DE10022882A1

DE10022882A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Brenners

Info

Publication number: DE10022882A1
Application number: DE10022882A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hoehner
Original assignee: LOI Thermprocess GmbH
Current assignee: LOI Thermprocess GmbH
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: DE10022882B4

Abstract

Der Brenner (1) ist über eine Verbrennungsluftleitung (2) an ein Gebläse (3) sowie über eine Brenngasleitung (4) an eine unter Druck stehende Brenngasquelle angeschlossen. In der Brenngasleitung (4) ist ein federbelasteter, pneumatischer Druckregler (5) vorgesehen, der den Vordruck des Brenners (1) und damit dessen Luftzahl konstant hält. Ändert sich die Gasqualität, so errechnet ein Rechner (15) einen entsprechenden Korrektur-Druckimpuls, der über eine Impulsleitung (12) an dem Druckregler (5) angelegt wird und dabei, ebenso wie die Federbelastung, in Öffnungsrichtung des Druckreglers (5) wirkt. Die Impulsleitung (12) zweigt stromab des Gebläses (3) von der Verbrennungsluftleitung (2) ab und enthält ein Regelventil (14) sowie eine dem Druckregler (5) vorgeschaltete Druckmeßeinrichtung (17), wobei das Regelventil (14) und die Meßeinrichtung (17) an den Rechner (15) angeschlossen sind. Eine zwischen dem Regelventil (14) und der Meßeinrichtung (17) vorgesehene Abblasöffnung (16) macht den Druck in der Impulsleitung (12) unabhängig von dem statischen Druck des Gebläses (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Regeln mindestens eines Brenners, der über eine Verbrennungsluftleitung an ein Gebläse sowie über eine Brenngasleitung an eine unter Druck stehende Brenngasquelle angeschlossen ist.

In der modernen Verbrennungstechnik ist man zunehmend bestrebt, die Luftzahl auf einem vorgegebenen Wert konstant zu halten, um hohe Wirkungsgrade unter gleichzeitiger Mini mierung der Schadstoffemissionen zu erzielen. Dabei müssen brennstoffspezifische Schwankungen kompensiert werden, die einen unterschiedlichen Bedarf an Verbrennungsluft bedingen. Hierzu werden bereits hochspezialisiert Techniken einge setzt, die brennstoffbedingte Luftzahlschwankungen bei spielsweise über die Flammentemperatur erfassen und in nutz bare Kompensationssignale umwandeln. Der regelungstechnische Aufwand ist erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Aufwand zu vermindern und eine äußerst einfache Brennerregelung zu schaffen, die mit ausreichender Genauigkeit und Empfindlich keit eine zuverlässige Kompensation von Schwankungen in der Brenngaszusammensetzung gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß bei dem eingangs genannten Verfahren

- der Sollwert eines in der Brenngasleitung angeordne ten, federbelasteten pneumatischen Druckreglers auf denjeni gen Mindest-Vordruck eingestellt wird, der bei der höchsten zu erwartenden Gasqualität zum Betreiben des Brenners bei einer vorgegebenen Luftzahl erforderlich ist,
- die aktuelle Gasqualität erfaßt wird,
- in Abhängigkeit von der aktuellen Gasqualität derje nige Vordruck bestimmt wird, der zum Einhalten der vorgege ben Luftzahl erforderlich ist, und
- zur Einstellung eines über dem Mindest-Vordruck lie genden Vordrucks die Federbelastung des Druckreglers durch einen entsprechenden pneumatischen Druckimpuls erhöht wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe versieht die Erfindung die eingangs genannte Vorrichtung mit

- einem in der Brenngasleitung angeordneten pneumati schen Druckregler, dessen Membran eine Kammer in zwei Räume unterteilt, von denen der eine eine Sollwert-Feder enthält, während der andere stromab des Druckreglers an die Brenngas leitung angeschlossen ist,
- einer an eine Druckluftquelle angeschlossenen Impuls leitung, die in dem die Sollwert-Feder enthaltenden Raum des Druckreglers mündet, und
- einer an einen Rechner angeschlossenen Einrichtung zum Einstellen eines Überdrucks in der Impulsleitung.

Die Erfindung ist vor allen Dingen anwendbar auf die Verbrennung von Brenngasen mit stark schwankender Zusammen setzung, beispielsweise auf die Verbrennung von Grubengas zum Beheizen von Industrieöfen, wie etwa Heizhauben. Bei Grubengas kann der Methangehalt zwischen 30 und 60 Vol.-% schwanken. Entsprechend groß sind die Schwankungen von Wob bezahl, Heizwert und theoretischem Luftbedarf.

Erfindungsgemäß kommt ein konventioneller, federbelaste ter pneumatischer Druckregler zur Anwendung, der den Vor druck konstant hält, unabhängig davon, wieviele Brenner an das System angeschlossen bzw. aktuell im Einsatz sind. Der Vordruck wird bestimmt durch den Sollwert, nämlich durch die Kraft, mit der die Feder entgegengesetzt zum erzeugten Vor druck des Brenners auf die Membran einwirkt. Bei der Vorein stellung des Sollwertes wird davon ausgegangen, daß das Brenngas die höchste zu erwartende Gasqualität besitzt. Der Vordruck befindet sich dementsprechend auf seinem Mindest- Wert.

Während des Betriebes wird in regelmäßigen Abständen die Zusammensetzung des Brenngases erfaßt. Ergibt sich ein Absinken unter den Wert der höchsten zu erwartenden Gasqua lität, so sinkt der theoretische Luftbedarf. Dies bedingt eine Erhöhung des Vordrucks. Ein Rechner ermittelt das Maß der Abweichung und bestimmt denjenigen Überdruck, der zur Unterstützung der Sollwert-Feder an die Membran des Druck reglers anzulegen ist.

Die Berechnung gestaltet sich problemlos. Aus der Gaszu sammensetzung wird die Wobbezahl ermittelt und aus dieser unter Berücksichtigung des Gesamtdruckhaushaltes der Behand lungeinrichtung die erforderlich Druckkorrektur.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge schlagen, daß die Impulsleitung ein Regelventil sowie zwi schen diesem und dem Druckregler eine Druckmeßeinrichtung aufweist, wobei das Regelventil und die Druckmeßeinrichtung an den Rechner angeschlossen sind und wobei in der Impuls leitung zwischen dem Regelventil und der Druckmeßeinrichtung eine Abblaseöffnung vorgesehen ist.

Hat der Rechner eine Abweichung der Gasqualität gegen über der bis dahin aktuellen Einstellung erfaßt und die ent sprechende Änderung des Überdrucks in der Impulsleitung ermittelt, so wird das Regelventil solange verstellt, bis die Meßeinrichtung das Erreichen des erforderlichen Impuls leitungsdrucks signalisiert. Die Abblasöffnung sorgt dafür, daß der Druck in der Impulsleitung ausschließlich durch das Regelventil bestimmt und nicht durch den statischen Druck der Druckluftquelle verfälscht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, den die Federbelastung des Druckreglers unterstützenden pneumatischen Druckimpuls aus der Verbrennungsluftleitung stromab des Gebläses abzugrei fen, das heißt, die Impulsleitung stromab des Gebläses von der Verbrennungsluftleitung abzuzweigen. Es ist also keine zusätzliche Energiequelle zum Speisen der Impulsleitung erforderlich.

Zum Schutz des Systems und insbesondere der Abblasöff nung ist es empfehlenswert, die in die Impulsleitung eintre tende Verbrennungsluft zu filtern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Regelvor richtung;

Fig. 2 einen für die Regelung geeigneten Druckregler.

Nach Fig. 1 ist ein Brenner 1 vorgesehen, der über eine Verbrennungsluftleitung 2 an ein Gebläse 3 sowie über eine Brenngasleitung 4 an eine nicht dargestellte, unter Druck stehende Brenngasquelle angeschlossen ist. In der Brenngas leitung 4 arbeitet ein Druckregler 5, dessen Aufbau sich aus Fig. 2 ergibt.

Der Druckregler 5 enthält ein Stellglied 6, das mit einer Membran 7 verbunden ist. Die Membran 7 teilt eine Kam mer in einen oberen Raum 8 und einen unteren Raum 9. Der obere Raum 8 enthält eine Sollwert-Feder 10, die in Öff nungsrichtung auf das Stellglied 6 einwirkt. Der untere Raum 9 ist über einen Kanal 11 an den Auslaß des Druckreglers 5, also an den Vordruck des Brenner 1 angeschlossen.

Der Vordruck wird über die Sollwert-Feder 10 auf seinen Minimalwert eingestellt, der maximale Gasqualität, also ma ximalen theoretischen Luftbedarf voraussetzt. Sinkt die Gas qualität unter diesen Wert, so wird der Vordruck erhöht, um die Luftzahl konstant zu halten. Hierzu wird ein Druckimpuls über eine Impulsleitung 12 in den oberen Raum 8 des Druck reglers 5 eingegeben. Der Druckimpuls addiert sich zur Kraft der Sollwert-Feder 10 und führt zu einer weiteren Öffnung des Stellgliedes 6.

Nach Fig. 1 zweigt die Impulsleitung stromab des Geblä ses 3 von der Verbrennungsluftleitung 2 ab. Ein Filter 13 sorgt für die erforderliche Reinigung der Verbrennungsluft.

Die Einstellung des Drucks in der Impulsleitung 12 erfolgt über ein Regelventil 14, welches an einen Rechner 15 angeschlossen ist. Stromab des Regelventils befindet sich in der Impulsleitung 12 eine Abblasöffnung 16, die dafür sorgt, daß der Druck in der Impulsleitung einzig und allein durch das Regelventil 14 bestimmt und nicht durch den statischen Druck des Gebläses 3 verfälscht wird.

Der Rechner 15 erhält Informationen über die höchste zu erwartende Gasqualität, die den Mindest-Vordruck des Druck reglers 5 bestimmt, sowie über die aktuelle Zusammensetzung des angelieferten Brenngases, aus der sich die aktuelle Gas qualität ergibt. Hieraus und unter Einbeziehung des Gesamt druckhaushaltes der Beheizungseinrichtung ermittelt der Rechner den aktuell erforderlichen Vordruck sowie denjenigen Überdruck, der in der Impulsleitung 12 erzeugt werden muß, um den Druckregler 5 entsprechend zu verstellen. Eine Druck meßeinrichtung 17, die in der Impulsleitung 12 stromab der Abblasöffnung 16 angeordnet sowie an den Rechner 15 ange schlossen ist, liefert den aktuellen Korrekturdruck und er möglicht eine Verstellung des Regelventils 14 derart, daß sich der erforderliche Korrekturdruck einstellt.

Die Erfindung arbeitet unabhängig davon, wieviele Bren ner an die Regelung angeschlossen sind bzw. wieviele hiervon sich aktuell in Betrieb befinden. Die Speisung der Impuls leitung mit verdichteter Verbrennungsluft stellt eine ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform dar. Allerdings kann der Korrekturdruck auch auf andere Weise erzeugt werden.

Bei der Einstellung des Mindest-Vordrucks kann das in der Impulsleitung angeordnete Regelventil geschlossen sein. Die Impulsleitung zwischen dem Druckregler und er Abblasöff nung arbeitet dann als einfache Entlüftung. Ein Korrektur druck in der Impulsleitung wird nur erzeugt, wenn die Brenn gasqualität unter ihren Maximalwert fällt. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Mindest-Vordruck durch die Sollwert-Feder im Zusammenwirken mit einem in der Impulslei tung herrschenden Anfangsdruck einzustellen.

Die Regelung kann mit dem Mindest-Vordruck starten, wo raufhin dann sofort eine Erfassung der Brenngaszusammenset zung und ggf. die erforderliche Korrektur erfolgen. Wenn bereits vor dem Start die Zusammensetzung des Brenngases bekannt ist und von der zu erwartenden maximalen Qualität abweicht, kann dies durch entsprechende Voreinstellung des Korrekturdrucks beim Start berücksichtigt werden.

Claims

1. Verfahren zum Regeln mindestens eines Brenners, der über eine Verbrennungsluftleitung an ein Gebläse sowie über eine Brenngasleitung an eine unter Druck stehende Brenngas quelle angeschlossen ist, wobei
der Sollwert eines in der Brenngasleitung angeordne ten, federbelasteten pneumatischen Druckreglers auf denjeni gen Mindest-Vordruck eingestellt wird, der bei der höchsten zu erwartenden Gasqualität zum Betreiben des Brenners bei einer vorgegebenen Luftzahl erforderlich ist,
die aktuelle Gasqualität erfaßt wird,
in Abhängigkeit von der aktuellen Gasqualität derje nige Vordruck bestimmt wird, der zum Einhalten der vorgege ben Luftzahl erforderlich ist, und
zur Einstellung eines über dem Mindest-Vordruck lie genden Vordrucks die Federbelastung des Druckreglers durch einen entsprechenden pneumatischen Druckimpuls erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Federbelastung des Druckreglers verstärkende pneumatische Druckimpuls aus der Verbrennungsluftleitung stromab des Gebläses abgegriffen wird.

3. Vorrichtung zum Regeln mindestens eines Brenners (1), der über eine Verbrennungsluftleitung (2) an ein Gebläse (3) sowie über eine Brenngasleitung (4) an eine unter Druck ste hende Brenngasquelle angeschlossen ist, mit
einem in der Brenngasleitung (4) angeordneten pneuma tischen Druckregler, dessen Membran (7) eine Kammer in zwei Räume (8, 9) unterteilt, von denen der eine (8) eine Soll wert-Feder (10) enthält, während der andere (9) stromab des Druckreglers (5) an die Brenngasleitung (4) angeschlossen ist,
einer an eine Druckluftquelle angeschlossenen Impuls leitung (12), die in dem die Sollwert-Feder (10) enthalten den Raum (8) des Druckreglers (5) mündet, und
einer an einen Rechner (15) angeschlossenen Einrich tung zum Einstellen eines Überdrucks in der Impulsleitung (12).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (12) ein Regelventil (14) sowie zwi schen diesem und dem Druckregler (5) eine Druckmeßeinrich tung (17) aufweist, wobei das Regelventil (14) und die Druckmeßeinrichtung (17) an den Rechner (15) angeschlossen sind und wobei in der Impulsleitung (12) zwischen dem Regel ventil (14) und der Druckmeßeinrichtung (17) eine Abblasöff nung (16) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Impulsleitung (12) stromab des Gebläses (3) von der Verbrennungsluftleitung (2) abzweigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Impulsleitung (12) stromauf des Regelventils (14) ein Filter (13) vorgesehen ist.