<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der zugeführten Wärmeleistung von Feuerräumen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der zugeführten Wärmeleistung von durch'pulverigen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff geheizten industriellen Feuerräumen, wodurch eine kontinuierliche Wärmebilanzierung und Kontrolle des Wirkungsgrades der Verbrennung in diesen Feuerräumen ermöglicht wird.
Entsprechend dem gegenwärtigen Stand der Wärmetechnik wird die Wärmebilanzierung in einer sehr unvollkommenen Weise durch Gesamtermittlung oder die kontinuierliche Messung des Brennstoffverbrauches und durch die periodische Bestimmung des Heizvermögens des Brennstoffes durchgeführt. Insbesondere bei einer Kohlenstaubheizung ist die Ermittlung des Brennstoffverbrauches sehr umständlich und ungenau (da der Messfehler 7-10'% beträgt) und mit einer hohen und unberechenbaren Verzögerung in den Muhlenkreisenbelastet. Die Kontrolle des Heizvermögens erfolgt meistens einmal pro Schicht und kann deswegen die Schwankungen der Güte des Brennstoffes in der betreffenden Zwischenzeit, die gewöhnlich bis zu 20% betragen, nicht erfassen.
Da in grösseren Feuerräumen einige hundert Tonnen Brennstoff pro Schicht verbrannt werden, hängt es weitgehend vom Zufall ab, ob die zur Bestimmung des Heizvermögens entnommene Brennstoffprobe, die ungefähr 1 g wiegt, der Durchschnittsgüte der gesamten Brennstoffmenge tatsächlich entspricht. Die Entnahme der Probe und die eigentliche Heizwertbestimmung erfordert ein sehr gewissenhaftes und fachmässig geschultes Personal und dauert einige Stunden.
Alle oben erwähnten Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, die auf der bekannten Tatsache aufbaut, dass die spezifische Wärmemenge, die bei vollkommener Verbrennung eines beliebigen industriellen Brennstoffes freigegeben und auf die Gewichtseinheit der dabei verbrauchten Luft reduziert wird, eine praktisch konstante Grösse ist, die im weiteren mit K bezeichnet werden soll. Bei allen industriellen Brennstoffen bewegt sich der Wert K in einem engen Bereich von 710 bis 770 kcal/kg, so dass dieser Wert eine geringe Schwankung von : 51o aufweist. Werden industrielle Brennstoffe in homogene Gruppen sortiert, z. B.
Steinkohle, Braunkohle, Mazute, Erdgase usw., stellt man fest, dass innerhalb dieser einzelnen Gruppen die Schwankung des entsprechenden Werts von K i l bis 2% nicht überschreitet.
Aus dieser Erkenntnis folgt nun, dass als Mass des Wärmeinhaltes einer gegebenen Brennstoffmenge das Gewicht der zur vollkommenen Verbrennung dieses Brennstoffes notwendigen Luft angenommen werden kann.
Dieser Begriff der Luftmenge ist allerdings rein fiktiv und darf nicht mit dem Begriff des tatsächlichen Luftverbrauches im Feuerraum verwechselt werden, da die Regelung des Verhältnisses Brennstoff-Luft bloss einen bestimmten Grad der Vollkommenheit erreicht und der Brennstoff im Feuerraum oft nur unvollkommen verbrannt wird.
Gemäss der Erfindung wird die zugeführte Wärmeleistung dadurch ermittelt, dass einerseits mit einem geeigneten Durchflussmengenmesser am Eingang des Feuerraumes der Gewichtsverbrauch der Verbrennungsluft gemessen wird und anderseits, durch ein besonderes Verfahren der Analyse der Verbrennungsprodukte, der Faktor a des Luftüberschusses ermittelt wird, welcher definitionsgemäss das Verhältnis der tatsächlich
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Es sei nun :
V Angabe des Durchflussmengemessers in kg/sec et Faktor des Luftüberschusses
K spezifische Luftwärme in kcal/kg für die gegebene Brennstoffgruppe.
Es gilt nun die Beziehung :
EMI2.1
EMI2.2
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Messung der zugeführten Wärmeleistung besteht im wesentli- chen aus einem Durchflussmengenmesser für die Verbrennungsluft und aus einem Analysensystem der Verbrennungsprodukte, durch welches der Faktor des Luftüberschusses bestimmt wird.
Diese prinzipielle Vorrichtung reicht bei kleineren Anlagen dazu aus, die zugeführte Wärmeleistung erfindungsgemäss periodisch zu kontrollieren, wobei die Angaben des Durchflussmengenmessers und des
EMI2.3
nis durch die Gleichung (1) angegeben wird.
Bei grösseren Einheiten werden diese Rechnungen kontinuierlich durch eine Analog-Rechenmaschine oder durch die erfindungsgemässe Vorrichtung ausgeführt, welche die Messung und Auswertung der gemessenen Angaben und dadurch auch die kontinuierliche Bestimmung und Registrierung der zugeführten Wärmeleistung des Feuerraumes ermöglicht.
Die Erfindung sei nun mit Hilfe des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher er- läutert. Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Auswertungsgliedes.
In Fig. 1 ist eine Durchflussmengenmesseranlage 1 angedeutet, die aus dem eigentlichen Durchflussmengenmesser 3 und einem Wandler 4 besteht, dessen Signal zur Gewichtsmenge der durchströ- menden Luft verhältnisgleich ist. Falls als Durchflussmesser ein übliches Staugerät verwendetwird, dessen Angabe von der Temperatur und dem Druck der durchströmenden Luft abhängig ist, wird zusätz-
EMI2.4
Korrektionsglied 5 gelangt indas Speicherglied 22, dessen Bedeutung noch näher erläutert wird. Im RaumderFeueranlage 7 befindetsichweitereine Abgasprobenentnahmevorrichtung 9, welche durch eine die Verbrennungsprodukte führende Rohrleitung mit dem Austauscher 12 verbunden ist, durch den auch die mit einem Hahn 11 versehene Rohrleitung der zusätzlichen Luft 10 hindurchgeht.
Die Rohrleitungen der Verbrennungsprodukte und der zusätzlichen Luft aus dem Austauscher 12 werden gemeinsam in die Mischanlage 13 geführt, aus der die Mischung der Verbrennungsprodukte mit der Luft durch eine gemeinsame Rohrleitung in einen Verbrennungsofen 14 geleitet wird. Die Abgase des Verbrennungsofens 14 werden weiter über den Entaschungszyklon 15 und das Gebläse 16 in den Feuerraum 7 zurückgeführt.
Die Auspuffleitung des Gebläses 16 ist vor dem Eingang in den Feuerraum 7 mit einer Abzweigung 17 ausgerüstet, wodurch ein kleiner Teil der Verbrennungsstoffe in den Sauerstoffanalysator 18 geleitet wird, von wo dann ein Signal, welches dem Sauerstoffgehalt in den Ver- brennungsprodukten hinter dem Verbrennungsofen 14 entspricht, einem Auswertungsglied 19 zugeführt wird, welches gleichzeitig ein Signal aus dem Speicher 22 erhält. Das Auswertungsglied 19 sendetendlicheinresultierendes Signal aus, welches der zugeführten Wärmeleistung des Feuerraumes ver- hältnisgleich ist. Dieses Signal wird nun über eine Einstellungsvorrichtung 20 geführt, die es ermög-
EMI2.5
die der Feueranlage zugeführte Wärmeleistung Q z. B. in kcal/sec unmittelbar abgelesen werden kann.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitet die beschriebene Messanlage folgendermassen :
Der Wandler 4 des Durchflussmessers 1, der im Saugrohr des die Verbrennungsluft fördernden Gebläses 6 angeordnet ist, sendet ein Signal aus, welches dem Gewicht der sekundlich durchfliessenden Verbrennungsluft verhältnisgleich ist. Dieses Signal wird zu einem Speicher 22 geleitet, wo es eingespeichert und nach einer regelbaren Zeitverzögerung weiter unverändert freigegeben wird.
EMI2.6
<Desc/Clms Page number 3>
Analysator 2 bestimmt, der in Fig. 1 in einer der verschiedenen möglichen Ausführungen angedeutet ist.
Aus dem Feuerraum 7 wird mittels einer passend angeordneten Abnahmevorrichtung 9 und dem Gebläse 16 die richtige durchschnittliche Probe der Verbrennungsprodukte mit Überresten der nicht verbrannten festen Brennstoffteilchen angesaugt.
Gleichzeitig wird mittels einer Rohrleitung 10 aus der Umgebung in die Vorrichtung Luft gesaugt. deren Menge entweder manuell durch den Hahn 11 oder automatisch durch eine Rückkopplung aus der auf den Hahn 11 wirkenden Mischanlage 13 eingestellt werden kann. Die Verbrennungsprodukte und die zusätzliche Luft fliessen dann gleichlaufend durch einen Wärmeaustauscher 12, wodurch sie praktisch auf gleiche Temperaturen gelangen. Aus dem Wärmeaustauscher 12 kommen die Verbrennungsprodukte und die Luft getrennt in die Mischvorrichtung 13, wo ihre Durchflussmengen dadurch auf einem kon- stanten Verhältnis gehaltenwerden, dass die zusätzliche Luft in geeigneter Weise durch den Hahn 11 reguliert wird. Ein Gemisch der Verbrennungsprodukte aus dem Hauptfeuerraum mit der zusätzlichen Luft gelangt weiter in den Verbrennungsofen 14, der z.
B. elektrisch oder durch Gas-HeizanJage geheizt wird und wo alle brennbaren Überreste vollkommen verbrannt werden.
Die Verbrennungsprodukte aus dem Ofen 14 gehen durch einen Entaschungszyklon 15, das Gebläse 16 und kehren in den Feuerraum 7 zurück. Die Asche aus dem Zyklon 15 wird über einen Wasserverschluss weggeleitet. Das Gebläse 16 hält in diesem Kreise eine genügend hohe Gasgeschwindigkeit aufrecht, z. B. 10-20 m/sec, damitdie mitgenommenen und noch nicht verbrannten Brennstoffteilchen sich am Wege nicht absetzen und die Anlage nicht verstopfen können. Die gesamte Umlaufzeit der Verbrennungsprodukte wird somit auf 1 - 2 sec reduziert, wodurch die Verzögerung der Angaben des Sauerstoff-Analysators 18 ganzwesentlichvermindertwird.
Aus der Rohrleitung vor dem Eingang in den Feuerraum 7 wird mittels der Abzweigung 17 eine Probe der Abgase des Verblennungsofens 14 abgeleitet und in den Sauerstoff-Analysator 18 zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes geführt. Da alle brennbaren Bestandteile des Brennstoffes zuerst im Hauptfeuerraum 7 und dann im Verbrennungsofen 14 restlos verbrannt'werden, hängt die Angabe des Sauerstoff-Analysators 18, der hinter dem Verbrennungsofen 14 angeordnet ist, bloss vom Luftüberschuss ab, und ist somit von dem Vollkommenheitsgrad der Verbrennung im Hauptfeuerraum 7 gänzlich unabhängig.
Zur Vereinfachung der Rechnungen kann man deswegen den Fall einer vollkommenen Verbrennung im Feuerraum 7 annehmen, wo also die Verbrennungsprodukte keine brennbaren Überreste enthalten. Der Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsprodukten aus dem Feuerraum 7 sei :
EMI3.1
Nach Vermischen dieser Verbrennungsprodukte mit einem gleichen Volumen zusätzlicher Luft erhält man einen Sauerstoffgehalt :
EMI3.2
Der gleiche Ausdruck gilt auch für den Sauerstoffgehalt 08hinter dem Verbrennungsofen 14, da sämtliche brennbaren Bestandteile bereits verbrannt sind :
EMI3.3
DerSauerstoff-Analysator 18 misstdenSauerstoffgehaltin den Gasen hinter dem Verbrennungsofen 14, die vorher mit der zusätzlichen Luft vermischt wurden.
Nach Subtraktion des in dieser Luft enthaltenen Sauerstoffes bekommt man :
EMI3.4
EMI3.5
EMI3.6
EMI3.7
EMI3.8
<Desc/Clms Page number 4>
führten Brennstoffes notwendig wäre.
Fig. 2 zeigt eine der möglichen Ausführungen des Auswertungsgliedes 19 in Fig. 1. Dieses Glied besteht z. B. aus einem induktiven Fühler Z, dessen Induktivität zum Sauerstoffgehalt Os verhältnis- gleich ist, ferner aus einer zur Einstellung des Nullwertes dienenden Hilfsinduktivität ZO und einer grossen Induktivität T mit Eisenkern und Mittelanzapfung. Mit Hilfe der regelbaren Induktivität Zo wird das Auswertungsglied 19 auf U-0 eingestellt, falls der Zuschub von Brennstoff in den Feuer-
EMI4.1
Das Ausgangssignal Ug des Auswertungsgliedes 19 gelangt über das Stellglied zo, an dem die Art des Brennstoffes einzustellen und weitere Korrekturen für besondere spezifische Bedingungen ge- m1 ! ss der Konstruktion des Feuerraumes vorzunehmen sind, weiter an das Anzeige- bzw. Registriergerät 21, das unmittelbar in Einheiten der zugeführten Wärmeleistung geeicht werden kann.
Die Zeit, in der die Gase durch die einzelnen Glieder 1 - 17 gemäss dem Schema in Fig. 1 hindurchströmen, und die Verzögerungszeit der Angaben der Sauerstoff-Analysatoren verschiedener Bauart, z. B. paramagnetsicher, kann einen Wert von einigen Zehner Sekunden erreichen. Infolgedessen unterscheidet sich die Angabe U, des Durchflussmessers 1 zeitlich von der Angabe des Sauerstoff-Analysators 18, wobei diese gesamte Verzögerung praktisch konstant bleibt und von Parametern der ganzen Wärmeanlage abhängig ist. Um den Einfluss dieser zeitlichen Verzögerung auszuschalten, wird in der Vorrichtung ein Speicher 22 (z.
B. auf dem Prinzip des MagneLtonbandes beruhend) verwendet, der zwi- schen dem Durchflussmesser 1 und dem Analysator-System 2 eingeschaltet ist.
Das beschriebene Messverfahren wirkt genau bei Überdruck-Feuerräumen oder bei Feuerräumen, wo die notwendige Abdichtung aufrechterhalten wird. Zur richtigen Funktion der erfindungsgemässen Vor-
EMI4.2
9Die einzelnen Wandler der erfindungsgemässen Messvorrichtung sowie das Auswertungsglied 19 können elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten, oder sogar aus einer Kombination verschiedener Systeme bestehen.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Messverfahrens und der vorgeschlagenen Vorrichtung besteht dar-
EMI4.3
Bestimmung des Heizvermögens entfallen und durch einfache Ablesung an einem unmittelbar in Einheiten der zugeführten Wärmeleistung geeichten Anzeigeinstrument ersetzt werden können. DiesesMessinstrument kann mit einem Integrator ausgerüstet werden, an dem die Gesamtmenge der dem Feuerraum in einer bestimmten Zeit zugeführten Wärme abgelesen werden kann.
Die dem Feuerraum zugeführte Wärmeleistung wird durch die erfindungsgemässe Vorrichtung kontinuierlich mit einer Verzögerung von bloss einigen Zehner Sekunden und mit einem Gesamtfehler von 3 bis 4o erfasst. Das erfindungsgemässe Messverfahren und die entsprechende Vorrichtung folgen also praktisch allen Abweichungen und Schwankungen der zugeführten Wärmeleistung und können deswegen zur Automatisierung des Verbrennungsprozesses verwendet werden. Das Ausgangssignal dererfindungsgemässen Messvorrichtung, welches der dem Feuerraum zugeführten Wärmeleistung verhältnisgleich ist, kann ausserdem automatisch mit der nützlichen Leistung verglichen werden, die durch die Anzeige des Hauptwattmeters oder des Dampfmessers angegeben wird.
Der Wirkungsgrad der Verbrennung und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Energieanlage (z. B. des Blockes-Kessel-Turbine-Generator) oder eines Teiles davon (z. B. des Kessels selbst) können also kontinuierlich verfolgt werden.
Das resultierende Signal kann mit Vorteil zu Zwecken der automatischen Regulierung der Blockeinheiten verwendet werden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.