DE1007007B - Verfahren und Anordnung zur UEberwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zur Uberwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage Das Hauptpatent 812 336 hat ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage zum Gegenstand, wobei wenigstens eines der an der Verbrennung beteiligten Medien (Brennstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Luftüberschuß geregelt wird. Das Verfahren des Hauptpatents empfiehlt hierzu, den als Leitgröße dienenden Luftüberschuß n durch Messung der Nutzwärme E2 und der Rauchgäsmenge G, in Nm3/sec sowie der Temperatur der Abgase t9 nach der Beziehung zu ermitteln. Hierin bezeichnet k1 den Anteil der Abgaswärme Ei und der Nutzwärme EZ an der in Wärme umgesetzten Brennstoffenergie, k2 einen Faktor, der dem Quotienten aus dem unteren Heizwert des Brennstoffs Hu und der zur Verbrennung benötigten spezifischen Luftmenge La entspricht, t. die Abgastemperatur in 'C, t, die Frischlufttemperatur in 'C.
• Nach der angegebenen Beziehung wird für den Wert n zur Vereinfachung der variablen Abgastemperatur t, noch ein konstanter mittlerer Temperaturwert (typ - ti) eingeführt. Diese Vereinfachung bedeutet lediglich eine Annäherung, da sich infolge der Nichtberücksichtigung der Lufttemperaturänderungen gewisse Ungenauigkeiten ergeben, die sich auf die Regelung nachteilig auswirken können.
• Die Erfindung will diese Ungenauigkeiten dadurch beseitigen, daß die mittlere Abgastemperatur tgo durch die wirkliche Abgastemperatur t, ersetzt und die Lufttemperatur t, zusätzlich gemessen wird. Das bedeutet, daß in der für das Verfahren des Hauptpatents maßgebenden Beziehung der Wert tgo dem Wert 1g gleichzusetzen ist, so daß der Faktor [1 -i' k, (t, -teo)@ im Nenner der Gleichung (1) gleich Eins wird und die Beziehung für n wie folgt lautet Diese Beziehung gilt für alle Brennstoffe und ermöglicht eine einfache und zuverlässige Bestimmung des augenblicklichen Luftüberschusses. Da die Nutzwärme E, genau wie im Gegenstand des Hauptpatents durch einen normalen Differenzdruck-Dampfmengenmesser ohne Temperaturberichtigung gemessen werden kann, enthält diese Gleichung als variable Meßgrößen zwei Mengen, die Dampf- und Rauchgasmenge, und zwei Temperaturen, die Abgas- und Frischlufttemperatur. Die Rauchgasmenge ist hier als eine Größe in Nm3/sec einzusetzen.
• Wird zur Messung dieser Gasmenge eine Meßdüse oder Meßblende mit angeschlossenem Differenzdruck-Gasrnengenmesser verwendet, so muß die Anzeige dieses Mengenmessers bei schwankenden Rauchgastemperaturen mit dem Faktor berichtigt werden, wenn tga die bei der Eichung vorhandene und der Anzeige des Mengenmessers zugrunde gelegte Rauchgastemperatur darstellt. Bezeichnet man die vom Rauchgasmengenmesser angezeigte und auf die Temperatur tgo bezogene Rauchgasmenge mit G, so ist und die Beziehung für den Luftüberschuß n geht über in die Form Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erfordert für ihre Durchführung eine von dem Hauptpatent abweichende Anordnung zur Anzeige, Registrierung oder Zählung des Luftüberschusses, deren Besonderheit darin besteht, daß je ein Meßgerät für die Rauchgasmenge, für die Menge des Nutzwärmeträgers sowie ein Rauchgasthermometer und ein Frischlufttemperaturmeßgerät in einem Quotientenbildner zusammengeschaltet sind, dessen Skala oder Aufzeichnungsstreifen nach der Beziehung gemäß Gleichung (3) geeicht ist.
• Zur Vereinfachung der Messung in Übereinstimmung mit der Empfehlung des Hauptpatents können die Meßgeräte für die Dampfmenge und den spezifischen Wärmeinhalt des Dampfes durch einen Differenzdampfdruck-Mengenmesser ohne Temperaturberichtigung ersetzt sein.
• Die Beziehung gemäß Gleichung (3) läßt sich in folgende Beziehunz umwandeln: Hierin bezeichnet der Faktor f (t) eine Funktion der Abgas- und Lufttemperatur (t, - t,), die nur sehr wenig von dem Verhältnis der Rauchgasmenge zur Nutzwärme (G: E2) abhängt. Das Verhältnis (G: E2) hat eine Größe von etwa 1 : 500, das sich linear mit dem Luftüberschuß ändert. Der Wurzelausdruck in dem Faktor f (t) hat die Größe von ungefähr 1, während der zweite Summand (t9 -t,) - cpm . bei etwa 150° Abgastemperatur, 20° Lufttemperatur und einer spezifischen Wärme c." der Rauchgase von etwa 0,335 kcal/Nm3 eine Größe von 40,2: 500 - 0,08 aufweist. Bei Änderungen des Luftüberschusses n von iL 20 °/o ändert sich die Rauchgasmenge G bei gleicher Kessellast oder Nutzwärme E2 ebenfalls um -r- 20 °/o, so daß der zweite Summand sich hierbei um ± 0,016 ändert. Die Änderung der Funktion f (t) beträgt dann Es ist daher ersichtlich, daß die Anzeige in erster Linie von dem Verhältnis der beiden Mengen (G. E2) abhängt, während die Größe der Temperaturfunktion f (t) nur sehr wenig von den Änderungen des Mengenverhältnisses (G : E2) beeinflußt wird. Dies vereinfacht die praktische Darstellung dieser auf zwei Mengen G und E2 und der Temperaturfunktion f (t) beruhenden Beziehung erheblieh. Die Temperaturfunktion wird in der praktischen Ausführung durch eine Wheatstonesche Brücke mit zwei Brückendiagonalen dargestellt, bei der die Anordnung der ersten Diagonale mit einem konstanten Widerstand den Einfluß der Temperaturdifferenz (t9 - tt) mit dem Wurzelausdruck berücksichtigt, während die zweite Diagonale eine zusätzliche Korrektur für Änderungen der Frischlufttemperatur bewirkt. Als Speisestrom dieser Brücke dient ein der gemessenen Rauchgasmenge proportionaler Teilstrom il, so daß in der zweiten Brückendiagonale ein dem Produkt G . f (t) proportionaler Meßstrom entnommen werden kann.
• Die Fig. 1 zeigt die gesamte Meßschaltung. Der Rauchgas- und der Dampfmengenmesser sind zur Fernübertragung der Meßwerte mit j e einem elektrischen Widerstandsfernsender 10 und 12 ausgerüstet. Der Speisestrom ist Gleichstrom von z. B. 24 Volt. Der Strom tritt in die Bürste des Rauchgasmengen-Fernsenders 10 ein und verläßt die Meßschaltung an der Bürste des Dampfmengenmessers 12. Der am Fernsender 10 eintretende und dem Fernsender des Dampfmessers 12 zuströmende Strom teilt sich in zwei Zweigströme, von denen der am Endpunkt der Fernsenderwicklung vorhandene Teilstrom stets dem Ausschlag des betreffenden Mengenmessers und dem Gesamtstrom proportional ist.
• Bezeichnet man den der Rauchgasmenge proportionalen Teilstrom mit il, den der Dampfmenge proportionalen Teilstrom mit i2 und den jeweilig mit der Belastung der Mengenmesser variablen Gesamtstrom mit i, so besteht für das Verhältnis der Teilströme il und i2 zum jeweiligen Gesamtstrom i bei jeder Belastung die Beziehung Das Stromverhältnis (il: i2) ist daher unabhängig von der Größe des Gesamtstroms i und drückt stets das richtige Mengenverhältnis von Rauchgasmenge zu Dampfmenge aus. Zur Darstellung der Temperaturfunktion f (t) nach Gleichung (4) wird der Teilstrom il der Rauchgasmenge einer Brückenschaltung mit zwei Brückendiagonalen zugeführt. In die beiden benachbarten Brückenzweige am Eintritt des Speisestroms il derWheatstoneschen Brücke werden in einem Zweig der Brücke zwei Rauchgaswiderstandsthermometer 14 mit einem Abgleichwiderstand 16 eingesetzt und im benachbarten Zweig ein Luftwiderstandsthermometer 18 mit einem konstanten Widerstand 20 und einem Abgleichwiderstand 22. In den beiden anderen Brückenzweigen befinden sich konstante Widerstände 24 und 26 bestimmter Größe, während zwischen den Anschlußstellen der beiden Brückendiagonalen noch ein konstanter Widerstand 28 genau berechneter Größe in den Brückenzweig mit dem Luftwiderstandsthermonmeter 18 eingesetzt wird. Die erste Brückendiagonale enthält einen konstanten Widerstand 30, während die zweite Diagonale einen konstanten Widerstand 32, einen Abgleichwiderstand 34 und ein Luftwiderstandsthermometer 36 enthält. Durch richtige Bemessung der Widerstände wird erreicht, daß der in der zweiten Brückendiagonale fließende Strom i.q dem Produkt G . f (t) genau proportional ist.
• Der zum Endpunkt der Fernsenderwicklung des Dampfmengenmessers fließende Strom i2, der dem Ausschlag des Dampfmengenmessers proportional ist, wird als kleiner Teilstrom an einem Widerstand 38 abgegriffen. Dieser abgegriffene kleine Teilstrom des der Nutzwärme proportionalen Stromes i2 wird dann der Richtspule, der dem Produkt G # f (t) proportionale Strom i, der Hauptspule eines elektrischen Quotientenmessers 40 zugeführt. Die Anzeige des Quotientenmeßwerks entspricht dann genau der Funktion der vier Variablen G, E2, 1e und tt, von welchen der Luftüberschuß n abhängig ist.
• Die Funktion für die Ermittlung und Anzeige des Kesselwirkungsgrades il und des Abgasverlustes Va nach Patent 714273 hat einen ähnlichen Aufbau wie die für den Luftüberschuß n in der vorliegenden Erfindung. Es ist hier: wobei a die Restverluste des Kessels in °/o bedeuten. Demgegenüber läßt sich die vorstehend abgeleitete Beziehung für den Luftüberschuß n umwandeln in Der Aufbau der beiden Formeln hat eine ähnliche Form, da sich bei dem Meßquotienten nur der Zähler dadurch unterscheidet, daß bei der Wirkungsgrad- bzw. Abgasverlustanzeige die Rauchgasmenge G, durch die Nutz-bzw. Abgaswärme E2 und Ei ersetzt sind. Es ist daher ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 1 dargestellte Brückenschaltung mit zwei Brückendiagonalen direkt zur Anzeige des Wirkungsgrades und des Luftüberschusses n bzw. des Abgasverlustes Va und des Luftüberschusses zu benutzen. Da in der ersten Brückendiagonalen ein Meßstrom iyo proportional dem Meßwert der Abgaswärme E2 _ G.1/273 -f- t" (t° _ tt) 273 -E- tD dargestellt ist, braucht man zur Wirkungsgrad- bzw. Abgasverlustanzeige den Strom in der ersten Brückendiagonalen nur abzugreifen und ihn der Hauptspule eines Quotientenmeßwerks zuzuführen, während für die Richtspule ein Teilstrom des Stromes der Nutzwärme i2 abzugreifen ist. Es können dann Wirkungsgrad- bzw. Abgasverlust und der Luftüberschuß an zwei Anzeigegeräten gleichzeitig mit derselben Brückenschaltung zur Anzeige gebracht werden.
• Die in den beiden Brückendiagonalen der gleichen Brücke vorhandenen Meßwerte für Wirkungsgrad bzw. Abgasverlust einerseits und Luftüberschuß andererseits können erfindungsgemäß dazu benutzt werden, beide Meßwerte umschaltbar auf einem Anzeigegerät nacheinander zur Anzeige zu bringen. Es werden dann die Ströme der beiden Brückendiagonalen zu einem von Hand zu betätigenden Umschalter geführt, der entweder den Anschluß des Meßstroms der ersten Diagonalen oder den der zweiten Diagonalen bewirkt. Der der Nutzwärme proportionale Meßstrom wird hierbei zwei hintereinander im Stromkreis i2 der Nutzwärme liegenden Anschlußstellen entnommen, die beim Umschalten gleichzeitig umgeschaltet werden.
• Die Umschaltung des der Nutzwärme proportionalen Meßstroms ist für jeden Meßwert erforderlich, da die Anzeige eines jeden Meßwertes mit dem Widerstand 38 von Fig. 1 abgeglichen wird. Die Umschaltung erfolgt dann vierpolig von Hand von einer Meßstelle zur anderen.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Meßstrorn in jeder Brückendiagonalen zweimal abgegriffen werden. Die Meßströme können daher sowohl einem Wirkungsgrad- bzw. Abgasverlustanzeiger als auch einem Luftüberschußanzeiger gleichzeitig zugeführt werden. Außerdem ist es noch möglich, beide Werte zusätzlich auf einem elektrischen Schreiber zu registrieren. In Fig. 2 ist diese Schaltung dargestellt. Aus der ersten Diagonalen führen die Meßströme der Abgaswärme zu dem Wirkungsgrad bzw. Abgasverlustanzeiger 42 und zu dem Zweifarbenschreiber 46, während die Meßströme der zweiten Brückendiagonalen für den Meßwert G . f (t) einem Luftüberschußanzeiger 44 und dem Schreiber 46 zugeführt werden. Der der Nutzwärme E2 proportionale Meßstrom i2 kann für alle vier Meßwerte, wie in Fig.2 dargestellt, je einer Stromverzweigung hintereinander entnommen und der Richtspule des betreffenden Anzeige- oder Registriergerätes zugeführt werden. Zur Registrierung der beiden Werte Wirkungsgrad und Luftüberschuß bzw. Abgasverlust und Luftüberschuß mit einem Meßwerk eines Zweifarbenschreibers ist ebenfalls eine vierpolige Umschaltung der beiden Meßwertströme erforderlich. Zur Umschaltung sind hierzu zwei Relais notwendig, die vom Meßwertumschalter des Schreibers betätigt werden. Es werden hierzu insgesamt nur ein Fernsender am Rauchgas- und Dampfmengenmesser und zwei Rauchgas- und zwei Luftwiderstandsthermometer benötigt.
• Die in der Funktion von n aufgestellte Abhängigkeit der vier Variablen gilt für alle Brennstoffe. Die Anzeige kann daher auch für Mischfeuerungen von z. B. Staubkohle und Gichtgas verwendet werden, wenn zusätzlich der jeweilige Anteil an Gichtgasenergie bekannt ist. In diesem Fall entspricht jede Stellung des Luftüberschußanzeigers einem bestimmten Anteil an Gichtgasenergie, da die Stellung des Zeigers sich linear mit dem Anteil an Gichtgasenergie ändert.
• Es ist daher ein weiteres Merkmal der Erfindung, die Luftüberschußskala mit schräg angeordneten Skalenteilstrichen auszurüsten, von der jeder Punkt des schrägen Teilstrichs einem bestimmten Anteil an Gichtgasenergie entspricht und bei der alle Punkte mit gleichem Gichtgasenergieanteil auf einer horizontalen Skalenlinie liegen. Es ergibt sich damit eine Skala mit horizontalen Teilstrichen für den Gichtgasenergieanteil und mit schräg angeordneten Teilstrichen für die Ablesung des aus den vier Variablen ermittelten Luftüberschusses nach Fig. 3. Damit ist die Luftüberschußanzeige für alle Feuerungen verwendbar, wenn für :Mischfeuerungen entweder ein Energieanteilanzeiger oder ein Schaubild mit Gichtgasenergieskala vorhanden ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage mit Regelung wenigstens eines der an der Verbrennung beteiligten Medien (Brennstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Luftüberschuß, nach Patent 812 336, dadurch gekennzeichnet, daß der als Leitgröße dienende Luftüberschuß n durch Messung der Nutzwärme E2 und der Rauchgasmenge G, in Nm3/sec sowie der Temperatur der Abgase t. und der Lufttemperatur tt nach der Beziehung ermittelt wird, wobei k1 den Anteil der Abgaswärme El und der Nutzwärme E2 an der in Wärme umgesetzten Brennstoffenergie, k2 einen Faktor, der den Quotienten aus dem unteren Heizwert des Brennstoffs His und der zur Verbrennung benötigten spezifischen Luftmenge, tso die der Anzeige des Rauchgasmengenmessers zugrunde gelegte und bei der Eichung der Rauchgasmenge gemessene Abgastemperatur und k4 einen vom Brennstoffheizwert Hu abhängigen Berichtigungswert darstellen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 in Verbindung mit Dampfkesselfeuerungen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Messung der Nutzwärme E2 die Dampferzeugungswärme durch Messung der Dampfmenge mit Hilfe eines Differenzdruckmessers ohne Temperaturberichtigung unter Zugrundelegung einer konstanten mittleren Dampftemperatur herangezogen wird.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Ende des Widerstandsfernsenders (10) eines Rauchgasmengenmessers abfließende und der Rauchgasmenge proportionale Teilstrom (il) eine Brückenschaltung speist, in welcher zwei parallel geschaltete Rauchgaswiderstandsthermometer (14) und ein Luftwiderstandsthermometer (18) in Parallelschaltung zu einem konstanten Widerstand (20) genau berechneter Größe in zwei benachbarte Zweige des Speisepunktes der Brückenschaltung eingesetzt werden, wobei in den restlichen beiden Brückenzweigen konstante Widerstände (24, 26) angeordnet sind (Fig. 1).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke mit zwei in einem gemeinsamen Brückenpunkt beginnenden Brückendiagonalen ausgerüstet ist, mit einem konstanten Widerstand (30) in der ersten Diagonale und einem Luftwiderstandsthermometer (36) nebst konstantem Widerstand (34) bestimmter Größe in der zweiten Diagonale, die in dem Brückenzweig mit dem Luftwiderstandsthermometer (18) und dem parallel geschalteten konstanten Widerstand (20) hinter diesen enden, wobei die Endpunkte der beiden Diagonalen einen konstanten Widerstand (28) genau bestimmter Größe als Teil der äußeren Brückenwiderstände so einschließen, daß die verschiedenen Widerstände der Brücke in der Weise aufeinander abgestimmt sind, daß der in der ersten Brückendiagonale fließende Strom (i9a) der Größe der jeweiligen Abgaswärme El und der Strom (i,) in der zweiten Brückendiagonale dem Produkt der Rauchgasmenge mal der Temperaturfunktion [G . f (t)] proportional ist (Fig.1).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstandsfernsender (10, 12) des Rauchgas- und Dampfmengenmessers zu einer gemeinsamen Quotientenschaltung (40) verbunden sind, bei der der Strom in die Bürste des Rauchgasmengenmessers eintritt und aus der Bürste des Dampfmengenmessers wieder austritt (Fig. 1).
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der gleichen Brükkenanordnung und den gleichen Widerstandsfernsendern sowohl der Wirkungsgrad oder Abgasverlust (42) wie auch der Luftüberschuß (44) angezeigt und registriert werden (Fig.2).
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige des Wirkungsgrades bzw. Abgasverlustes und des Luftüberschusses durch Handumschaltung an einem Anzeiger (42 bzw. 44) nacheinander zur Anzeige gebracht wird. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anzeigen (42, 44) durch einen elektrischen Mehrfarbenschreiber (46) abwechselnd registriert werden, wobei die Meßwertumschaltung durch den Meßstellenumschalter des Schreibers selbsttätig dadurch bewirkt wird, daß der Umschalter des Schreibers abwechselnd die Schaltimpulse von zwei mehrpoligen Umschaltrelais auslöst (Fig. 2). 9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala des Luftüberschußanzeigers mit horizontalen Skalenstrichen versehen ist, die bei Mischfeuerungen von Staubkohle und Gichtgas dem Anteil an Gichtgasenergie entsprechen und mit schräg angeordneten Skalenstrichen, bei denen jede Stellung des Zeigers dem Luftüberschuß der gesamten Misch feuerung entspricht (Fig. 3).