Sistema y procedimiento para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas en un sistema de caldera.

Un procedimiento para la ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas dentro delsistema de caldera (12),

teniendo el sistema de caldera (12) una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) yuna pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) y una pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99)dispuestos en ella, comprendiendo el procedimiento:

la recepción de una pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115)dispuestos en el sistema de caldera (12);

la determinación de una pluralidad de niveles de temperatura en una primera pluralidad de localizaciones en elsistema de caldera (12) en base a la primera pluralidad de señales;

la recepción de una segunda pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99)dispuestos en el sistema de caldera (12);

la determinación de una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de localizaciones en base a lasegunda pluralidad de señales;

la determinación de una segunda pluralidad de localizaciones que tienen niveles de temperatura mayores queun nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segundapluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones;

la determinación de una segunda pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que estáncontribuyendo a la segunda pluralidad de localizaciones que tiene niveles de temperatura mayores que el nivelde temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidadde quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); y

el incremento de la relación de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, paradisminuir los niveles de temperatura en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de temperatura deumbral y para disminuir los niveles de CO en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de CO deumbral;

la determinación de una tercera pluralidad de localizaciones que tienen un nivel de temperatura menor que oigual al nivel de temperatura de umbral o un nivel de CO menor que o igual al nivel de CO de umbral, siendo latercera pluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones;

la determinación de una tercera pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que estáncontribuyendo a la tercera pluralidad de localizaciones que tiene niveles de temperatura menores que o igualesal nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo latercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52); yla disminución de una relación de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores,mientras mantiene los niveles de temperatura en la tercera pluralidad de localizaciones menores que o igualesal nivel de temperatura de umbral y los niveles de CO en la tercera pluralidad de localizaciones menores que oiguales al nivel de CO de umbral.

Sistema y procedimiento para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas en un sistema de caldera La presente invención se refiere a un sistema y un procedimiento para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas en un sistema de caldera.

Los sistemas de caldera de combustibles fósiles se han utilizado para la generación de electricidad. Un tipo de sistema de caldera de combustibles fósiles quema una mezcla de aire/carbón para generar energía térmica que incrementa la temperatura del agua para producir vapor. El vapor se utiliza para accionar un turbogenerador que produce energía eléctrica.

Un problema asociado con el sistema de caldera precedente es que el sistema de caldera puede tener zonas o localizaciones espaciales con niveles de temperatura más altos que un umbral de temperatura. Como resultado de las zonas de temperatura relativamente alta, se pueden formar indeseablemente escorias o hidrocarburos sin quemar en las paredes interiores del sistema de caldera reduciendo la eficiencia o la transferencia de calor de la caldera e incrementando los niveles de emisión, especialmente de los óxidos de nitrógeno (NOx) , dentro del sistema de caldera debido a este desequilibrio en la combustión.

En consecuencia, los presentes inventores han reconocido una necesidad de un sistema y procedimiento mejorado para el control de un sistema de caldera que pueda determinar zonas dentro del sistema de caldera que tengan niveles de temperatura relativamente altos y que pueda ajustar una relación aire-combustible (A/F) de los quemadores que afectan a esas zonas para disminuir los niveles de temperatura en ellas.

El documento US 4.927.351 desvela un procedimiento y sistema para el control de la alimentación de combustible y aire al hogar, en el que se proporciona un instrumento de detección para cada quemador para detectar el rendimiento individual de ese quemador.

La presente invención proporciona un procedimiento para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas dentro del sistema de caldera de acuerdo con la reivindicación 1.

La presente invención proporciona un sistema de control para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas dentro del sistema de caldera de acuerdo con la reivindicación 5.

Se describirán ahora a modo de ejemplo varios aspectos y realizaciones de la presente invención en conexión con los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 ilustra un sistema de generación de potencia que tiene un sistema de caldera y un sistema de control de acuerdo con una realización de ejemplo;

la Figura 2 es un diagrama de bloques de los algoritmos de software utilizados en el sistema de control de la Figura 1;

las Figuras 3-7 son diagramas de flujo de un procedimiento para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas del sistema de caldera de la Figura 1; y

la Figura 8 es un esquema de un quemador utilizado en el sistema de caldera de la Figura 1.

Con referencia a la Figura 1, se ilustra un sistema de generación de potencia 10 para la generación de energía eléctrica. El sistema de generación de potencia 10 incluye un sistema de caldera 12, un sistema de control 13, un turbogenerador 14, una cinta transportadora 16, un silo 18, un alimentador de carbón 20, un pulverizador de carbón 22, una fuente de aire 24, y una chimenea 28.

El sistema de caldera 12 se proporciona para quemar una mezcla de aire-carbón para calentar agua y generar vapor a partir de ella. El vapor se utiliza para accionar el turbogenerador 14, que genera electricidad. Debe tomarse nota de que en una realización alternativa, el sistema de caldera 12 podría utilizar otros tipos de combustibles, en lugar de carbón, para calentar el agua y generar vapor a partir de ella. Por ejemplo, el sistema de caldera 12 podría utilizar cualquier tipo convencional de combustible hidrocarburo tal como gasolina, combustible diesel, aceite, gas natural, propano u otro similar. El sistema de caldera 12 incluye un hogar 40 conectado a una parte de recorrido posterior 42, un colector de entrada de aire 44, quemadores 47, 48, 50, 52, un orificio de aire 53 y conductos 59, 60, 62, 64, 66,

68.

El hogar 40 define una zona en la que se quema la mezcla aire-carbón y se genera vapor. La parte de recorrido posterior 42 se conecta al hogar 40 y recibe los gases de escape del hogar 40. La parte de recorrido posterior 42 transfiere los gases de escape desde el hogar 40 a la chimenea 28.

El colector de admisión de aire 44 se conecta al hogar 40 y proporciona una cantidad predeterminada de aire secundario a los quemadores 47, 48, 50, 52 y orificio de 53 utilizando las válvulas de estrangulación 45, 46.

Adicionalmente, los quemadores 47, 48, 50, 52 reciben una mezcla de aire-carbón desde la fuente de aire 24 a través de los conductos 60, 62, 64, 66, respectivamente. Los quemadores 47, 48, 50, 52 y el orificio de aire 53 se disponen a través de aberturas en el hogar 40. Los quemadores 47, 48, 50, 52 emiten llamas hacia el interior de la zona del hogar 40 para calentar el agua. Debido a que los quemadores 47, 48, 50, 52 tienen una estructura sustancialmente similar, sólo se proporcionará una explicación detallada de la estructura del quemador 47. Con referencia a la Figura 8, el quemador 47 tiene unos tubos 70, 72, 74 dispuestos concéntricamente. El tubo 70 recibe la mezcla aire-carbón principal (mezcla aire-combustible) desde el conducto 60. El conducto 72 se dispone alrededor del conducto 70 y recibe aire secundario desde el colector de aire de admisión 44. El conducto 74 se dispone alrededor del conducto 72 y recibe aire terciario también desde el colector de aire de admisión 44. La mezcla airecarbón total suministrada al quemador 47 se enciende en un orificio de salida del quemador 47 y se quema en el hogar. El quemador 47 incluye adicionalmente una válvula 75 dispuesta en el recorrido del flujo entre el tubo 70 y el tubo 72. Una posición operativa de la válvula 75 puede estar operativamente controlada mediante el controlador 122 para controlar una cantidad de aire terciario que se recibe por parte del quemador 47. Adicionalmente, el quemador 47 incluye además una válvula 77 dispuesta en la trayectoria del flujo entre el tubo 72 y el tubo 74. Una posición operativa de la válvula 77 se puede controlar operativamente mediante el controlador 122 para controlar una cantidad de aire secundario que se recibe por parte del quemador 47.

Con referencia a la Figura 1, el sistema de control 13 está previsto para controlar una cantidad de aire y combustible recibida por los quemadores 47, 48, 50, 52 y el aire recibido por el orificio de aire 53. En particular, el sistema de control 13 está previsto para controlar las relaciones A/F y los flujos de masa aire-combustible en los quemadores 47, 48, 50, 52 y la inyección de aire en el orificio 53 para controlar los niveles de CO, niveles de temperatura y tasa de formación de escoria en localizaciones predeterminadas del sistema de caldera 12. El sistema de control 13 incluye válvulas de aire y solenoide principales controladas eléctricamente 80, 82, 84, 86, 88, un actuador de aire de combustión 90, una actuador de aire de sobre combustión 92, detectores de CO 94, 96, 98, 99, detectores de temperatura 110, 112, 114, 115, sensores de detección de escoria 116, 118, 120, 121, sensores de flujo de masa de aire 117, 119, un sensor de flujo de carbón 123 y un controlador 122. Se debería tomar nota de que con finalidades de explicación, se supone que el sensor de CO 94, el sensor de temperatura 110 y el sensor de detección de escoria 116 se disponen sustancialmente en una primera localización dentro del sistema de caldera 12. Adicionalmente, el sensor de CO 96, el sensor de temperatura 112, el sensor de detección de escoria 118, se disponen sustancialmente en una segunda localización dentro del sistema de caldera 12. Adicionalmente, el sensor de CO 98, el sensor de temperatura 114, el sensor de detección de escoria 120 se disponen sustancialmente en una tercera localización dentro del sistema de caldera 12. Adicionalmente aún, el sensor de CO 99, el sensor de temperatura 115 y el sensor de detección de escoria 121 se disponen sustancialmente en una cuarta localización del sistema de caldera 12. Naturalmente, se debería tomar nota de que en realizaciones alternativas los sensores de CO, los sensores de temperatura y los sensores de detección de escoria se pueden disponer en diferentes localizaciones relativamente entre sí. Adicionalmente, en una realización alternativa, los sensores de CO 94, 96, 98, 99 se disponen separados de la primera, segunda, tercera y cuarta localizaciones respectivamente en... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas dentro del sistema de caldera (12) , teniendo el sistema de caldera (12) una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) y una pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) y una pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99) dispuestos en ella, comprendiendo el procedimiento:

la recepción de una pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) dispuestos en el sistema de caldera (12) ; la determinación de una pluralidad de niveles de temperatura en una primera pluralidad de localizaciones en el sistema de caldera (12) en base a la primera pluralidad de señales; la recepción de una segunda pluralidad de señales desde la pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99) dispuestos en el sistema de caldera (12) ; la determinación de una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de localizaciones en base a la segunda pluralidad de señales; la determinación de una segunda pluralidad de localizaciones que tienen niveles de temperatura mayores que un nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones; la determinación de una segunda pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que están contribuyendo a la segunda pluralidad de localizaciones que tiene niveles de temperatura mayores que el nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) ; y el incremento de la relación de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, para disminuir los niveles de temperatura en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de temperatura de umbral y para disminuir los niveles de CO en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de CO de umbral; la determinación de una tercera pluralidad de localizaciones que tienen un nivel de temperatura menor que o igual al nivel de temperatura de umbral o un nivel de CO menor que o igual al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones; la determinación de una tercera pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que están contribuyendo a la tercera pluralidad de localizaciones que tiene niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) ; y la disminución de una relación de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores, mientras mantiene los niveles de temperatura en la tercera pluralidad de localizaciones menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral y los niveles de CO en la tercera pluralidad de localizaciones menores que o iguales al nivel de CO de umbral.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la determinación de la segunda pluralidad de quemadores, comprende:

el acceso a un mapa del factor de influencia (172) en base a un flujo de masa que indica un flujo de masa airecombustible o un porcentaje del flujo de masa en cada localización de la segunda pluralidad de localizaciones desde cada quemador de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) ; y la identificación de los quemadores de entre la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) que tiene un flujo de masa aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa mayor que un valor predeterminado, para determinar la segunda pluralidad de quemadores.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el incremento de la relación de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores incluye la disminución de un flujo de masa de combustible dentro del al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores mientras o bien mantiene

o bien disminuye un flujo de masa de aire que se suministra a al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la disminución de la relación de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores, incluye el incremento de un flujo de masa de combustible dentro del al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores mientras o bien mantiene o bien incrementa un flujo de masa de aire que se suministra a al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores.

5. Un sistema de control (13) para el ajuste de los niveles de temperatura en localizaciones predeterminadas dentro de un sistema de caldera (12) , teniendo el sistema de caldera (12) una primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) , comprendiendo el sistema de control (13) :

una pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) dispuestos en el sistema de caldera (12) , estando configurados la pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) para generar una primera pluralidad de señales indicativas de los niveles de temperatura en una primera pluralidad de localizaciones en el sistema de caldera (12) ; una pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99) dispuestos en el sistema de caldera (12) , configurados la pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 99) para generar una segunda pluralidad de señales indicativas de los niveles de CO en la primera pluralidad de localizaciones en el sistema de caldera (12) ; y un controlador (122) conectado operativamente a la pluralidad de sensores de temperatura (110, 112, 114, 115) y a la pluralidad de sensores de CO (94, 96, 98, 96) , configurado el controlador (122) para determinar una pluralidad de niveles de temperatura en la primera pluralidad de localizaciones en base a la primera pluralidad de señales, configurado adicionalmente el controlador (122) para determinar una pluralidad de niveles de CO en la primera pluralidad de localizaciones en base a la segunda pluralidad de señales, configurado adicionalmente el controlador (122) para determinar una segunda pluralidad de localizaciones que tienen niveles de temperatura mayores que un nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que un nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones, configurado adicionalmente el controlador (122) para determinar una segunda pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que están contribuyendo a la segunda pluralidad de localizaciones que tienen niveles de temperatura mayores que el nivel de temperatura de umbral y niveles de CO mayores que el nivel de CO de umbral, siendo la segunda pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) , estando configurado adicionalmente el controlador (122) para incrementar una relación de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores, para disminuir los niveles de temperatura en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de temperatura de umbral y para disminuir los niveles de CO en la segunda pluralidad de localizaciones hacia el nivel de CO de umbral, en el que el controlador (122) está configurado adicionalmente para determinar una tercera pluralidad de localizaciones que tienen una temperatura menor que o igual al nivel de temperatura de umbral o un nivel de CO menor que o igual al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de localizaciones un subconjunto de la primera pluralidad de localizaciones, configurado adicionalmente el controlador (122) para determinar una tercera pluralidad de quemadores en el sistema de caldera (12) que están contribuyendo a la tercera pluralidad de localizaciones que tiene niveles de temperatura menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral o niveles de CO menores que o iguales al nivel de CO de umbral, siendo la tercera pluralidad de quemadores un subconjunto de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) , estando configurado adicionalmente el controlador (122) para disminuir una relación de A/F de al menos un quemador de la tercera pluralidad de quemadores, mientras mantiene los niveles de temperatura en la tercera pluralidad de localizaciones menores que o iguales al nivel de temperatura de umbral y los niveles de CO en la tercera pluralidad de localizaciones menores que o iguales al nivel de CO de umbral.

6. El sistema de control (13) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el controlador (122) está configurado adicionalmente para acceder a un mapa del factor de influencia (172) en base al flujo de masa que indica un flujo de masa aire-combustible o un porcentaje del flujo de masa en cada localización de la segunda pluralidad de localizaciones desde cada quemador de la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) , estando configurado adicionalmente el controlador (122) para identificar los quemadores de entre la primera pluralidad de quemadores (47, 48, 50, 52) que tienen un flujo de masa aire-combustible o un porcentaje de flujo de masa mayor que un valor predeterminado, para determinar la segunda pluralidad de quemadores.

7. El sistema de control (13) de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en el que el controlador (122) está configurado adicionalmente para incrementar la relación de A/F de al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores incluyendo la disminución de un flujo de masa de combustible en el al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores mientras o bien mantiene o bien disminuye un flujo de masa de aire que se suministra a al menos un quemador de la segunda pluralidad de quemadores.