DD286409B5

DD286409B5 - Verfahren zur ermittlung eines sollwertes fuer das luftverhaeltnis einer feuerung

Info

Publication number: DD286409B5
Application number: DD33143589A
Authority: DD
Inventors: Werner Dr-Ing Reich; Albert Dipl-Ing Grose; Horst-Dieter Dipl-Ing Kaldun; Uwe Dipl-Ing Krueger; Werner Dipl-Ing Hanke; Ralf Dipl-Ing Kirsch
Original assignee: Ver Energiewerke Ag
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1994-02-17
Also published as: DD286409A5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Wertes für das Luftverhältnis einer Feuerung mit gesteuerter Luftzuführung unter Berücksichtigung des gesteuerten Verbrennungsluftanteils, de^r Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner sowie des Anteils der über die Brenner zugeführten Heißluft und Falschluft und ist für Staub-, Öl- und Gasfeuerungen anwendbar und auf Rostfeuerungen übertragbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Das Ziel der Feuerführung muß es sein, den Brennstoff vollkommen und möglichst vollständig in der Brennkammer zu

verbrennen.

Neben der dazu notwendigen Zündtemperatur muß eine gute Duchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft

erfolgen, d. h. am Brenner muß eine ausreichend große Luftaustrittsgeschwindigkeit vorhanden sein, um für den

Verbrennungsvorgang eine oxidierende Atmosphäre zu schaffen. In die Feuerungsanlage eintretende Falschluft erhöht den Sauerstoffgehalt im Rauchgas, ohne jedoch entscheidend an der Verbrennung teilzunehmen. Dadurch wird ein höherer Verbrennungsluftanteil vorgetäuscht und bei wirksamer Oj-Regelung die

luftseitige Beaufschlagung des Luftvorwärmers reduziert, wodurch zum einen die Abgastemperatur ansteigt, zum andereninfolge der niedrigeren Luftaustrittsgeschwindigkeit am Brenner der Sauerstofftransport an das Srennstoffpartikol verringertwird, so daß die Verbrennung des Brennstoffes bei reduzierender Atmosphäre erfolgt.

Verbrennung bei reduzierender Atmosphäre setzt die Sintertemperatur der Asche herab, wodurch die Verschlackung der Brennkammer gefördert wird, aber auch infolge des langsameren Abbrandes des Brennstoffpartikels die Flamme länger wird, so

daß am eigentlichen Brennkammerende unvollkommene Verbrennung vorliegt und Zonen erhöhter Rauchgastemperatur in dennachgeschalteten Heizflächen auftreten.

Unvollkommene Verbrennung bedeutet unökonomischen Brennstoffeinsatz und damit verbunden erhöhten Brennstoffbudarf. Ebenso ist bei einer stark verschmutzten Brennkammerzur Aufrechterhaltung der Kesselleistung ein erhöhter Brennstoffeinsatz

notwendig.

Bekannt ist eine Vielzahl von Lösungen, die eine Optimierung des Luftverhältnisses von kohlenstaubgefeuerten Dampfkesseln

aufzeigen. Diese Lösungen lassen jedoch den Zusammenhang zwischen Luftverhältnis und gesteuert zugeführtem

Verbrennungsluftanteil vermissen. Es werden keine Vorschläge für die Betriebsführung von Feuerungsanlagen bei

betriebsbedingten Undichtheiten aufgezeigt (DD-PS 221252,126397).

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Feuerführung in Abhängigkeit vom CO-Gehalt im Rauchgasstrom. Dieses Verfahren setzt

jedoch teure und wartungsintensive Analysemeßgeräte voraus (Energie Gräfelfing 32 (198Ol S-7,3.288; DE-.PS 3737354).

Bekannt sind weiterhin Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des gesteuerten Verbrennungsluftanteils eines Dampferzeugers (OD-PS 231841 -WP F 23 N/3167344; WP F 23 N/3251638) und ein Verfahren zur Bestimmung

des Falschluftanteils (DD-PS 263898), womit zwar die Möglichkeit aufgezeigt wird, den Dichtheitsgrad einer Kesselanlage einzuschätzen, jedoch Hinweise für die Betriebsführung fehlen ebenfalls.

Ferner ist ein Verfahren zur Einstellung oder Regelung der Verbrennungsgüte in Feuerräumen bekannt (DD 263109), bei dem der Restsauerstoffgehalt im Rauchgasstrom gemessen, der gesteuert zugeführte Verbrennungsluftanteil oder der in die Feuerungsanlage eindringende Falschluftanteil kontinuierlich ermittelt und der zu fahrende Restsauerstoffgehalt im Rauchgasstrom nach einer konstant vorgegebenen Luftüberschußzahl am Brenneraustritt auf der Basis einer mathematischen Beziehung bestimmt wird. Die Vorgabe eines Soll-Wertes des Sauerstoffgehaltes für den Brenneraustritt, für den in der Praxis keine Meßstelle vorhanden ist, führt jedoch nicht zum Ziel, da dort keine Regelabweichung ermittelbar ist. Außerdem werden die über die Brenner zugeführten Heiß- und Kaltluftmengen nicht berücksichtigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die kontinuierliche oder diskontinuierliche Ermittlung eines Soll-Wertes für das Luftverhältnis, um die optimale Luftfahrweise für die Betriebsführung det Feuerung zu gewährleisten.

-3- 286 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Soll-Wert für das Luftverhältnis der Feuerung aus gemessenen Werten des gesteuerten Verbrennungsluftanteils unter Berücksichtigung dos Betriebszustandes und des Betriebes der Brenner zu ermitteln und für die Regelung oder Einstellung der Verbrennungsluftmenge bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird der Soll-Wert in Abhängigkeit vom Auslegungszustand (Index A), vom Betriebs- bzw. Anlagenzustand (Index B) der Feuerung und von der Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner nach der Beziehung

^aHL·⁸ bestimmt, in der

Xs den Soll-Wert des Luftverhältnisses nach Feuerraum, λ das Luftverhältnis nach Feuerraum,

a_L den gesteuerten Verbrennungsluftanteil,

V_HL ahl = —τ— den Anteil der über die in Betrieb befindlichen Brenner zugeführten Heißluft,

a_fL = —. ^-r— den Anteil der pro in Betrieb befindlichen Brenner zugeführten Kaltluft und/oder eindringenden Falschluft,

η die Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner,

V die gesteuert zugeführte Verbrennungsluftmenge bzw. die gesamte Heißluftmenge, Vhl die Summe der über die in Betrieb befindlichen Brenner zugeführte Heißluftmenge, Va die pro in Betrieb befindlichen Brenner zugeführte Kaltluftmenge und/oder eindringende Falschluftmenge

bedeuten.

Dieser Soll-Wert wird aus den Auslegungsdaten und bei vorhandenen kontinuierlichen Messungen aus den Meßwerten der Betriebsgrößen in einer Verarbeitungseinheit kontinuierlich ermittelt, ausgegeben und in an sich bekannter Weise zur Handeinstellung verwendet oder der Automatisierungseinrichtung für die Heißluftmenge aufgeschaltet. Bei nicht vorhandenen kontinuierlichen Messungen der Heiß-, Kalt- und/oder Falschluftmengen werden ihre Anteile durch bei Garantie-, Betriebsversuchs-oder sonstigen Messungen diskontinuierlich ermittelte Festwerte ersetzt. Der Soll-Wert wird dann jeweils für eine konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner in Abhängigkeit der kontinuierlichen Meßwerte des Sauerstoffgehalts oder des Luftverhältnisses und des gesteuerten Verbrennungsluftanteils nach der Beziehung

Xs = bo + b, λ_Β (1 - a_UB) (2)

oder in Abhängigkeit des auf das Auslegungsluftverhältnis bezogenen kontinuierlichen Meßwertes des gesteuerten Verbrennungsluftanteils nach der linearen Beziehung

Xs = C₀ + c, a_LB(λ_Α) (3)

näherungswoioeermittelt,wobei die Konstanten nach den Gleichungen

. . Γ Βηι,α , ,, . Sfua π_α Ί

^ = λ_Α a_LA + (1 - a_UA)

L ^aMLB am.B J

= 1 — ·

^aHL.B . / ^afUB Πβ \ , .

A_A I 1 I = -b| λ_Α

\ ^aHL8 /

^aHUB

bestimmt werden.

Sofern keine kontinuierlichen Messungen des gesteuerten Verbrennungsluftanteils und der Heiß·, Kalt- und/oder Falschluftmengen vorhanden sind, wird für eine jeweils konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner der Soll-Wert in Abhängigkeit des kontinuierlichen Meßwertes des Sauerstoffgehaltes oder des Luftverhältnisses nach der linearen Beziehung

in der

bedeutet, näherungsweise ermittelt oder ein Orientierungswert für die Einstellung des Luftverhältnisses aus diskontinuierlich gemessenen Festwerten der Betriebsgrößen und aus den Auslegungsdaten nach der Beziehung (1) diskontinuierlich ermittelt und vorgegeben.

Ausführungsbeispiel

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt in Verbindung mit der Wirkung anhand der Zeichnung, die einen kohlenstai'bgefeuerten Dampfkessel mit direkter Einblasung des erzeugten Staubes, die Falschlufteinbruchstellen, die Heißlufuuführung, die Meßsteilen und deren Verbindungen zur Verarbeitungseinheit zeigt.

Die Falschluft dringt im Mühlensystem 1, im Bereich des Nachbrennrostes und Brennkammertrichters 2, durch don Abwurfkopf des Zuteilers und die Pendelschleusenklappen 3, am Brennerrahmen 4 durch die separaten Lüfterklappen der Zündbrenner 5 sowie durch äußere Undichtheiten 6 und innere Undichtheiten 7 des Luftvorwärmers 8 in den Dampfkessel ein. Die an den Stellen 1 und 3 eintretende Falschluftmenge und/oder die im Mühionsystem 1 zugeführte Kaltluftmenge V_FL gelangt über die Brenner 9 in den Feuerraum 10 und wird mit den Meßstellen 11 und 13 erfaßt. Das Luftverhältnis X nach Feuerraum 10 wird durch O₂-Messung 12 über die bekannte Näherungsbeziehurg

21

21 -O₂

oder eine exakte Beziehung ermittelt.

Die Heißluft strömt vom Luftvorwärmer 8 über die Heißluftkanäle 14 und 15 zu den Brennern 9. Zwischen den Kanälen 14 und 16 befindet sich der Abzweig der Heißluftleitung 16 zum Nachbrennrost 2.

Die gesteuert zugeführte Verbrennunqsluftmenge bzw. die gesamte Heißluftmenge V wird im Kanal 14 durch die Meßstelle 17 und die den Brennern zugeführte Hei ,luftmenge im Kanal 15 durch die Meßstelle 18 erfaßt. Ist die Meßstelle 18 als Einzelmeßstelle pro Brenner ausgeführt, erhält man die über die in Betrieb befindlichen Brenner zugeführte Heißluftmenge V_HL als Summe aller Einzelmeßstellen 18, anderenfalls durch Abzug der über die nicht betriebenen Brenner als Kühlluft strömende Heißluftmenge.

Außer den Meßwerten 11,13,17,18 für die zugeführten Heiß- und Kaltluftmengen sowie der eindringenden Falschluftmengen und dem O₂-Meßwert 12 werden einer Verarbeitungseinheit 19 der gemessene Antoil a_L der gesteuert zugeführten Heißluft 20 und Signale 21 über die Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner η zugeleitet. Die Eingabe oder Aufschaltung der Werte für den Auslegungszustand (Index A) wird über die Einrichtung 22 vorgenommen. Der in der Verarbeitungseinheit 19 nach der Grundsatzbeziehung (1) kontinuierlich ermittelte Soll-Wert Xs für das Luftverhällnis nach Feuerraum wird in oiner Analog- und/oder Digitalanzeige 23 ausgegeben und der Automatisierungseinrichtung ?4 zur Steuerung oder Regelung der Heißluftmenge aufgeschaltet oder zur Handeinstellung am Soll-Wert-Versteller 25 verwendet.

Sind die Meßstellen 11 und/oder 13 und/oder 17 und/oder 18 nicht als kontinuierliche Messungen vorhanden, wird der jeweils fehlende Meßwert bzw. werden die fehlenden Meßwerte durch die Garantie-, Betriebsversuchs- oder sonstigen Messungen diskontinuierlich ermittelte Festwerte ersetzt. Diese Festwerte bzw. die Anteile der Heiß-, Kalt- und/oder Falschluftmengen 8hl, an. werden über die Einrichtung 22 in die Verarboitungsoinheit 19 eingegeben, in der die Bestimmung der Konstanten b₀ und b, erfolgt.

Der Soll-Wert X₅ für das Luftverhältnis λ nach Feuerraum wird in der Verarbeitungseinheit 19 nach der Beziehung (2) für eine konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner bestimmt und analog und/oder digital in der Analog- oder Digitalanzeige 23 ausgegeben und auf die A-'tomatisierungseinrichtung 24 aufgeschaltet oder am Soll-\Vert-Versteller eingestellt. Liegt der Meßwert des gesteuerten Verbrennungsluftanteils 20 als auf das Auslegungsluftverhältnis bezogener Meßwert vor, wird in Beziehung (2) anstelle des Betriebsluftverhältnisses X₈ der Auslegungswert λ_Α als Festwert verwendet.

Ist das nicht der Fall, kann der Meßwert 20 nach der bekannten Beziehung

a_UB (λ_Α) = 1 - (1 - a_UB) -5-Λα

auf das Auslegungsluftverhältnis Xa in der Verarbeitungseinheit 19 umgerechnet werden. Die kontinuierliche Ermittlung des Soll-Wertes X₅ für das Luftverhältnis X nach Feuerraum erfolgt dann in der Verarbeitungseinheit 19 nach einer linearen Beziehung (3), wobei in beide Konstanten C₀ und C₁ das Auslegungsluftverhältnis X_A eingeht und diese jeweils für eine konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner bestimmt werden. Sind insbesondere bei kleineren Anlagen keine der Meßstellen 11,13,17,18,20 als kontinuierliche Messungen vorhanden, wird auch der Meßwert des gesteuerten Verbrennungsanteils 20 durch einen diskontinuierlich ermittelten Festwert ersetzt und über die Einrichtung 22 in die Verarbeitungseinheit 19 eingegeben, in der die Konstante b₂ bestimmt wird. Der Soll-Wert X₃ für das Luftverhältnis X nach Feuerraum wird für eine konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner in der Verarbeitungseinheit 19 nach der linearen Beziehung (4) kontinuierlich ermittelt, angezeigt und weiterverarbeitet.

Ist eine kontinuierliche Soll-Wert-Bildung nicht vorgesehen, kann für die Einstellung des Luftverhältnisses X nach Feuerraum ein Orientierungswert aus diskontinuierlich gemessenen Festwerten dieser Betriebsgrößen nach der Grundsaubeziehung (1) diskontinuierlich gebildet werden. Durch Wiederholung der diskontinuierlichen Messungen in regelmäßigen Zeitabständen wird der Orientierungswert aus dem jeweils vorhandenen Betriebs- bzw. Anlagenzustand aktuell ermittelt und am Sril-Wert-Versteller 25 nachgestellt. Dies gilt sinngemäß ebenfalls für fehlende kontinuierliche Meßwerte zur Korrektur der Konstanten b₀, b, und b₂ bzw. C₀ und C| in der Verarbeitungseinheit 19 bei Verwendung der Beziehungen (2) oder (3) oder (4).

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung eines Soll-Wertes für das Luftverhälinis einer Feuerung mit gesteuerter Luftzuführung auf der Grundlage von Messungen des gesteuerten Verbrennungsluftanteils, des Ssuerstoffgehaltes oder des Luftverhältnisses, der über die Brenner zugeiührten Heißluft-, Kaltluft- und eindringenden Falschluftmengen, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit vom Auslegungszustand (Index A), vom Betriebs- bzw. Anlagenzustand (Index B) der Feuerung und von der Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner (9) nach der Beziehung

_ a_L,_A) JEkAÜA 1 + _{λΒ (1} _ _a , Λ _

3hL,B J \

bestimmt wird, daß der Soll-Wert aus den Auslegungsdaten und bei vorhandenen kontinuierlichen Messungen aus den Meßwerten der Betriebsgrößen in einer Verarbsitungseinheit (19) kontinuierlich ermittelt, ausgegeben und in an sich bekannter Weise zur Handeinstellung verwendet oder der Automatisierungseinlichtung (24) für die Heißluftmenge aufgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht vorhandenen kontinuierlichen Messungen der Heiß-, Kalt- und/oder Falschluftmengen ihre Anteile durch bei Garantie-, Betriebsversuchs-oder sonstigen Messungen diskontinuierlich ermittelte Festwerte ersetzt werden und der Soll-Wert jeweils für eine konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner in Abhängigkeit der kontinuierlichen Meßwerte des Sauerstoffgehalts oder des Luftverhältnisses und des gesteuerten Verbrennungsluftanteils nach der Beziehung

X₃ = b₀ + b, λ_Β (1 - a_Lj8) (2)

ermittelt wird, wobei die Konstanten nach den Gleichungen _1 f. a_HL,A .,μ α \ ^aFL,A "A 1

= λ_Α a_L,A + (1 - a_L,A) —£

L ^aHL,B am, β J

U_-1 a_FL,B na

D₁-I

am., β

bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Wert in Abhängigkeit des auf das Auslegungsluftverhältnis bezogenen kontinuierlichen Meßwertes des gesteuerten Verbrennungsluftanteils nach der linearen Beziehung

Xs = C₀ + ei a_L,B(XA) (3)

näherungsweise ermittelt wird, wobei die Konstanten nach den Gleichungen

r -λ / ^aFL.P ⁿ B i] u χ

co = λ_Α L _A-JäkA + (1 - a_L,_A) -5EkADA. 1 - c, = bo -

L ^aHL,B aHL,B J

C₁

bestimmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht vorhandenen kontinuierlichen Messungen des gesteuerten Verbrennungsluftanteils und der Heiß-, Kalt- und/oder Falschluftmengen für eine jeweils konstante Anzahl in Betrieb befindlicher Brenner der Soll-Wert in Abhängigkeit des kontinuierlichen Meßwertes des Sauerstoffgehaltes oder des Luftverhältnisses nach der linearen Beziehung

Xs = bo + b₂ λ_Β, (4)

in der

V_HL

bedeutet, näherungsweise ermittelt oder ein Orientierungswert für die Einstellung des Luftverhältnisses aus diskontinuierlich gemessenen Festwerten der Betriebsgrößen und aus den Auslegungsdaten nach der Beziehung (1) diskontinuierlich ermittelt und vorgegeben wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung