DE19837328A1

DE19837328A1 - Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners

Info

Publication number: DE19837328A1
Application number: DE1998137328
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Korsmeier; Heinz-Bernhard Wehling; Dieter Wolf
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-02-24
Also published as: EP0981026A3; EP0981026A2

Abstract

Eine Ionisationselektrode (4) zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, so auszugestalten, daß diese ein lastunabhängiges und zuverlässiges Ionisationssignal liefert, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß wenigstens ein Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) in den Brennerbereich (2) ragt und der Abstand (b, b', b'') des Abschnitts (7) von den Brennerdüsen (10) veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionisationselektrode zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, innerhalb der Brennkammer.

In der Feuerungstechnik versteht man unter Brennern Misch- und Zuführ einrichtungen für Brennstoffe und/oder Luft zum geregelten Verbrennen der Brennstoffe, wie beispielsweise Öl, Gas oder Kohlenstaub.

Dabei sind hinsichtlich des Brennverhaltens regelungstechnische Probleme gegeben, die sich unter anderem auf eine sichere, zuverlässige und emissions arme Verbrennung auswirken, beispielsweise beim Starten des Brenners und dem Betrieb des Brenners bei unterschiedlichen Leistungen, auch Brenner belastung genannt.

So ist es beispielsweise bei Gasbrennern aufgrund von Besonderheiten in der Versorgung mit Gasen unterschiedlicher und sich ändern der Beschaffenheiten für eine optimale Verbrennung erforderlich, daß die Brenner diese Änderungen und Unterschiede erfassen und entsprechend schnell und zuverlässig ausregeln können, zum Beispiel durch Beimischung von mehr oder weniger Gas und/oder Luft.

Für die Regelung und Überwachung des Verbrennungsprozesses ist es dabei wichtig, für die Verbrennung charakteristische Signale zu erhalten. Zu diesem Zweck werden Ionisationselektroden verwendet, die im Brennerbereich des Brenners angeordnet sind und während des Verbrennungsprozesses von den Flammen beaufschlagt werden. Dabei entstehen freie elektrische Ladungs träger, Ionen und Elektronen, von denen überwiegend die Elektronen aufgrund ihrer größeren Beweglichkeit einen gerichteten Ladungstransport, d. h. einen elektrischen Strom, von der Ionisationselektrode zu einer elektrischen Masse bewirken. Der sich so während des Verbrennungsprozesses einstellende elektrische Strom und/oder die Spannung ist auch ein Maß für die Flammentemperatur.

Für eine optimale Regelung und Überwachung des Verbrennungsprozesses ist ein zuverlässiges Ionisationssignal bzw. ein zuverlässiger Ionisationsstrom erforderlich. Dazu ist es notwendig, daß die Ionisationselektrode bei unter schiedlichen Brennerbelastungen gleichmäßig von den Flammen beaufschlagt wird. Problematisch ist dabei, daß die Höhe der Flammen von der Brenner oberfläche bei unterschiedlichen Brennerbelastungen variiert, so daß das Ionisationssignal belastungsabhängig werden kann.

Aus der DE 195 02 900 A1 ist eine Ionisationselektrode bekannt, die zur Reduzierung der Abhängigkeit von der Brennerbelastung verschiedene Längenabschnitte aufweist, die wechselweise näher oder entfernter von der Brenneroberfläche liegen, so daß einige Längenabschnitte von hohen Flammen und einige von niedrigen Flammen beaufschlagt werden, je nach Brenner belastung. Dazu ist die Ionisationselektrode wellenförmig, kammförmig oder wendelförmig ausgestaltet. Nachteilig bei dieser Ionisationselektrode ist, daß eine stets gleichmäßige Flammenbeaufschlagung nicht gegeben ist. Darüber hinaus können mit der Ionisationselektrode nur ganz bestimmte Brenner belastungen erfaßt werden, beispielsweise nur eine minimale und eine maximale Brennerbelastung. Damit ist eine Belastungsabhängigkeit des Ionisationssignals gegeben.

Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungs prozesses eines Brenners so auszugestalten, daß diese ein lastunabhängiges und zuverlässiges Ionisationssignal liefert.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Abschnitt der Ionisationselektrode in den Brennerbereich der Brennkammer ragt und der Abstand des Abschnitts von den Brennerdüsen einstellbar ist.

Durch die Einstellbarkeit des Abstands des in den Brennerbereich ragenden und damit mit Flammen beaufschlagbaren Abschnitts der Ionisationselektrode ist gewährleistet, daß die Ionisationselektrode ein lastunabhängiges und zuver lässiges Ionisationssignal liefert, da die Ionisationselektrode so stets den optimalen Abstand zur Brenneroberfläche einnehmen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der in den Brennerbereich ragende Abschnitt der Ionisationselektrode eine verringerte Oberfläche auf. Damit ist ein optimaler Wärmefluß zwischen dem flammen beaufschlagten in den Brennerbereich ragenden Abschnitt der Ionisations elektrode und einem weiteren, nicht von den Flammen beaufschlagten Abschnitt der Ionisationselektrode gegeben und Wärmestaus innerhalb der Ionisationselektrode werden vermieden. Dadurch ist eine noch höhere Zuverlässigkeit des Ionisationssignals gegeben. Vorteilhafterweise ist das Oberflächenverhältnis des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisationselektrode zu einem außerhalb des Brennerbereichs liegenden Abschnitts der Ionisationselektrode 1 : 2.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ionisationselektrode drehbar in einer Halterung gelagert und der Abstand durch Drehen der Ionisationselektrode veränderbar. Dadurch ist eine überaus einfache Möglichkeit geschaffen, den Abstand des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisationselektrode von der Brenneroberfläche ein zustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft der in den Brennerbereich ragende Abschnitt der Ionisationselektrode um einen Abstand zu der Drehachse der Ionisationselektrode versetzt. Dadurch läßt sich der Abstand des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisations elektrode von der Brenneroberfläche besonders effektiv und genau bereits durch geringes Drehen der Ionisationselektrode einstellen. Vorteilhafterweise ist der Abstand zu der Mittellinie durch eine Abwinkelung der Ionisations elektrode ausgebildet.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand in Abhängigkeit des Ionisationssignals der Ionisationselektrode veränderbar. Dazu kann beispielsweise das sich bei Flammenbeaufschlagung einstellende Ionisationssignal der Ionisationselektrode zur Drehung der Ionisationselektrode in der Halterung genutzt werden, beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebs, welcher das Ionisationssignal in eine Drehung der Ionisationselektrode umsetzt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar gestellt ist. Dabei zeigt die Figur in einer schematischen Seitenansicht einen Brenner mit einer erfindungsgemäßen Ionisationselektrode.

Der in der Figur dargestellte Brenner 1 weist im Brennerbereich 2 eine Vielzahl von Brennerdüsen 3 auf, von denen die Flammen ausgehen. Oberhalb des Brennerbereichs 2 ist eine Ionisationselektrode 4 befestigt, welche hierzu drehbar in einer Halterung 5 einer sich an den Brenner 1 anschließenden Wandung 6 gelagert ist. Die Ionisationselektrode 4 weist einen in den Brennerbereich 2 ragenden stabförmigen Abschnitt 7 und einen außerhalb des Brennerbereichs 2 liegenden stabförmigen Abschnitt 9 auf. Die Abschnitte 7, 9 sind in Verlängerung und koaxial zueinander angeordnet. Der in den Brennerbereich 2 ragende Abschnitt 7 ist während des Verbrennungsprozesses von den Flammen 8 beaufschlagbar. Wie in der Figur dargestellt, ist der in den Brennerbereich 2 ragende und diesen durchragende Abschnitt 7 der Ionisationselektrode 4 gegenüber dem Abschnitt 9 der Ionisationselektrode 4 verjüngt und mit geringem Querschnitt ausgebildet, wodurch der Abschnitt 7 eine geringere Oberfläche aufweist. Ferner verläuft der Abschnitt 7 um einen Abstand a zu der in der Figur strichpunktiert eingezeichneten Mittellinie M der Ionisationselektrode 4 versetzt. Der Abstand a ergibt sich durch eine Abwinklung 4a der Ionisationselektrode 4 im Bereich des außerhalb des Brennerbereichs 2 liegenden Abschnitts 9.

Der in den Brennerbereich 2 ragende Abschnitt 7 ist, wie in der Figur darge stellt, zu den Brenndüsen 3 mit einem Abstand b beabstandet. Der Abstand b läßt sich dabei durch gezieltes Drehen der Ionisationselektrode in der Halterung 5 stufenlos verändern, wie anhand der gestrichelt eingezeichneten weiteren Positionen des Abschnitts 7 der Ionisationselektrode 4 und der entsprechenden Abstände b' und b'' zu erkennen ist.

So läßt sich durch einfaches Drehen der Ionisationselektrode 4 in ihrer Halterung 5 auf einfache Art und Weise der Abstand b stets so einstellen, daß das von der Ionisationselektrode 4 bei Flammenbeaufschlagung gelieferte Ionisationssignal lastunabhängig und zuverlässig ist. Das Drehen erfolgt mittels z. B. eines elektrischen Antriebes, der auch prozeßgesteuert sein kann, etwa in Abhängigkeit vom Ionisationsgrad.

In dem in der Figur mit 11 gekennzeichneten Bereich schließt sich andererseits der Brennkammer 10 ein Kessel mit Rauch- und/oder Heizungswasser an, welches mittels des Brenners 1 erwärmt werden soll.

Bezugszeichenliste

1

Brenner

2

Brennerbereich

3

Brennerdüsen

4

Ionisationselektrode

4

a Abwinklung

5

Halterung

6

Wandung

7

Abschnitt

8

Flammen

9

Abschnitt

10

Brennkammer

11

Kessel
a Abstand
b Abstand
b' Abstand
b'' Abstand
M Mittellinie

Claims

1. Ionisationselektrode zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, innerhalb der Brennkammer (10), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) in den Brennerbereich (2) der Brennkammer (10) ragt und der Abstand (b, b', b'') des Abschnitts (7) von den Brennerdüsen (3) einstellbar ist.

2. Ionisationselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennerbereich (2) ragende Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) eine verringerte Oberfläche im Vergleich zu mindestens einem weiteren Abschnitt (9) der Ionisationselektrode (4) aufweist.

3. Ionisationselektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenverhältnis des in den Brennerbereich (2) ragenden Abschnitts (7) der Ionisationselektrode (4) zu dem außerhalb des Brennerbereichs (2) liegenden Abschnitt (9) der Ionisationselektrode (4) 1 : 2 ist.

4. Ionisationselektrode nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Oberflächen auf unterschiedlichen Querschnitten der beiden Abschnitte (7, 9) beruhen.

5. Ionisationselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (4) drehbar in einer Halterung (5) gelagert ist und der Abstand (b, b', b'') durch Drehen der Ionisationselektrode (4) veränderbar ist.

6. Ionisationselektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennerbereich (2) ragende Ab schnitt (7) der Ionisationselektrode (4) um einen Abstand (a) zu einer Mittellinie (M) der Ionisationselektrode (4) versetzt verläuft, die durch die Drehachse der Halterung (5) definiert ist.

7. Ionisationselektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zu der Mittellinie durch eine Abwinkelung (4a) der Ionisationselektrode (4) ausgebildet ist.

8. Ionisationselektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b, b', b'') in Abhängigkeit eines Ionisationssignals der Ionisationselektrode (4) veränderbar ist.