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"VERBUNDREGLER FÜR VORPROGRAMMIERTE BRENNER" Die Erfindung betrifft
Verbundregeler mit elektro-mechanisch oder rein elektronisch vorprogrammiertem Brennstoff-Luftverhaltnis
für die unterschiedlichsten Belastungszustände von Gas-, Oel- oder Kohlenstaubbrennern.
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Verbundregler für Brenner der genannten Art dienen der Dampferzeugung
in Kraftwerken oder iur Heizungszwecke oder auch fUr die Erzeugung von Prozesswärme.
Eine möglichst präzise Steuerung des Brennstoff-Luftverhältnisses ist besonders
bei Großbrennern aus Energieesparungsgründen und zur Verminderung der Umwelt, belastung
durch Schadstoffe in den Abgasen besonders aktuell, gewinnt aber auch an Brennern
mittlerer und kleinerer Größe zunehmend an Bedeutung. Das Problem einer möglichst
optimalen Einstellung des Verhältnisses von Brennstoff zur Luft wurde bischer überwiegend
dadurch gelöst, daß man entsprechende Erfahrungswerte für die verschiedenen Belastungszustände
des Brenners mechanisch, z.B. durch Kurvenscheiben, oder elektromechanisch oder
rein elektronisch vorprogrammierte. Da jedoch die Verbrennungseigenschaften der
Brennstoffe auch bei gleicher Typenbezeichnung nicht konstant Sind und andererseits
auch der Sauerstoffgehalt der flift feuchte-und/oder temperaturabhängig ist, mußte
bei solchen Regelungen stets ein beträchtlicher Luftüberschuß vorgesehen werden,
damit in jedem Betriebszustand des Brenners eine vollständige Verbrennung des zugeführten
Brennstoffes und damit die Vermeidung reduzierender Verbrennungszustände mit Sicherheit
vermieden werden können.
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Es sind auch schen Brennerregelungen vorgeschlagen worden, bei denen
das vorprogrammierte Brennstoff-Luftmengenverhältnis entsprechend der Zusammensetzung
der Sbgase, insbesondere entsprechend deren O2-Gehaltes, korrigiert werden kann.
( XT-AS 1 751 29 und DT-OS 2 326 395). Bei Verbundreglern von Brennern mit zusätzlichen
Korrekturmöglichkeiten des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses entsprechend der Abgas
zusammensetzung wird aus dem Abgaskanal oder dem Verbrennungsraum ein Teil des Gases
abgezogen und einem Analysegerät zugeführt. In diesem Analysegerät wird das Abgas
auf seinen Schadstoffgehalt oder auf seinen Restsauerstoffgehalt analysiert und
aus dem Ergebnis dieser Analyse ein Signal abgeleitet, das, gegebenenfalls iiber
mehrere signalverarbeitende Zwischenglieder, zur Korrektur des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses
benützt wird, um optimalen Verbrennungszuständen näher zu kommen.
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Diese Art der Korrektur von Verbundreglern weist jedoch noch einen
Mangel auf: In den der Entnahme der Ab-bzw. Rauchgasprobe dienender Rohren kann
nur eine begrenzte Strömungsgeschwindigkeit aufs akt erhalten werden. Würde man
die Strömungsgeschwindigkeit, über eine gewisse Grenze erhöhen, so träge ein Umschalg
n laminerer in turbulente Gasbewegung auf und damit eine erhebliche Erhöhung des
St römungswiders tandes und eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit. Diese
Regelungen besitzen also notwendigerweise eine beträchtliche Todzeit zwischen der
Änderung des Zustandes des Ab-bzw. Rauchgases und der Einleitung des Steuerungsvorganges,
mit dessen Hilfe diese Abweichung korrigiert werden soll. Um das Eintreten von Verbrennungszuständen,
bei donen die Entstehung von Schadstoffen oder reduzierender Brennverhältnisse nicht
mehr auszuschließen sind, zu vermeiden, muß also auch bei dieser korrigierten Verbundbrennerregelungen
stets eilt, einem hinreichenden Luftüberschuß gefahren werden. Dies ber dingt einmal
einen erhöhten Brennstoffverbrauch und verhindert in vielen Fällen die Einstellung
des günstigsten Verbrennungsverhältnisses z.B. bezüglich des Schwefelsäure- und
Stickoxidgehaltes
der Ab-bzw. Rauchgase.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung eines für die
Ab-bzw. Rauchgaszusammensetzung repräsentativen Wertes unmittelbar im Rauchgaskanal
vorzunehmen, diese Messung zugleich im Form eines elektrischen Signales zur Verfügung
zu stellen und damit die oben erwähnte Todzeit für die Ausregelung vofl Abweichungen
der Ab-bzw. Rauchgaszusammensetzung weiter drastisch einzuschränken.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein mit einer
Zusatzheizung auf seiner Betriebstemperatur gehaltener festkörperelektrolytischer
Sauerstoffdetektor in Rauchgaskanal angeordnet ist und dessen elektrisches Signal
bei Abweichung der Rauchgaszusammensetzung vom optimale Verbrennungszustand zur
entsprechenden Korrektur des Brennstoff -Luftmengenverhältnisses dient und ein Verzögerungsglied
vorgesehen ist, das die Brennstoff- und / oder die Luftzufuhr zum Brenner erst freigibt,
nachdam der erwähnte Sauerstoffdetektor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Ein
für diesen Zweck geeigneter festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor besteht
aus dem eigentlichen sauerstoffionenleitenden keramischen Formteil, z.Bo einem einseitig
geschlossenen Rohr aus CaO-stabilisiertem Zirkondioxid, einer Heizung, durch die
dieses Formteil auf der Betrffi bstemperatur (meist über 5500C) gehalten wird und
einem Drahtnetz, das alle auf der Betriebstemperatur befindlichen Teile umgibt,
nebst der Zufuhr für die Luft zu der Referenzelektrode am Formteil, den Elektroden
und allen elektrischen Zu- und Ableitungen für die vom Detektor gelieferte. Spannung
und die Temperaturregelung.
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Dieser festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor erfüllt auch alle
sicherheitstechnischen Bedingungen, die an einen im Rauchgaskanal von Brennern installierten
beheizten Fühler zu stellen sind.
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Lurch die Verkürzung der Tod zeit zwischen der Xnderung in der Zusammensetzung
des Rauchgses und der Auslösung des Steuervorganges zur Kompensation dieser änderung
läßt sich ein gewUnschter
Verbrennungszustand erheblich präziser
einhalten, als dies bisher möglich war.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verbundregler ist es daher möglich Verbrennungszustände
einzuhalten, die erheblich näher an der stöchiometrischen Verbrennung liegen und
daher gestatten, einen bezüglich des Schadstoffgehaltes der Rauchgase günstigeren
Kompromiß zu realisieren, ohne in die Gefahr des Auftretens reduzierender Verbrennungszustände
zu geraten. Diese Möglichkeit zur genaueren Einhaltung optimaler Verbrennungszustände
ergibt zwei entscheidende Vorteile: Einmal kann Energie gespart werden dadurch,
daß dem Brenner weniger überschüssige Verbrennungsluft zugeführt werden muß, und
zum anderen dadurch, daß das Rauchgas einen weiter verringerten Anteil an Schadstoffen
enthält. Mit der erfindungsgemäßen Regelung lassen sich weitgehend optimale Verbrennungszustände
auch bei Verwendung unterschiedlicher Brennstoffe und variierenden Werten des Feuchtgehaltes
und der Temperatur der dem Brenner zugeführten Luft einhalten.
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Ein Ausführuntisbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung der Figur
1 dargestellt. Darin bedeuten 1 der Brenner, 2 der Brennraum, der in den Rauchgaskanal
3 übergeht, in dem der mit einer Zusatzheizung zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur
versehene festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor 4 angeordnet ist. Das dem
Sauerstoffgehalt des Rauchgases eindeutig zugeadnete, vom festkörperelektrolytischen
Sauerstoffdetektor kommende elektrische Signal wird über die Leitung 5 einem dieses
elektrische Signal verarbeitenden Glied 6 zugeführt. Dieses Signalverarbeitungsglied
6 bewirkt über die Leitung 7 eine Korrektur des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses
in dem Aggregat 8, das gegebenenfalls aus verschiedenen Teilen zur Reglung der Brennstoff-und
Luftmengen, die dem Brenner zugeführt werden müssen, besteht.
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Die Leitungen 9 und 10 deuten die Brennstoff- bzw. die Luft zum leitung
an. Im dem Signalverarbeitungsglied 6 ist auch das Verzögerungsglied enhalten, das
die Brennstoff-und/oder die Luftzufuhr zum Brenner erst freigibt, nachdem der festkörperelektrolytische
Sauerstoffdetektor durch seine Zusatzheizung seine
Betriebstemperatur
erreicht hat.
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Der versuchsweise Betrieb eines Gasbrenners mit dem erfindungsgemäßen
Verbundregler ergab bei mehrtätgigem Betrieb bei stark wechselnden W6tterlagen und
bei Benutzung zweier verschiedener Gasarten eine Verbesserung in der Konstanz des
Sauerstoffgehaltes des Rauchgases und dem Faktor 10 gegenüber einer lediglichvorprogrammierten
Steuerung des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses und um den Faktor 3 gegenüber einer
vorprogrammierten Steuerung, die eine Korrektur des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses
gemß einer außerhalb des Rauchgaskanals vorgenommenen Rauchgasanalyse enthielt.
Unter Verbesserung wird verstanden, daß die maximalen Abweichungen von einem Mittelwert
einmal 1/10 und zum anderen 1/3 kleiner waren. Damit sind die entscheidenden Vorteile,
die durch die erfindungsgemäße Verbundregelung zu erzielen sind, eindeutig demonstriert.