DD281931A7 - Verfahren zur regelung von industrieoefen - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Regelung von Industrieoefen bezieht sich auf die Regelung der Ofentemperatur bzw. der Waermeleistung gasbeheizter Industrieoefen wie Kammer-, Tiegel- und Tunneloefen. Ziel der Erfindung ist ein energiewirtschaftlich guenstiges, dabei betriebssicheres, robustes und mit geringem Aufwand zu realisierendes Verfahren zur Regelung von Industrieoefen, das sich insbesondere fuer die Rekonstruktion bestehender Industrieoefen eignet. Aufgabe war es, ein anpassungsfaehiges Verfahren unter Einbeziehung einer Aus-Phase in die Regelung zu realisieren. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz die Einbeziehung einer Aus-Phase in die Regelung derartig ermoeglicht wird, dasz in der Verbrennungsluftleitung zwischen der Druckerzeugungsanlage und dem Drossel- bzw. Absperrorgan fuer Verbrennungsluft mindestens eine vorzugsweise ungeregelte OEffnung zum Abstroemen von gefoerderter Luft angeordnet wird. Die Erfindung kann fuer die Rekonstruktion bestehender Industrieoefen und fuer den Neubau angewendet werden. Fig. 1{Regelung; Industrieoefen; Waermeleistung; Kammeroefen; Tigel-OEfen; Tunnel-OEfen; Energiewirtschaft; Rekonstruktion; rationelle Energieanwendung; Verbrennungsluft}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Ofentemperatur bzw. der Wärmeleistung von völlig oder teilweise mit gasförmigen Brennstoffen beheizten technischen Anlagen, in folgenden Industrieöfen genannt, bei denen der Brenner mit Gebläseluft versorgt wird. Insbesondere ist die Anwendung an Industrieöfen kleinerer Leistung zweckmäßig, wie Kammer·, Tiegel- und Tunnelöfen. Besondere Vorteile ergeben sich an Industrieöfen, bei denen in der sicherheitstechnischen Ausstattung eine Gas-/Luftmangelsicherung integriert ist, bei Industrieöfen, wo mehrere Brenner zu Regelgruppen zusammengefaßt sind, wie in der Regel dieses bei Strahlrohrbeheizung erfolgt und bei Industrieöfen mit von Ofenabgas beheizten zentralen Luftvorwärmern. In besonders vorteilhafter Weise ist das Verfahren für die Rekonstruktion von Altanlagen geeignet, kann aber auch bei Neuanlagen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine verbreitete Regelung von Industrieöfen kleiner Leistung ist die kontinuierliche Gemischregelung. Diese kann entweder als mengenabhängige Regelung oder als Gleichdruck-Gemischregelung betrieben werden.

Bekannt und in Anwendung sind auch mechanisch oder elektrisch gekoppelte Systeme und Vollast-/Teillastregelungen mit Zweipunktreglern, welche in bezug auf die Gemischbildung eigentlich Steuerungen darstellen. Neben dem hohen Aufwand bei den mengenabhängigen Regelungen ist bei diesen Systemen von Nachteil, daß der Regelbereich nicht ausreichend ist, um sowohl hohe Leistungsanforderungen (Anfahrprozeß bei diskontinuierlichen Öfen, Erwärmung von Nutzgut bei Durchlauföfen) als auch extrem niedrige (Leerlauf, Haltezeiten) zu erfüllen. Das liegt insbesondere daran, daß Industriebrenner bei vertretbaren Luftverhältniszahlen nicht beliebig heruntergeregelt werden können. Man kann dieses Problem umgehen, indem bei Teillast (bzw. niedriger Leistung bei kontinuierlichen Regelungen) ein überhöhter Luftüberschuß verwendet wird. Damit kann die Wärmezufuhr zum Industrieofen stark gedrosselt und dieser sogar gekühlt werden, erkauft wird das aber mit einem verringerten Betriebswirkungsgrad und erhöhtem Brennstoffverbrauch.

Weitere Nachteile der bisher angeführten Regelungen sind der hohe Aufwand für Einstellung und Wartung zur Realisierung des optimalen Luftüberschusses der Brenner (und damit eines hohen Wirkungsgrades) bei gleichzeitiger sicherer Veimeidung des Auftretens von unverbrannten Bestandteilen im Abgas. Sind mehrere Brenner zu einer Regelgruppe zusammengefaßt, wie das bei Strahlrohrbeheizungen aus Wirtschaftlichkeitsgründen in der Regel der Fall ist, ist darüber hinaus der optimale Luftüberschuß wegen der vorhandenen oder sich im Betrieb ergebenden unterschiedlichen Druck-/Durchsatz-Kennlinien der einzelnon Brenner nur bei einem Lastpunkt für alle Brenner zu realisieren.

Die angeführten Gründe führen folgerichtig zu VollasWAus-Regelungen bzw. Vollast-/Teillast-/Aus-Regeiungen. Dazu ist es grundsätzlich möglich, in der Aus-Phase das Verbrennungsluftgebläse außer Betrieb zu nehmen. Dies hat jedoch folgende schwerwiegende Nachteile:

Es istein hoher sicherheitstechnischer Aufwand notwendig, das Wiederanlaufen und den ordnungsgemäßen Betrieb des Lüfters vor dem Zuschalten des Brenngases zu garantieren, für jede Regelgruppe ist ein Lüfter notwendig, die sicherheitstechnisch vorteilhaften Gasluftmangelsicherungen können nicht eingesetzt werden und die Regelung ist relativ träge. Eine vollständige Unterbrechung des Luftvolumenstroms in der Au»-Phase bei laufendem Lüfter führt zu dessen Überlastung. Bekannt ist in diesem Zusammenhang die Anwendung einer geregelten Abblaseklappe für Verbrennungsluft bzw. der Einsatz von Dreiwegeventilen als Stellglied für Verbrennungsluft, wobei die nicht für die Verbrennung gebrauchte Luft ins Freie geblasen wird {Gaswärme International 27 (1978] 9, S.478-486). Von Nachteil ist bei der Abblaseregelung der hohe technische Aufwand, insbesondere bei kleinen Ofenanlagen sowie der Umstand, daß die Betriebssicherheit des Ofens von der ordnungsgemäßen Funktion der aus mehreren Bauteilen zusammengesetzten Regelung abhängt. Nachteilig bei dem Einsatz von Oreiwegeventilen ist ebenfalls der größere Aufwand gegenüber anderen Drossel- bzw. Absperrorganen. Bei zentraler Luftwärmung und dem Vorhandensein von mehreren Regelgruppen müßten diese Dreiwegeventiele im Heißluftteil eingesetzt werden, was besondere Rauformen bzw. Vorkehrungen erfordert.

Weiterhin bekannt sind VollasWAus-Regelungen, wobei einzelne Brenner nacheinander in Betrieb genommen werden und die Steuerung mit einer Recheneinheit erfolgt. Nachteilig ist hier der große Aufwand für Stellorgane und Regelungstechnik, der eine Anwendung an kleineren Öfen unwirtschaftlich macht. Von Nachteil ist bei allen bekannten Regelverfahren, daß sie sich nur bedingt für die Rekonstrution von bestehenden älteren Anlagen eignen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein energiewirtschaftlich günstiges, dabei betriebssicheres, robustes und mit geringem Aufwand zu realisierendes Verfahren zur Regelung von Industrieöfen, das sich insbesondere für die Rekonstruktion bestehender Industrieöfen eignet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Analyse ergab, daß sich aus energiewirtschaftlichen und betriebstechnischen Gründen nur Lösungen eignen, die innerhalb der Regelung eine Aus-Phase ermöglichen. Die vorliegende Lösungen sind aufwendig, wenig anpassungsfähig und reduzieren zum Teil die Betriebssicherheit, weil sie sich nicht auf diese Aufgabe konzentrieren und beschränken.

Erfindungsgomäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einbeziehung einer Aus-Phase in die Regelung derartig ermöglicht wird, daß zwischen der Druckerzeugungsanlage und dem Drossel- bzw. Absperrorgan für Verbrennungsluft mindestens eine, vorzugsweise ungeregelte Öffnung zum Abströmen von Verbrennungsluft angeordnet wird. Außerhalb der Aus-Phase strömt durch die erwähnte Öffnung ein geringfügigier Teil der genannten Verbrennungsluft, was bei der Einstellung des Luftverhältnisses berücksichtigt wird. Der Befehl zur Einstellung der Aus-Phase kann in bekannter Weise durch eine Zweipunkttemperaturregelung gewonnen werden. Bei vorhandener Vollast-Teillast-Regelung kann der Teillast-Befehl verwendet werden, wodurch sich eine Vollast-Aus-Regelung ergibt. Im Sinne der Anpassung an das bei zu rekonstruierenden Anlagen vorhandene Regelsystem ist die Gewinnung des Befehls für die Einstellung der Aus-Phase auch in anderer Weise, z. B. aus einer Druck- oder Volumenstrommessung möglich.

Mittels einer geeigneten Regeleinrichtung wird in der Aus-Phase durch ein vorhandenes oder zusätzlich zu installierendes Absperrorgan der Gasstrom zur Regeigruppo unterbrochen. Gleichzeitig erfolgt die Unterbrechung der Verbrennungsluftzufuhr durch ein vorhandenes oder zusätzlich zu installierendes Drossel- oder Absperrorgan. Durch Zeitglieder kann auch eine zeitversetzte Betätigung der Ab- und Zuschaltung von Luft und Gas erreicht werden. Die erwähnte Öffnung wird so dimensoniert, daß in der Aus-Phase mindestens die Luftmenge ausströmt, die zur Vermeidung der Überlastung der Druckerzeugungsanlage (Verbrennungsluftventilator) nötig ist, jedoch nur so viel, daß die erforderliche Luftmenge für Vollast noch gewährleistet ist. Durch die Ausströmung wird auch das Drossel- oder Absperrorgan in der Verbrennungsluftleitung entlastet, so daß an dieses Organ verringerte Ansprüche an die Dichtheit gestellt werden. In vielen Fällen ist ein gewisser Leckvolumenstrom von Verbrennungsluft sicherheitstechnisch und energiewirtschaftlich unbedeutend, so daß einfache und billige Konstruktionen zum Einsatz gelangen können.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Öffnung (oder mehrere) durch geeignete selbsttätige Klappen oder Sicherheitsventile in Abhängigkeit vom anliegenden Luftdruck außerhalb der Aus-Phase zu verschließen oder zu drosseln (im Interesse der Anlagesicherheit wäre es dann empfehlenswert, das Schließen dieser Einrichtungen außerhalb der Aus-Phase zu überwachen). Es ist in der Regel jedoch nicht sinnvoll, diesen zusätzlichen Aufwand und die in jedem Fall verringerte Betriebssicherheit der Anlage in Kauf zu nehmen.

Ausführungsbelspiele

In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Rekonstruktion eines mit Mantelstrahlrohren 10 beheizten Mehrzweckkammerofens 11 dargestellt.

In dir Brenngaszuführleitung 1 sind ein Gasdruckregler 2, eine Gasluftmangelsicherung 3, ein Handabsperrventil 4, ein Schwebekörpermengenmesser 5, ein Pneumatikschieber 6, ein Magnetventil 7, ein Gruppenverteiler 8 sowie Drosselblenden 9 vor den einzelnen Brennern angeordnet. In der Luftzuführung 13 sind ein Verbrennungsluftgebläse 12 (Druckerzeugungsanlage), ein Abzweig zur Gas-/Luftmangelsicherung 14, eine Handdrosselklappe 16, ein Schwebekörpermengenmesser 17, ein Pneumatikschieber 18, ein Gruppenvcrteiler 19 sowie Drosselblenden 20 angeordnet. Nicht dargestellt sind Zündbrenner an den einzelnen Strahlrohren, die betrieben ν /erden, wenn die Kammertemperatur des Ofens für eine sichere Zündung nicht ausreicht. Weiterhin gehören zur ursprünglichen Ausrüstung des Industrieofens eine Temperaturmessung 21 der Kammertemperatur sowie eine Regeleinrichtung 22 mit Zweipunktregler. Der Ofen wurde ursprünglich mit VollastVTeillastregelung betrieben,

wobei zur Gewährleistung des Regelbereiches bei Teillast ein energiewirtschaftlich ungünstiger, überhöhter Luftüberschuß eingestellt wurde. Das Magnetventil 7 dient ursprünglich der Unterbrechung der Gaszufuhr, wenn Im Rahmen eines zweiten Regelprogramms der Ofen mittels luftdurchstromter Strahlrohre gekühlt werden soll.

Zur Rekonstruktion wird die Einstellung des Pneumatikschiebers 18 so verändert, daß der konstruktiv mögliche minimale Luftdurchsatz realisiert wird. Dann wurde die Verbrennungsleitung 13 erfindungsgemäß zwischen dem Verbrennungsluftgebläse 12 (Druckerzeugungsanlage) und dem Pneumatikschieber 18 (Drossel- bzw. Absperrorgan) mit mindestens einer Öffnung 15,15a zum Abströmen von Verbrennungsluft versehen. Mit 15 und 15a sind zwei Anordnungsmöglichkeiten gekennzeichnet, die Öffnung 15 ermöglicht am Schwebekörper 17 die Ablesung des korrekten Volumenstroms bei Vollast, die Öffnung 15a ermöglicht die Ablesung der ausströmenden Luftmenge in der Aus-Phase. Zweckmäßig ist es, die öffnung durch mehrere Bohrungen zu realisieren, wobei Größe und Anzahl der Bohrungen so bemessen werden, daß beim Schließen des Pneumatikschiebers 18 eine ausreichende Entlastung des Verbrennungsluftventilators 12 erreicht wird, jedoch die erforderliche» Luftmenge für Vollast noch gewährleistet ist. Die Regeleinrichtung 22 wird so geändert, daß mit dem Teillastbefehl außer dem Pneumatikventil β auch das Magnetventil 7 schließt. Mittels Abgasanalyse wird nun eine Neueinstellung des Luf* erhältnisses der einzelnen Brenner bei Vollast durch Einstellung der Drosselblenden 20 und 9 vorgenommen. Damit u die erfindungsgemäße Rekonstruktion des Mehrzweckkammerofens abgeschlossen, an den sicherheitstechnischen Einrichtungen sind keine Eingriffe notwendig.

Die Inbetriebnahme des Mehrzweckkammerofens 11 aus dem kalten Zustand erfolgt zweckmäßigerweise nach Inbetriebnahme der Zündbrenner bei gedrosseltem Handabsperrventil 4 und geschlossener Handdrosselklappe 16. Nach Zünden aller Strahlrohre 10 werden diese wieder voll geöffnet. Der Mehrzweckkammerofen 11 arbeitet nun in VollasWAus-Regelung mit deutlich verbessertem Betriebswirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Lösung wurde praktisch ohne zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand realisiert, greift in das bestehende Sicherheitssystem nicht ein und ist betriebssicher. Die Anwendung ist auch an neuen Industrieöfen möglich und zweckmäßig.

In Figur 2 wird die Anwendung der Erfindung an einem Salzbadtiegelofen 23 mit einem zentralen abgasbeheizten Luftvorwärmer 25 dargestellt. Mittels zweier Regelgruppen kann eine energiewirtschaftlich besonders günstige Vollast-/Teillast7Aus-Regelung realisiert werden. In der Brenngaszuführleitung 1 sind ein Gasdruckregler 2, eine Gasluftmangelsicherung 3, je ein Magnetventil für jede Regelgruppe 7a und 7b, ein Absperrhahn 28 und eine Drosselblende 9 für jeden Brenner installiert. In der Luftzuführleitung 13 sind ein Verbrennungsluftgebläse 12, der Luftvorwärmer 25, je eine Drossel-/AbsperrHappe für jede Regelgruppe 18a und 18b, ein Absperrhahn 29 und eine Drosselblende 20 an jeden Brenner installiert. Der Salzbadtiegelofen 23 besitzt drei Brenner, je ein Brenner (24a) der Regelgruppe a ist im unteren Teil und oberen Teil des Salzbadtiegelofens 23, der Brenner 24b der Regelgruppe b ist zusätzlich im unteren Teil des Salzbadtiegelofens installiert. Das Abgas gelangt aus dem oberen Teil des Salzbadtiegelofens 23 über den Luftvorwärmer 25, den Zugunterbrecher 26 und der Zugerzeugungsanlage 27 ins Freie. Die Regeleinrichtung 22 wird mit der Temperaturmessung 21 beaufschlagt. Die Regeleinrichtung hat zwei Schaltpunkte, die zweckmäßigerweise eng beieinander liegen. Bei Temperaturen unterhalb des ersten Schallpunktes arbeiten sowohl die Regelgruppe a als auch b (Vollast), zwischen den beiden Schaltpunkten die Regelgruppe b (Teillast) und oberhalb des zweiten Schaltpunktes sind beide Regelgruppen abgeschaltet (Aus-Phase). In der Verbrennungsluftleitung 13 sind erfindungsgemäß zwei Öffnungen 15 und 15a angeordnet. Hier ergibt sich aus der Anpassungsfähigkeit der Erfindung der besondere Vorteil, daß mit der Öffnung 15a eine dosierte Kühlung des Luftvorwärmers 25 in der Aus-Phase erreicht werden kann, während durch die Öffnung 15 der restliche zur Entlastung des Verbrennungsluftgebläses 12 notwendige Luftyolumenstrom abgeblasen wird. Ist der Betrieb des Luftvorwärmers 25 auch ohne zusätzliche Kühlung möglich, entfällt die Öffnung 15a. Die Öffnung 15 bzw. 15 und 15a erfüllt zwei weitere Funktionen; zum einen dient sie in schon beschriebener Weise der Entlastung der Drossel-/Absperrklappen 18a und 18b, so daß hier einfache Konstruktionen eingesetzt werdpr '*nnen, was bei Heißluftbetrieb von besonderem Vorteil ist, zum anderen wird durch die abströmende Luftmenge die Ändert j der Luftverhältniszahl für Regelgruppe b beim Zuschalten von Regelgruppe a verringert.

Die Armaturen der beiden Regelgruppen 7 a, 7 b und 18a, 18b werden von der Regeleinrichtung 22 gleichzeitig, evtl. auch durch Einsatz von Zeitgliedern, zeitversetzt geschaltet.

Die Inbetriebnahme des Salzbadtiegelofens erfolgt im kalten Zustand so, daß nach entsprechender Vorbelüftung alle Brennerarmaturen geschlossen werden und bei anstehendem Gas die einzelnen Brenner nacheinander unter Öffnung der Armaturen gezündet werden. Nach der Aufheizphase mit Vollastbetrieb geht der Ofen entsprechend den eingestellten Solltemperaturen in den TeillastVAus-Betrieb über. Dabei wird die Brennstoffenergie in optimaler Weise ausgenutzt. Bei Neuchargierung tritt eine größere Temperaturabsenkung des Salzbades ein, wodurch die Regeleinrichtung 22 auf Vollast schaltet, so daß die gesamte Heizleistung für die schnelle Wiederaufheizung zur Verfugung steht.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den Salzbadtiegelofen bei Inkaufnahme eines geringeren Betriebswirkungsgrades mit nur einer Regelgruppe in Vollast-Aus-Regelung zu betreiben. Die beschriebene erfindungsgemäße Lösung ist wiederum besonders vorteilhaft ohne hohen technischen Aufwand bei Rekonstruktion von Industrieöfen anzuwenden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch an anderen Arten von technischen Anlagen möglich und zweckmäßig, insbesondere sind Anzahl und Schaltungsanordnung der Regelgruppen und Brenner beliebig.

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung von Industrieöfen mit vollständiger oder teilweiser Beheizung durch gasförmige Brennstoffe und getrennter Brennstoff- und Luftzuführung zu mindestens einem Brenner, wobei gemäß mindestens einer Ofentemperaturmessung und einer Regeleinrichtung, die auf Drossel/Absperrorgane in beiden Zuführungen wirkt, ein Wechsel zwischen Phasen des Betriebsregimes mit unterschiedlicher Brennerleistung realisiert wird und in einer Phase (Aus-Phase) kein Brennstoff dem Brenner zugeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß in allen Phasen des Betriebsregimes ein nicht geregelter Luftstrom aus der Luftzuführung vor dem Regel-/ Absperrorgan abgeführt wird, der nicht den Brenner durchströmt.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Aus-Phase ein geringer Teilluftstrom das Regel/Absperrventil und den Brenner durchströmt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 oder 2 zur Regelung eines Industrieofens mit vollständiger oder teilweiser Beheizung durch gasförmigen Brennstoffe und getrennter Luft- und Brennstoffzuführung zum Brenner, wobei die Ofentemperatur über mindestens ein Temperaturmeßglied erfaßt und von einer Regeleinrichtung ausgewertet wird, die auf Drossel-/ Absperrorganen in beiden Zuführungen wirkt, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Ö.'fnung zwischen Druckerzeugungsanlage und Drossel-/Absperreinrichtung angeordnet ist, durch die ständig Verbrennungsluft abströmt.

4. Vorrichtung nach Punkt 3 für einen Industrieofen mit integriertem abgasbeheizten Luftvorwärmer, gekennzeichnet dadurch, daß in der Verbrennungsluftleitung vor und nach dem Luftvorwärmer Öffnungen angeordnet sind, deren Größe so bemessen ist, daß in der Aus-Phase eine dosierte Kühlung des Luftvorwärmers erreicht wird.