ES2898242T3 - Sistema de combustión de central eléctrica - Google Patents

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Abstract

Sistema de combustión de central eléctrica con varios quemadores (1) dispuestos en una pared de una cámara de combustión, en los que se realiza el suministro del aire de combustión a través de uno o varios espacio(s) anular(es) (3) que rodea(n) concéntricamente cada quemador (1) y cada quemador (1) presenta medios para influir en la cantidad de la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) (3) hacia la cámara de combustión, con un dispositivo para controlar el proceso de combustión, que comprende al menos medios para detectar la cantidad de combustible suministrada a un quemador (1), así como medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) (3), donde el dispositivo para controlar el proceso de combustión está diseñado de tal manera que se generen señales de ajuste para cada medio para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) que rodea(n) el un quemador (1) hacia la cámara de combustión, con el fin de influir de esta manera en la cantidad de aire de combustión que fluye a través de cada espacio anular (3), caracterizado por el hecho de que los medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular (3, 3.1) comprenden al menos dos varillas de detección (10, 11) compuestas por material eléctricamente conductor, que forman un par correspondiente y están dispuestos en el espacio anular (3, 3.1) transversalmente al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) o en un ángulo α con respecto al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) con 30 ° <= α <= 90 ° y uno detrás del otro en la dirección de flujo (7) de la corriente de aire de combustión y espaciados en paralelo con una separación a entre sí, que forman un par correspondiente, y están eléctricamente aislados de las paredes (1, 2) que forman el espacio anular (3, 3.1), donde las varillas de detección (10, 11) están adaptadas en su forma a la curvatura del espacio anular (3, 3.1) y presentan una longitud de L > 20 mm, preferiblemente L > 200 mm, y donde las varillas de detección (10, 11) están conectadas eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación (13), mediante el cual se determina la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión ortogonalmente a la dirección longitudinal de las varillas de detección (10, 11) evaluando las señales eléctricas generadas por la influencia eléctrica en las varillas de detección (10, 11) que es provocada por partículas cargadas eléctricamente transportadas en la corriente de aire de combustión y que pasan por las varillas de detección (10, 11), donde, en el caso de que las varillas de detección (10, 11) no estén dispuestas transversalmente al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1), se calcula una componente (v2) de la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) y, sobre la base de la componente (v2), se calcula la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1), y la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular (3, 3.1) se determina sobre la base de las dimensiones geométricas del área de sección transversal del espacio anular (3, 3.1).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de combustión de central eléctrica
[0001] La invención se refiera a un sistema de combustión de central eléctrica con una multitud de quemadores que trabajan en paralelo dispuestos en una pared de una cámara de combustión y alimentados con aire de combustión a través de una caja de viento, donde el aire de combustión se suministra a cada quemador individual a través de uno o más espacios anulares que rodean concéntricamente el quemador.
[0002] En un sistema de combustión de central eléctrica, un gran número de quemadores están dispuestos habitualmente actuando en paralelo en una pared de una cámara de combustión y se alimentan con aire de combustión a través de una caja de viento común. El aire de combustión se suministra preferiblemente al quemador individual a través de uno o más espacios anulares que rodean concéntricamente el quemador. En este caso, el suministro de aire de combustión al espacio anular comprende medios para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular y posteriormente a la cámara de combustión. Además, los dispositivos de conducción de aire, por ejemplo álabes de guía, que se pueden modificar en su posición, están dispuestos en el(los) espacio(s) anular(es) para introducir el aire de combustión en la cámara de combustión en forma de espiral como un flujo de torsión alrededor de una llama que se forma delante del quemador, donde, en el caso de la disposición de varios espacios anulares concéntricos, tanto los medios para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del hueco anular y posteriormente a la cámara de combustión como los dispositivos de guía de aire, por ejemplo álabes de guía, se pueden diseñar de manera diferente y controlar por separado en cada espacio anular. Al disponer varios espacios anulares concéntricos alrededor de un quemador, el aire de combustión para la combustión principal y de poscombustión se puede introducir por separado en la cámara de combustión mediante un solo quemador, es decir, en diferentes zonas de combustión de la llama en la dirección del flujo y la cantidad de aire de combustión. Los álabes de guía para generar un flujo de torsión de la corriente de aire de combustión y los medios que pueden influir en la cantidad de aire de combustión pueden estar integrados como actuadores en un dispositivo de control para controlar el proceso de combustión, de modo que el proceso de combustión se pueda controlar por separado para cada quemador individual de un sistema de combustión de central eléctrica. Para un control optimizado del proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica, es necesario suministrar a cada quemador individual una cantidad de combustible adecuada para la combustión principal y poscombustión para una combustión óptima de la cantidad de combustible suministrada al quemador, es decir, para controlar la relación aire-combustible durante la combustión, lo que significa que, con una conocida cantidad de combustible suministrada al quemador, la cantidad de aire de combustión que fluye a través de cada espacio anular que rodea al quemador debe determinarse y, si es necesario, modificarse posteriormente.
[0003] Para influir en la cantidad de aire de combustión suministrada a un quemador o a un grupo de quemadores, es conocido el hecho de colocar deflectores de aire en la caja de viento para influir en la corriente de aire de combustión dentro de la caja de viento para influir, de esta manera, en la distribución de la cantidad de aire de combustión total suministrada a la caja de viento entre quemadores individuales o grupos de quemadores. La cantidad de aire de combustión total suministrada a la caja de viento se puede determinar con relativa facilidad. Sin embargo, esta solución no permite un control optimizado del proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica.
[0004] Para determinar la cantidad de aire de combustión suministrada a un quemador, se conoce el hecho de medir la velocidad de la corriente de aire de combustión y calcular la cantidad de aire de combustión utilizando las dimensiones geométricas del área de sección transversal del conducto que lleva el aire de combustión. Para medir la velocidad de la corriente de aire de combustión, se conocen por el estado de la técnica sondas de presión dinámica, también llamados tubos de Pitot o tubos de Prandtl, que se pueden introducir en la corriente de aire de combustión. Sin embargo, dichas sondas de presión dinámica no pueden usarse para medir la velocidad de la corriente de aire de combustión en el espacio anular de las líneas de suministro de aire de combustión a un quemador en un sistema de combustión de una central eléctrica, debido a que el flujo del aire de combustión en el espacio anular es extremadamente turbulento y puede tener un torsión con líneas de flujo fuertemente curvadas, de modo que solo se pueda determinar una velocidad de la corriente de aire de combustión dirigida mediante una sonda de presión dinámica, cuando la corriente de aire de combustión golpea la sonda perpendicularmente. Si el flujo es turbulento y la corriente de aire de combustión no golpea la sonda de presión dinámica verticalmente, especialmente si cambia la dirección de la corriente de aire de combustión, no se puede determinar la velocidad dirigida de la corriente de aire de combustión a partir de la presión diferencial determinada por medio de la sonda de presión dinámica. Por tanto, no es posible determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular mediante sondas de presión dinámica dispuestas en el espacio anular. Además, el aire de combustión de una central eléctrica de carbón está muy cargado de partículas de ceniza, lo que conduce a una rápida contaminación de las sondas de presión dinámica. Por tanto, la solución no es aplicable para un control optimizado del proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica.
[0005] El folleto de la empresa Measuring individual burner airflow, Application Builletin ICA-06 der Firma Air Monitor Corporation, Santa Rosa, CA 95406, describe la disposición de las sondas de presión dinámica en la dirección de flujo del aire de combustión frente a los espacios anulares en una caja de viento que conduce el aire de combustión a un quemador. Sin embargo, como se describe, las sondas de presión dinámica son considerablemente propensas a fallar debido a la contaminación. También en el caso de una disposición en una caja de viento frente al espacio anular, los ciclos de mantenimiento complejos y regulares y el lavado regular de las sondas de presión dinámica con aire fresco purificado son, por lo tanto, necesarios para un funcionamiento seguro. Por lo tanto, la disposición descrita se utiliza principalmente solo para calibrar la disposición del quemador sin que tenga lugar un proceso de combustión real. Tampoco es aplicable para un control optimizado del proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica.
[0006] De la DE 200 21 271 U1 se conoce un dispositivo de detección para determinar uno o un grupo de quemadores de una disposición de quemador con un suministro de aire de combustión común a través de una caja de viento según el método de medición de correlación cruzada, en el que las disposiciones de sensores están dispuestas dentro de la caja de viento, cada una de las cuales abarca la sección transversal de flujo de la caja de viento, de manera que la corriente de aire de combustión reducida en cada caso por la cantidad de aire de combustión suministrado a un quemador o un grupo de quemadores fluye a través de las disposiciones de sensores. En este caso, una disposición de sensores consta de dos varillas de detección individuales o grupos de varillas de detección que abarcan la sección transversal de la caja de viento, dispuestas una detrás de la otra en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión, separadas entre sí y cruzadas. Los métodos de correlación se utilizan para determinar la velocidad de la corriente de aire de combustión a partir de las señales generadas sobre las varillas de detección como resultado de la influencia eléctrica causada por partículas cargadas eléctricamente que pasan por las varillas de detección y son transportadas en la corriente de aire de combustión. Con la ayuda de la velocidad de la corriente de aire de combustión y la geometría asociada a la caja de viento, se puede calcular la cantidad de aire de combustión que fluye a través de la caja de viento. Sin embargo, la cantidad de aire de combustión suministrada a un quemador individual solo puede determinarse con este dispositivo en el caso de disposiciones especiales de quemadores en conexión con una caja de viento especialmente diseñada. Dichas disposiciones de quemadores y diseños de una caja de viento tienen poca importancia en la práctica. Además, esta solución tiene el inconveniente de que las medidas que se refieren entre sí pueden tener un error de medida considerable debido a la propagación de errores. Esta solución tampoco es adecuada para un control optimizado del proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica.
[0007] De la DE 10 2012 014 260 A1 se conoce un dispositivo y un método para controlar la relación airecombustible cuando se quema carbón molido en una central eléctrica de carbón, en la que la medición de la cantidad de aire de combustión y la medición de la cantidad de aire transportado se llevan a cabo según el método de correlación mediante la evaluación de señales eléctricas que se obtienen por medio de sensores dispuestos en el flujo de aire. Para ello, en el canal de conducción de aire, en la dirección del flujo del aire, están dispuestas una detrás de las otras dos varillas de detección, en las que las señales eléctricas se generan mediante inducción eléctrica, que es causada por partículas cargadas eléctricamente que pasan por las varillas de detección y son guiadas en el flujo de aire, que se alimentan a un dispositivo de medición de correlación. El método de medición de correlación se utiliza para determinar el tiempo que necesitan las partículas cargadas eléctricamente para superar la distancia entre las dos varillas de detección. La velocidad de flujo de la corriente de aire se calcula a partir del tiempo y la distancia entre las varillas de detección y la cantidad de aire se calcula en función de la geometría del conducto de guía de aire. En la dirección del flujo de aire frente a las varillas de detección están dispuestos un electrodo y un contraelectrodo, que están conectados a una fuente de alto voltaje con un voltaje entre 12 kV y 20 kV. El electrodo conectado a la fuente de alto voltaje está dispuesto en el flujo de aire de tal manera que al menos parte del flujo de aire está expuesto al efecto de un flujo de iones que fluye desde el electrodo hasta el contraelectrodo y, por lo tanto, se influencia eléctricamente. El dispositivo y el método descritos en la DE 10 2012 014 260 A1 no pueden utilizarse para un control optimizado del proceso de combustión de cada quemador individual dispuesto en un sistema de combustión de una central eléctrica. La US 2011/0197831 A1 divulga un sistema de combustión de central eléctrica con varios quemadores dispuestos en una pared de una cámara de combustión. Las cantidades de combustible y aire de combustión suministradas a los quemadores individuales se miden y regulan individualmente.
[0008] Una práctica común es controlar el proceso de combustión en un sistema de generación de una central eléctrica utilizando características estáticas, por lo que solo la cantidad de combustible suministrada a todos los quemadores alimentados con aire de combustión a través de una caja de viento y la cantidad total de aire de combustión suministrada a los quemadores a través de las cajas de viento se tienen en cuenta como variables de control. Por tanto, no es posible un control optimizado del proceso de combustión.
[0009] El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo para controlar el proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica, que permite un control optimizado del proceso de combustión, es decir, que permite un control optimizado del proceso de combustión de cada quemador individual dispuesto en un sistema de combustión de central eléctrica.
[0010] Según la invención, este objeto se logra mediante un sistema de combustión de una central eléctrica con las características de la primera reivindicación de patente. Las reivindicaciones 2 a 8 describen configuraciones ventajosas de la invención.
[0011] Un sistema de combustión de una central eléctrica con varios quemadores dispuestos en una pared de una cámara de combustión, en la que el aire de combustión se suministra a través de uno o más espacios anulares que rodean concéntricamente cada quemador y cada quemador tiene medios para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) hueco(s) anular(es) hacia la cámara de combustión, comprende un dispositivo para controlar el proceso de combustión, que comprende al menos un medio para detectar la cantidad de combustible suministrado a un quemador y un medio para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular. En este caso, el dispositivo para controlar el proceso de combustión está diseñado de tal manera que se generan señales de control para cada medio para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(e)s que rodea(n) un quemador para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través de cada espacio anular. Un medio para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular comprende al menos dos varillas de detección hechas de un material eléctricamente conductor, que forman un par correspondiente, que se encuentran en el espacio anular transversalmente al eje longitudinal del espacio anular o en un ángulo a con respecto al eje longitudinal del espacio anular con 30 ° < a < 90 ° y están dispuestas uno detrás de la otra en la dirección del flujo del aire de combustión y paralelas a una distancia entre sí, donde las correspondientes varillas de detección están dispuestas de tal manera que al menos una parte del aire de combustión que fluye más allá de la primera varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión también fluya más allá de la segunda varilla de detección del par correspondiente en el dirección de flujo de la corriente de aire de combustión. En este caso están dispuestos en el espacio anular de tal manera que su dirección longitudinal sea casi transversal o en un ángulo entre 30° y 90° con respecto a la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión. Por lo tanto, están dispuestos en el espacio anular de tal manera que su dirección longitudinal sea casi transversal o en un ángulo entre 30° y 90° con respecto a la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión, donde están dispuestos preferiblemente en el espacio anular con una separación uniforme a lo largo de la longitud de las varillas de detección de las dos paredes que forman el espacio anular. Las varillas de detección presentan una longitud I de I > 20 mm, preferiblemente l > 200 mm. Un medio para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular también comprende un dispositivo de medición de correlación al que están conectadas eléctricamente las varillas de detección, donde, mediante el cual, por medio del dispositivo de medición de correlación, mediante la evaluación de las señales eléctricas generadas por la influencia eléctrica en las varillas de detección causadas por partículas cargadas eléctricamente que pasan por las varillas de detección y son transportadas en la corriente de aire de combustión, la velocidad de la corriente de aire de combustión se determina transversalmente a la dirección longitudinal de las varillas de detección. En el caso de que las varillas de detección no estén dispuestas transversalmente al eje longitudinal del espacio anular, se calcula una componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal del espacio anular y, en base al componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal del espacio anular y, basándose en las dimensiones geométricas del área de sección transversal del espacio anular, la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular. Si un quemador está rodeado por varios espacios anulares, como se describió anteriormente, las varillas de detección están dispuestas en cada espacio anular y conectadas eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación, de modo que se pueda determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de cada espacio anular que rodea un quemador. Por lo tanto, para cada quemador dispuesto en la pared de una cámara de combustión de un sistema de combustión de una central eléctrica, es posible un control óptimo del proceso de combustión suministrando una cantidad adecuada de aire de combustión para una combustión óptima a la cantidad de combustible suministrada al quemador, determinando la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) que rodea(n) el quemador y determinando la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) que rodea(n) el quemador e influyendo en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(e)s hacia la cámara de combustión de acuerdo con la cantidad de aire de combustión que es adecuada para la combustión.
[0012] Bajo la componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal del espacio anular, se entiende que la componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión con la que la corriente de aire de combustión se mueve en la dirección del eje longitudinal del espacio anular, que es la velocidad decisiva para el transporte de una determinada cantidad de aire de combustión en una determinada unidad de tiempo a través del espacio anular. Debido al alto grado de turbulencia en el flujo del aire de combustión en el espacio anular, que en un sistema de combustión de una central eléctrica tiene una anchura entre 20 mm y 200 mm y una circunferencia entre 100 cm y 1500 cm, así como los flujos de torsión de la corriente de aire de combustión generado en el espacio anular, se producen diferentes componentes de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en el espacio anular en términos de dirección y magnitud. Para la determinación de la cantidad de aire de combustión suministrada a un quemador, estos diferentes componentes de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión mencionados anteriormente no son relevantes. El único factor decisivo para esto es la componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal del espacio anular, es decir, como se describe, la componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión con la que el aire de combustión se transporta longitudinalmente a través del espacio anular.
[0013] Sorprendentemente, se ha descubierto que, como se describió anteriormente, las varillas de detección, que están dispuestas en un espacio anular y forman un par correspondiente, son generadas por la influencia de partículas cargadas eléctricamente que pasan más allá de las varillas de detección en la corriente de aire de combustión, que se generan por medio de un dispositivo de medición de correlación se pueden evaluar de tal manera que se determina un desfase de tiempo de las señales eléctricas correlativas que, dividido por la distancia a entre las varillas de detección correspondientes, es una medida para la componente de la velocidad de flujo de la corriente de aire de combustión en el espacio anular transversalmente a la dirección longitudinal de las varillas de detección. Esto es sorprendente porque, en las disposiciones de medición reales, la distancia a entre las varillas de detección correspondientes es de 2 a 5 veces mayor que la anchura del espacio anular y porque las partículas cargadas eléctricamente se mueven en la dirección del flujo del aire de combustión, pero este movimiento se debe a que el alto grado de turbulencia en la corriente de aire de combustión se superpone a un movimiento predominantemente caótico de las partículas cargadas eléctricamente en términos de cantidad y dirección, donde se producen frecuentes colisiones con las paredes del espacio anular que están a potencial de tierra, lo que da como resultado una descarga eléctrica de estas partículas.
[0014] En caso de la disposición de un dispositivo de guía de aire para generar un flujo de torsión de la corriente de aire de combustión, es ventajoso disponer las correspondientes varillas de detección en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión después del dispositivo de guía de aire en el espacio anular.
[0015] En el caso de la disposición de un dispositivo de guía de aire para generar un flujo de torsión de la corriente de aire de combustión, también es ventajoso desplazar las varillas de detección que forman un par correspondiente en paralelo entre sí, es decir, de tal manera que al menos una parte del aire de combustión que fluye más allá de la primera varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión también fluya más allá de la segunda varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión. Las varillas de detección deben ser lo suficientemente largas, es decir, cubrir aproximadamente 1/4 de la circunferencia interior del espacio anular, de tal manera que, incluso si cambia el ángulo de rotación del flujo de torsión de la corriente de aire de combustión, se cumpla la condición de que al menos una parte del aire de combustión que fluye más allá de la primera varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión también fluye más allá de la segunda varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión.
[0016] Las varillas de detección están configuradas preferiblemente como una varilla redonda con un diámetro D con 1 mm < D < 20 mm o como una varilla cuadrada con una longitud de borde e en la dirección de la anchura b del espacio anular con 1 mm < e < 20 mm. En la práctica se asumen condiciones reales, es decir, una anchura b del espacio anular para suministrar el aire de combustión a un quemador en un sistema de combustión de una central eléctrica entre 20 mm < b < 200 mm y una circunferencia del espacio anular entre 100 cm < circunferencia del espacio anular < 1500 cm. Por un lado, las varillas de detección deben ser tan estables que no vibren en la corriente de aire de combustión, pero, por otro lado, no deben ser tan grandes que estrechen excesivamente la sección transversal efectiva del espacio anular para el paso de la corriente de aire de combustión.
[0017] Puede ser ventajoso diseñar una o más varillas de detección en la dirección longitudinal de la varilla de detección eléctricamente y, si es necesario, también segmentadas mecánicamente, donde los segmentos que forman una varilla de detección están dispuestos alineados entre sí en la dirección longitudinal de los segmentos. Los segmentos de una varilla de detección se pueden conectar eléctricamente en serie y la varilla de detección segmentada eléctricamente se puede conectar, por así decirlo, como una unidad eléctrica a una entrada del dispositivo de medición de correlación. Sin embargo, cada segmento de una varilla de detección segmentada eléctricamente también puede conectarse eléctricamente a una entrada separada del dispositivo de medición de correlación.
[0018] En una forma de realización adicional, las varillas de detección pueden estar configuradas como tiras de película hechas de material eléctricamente conductor que están pegadas a una de las dos paredes que forman el espacio anular y están eléctricamente aisladas de la pared.
[0019] En otra configuración preferida de los medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular, dos pares de varillas de detección correspondientes están dispuestos en el espacio anular y cada uno conectado eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación, donde los dos pares de varillas de detección correspondientes están dispuestos en la dirección longitudinal en un ángulo a diferente al eje longitudinal del espacio anular. Preferiblemente, un par de varillas de detección correspondientes están dispuestas transversalmente, es decir, en un ángulo a1 = 90° con respecto al eje longitudinal del espacio anular, y el segundo par de varillas de detección correspondientes en un ángulo de a2 = 45° con respecto al eje longitudinal del espacio anular, pero bajo la condición de que al menos una parte del aire de combustión que fluye más allá de la primera varilla de detección de un par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión también fluya más allá de la segunda varilla de detección del par correspondiente en la dirección de flujo de la corriente de aire de combustión. En este caso, al evaluar las señales generadas con el primer par de sensores, es decir, en un ángulo a l = 90° con respecto al eje longitudinal del espacio anular, se determina la velocidad de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal del espacio anular, mientras que con el segundo, es decir, un par de sensores dispuestos en un ángulo a2 = 45° con respecto al eje longitudinal del espacio anular, se determina una componente de velocidad de la componente de la corriente de aire de combustión que fluye en un ángulo a2 = 45° con respecto al eje longitudinal del espacio anular. El ángulo de torsión y de una corriente de aire de combustión que presenta un flujo de torsión se puede calcular a partir de ambas velocidades mediante triangulación si el ángulo de torsión y cumple la condición (90° -a1) > Y > (90° - a2). En este caso, los ángulos a l = 90° de un par de varillas de detección correspondientes y a2 = 45° del segundo par de varillas de detección correspondientes se nombran como preferidos solo a modo de ejemplo. Evidentemente también son posibles otros ángulos a l y a2 de las direcciones longitudinales de los pares de varillas de detección correspondientes si esto es necesario para cumplir la condición (90° - a1) > y > (90° - a2). En el caso de que los álabes de guía de aire que se pueden modificar en su posición estén dispuestos en el espacio anular, el ángulo de rotación se puede determinar e influir específicamente a través de la posición de los álabes de guía de aire, por lo que también se puede influir, es decir, controlar el proceso de combustión.
[0020] La ventaja particular de la invención consiste en que la velocidad de la corriente de aire de combustión se determina directa e inmediatamente en el(los) espacio(s) anular(es) que rodea(n) un quemador en un sistema de combustión de una central eléctrica y, por lo tanto, la cantidad de aire de combustión suministrada a un quemador en un sistema de combustión de una central eléctrica se puede determinar directa e inmediatamente. Al influir en la corriente de aire de combustión, es decir, la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular, el proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica se controla de manera óptima de acuerdo con criterios preseleccionados.
[0021] Naturalmente también es posible de esta manera regular el proceso de combustión en un sistema de combustión de una central eléctrica.
[0022] La invención se explicará con más detalle a continuación basándose en tres ejemplos de realización. Los dibujos correspondientes se muestran en
Figura 1: una sección parcial de un espacio anular alrededor de un quemador con un par correspondiente de varillas de detección dispuestas en el espacio anular, en Figura 2a: una sección longitudinal a través de un quemador con un espacio anular circundante y un par correspondiente de varillas de detección dispuestas en el espacio anular, en Figuras 2b y c: dos secciones transversales a través de un quemador con un espacio anular circundante de las varillas de detección dispuestas respectivamente en el plano, en
Figura 3: una sección parcial de un espacio anular alrededor de un quemador con un par correspondiente de varillas de detección dispuestas en el espacio anular en un ángulo a = 45° con respecto al eje longitudinal del espacio anular, en
Figura 4a: una sección parcial de un espacio anular alrededor de un quemador con dos pares correspondientes de varillas de detección dispuestas en el espacio anular, donde los pares de varillas de detección correspondientes están dispuestos respectivamente en otro ángulo a con respecto eje longitudinal del espacio anular y en
Figura 4b: un desarrollo del espacio anular con las correspondientes varillas de detección dispuestas en la pared exterior del quemador.
[0023] La figura 1 muestra medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular 3 con un quemador 1, que está coaxialmente rodeado por una tubería 2, de tal manera que está formado un espacio anular 3 entre la pared exterior del quemador 1 y la tubería 2. El quemador 1, la tubería 2 y el espacio anular 3 tienen un eje longitudinal 4 coaxial común. En el espacio anular 3 se conduce el aire de combustión. La tubería 2 presenta una muesca 5 con una reducción de la anchura del espacio anular b para aumentar la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión. En la zona de la muesca 5 están dispuestos álabes de guía 6 en el espacio anular 3, que provocan un flujo de torsión de la corriente de aire de combustión en la sección de espacio anular 3.1 siguiendo la muesca en la dirección del eje longitudinal 4 coaxial. Esta sección de espacio anular 3.1 posee una anchura de espacio anular b constante. La dirección del flujo de la corriente de aire de combustión se ilustra con una flecha 7. La dirección de rotación del flujo de torsión se ilustra con una flecha 8. La componente de la corriente de aire de combustión en la sección de espacio anular 3.1 que es decisivo para determinar la cantidad de aire de combustión suministrada al quemador 1 es la componente de la corriente de aire de combustión dirigido paralelo al eje longitudinal 4 coaxial u ortogonalmente al área de sección transversal de la sección de espacio anular 3.1. Esto se ilustra en la figura 1 con la flecha 9. Dos varillas de detección 10 y 11 están dispuestas dentro de la sección de espacio anular 3.1. Las varillas de detección 10 y 11 están respectivamente eléctricamente aisladas y montadas en la pared exterior del quemador 1 por medio de dos bastidores de soporte 12. Las varillas de detección 10 y 11 están dispuestas trasversalmente al eje longitudinal 4 y están adaptadas en su dirección longitudinal a la curvatura de la sección de espacio anular 3.1 de tal manera que cada una tiene la misma distancia c o d a lo largo de su longitud a las dos paredes que delimitan la sección de espacio anular 3.1, es decir, la pared exterior del quemador 1 y el lado interior de la tubería 2. En este caso, la distancia c es la distancia entre la pared exterior del quemador 1 y las varillas de detección 10 y 11 y la distancia d es la distancia entre la pared interior de la tubería 2 y las varillas de detección 10 y 11. Las dos varillas de detección 10 y 11 están igualmente separadas de las paredes que delimitan la sección de espacio anular 3.1. También están dispuestas de manera que son paralelas entre sí con la distancia a, pero en este caso giran radialmente una contra la otra de modo que la segunda varilla detección 11 en la dirección de flujo 7 de la corriente de aire de combustión está dispuesta desplazada paralelamente en la dirección de rotación 8 del flujo de torsión de la corriente de aire de combustión con respecto a la primera varilla de detección 10 en la dirección de flujo 7 de la corriente de aire de combustión. Las figuras 2a s 2c ilustran la disposición anteriormente descrita de las varillas de detección 10 y 11 en la sección de espacio anular 3.1. Las varillas de detección 10 y 11 están conectadas eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación 13. Mediante la influencia eléctrica, que es causada por las partículas cargadas eléctricamente, que pasan más allá de las varillas de detección 10 y 11 y son transportadas en la corriente de aire de combustión, se generan señales eléctricas en las varillas de detección 10 y 11, que son evaluadas por el dispositivo de medición de correlación 13 de tal manera que se determina un desfase de tiempo de las señales eléctricas correlativas que, dividido por la distancia a entre las varillas de detección 10 y 11, es una medida para la componente de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión en la sección de espacio anular 3.1 transversalmente a la dirección longitudinal de las varillas de detección 10 y 11 en la disposición mostrada en la figura 1 de las varillas de detección 10 y 11, es decir, en la dirección del eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1. Partiendo de la componente de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión determinada de esta manera en la dirección del eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1, la cantidad de aire de combustión suministrada al quemador 1 se determina con el área de sección transversal de la sección de espacio anular 3.1. Al mismo tiempo, se utilizan medios (no mostrados) para detectar la cantidad de combustible suministrada a un quemador 1 para detectar la cantidad de combustible suministrada al quemador 1 y controlar el proceso de combustión cambiando la cantidad de aire de combustión.
[0024] En los medios mostrados en la figura 3 para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular 3, las correspondientes varillas de detección 10 y 11 están dispuestas en un ángulo de a = 45° con respecto al eje longitudinal 4 del espacio anular. Todas las demás características del espacio anular 3 y la disposición de las varillas de detección 10 y 11 en la sección de espacio anular 3.1 corresponden a las de los medios mostrados en la figura 1 para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular 3. Con los medios mostrados en la figura 3 para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular 3, como se describe para las figuras 1 y 2, por medio del dispositivo de medición de correlación 13 se determina una componente de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión en la sección de espacio anular 3.1, que está dirigida en un ángulo de a = 45° con respecto al eje longitudinal 4. La componente de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión en la sección de espacio anular 3.1 en la dirección del eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1 se calcula multiplicando la componente determinada de la velocidad de flujo v por el dispositivo de medición de correlación 13 sin a, es decir, sin 45°. Con la componente calculada de esta manera de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión en la sección 3.1 del espacio anular en la dirección del eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1, se determina la cantidad de aire de combustión suministrada al quemador 1 con el área de sección transversal de la sección de espacio anular 3.1.
[0025] La figura 4a muestra una disposición con dos pares de varillas de detección 10.1 y 11.1, así como 10.2 y 11.2 correspondientes. Las varillas de detección 10.1 y 11.1 correspondientes están dispuestas en su dirección longitudinal en un ángulo a1 = 45° con respecto al eje longitudinal 4 y las varillas de detección 10.2 y 11.2 correspondientes están dispuestas en su dirección longitudinal en un ángulo a2 = 90° con respecto al eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1 sobre la pared exterior del quemador 1. Los dos pares de varillas de detección 10.1 y 11.1, así como 10.2 y 11.2 , correspondientes están conectados eléctricamente, de manera respectiva, a un dispositivo de medición de correlación 13.1 o 13.2. La figura 4b muestra un desarrollo de esta sección de espacio anular 3.1 con los dos pares de varillas de detección 10.1 y 11.1, así como 10.2 y 11.2, correspondientes dispuestos en la pared exterior del quemador 1. Además de determinar la componente de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal 4 de la sección de espacio anular 3.1 y luego seguir el cálculo de la cantidad de aire de combustión suministrada al quemador, con esta disposición, el ángulo de torsión y de una corriente de aire de combustión que presenta un flujo de torsión se puede determinar si el ángulo de torsión y cumple la condición (90 ° - a1) > y > (90 ° - a2). Para ello, evaluando las señales eléctricas generadas en las varillas de detección 10.1 y 11.1 mediante el dispositivo de medición de correlación 13.1, la componente v1 de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión y evaluando las señales eléctricas generadas en las varillas de detección 10.2 y 11.2 por medio del dispositivo de medición de correlación 13.2, se determina la componente v2 de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión.
[0026] La determinación del ángulo de torsión y de una corriente de aire de combustión que presenta un flujo de turbulencia se describe a continuación a modo de ejemplo con referencia a la figura 4b. El ángulo p delimitado entre la velocidad de flujo v y la componente v1 de la velocidad de flujo V que surge de la relación p = 90° - a1 - y o con a1 = 45° surge p = 45° - y. El ángulo delimitado entre la velocidad de flujo v y la componente v2 de la velocidad de flujo V que surge de la relación 90° - a2 y o con a2 = 90° surge de manera que el ángulo delimitado entre la velocidad de flujo v y la componente v2 de la velocidad de flujo v es igual al ángulo de torsión Y. La componente v i de la velocidad de flujo v determinada con las correspondientes varillas de detección 10.1 y 11.1 y el d ispositivo de med ición de correlación 13.1 viene dado por la ecuación
v-i = eos (45° - y) • v oder v-, = (eos 45° • eos y sin 45° • sin y) • v (1)
descrita. La componente v2 de la velocidad de flujo v determinada con las correspondientes varillas de detección 10.2 y 11.2 y el dispositivo de medición de correlación 13.2 viene dado por la ecuación
v2 = eos y • v oder eos y = v2 / v (2)
descrita. Sustituyendo la ecuación (2) en la ecuación (1), se obtiene
v-, = (eos 45° sin 45° • sin y / eos y) • v2 , (3)
transformando la ecuación (3) se obtiene
v1 / v 2 = eos 45° sin 45o* tan y bzw. tany = (v1/v 2-co s45 0)/s in45°.
[0027] Por lo tanto, se puede calcular el ángulo de torsión a partir de los dos componentes v1 y v2 determinados de la velocidad de flujo v de la corriente de aire de combustión según la ecuación.
y = arctan ((v-, / v2 - eos 45°) / sin 45°)
Lista de los números de referencia utilizados
[0028]
1 - quemador
2 - tubería
3 - espacio anular
3.1 - espacio anular, sección de espacio anular
4 - eje longitudinal
5 - muesca
6 - álabes de guía
7 - flecha, dirección del flujo de la corriente de aire de combustión
8 - flecha, dirección de rotación del flujo de torsión
9 - flecha, componente de la corriente de aire de combustión paralelo al eje longitudinal 4
10 - varilla de detección
10.1 - varilla de detección
10.2 - varilla de detección
11 - varilla de detección
11.1 - varilla de detección
11.2 - varilla de detección
12 - bastidor de soporte
dispositivo de medición de correlación dispositivo de medición de correlación dispositivo de medición de correlación

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de combustión de central eléctrica con varios quemadores (1) dispuestos en una pared de una cámara de combustión, en los que se realiza el suministro del aire de combustión a través de uno o varios espacio(s) anular(es) (3) que rodea(n) concéntricamente cada quemador (1) y cada quemador (1) presenta medios para influir en la cantidad de la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) (3) hacia la cámara de combustión, con un dispositivo para controlar el proceso de combustión, que comprende al menos medios para detectar la cantidad de combustible suministrada a un quemador (1), así como medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) (3), donde el dispositivo para controlar el proceso de combustión está diseñado de tal manera que se generen señales de ajuste para cada medio para influir en la cantidad de aire de combustión que fluye a través del(los) espacio(s) anular(es) que rodea(n) el un quemador (1) hacia la cámara de combustión, con el fin de influir de esta manera en la cantidad de aire de combustión que fluye a través de cada espacio anular (3), caracterizado por el hecho de que
los medios para determinar la cantidad de aire de combustión que fluye a través de un espacio anular (3, 3.1) comprenden al menos dos varillas de detección (10, 11) compuestas por material eléctricamente conductor, que forman un par correspondiente y están dispuestos en el espacio anular (3, 3.1) transversalmente al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) o en un ángulo a con respecto al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) con 30 ° < a < 90 ° y uno detrás del otro en la dirección de flujo (7) de la corriente de aire de combustión y espaciados en paralelo con una separación a entre sí, que forman un par correspondiente, y están eléctricamente aislados de las paredes (1, 2) que forman el espacio anular (3, 3.1), donde las varillas de detección (10, 11) están adaptadas en su forma a la curvatura del espacio anular (3, 3.1) y presentan una longitud de L > 20 mm, preferiblemente L > 200 mm, y donde las varillas de detección (10, 11) están conectadas eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación (13), mediante el cual se determina la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión ortogonalmente a la dirección longitudinal de las varillas de detección (10, 11) evaluando las señales eléctricas generadas por la influencia eléctrica en las varillas de detección (10, 11) que es provocada por partículas cargadas eléctricamente transportadas en la corriente de aire de combustión y que pasan por las varillas de detección (10, 11), donde, en el caso de que las varillas de detección (10, 11) no estén dispuestas transversalmente al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1), se calcula una componente (v2) de la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1) y, sobre la base de la componente (v2), se calcula la velocidad de flujo (v) de la corriente de aire de combustión en la dirección del eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1), y la cantidad de aire de combustión que fluye a través del espacio anular (3, 3.1) se determina sobre la base de las dimensiones geométricas del área de sección transversal del espacio anular (3, 3.1).
2. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que
las varillas de detección (10, 11) que forman un par correspondiente están dispuestas en el espacio anular (3, 3.1) con la misma distancia c, d, respectivamente, que es constante sobre la longitud de cada varilla de detección (10, 11), desde las dos paredes (1,2) que forman el espacio anular (3, 3.1).
3. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 1 a 2,
caracterizado por el hecho de que,
en el caso de la disposición de un dispositivo de guía de aire (6) para generar un flujo de torsión de la corriente de aire de combustión, las varillas de detección (10, 11) están dispuestas en el espacio anular (3, 3.1) en la dirección del flujo (7) de la corriente de aire de combustión después del dispositivo de guía de aire (6).
4. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que
las varillas de detección (10, 11) que forman un par correspondiente están dispuestas de manera desplazada paralelamente entre sí, de tal manera que al menos una parte del aire de combustión que fluye más allá de la primera varilla de detección (10) del par correspondiente en la dirección de flujo (7) de la corriente de aire de combustión también fluye más allá de la segunda varilla de detección (11) del par correspondiente en la dirección de flujo (7) de la corriente de aire de combustión.
5. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 3 a 4,
caracterizado por el hecho de que
en el espacio anular (3, 3.1) están dispuestos dos pares de varillas de detección (10.1, 11.1 y 10.2, 11.2) correspondientes, donde los dos pares de varillas de detección (10.1, 11.1 y 10.2, 11.2) correspondientes están dispuestos en un ángulo a diferente con respecto al eje longitudinal (4) del espacio anular (3, 3.1).
6. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 1 a 5,
caracterizado por el hecho de que
las varillas de detección (10, 11) están diseñadas como una varilla redonda con un diámetro d con 1 mm < d < 20 mm o como una varilla cuadrada con una longitud de borde e en la dirección de la anchura b del espacio anular con 1 mm <e < 20 mm.
7. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 1 a 5,
caracterizado por el hecho de que
las varillas de detección (10, 11) están diseñadas por tiras de lámina de un material eléctricamente conductor que se adhieren adhesivamente a una de las dos paredes (1, 2) que forman el espacio anular (3, 3.1) y se aíslan con respecto a la pared (1, 2) dentro del espacio anular (3, 3.1).
8. Sistema de combustión de central eléctrica según la reivindicación 1 a 7,
caracterizado por el hecho de que
las varillas de detección (10, 11) están diseñadas de manera segmentada en la dirección longitudinal, donde los segmentos de las varillas de detección (10, 11) están conectados eléctricamente entre sí en serie y las conexiones en serie de las varillas de detección (10, 11) están conectadas eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación (13) o los segmentos de las varillas de detección (10, 11) están conectados eléctricamente a un dispositivo de medición de correlación (13).
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