Dispositivo de regulación para una instalación de quemador.

Dispositivo de regulación para una instalación de quemador con al menos un quemador,

actuadores con los quese ajusta la alimentación de combustible y aire al quemador, y un electrodo de ionización dispuesto en la región dellama, en donde el dispositivo de regulación está equipado al menos con un amplificador de llama en el electrodo deionización, para generar una señal de ionización, y un dispositivo de ajuste que en funcionamiento de regulaciónajusta un primer actuador y regula un segundo actuador mediante un valor nominal correspondiente para la señal deionización, y en donde el dispositivo de ajuste en un primer paso de prueba lleva a cabo un funcionamiento deregulación, en un segundo paso de prueba controla los actores para una situación de alimentación modificada y conello detecta la señal de ionización, y en un tercer paso de prueba calcula a partir de esto y de datos archivados unvalor nominal, caracterizado porque en un segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) controla losactuadores (6, 7) para una situación de alimentación que se corresponde con una razón de aire por encima del valorestequiométrico de λ ≥1.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10195526.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: LOCHSCHMIED, RAINER, SCHMIEDERER,BERND.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F23N5/12 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23N REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos de control especialmente adaptados para aparatos de combustión en los cuales la combustión tiene lugar en un lecho fluidificado de combustible u otras partículas F23C 10/28; dispositivos de control sensibles a ciertas condiciones para regular la combustión en estufas con hogares abiertos para combustibles sólidos F24B 1/187). › F23N 5/00 Sistemas de control de la combustión (F23N 1/00, F23N 3/00 tienen prioridad). › utilizando elementos sensibles a la ionización, es decir, varillas que brillan o se encienden.

PDF original: ES-2441226_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de regulación para una instalación de quemador

La invención se refiere a un dispositivo de regulación para una instalación de quemador según el preámbulo de la reivindicación 1.

Para poder corregir influencias perturbadoras externas como variación de la calidad de combustible, temperatura u oscilaciones de presión en la calidad de combustión, puede regularse la relación entre aire y combustible, la llamada razón de aire A. Una estructura correspondiente recibe también el nombre de mezcla combustible-aire. Un sensor especialmente económico para detectar la razón de aire es el electrodo de ionización. Con una tensión alterna aplicada, a través del electrodo y de la llama circula una corriente de ionización que se regula a un valor nominal prefijado en función de la potencia respectiva del quemador. Con una disposición así puede regularse la razón de aire, ya que la corriente de ionización depende de la razón de aire en el punto de potencia respectivo.

En los documentos DE-A1-19627857 y DE-A1-10220773 se describen regulaciones de la razón de aire de este tipo. No se llevan a cabo pasos de prueba para recalcular de cuando en cuando el valor nominal para la señal de ionización.

Un dispositivo de regulación de la clase citada al comienzo se describe por ejemplo en el documento EP-B10770824. Allí se regula la razón de aire de tal modo, que esté por encima del valor estequiométrico de A = 1, por ejemplo en A = 1, 3. Para una calibración del valor nominal de regulación se establece el máximo de la corriente de ionización en A = 1 y se calcula partiendo del máximo del siguiente valor nominal. Para el cálculo se mantiene la diferencia entre el valor actual de la corriente de ionización y el máximo medido. En este procedimiento no es imprescindible una buena capacidad de reproducción de la curva del elemento de ajuste, aunque si se supera A = 1 se produce brevemente una emisión considerable de CO.

El documento EP-B1-0 697 637 muestra un procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sistema de control y regulación, que interrumpe regularmente el funcionamiento normal. Se emite una señal de error, en el caso de que los valores de prueba del sensor del sistema superen una desviación prefijada de los valores de referencia, en donde la desviación y los valores de referencia se determinan en un ciclo de referencia. También se propone que en este ciclo de referencia se varíen los valores de perturbación como temperatura del aire, presión del aire y humedad del aire, para delimitar los estados de funcionamiento útiles del sistema y, a partir de estos, determinar las desviaciones máximas como valores de referencia. La vigilancia del funcionamiento, sin embargo, no tiene en cuenta variaciones lentas del sistema dentro del margen de funcionamiento prefijado mediante los valores de referencia. Tampoco se detecta una desviación más allá del margen de funcionamiento definido por los valores de referencia, a causa de perturbaciones que falsean el propio resultado de la prueba. No se propone una corrección automática del valor de regulación.

El documento DE-A1-10 319 835 muestra un dispositivo de regulación para una instalación de quemador, con el que se vigila la razón de aire mediante un electrodo de ionización.

En el documento EP-B1-1’293’727 se describe una calibración en funcionamiento de regulación. Partiendo de una potencia de quemador ajustada fijamente se gradúa un elemento de ajuste, que influye en la cantidad a alimentar de combustible o aire en función de una señal de ajuste, mediante una prefijación del valor nominal de la señal de ionización en la dirección A = 1. Sin embargo, con ello no se supera A = 1. Con ello se observa el comportamiento del elemento de ajuste y se compara con valores archivados. Este proceso se ejecuta una o varias veces y después se valora si el funcionamiento de quemador debe desconectarse, proseguirse invariablemente o proseguirse con una curva de valor nominal de ionización corregida. Sin embargo el procedimiento corregido exige que la curva característica de elemento de ajuste del elemento de ajuste observado pueda reproducirse exactamente y esté situada en un margen de tolerancia estrecho.

También del documento WO-A1-2009/110015 se conoce un procedimiento durante un funcionamiento de regulación para vigilar una llama, con el que pueden determinarse y compensarse elementos parásitos que se produzcan. Para esto se controla de tal modo una fuente de tensión alterna, que ésta entrega una señal de tensión alterna con relación duración-periodo muy diferente entre amplitud positiva y negativa con diferentes valores de amplitud. El documento muestra que la precisión de una regulación de la mezcla gasolina-aire puede quedar limitada por una derivación de la señal de corriente de ionización como consecuencia de residuos, respectivamente depósitos, sobre el electrodo de ionización o el quemador o incluso de una curvatura, respectivamente un desplazamiento, del electrodo de ionización.

La invención se ha impuesto la tarea de proponer un dispositivo de regulación para una instalación de quemador, con el que se corrija de forma sencilla y fiable una derivación de la corriente de ionización, sin que con ello se superen límites prefijados de los valores de combustión.

La tarea es resuelta mediante las particularidades de la reivindicación 1.

Un modelado preciso con base en observaciones experimentales ha demostrado que, mediante una prueba con una variación específica de la razón de aire en una zona por encima del valor estequiométrico de A = 1 y con medición de la señal de ionización, puede llevarse a cabo un cálculo del valor nominal con una buena aproximación, incluso si la variación de la razón de aire es en sí misma pequeña. Esto se basa también en la consideración de que de este modo, en comparación con las grandes reducciones de la razón de aire a partir del documento EP-B1-0770824, casi no se produce ningún impulso de temperatura y ninguna suciedad en el quemador y en el electrodo de ionización a causa de emisiones de sustancias nocivas. En ciertas circunstancias éstas podrían amplificar claramente una curvatura, respectivamente una formación de depósitos, lo que a su vez tendría como resultado una derivación. Esta consideración contribuye a que la precisión del resultado de la prueba es inesperadamente alta. Después de una derivación de la señal de ionización el valor nominal converge, en el caso de una ejecución repetitiva de la prueba, de forma fiable con el valor objetivo deseado, que representa la razón de aire correcta original.

En una ejecución preferida de la invención se modifica con ello la razón de aire hasta un valor de A > 1, 05, de forma preferida se reduce en un valor de LA < -0, 06. Precisamente ha quedado demostrado que en este margen de la razón de aire, por un lado, con poca derivación la medición de la señal de ionización por encima del ruido de señal es suficiente para calcular con precisión el valor nominal. Por otro lado puede mantenerse de forma fiable el límite inferior del margen de la razón de aire, incluso con mucha derivación, ya que una derivación sólo tiene lugar de forma lenta y la prueba se repite regularmente, de forma preferida como muy tarde después de 3.000 horas de funcionamiento del quemador.

En una ejecución preferida de la invención se mantiene durante la ejecución de la prueba la posición de un actuador, de forma preferida la de la alimentación de combustible, y se mantiene la del otro actuador. Por medio de que se mantiene la posición de los actuadores, el resultado de la prueba ya no depende de sus tolerancias de producción.

En otra ejecución preferida se sustituye a continuación la curva característica archivada del valor nominal, a causa del valor nominal calculado y de los datos archivados. Opcionalmente, en el caso de una variación extrema de la curva característica del valor nominal, puede activarse un mensaje de aviso o una desconexión de perturbación, y en especial puede cerrarse el actuador para la alimentación de combustible.

A continuación se describe un ejemplo de ejecución de la invención con base en las figuras. Aquí muestran:

la figura 1, esquemáticamente, una instalación de quemador con un dispositivo de regulación conforme a la invención, que se regula con ayuda de una señal de ionización,

la figura 2 un esquema de conexiones eléctrico del amplificador de llama en el dispositivo de regulación según la figura 1, para una medición de la corriente de ionización,

la figura 3 un esquema de conexiones eléctrico sustitutivo de corriente continua, derivado del esquema de conexiones de la figura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de regulación para una instalación de quemador con al menos un quemador, actuadores con los que se ajusta la alimentación de combustible y aire al quemador, y un electrodo de ionización dispuesto en la región de llama, en donde el dispositivo de regulación está equipado al menos con un amplificador de llama en el electrodo de ionización, para generar una señal de ionización, y un dispositivo de ajuste que en funcionamiento de regulación ajusta un primer actuador y regula un segundo actuador mediante un valor nominal correspondiente para la señal de ionización, y en donde el dispositivo de ajuste en un primer paso de prueba lleva a cabo un funcionamiento de regulación, en un segundo paso de prueba controla los actores para una situación de alimentación modificada y con ello detecta la señal de ionización, y en un tercer paso de prueba calcula a partir de esto y de datos archivados un valor nominal, caracterizado porque en un segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) controla los actuadores (6, 7) para una situación de alimentación que se corresponde con una razón de aire por encima del valor estequiométrico de A = 1.

2. Dispositivo de regulación conforme a la reivindicación 1, en donde en el segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) modifica la razón de aire hasta un valor de A > 1, 05.

3. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde en el segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) reduce la razón de aire en un valor de LA < -0, 06 hasta A > 1, 05.

4. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de ajuste (5) repite la prueba a más tardar después de 3.000 horas de funcionamiento.

5. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde en el segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) mantiene la posición de un actuador (7) y modifica la del otro actuador (6) .

6. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde en el segundo paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) mantiene la posición del segundo actuador (7) para la alimentación de combustible (13) y modifica la del otro actuador (6) para la alimentación de aire (12) .

7. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de ajuste (5) repite los pasos de prueba primero, segundo y tercero con diferente alimentación de aire o de combustible.

8. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde en un cuarto paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) , con base en al menos un valor nominal calculado (IC11, IC21, … ICn1) y datos archivados, sustituye la curva característica de ionización (S1) archivada para la señal de ionización.

9. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en donde en un cuarto paso de prueba el dispositivo de ajuste (5) , con base en al menos un valor nominal calculado (IC11, IC21, … ICn1) y datos archivados, produce una desconexión de perturbación y cierra en especial el segundo actuador (7) para la alimentación de combustible (13) .

10. Dispositivo de regulación conforme a una de las reivindicaciones 8 y 9, en donde los datos archivados contienen al menos en parte la curva característica de valor nominal, detectada en un procedimiento de ajuste, para la señal de ionización.


 

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