DD209681A5

DD209681A5 - Verfahren zur ueberwachung von feuerungsanlagen

Info

Publication number: DD209681A5
Application number: DD83248754A
Authority: DD
Inventors: Friedhelm Kuehn
Original assignee: Ruhrgas Ag
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-05-16
Also published as: US4508501A; DE3208765A1; EP0088975A2; JPS58208514A; EP0088975A3; CA1205544A

Abstract

EIN VERFAHREN ZUR UEBERWACHUNG VON MANTELSTRAHLHEIZROHREN UND REKUPERATORBRENNERN UNTER VERWENDUNG EINES AUF DEN O TIEF 2 - PARTIALDRUCK IM ABGAS ANSPRECHENDEN MESSFUEHLERS. BEI NIEDRIGEN ABGASTEMPERATUREN BIS HINUNTER ZU 200-300 GRAD C WIRD EINE DURCH DEN UEBERGANG VON UEBERSTOECHIOMETRISCHER AUF UNTERSTOECHIOMETRISCHE VERBRENNUNG,UND UMGEKEHRT, AUFTRETENDE SPRUNGHAFTE AENDERUNG DES MESSFUEHLER-AUSGANGSSIGNALS ERMITTELT UND ALS SCHALT- UND/ODER WARNSIGNAL WIEDERGEGEBEN. DAS VERFAHREN KANN AUCH ZUR FLAMMENUEBERWACHUNG, ZUR FESTSTELLUNG VON LECKSTELLEN UND RISSEN IN MANTELROHREN UND ZUR UEBERWACHUNG DER DICHTIGKEIT VON ABGESPERRTEN GAS-MAGNET-VENTILEN VERWENDET WERDEN.

Description

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Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich, auf ein Verfahren zur Über-i wachung von Feuerungsanlagen unter Verwendung eines auf den 0₂-Partialdruck im Abgas ansprechenden Meßfühlers.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Bei bekannten Verfahren dieser Art wird durch quantitatives Messen des Op-Partialdrucks im Gas die Luftzahl ermittelt und diese durch entsprechende Regelung der Feuerungsanlage bzw. der Gas- und Luftzufuhr auf einen vorgegebenen konstanten Wert eingeregelt. Hierdurch kann die Verbrennungsqualität überwacht und laufend auf einem günstigen Wert konstant gehalten werden. Diese bekannte Verwendung eines CU-Partialdruck-Meßfühlers als Meßglied für die laufende Regelung der Verbrennungsqualitat setzt aber voraus, daß die Abgastemperaturen in einem relativ hohen Temperaturbereich von 500 bis 600 ⁰C liegen. Bei niedrigeren Ab-

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gastemperatüren ist der Meßfühler nur dann zu einer quantitativen Messung des Op~Partialdrucks im Abgas geeignet, wenn er entsprechend beheizt wird.

Bei Feuerungsanlagen für Industrieöfen, insbesondere solchen für Wärmebehandlungsöfen der Stahlindustrie, sind aber relativ niedrige Abgastemperatüren erwünscht. In jüngster Zeit wird das Abgas bevorzugt zum Vorheizen der Verbrennungsluft verwendet. Dies geschieht beispielsweise in Mantelstrahlheizrohren und Rekuperatorbrennern. Bei derartigen Verbrennungseinrichtungen wurde bisher eine kontinuierliche Überwachung des Abgases nicht durchgeführt« Derzeit gebräuchliche Abgaseanalysegeräte sind für eine solche Überwachung zu teuer und außerdem zu träge. Der Einsatz von beheizten Meßfühlern in jeder Verbrennungseinrichtung ist ebenfalls zu teuer. Ohne eine ständige Überwachung der Verbrennungsverhältnisse besteht aber die Gefahr, daß die Feuerungsanlage unter ungünstigen Verbrennungsverhältnissen arbeitet und beispielsweise von Luftüberschuß auf Luftunterschuß übergegangen ist» Werden unter diesen Umständen nicht sofortige Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen getroffen, so können Rekuperatorbrenner oder Mantelstrahlheizrohre oder auch weitere nachgeschaltete Rekuperatoren derart beschädigt werden, daß sie aufwendigen Reparaturen unterzogen oder sogar ausgetauscht werden müssen«, Eine periodische Wartung der Feuerungsanlage oder Überprüfung der Verbrennungsverhältnisse, wie sie üblicherweise vorgenommen werden, helfen wenig, da sich die Verbrennungsverhältnisse unmittelbar nach einem Wartungszyklus wesentlich ändern können. Ein weiteres Problem beim Betrieb von Feuerungsanlagen stellten Undichtigkeiten von Magnetventilen dar ^ die zum Absperren der Gazufuhrleitungen zu Strah.lheizrob.ren dienen. Bei undichten Gas-Magnetventilen besteht die Gefahr, daß unverbranntes Gas in daa Abgasnets eingeleitet wird. Dies kann nicht toleriert werden. Diesem Problem.ist man bisher da-

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durch begegnet, daß man Doppelabsperrarmaturen mit einer Abblaseinrichtung in der Gaszufuhrleitung angeordnet hat. Eine solche Installation ist außerordentlich kostenaufwendig.

Eine weitere Störung, die bei der ?erwendung von Mantelstrahlheizrohren auftreten kann, ist ein Riß oder eine sonstige Beschädigung des Mantelrohrs. Dabei diffundiert der im Abgas befindliche Sauerstoff in den mit Schutzgas gefüllten Ofenraum. Die Folge ist:eine Oxydation des im Ofenraum befindlichen Wärmgutes. Bisher war es nur durch Einzelabschaltung und einzelnes Abdrücken der Strahlheizrohre möglich, das schadhafte Strahlheizrohr ausfindig zu machen. Es ist daher erwünscht, auch Risse oder sonstige Schaden der Mantelrohre von Mantelstrahlheizrohren ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen laufend feststellen zu können.

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung können mit geringem, gerätetechnischen Aufwand Mantelstrahlheizrohre und Rekuperatorbrenner überwacht werden, wobei neben der Peststellung ungünstiger VerbrennungsVerhältnisse, die zur Beschädigung von Rekuperatorbrennern oder Mantelstrahlheizrohren führen können, auch Möglichkeiten einer Überwachung von Rekuperatorbrennern und Mantelstrahlheizrohren auf andere betriebliche oder gerätetechnische Störungen gegeben sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine empfindliche und zuverlässige Überwachung der Verbrennungseinrichtungen auch bei niedrigen Abgastemperatüren ermöglicht.

Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art, ist erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß bei niedrigen Abgastemperaturen bis hinunter zu etwa 200 bis 300 C oder sogar darunter eine durch den Übergang von überstöchiometrischer auf unterstö'chiometrische Verbrennung, und umgekehrt, auftretende sprunghafte Änderung des Meßfühlerausgangssignals ermitteis und in wenigstens ein Schalt- und/oder Yfarnsignal umgesetzt wird.

Es ist zwar bekannt, daß die hier verwendbaren Meßfühler beim Einsatz unter hohen Abgastemperaturen von 500-600 ⁰C eine sprunghafte Änderung ihres Ausgangssignals zeigen. Heu und durch die Erfindung ausgenutzt ist aber, daß diese sprunghafte Änderung auch dann noch definiert feststellbar und zu Schaltzwecken verwendbar ist, wenn die Meßkennlinie des Meßfühlers wegen der niedrigen Abgastemperaturen unstetig wird und eine quantitative Erfassung des Op-Partialdrucks ausgeschlossen ist. Eine sprunghafte Änderung des Meßfühler-Ausgangssignals zeigt an, daß die Verbrennung beispielsweise von Luftüberschuß auf Luftunterschuß übergegangen ist* Dementsprechend ist eine sofortige Wartung der Perungsanlage erforderlich« Durch Abgabe eines Schaltsignals zum Absperren der Gaszufuhr und ggf.. anderer Medien-Zugänge und -Abgänge kann eine weitere Benutzung der Feuerungsanlage unter ungünstigen Verbrennungsverhältnissen vermieden werden» Mit Hilfe eines Warnsignals kann alternativ oder zusätzlich das Bedienungspersonal zu einer Handabschaltung und sofortigen Wartung der Feuerungsanlage angehalten werden.

Eine entsprechende Überwachungsmöglichkeit ist auch bei solchen Mantelstrahlheizrohren oder Rekuperatorbrennern gegeben, die beispielsweise zur Herstellung eines Schutzgases unterstöchiometrisch betrieben werden.

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Zur Überwachung von Strahlheizrohren findet vorzugsweise eine Sicherheitskette aus einem Gas-Absperrorgan und einem die Auf- und Zu-Stellung des Gaa-Absperrorgans betätigenden Endstellungsrückmelder Verwendung. Die Dichtigkeit eines solchen Gas-Absperrorgans, beispielsweise eines Magnetventils, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach dadurch überprüft werden, daß nach dem Schließen des Gas-Absperrorgans und der Betätigung der Zu-Stellung durch den Endstellungsrückmelder das Meßfühlerausgangssignal mit einem vorgegebenen unteren Grenzwert verglichen wird. Liegt der Istwert des Meßfühlerausgangssignals oberhalb dieses Grenzwerts, so wird ein Warnsignal erzeugt. Daraufhin kann eine Handabsperrarmatur sofort geschlossen werden, um die zugehörige Gaszufuhrleitung abzusperren.

Mit Hilfe des Oo-Partialdruck^Meßfühlers kann zusätzlich auch eine laufende Flammenüberwachung durchgeführt werden. Findet bei geöffneter Gaszufuhr keine Verbrennung statt, so ist das Ausgangssignal des Meßfühlers deutlich außerhalb des Sollbereichs bei normaler Verbrennung. Unter dieser Bedingung wird automatisch ein Schaltsignal entwickelt, das die Gaszufuhr zum Strahlheizrohr abschaltet.

Das Eindringen von Fremdgas in ein Mantelstrahlheizrohr, wie es beispielsweise bei einem Riß im Mantelrohr auftritt, läßt sich ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren feststellen. Das Eindringen von Fremdgas führt nämlich zu einer Verschiebung des Meßfühler-Ausgangssignals. Aufgrund dieser Verschiebung können alle am Mantelstrahlheizrohr angeschlossenen Strömungsmedien-Zugänge und -Abgänge abgesperrt werden.

Au.,s f uhrungs be i spi el;

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei- ^!

spiel näher erläutert werden* In den dazugehörigen Zeich- ' nungen zeigen;

Pige 1: eine schematische Darstellung eines Mantelstrahlheizr'ohrs mit Absperrorganen in allen Medienzugängen und -abgängen und einem Op-Partialdruck-Meßfühler im Abgasstrom5 und

Pig_s 2: eine exemplarische Kennlinie eines auf Op-Partialdruck ansprechenden Meßfühlers, wobei die Kennlinie die Änderung des Meßfühler-Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck im überstöchiometrischen und im unterstöchiometrischen Bereich veranschaulicht.

In Pig» 1 ist eine Feuerungsanlage mit einem Mantelstrahlheizrohr 1 gezeigt, das ein zentrales Zuführrohr 2 für Gas und eine diese umgebende Kammer 3 für die Zufuhr der Verbrennungsluft aufweist«, Das Verbrennungsgas und die Luft werden in einem Brennerriiund 4 gemischt. An den Brennermund 4 schließt sich das Verbrennungsrohr 5 an, in dem die Verbrennung stattfindet. Die Abgase werden in einem das Verbrennungsrohr konzentrisch umgebenden Mantel-, rohr 6 im Rückstrom zurüekgeleitet und wärmen in dem der Ringkammer 3 benachbarten Wärmetauschabschnitt des Strahlheizrohrs 1 die Verbrennungsluft vor. Im Abgasstrom (Rohrstutzen 7) des Mantelstrahlheizrohrs 1 ist ein Meßfühler angeordnet, der auf den Op-Partialdruck im Abgas anspricht» Sein elektrisches Ausgangs signal (EMK!) wird in einem Regler 9 ermittelt und bei einer entsprechenden Signalanderung in ein Warnsignal über den akustischen Störungsmelder 10 und/oder in ein oder mehrere Schaltsignale zum Absperren der Medien-Zugänge und -Abgänge umgesetzt,

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Bei der in Pig· 1 gezeigten Feuerungsanlage ist eine Sicherheitskette aus einem in der Gasleitung 12 angeordneten Magnetventil 13 und einem mechanischen Endschalter 14 vorgesehen, der die Auf- und Zu-Steilungen des Gasmagnetventils 13 feststellt. Mit dem mechanischen Endschalter 14 ist ein Stellungsrückmelder 15 verbunden, der die mechanisch abgegriffene Endstellung in ein elektrisches Signal umsetzt und in den Regler 9 eingibt.

In der Luftzufuhrleitung 1$ ist ein weiteres Absperrorgan in Form eines Magnetventils 17 und in der Abgasleitung ist ein Absperrorgan in Form eines Magnetventils 19 angeordnet. Eine Handabsperrarmatur 20 ist dem Magnetventil 13 vorgeschaltet und dient als Sicherheitsabsperrung bei Ausfall des Magnetventils 13.

Im Betrieb des Mantelstrahlheizrohrs 1 gemäß Fig. 1 wird der Op-Partialdruck bei relativ niedrigen Abgastemperaturen bis hinunter zu 200 bis 300 ⁰C über den Meßfühler laufend überwacht. In dem in Fig. 2 dargestellten normalen Arbeitsbereich, (überstöchiometrisch) ändert sich das elektrische Ausgangssignal des Meßfühlers 8 nur gering, und der Regler 9 gibt innerhalb dieses Sollbereichs des Ausgangssignals weder ein Warnsignal noch ein die Absperrorgane schließendes Schaltsignal ab. Wenn aber die Verbrennung aus dem überstöchiometrischen in den unterstöchiometrischen Bereich überwechselt, so ergibt sich, wie die gestrichelte Kennlinie in Fig. 2 zeigt, eine starke sprunghafte Änderung des Ausgangssignals. Diese ist für den Regler eindeutig erkennbar obwohl die Meßkennlinie wegen der niedrigen Abgastemperatüren relativ unstetig ist und sich quantitativ nicht auswerten läßt. Eine solche sprunghafte Änderung des Meßfühler-Ausgangssignals ist als Anzeichen dafür zu werten, daß die Feuerungsanlage, hier das Mantelstrahlheizrohr 1, bei ungünstigen Verbrennungsverhältnissen arbeitet oder die Flamme erloschen ist, so daß

vom Bedienungspersonal die entsprechenden Wartungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. Der Regler 9 erzeugt ein Warnsignal beispielsweise über den akustischen Störmelder 10 oder ein Schaltsignal zur sofortigen Abschaltung zumindest der Gaszufuhr mittels des Magnetventils 13.

Die geschlossene Stellung des Magnetventils 13 wird über den Endschalter 14 und den Enstellungsrückmelder 15 zum Regler 9 bestätigt. Wenn in dieser bestätigten Zu-Stellung über den Meßfühler 8 an den Regler 9 ein Ausgangssignal gegeben wird, das einen im Regler vorgegebenen unteren Grenzwert übersteigt, wird ein Warnsignal abgegeben, damit die Handabsperrarmatur 20 sofort geschlossen werden kann. Auf diese Weise ist eine laufende Überwachung auch von Undichtigkeiten der maßgeblichen Absperrorgane mit Hilfe desselben Og-Partialdruck-Meßfühlers 8 möglich.

Bei einem Einbruch eines Fremdgases von außen in das Mantelstrahlheizrohr 1 ergibt sich ebenfalls eine deutliche Verschiebung des Meßsignals des Meßfühlers 8. Bei einer solchen Verschiebung werden alle am Mantelstrahlheizrohr angeschlossenen Medienzu- und -abgänge über die Magnetventile 13» 17 und 19 abgesperrt. Auf diese Weise lassen sich auch Risse im Mantelrohr 6 relativ rasch feststellen und die erforderlichen Gegenmaßnahmen einleiten.

Claims

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Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen unter Verwendung eines O_?-Partialdruck im Abgas ansprechenden Meßfühlers, gekennzeichnet dadurch, daß bei niedrigen Abgastemperatüren bis hinunter zu etwa 200 bis 300 ⁰C und darunter eine durch den Übergang von überstöchiometrischer auf unterstöchiometrische Verbrennung, und umgekehrt, auftretende sprunghafte Änderung des Meßfühlerausgangssignals ermittelt und in wenigstens ein Schalt- und/oder Warnsignal umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Messung des Op-Partialdrucks im Abgasstrom erfolgt, nachdem dem Abgas in wenigstens einem Rekuperator oder in einem Mantelstrahlheizrohr Wärme entzogen worden ist.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2 zur Überwachung der Dichtigkeit von AbsperrOrganen bei Verwendung einer Sicherheitskette aus einem Gas-Absperrorgan und einem die Auf- und Zu-Stellungen des Gas-Absperrorgans bestätigenden Enstellungsrückmelder, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem Schließen des Gas-AbSperrventils und der Bestätigung der Zu-Stellung durch den Endstellungsrückmelder das Meßfühlerausgangssignal mit einem vorgegebenen unteren Grenzwert verglichen wird' und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn das Meßfühlerausgangssignal oberhalb des unteren Grenzwerts liegt.

4· Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3 zur Überwachung der Verbrennung in Strahlheizrohren, unter Verwendung einer Sicherheitskette aus einem Gas-Absperrorgan und einem die Auf- und Zu-Stellung des Gas-Absperrorgans bestätigenden Endstellungsrückmelder, gekennzeichnet dadurch, daß bei geöffnetem Gas-Absperrorgan und be-

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stätigter Auf-Stellung das Ausbrechen des Meßfühlerausgangssignals aus einem vorgegebenen Sollbereich ermittelt und in ein Schaltsignal zum Absperren der Gaszufuhr umgesetzt wird.

Verfahren nach Punkt 3 oder 4> gekennzeichnet dadurch, daß das Gas-Absperrorgan elektromagnetisch betätigt
wird, daß die Stellung des Absperrorgans von einem
Endschalter mechanisch abgetastet wird und die mechanisch abgetastete Endstellung in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, wobei das elektrische Signal zur Rückmeldung der Endstellung übertragen wird.

- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -