ES2358585T3 - Procedimiento para la regulación de una instalación termodinámica. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la regulación de instalaciones termodinámicas (1), de acuerdo con el cual, como mínimo, un dispositivo de alimentación (5) suministra combustible, como mínimo, a dos quemadores (7) asociados con el mismo, y de acuerdo con el cual para cada quemador existente (7) se detecta y procesa la imagen de la llama (11) que se forma, de manera que se selecciona, como mínimo, una zona de interés de la imagen de la llama (11) en la base de la llama en la zona próxima al quemador (7) y se detecta su intensidad (I) como señal dependiente del tiempo, y se utiliza para el control, caracterizado porque se determina un espectro a partir de la señal detectada dependiente del tiempo, determinando sus valores característicos (M1, M2, M3, M4, M5) a partir de dicho espectro y porque el espectro granulométrico y/o la distribución de corrientes másicas por quemador (7) se calcula para cada dispositivo de alimentación (5) por la regresión a partir de dicho valor o valores característicos o por otro método matemático, de manera que, dentro del espectro, el primer valor característico (M1) corresponde a la intensidad (I) a la frecuencia f=0, el segundo valor característico (M2) corresponde a un valor de frecuencia medio en el rango de la caída de intensidad del espectro, el tercer valor característico (M3) corresponde a la posición y amplitud de dicha anchura, el cuarto valor característico (M4) corresponde al coeficiente de regresión y el quinto valor característico (M5) corresponde a la dispersión.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para la regulación de una instalación termodinámica que presenta las características de la parte introductoria de la reivindicación 1.

En un procedimiento de este tipo, conocido por el documento DE 30 24 401 A1, cada uno de los dispositivos de alimentación previstos, alimenta al quemador asociado al mismo, con una distribución desconocida de caudal másico y del espectro granulométrico del carbón que actúa como combustible, de manera que dichos valores no conocidos dificultan una regulación precisa. En cualquiera de los quemadores existentes, un dispositivo de medición deduce la existencia de la llama por la existencia de una imagen representativa de la misma.

El documento US 4.913.647 A da a conocer una instalación termodinámica en la que se prevé para cada llama una válvula para el combustible, de manera que la distribución de corrientes másicas es conocida en principio o se puede determinar de manera simple. La evaluación de “zonas de interés” se describe dentro de una imagen de una llama en el documento WO 02/070953 A1.

La presente invención se propone el objetivo de mejorar un procedimiento del tipo antes indicado con respecto a las cantidades de datos. Este objetivo se consigue mediante un procedimiento que corresponde a las características de la reivindicación 1. Otras disposiciones adicionales ventajosas son el objeto de las reivindicaciones dependientes.

Dado que de la imagen de la llama se puede escoger, como mínimo, una zona de interés en la base o raíz de la llama en las proximidades del quemador y se puede evaluar su intensidad como señal dependiente del tiempo, siendo utilizada a efectos de regulación, se puede captar con poca complicación una pequeña cantidad de datos que caracteriza la llama de manera muy aproximada, lo que facilita importantes informaciones para la regulación. Se pueden controlar también varias zonas de interés. En base a la cantidad limitada de datos se asegura un tratamiento rápido. La utilización puede tener lugar en diferentes instalaciones termodinámicas tales como centrales térmicas, con independencia del combustible y de la estructura del mismo. Por lo tanto, el combustible puede ser, por ejemplo, carbón, petróleo o gas.

Para la manipulación de las características de la llama se determinará, de la señal captada de forma dependiente del tiempo, un espectro, por ejemplo, con una transformación de rápida de Fourier u otro procedimiento matemático, del cual se determinarán cinco valores característicos. De los valores característicos se puede determinar, mediante una regresión múltiple u otro proceso matemático, el espectro de granulometría y/o la distribución de masas, corrientes por quemador de cada dispositivo de alimentación. Se trata ventajosamente de la mejor aproximación posible a una combinación de espectros de partículas de combustibles conocidos y/o distribuciones de corrientes másicas por quemador de cada dispositivo de alimentación (por ejemplo, molinos o bombas), los cuales deben funcionar de forma previa para su inicialización, es decir, para determinar el verdadero espectro de partículas de combustible y/o la verdadera distribución de las corrientes másicas. El espectro de partículas de combustible es, en el caso del carbón, un espectro granulométrico, en el caso de petróleo, un espectro de gotitas. En el caso de gas, se determina solamente la distribución de las corrientes másicas.

Un dispositivo de medición adecuado que se utiliza en el procedimiento objeto de la invención y que contiene una imagen de la llama, presenta, como mínimo, un diodo que capta de manera precisa una zona de interés de la imagen de la llama, es decir, se limita a una parte de la imagen. Esto disminuye la cantidad de datos que se deben captar y que se deben tratar. En el caso de varias zonas de interés, se prevén de manera correspondiente múltiples diodos. Al diodo está asociado, preferentemente, un dispositivo de evaluación, en particular un dispositivo propio de evaluación, el cual determina preferentemente el espectro y el valor o valores característicos. La cantidad de datos que se envía en este caso es mínima. Como dispositivo de evaluación puede actuar también el ordenador principal, de manera que en este caso se debe enviar un campo con datos desde el dispositivo de medición al ordenador principal, cuyo campo de datos es comparativamente grande con respecto a los valores característicos.

Para el ajuste de los diodos, es decir, para la adaptación de los mismos a la zona de interés, se prevé preferentemente una cámara de video que preferentemente se puede conectar opcionalmente al dispositivo de medición. Después de dicho ajuste, la cámara de video puede ser retirada del dispositivo de medición, lo que reduce los costes globales en una instalación importante, a pesar de los múltiples dispositivos de medición. Para simplificar el ajuste, los diodos y la cámara de video utilizan preferentemente el mismo acceso óptico, por ejemplo, un boroescopio común al cual está conectado un divisor de haz.

Una instalación termodinámica correspondiente, que puede ser regulada con el procedimiento objeto de la invención, presenta además un horno y, como mínimo, un dispositivo de alimentación, en especial un molino o bomba, al que están asociados, como mínimo, dos quemadores, como mínimo un dispositivo de medición, preferentemente no obstante, un dispositivo de medición para cada quemador. El combustible para una central térmica es preferentemente carbón. No obstante, se pueden utilizar también otros combustibles en especial, combustibles sólidos, incluso en forma de adición o mezcla.

A continuación se explicará la invención de manera detallada en base a un ejemplo de realización mostrado en los dibujos, en los que se muestra: La figura 1, una representación esquemática de una central térmica, La figura 2, una representación esquemática de un dispositivo de medición, y La figura 3, un espectro de la intensidad de una zona escogida de una llama.

En una central térmica (1), que es un ejemplo de instalación termodinámica, se prevén varios almacenamientos (3) de concentrado de carbón de grano grosero, grano medio y grano fino, de los cuales se alimenta un molino (5) como dispositivo de alimentación. En vez de carbón, se podría utilizar también en principio otros combustibles o se prodría proceder a una mezcla. El carbón K, facilitado por el molino (5) será alimentado conjuntamente con el aire primario LP a un quemador (7) de un horno (9), de manera que cada uno de los molinos (5) alimenta a varios quemadores (7) por cuestiones de costes, que en el dibujo se han mostrado por ejemplo, en forma de dos elementos. En cada uno de los quemadores (7) se constituye en el horno (9) una llama (11). Por debajo del quemador (7) se insufla el aire secundario LS hacia dentro del horno (9).

Cada una de las llamas (11) es captada por un dispositivo de medición (15) de tipo óptico, el cual presenta un boroescopio (17) que se introduce en el horno (9) realizando una imagen de la llama (11) en el interior del dispositivo de medición (15). Mediante un divisor de haz (19), la imagen de la llama (11) es desviada, por un parte, a una cámara de video (21), opcionalmente conectada al dispositivo de medición (15) y, por otra, a un diodo (23) que la recibe con una frecuencia de captación, por ejemplo, hasta 2 kHz, y en caso deseado con una sensibilidad espectral adecuada, una señal descompuesta en el tiempo o según el espectro. En este caso, el boroescopio (17) está ajustado con ayuda de la cámara de video (21), de manera tal que, el diodo (23) está dirigido a una zona de interés (ROI = Region of Interest) en la base de llama en las proximidades del quemador (7), el cual se ha simbolizado en el dibujo esquemáticamente mediante una cruz. Después de dicho ajuste, la cámara de video (21) se puede retirar y utilizar para el ajuste de otro dispositivo de medición (15).

El diodo (23) facilita la señal recibida preferentemente a un dispositivo de evaluación propio (25), el cual lleva cabo la evaluación que se describe a continuación y envía el resultado a un ordenador (31). Dicho ordenador (31) sirve para la regulación de la central térmica (1), es decir, en base a los resultados facilitados por los dispositivos de medición

(15)

se implementarán diferentes magnitudes para conseguir un objetivo de optimización, por ejemplo, una emisión mínima de óxidos de nitrógeno, mediante, por ejemplo, la mezcla y calidad de carbón alimentada al molino (5), cuyas magnitudes influyen en el espectro granulométrico de cada quemador (7), así como la cantidad de carbón y la cantidad de aire primario y la cantidad de aire secundario. Dado que diferentes quemadores (7) están asociados a cada molino (5), no todas las magnitudes efectivas son conocidas.

Para poder determinar el espectro granulométrico en cada quemador (7), así como la distribución de corrientes másicas de carbón en los diferentes quemadores (7) de un molino (5), se someterá en el dispositivo de evaluación

(25)

de cada diodo (23) o de forma opcional en el ordenador (31), la señal recibida con dependencia del tiempo será sometida a una transformación rápida de Fourier y se conseguirá un espectro hasta aproximadamente 100 Hz (teorema de muestreo). El espectro presenta una zona de aproximadamente 100 a 1000 Hz de disminución exponencial de la intensidad (I), y se puede describir de forma muy aproximada mediante cinco valores característicos.

Estos cinco valores característicos son la parte de intensidad constante (M1), dependiente de la frecuencia, la cual corresponde a la intensidad I para la frecuencia f=0, el valor medio de la frecuencia (M2) en la zona de la disminución de la intensidad, es decir, la separación de la zona de la disminución de intensidad de la frecuencia f=0, la posición y anchura (M3) (valor mínimo y máximo alternativo) de la zona de la disminución de intensidad, el coeficiente de regresión (M4), es decir, la pendiente en la zona de disminución de intensidad y la distorsión (M5), es decir, la amplitud de banda de la intensidad en la zona de la disminución de la intensidad. Una determinación inicial de espectros de granulometría conocidos, y distribuciones de corrientes básicas conocidas de carbón, sirven para la inicialización y determinación de los valores absolutos. Partiendo de una regresión múltiple o de otro procedimiento de aproximación con los cinco valores indicados de todos los quemadores (7) a lo largo del tiempo, se puede conseguir la mejor aproximación posible a una combinación de los espectros granulométricos conocidos y a las corrientes másicas de carbón de las que se determinan las dimensiones deseadas para la regulación.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para la regulación de instalaciones termodinámicas (1), de acuerdo con el cual, como mínimo, un dispositivo de alimentación (5) suministra combustible, como mínimo, a dos quemadores (7) asociados con el 5 mismo, y de acuerdo con el cual para cada quemador existente (7) se detecta y procesa la imagen de la llama (11) que se forma, de manera que se selecciona, como mínimo, una zona de interés de la imagen de la llama (11) en la base de la llama en la zona próxima al quemador (7) y se detecta su intensidad (I) como señal dependiente del tiempo, y se utiliza para el control, caracterizado porque se determina un espectro a partir de la señal detectada dependiente del tiempo, determinando sus valores característicos (M1, M2, M3, M4, M5) a partir de dicho espectro y 10 porque el espectro granulométrico y/o la distribución de corrientes másicas por quemador (7) se calcula para cada dispositivo de alimentación (5) por la regresión a partir de dicho valor o valores característicos o por otro método matemático, de manera que, dentro del espectro, el primer valor característico (M1) corresponde a la intensidad (I) a la frecuencia f=0, el segundo valor característico (M2) corresponde a un valor de frecuencia medio en el rango de la caída de intensidad del espectro, el tercer valor característico (M3) corresponde a la posición y amplitud de dicha

   15 anchura, el cuarto valor característico (M4) corresponde al coeficiente de regresión y el quinto valor característico (M5) corresponde a la dispersión.
2. 2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la inspección inicial de espectros granulométricos conocidos y distribución de flujos másicos conocidos, sirve para inicializar y determinar los valores absolutos.

   20
3. 3. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque utilizando los valores característicos (M1, M2, M3, M4, M5) a lo largo del tiempo de todos los quemadores (7), se obtiene una aproximación de una combinación de espectros granulométricos conocidos y distribución de flujos másicos conocidos.