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Einrichtung zur Einstellung eines optimalen Mischungsverhältnisses von Brennstoff und Luft
Die optimale Regelung des Brennstoff-Luft Gemisches an Feuerungsanlagen bildet ein Problem, das zur Zeit nur mit teuren Einrichtungen, entweder auf mechanischem, elektrophysikalischem, elektroche- mischem Wege oder durch Proportionalregler gelöst werden kann, die entweder nicht die gewünschte Genauigkeit der Einstellung erreichen, mit beträchtlicher zeitlicher Verzögerung arbeiten oder wechselnde Betriebsverhältnisse, wie Zugänderung am Kessel, Brennstoffwechsel, Einsatz neuer Ölzerstäubungsdüsen, Hysteresis der Lanzen u. ähnl. m. nicht berücksichtigen.
Die Höhe der Verbrennungstemperatur einer Brennerflamme hängt nun vom Brennstoff, von der Anfangstemperatur (Vorwärmung) der Luft und wesentlich von der Luftmenge ab, die der Ventilator in den Feuerungsraum drückt. Der CO2 - Gehalt der Abgase ist. dabei ein Mass für die Vollkommenheit der Verbrennung ; je höher der C02 - Gehalt, desto geringer die Abgastemperaturen, umso geringer der Wärmeverlust. Der angestrebte hohe C02 - Gehalt bedingt aber geringen Luftübelschuss und hohe Verbrennungs- temperaturen.
Erfindungsgemäss werden die letztgenannten Tatsachen in der Weise zur Optimierung der Verbrennungsvorgänge angewendet, dass ein flammengesteuertes Messelement, also etwa ein Ionisationsfühler oder ein Photoelement, eine Änderung des Ionisationsstromes bzw. Änderung der Strahlungsemission der Flamme in Abhängigkeit vom jeweils herrschenden Luftüberschuss aufnimmt, über ein Schaltgerät ein Drosselorgan, das entweder in die Luftzuführungsleitung zum Brenner oder in die Brennstoffleitung eingebaut ist und meist durch elektrische Mittel angetrieben sein wird, so steuert, dass es mit dem Erreichen eines Maximums des Ionisationsstromes bzw. der Strahlungsintensität "S", hervorgerufen durch den während des Optimierungsvorganges sich verringernden Luftüberschuss, die Bewegung dieses Drosselorgans beendet.
Es ist an sich gleichgültig, ob dieses Regelorgan in die Luftleitung zum Brenner eingebaut ist und z. B. bei momentan konstantem Brennstoffdurchsatz die Luftmenge vermindert, oder ob bei etwa momentan konstantem Luftdurchsatz die eingespritzte bzw. eingeblasene Brennstoffmenge geringfügig erhöht wird, um zu einem besseren Mischungsverhältnis zu gelangen bzw. das Lmin zu erreichen, das an oder nahe der Rauchgrenze liegt. Vorausgesetzt wird dabei natürlich, dass sich über den ganzen Regelbereich des Brenners in jedem Arbeitspunkt ein Luftüberschuss ventilatorseitig erzielen lässt.
Im allgemeinen wird nun diese Optimierungseinrichtung, bestehend aus flammengesteuertem Messelement, Drosselorgan sowie Schaltorgan als Zusatzeinrichtung zu bestehenden Luftdosierungseinrichtungen zu verwenden sein, wobei z. B. das Drosselorgan nachträglich am Ventilatoransaugstutzen angebracht werden kann und schaltungsmässig mit dem Verstellmotor der bestehenden Luftdosierung (Grobregelung) so verbunden ist, dass im Augenblick des Einschaltens des Stellmotors das Drosselorgan aus einer beliebig vorher eingenommenen Position zunächst in eine Stellung ohne Drosselung läuft und nach Beendigung des Verstellvorganges zum gewünschten Wärmedurchsatz mit der Optimierung beginnt, d. h. den verbliebenen Luftüberschuss wegdrosselt, bis das vorhin erwähnte Maximum an Ionisationsstrom bzw. Strahlungsemission erreicht ist.
Bei entsprechender Ausführung des Schaltorgans kann man aber auch auf eine Grobregelung überhaupt verzichten. Als Halbautomatik wird die Einrichtung dann ausgeführt werden, wenn die Grobeinstellung etwa von Hand aus erfolgt und nur selten eine Änderung des Wärmedurchganges vorgenommen wird. In diesem Falle wird durch eine Druckknopfbetätigung der Optimierungsvorgang ausgelöst.
Zwei Ausführungsbeispiele zeigt das Schema in Fig. l ; Fig. 2 enthält eine graphische Darstellung des
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Luftüberschusses in Abhängigkeit vom Brennstoffdurchgang.
Ausführung I : In die Luft- bzw. Brennstoffzuleitung zum Brennergeschränk 1 sind in üblicher Weise Luftdosierung 2, angetrieben durch Stellmotor 3 und auf gemeinsamer Welle Brennstoffmengenregelventil 4 angebracht. Ventilator 5 erzeugt die notwendige Luftpressung.
Erfindungsgemäss wird nun eine Luftdrossel 6 in der eingezeichneten Position oder in Position 6a bzw. 6b eingebaut, wobei 6 bzw. 6a, 6b konstruktiv mit 2 zu einer Einheit zusammenfallen können. Ein polumschaltbarer Motor 7 stellt den Antrieb der Hilfsdrossel dar. Im Bereich der Flamme ist ein photoelektrisches Messelement 8 oder direkt in die Flamme ragend ein lonisationsfühler 9 bzw. anderes, flammengesteuertes Messelement angebracht, das mit einem Schaltgerät 10 in Verbindung steht. Im Falle eines gemischten Betriebes, etwa Öl-Gas, werden vorzugsweise beide Elemente S und 9 eingebaut sein.
Ausführung II : Statt Einbau von Luftdrossel 6 wird demBrennstoffmengenregelventil 4 ein Ventil 12 parallelgeschaltet und durch den Motor 11 betätigt, also die Möglichkeit geschaffen. bei Ein- stellung auf eine bestimmte Brennstoff- und Luftmenge durch Motor 3 nachträglich, eventuell auch gleichzeitig eine Optimierung in Form einer Korrektur durch Ventil 12 durchzuführen. Auch in dieser Ausführungsvariante lassen sich Ventil 12 und 4 konstruktiv vereinigen.
Die Funktionsweise der vorliegenden Optimierungseinrichtungen ist folgende :
Noch während des Laufes von Stellmotor 3 und. damit Einstellung eines bestimmten Brennstoffdurchsatzes"Q" (Fig. 2), wird über dasSchaltgerät 10 der Motor 7 bei Ausführung I eingeschaltet und die Drossel 6 aus einer beliebig vorher eingenommenen Position in eine ohne Drosselung gebracht.
Mit Beendigung des Laufens von Motor 3 bewegt sich die Drossel 6 so, dass der nun bestehende Luft- überschuss "À" (Fig. 2) verringert wird, u. zw. so lange, bis die in Fig. 2 gezeigte Kurve bis zum je- weiligen Maximums des Messwertes"S"aufgenommen durch Messelement 8 bzw. 9, durchlaufen ist.
Mit Erreichen des Maximums "S" der Kurve stellt das Schaltorgan 10 den Motor 7 ab. Das Opti- mum der Flammentemperatur bzw. des Brennstoff-Luft Gemisches ist erreicht.
In Ausführung II wird das Ventil 11 während des Laufens von Motor 3 zunächst geschlossen und dann bis zum Erreichen des Optimums durch Motor 11 geöffnet.
Die beiden prinzipiellen Ausführungsmöglichkeiten können entsprechend der Brennerbauart, der Betriebsweise sowie der Ausführung von Schaltorgan 10 in den bereits erwähnten Varianten ausgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Einstellung eines optimalen Mischungsverhältnisses von Brennstoff und Luft bei mit flüssigem, gasförmigem oder staubförmigem Brennstoff betriebenen Brennern, bei welchen das Brennstoff-Luft Gemisch in Abhängigkeit vom gewünschten Wärmedurchgang, z.
B. mittels eines gemeinsamen Stellmotors für Brennstoff und Luft grob eingeregelt ist und im Bereiche der Brennerflamme mindestens ein flammengesteuertes Messelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass entweder in der Luftzuführungsleitung ein Drosselorgan (6) oder in die Brennstoffzuleitung ein Ventil (12) eingeschaltet ist, dessen Antriebsmotor (7 bzw. 11) über ein von dem flammengesteuerten Messelement (9 bzw. 8) beeinflusstes elektrisches Schaltorgan (10) in Abhängigkeit vom Luftüberschuss, in Richtung des optimalen Verbrennungsgemischverhältnisses das Regelorgan (6 bzw. 12) entweder drosselnd oder öffnend bewegt.
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