用于監(jiān)視和控制在燃?xì)馊紵髟O(shè)備中的燃燒的方法以及根據(jù)所述方法進(jìn)行操作的燃燒控 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視和控制在用于鍋爐、熱水箱、壁爐等設(shè)備的燃?xì)馊紵?中的燃燒的方法，其具有在主權(quán)利要求的前序部分中提到的特征。本發(fā)明還涉及根據(jù)所述 方法進(jìn)行操作的燃燒控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在參考技術(shù)領(lǐng)域中已知，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?xì)獾牧恐g的比值維持在預(yù)定最優(yōu)值左右，所述預(yù)定最優(yōu)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?xì)饬魉伲┹斔偷墓β实闹怠?br>[0003] 以此方式，隨時(shí)間推移可以實(shí)現(xiàn)且維持完全燃燒過程而沒有作為煙的過多能量損 耗，同時(shí)使污染氣體的產(chǎn)量降到最低且遵守各國的排放法規(guī)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)此維持最優(yōu)空氣/燃?xì)獗鹊哪繕?biāo)，已經(jīng)在參考技術(shù)領(lǐng)域中研發(fā)出各種裝 置和方法。
[0005] 在本發(fā)明的特定范圍中，存在基于火焰分析且具體來說對(duì)火焰的燃燒區(qū)中的氣體 電離的分析來監(jiān)視和控制燃燒的已知方法。典型的方法規(guī)定使用電極，所述電極放置于火 焰區(qū)中或靠近火焰區(qū)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(jīng)過 所述電極的電流。借助于用于處理和分析電流信號(hào)的系統(tǒng)來估計(jì)一或多個(gè)燃燒相關(guān)參數(shù)。 所述處理系統(tǒng)包含用于分析信號(hào)的頻譜的已知方法，所述分析能夠確認(rèn)指示火焰不穩(wěn)定性 或非最優(yōu)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(tǒng)以便使所述燃燒 回到所需情況。
[0006] 已知方法的可確認(rèn)局限性主要涉及頻譜分析的結(jié)果的可靠性且涉及所述結(jié)果與 燃燒過程的相關(guān)性。
[0007] 局限性還可以在用于接收電離傳感器中的信號(hào)的電極的可能的磨損和老化中遇 到，隨之而來的是對(duì)通過頻譜處理算法分析的數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性的影響。
[0008] 如果燃燒控制將在調(diào)節(jié)類型的燃燒器中執(zhí)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(nèi)改變所需功率來尋求 最優(yōu)燃燒情況。
[0009] 還已知的是，適合于正常燃燒的在燃?xì)饬魉倥c空氣流速之間的體積比也取決于燃 氣的類型。因此，每個(gè)燃?xì)庾迮c對(duì)應(yīng)的特定控制曲線（例如，所述控制曲線使燃?xì)饬魉倥c空 氣流速相關(guān)）相關(guān)。用于控制燃燒的已知系統(tǒng)的問題中的一者包含確認(rèn)燃?xì)獾淖搴完P(guān)聯(lián)各 最優(yōu)控制曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明解決的問題是產(chǎn)生一種用于監(jiān)視和控制在燃?xì)庠O(shè)備的燃燒器中的燃燒的 方法和根據(jù)所述方法進(jìn)行操作的燃燒控制系統(tǒng)的問題，所述方法和燃燒控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上 和功能上設(shè)計(jì)成克服上文參考所引用的現(xiàn)有技術(shù)而闡述的局限性。
[0011] 在此問題的背景下，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是使得可獲得一種控制方法和系統(tǒng)，所述 控制方法和系統(tǒng)能夠確保在整個(gè)流速的范圍上（且針對(duì)各種燃?xì)忸愋停┑淖顑?yōu)燃燒，即，確 保燃燒器規(guī)格所期望的功率，從而確保在分析與燃燒過程相關(guān)的信號(hào)時(shí)的可靠且可重復(fù)的 結(jié)果。
[0012] 本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種控制方法和系統(tǒng)，所述控制方法和系統(tǒng)在所述設(shè)備 的燃燒器的安裝和使用期間管理和表征起來都較簡單。
[0013] 本發(fā)明通過用于控制在燃?xì)庠O(shè)備的燃燒器中的燃燒的方法和系統(tǒng)來解決此問題 且實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，所述方法和系統(tǒng)根據(jù)所附權(quán)利要求書實(shí)施。
【附圖說明】
[0014] 通過非限制性地且參考附圖的信息示出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】， 本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，在所述附圖中：
[0015] -圖1是設(shè)置有燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)備的燃燒器的示意圖，該燃燒控制系統(tǒng)是根據(jù) 本發(fā)明的用于監(jiān)視和控制燃燒的方法進(jìn)行工作的，
[0016] -圖2是示出在實(shí)施本發(fā)明的燃燒控制方法的燃燒器設(shè)備的風(fēng)扇的操作參數(shù)與調(diào) 節(jié)燃?xì)忾y的操作參數(shù)之間的相關(guān)性的曲線的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 首先參考圖1，數(shù)字1總體上指示設(shè)置有燃燒控制系統(tǒng)的燃燒器，所述燃燒控制系 統(tǒng)制造成根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)視和控制燃燒的方法進(jìn)行操作。
[0018] 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(chǎn)生家用熱水和/ 或聯(lián)接到空間加熱系統(tǒng)的設(shè)備（未圖示）中。
[0019] 燃燒器1包括通過第一管道3和第二管道4來供應(yīng)的燃燒室2,所述第一管道和第 二管道經(jīng)構(gòu)造以便對(duì)應(yīng)地將空氣流和燃?xì)饬饕氲饺紵?中。優(yōu)選地，第二管道4在燃 燒室2(預(yù)混合燃燒器）的上游進(jìn)入第一管道3。在空氣-燃?xì)饣旌蠀^(qū)段中，設(shè)置具有可變 旋轉(zhuǎn)速度的風(fēng)扇5。數(shù)字6指示放置在燃?xì)夤艿?上以控制引入到燃燒器中的燃?xì)獾牧魉?的調(diào)節(jié)閥。
[0020] 燃燒室2在下游連接到煙囪7,由燃燒產(chǎn)生的廢氣通過所述煙囪排出。
[0021] 數(shù)字8指示下文更加詳細(xì)描述的燃燒監(jiān)視傳感器，所述傳感器連接到設(shè)置有適合 于根據(jù)本發(fā)明的方法控制燃燒器的電路的控制裝置9,如下文所示出的?？刂蒲b置也在工作 上連接到風(fēng)扇5和調(diào)節(jié)閥6兩者，以便控制這些元件。
[0022] 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(fā)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。
[0023] 一個(gè)實(shí)施例規(guī)定傳感器8包括指示為El、E2的兩個(gè)電極，所述電極放置在火焰內(nèi) 部或靠近火焰。作為替代方案，規(guī)定使用單一電極，對(duì)該單一電極施加電壓信號(hào)且在斷開所 述信號(hào)之后，借助于對(duì)響應(yīng)信號(hào)的一系列采樣立刻獲取響應(yīng)信號(hào)。
[0024] 根據(jù)從關(guān)于在燃燒過程中產(chǎn)生的等離子體的物理學(xué)知識(shí)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(chǎn)生的電場引起構(gòu)成等離子體的電荷的運(yùn)動(dòng)；此運(yùn) 動(dòng)根據(jù)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(dòng)不再增加（飽和）。所述運(yùn)動(dòng)在電子和離子方面大大不同：輕得多且小得多的電 子移動(dòng)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(xiàn)象在正離子的 情況下出現(xiàn)得早得多，而對(duì)于電子則較晚發(fā)生。由于帶電顆粒的移動(dòng)，由所引入的外部電荷 產(chǎn)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(shù)量級(jí)的距離圍繞所 述顆粒傳播。結(jié)合上文，此距離對(duì)于電子較大，即，對(duì)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(duì)于正離子會(huì)小得多，與其中所引入的電荷為負(fù)的情況相對(duì)應(yīng)。
[0025] 返回到本發(fā)明的方法，將具有隨時(shí)間變化的給定波形的電信號(hào)施加到電極E1 ;此 電勢等效于在描述中先前提到的擾動(dòng)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(yùn)動(dòng)確定的電勢的值，所述運(yùn)動(dòng)由E1導(dǎo)致且響應(yīng)于上文所描述的動(dòng)力。此電勢通 過電路來測量且如下文所描述進(jìn)行處理。
[0026] 因此本發(fā)明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(yù)測任何重要的燃燒 效果，例如所產(chǎn)生的〇) 2和CO的量以及所產(chǎn)生的熱功率。以此方式，也可以補(bǔ)償除在所述 領(lǐng)域中指示為G20和G31的標(biāo)準(zhǔn)氣體之外的燃?xì)獾男Ч?。因此，如果我們知道空?燃料 比（空氣數(shù)量以另外的方式標(biāo)記為" A "），那么有可能產(chǎn)生用于燃?xì)馊紵髟O(shè)備的燃燒控 制系統(tǒng)。
[0027] 本發(fā)明的方法基本上包括兩個(gè)宏觀操作階段：第一階段，稱作F，其中，從實(shí)驗(yàn)條 件獲取和處理數(shù)據(jù)；第二階段，稱作H，其旨在在燃燒器的實(shí)際工作條件下評(píng)估空氣數(shù)X或 所產(chǎn)生的〇) 2和CO的量或所產(chǎn)生的熱功率。
[0028] 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(xì)描述。
[0029] 以下描述內(nèi)容闡述了與評(píng)估空氣數(shù)X相關(guān)的步驟，但也可以相同的方式針對(duì)與 燃燒相關(guān)的其它參數(shù)應(yīng)用所述步驟。在下文，燃燒的特征的此重要參數(shù)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(shù)還可以（例如）被選為空氣數(shù)X