Combustion Management Systems

Lider Mundial enSistemas de Control de

Combustión

®

I.D.

F.D.

Sistema de Control del Quemador Mk6

Ejemplo de Adquisición de Datos del Sistema Autoflame

PETRÓLEO

SISTEMA DE PRUEBA DE VÁLVULASCON LÍMITES ALTA/BAJA PRESIÓN

MOTOR DE VELOCIDAD VARIABLE

SENSORPRESIÓN

GAS

SENSORPRESIÓN

PETRÓLEO

SERVOCOMBUSTIBLE

SERVOAIRE

SENSORPRESIÓN

AIRE

MOTOR DEVELOCIDADVARIABLE

0-10V ó 4-20mA

GAS

0-10V ó 4-20mA

SENSORDE CARGA

ESTANDARAUTOVERIFICACIÓN

CALDERA

SENSOR DETEMP. EXTERNA

PCcon Win PC DTI

UNIDADANÁLOGA

UNIDADDIGITAL E/S

CALDERA No.1

Mk6 EGA

Mk6 MM Mini Mk6 MM Mini Mk5 MM

CALDERA No.2 CALDERA No.3 CALDERA No.4

Mk6 EGA Mk6 EGA Mk6 EGA

UNIDADANÁLOGA E/S

UNIDADDIGITAL E/S

UNIDAD DTI

Mk6 MM

CHIMENEA

El sistema de ajuste EGA expande aún mas las posibilidades del móduloMM. Este mide y muestre los valores de O2, CO2, CO, NO, SO2,temperatura de salida de los gases y la eficiencia de la caldera.

El MM es alimentado con esta información, el cual realiza correcciones alminuto en la posición del damper de aire. Para asegurar que se mantenganlos datos originalmente ingresados en la puesta en servicio.Independientemente de las variaciones de: presión en la chimenea,condiciones barométricas o calidad o temperatura el combustible.

La función de ajuste del sistema es lograda por cada punto en la relaciónde aire y combustible que ha sido almacenado como valores para O2,CO2 y CO en la puesta en servicio. Valores adicionales para cada uno deestos gases se almacenan para las posiciones de "exceso de aire" y "excesode combustible" a un valor de desviación angular conocida, de los valoresde la puesta en marcha. Se mantienen las desviaciones desde estos valoresideales. Estos datos se procesan y se expresan como un valor de correcciónangular. De este modo el sistema ajusta el damper de aire, de manera deque se mantengan que en cualquier momento puede corregirse unacantidad exacta de ajuste del damper de aire, para devolver el sistema asu valor de puesta en marcha en cualquiera condición. El diagrama a laderecha entrega mas explicación, además de un ejemplo.

Cada modulo EGA se puede conectar a un sistema de control o administradorde energía, para seguir y grabar la información generada por este sistema.

Para expandir el sistema MM a la especificación EGA anterior, debeadquirirse una unidad de muestreo y una sonda de muestreo de gases. Laforma de control del sistema MM/EGA es P+I+D, de alimentación haciaadelante e interpola entre todos los datos ingresados. También tiene unsoftware de autodiagnóstico de errores para una identificación de loserrores de los componentes del sistema o una falla en el manejo de datos.Con un módulo de display, se puede usar el EGA como una unidadindependiente de muestreo de gases.

Interfaz de transferencia de datos - DTIEl DTI es un sistema de adquisición de datos, que puede recolectarinformación de hasta 10 módulos MM. Esta información se puede transmitira través de una conexión RS232 / 422 a un computador local o a unsistema de control central, usando el protocolo Modbus o Metasys.

El software WinPCDTI de Autoflame, permite visualizar y grabar lainformación del sistema en un PC en ambiente Windows. Desde el cual setiene control de encendido, apagado y selección de la temperatura ypresión de operación. El PC puede estar en la sala de calderas o en otrolugar, conectado vía un módem. Se pueden definir condiciones de alarmay si son activadas, el programa puede dar aviso de estas a un beeper.

Eficiencia de MM/E.G.A.En el clima de hoy nos encontramos bajo creciente presión para quemarcombustible fósil más eficientemente, pero al mismo tiempo mantenersedentro de límites siempre decrecientes de emisiones.

El sistema MM, con la mayoría de los quemadores, es capaz de lograr ymantener 82% de la eficiencia de la combustión en la combustión del gasnatural y 86% cuando se quema petróleo diesel o #2. Si se usa en conjuntocon el sistema de ajuste del analizador de gases de combustión, es posiblemantener los valores de la puesta en marcha del quemador,independientemente de los cambios de la presión en la chimenea,variaciones en el poder calorífico del combustible o las condicionesbarométricas.

Control de micro modulación - MMPara asegurar una máxima eficiencia en la operación de cualquier caldera,son esenciales dos requerimientos.

El primero tiene que ver con que la relación de aire y de combustible semantenga en el mínimo para asegurar una combustión completa dentrode los límites de diseño y que cuando se logre esto, estos ajustes seaninfinitamente repetibles con un alto grado de exactitud.

El segundo requerimiento debe ser que la temperatura o presión requeridade la caldera sea monitoreada por el sistema de combustión y que en todomomento la cantidad correcta de combustible y aire sea quemada paralograr el valor requerido. En ningún momento, independiente del cambiode carga, debe excederse o disminuir este requerimiento.

La histéresis inherente de todos los sistemas mecánicos quetradicionalmente han usado levas y palancas para caracterizar la relaciónde combustible y de aire ha hecho imposible esta clase de exactitud. Laexactitud de la respuesta a la entrada de combustible y la temperatura ypresión requeridas y monitoreadas de la caldera, se ha traducido en queel valor objetivo establecido por el operador se haya excedido o quedadocorto en la mayoría de las veces. Autoflame Engineering fue el primeromundialmente, en desarrollar un sistema que supera todos estos problemasutilizando la última tecnología en micro procesadores.

El sistema de Micro Modulación ofrece un medio flexible y fácilmenteprogramable de optimizar la calidad de la combustión durante los diversosrequerimientos de carga de la unidad de calderas o quemadores mientrasasegura que la temperatura se mantenga dentro de 1°C y la presióndentro de 0,1 bar. El mayor error en la rotación angular entre los dosservo motores, en cualquier posición en el rango de carga, es de 0.1°.

En el corazón del sistema está el módulo de control que contiene el microcomputador y la fuente de energía. El panel de presentación cuenta conmedio de entrada de datos por teclado sensible al tacto y lecturas eindicadores de estado. Todos protegidos bajo una cubierta plásticatransparente a prueba de manipulaciones indebidas. El sistema MM muestrala posición angular de hasta seis canales controlados individualmente. Lapantalla de estado muestra el punto requerido y actual, porcentaje decarga y combustible seleccionado. El MM puede ser calibrado para mostrarel consumo de combustible instantáneo y acumulado.

La posición de cada servo motor es monitoreada por un sistema divisor devoltaje que permite que la información digitalizada sobre la posición seacodificada dentro de la memoria de los módulos de control. Las posicionesrelativas de los motores de aire y combustible son constantemente revisadaspor el sistema a una razón de 50 veces por segundo. Este nuevo sistemade control de quemadores logra una posición "Lock On" cercana a unamezcla de aire/combustible estequiométrica a través de las diversasposiciones de carga de la caldera, mientras mantiene una temperaturaexacta o valores requeridos de presión. El control de carga incorporavalores PID variables.

Control secuencial inteligente de calderas - IBSEl software de control secuencial inteligente de caldera IBS, viene incluidocomo estándar, dentro de cada módulo MM/EGA. El objetivo de estesistema de control es asegurar que esté operando el mínimo número deunidades de calderas o quemadores en cualquier momento dado. Demanera de satisfacer los requerimientos de calor impuestos a la planta decalderas. Hay dos variaciones del software IBS que el usuario puedeseleccionar. Una primera variación se refiere a calderas de agua caliente y lasegunda a calderas de vapor.

Analizador de gases (EGA)

Explicación Gráfica del Sistema Patentado de Ajuste de 3 Parámetros del EGA.

El ejemplo de arriba muestra el mapa de los valores de análisis de gas decombustión memorizados durante el proceso de puesta en servicio. La líneavertical central representa el valor de puesta en servicio. Para cada valor par deposiciones de combustible y aire, la unidad también memoriza valores para O2,CO2, y CO.

Por ejemplo, a fuego alto arriba, 65 grados angular en el damper de aire, losvalores de puesta en servicio para gases de combustión son : CO2 = 11.2% O2= 1% CO = 50 ppm.

En cada posición de puesta en servicio ingresada el MM agrega una de Aire + yAire -, a una desviación angular precalculada del valor de la puesta en servicio.

Los valores a la derecha de la línea de valor de puesta en servicio representancombustión, rica en combustible, en su desviación angular precalculada. Usandoel mismo ejemplo de fuego alto, los valores de combustión de combustible ricopara los gases de combustión son: CO2 = 11.7% O2 = 0.1%, CO = 300 ppm.

Los valores a la izquierda de la línea de valor de puesta en servicio representancombustión , rica en aire, en su desviación angular precalculada. Ambos,combustible rico y aire rico están a la misma desviación angular relativa.

En el mismo ejemplo de fuego alto, los valores de combustión de aire rico paralos gases de combustión son: CO2 = 10.3%, O2 = 2.5%, CO = 0 ppm.

Este ciclo entonces se repite para cada posición ingresada, mínimo 5, máximo15. Cuando la puesta en servicio está completa la MM ha memorizado nosolamente los valores de la puesta en servicio de la razón combustible / aire sinotambién un mapa completo del comportamiento de la combustión del quemadora cualquier lado de la línea de valor de la puesta en servicio de datos relativosa la desviación precalculada desde el valor de la puesta en servicio.

Mediante este método el sistema del quemador sabe cuánta compensación esnecesaria para traer de vuelta al quemador a su valor de puesta en servicio ydesde qué lado de la línea de valor de puesta en servicio se debe hacer el ajustede compensación.

AIRE RICO COMBUSTIBLE RICOCorrección Angulo de ajuste (Grados) Corrección Angulo de ajuste (Grados)

Valores depuesta enservicio

O2% Vol

CO ppmCO2% Vol

Llama Alta

Llama Media

Llama Baja

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

3.59.8

0

2.53.0 2.0 1.5 1.0 0.510.3 10.6 10.9 11.2 11.510.1

30 50 60 100 250 350

2.510.3

0

1.52.0 1.0 0.5 0.1 0.110.9 11.2 11.5 11.7 11.710.6

0 20 50 100 250 300

5.0

8.9

0

4.04.5 3.5

3.02.5

2.0

9.59.8

10.110.3

10.69.2

2050

60100

250350

Damper de Aire Cerrado

Damper de Aire Abierto

Reco

rrid

o de

l Dam

per

de A

ire

Aire + Aire -←←←←← →

11.522.53 32.521.51

Autoflame Engineering

Autoflame Engineering Ltd. fue fundada en 1972 por Brendan Kemp.Especializándose en soluciones totales a los sistemas de calderas -diseñando, fabricando, instalando y dando servicio técnico a las calderas.Abarcando las aplicaciones comerciales, industriales y de proceso.

A fines de 1970, Autoflame previó la necesidad de un control máspreciso sobre el proceso de combustión de la caldera como unaalternativa a la forma convencional de leva y varillas. Elmicroprocesador era la herramienta precisa y el desarrollo procedió.Desde 1984, Autoflame ha estado fabricando y comercializando elsistema Micro Modulación de Control de la Combustión con elAnalizador de Gases.

Ajuste de la combustión MM/EGA PatentadoNo.’s 02169726 & 00195866

Durante la puesta en servicio, para cada valor par de combustible yaire, se almacenan los valores correspondientes de O2, CO2 y CO.Estos se conocen como los valores de puesta en servicio. El Sistemaentonces realiza un ciclo de “auto-ajuste” , donde el 10% del áreaabierta del damper, basado en un conducto rectangular, se agrega yse resta a la posición angular del damper de aire. En cada condición decombustión, de combustible rico y luego aire rico se almacenan másvalores de O2, CO2 y CO. Con esto se construye un mapa delcomportamiento de la combustión del quemador, por favor vea elejemplo anterior.

Durante el modo de funcionamiento normal del quemador, los valoresactuales de combustión, en cualquier posición dentro del porcentajede carga del quemador se compara con los valores de la puesta enservicio. Hay ahora 3 parámetros analizados en forma individual paraverificar el comportamiento de la combustión, combinado con un mapade comportamiento a cualquier lado del valor de la puesta en servicio.

El valor en línea de CO se compara al valor de la puesta en servicio. UnCO más alto se puede atribuir tanto a la combustión rica como pobre. Elexceso de aire alrededor de la envolvente de la llama tiene el efectode enfriar el borde de la llama causando una combustión incompleta yen consecuencia niveles más altos de CO.

Ingreso de aire a través de una tapa de la caldera o producto de un malajuste o por otra causa, impulsaría el valor de O2 hacia arriba. Lossistemas de parámetro singular de O2 verían esto como combustiónpobre en combustible, cerrando el damper de aire, pero en realidadesto provocaría niveles de combustión potencialmente peligrosos. Enforma similar los sistemas de parámetro singular de CO2 verían uningreso de aire como niveles de CO2 más bajos en el conducto,provocando condiciones similarmente peligrosas en la caldera.

Haciendo referencia a los tres parámetros, en relación al comportamientode la combustión presupuestada, el quemador puede ser ajustado a losniveles de puesta en servicio mientras se mantiene el grado más alto deseguridad.

Un beneficio adicional a la combustión programada es "ajuste hacia laalimentación". En una situación de combustible rico donde se agregael aire, a medida que el quemador modula a una nueva posición elajuste del damper de aire se agrega a cada posición de aire manteniendode esta forma una combustión óptima durante la modulación.

Como una característica de seguridad durante la combustión pobre,donde el aire está siendo sustraído en la modulación, la razóncombustible/aire vuelve a los valores de puesta en servicio hasta quese alcanza la tasa de carga requerida. Solamente entonces la funciónde ajuste sustraerá aire, asegurando una combustión segura en todomomento. De esta forma la seguridad no está nunca comprometidacon la eficiencia.

Existen más opciones para establecer los límites superiores e inferiorespara cualquiera o todos los 3 parámetros de combustión, por mediodel cual el quemador se apaga si se exceden los límites.

La filosofía anterior está protegida por la patente de Autoflamenúmeros 02169726 & 00195866.

Sensor o fotocelda UV de auto-ajuste patentadaNo. 09/234,391

Los beneficios del sistema sensor UV de auto-ajuste de Autoflame:• Monitoreo más exacto de la llama, aumenta la seguridad de la

planta.• Vida prolongada del bulbo UV.• Aumento de la confiabilidad de la planta y menor tiempo

improductivo.• Nivel ajustable de respuesta para ignorar radiación de fondo /

parásita, por ej. encendido de chispa y material refractario.

Un sensor de llama UV convencional funciona aplicando un voltajeAC a través del bulbo. En la presencia de luz UV el bulbo descargaimpulsos eléctricos o conteos. A medida que la intensidad de la luzUV aumenta, aumenta el número de conteos. En un quemadortotalmente modulado hay una gran diferencia en la intensidad UVentre la llama piloto y fuego alto. Durante la llama piloto el númeromínimo de conteos requeridos para registrar una llama esnominalmente 40, en un quemador de alto rango de modulación, elnúmero de conteos puede llegar a los 300. Si el bulbo UV estáexpuesto a esta intensidad de luz UV por un período prolongado,puede ser que en un período corto, como tres semanas, se rompa elcircuito cerrado, registrando la luz UV cuando no hay tal presente.

Autoflame usa un suministro de voltaje DC al bulbo UV, controlandoel voltaje en el tiempo que se aplica al bulbo en un ciclo. El usuariopuede fijar un conteo óptimo requerido para la aplicación. Cuando el"software UV de auto-ajuste" comienza en la partida del quemador, elvoltaje DC aplicado, el tiempo y valor se fijan a un máximo. Cuandoun conteo UV se registra el voltaje aplicado y tiempo se modulanpara alcanzar el óptimo de 40 conteos. Típicamente para la llamapiloto el voltaje y tiempo aplicado estarán cerca del máximo pararegistrar una llama pequeña. Cuando el quemador se mueve haciafuego alto el voltaje y tiempo aplicado disminuyen a medida que laintensidad de luz UV aumenta. Manteniendo el voltaje y tiempoaplicado a un mínimo, notoriamente se aumenta la vida útil de lalámpara UV. El monitoreo preciso de los conteos individualesprimariamente aumenta la seguridad y confiabilidad de la protecciónde la llama y en segundo lugar prolonga la vida de la lámpara UV.

Componentes del sistema de control del quemador

Válvulas de control de combustibleVálvulas de control de gas. Tamaños : con hilo NPT de 1" a 3", enflanchadas de 2,5" a 6" clase 150 LB / PN16, de 30 y 50mm de espesor.Válvulas de control de petróleo. De acero, niqueladas, con tambor de bronce. Adecuadas para todos los tipos de petróleos.Varias capacidades en su formato de control de presión o control de flujo.Combinación de válvulas duales. Su innovador diseño, permite que las válvulas de gas y de petróleo se pueden montar juntas,usando un solo servomotor.

Sensor de presión de combustible y de temperatura exterior

Sensor de presión de gas • 0,18 a 20 PSI, 12,5 a 1380 mbarSensor de presión de petróleo • 0 a 600 PSI, 0 a 40 barSensor de presión de aire • 0 a 1 PSI, 0 a 65 mbarSensor de temperatura exterior • -40 a 140 °F, -40 °C a 40 °C

Motores de posicionamiento o servomotores

Motor de posicionamiento pequeño. • Torque 0,89 pie-lbf 1,2 NmMotor de posicionamiento grande. • Torque 11 pie-lbf 15 NmMotor de posicionamiento industrial. • Torque 72 pie-lbf 100 NmMotor de posicionamiento especiales hasta. • Torque 295 pie-lbf 400 Nm

Sensor de Detección de Llama

Sensor Ultra Violeta de Detección de Llama • Con sistema de Autocontrol• Estándar con aprobación de UL• Estándar Europeo

Analizador de gases de combustión EGAUsando sensores individuales, el EGA puede monitorear y entregar los valores del O2, CO2, CO, NO y SO2. , eficiencia ytemperatura de salida de los gases. El sistema se puede usar en forma aislada con un panel de display y 6 salidasconfigurables de 4-20 mA. Incluye software de autodiagnostico integrado y se puede configurar a través de un PC. Enconjunto con el sistema de control de combustión, esta unidad ajusta automáticamente la combustión a los valores de O2,CO2 y CO que se hayan ingresado en la puesta en marcha, independientemente de los cambios en la temperatura ohumedad del aire y de las condiciones del combustible.

Transmisión de DatosInterfaz de transmisión de datos DTI y programa Win PC DTI:

Se puede monitorear y controlar en forma remota hasta 10 módulos MM y susperiféricos. Cambiar el punto de seteo, habilitar / deshabilitar quemadores, seleccionarcaldera líder y de reserva. Hasta 150 ítem de información por sistema MM/EGApueden ser leídos desde el DTI, con los protocolos Modbus o Metasys. El softwareWin PC DTI permite un control desde el PC y control remoto de hasta 255 plantas.

Modulo de I/O digital: 16 líneas de entrada de voltaje y 8 contactos libres.Modulo de I/O análogo: 6 entradas / 6 salidas de 0-20 mA, 4-20 mA o 0-10V. Configurable por el usuario.Sistema IR para cargar/descargar información: Transferencia de la información de puesta en marcha a través de

un puerto IR en el módulo Mk6 a un PC. Se puede guardar la información de puestaen marcha, como curva de combustión, valores de ajuste del EGA, opciones yparámetros entre otros, en un PC e imprimir reportes .

Detectores de Carga

Detectores de carga para vapor o agua caliente.Sensor de presión • 1,5 a 445 PSI, 0,2 a 30,7 barSensor de temperatura • 50 a 700°F, 0 a 400 °C

Sistema de control de combustión

Control preciso de la relación aire/combustible para hasta 4 tipos de combustible. Controla y muestra un máximode 4 motores de posicionamiento, con una precisión de 0,1°angulares y 2 sistemas de control de velocidadvariable. El Mk6 y mini Mk6 también realizan la supervisión de llama y el control de la secuencia de encendido,operación y apagado del quemador. El Mk6 incluye el sistema de control de estanqueidad de las válvulas de gas,control de aire de combustión y control de presión de gas y de petróleo.

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Fax + 44 (0) 20 8695 2010Email sales@autoflame.com

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