DE10121985A1 - Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät. Es liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Flammenüberwachung und für eine Gas-/Luft-Verbundregelung zum Betrieb eines Gasbrenners zu schaffen. DOLLAR A Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass das Gas-/Luftverhältnis nach den Signalen eines Sensors (5) zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen geregelt wird. Die Signale des Sensors (5) werden im Feuerungsautomaten (4) mit mindestens einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Nach diesen aktuellen Flammensignalen werden ein Gasdruckregler, eine Drossel im Verbrennungsluftstrom, die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses und/oder verstellbare Bauteile im Bereich der Gas-/Luft-Mischungszone eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen Verbrennungssensoren, wie zum Beispiel eine Messelektrode. Insbesondere mit Ionisationselektroden, welche die Gleichrichterwirkung einer Flamme nutzen, werden häufig Flammensignale erfasst bzw. gebildet. Die Ionisati­ onselektrode muss direkt in der Flamme angeordnet werden, und gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung im Feuerungsautomaten weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und entsprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt. Bei Ölbrennern ist ein Einsatz von Ionisationselektroden nur über eine kurze Zeit, d. h. bis zum Verschmutzen möglich und generell kommt es an derartigen Elektroden zu hohen Materialbeanspruchungen.

Bekannt ist außerdem ein Sensor zum akustischen Detektieren einer Flamme bei Ölbren­ nern. Dieser erkennt das Vorhandensein bzw. den Ausfall einer Flamme und kann alterna­ tiv zu den üblichen optischen Sensoren zur Ein-/Aus-Erkennung eingesetzt werden. Wich­ tig ist dabei ein direkter optischer Zugang zur Flamme.

Es gibt Gasbrenner mit in mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlicher Position am Gasverteiler aufgeteilten und an jeweils eine eigene Gasversorgung angeschlossenen Gasdüsen. Damit entsteht ein Haupt- und ein Nebengasstrom, so dass jedem Venturirohr eines Brennstabes eine Haupt- und mindestens eine Nebengasdüse zugeordnet ist. In Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und/oder dem Brennerbetriebszustand wird dabei mindestens ein Nebengasstrom zusätzlich zum Hauptgasstrom in den Mischraum einge­ bracht. Die Luftzahl Lambda im Mischraum wird reduziert, weil durch die Injektorwirkung des Hauptgasstromes auch das Nebengas angesaugt wird. Somit ist es für die Einstellung des gewünschten Gas-/Luftverhältnisses entscheidend, den Nebengasstrom mit einem Stellglied zu regeln. Weiterhin wird eine Gas-/Luft-Verbundregelung häufig bei Gasbren­ nern mit Gebläse über die Regelung der Gebläsedrehzahl realisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Flammenüberwa­ chung und für eine Gas-/Luft-Verbundregelung zum Betrieb eines Gasbrenners zu schaf­ fen.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeich­ net, dass das Gas-/Luftverhältnis nach den Signalen eines Sensors zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen geregelt wird. Somit arbeitet die Gas-/Luft- Verbundregelung nach akustischen Flammensignalen.

Im Feuerungsautomaten werden die Signale des Sensors zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen mit mindestens einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Darauf­ hin werden, je nach Bauart des Brenners, ein Gasdruckregler, eine Drossel im Verbren­ nungsluftstrom, die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses und/oder verstellbare, sich unmittelbar auf die Gemischbildung auswirkende Bauteile im Bereich der Gas-/Luft- Mischungszone in Abhängigkeit von aktuellen, vom Sensor erfassten Flammensignalen und mindestens einem Sollwert eingestellt.

Speziell bei Gasbrennern einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom wird das Stellglied für den Nebengasstrom in Abhängigkeit von den Werten des Sensors und mindestens einem Sollwert betätigt. Im Regelbetrieb der Gas-/Luft-Verbundregelung führt dann ein fallendes akustisches Signal vom Sensor, beispielsweise durch einen Wechsel zu einer Gasart mit einem niedrigeren Wobbeindex und dadurch abhebender Flamme mit weniger Geräuschen, zu einem zunehmenden Öffnungszustand des Stellglie­ des für den Nebengasstrom. Umgekehrt verringert das Stellglied den Nebengasstrom, sobald das akustische Signal der Flammenschwingungen ansteigt.

Es ist daher ein charakteristisches Frequenzband der akustischen Flammenschwingungen festgelegt, welches vom Sensor erfasst wird. Das Frequenzband ist durch Grenzwerte für die Höhe des Schalldruckpegels und/oder einen Gesamtschalldruckpegel vorgegeben. Entsprechende Werte sind am Feuerungsautomaten einzugeben oder voreingestellt. Mög­ liche akustische Störquellen, wie Beispielsweise Geräusche aus dem Aufstellraum, werden bei einer Auswertung in der Startphase, also ohne Vorhandensein einer Flamme, erfasst und gespeichert, um sie im Betrieb mit den aktuellen, vom Sensor erfassten Flammensig­ nalen, zu vergleichen.

Mit dem Sensor zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen kann neben der Flamme eines Hauptbrenners im Regelbetrieb auch das Vorhandensein einer Zündflamme überwacht werden. Dann wird dafür ein weiteres, unabhängiges Frequenzband durch Grenzwerte vorgegeben, in dem die Signale während des Zündbrennerbetriebes liegen müssen. Eine Abschaltung oder ein Neustart erfolgt, wenn ein Grenzwert eines vorgege­ benen Frequenzbandes über- oder unterschritten wird.

Mit der Erfindung wird ein einfaches Verfahren zur Flammenüberwachung und für eine Gas-/Luft-Verbundregelung zum Betrieb eines Gasbrenners geschaffen. Der Sensor zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen muss sich lediglich im Betriebsraum einer Brennerflamme befinden, um deren Geräusche aufzunehmen. Er benötigt keinen direkten optischen Zugang oder Berührungen mit der Flamme. Somit ist eine konstruktive Einbindung bzw. lageunabhängige Anbringung des Sensors in geschützten Bereichen des Feuerraumes mit relativ niedrigen Temperaturen leicht möglich.

Im Regelkreis mit dem angeschlossenen Feuerungsautomaten kann eine Abstimmung des Brenners nach seinem Geräuschverhalten oder sogar nach Tonhöhen erfolgen, so dass der Brenner beispielsweise speziellen Betriebsverhältnissen und Anlagenbedingungen angepasst werden kann. Einsetzen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Gasbrennern, mit oder ohne Gebläse, als auch bei Ölbrennern. Außerdem kann über das Signal auch die Belastung eines Brenners festgestellt werden.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines atmosphärischen Gasbrenners dar. Es zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Gasbrenners mit einer Aufteilung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom sowie Fig. 2 in einem Diagramm den Ablauf beim Übergang von einer Gasart mit einem hohem zu einer Gasart mit einem niedrigen Wobbeindex.

Der Gasbrenner besteht im wesentlichen aus einem Brennstab 1 mit einem inneren Ventu­ rirohr und einem Mischraum, einer in dessen Öffnung gerichteten Hauptgasdüse 2 sowie einer Nebengasdüse 3. Ein Feuerungsautomat 4 nimmt die Signale eines Sensors 5 zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen auf und regelt danach das Gas-/Luft­ verhältnis nach den aktuellen Werten, indem das Stellglied 6 für den Nebengasstrom betätigt wird. Es wirkt zusätzlich zum Gasdruckregler 7 für den Hauptgasstrom und öffnet, wenn die Gasqualität, d. h. der Wobbe-Index abnimmt. Dadurch wird einerseits mehr Gas zugegeben. Andererseits verändern sich aber auch die Strömungsverhältnisse an der Einmündung in das Venturirohr, so dass weniger Luft angesaugt wird.

Fig. 2 zeigt den Signal-Verlauf am Sensor 5 zur Erfassung von akustischen Flammen­ schwingungen. Zunächst pendeln die gemessenen Werte bei einer Gasversorgung mit hochkalorigem Gas zwischen den vorgegebenen, zulässigen Grenzwerten G. Sobald sich beim Verändern der Gasart das Verbrennungsgeräusch bis auf den unteren Grenzwert G abgeschwächt hat, öffnet des Stellglied 6 für den Nebengasstrom. Bedingt durch die zu­ sätzliche Gaszufuhr und andere Mischungsverhältnisse steigt das Verbrennungsgeräusch, beispielsweise weil die Flamme dichter an der Oberfläche des Brennstabes 1 brennt. Er­ reicht das Signal des Sensors 5 den zulässigen oberen Grenzwert G, so kann die Neben­ gasmenge wieder etwas zurückgenommen werden. Im nachfolgenden Betrieb mit einer Gasart mit einem niedrigen Wobbeindex regelt das Stellglied 6 dann dauerhaft aus einer mindestens teilweise geöffneten Position nach den Signalen des Sensors 5.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät, mit einem Feue­ rungsautomaten, einer Gas-/Luft-Verbundregelung sowie einem Sensor zur akustischen Flammendetektion, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas-/Luftverhältnis nach den Signalen eines Sensors (5) zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nach den Signalen des Sensors (5) zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen arbeitet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Sensors (5) zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen im Feuerungsautomaten (4) mit mindestens einem vorgegebenen Sollwert verglichen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasdruckregler, eine Drossel im Verbrennungsluft­ strom, die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses und/oder verstellbare Bauteile im Bereich der Gas-/Luft-Mischungszone in Abhängigkeit von aktuellen, vom Sensor (5) erfassten Flammensignalen und mindestens einem Sollwert eingestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Neben­ gasstrom das Stellglied (6) für den Nebengasstrom in Abhängigkeit von aktuellen, vom Sensor (5) erfassten Flammensignalen und mindestens einem Sollwert betätigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Regelbetrieb der Gas-/Luft-Verbundregelung ein fallen­ des Signal vom Sensor (5) in Verbindung mit einem zunehmenden Öffnungszustand des Stellgliedes (6) für den Nebengasstrom bzw. ein steigendes Signal in Verbindung mit ei­ nem abnehmenden Öffnungszustand des Stellgliedes (6) steht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein charakteristisches Frequenzband der akustischen Flammenschwingungen vom Sensor (5) erfasst wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband durch Grenzwerte (G) für die Höhe des Schalldruckpegels und/oder einen Gesamtschalldruckpegel vorgegeben ist, welche am Feuerungsautomaten (4) einzugeben sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass akustische Störquellen bei einer Auswertung in der Start­ phase, ohne Vorhandensein einer Flamme, erfasst und im Betrieb mit den aktuellen, vom Sensor (5) erfassten Flammensignalen, verglichen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor (5) zur Erfassung von akustischen Flam­ menschwingungen neben der Flamme eines Hauptbrenners im Regelbetrieb auch das Vorhandensein einer Zündflamme überwacht wird, indem dafür ein weiteres Frequenzband durch Grenzwerte (G) vorgegeben ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung erfolgt, wenn einer der Grenzwerte (G) eines vorgegebenen Frequenzbandes über- oder unterschritten wird.

12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Sensor (5) zur Erfassung von akustischen Flammenschwin­ gungen im Betriebsraum einer Brennerflamme und einen daran angeschlossenen Feue­ rungsautomaten (4) zur Übenrwachung und/oder Regelung des Brennerbetriebs.