DD241772A1 - Verfahren zur regelung von heizkesseln bis 50kw leistung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Heizkesseln bis 50 kW-Leistung, die vorzugsweise fuer Warmwasserzentralheizungsanlagen in Einfamilienhaeusern oder Etagenwohnungen eingesetzt werden. Als Brennstoffe werden ueberwiegend Braunkohlenbriketts verwendet. Durch die Anwendung der Erfindung wird der Wirkungsgrad vorhandener oder neuzuerrichtender Heizungsanlagen des angefuehrten Leistungsbereiches verbessert und dabei eine Einsparung von Primaerenergietraegern erreicht. Durch Auswertung von verschiedenen Prozessparametern, wie Vorlauf-, Aussen- und Raumtemperatur sowie deren Umwandlung in entsprechende Regel- und Stellgroessen wird ueber die Steuerung, der die Verbrennung beeinflussenden Medien, dem Verbrennungsprozess ein Regime auferlegt, welches zur erfindungsgemaessen Verbesserung des Verbrennungsvorganges fuehrt. Erfindungsgemaess erfolgt in der Phase 2 die analog stetige Regelung, der dem jeweiligen Brennregime angepassten Luftmenge in Abhaengigkeit von der Leistungsanforderung des Kessels. Schwankende Leistungsabforderungen vom Kessel werden ausgeregelt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Heizkesseln bis maximal 50kW-Leistung bei Anwendung fester langflammiger Brennstoffe, vornehmlich Braunkohlenbriketts (BB).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Alle bisher angewendeten Verfahren zur Regelung von Heizkesseln mit einer maximalen Leistung bis 5OkW gehen von einem kontinuierlichen Brennprozeß aus und sind vornehmlich für den Kokseinsatz in Heizkesseln entwickelt worden. So wird z.B. in dem vom VEB Mertik Quedlinburg angewendeten Verfahren zur Regelung mit dem Feuerzugsregler von einem kontinuierlichen Prozeß ausgegangen, in dem ein Tonsionsthermometer in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur über eine entsprechende Mechanik die Verbrennungsluftzufuhr drosselt oder erhöht.

Weiterhin sind durch DD-PS 59618 und DD-PS 85421 Fallklappen für häusliche Feuerstätten bekannt, die eine entsprechende Arretierung der Klappe und damit Feststellung der Verbrennungsluftzufuhr auf einen konstanten Wert nach Erreichen eines bestimmten Temperaturmaximas bewirken.

Nach DD-PS 141345 und DD-PS 143946 liegen Schaltungsanordnungen und Verfahren zur Überwachung von Heizkesseln, insbesondere BB-Heizkesseln vor.

In DD-PS 141345 wird dabei nach Erreichen eines bestimmten Kesselzustandes (z. B. Unterbrandkessel — nach voll in Gang gekommenen Verbrennungsprozeß) durch Auswertung der Vorlauf- und Rauchgastemperatur innerhalb eines oberen und unteren Grenzwertes die Drosselung der Verbrennungsluftzufuhr um einen konstanten Wert vorgenommen bzw. an diesem Wert erhöht.

Bei DD-PS 143946 erfolgt im Zusammenwirken mit einem Feuerzugregler sowie einer erfindungsgemäßen mechanischen Anordnung von Hebeln und Seilzügen die Regelung des Brennprozesses ab dem Zeitpunkt eines bestimmten Feuerraumzustandes in oberen und unteren Grenzwerten, jedoch mit den durch den Feuerzugregler realisierten Stetiganteilen.

Allen vorgestellten Varianten ist eigen, daß sie nur nach Erreichen eines bestimmten Brennzustandes funktionsfähig sind, bzw. den erhöhten Verbrennungsluftbedarf der Entgasungsphase von langflammigen Brennstoffen sowie den sich mit Fortschreiten des Brennprozesses verringernden Bedarf an Sauerstoff nicht berücksichtigen.

Damit entstehen bei Einsatz langflammiger Brennstoffe, vornehmlich BB, nichtoptimale Zustände des Verbrennungsprozesses, was Wirkungsgradverminderung, erhöhten Brennstoffbedarf und hohe Schadstoffemission (CO) zur Folge hat. Ebenfalls sind mögliche Gefährdungen (Explosion) (Co-Vergiftung) nicht ausgeschlossen.

Auch wird eine Auswertung der Rauchgastemperatur wegen der zu großen Dynamik sowie Störbehaftung nicht als günstig angesehen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Vorgabe eines Verfahrens zur Regelung von Kleinheizkesseln unter Einsatz langflammiger Brennstoffe (BB), welches die Nachteile bekannter Verfahren ausschließt und ein Maximum an bedienfreier Zeit gewährleistet. Wesentlich dabei ist, daß dieses Verfahren sowohl für Unterbrand-, als auch für Oberbrandkessel gleichermaßen zutrifft. Weiterhin besteht das Ziel der Erfindung darin, durch optimierte Verbrennung Primärenergieträger einzusparen sowie die Schadstoffemission zu senken. -.·;' ^: '". ' .'.' ^;. _;,·;'';..; ;:' . ·^: .;'.; ; : .' _: ^:- ';'-. ' ' / ·.·· " ' ' '..'- ; : :_.-:' vV/ '" -'-.-^:'v : .

Darlegung des Wesens der Erfindung . ; Γ ' ; .' · ' -." .^: -.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die verfahrenstechnischen Mängelursachen der bekannten Lösungen zu vermeiden. Dabei soll wie bisher durch analoge Verbrenhungsluftstrombeeinflussung eine dem jeweiligen Betriebsregime entsprechende optimierte Luftmenge zugeführt werden. .-;..: \; : '..' ' .'. 1

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe folgendermäßen gelöst: ; > ί . '' "-.'.

Der Brennzyklus (Zeitraum von einer Beschickung bis zur nächsteh) wird in drei Hauptphasen untergliedert. Diese drei Hauptphasen sind durch unterschiedliche Sauerstoffbedarfsanforderung seitens des Brennstoffs gekennzeichnet: In der Phase 1 (unmittelbar nach der Beschickung bis Erreichung des PunktesTI) liegt ein hoher Sauerstoffbedarf vor.Der Brennstoff muß zünden und es erfolgt eine stürmische Entgasung des Brennstoffes. Realisiert wird dieser maximale Sauerstoffzufuhr durch ein maximales Öffnen der Frischluftklappe. Erreichtdie Meßgröße—Vorlauftemperatur—einen bestimmten Wert, nahe der eingestellten wählbaren Vorlauftemperatur, tritt die Phas'e 2 in Funktion.

Erfindungsgemaß erfolgt in der Phase 2 die analog-stetige Regelung der dem jeweiligen Brennregime notwendigen Luftmenge in Abhängigkeit von der Leistungsabforderung des Kessels. Da der Brennstoff jetzt zu wesentlichen Teilen entgast ist, ist der Sauerstoffbedarf geringer als in Phase 1. Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird ein weiteres Überschwingen der Vorlauftemperatur über den Sollwert unterdrückt. Dies hat eine gute Regelgüte in diesem Bereich zur Folge. Schwankende Leistungsabforderungen vom Kessel werden ausgeregelt. Es ist ein P-Regelverhalten ausreichend. In der erfindungsgemäßen Phase 3 erfolgt die Glutbetthaltung. Charakterisiert ist diese Phase durch minimalen Sauerstoffbedarf. Leistungsäbforderung , vom Kessel kann nicht mehr realisiert werden. Durch Zufahren der Frischluftklappe des Kesselsauf einen Mindestspalt wird ein „Kaltblasen" der Glut verhindert und gute Bedingungen für das Anbrennen der Nachfolgebeschickung geschaffen. Erfindungsgemäß ist das Verfahren so ausgelegt, daß es sowohl bei Oberbrandkesseln, als auch bei Unterbrandkesseln zur Anwendung gelangen kann und nur durch Auswertung der Prozeßparameter Vorlauftemperatur sowie Rücklauftemperatur realisiert wjrd. ^: .:·. ''. . . .· ·" .;". -... '·./ :,·. /· : - .... ^: '.....'''/',.. . '.. ' ' ; ''' " ' '. .' .' '

Ausführungsbeispiel ...:·' ^{: :}~^:: ; : ß" :

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beigefügte Zeichnung, Figur 1, veranschaulicht dazu die Erläuterung. Ein Verbrenriungszyklus entsprechend erfindungsgemäßem Verfahren gestaltet sich demnach folgendermaßen: ^

Nach erfolgter Beschickung mit Brennstoff, (BB), wird erfindungsgemaß ein Maximum an Verbrennungsluft bereitgestellt. Zunächst kömmt es aufgrund der zur Zündung des Brennstoffes hotwendigen Energie noch zu einer Temperaturabsenkung des Vorlaufes. Wegen des maximalen Luftangebotes wird ein schnelles Zünden des Brennstoffes, in dessen Folge die Entgasung einsetzt, bewirkt. Infolge des durch die Entgasung vorhandenen hohen Angebotes unyerbrannter Gase sowie durch die Bereitstellung maximaler Verbrennungsluft kommt es zur weitgehend optimalen Verbrennung aller zündfähigen Bestandteile und somit zu verbessertem Wirkungsgrad bei schneller Leistungsabgabe des Kessels. !^;

Bei Annäherung der Vorlauftemperatur T_v um die Differenz Δθ₂ an den Sollwert erfolgt der Übergang zur analog-stetig geregelten VerbrennungsluftzUführüng. Da die leichtflüchtigen Gasbestandteile bereits in der ersten Phase verbrannt wurden, benötigt der Heizkessel eine geringere Luftmenge. Des weiteren bewirken Verbrennungsluftdrosselungen keine Wirkungsgradverschiechterungen, da in diesem Falle eine generei je Leistungsabsenkung des Kessels erfolgt. Somit wird das Überschwingen verhindert sowie eine gute Kpnstanz des eingestellten Sollwertes realisiert, in deren Folge es zu einer Streckung der Brenndauer kommt. Nach erfolgtem Durchbrand des Brennstoffes ist der Kessel nicht mehr in der Lage, den Leistungsbedarf abzudecken. Es kommt zum Abfall der Vorlauftemperatur. Bei Erreichen der Temperatur Tq erfolgt die Drosselung der : ' Verbrennungslüftzufuhr auf ein Minimum. Dadurch wird das „Kaltblasen" der Glut durch erneute Erhöhung der Verbrennungsluftzuführung gegenüber den herkömmlichen Verfahren verhindert. Die Wärmeverluste durch Abgase erhitzter Luft in den Schornstein werden vermindert sowie die Reststrahlungswärme der Glut noch zur Abgabe an den Kessel genutzt. Somit wird eine Verminderung des Temperaturabfalls T_v sowie eine Verbesserung des Betriebswirkungsgrades erreicht. ; -

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Regelung von Verbrennungsanlagen für feste Brennstoffe vornehmlich von Heizkesseln bis 50 kW Leistung, gekennzeichnet dadurch, daß durch Zerlegung des Brennzyklusses in 3 Phasen und der direkten Einwirkung auf die Verbrennungsluftzuführung in jeder einzelnen Phase durch Auswertung der Vorlauftemperatur T_v und/oder der Rücklauftemperatur T_R eine Optimierung der Verbrennung erreicht wird.
2. 2. Verfahren zur Regelung nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entgasungsphase (Phase 1) eine maximale Verbrennungsluftzuführung erfolgt, das eine vollständige Verbrennung sowie ein schnelles Erreichen des eingestellten Sollwertes bewirkt.
3. 3. Verfahren zur Regelung nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der 2. Phase der Durchbrand des Kessels durch analog-stetigen Eingriff entsprechend des Leistungsbedarfs eine optimale Zuordnung der Verbrennungsluftmenge in Übereinstimmung mit den jeweiligen Betriebsregime des Kessels gesichert ist.
4. 4. Verfahren zur Regelung nach Pkt. 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß in der 3. Phase eine Glutbetthaltung erfolgt, wobei durch Einstellung einer Mindestverbrennungsluftmenge ein vorzeitiges „Kaltblasen" der Glut verhindert wird.
5. 5. Verfahren zur Regelung nach Pkt. 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Zustand gemäß Pkt.4 (Phase 3) nur erreicht wird, wenn durch die vorhandene Glutschicht keine Abdeckung der abgeforderten Leistung mehr erfolgt.
6. 6. Verfahren zur Regelung nach Pkt. 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Verfahren bei Unterbrand- als auch Oberbrandkesseln verwendet werden kann.