DE19837328A1

DE19837328A1 - Ionization electrode for monitoring the combustion process of a burner, especially a gas burner

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.The invention proposes to design an ionization electrode (4) for monitoring and regulating the combustion process of a burner, in particular a gas burner, in such a way that it delivers a load-independent and reliable ionization signal, that at least one section (7) of the ionization electrode (4) goes into the Burner area (2) protrudes and the distance (b, b ', b' ') of section (7) from the burner nozzles (10) can be changed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionisationselektrode zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, innerhalb der Brennkammer.The present invention relates to an ionization electrode for monitoring and regulation of the combustion process of a burner, in particular one Gas burner, inside the combustion chamber.

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.In burner technology, burners are understood to mean mixing and feeding devices for fuel and / or air for controlled combustion of the Fuels such as oil, gas or coal dust.

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.There are control-related problems with regard to the burning behavior given, among other things, on safe, reliable and emissions poor combustion, for example when starting the burner and the operation of the burner at different outputs, including burners called burden.

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.So it is for example with gas burners due to special features in the Supply of gases of different and changing textures For optimal combustion, the burner requires these changes and capture differences and accordingly quickly and reliably be able to compensate, for example by adding more or less Gas and / or air.

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.It is there to control and monitor the combustion process important to receive signals characteristic of the combustion. To this Purpose are ionization electrodes used in the burner area of the Burner are arranged and during the combustion process by the Flames are applied. This creates free electrical charge carriers, ions and electrons, most of which are due to electrons directional charge transport due to their greater mobility, d. H. one electrical current, from the ionization electrode to an electrical ground cause. The one that arises during the combustion process Electric current and / or voltage is also a measure of that Flame temperature.

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.For optimal control and monitoring of the combustion process a reliable ionization signal or a reliable ionization current required. For this it is necessary that the ionization electrode is under various burner loads are evenly affected by the flames becomes. The problem is that the height of the flame from the burner surface varies with different burner loads, so that the Ionization signal can be dependent on the load.

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.From DE 195 02 900 A1 an ionization electrode is known which is used for Reduction of the dependence on the burner load various Has lengths that are alternately closer or farther from the Burner surface, so that some lengths of high flames and some are exposed to low flames, depending on the burner burden. For this purpose, the ionization electrode is wave-shaped, comb-shaped or designed helical. A disadvantage of this ionization electrode is that there is always no uniform flame exposure. About that In addition, only certain burners can be used with the ionization electrode loads are recorded, for example only a minimum and a maximum burner load. This is a load dependency of the Given ionization signal.

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. In view of this prior art, the object of the invention based on an ionization electrode for monitoring the combustion process of a burner so that it is load-independent and provides a reliable ionization signal.

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.The object is achieved in that at least one Section of the ionization electrode in the burner area of the combustion chamber protrudes and the distance of the section from the burner nozzles is adjustable.

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.Due to the adjustability of the distance of the protruding into the burner area and thus a portion of the ionization electrode that can be exposed to flame ensures that the ionization electrode is load independent and reliable provides a casual ionization signal because the ionization electrode always optimal distance from the burner surface.

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.According to an advantageous embodiment of the invention, the in the Section of the ionization electrode projecting from the burner area is reduced Surface on. This is an optimal heat flow between the flames applied section of the ionization projecting into the burner area electrode and another, not affected by the flames Given the section of the ionization electrode and heat build-up within the Ionization electrodes are avoided. This makes an even higher one Reliability of the ionization signal given. This is advantageous Surface ratio of the section of the protruding into the burner area Ionization electrode to one outside the burner area Section of the ionization electrode 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.According to a further advantageous embodiment of the invention Ionization electrode rotatably mounted in a holder and the distance changeable by turning the ionization electrode. This makes one extremely created an easy way to distance the burner area protruding portion of the ionization electrode from the burner surface to deliver.

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.In a further advantageous embodiment of the invention, the runs in the Section of the ionization electrode projecting from the burner region by a distance offset to the axis of rotation of the ionization electrode. This allows the Distance of the section of the ionization projecting into the burner area electrode from the burner surface is particularly effective and accurate adjust by slightly turning the ionization electrode. Advantageously is the distance to the center line by angling the ionization electrode trained.

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.According to a further particularly advantageous embodiment of the invention the distance depending on the ionization signal of the ionization electrode changeable. This can happen, for example, when flame is applied adjusting ionization signal of the ionization electrode for rotating the Ionization electrode can be used in the holder, for example by means of of an electric drive, which converts the ionization signal into a rotation of the Implemented ionization electrode.

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.Further details, features and advantages of the present invention result from the following description of the associated drawing, in which a preferred embodiment of the invention schematically is posed. The figure shows a schematic side view Burner with an ionization electrode according to the invention.

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. The burner 1 shown in the figure has a plurality of burner nozzles 3 in the burner area 2 , from which the flames emanate. An ionization electrode 4 is fastened above the burner area 2 and is rotatably mounted for this purpose in a holder 5 of a wall 6 adjoining the burner 1 . The ionization electrode 4 has a rod-shaped section 7 projecting into the burner region 2 and a rod-shaped section 9 lying outside the burner region 2 . The sections 7 , 9 are arranged in an extension and coaxially with each other. The section 7 projecting into the burner area 2 can be acted upon by the flames 8 during the combustion process. As shown in the figure, the section 7 of the ionization electrode 4 which projects into the burner region 2 and projects through it is tapered with respect to section 9 of the ionization electrode 4 and is of small cross section, as a result of which the section 7 has a smaller surface area. Furthermore, the section 7 is offset by a distance a from the center line M of the ionization electrode 4 , which is shown in dash-dotted lines in the figure. The distance a results from an angling 4 a of the ionization electrode 4 in the region of the section 9 lying outside the burner region 2 .

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.The section 7 projecting into the burner area 2 is, as shown in the figure, spaced apart from the combustion nozzles 3 by a distance b. The distance b can be changed continuously by deliberately turning the ionization electrode in the holder 5 , as can be seen from the further positions of the section 7 of the ionization electrode 4 and the corresponding distances b ′ and b ″ shown in broken lines.

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.Thus, by simply turning the ionization electrode 4 in its holder 5, the distance b can always be set in a simple manner so that the ionization signal supplied by the ionization electrode 4 when the flame is applied is load-independent and reliable. The turning takes place by means of z. B. an electric drive, which can also be process-controlled, depending on the degree of ionization.

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. In the area marked 11 in the figure, on the other hand, the combustion chamber 10 is followed by a boiler with smoke and / or heating water which is to be heated by means of the burner 1 .

Reference list

11

Brenner
burner

22nd

Brennerbereich
Burner area

33rd

Brennerdüsen
Burner nozzles

44th

Ionisationselektrode
Ionization electrode

44th

a Abwinklung
a bend

55

Halterung
bracket

66

Wandung
Wall

77

Abschnitt
section

88th

Flammen
Flames

99

Abschnitt
section

1010th

Brennkammer
Combustion chamber

1111

Kessel
a Abstand
b Abstand
b' Abstand
b'' Abstand
M Mittellinie
boiler
a distance
b distance
b 'distance
b '' distance
M center line

Claims

1. ionization electrode for monitoring and controlling the combustion process of a burner, in particular a gas burner, within the combustion chamber ( 10 ), characterized in that at least a portion ( 7 ) of the ionization electrode ( 4 ) protrudes into the burner area ( 2 ) of the combustion chamber ( 10 ) and the distance (b, b ', b'') of the section ( 7 ) from the burner nozzles ( 3 ) is adjustable.

2. Ionization electrode according to claim 1, characterized in that the in the burner region ( 2 ) projecting section ( 7 ) of the ionization electrode ( 4 ) has a reduced surface compared to at least one further section ( 9 ) of the ionization electrode ( 4 ).

3. ionization electrode according to claim 2, characterized in that the surface area ratio of the projecting into the burner region (2) portion (7) of the ionization electrode (4) to the lying outside of the burner region (2) portion (9) of the ionization electrode (4) is 1: 2 is.

4. Ionization electrode according to claim 2 or claim 3, characterized in that the different surfaces are based on different cross sections of the two sections ( 7 , 9 ).

5. Ionization electrode according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ionization electrode ( 4 ) is rotatably mounted in a holder ( 5 ) and the distance (b, b ', b'') can be changed by rotating the ionization electrode ( 4 ) is.

6. Ionization electrode according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the in the burner region ( 2 ) projecting section ( 7 ) of the ionization electrode ( 4 ) by a distance (a) to a center line (M) of the ionization electrode ( 4 ) offset, which is defined by the axis of rotation of the holder ( 5 ).

7. ionization electrode according to claim 6, characterized in that the distance (a) to the center line is formed by an angle ( 4 a) of the ionization electrode ( 4 ).

8. ionization electrode according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the distance (b, b ', b'') is variable as a function of an ionization signal of the ionization electrode ( 4 ).