Procedimiento para regular un proceso de combustión, en especial en una cámara de fuego de un generador de vapor en el se quema materia fósil, y sistema de combustión.

Procedimiento para regular un proceso de combustión, en especial en una cámara de fuego (FR) de un generador de vapor en el se quema materia fósil,

en el que se establecen valores de medición (MW) analizados tridimensionalmente en la cámara de fuego (FR), en donde

- una cantidad cualquiera de M valores de medición (MW) se transforma con base en una transformación de variables (VT), en la que se reproduce y comprime la información tridimensional sobre la cámara de fuego con números indicadores, en una cantidad N menor que M magnitudes de regulación (RG), en donde la magnitudes de regulación se corresponden con magnitudes de estado valorables mediante técnica de regulación, que a continuación se alimentan como valores reales a N circuitos de regulación (R), y en donde

- en los N circuitos de regulación las modificaciones de magnitudes de ajuste (RA) establecidas se distribuyen en una retro-transformación (RT), teniendo en cuenta un objetivo de optimización, entre K elementos de ajuste, en donde M, N y K son números naturales.

Procedimiento para regular un proceso de combustión, en especial en una cámara de fuego de un generador de vapor en el se quema materia fósil, y sistema de combustión.

La invención se refiere a un procedimiento para regular un proceso de combustión, en especial en una cámara de fuego de un generador de vapor en el se quema materia fósil, en el que se establecen valores de medición analizados tridimensionalmente en la cámara de fuego. La invención se refiere además a un sistema de combustión correspondiente.

Durante el proceso de combustión de un generador de vapor, como se conoce por ejemplo del documento US 2007/122757 A, primero se trata el combustible (por ejemplo molienda del carbón en el molino de carbón, precalentamiento del aceite de calefacción, etc.) y después se alimenta controlado con el aire de combustión a la cámara de combustión, de forma correspondiente a la necesidad de calor de la instalación en ese momento. La introducción del combustible en la cámara de fuego se realiza con ello en diferentes partes del generador de vapor, en los llamados quemadores. También la alimentación del aire se realiza en diferentes puntos. En los propios quemadores tiene también siempre lugar una alimentación de aire. Además de esto pueden darse alimentaciones de aire, en puntos en los que no afluya ningún combustible a la cámara de fuego.

A continuación existe la tarea de guiar el proceso de combustión de tal modo, que éste se produzca lo más eficientemente posible, con poco desgaste y/o con las menores emisiones posibles. Los parámetros de influencia fundamentales típicos para el proceso de combustión de un generador de vapor son:

* Distribución del combustible entre los diferentes quemadores

* Distribución de los aires de combustión entre las diferentes regiones de quema

* Caudal másico total del aire de combustión

* Calidad del tratamiento de combustible (por ejemplo fuerza de molienda, número de revoluciones del cernedor, temperatura del cernedor de los molinos de carbón)

* Realimentación del gas de combustión

* Posición de quemadores basculantes

Estas magnitudes de influencia se ajustan normalmente en el momento de la puesta en marcha del generador de vapor. Con ello, según las condiciones marco operacionales se imponen en primer plano diferentes objetivos de optimización, como un grado de eficacia máximo de la instalación, unas emisiones mínimas (Nox, CO, …) , un contenido mínimo de carbón en las cenizas (completamiento de la combustión) . Mediante la variabilidad temporal de los parámetros de proceso – en especial las características fluctuantes del combustible (potencia calorífica, necesidad de aire, comportamiento de encendido, etc.) – son necesarias sin embargo una vigilancia y una adaptación constantes del proceso de combustión. En instalaciones técnicas se vigila la combustión, por lo tanto, mediante instalaciones de técnica de medición y las magnitudes de influencia disponibles se modifican mediante intervenciones de regulación, conforme a la situación de combustión detectada en ese momento.

La variación de los parámetros de influencia durante el funcionamiento de la instalación, sin embargo, sólo se lleva a cabo en una medida muy limitada. La razón para ello es que a causa de las elevadas temperaturas, así como del entorno con mucho desgaste químico y mecánico, sólo se dispone de pocos resultados de medición a casi ninguno con la calidad suficiente procedentes del entorno próximo a la combustión. Por ello sólo pueden utilizarse para la regulación de combustión datos de medición que se recojan en el recorrido del gas de combustión, muy lejos de la combustión. Los datos de proceso sólo están de este modo disponibles con retraso y sin una referencia especial a los diferentes elementos de ajuste para optimizaciones según la técnica de regulación. A causa de las grandes dimensiones de grandes quemas técnicas, las mediciones puntuales disponibles no son además con frecuencia representativas y no reproducen una imagen diferenciada de la situación real tridimensional del proceso.

Debido a que en muchos casos no es posible una regulación, respectivamente optimización, del proceso de combustión, se ajustan los parámetros de proceso (por ejemplo excedente de aire) a una distancia suficiente de los límites técnicos de proceso. Esto provoca pérdidas a causa de un funcionamiento con una reducida eficiencia de proceso, un mayor desgaste y/o mayores emisiones.

Una regulación y una optimización del proceso de combustión, dado el caso existentes, se llevan a cabo según el estado actual de la técnica con diferentes planteamientos:

-regulación del caudal másico total del aire sobre la base de una medición del contenido de oxígeno en la corriente de gas de combustión.

-Regulación de la relación entre aire de combustión y superior, sobre la base de una medición de Nox y dado el caso CO en la corriente de gas de combustión.

-En el caso de calderas de carbón, el caudal másico de combustible alimentado se mide como número de revoluciones de la cinta de distribución, con la que se transporta el carbón hasta el molino de carbón. La distribución exacta de la corriente de carbón entre los quemadores alimentados por este molino a menudo no se detecta con ello. Por ello se supone que cada quemador soporta una proporción fija de caudal másico de combustible y ajusta de forma correspondiente el aire de combustión. Sin embargo, existen diferentes sistemas de medición, con cuya ayuda pueden detectarse las corrientes de carbón de los diferentes quemadores. De este modo se hace posible una regulación más precisa del aire, en la que el caudal másico de aire por quemador se adapta al caudal másico de carbón correspondiente.

-En el caso de calderas que estén equipadas con una windbox, al principio también se desconoce el caudal másico de aire para cada alimentación de aire. Para poder llevar a cabo aún así una regulación de aire para cada alimentación de aire, se detectan mediante técnica de medición las diferencias de presión a través de las diferentes válvulas de aire y, a partir de estos datos de medición, se calculan los caudales másicos de aire. De este modo es a su vez posible una regulación de los caudales másicos de aire más precisa, ajustada al combustible.

-Se utilizan redes neuronales para aprender la relación entre las diferentes magnitudes de influencia y los datos de medición de proceso. Sobre la base del modelo neuronal del generador de vapor que se obtiene de este modo se lleva a cabo después una optimización del proceso de combustión.

- En la solicitud de patente EP 1 850 069 B1 se definen un “procedimiento y un circuito de regulación para regular un proceso de combustión”, en donde se utiliza una detección gráfica del proceso de combustión en los quemadores para entrenar redes neuronales, con cuya ayuda después se lleva a cabo una optimización de la combustión.

-Para hacer frente a las grandes dilataciones tridimensionales de las grandes quemas se detectan parcialmente importantes magnitudes de proceso, como la concentración de oxígeno en el gas de combustión, mediante mediciones de rejilla a la salida de la caldera. En una medida limitada pueden sacarse de este modo conclusiones sobre la distribución tridimensional de las magnitudes de proceso en el proceso de combustión.

Se hace posible una optimización todavía más amplia de la combustión si se utiliza un sistema de medición que analice tridimensionalmente, con cuya ayuda pueden ponerse a disposición datos de medición desde la proximidad inmediata de la combustión.

La tarea de la presente invención consiste en indicar un procedimiento mejorado para regular un proceso de combustión, en el que se utilizan valores de medición analizados tridimensionalmente en la cámara de fuego. Otra tarea consiste en indicar un sistema de combustión correspondiente.

Estas tareas son resueltas mediante las particularidades de las reivindicaciones de patente independientes. En las reivindicaciones de patente subordinadas se reproducen en cada caso configuraciones ventajosas.

Las particularidades fundamentales de la invención pueden resumirse como sigue:

-Las informaciones de medición tridimensionales se transforman en magnitudes de estado valorables según técnica de regulación.

-Para estas magnitudes de estado se definen a continuación unos valores nominales, que describen el comportamiento operacional deseado.

-Estas magnitudes de estado se utilizan después como valores reales para circuitos de regulación, en especial convencionales, y allí se comparan... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para regular un proceso de combustión, en especial en una cámara de fuego (FR) de un generador de vapor en el se quema materia fósil, en el que se establecen valores de medición (MW) analizados tridimensionalmente en la cámara de fuego (FR) , en donde

-una cantidad cualquiera de M valores de medición (MW) se transforma con base en una transformación de variables (VT) , en la que se reproduce y comprime la información tridimensional sobre la cámara de fuego con números indicadores, en una cantidad N menor que M magnitudes de regulación (RG) , en donde la magnitudes de regulación se corresponden con magnitudes de estado valorables mediante técnica de regulación, que a continuación se alimentan como valores reales a N circuitos de regulación (R) , y en donde

-en los N circuitos de regulación las modificaciones de magnitudes de ajuste (RA) establecidas se distribuyen en una retro-transformación (RT) , teniendo en cuenta un objetivo de optimización, entre K elementos de ajuste, en donde M, N y K son números naturales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde durante la transformación de variables (VT, VT’) para la determinación de las diferentes magnitudes de estado, a partir de los valores de medición tridimensionales (MW, MW’) , se valoran magnitudes de referencia del grupo de las siguientes magnitudes de referencia a) Valores medios ponderados con acentuación, respectivamente supresión, de partes del espacio detectado mediante técnica de medición, y/o b) El valor medio de la magnitud de medición a través del espacio detectado mediante técnica de medición, y/o c) Posición tridimensional del punto central de los valores de medición, y/o d) Números indicadores estadísticos para modelos de distribución tridimensionales.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en donde para las magnitudes de estado puede definirse un objetivo de optimización como valor nominal (SW) , en donde las magnitudes de estado, en unión a informaciones de medición y proceso disponibles habitualmente, caracterizan el estado de funcionamiento actual del proceso de combustión.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde se definen valores nominales (SW) para las magnitudes de estado derivadas para prefijar el comportamiento operacional deseado.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde se derivan intervenciones de regulación para diferentes elementos de ajuste, con las que puede influirse específicamente en el proceso de combustión, en donde una intervención de regulación actúa con diferente intensidad entre varios elementos de ajuste.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde se calculan desviaciones de valores nominales para identificar desviaciones para intervenciones correctivas según la técnica de regulación en el proceso.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las diferentes intervenciones de regulación en diferentes elementos de ajuste, a causa de diferentes desviaciones identificadas de los valores nominales, se superponen aditivamente para crear una intervención de regulación conjunta para cada elemento de ajuste.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que para alcanzar un objetivo de optimización se entrena una red neuronal con procesos de medición de proceso, y se utiliza como modelo específico para predecir el comportamiento de la quema.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en donde mediante un algoritmo de optimización iterativo se determina, con base en la reacción de quema predicha por la red neuronal, una distribución óptima de las intervenciones de regulación entre los elementos de ajuste así como valores correctivos para los elementos de ajuste.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la medición se lleva a cabo sobre una sección transversal de la cámara de fuego, cerca de la zona de combustión.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde como propiedades características de la combustión se determinan las concentraciones locales de CO, O2, CO2, H2O y de la temperatura o subgrupos de éstas o comparables magnitudes de medición.

12. Sistema de combustión con una cámara de fuego, en especial para un generador de vapor en el se quema materia fósil, que comprende un sistema de regulación con una unidad de diagnóstico de combustión, en donde la unidad de diagnóstico de combustible está equipada con un sistema de medición que analiza tridimensionalmente en la cámara de fuego, caracterizado porque el sistema de regulación para llevar a cabo el procedimiento está configurado conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Instalación de central de energía en la se quema materia fósil, con un sistema de combustión según la reivindicación 12.