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EP0231705B1 - Installation de surveillance du fonctionnement d'une chaudière - Google Patents

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Publication number
EP0231705B1
EP0231705B1 EP86402905A EP86402905A EP0231705B1 EP 0231705 B1 EP0231705 B1 EP 0231705B1 EP 86402905 A EP86402905 A EP 86402905A EP 86402905 A EP86402905 A EP 86402905A EP 0231705 B1 EP0231705 B1 EP 0231705B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
combustion
pipe
gas
installation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP86402905A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0231705A1 (fr
Inventor
Gérald Brunel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SOCIETE D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE CHAUDIERES A
Original Assignee
D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE CHAUDIERES AUTOMATIQUES EN ACIER SECCACIER Ste
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE CHAUDIERES AUTOMATIQUES EN ACIER SECCACIER Ste filed Critical D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE CHAUDIERES AUTOMATIQUES EN ACIER SECCACIER Ste
Priority to AT86402905T priority Critical patent/ATE73534T1/de
Publication of EP0231705A1 publication Critical patent/EP0231705A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0231705B1 publication Critical patent/EP0231705B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties

Definitions

  • the present invention relates to an installation for monitoring the operation of a boiler, intended to detect all the major disturbances in the boiler, the causes of which may be insufficiently oxidative combustion.
  • This protective installation is only intended to monitor the extinction of the burner flame to detect the excessive presence of oxidizing gas in the fireplace or outside and order the closing of the gas valve.
  • This installation which has no function to control the oxidizing or reducing state of combustion fumes, has no simulation chamber.
  • EP-A-0 221 799 which constitutes the state of the art according to article 54 (3) EPC, to regulate the combustion of a burner by making a sample combustion of a stoichiometric mixture formed by taking combustion air and combustible gas according to previously determined ratios, in the air and gas stream supplying the burner, this sample combustion being monitored by a probe.
  • the present invention proposes to create an installation for monitoring operation a boiler making it possible to check that the combustion is not highly disturbed and to check the good operating condition of the probe performing this monitoring.
  • the present invention relates to an installation for monitoring the proper functioning of a boiler, according to the preamble of the first claim and characterized by the means set out in the characterizing part of the first claim.
  • the installation according to the invention controls the nature of the combustion of a burner by simulating combustion in a simulation chamber using the same combustion gas and the same combustion air, supplied to this combustion chamber by l 'intermediate of pipes providing a calibrated flow.
  • the result of this simulated combustion is detected by the probe, the proper functioning of which is checked by passing the smoke from the hearth over the probe through the intermittent opening of the solenoid valve of the pipe connected to the suction side of the fan by the intermediate of the simulation chamber.
  • the gas supplied by the burner supply pipe is partly diverted to the simulation chamber by the corresponding pipe.
  • the same is true for a fraction of combustion air derived from the pipe through the air intake pipe.
  • the gas and air pressure in the pipes is sufficient, combined with the vacuum prevailing in the hearth, to circulate the gas and the combustion air, then the fumes of the simulated combustion from the chamber to the hearth.
  • the probe By intermittently injecting, preferably regularly, a small amount of gas, the probe is toggled between its low state and its high state.
  • the intermittent signal supplied by the probe can be integrated by the control circuit which, in the event of normal operation, transmits a corresponding signal and, in the event of abnormal operation, puts the boiler in safety, i.e. stops by prohibiting restart except by manual intervention.
  • the probe does not provide signals during gas injection, this means either that the probe is out of order, or that the servo motor supplying the fluid (gas, air) did not respond to the signals control.
  • control circuit confirms that the probe is in normal operating state, but if the probe provides a signal indicating a malfunction of the boiler, this signal is interpreted as such.
  • the analysis probe is preferably an oxygen probe, with zirconium; it can also be other sensors and probes as well as combinations probes and sensors for detecting unburnt gases, such as, for example, catarometric probes making it possible to detect a highly disordered combustion emitting unburnt gases due to an air defect or an exaggerated excess of air.
  • the installation according to the invention can be used independently or in combination with a usual flame monitoring device, on new boilers, but also on already existing boilers.
  • the installation can also be used in reverse conditions to control reductive combustion.
  • the periodic injection of gas is replaced by an injection of air.
  • the figure shows the installation for controlling the operation of a boiler of which only the burner 1 has been shown with its gas supply pipe 2 provided with a valve 3 and its supply pipe 4 with air supplied by a fan 5 and a hearth 6.
  • the installation comprises a gas intake 7 connected to the gas pipe 2, a combustion air intake 8 connected to the combustion air line 4 and a simulation chamber 9 in which a stoichiometric combustion is simulated which is detected by a probe 10 placed in the outlet pipe 11 opening into the hearth 6.
  • This combustion monitoring installation detects combustion by the probe 10 and regulates the gas supply via the valve 3 controlled by the circuit of control 12 so that the combustion in the hearth 6 takes place according to the fixed conditions (oxidizing combustion or reducing combustion).
  • the monitoring installation consists of a pipe 13 connected to the suction of the blowing machine 5 and provided with a valve 14 controlled by a control circuit 15.
  • the pipe 13 comprises a diaphragm 16 adapting the pressure drop in the blowing machine 5.
  • the dimensioning of the various pipes 7, 8, 11, 13 and of the diaphragm 16 is such that when the valve 14 is open, the installation operates by sucking smoke from the hearth 6 through the pipe 11 to check that the smoke atmosphere is good. This verification is done intermittently according to a periodicity adjusted by the control system 12 possibly integrated into the circuit 15 for controlling the valve 14.
  • the control probe can be used to periodically detect poor combustion in the fireplace. To do this, it is constantly checked during operation of the regulator that the probe is in good condition by ensuring that it switches regularly between its two states. If not, this means either that the sensor is out of service, or that the regulator or its motors are malfunctioning. In both cases, the boiler and its burner are locked out. Periodically, if the probe and the regulator are working, the valve is open to allow the extraction of smoke from the fireplace (the regulator is then stopped) and it is checked that the smoke is oxidizing. If not, we put the system in safety.
  • the installation controls the nature of the combustion of a burner by simulating combustion in a simulation chamber 9 using the same oxidizing gas and the same combustion air supplied to this combustion chamber. by means of pipes providing a calibrated flow. The result of this simulation combustion is detected by the probe 10.
  • Verification of the proper functioning of the probe 10 associated with the simulation chamber is carried out by passing the smoke from the hearth 6 over the probe 10 by the intermittent opening of the solenoid valve 14 of the pipe 13 connected to the suction side of the fan. 5 via the simulation chamber 9.
  • the gas from the supply pipe 2 of the burner is partially diverted to the simulation chamber 9 via the corresponding pipe 7. It is the same for a fraction of combustion air derived from the pipe 4 through the air intake pipe 8.
  • the gas and air pressures in the pipes 7, 8 are sufficient, combined with the vacuum reigning in foyer 6 to circulate the gas and the combustion air then the fumes from the simulated combustion from the chamber 9 to the hearth 6.
  • the circulation is done in reverse: the vacuum created in the air line 13 by the fan 5 draws fumes from the hearth 6 through the line 11 to pass them over the probe. analysis 10. It does not matter that at this time, gas and air are also sucked towards the pipe 13 from the pipes 7 and 8 connected to the chamber 9 since the suction pipe 13 does not include a probe .
  • the installation according to the invention can be used independently or associated with a usual flame monitoring device.
  • the installation can also be used to control a reduction type combustion, in which case the periodic injection of gas is replaced by an injection of air.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une installation de surveillance du fonctionnement d'une chaudière, destinée à détecter tous les forts dérèglements de la chaudière dont les causes peuvent être une combustion pas assez oxydante.
  • Lorsqu'une chaudière fonctionne dans des conditions trop oxydantes, cela pénalise le rendement de la combustion et diminue la puissance que peut fournir la chaudière. Un tel mauvais fonctionnement n'est pas gênant pour la sécurité de la chaudière. Il n'entraîne pratiquement pas de problèmes de pollution car les imbrûlés tels que CO sont en quantités relativement faibles.
  • Par contre, lorsqu'une chaudière est fortement déréglée et que la combustion n'est pas assez oxydante ou réductrice, les conséquences sont beaucoup plus gênantes et peuvent être plus graves. En effet, des imbrûlés apparaissent dans les fumées, ce qui se traduit par des inconvénients au niveau de la sécurité et de la pollution. Il y a dans ces conditions accumulation d'oxyde de carbone CO, une pollution par l'oxyde de carbone et les autres imbrûlés, ainsi qu'un risque d'encrassement de la chaudière par le dépôt des suies. Les dispositifs de sécurité connus ne vérifient que la présence de la flamme et non la qualité de la combustion.
  • Il est connu (DE-B-1 253 205) une installation électrique de surveillance d'un brûleur à gaz ou d'une chaudière à brûleur à gaz. L'installation comporte un tube de prélèvement de fumées du foyer et un tube de prélèvement de l'air ambiant, reliés à un analyseur de gaz qui commande l'arrêt de la combustion par la fermeture de la vanne suivant l'état du gaz analysé.
  • Cette installation de protection est seulement destinée à surveiller l'extinction de la flamme du brûleur pour détecter la présence excessive de gaz comburant dans le foyer ou à l'extérieur et commander la fermeture de la vanne de gaz. Cette installation qui n'a aucune fonction de contrôle de l'état oxydant ou réducteur des fumées de combustion n'a pas de chambre de simulation.
  • Il est également connu de EP-A-0 221 799, qui constitue l'état de le technique selon l'article 54 (3) CBE, de réguler la combustion d'un brûleur en faisant une combustion échantillon d'un mélange stoechiométrique formé par le prélèvement d'air comburant et de gaz combustible selon des rapports préalablement déterminés, dans la veine d'air et celle de gaz alimentant le brûleur, cette combustion échantillon étant surveillée par une sonde.
  • Toutefois cette régulation connue est destinée à réguler une combustion quelconque et par ailleurs rien ne permet de vérifier le bon fonctionnement de la sonde. Or une sonde est un moyen de détection particulièrement sensible et de ce fait susceptible de mal fonctionner.
  • La présente invention se propose de créer une installation de surveillance du fonctionnement d'une chaudière permettant de vérifier que la combustion n'est pas fortement déréglée et de contrôler le bon état de fonctionnement de la sonde effectuant cette surveillance.
  • A cet effet, la présente invention concerne une installation de surveillance du bon fonctionnement d'une chaudière, selon la preamble de la première revendication et caractérisée par les moyens énoncés dans la partie caractérisante de la première revendication.
  • Ces moyens généraux sont complétés par d'autres moyens objet des autres revendications.
  • Ainsi, l'installation selon l'invention contrôle la nature de la combustion d'un brûleur en simulant une combustion dans une chambre de simulation à l'aide du même gaz comburant et du même air comburant, fournis à cette chambre de combustion par l'intermédiaire de conduites fournissant un débit calibré. Le résultat de cette combustion de simulation est détecté par la sonde dont le bon fonctionnement est vérifié en faisant passer sur la sonde les fumées du foyer par l'ouverture intermittente de l'électrovanne du tuyau relié au côté d'aspiration du ventilateur par l'intermédiaire de la chambre de simulation.
  • En fonctionnement normal, c'est-à-dire entre les contrôles intermittents, le gaz fourni par le tuyau d'alimentation du brûleur est dérivé en partie vers la chambre de simulation par la conduite correspondante. Il en est de même d'une fraction d'air comburant dérivé de la conduite à travers la conduite de prélèvement d'air. La pression du gaz et de l'air dans les conduites est suffisante, combinée à la dépression régnant dans le foyer, pour faire circuler le gaz et l'air comburant, puis les fumées de la combustion de simulation de la chambre vers le foyer.
  • En injectant par intermittence, de préférence de façon régulière, une petite quantité de gaz, on fait basculer la sonde entre son état bas et son état haut. Le signal intermittent fourni par la sonde peut être intégré par le circuit de contrôle qui, en cas de fonctionnement normal, transmet un signal correspondant et, en cas de fonctionnement anormal, met la chaudière en sécurité, c'est-à-dire l'arrête en interdisant le redémarrage sauf par une intervention manuelle.
  • Si la sonde ne fournit pas de signaux lors de l'injection de gaz, cela signifie soit que la sonde est hors d'usage, soit que le moteur d'asservissement fournissant le fluide (gaz, air) n'a pas répondu aux signaux de commande.
  • Par contre, si le circuit de contrôle confirme que la sonde est en état de fonctionnement normal, mais si la sonde fournit un signal traduisant un mauvais fonctionnement de la chaudière, ce signal est interprété comme tel.
  • Pour le contrôle intermittent, la circulation se fait de manière inverse : la dépression créée dans la conduite d'air par le ventilateur aspire des fumées du foyer à travers la conduite pour les faire passer sur la sonde d'analyse. Il importe peu qu'à ce moment, du gaz et de l'air soient également aspirés vers la conduite à partir des conduites reliées à la chambre puisque la conduite d'aspiration ne comporte pas de sonde.
  • Ainsi, cette installation de conception particulièrement simple permet de vérifier en permanence que la chaudière fonctionne dans des conditions normales et n'est pas trop déréglée.
  • La sonde d'analyse est de préférence une sonde à oxygène, au zirconium ; il peut également s'agir d'autres capteurs et sondes ainsi que de combinaisons de sondes et de capteurs pour détecter les imbrûlés gazeux comme, par exemple, des sondes catarométriques permettant de détecter une combustion fortement déréglée émettant des imbrûlés gazeux du fait d'un défaut d'air ou d'un excès d'air, exagéré.
  • De façon générale, l'installation selon l'invention peut s'utiliser indépendamment ou en association avec un dispositif habituel de surveillance de flamme, sur des chaudières nouvelles, mais également sur des chaudières déjà existantes.
  • En outre, bien que la description des différents modes de réalisation ait été faite ci-dessus dans le cas de la surveillance d'une atmosphère oxydante utilisant dans certains modes de réalisation, une injection de gaz, l'installation peut également s'utiliser dans des conditions inverses pour contrôler une combustion réductrice. Dans ce cas, l'injection périodique de gaz est remplacée par une injection d'air.
  • Bien qu'il soit intéressant dans le cas de chaudières travaillant sous pression, (c'est-à-dire dont l'air comburant est fourni par un ventilateur), de monter l'installation de surveillance comme précisé ci-dessus, cette application n'est pas limitative et l'installation, selon l'invention, peut également se monter dans des chaudières travaillant en dépression, c'est-à-dire aspirant l'air comburant.
  • La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté schématiquement dans le dessin annexé dans lequel :
    • la figure est un schéma d'une installation de surveillance du bon fonctionnement d'une chaudière.
  • La figure montre l'installation de contrôle de fonctionnement d'une chaudière dont seul le brûleur 1 a été représenté avec sa conduite d'alimentation en gaz 2 munie d'une vanne 3 et sa conduite d'alimentation 4 en air fourni par un ventilateur 5 et un foyer 6.
  • L'installation comprend une prise de gaz 7 reliée à la tuyauterie de gaz 2, une prise d'air comburant 8 reliée à la conduite d'air comburant 4 et une chambre de simulation 9 dans laquelle on simule une combustion stoechiométrique qui est détectée par une sonde 10 placée dans la conduite de sortie 11 débouchant dans le foyer 6. Cette installation de surveillance de la combustion détecte la combustion par la sonde 10 et règle l'alimentation en gaz par l'intermédiaire de la vanne 3 commandée par le circuit de commande 12 pour que la combustion dans le foyer 6 se fasse suivant les conditions fixées (combustion oxydante ou combustion réductrice).
  • Selon l'invention, l'installation de surveillance se compose d'une conduite 13 reliée à l'aspiration de la machine soufflante 5 et munie d'une vanne 14 commandée par un circuit de commande 15. La conduite 13 comporte un diaphragme 16 adaptant la perte de charge à la machine soufflante 5. Le dimensionnement des différentes conduites 7, 8, 11, 13 et du diaphragme 16 est tel que lorsque la vanne 14 est ouverte, l'installation fonctionne en aspirant des fumées du foyer 6 par la conduite 11 pour vérifier que l'atmosphère des fumées est bonne. Cette vérification se fait de façon intermittente suivant une périodicité réglée par le système de commande 12 éventuellement intégré au circuit 15 de commande de la vanne 14.
  • La sonde de régulation peut être utilisée pour détecter périodiquement une mauvaise combustion dans le foyer. Pour cela, on vérifie en permanence pendant le fonctionnement du régulateur que la sonde est en bon état en s'assurant qu'elle bascule régulièrement entre ses deux états. Dans la négative, cela signifie soit que la sonde est hors service, soit que le régulateur ou ses moteurs fonctionnent mal. Dans les deux cas, la chaudière et son brûleur sont mis en sécurité. Périodiquement, si la sonde et le régulateur fonctionnent, la vanne est ouverte pour permettre l'aspiration des fumées du foyer (le régulateur est alors arrêté) et on vérifie que les fumées sont oxydantes. Dans la négative, on met le système en sécurité.
  • Comme déjà indiqué, de manière générale l'installation contrôle la nature de la combustion d'un brûleur en simulant une combustion dans une chambre de simulation 9 à l'aide du même gaz comburant et du même air comburant, fournis à cette chambre de combustion par l'intermédiaire de conduites fournissant un débit calibré. Le résultat de cette combustion de simulation est détecté par la sonde 10.
  • La vérification du bon fonctionnement de la sonde 10 associée à la chambre de simulations est réalisée en faisant passer sur la sonde 10 les fumées du foyer 6 par l'ouverture intermittente de l'électrovanne 14 du tuyau 13 relié au côté d'aspiration du ventilateur 5 par l'intermédiaire de la chambre de simulation 9.
  • En fonctionnement normal, c'est-à-dire entre les contrôles intermittents, le gaz du tuyau d'alimentation 2 du brûleur est dérivé en partie vers la chambre de simulation 9 par la conduite 7 correspondante. Il en est de même d'une fraction d'air comburant dérivé de la conduite 4 à travers la conduite de prélèvement d'air 8. Les pressions de gaz et d'air dans les conduites 7, 8 sont suffisantes, combinées à la dépression régnant dans le foyer 6 pour faire circuler le gaz et l'air comburant puis les fumées de la combustion de simulation de la chambre 9 vers le foyer 6.
  • Par contre, pour le contrôle intermittent, la circulation se fait de manière inverse : la dépression créée dans la conduite d'air 13 par le ventilateur 5 aspire des fumées du foyer 6 à travers la conduite 11 pour les faire passer sur la sonde d'analyse 10. Il importe peu qu'à ce moment, du gaz et de l'air soient également aspirés vers la conduite 13 à partir des conduites 7 et 8 reliées à la chambre 9 puisque la conduite 13 d'aspiration ne comporte pas de sonde.
  • De façon générale, l'installation selon l'invention peut s'utiliser indépendamment ou associée à un dispositif habituel de surveillance de flamme.
  • L'installation peut également s'utiliser pour contrôler une combustion de type réductrice, auquel cas l'injection périodique de gaz est remplacée par une injection d'air.

Claims (4)

  1. Installation de surveillance du bon fonctionnement d'une chaudière équipée d'un brûleur (1) alimenté en gaz (2) par une conduite équipée d'une vanne (3) commandée, et en air comburant par un ventilateur (5), installation comportant une sonde d'analyse reliée au circuit de commande (12) de la vanne de gaz (3) et dont le fonctionnement peut être vérifié, installation caractérisée en ce qu'elle comprend :
    - une chambre de simulation de combustion (9) reliée par une prise de gaz (7) à la conduite d'alimentation en gaz et par une prise d'air (8) à la sortie (4) du ventilateur alimentant le brûleur (1) en air comburant pour simuler une combustion dont les gaz résultants sont analysés par la sonde placée dans une conduite (11) reliant la chambre (9) au foyer (6) de la chaudière;
    - une conduite (13) reliant la chambre de simulation (9) au côté d'aspiration de la pompe (5), cette conduite (13) étant munie d'une vanne (14) reliée à un circuit de commande (15), cette vanne normalement fermée étant commandée par intermittence pour libérer la conduite (13) et permettre l'aspiration de fumées du foyer (6) à travers les conduites (11) et (13) pour faire passer les fumées sur la sonde (10) et déclencher celle-ci pour en vérifier le bon fonctionnement.
  2. Installation de surveillance selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sonde d'analyse (10) est une sonde à oxygène, au zirconium.
  3. Installation de surveillance selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sonde (10) permet la détection de l'état oxydant ou réducteur des gaz qu'elle analyse.
  4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen de vérification du basculement régulier de la sonde dans un temps donné lorsqu'elle fonctionne en régulation.
EP86402905A 1985-12-31 1986-12-23 Installation de surveillance du fonctionnement d'une chaudière Expired - Lifetime EP0231705B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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FR8519491 1985-12-31
FR8519491A FR2592465B1 (fr) 1985-12-31 1985-12-31 Installation de surveillance du fonctionnement d'une chaudiere

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0231705A1 EP0231705A1 (fr) 1987-08-12
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EP (1) EP0231705B1 (fr)
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DE (1) DE3684296D1 (fr)
FR (1) FR2592465B1 (fr)

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