燃氣燃燒控制方法及相應的燃燒控制系統技術方案

描述了一種用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，燃燒設備的類型包括具有電極(E1)的傳感器(8)，電極位于火焰中或靠近火焰且能夠通過電壓發生器供電，并且還連接到適合于測量在所述電極處的所得電勢的電路。所述方法包括：第一階段，從實驗條件獲取和處理數據；和第二階段，在燃燒器的實際操作情況下評估所需燃燒特征。在第一階段中，預選定燃燒器(1)的多種實驗燃燒條件，在所述條件中的每一者中向燃燒器施加功率(P1,P2,Pn)和燃燒特征的另一重要參數(K1,K2,Km)，在所述實驗條件中的每一者下向所述電極(E1)施加電壓信號且執行對響應信號的采樣，基于采樣值的序列針對實驗條件中的每一者計算所述信號的波形的特征參數，以便基于所獲取的實驗數據計算相關函數，所述相關函數能夠明確地使功率和燃燒特征的另一重要參數與在電極處的信號的波形特征參數相關。第二階段包括以下步驟：向所述電極(E1)施加電壓信號且執行對所得響應信號的采樣，基于采樣值的序列計算在電極處的響應信號的波形特征參數，以及通過使用所述相關函數來計算所需燃燒特征的估計值。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】燃氣燃燒控制方法及相應的燃燒控制系統
本專利技術涉及一種用于監視和控制在用于鍋爐、熱水箱、壁爐等設備的燃氣燃燒器中的燃燒的方法，其具有在主權利要求的前序部分中提到的特征。本專利技術還涉及根據所述方法進行操作的燃燒控制系統。
技術介紹
在參考
中已知，為了維持高效燃燒，必需將空氣的量與引入到燃燒器中的燃氣的量之間的比值維持在預定最優值左右，所述預定最優值基本上取決于所使用的燃氣的類型且一般來說還可以取決于通過燃燒器(即，通過燃氣流速)輸送的功率的值。以此方式，隨時間推移可以實現且維持完全燃燒過程而沒有作為煙的過多能量損耗，同時使污染氣體的產量降到最低且遵守各國的排放法規。為了實現此維持最優空氣/燃氣比的目標，已經在參考
中研發出各種裝置和方法。在本專利技術的特定范圍中，存在基于火焰分析且具體來說對火焰的燃燒區中的氣體電離的分析來監視和控制燃燒的已知方法。典型的方法規定使用電極，所述電極放置于火焰區中或靠近火焰區且連接到電路，所述電路向所述電極施加固定或可變電壓且測量經過所述電極的電流。借助于用于處理和分析電流信號的系統來估計一或多個燃燒相關參數。所述處理系統包含用于分析信號的頻譜的已知方法，所述分析能夠確認指示火焰不穩定性或非最優燃燒的頻譜或其變化，基于所述分析，提供用于校正燃燒的系統以便使所述燃燒回到所需情況。已知方法的可確認局限性主要涉及頻譜分析的結果的可靠性且涉及所述結果與燃燒過程的相關性。局限性還可以在用于接收電離傳感器中的信號的電極的可能的磨損和老化中遇到，隨之而來的是對通過頻譜處理算法分析的數據的可靠性和準確性的影響。如果燃燒控制將在調節類型的燃燒器中執行，那么前述局限性還被放大，在所述燃燒器中通過在燃燒器的最小功率和最大可容許功率之間的范圍內改變所需功率來尋求最優燃燒情況。還已知的是，適合于正常燃燒的在燃氣流速與空氣流速之間的體積比也取決于燃氣的類型。因此，每個燃氣族與對應的特定控制曲線(例如，所述控制曲線使燃氣流速與空氣流速相關)相關。用于控制燃燒的已知系統的問題中的一者包含確認燃氣的族和關聯各最優控制曲線。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是產生一種用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器中的燃燒的方法和根據所述方法進行操作的燃燒控制系統的問題，所述方法和燃燒控制系統在結構上和功能上設計成克服上文參考所引用的現有技術而闡述的局限性。在此問題的背景下，本專利技術的一個目標是使得可獲得一種控制方法和系統，所述控制方法和系統能夠確保在整個流速的范圍上(且針對各種燃氣類型)的最優燃燒，即，確保燃燒器規格所期望的功率，從而確保在分析與燃燒過程相關的信號時的可靠且可重復的結果。本專利技術的另一目標是提供一種控制方法和系統，所述控制方法和系統在所述設備的燃燒器的安裝和使用期間管理和表征起來都較簡單。本專利技術通過用于控制在燃氣設備的燃燒器中的燃燒的方法和系統來解決此問題且實現這些目標，所述方法和系統根據所附權利要求書實施。附圖說明通過非限制性地且參考附圖的信息示出的本專利技術的優選實施例的具體實施方式，本專利技術的特征和優點將變得更加清楚，在所述附圖中：-圖1是設置有燃燒控制系統的設備的燃燒器的示意圖，該燃燒控制系統是根據本專利技術的用于監視和控制燃燒的方法進行工作的，-圖2是示出在實施本專利技術的燃燒控制方法的燃燒器設備的風扇的操作參數與調節燃氣閥的操作參數之間的相關性的曲線的曲線圖。具體實施方式首先參考圖1，數字1總體上指示設置有燃燒控制系統的燃燒器，所述燃燒控制系統制造成根據本專利技術的用于監視和控制燃燒的方法進行操作。燃燒器1以本身已知但未在附圖中示出的方式容納于意圖用于產生家用熱水和/或聯接到空間加熱系統的設備(未圖示)中。燃燒器1包括通過第一管道3和第二管道4來供應的燃燒室2，所述第一管道和第二管道經構造以便對應地將空氣流和燃氣流引入到燃燒室2中。優選地，第二管道4在燃燒室2(預混合燃燒器)的上游進入第一管道3。在空氣-燃氣混合區段中，設置具有可變旋轉速度的風扇5。數字6指示放置在燃氣管道4上以控制引入到燃燒器中的燃氣的流速的調節閥。燃燒室2在下游連接到煙囪7，由燃燒產生的廢氣通過所述煙囪排出。數字8指示下文更加詳細描述的燃燒監視傳感器，所述傳感器連接到設置有適合于根據本專利技術的方法控制燃燒器的電路的控制裝置9，如下文所示出的。控制裝置也在工作上連接到風扇5和調節閥6兩者，以便控制這些元件。傳感器8定位成靠近燃燒器火焰，所述燃燒器能夠接收來自電壓發生器的供電，且所述傳感器還連接到適合于測量在所述傳感器處的所得電勢的電路。一個實施例規定傳感器8包括指示為E1、E2的兩個電極，所述電極放置在火焰內部或靠近火焰。作為替代方案，規定使用單一電極，對該單一電極施加電壓信號且在斷開所述信號之后，借助于對響應信號的一系列采樣立刻獲取響應信號。根據從關于在燃燒過程中產生的等離子體的物理學知識已知，如果將電荷從外部引入到等離子體中，那么通過所述電荷產生的電場引起構成等離子體的電荷的運動；此運動根據所引入的外部電荷的增加而增加。然而，存在某一電場值，超出所述電場值，帶電顆粒的流動不再增加(飽和)。所述運動在電子和離子方面大大不同：輕得多且小得多的電子移動起來快得多且沿著其路徑遭受少得多的碰撞。這意味著，前述飽和現象在正離子的情況下出現得早得多，而對于電子則較晚發生。由于帶電顆粒的移動，由所引入的外部電荷產生的宏觀效果是等離子體的電場的改變。此電場以“德拜長度”的數量級的距離圍繞所述顆粒傳播。結合上文，此距離對于電子較大，即，對于其中所引入的電荷為正的情況較大。相比之下，所述距離對于正離子會小得多，與其中所引入的電荷為負的情況相對應。返回到本專利技術的方法，將具有隨時間變化的給定波形的電信號施加到電極E1；此電勢等效于在描述中先前提到的擾動電荷。電極E2位于合適的距離處且獲取通過等離子體電荷的運動確定的電勢的值，所述運動由E1導致且響應于上文所描述的動力。此電勢通過電路來測量且如下文所描述進行處理。因此本專利技術的方法的基本概念是，藉由在燃燒之前的氧化劑和燃料的混合物的組成來明確地確定在電極E2處的所得波形。必需知道此組成，以便能夠預測任何重要的燃燒效果，例如所產生的CO2和CO的量以及所產生的熱功率。以此方式，也可以補償除在所述領域中指示為G20和G31的標準氣體之外的燃氣的效果。因此，如果我們知道空氣/燃料比(空氣數量以另外的方式標記為“λ”)，那么有可能產生用于燃氣燃燒器設備的燃燒控制系統。本專利技術的方法基本上包括兩個宏觀操作階段：第一階段，稱作F，其中，從實驗條件獲取和處理數據；第二階段，稱作H，其旨在在燃燒器的實際工作條件下評估空氣數λ或所產生的CO2和CO的量或所產生的熱功率。這些階段又都包括一系列操作步驟，所述操作步驟將在下文得到詳細描述。以下描述內容闡述了與評估空氣數λ相關的步驟，但也可以相同的方式針對與燃燒相關的其它參數應用所述步驟。在下文，燃燒的特征的此重要參數還將在更一般的意義上被稱為K，且除燃燒器的功率P之外，此重要參數還可以(例如)被選為空氣數λ或選為在燃燒過程中所排放的CO2或CO的濃度(％或ppm)，應理解，作為替代方案，還可以預選定燃燒的另外的重要參數。階段F的第一操作步驟示出為F1，其規定，確認燃燒器的多種(1,2,.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，所述燃燒設備的類型包括具有電極(E1)的傳感器(8)，所述電極位于火焰中或靠近所述火焰且能夠通過電壓發生器供電，并且還連接到適合于測量在所述電極(E1)處的所得電勢的電路，所述方法包括：?第一階段，獲取且處理來自實驗條件的數據，其包括以下步驟：?確認所述燃燒器(1)的多種實驗燃燒條件，對于所述條件中的每一者?向所述燃燒器施加一定數目n的預選定功率水平的各功率(P1,P2,....,Pn)和一定數目m的水平的燃燒特征的另一重要參數(K1,K2,....,Km)，使每個水平n的功率與各個水平m的所述另一參數相關聯，將每個實驗條件重復預定數目r次，?在所述(n×m×r)實驗條件中的每一者中，向所述電極(E1)施加電壓信號，且在斷開施加到所述電極的所述信號之后，對在所述電極處的所得響應信號執行一系列采樣，?基于采樣值的序列，針對所述實驗條件中的每一者計算所述響應信號的波形的對應的特征參數，?基于所獲取的實驗數據計算相關函數，所述相關函數能夠明確地使所述功率(P)和所述燃燒特征的所述另一重要參數(K)與在所述燃燒器(1)的燃燒過程中在所述電極(E1)處的所述信號的所述波形的所述特征參數相關，?以及第二階段，在所述燃燒器(1)的實際工作條件下評估所述燃燒特征的所述重要參數，其包括以下步驟：?在所述實際工作條件下，向所述電極(E1)施加電壓信號，且在斷開施加到所述電極的所述信號之后，對在所述電極處的所得響應信號的執行一系列采樣，?基于采樣值的序列，針對所述工作條件計算所述響應信號的波形的對應特征參數，?通過使用所述相關函數來計算所需燃燒特征的估計值。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.09.27 IT PD2012A0002811.一種用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，所述燃氣設備的類型包括具有電極的傳感器(8)，所述電極位于火焰中或靠近火焰且能夠通過電壓發生器供電，并且還連接到適合于測量在所述電極處的所得電勢的電路，所述用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法包括：-第一階段，獲取且處理來自實驗條件的數據，其包括以下步驟：-確認所述燃燒器(1)的多種實驗燃燒條件，對于所述多種實驗燃燒條件中的每一種-向所述燃燒器施加一定數目n的預選定功率水平的相應的功率(P1,P2,....,Pn)和一定數目m的水平的燃燒特征的另一重要參數(K1,K2,....,Km)，使各個預選定功率水平n的相應的功率與各個水平m的所述另一重要參數相關聯，所述燃燒特征的所述另一重要參數至少從空氣數(λ)和燃燒過程中的CO2或CO濃度中選擇，所述空氣數理解為所述燃燒過程中的空氣的量與用于化學計量燃燒的空氣的量之間的比值，將每種實驗條件重復預定數目r次，-在所述多種實驗燃燒條件中的每一者中，向所述電極施加電壓信號，且在斷開施加到所述電極的所述電壓信號之后，對在所述電極處的所得響應信號執行一系列采樣，-基于采樣值的序列，針對所述多種實驗燃燒條件中的每一者計算所述響應信號的波形的對應的特征參數，所述響應信號的所述波形的所述特征參數通過使用函數變換來獲得，-基于所獲取的實驗數據計算相關函數，所述相關函數能夠明確地使所述功率(P1,P2,....,Pn)和所述燃燒特征的所述另一重要參數(K1,K2,....,Km)與在所述燃燒器(1)的燃燒過程中在所述電極處的所述響應信號的所述波形的所述特征參數相關，-以及第二階段，在所述燃燒器(1)的實際工作條件下評估所述燃燒特征的所述另一重要參數，其包括以下步驟：-在所述實際工作條件下，向所述電極施加電壓信號，且在斷開施加到所述電極的所述電壓信號之后，對在所述電極處的所得響應信號的執行一系列采樣，-基于采樣值的序列，針對所述實際工作條件計算所述響應信號的波形的對應特征參數，-通過使用所述相關函數來計算所需燃燒特征的估計值；將周期性脈沖電壓信號施加到所述電極。2.根據權利要求1所述的用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，其特征在于，允許使所測量的波形與所述燃燒特征的所述重要參數相關的所述相關函數通過使用回歸分析技術來獲得。3.根據權利要求1所述的用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，其特征在于，所述周期性脈沖電壓信號在信號周期上包括具有正振幅的第一脈沖，跟隨所述第一脈沖的是具有負振幅的第二脈沖。4.根據權利要求1所述的用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，其特征在于，所述周期性脈沖電壓信號在信號周期上包括具有正振幅或負振幅的脈沖。5.根據權利要求1所述的用于監視和控制在燃氣設備的燃燒器(1)中的燃燒的方法，其特征在于，規定：-以恒定振幅(M)且以預定頻率(f)向所述電極施加具有脈沖交流波形的電壓，-在所述電極處的每個單獨的脈沖之后獲取所述響應信號，-以所述電極的所述脈沖交流波形的所述預定頻率并且以其隨后的諧波向在所述電極處獲取的所述響應信號的所述波形應用離散傅里葉變換(DFT)，從而獲得針對所述預定頻率的所述恒定振幅(M)和相位(Ф)，-執行針對與所述功率(P1,P2,....,Pn)相對應的實驗燃燒條件中的每一者的操作，且在所述空氣數的值(λ1,λ2,.....,λm)處，針對這些功率中的每一者，將每個所述實驗燃燒條件重復預定數目(r)，其中觀測的總數目等于n×m×r，-針對每個實驗條件(i,j)，通過應用所述離散傅里葉變換(DFT)來計算每個實驗條件的振幅(M1i,j,M2i,j,………Mpi,j)和每個實驗條件的相位(Ф1i,j,Ф2i...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·A·阿貝特，L·伯托利，A·弗朗奇，G·皮洛瓦諾，
申請(專利權)人：西特股份公司，
類型：發明
國別省市：意大利;IT