同时降低其成本，在使用容置在热交换器中并且由燃烧器来加热的加压水操作的设备中，预知以下方法。

-预知如下电路测试：

-燃烧器14被激活并且以预定能力Qn操作预定时间Tn。能力和时间在设计阶段限定并且取决于重量、热交换器本身的材料及其含水量。时间和能力的大小必须确定为使得在缺乏水和/或循环的情况下至少不能对热交换器造成任何损坏。

此外，它们的大小必须确定为使得能够产生容置在热交换器内部的水的温度的预定上升，稍后用于(如下所述)判定水和主动循环的实际出现。

在此期间，计算存储在燃烧器中的卡路里(通过燃烧器能力的积分获得)，并且监测出口温度。

如果在互导增加(在与所讨论的功能有关的参数的定义阶段判定，并且取决于热交换器、温度探针的类型等)并且大于或等于某个值Dtl，表示为°K/s，的情况下没有检测到温度上升，则关闭燃烧器14，因为估计到热交换器中缺乏水，因此，温度立刻传送至探针，以便构成热交换器的金属的热传导，并且由于其内部存在水而不会减弱。

在相反情况下，存储平均的出口温度。接着，激活循环器或泵(图中未示出)。如果循环器工作，并且热交换器中存在水，则应当检测根据存储在热交换器中的热量判定的瞬时温度上升，该温度上升取决于重量、其材料及其含水量。如果测试的结果是正的(Dt在设计阶段所限定的范围内)，则锅炉对打开的燃烧器(正常操作)的操作可继续进行。在相反的情况下，关闭燃烧器，并且如果适当，则执行一个或更多个试验阶段。

所获得的动态类型测试提供关于水/主动循环存在的信息，并且使得能够省去锅炉中通常使用的绝对压力开关或者循环流量计。

已经描述了本发明的具体实施方式。然而，其它实施方式也是可行的并且是在组合的权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种适于执行锅炉的燃烧测试的控制方法，所述锅炉具有气密燃烧室并且设置有常压燃烧器，所述常压燃烧器包括用于控制给送至所述燃烧器(14)的燃气的阀、用于检测所述燃烧器(14)中存在的火焰并且用于产生表示燃料条件的信号的火焰检测装置(10)、以及所述锅炉的功能部件的控制装置(13)，所述功能部件包括燃气阀(15)、设有其自己的电动马达的风扇、循环器或泵、温度探针，所述控制装置(13)接收来自所述火焰检测装置(10)的信号并且与存储器(12)配合，其中，所述锅炉的多个工作条件被制表为与所述火焰、所述锅炉的热工作功率和燃烧质量指标有关的特征的曲线函数，其特征在于，为了执行所述燃烧测试，在操作条件下，并且在预定的时间段内或者在所述锅炉内的特定工作条件出现时，在所述锅炉的使用期间的离散的时间段内，

在这样的曲线之一上判定所述锅炉的工作点；

从当前或实际操作值开始修改燃烧用空气与燃气之间的比，以沿着这样的曲线移动这样的工作点，并且将其朝向所述曲线的较低点(X)移动；

估计阻抗差rf_A-rf_CURRENT，

其中，rf_CURRENT是在所述测试期间在时间t_CURRENT处测得的瞬时火焰的阻抗，以及

rf_A是在所述燃烧测试开始之前检测到的平均火焰值；

检验所述比的这样的变化是否具有使所述阻抗差达到预定值的结果；

在达到预定值的情况下，所述测试被认为是正的并且在上述工作点处的燃烧被认为是正确的、即在规定的限度内，对之前的操作空气燃气比进行重新设定，以使得所述锅炉能够在所述测试开始时继续其正常操作；

在相反的情况下，修改燃气流速，以使所述锅炉返回到正确燃烧的工作点，在所述正确燃烧中，执行的随后燃烧测试将具有正结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在预定的时间段内或者当检测到特定工作条件时，执行所述燃烧测试，所述检测到特定工作条件包括检测到火焰信号与基准值相比的变化、或检测到所述火焰信号的振动的幅度的水平远高于正常水平。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过减少馈送至所述燃烧器(14)的燃烧用空气的量来修改所述燃烧用空气与燃气之间的比，这样的减少通过干预风扇及其旋转速度来获得。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在保持到所述燃烧器的燃气流恒定的同时执行对所述燃烧用空气与燃气之间的比的修改。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在空气流速恒定的情况下，通过修改被引向至所述燃烧器(14)的燃气的量来进行对所述燃烧用空气与燃气之间的比的所述修改。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值是所述工作曲线中的最小一个。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在所述燃烧用空气与燃气之间的比在预定次数的变化之后没有达到预定值的正确燃烧，则根据所述阻抗差及其与预定值的比较，估计是否需要修改所述燃烧用空气与燃气之间的比，以及是否需要继续进行对这样的差的估计，直到实现了正确的燃烧或者直到所述锅炉操作被阻止或关闭。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从其中燃气量已经减小以获得正确燃烧的条件开始，如果已经导致上述的其中燃气量已经减小以获得正确燃烧的条件的原因不适用，则增加燃气流速直到其达到预定值的正确燃烧，或者如果可能返回起始值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述工作点的判定以及所述燃烧用空气与燃气之间的比的变化显示出锅炉的不良燃烧，则减小至所述燃烧器(14)的燃气流速，以重新设定正确燃烧。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果所述燃气流速的减小没有重新设定正确燃烧的值，则预知在所述锅炉启动时的新尝试和安全关闭或者在人工重新设定请求的情况下的块关闭。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预知对所述风扇的控制，所述控制在对所述锅炉的所述工作点的检验和对所述燃烧用空气与燃气之间的比的随后修改期间获得，分别根据正确燃烧的判定或者根据CO₂排放低于预定值的非最佳燃烧的判定来维持或者降低所述风扇的旋转速度，以获得对排放装置的适应或者效率的恢复。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在检测到非最佳燃烧的情形中，通过增加所述风扇的旋转速度来修改所述风扇的旋转速度。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，如果所述风扇的旋转速度是最高的，则降低至所述燃烧器的所述燃气流速，所述降低被连续多次地执行，并且，如果在最多次数的变化之后没有获得期望的燃烧值，则关闭所述锅炉。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述风扇的电源的去激活之后，测量由所述风扇的电动马达产生的交流电来估计所述风扇的正确功能。

15.一种用于控制锅炉的方法，所述锅炉具有气密燃烧室，所述气密燃烧室设置有常压燃烧器，所述常压燃烧器包括用于控制给送至燃烧器(14)的燃气的阀以及所述锅炉的操作部件的控制装置(13)，所述操作部件包括热交换器、用于水的泵，已加热的加压水从所述燃烧器(14)流入所述热交换器中，其特征在于提供：

-以预定能力激活所述燃烧器(14)并且持续预定时间，

-计算在所述泵停止的情况下在这样的预定时间内所述热交换器中存储的卡路里，

-在所述泵的再激活之后，监测所述热交换器的温度的实时变化，以检验所述热交换器中是否存在水。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果在所述泵停止的情况下，在所述热交换器中的卡路里的存储阶段所存储的值与在所述泵的重新激活之后的时间内所检测到的值之间的所述热交换器的水的出口温度的差在预定范围内，则检测到所述热交换器中存在水并且存在有效的水循环。

17.一种用于实现根据权利要求1所述的方法的装置，所述方法在锅炉中执行，所述锅炉具有气密燃烧室并且包括用于检测燃烧器(14)中的火焰的装置(10)、功能部件的控制装置(13)，所述功能部件包括燃气阀或风扇，其特征在于，所述装置包括包含所述锅炉的多条工作曲线的存储装置(12)，根据在这样的装置之一上检测到的当前工作点的位置，燃烧用空气/燃气比被修改以沿着这样的曲线移动这样的工作点，直到获得与所述正确燃烧对应的最佳工作点，所述最佳工作点对应于最佳燃烧用空气/燃气比。