Procedimiento para la regulación de un proceso de combustión.

Procedimiento para la regulación de un proceso de combustión en una instalación

(1), en particular una central eléctrica, una planta de incineración de basuras o una planta de cemento, en la que se transforma material (G) con alimentación de aire (L) por medio del proceso de combustión y el estado del sistema en la instalación (1) se describe mediante variables de estado (x, y) y se regula al menos por medio de un bucle de control (3, 5, 7, 9), caracterizado por que para al menos una pareja de variables de estado correlacionadas (x, y) se definen grupos de estados (Z), que son comparables con respecto a variaciones (dx/dt, dy/dt) de las variables de estado correlacionadas (x, y), caracterizándose cada grupo de estados comparables (Z) con respecto a sus funciones de transición por parámetros (Kp, Tn, Tv) de un regulador estándar, y adaptándose los parámetros (Kp, Tn, Tv) a datos de estados reales, y por que en el caso de variaciones del estado del sistema en la instalación (1) se seleccionan los grupos más cercanos de estados comparables (Z) y se utilizan para la regulación sus funciones de transición caracterizadas por los parámetros (Kp, Tn, Tv).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06020672.

Solicitante: STEAG Powitec GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: IM TEELBRUCH 134B 45219 ESSEN ALEMANIA.

Inventor/es: WINTRICH, FRANZ, STEPHAN,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos... > Sistemas de control de la combustión (F23N 1/00,... > F23N5/26 (Detalles)

PDF original: ES-2473592_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la regulaciïn de un proceso de combustiïn La invenciïn se refiere a un procedimiento para la regulaciïn de un proceso de combustiïn, con las caracterïsticas del preïmbulo de la reivindicaciïn 1.

En un procedimiento de este tipo conocido por el documento JP 04-076307 A y de una instalaciïn que funciona con el mismo se lleva a cabo una regulaciïn por medio de un bucle de control construido de forma sencilla. El documento EP 0 955 499 A2 y el documento CH 663 999 A5 dan a conocer instalaciones y procedimientos correspondientes. Por medio de sensores adicionales podrïa tener lugar una optimizaciïn de la regulaciïn cuando el comportamiento de transiciïn del bucle de control se conociera con mayor exactitud.

La presente invenciïn se basa en el objetivo de mejorar un procedimiento del tipo mencionado al principio en el

sentido de que pueda desarrollarse de forma automatizada. Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento con las caracterïsticas de la reivindicaciïn 1. Otras configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Representïndose para grupos de estados comparables el comportamiento del bucle de control real con respecto al comportamiento de un bucle de control con un regulador estïndar, se proporcionan funciones de transiciïn, por medio de las cuales son posibles mejores predicciones de estados futuros y una regulaciïn optimizada.

La invenciïn puede utilizarse en distintas instalaciones termodinïmicas estacionarias, en particular centrales elïctricas, plantas de incineraciïn de basuras y plantas de cemento.

A continuaciïn se explica en detalle la invenciïn por medio de un ejemplo de realizaciïn representado en el dibujo.

Muestran la figura 1 una representaciïn esquemïtica de una instalaciïn,

la figura 2 una representaciïn esquemïtica de la tabla de las parejas de variables de estado correlacionadas con los grupos asociados de estados comparables, y

la figura 3 una representaciïn esquemïtica de un salto y la respuesta gradual en una pareja de variables de estado correlacionadas.

Una instalaciïn 1, por ejemplo una central tïrmica de carbïn, central elïctrica de petrïleo o central elïctrica de gas, una planta de incineraciïn de basuras o una planta de cemento, con generaciïn de vapor integrada comprende un horno 3, por lo que debe entenderse tambiïn una parrilla, un regulador 5 convencional, al menos un sensor 7, al menos un dispositivo de ajuste 9, y un ordenador 11.

Al horno 3 se alimenta combustible u otro material que va a transformarse, denominado de forma abreviada como material G, por ejemplo carbïn, petrïleo, gas, basura, cal o similares, asï como aire (u oxïgeno) primario y aire (u 45 oxïgeno) secundario, denominado de forma abreviada como aire L, controlïndose esta alimentaciïn mediante los dispositivos de ajuste 9. La activaciïn de un dispositivo de ajuste 9 se denomina acciïn. En el horno 3 tiene lugar un proceso de combustiïn, en el que como fin principal o secundario se genera vapor. Los sensores 7 registran, a lo largo del tiempo t, distintos datos de la instalaciïn 1, por ejemplo la alimentaciïn de material G y aire L, imïgenes del cuerpo de llama F en el horno 3, la cantidad de vapor generada D o vaporizaciïn especïfica dD/dt, concentraciones de gas y de sustancias nocivas en el gas de escape o temperaturas.

Mediante al menos el horno 3 como tramo (de regulaciïn) , el sensor 7 para el registro de la cantidad de vapor D o vaporizaciïn especïfica dD/dt, el regulador 5 y los dispositivos de ajuste 9 se define un bucle de control. Al ordenador 11 pueden estar conectados sensores 7 adicionales. Para la activaciïn el ordenador 11 estï conectado al

menos al regulador 5, opcionalmente tambiïn directamente a los dispositivos de ajuste 9. Los sensores 7 registran, tan adecuadamente como sea posible, el estado del sistema que estï definido por distintas variables de estado. Algunas de las variables de estado, en concreto las magnitudes de ajuste o magnitudes de entrada x, estïn asociadas a los dispositivos de ajuste 11 individuales y sus posibilidades de activaciïn. Otras variables de estado que pueden registrarse, por ejemplo la cantidad de vapor D o vaporizaciïn especïfica dD/dt son magnitudes de salida y, en las que se determina la desviaciïn del valor real con respecto al valor teïrico. Por otra parte, otras variables de estado, por ejemplo el poder calorïfico del material G, son magnitudes perturbadoras, que no pueden registrarse directamente.

El ordenador 11 optimizarï la regulaciïn efectuada por el regulador 5. Para ello se examina de acuerdo con la 65 invenciïn el comportamiento del bucle de control, para registrar y aprender las funciones de transiciïn en el sistema de la instalaciïn 1.

Se muestra que determinadas parejas de variables de estado estïn correlacionadas, es decir, muestran en su comportamiento una relaciïn mïs estrecha que otras combinaciones posibles. Para cada pareja de variables de estado correlacionadas, por ejemplo la cantidad de aire L alimentado como una magnitud de entrada x y la vaporizaciïn especïfica dD/dt como una magnitud de salida y, se traza una tabla, que establece variaciones dx/dt de la magnitud de entrada x en relaciïn a variaciones dy/dt de la magnitud de salida y. En cambio, pueden estar tambiïn correlacionadas dos magnitudes de salida, por ejemplo el contenido en oxïgeno y el contenido en diïxido de azufre en el gas de escape, de modo que obtienen una tabla propia.

Cada tabla contiene por ejemplo tres filas y tres columna, es decir, nueve celdas. Las tres columnas representan un aumento de la magnitud de entrada x (dx/dt > 0) , una magnitud de entrada que permanece al menos aproximadamente constante x (dx/dt = 0) y una reducciïn de la magnitud de entrada x (dx/dt < 0) . Las tres filas representan un aumento de la magnitud de salida y (dy/dt > 0) , una magnitud de salida que permanece al menos aproximadamente constante y (dy/dt = 0) y una reducciïn de la magnitud de salida y (dy/dt < 0) . Las celdas individuales representan por lo tanto en cada caso un grupo determinado de estados Z, opcionalmente transitorios, que son comparables con respecto a las variaciones de las dos variables de estado x e y correlacionadas.

Para llenar las celdas de la tabla con contenidos, se aplica que el sistema se regula por un regulador estïndar ficticio, en el presente caso un regulador PID. El regulador PID puede caracterizarse de manera en sï conocida por tres parïmetros, en concreto el factor de refuerzo proporcional Kp, el tiempo de restituciïn TN y el tiempo de acciïn derivada Tv. Estos tres parïmetros se utilizan en cada celda. La respuesta gradual, es decir la respuesta del regulador PID a un salto en su entrada, muestra por ejemplo una sobreoscilaciïn como estado transitorio con aproximaciïn posterior al nuevo estado. La celda central reproduce el estado en el valor teïrico.

Los parïmetros en las tablas asï preparadas se adaptan en el ordenador 11 a datos de estados reales, que se obtienen por ejemplo en primer lugar mediante una puesta en marcha especial de estados y mïs tarde se obtienen preferentemente a partir del funcionamiento en marcha. A este respecto los parïmetros de cada celda se determinan de acuerdo con mïtodos estadïsticos a partir de los datos de los estados correspondientes. Pueden usarse procedimientos de aprendizaje corrientes. Para un mejor procesamiento para el ordenador 11 pueden ponerse en fila uno tras otro los parïmetros de todas las celdas de todas las tablas. Este campo unidimensional se denomina genoma.

Con la tabla rellenada el ordenador 11 puede encontrar ahora mejores predicciones y, por lo tanto, optimizar la regulaciïn del regulador 5. Si varïa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la regulaciïn de un proceso de combustiïn en una instalaciïn (1) , en particular una central elïctrica, una planta de incineraciïn de basuras o una planta de cemento, en la que se transforma material (G) con 5 alimentaciïn de aire (L) por medio del proceso de combustiïn y el estado del sistema en la instalaciïn (1) se describe mediante variables de estado (x, y) y se regula al menos por medio de un bucle de control (3, 5, 7, 9) , caracterizado por que para al menos una pareja de variables de estado correlacionadas (x, y) se definen grupos de estados (Z) , que son comparables con respecto a variaciones (dx/dt, dy/dt) de las variables de estado correlacionadas (x, y) , caracterizïndose cada grupo de estados comparables (Z) con respecto a sus funciones de transiciïn por parïmetros (Kp, Tn, Tv) de un regulador estïndar, y adaptïndose los parïmetros (Kp, Tn, Tv) a datos de estados reales, y por que en el caso de variaciones del estado del sistema en la instalaciïn (1) se seleccionan los grupos mïs cercanos de estados comparables (Z) y se utilizan para la regulaciïn sus funciones de transiciïn caracterizadas por los parïmetros (Kp, Tn, Tv) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado por que para cada pareja de variables de estado correlacionadas (x, y) las combinaciones posibles de variables de estado (x, y) que se aumentan, que permanecen al menos aproximadamente constantes y que se reducen definen en cada caso un grupo de estados comparables (Z) , que se ordenan preferentemente en una tabla.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 2, caracterizado por que se forman nueve combinaciones.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada grupo de estados comparables (Z) se caracteriza con respecto a sus funciones de transiciïn por parïmetros (Kp, Tn, Tv) de un regulador PID.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los parïmetros (Kp, Tn, Tv) se adaptan estadïsticamente a datos de estados reales.

6. Instalaciïn (1) , en particular central elïctrica, planta de incineraciïn de basuras o planta de cemento, que se

regula por medio de un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con un horno (3) , en el que el material (G) se transforma con alimentaciïn del aire (L) por medio del proceso de combustiïn, un regulador (5) , al menos un sensor (7) para la mediciïn de una variable de estado (x, y) , al menos un dispositivo de ajuste (9) , en la que al menos el horno (3) , el regulador (5) , el sensor (7) y el dispositivo de ajuste (9) definen el bucle de control (3, 5, 7, 9) , y un ordenador (11) , que optimiza la regulaciïn efectuada por el regulador (5) , caracterizada por que el

ordenador (11) define los grupos de estados comparables (Z) , adapta los parïmetros (Kp, Tn, Tv) a datos de estados reales, en el caso de variaciones del estado del sistema en la instalaciïn (1) selecciona los grupos mïs cercanos de estados comparables (Z) y usa sus funciones de transiciïn caracterizadas por los parïmetros (Kp, Tn, Tv) para predecir estados futuros y para la activaciïn del regulador (5) y/o del dispositivo de ajuste (9) .

7. Instalaciïn de acuerdo con la reivindicaciïn 6, caracterizada por que en el ordenador (11) estï implementada una red neuronal, por medio de la cual el ordenador (11) predice estados futuros, determina una acciïn adecuada y controla el regulador (5) y/o el dispositivo de ajuste (9) .

8. Instalaciïn de acuerdo con la reivindicaciïn 7, caracterizada por que el ordenador (11) para predecir estados 45 futuros ademïs de las funciones de transiciïn caracterizadas por los parïmetros (Kp, Tn, Tv) incluye informaciïn adicional, en particular procedente del procesamiento de imïgenes de la imagen de un cuerpo de llama (F) , que se forma durante la conversiïn del material (G) .

9. Instalaciïn de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada por que el ordenador (11) activa el 50 regulador (5) por medio de la variaciïn de los valores teïricos de variables de estado (x, y) .