DE1011564B

DE1011564B - Einrichtung zur UEberwachung der Verbrennung bei Dampferzeugern und OEfen

Info

Publication number: DE1011564B
Application number: DEE6226A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Martin Eule
Original assignee: MARTIN EULE DIPL ING
Current assignee: MARTIN EULE DIPL ING
Priority date: 1952-10-28
Filing date: 1952-10-28
Publication date: 1957-07-04

Description

DEUTSCHES

Um bei einem Dampferzeuger oder Ofen eine einwandfreie und der Last entsprechende Verbrennung zu erzielen, muß die erforderliche Brennstoffmenge zugeführt und die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge bereitgestellt werden. Es müssen somit die Brennstoffzufuhr und die Luftzufuhr überwacht werden. Während die Regelung der Brennstoffzufuhr verhältnismäßig leicht durch Vergleich, z. B. mit der erzielten Dampfleistung, durchgeführt werden kann, ist der Nachweis der richtigen Luftzufuhr schwieriger zu führen. Zum Nachweis dienen O₂-Messer, für die aber einwandfreie und im Kesselbetrieb erprobte Geräte bis heute kaum zur Verfügung stehen, so daß im normalen Kesselbetrieb nur die mittelbare Meßmethode verwendet wird, bei der der CO₂-Gehalt gemessen und mit seiner Hilfe der richtige Luftüberschuß festgestellt wird. Hiermit sind gewisse Nachteile verbunden. Diese sind darin begründet, daß das Verhältnis Luftüberschuß zu CO₂-Gehalt nicht bei allen Brennstoffen gleich groß ist, sondern schwankt, je nachdem ob Kohle, Gas oder Öl verheizt wird. Bei gemischten Feuerungen ist demgemäß die Festlegung der Luftmenge mit Schwierigkeiten verbunden. Auch bei gleichartigem Brennstoff ist der Luftüberschuß nicht eindeutig vom C O₂-Gehalt abhängig. Weiterhin bestehen meist örtlich erhebliche Unterschiede im O₂- oder CO₂~Gehalt, so daß es nicht leicht ist, für die Entnahme einen Ort zu finden, der wenigstens angenähert einen Mittelwert darstellt. Ferner leiden diese Meßgeräte unter einer erheblichen Trägheit. Endlich läßt die unmittelbare Luftüberschußmessung erst mittelbar einen Schluß auf die beste für den Kessel wünschenswerte Luftzufuhr zu.

Der Einrichtung gemäß der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Überwachung der Verbrennung bei Dampferzeugern und öfen Temperaturmeß werte sowohl im Strahlungsraum als auch im Berührungsraum abzunehmen.

Um hierbei die Überwachung der richtigen Brennstoff- und Luftzufuhr zu ermöglichen und die vorerwähnten Mängel zu vermeiden, werden als erfinderisch neu mindestens zwei an sich bekannte, von einer Meßflüssigkeit parallel zu den Kesselrohren durchströmte Meßstränge so untergebracht, daß sowohl vom Strahlungsraum als auch vom Berührungsraum Temperaturmeßwerte, und zwar am Anfang und am Ende eines jeden Meßstranges, für Regelzwecke abgenommen werden können, wobei das Flußmengenverhältnis in den parallel geschalteten Meßsträngen in an sich bekannter Weise durch Drosselorgane dauernd aufrechterhalten oder lastabhängig geändert wird. Durch die Aufteilung der Meßstrecken, die auch noch weiter getrieben werden kann, ist zunächst die Möglichkeit gegeben, den Rauchgasstrom gut abzutasten

Einrichtung zur Überwachung der

Verbrennung bei Dampferzeugern

und öfen

Anmelder:

Dipl.-Ing. Martin Eule, Berlin-Spandau,
Brüderstr. 42

Dipl.-Ing. Martin Eule, Berlin-Spandau,
ist als Erfinder genannt worden

und auch örtliche Unterschiede festzustellen, weiterhin einen einwandfreien Vergleich mit der Rauchgaswärme insgesamt zu erhalten und trotzdem aber die Meßzeit durch geeignete Temperaturablesungsmethoden klein zu halten. Hierbei soll durch Summierung der Temperaturzunahme in allen Teilstrecken die Gesamtwärmezufuhr, durch Differenz- oder Verhältniswertbildung der in den Strahlungs- und in den Berührungsmeßsträngen festgestellten Temperaturmeßwerte die günstigste Verbrennungsluftzufuhr festgestellt werden.

Die Möglichkeit zu letzterem beruht auf folgendem: Bekanntlich ist das Verhältnis der im Strahlungsraum zu der im Berührungsraum übertragenen Wärme bei modernen Strahlungskesseln und -öfen um so höher, je besser die Verbrennung ist, d. h., je besser die für die Verbrennung zuträgliche niedrigste Luftzufuhr eingestellt werden kann. Ist die Luftzufuhr zu hoch oder zu niedrig, so wird die Wärmeabfuhr im Strahlungsraum niedriger und die im Berührungsraum um so höher. Die Differenz oder auch das Verhältnis der beiden Wärmemengen wird erfindungsgemäß festgestellt und die Luftzufuhr nach einem Bestwert eingestellt. Die Möglichkeit, die anteilig im Strahlungsund im Berührungsraum abgegebenen Wärmemengen festzustellen, ist durch die dort untergebrachten Meßstränge gegeben. Sorgt man dafür, daß beide Meßstränge immer von Wassermengen durchflossen werden, deren Verhältnis konstant bleibt oder sich nur in dem gewünschten Maße bei Laständerung ändert, so wird bei einer bestimmten Kesselbelastung und der richtigen Wärmezufuhr auch die Aufwärmung, in folgendem mit Wärmewert bezeichnet, in jedem der beiden Meßstränge einen bestimmten Wert erreichen. Man kann es durch entsprechende Bemessung der Länge

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der Meßstränge bzw. durch ein entsprechendes Flußmengenverhältnis dahin bringen, daß dieser Wärmewert in jedem der Meßstränge, d.h. die gemessene Temperaturdifferenz zwischen Eintritt bis Austritt jedes Meßstranges, gleich hoch wird. Die Differenz beider Wärmewerte ist dann gleich Null, das Verhältnis gleich Eins. Weicht jetzt die zugeführte Luftmenge von dem zugrunde gelegten Bestwert ab, wird sie z.B. höher, so steigt die Wärmeaufnahme, d.h. die Temperaturdifferenz im Meßstrang und damit sein Wärmewert als Abbild der Wärmeabgabe im Berührungsraum, die Wärmeaufnahme des Meßstranges im Strahlungsraum und sein Wärmewert gehen zurück. Diese Änderung der Wärmewerte in den Meßstrecken verläuft gleichsinnig mit der Wärmeabgabe in den beiden Kesselteilen: Strahlungsraum und Berührungsraum. Bei zu geringer Luftzufuhr wird sich z. B. das Verhältnis ebenfalls vom Bestwert Eins entfernen und normalerweise unter Eins sinken, da die Abstrahlung im Verbrennungsraum zurückgeht, während die Wärmeabgabe im Berührungsraum, insbesondere infolge Nachverbrennung, steigt. Die Feststellung der Wärmewerte in den beiden Meßstrecken, insbesondere die Bildung und laufende Überwachung des Differenzwertes oder des Verhältniswertes der Wärmewerte, bildet somit ein Mittel, um den richtigen Wert der dem Kessel zuzuführenden Best-Verbrennungsluftmenge schnell und in unmittelbarer Auswirkung auf den Kessel festzustellen. Bei Kesseln mit Zwangdurchlauf, bei denen meistens die Speisewassermenge der Dampfentnahme entspricht, ebenso aber bei Trommelkessem, soweit die Dampfentnahme der Speisung ganz oder annähernd entspricht, kann darüber hinaus durch Summierung der Wärmewerte in den Meßstrecken die gesamte Wärmezufuhr zum Kessel festgestellt und gegebenenfalls berichtigt werden.

Es ist weiterhin möglich, jede Meßstrecke, also sowohl diejenige im Strahlungsteil wie auch die im Berührungsteil durch mehrere Teilmeßstrecken zu ersetzen. Das hat den Vorteil, daß die Feuerung sowohl im Strahlungs- als auch im Berührungsteil besser abgetastet werden kann, wobei auch die Teilwärmewerte, wie vorstehend angegeben, untereinander in Beziehung gesetzt und dadurch zur Anzeige örtlicher Unterschiede in der Brennstoff- und in der Luftzufuhr ausgenutzt werden können. Weiterhin wird die Durchlaufzeit in jeder Teilmeßstrecke erheblich verkürzt und damit die Anzeige wesentlich beschleunigt.

Die schnelle Überwachung des Luftüberschusses und die dadurch gegebene Möglichkeit, von Hand oder selbsttätig die richtige Luftzufuhr einzustellen, bringt den weiteren Vorteil, daß der durch Summierung der Strahl- und Berührungsteil-Wärmewerte erhaltene Gesamtwärmewert dem erforderlichen genauestens entspricht und nicht durch die sogenannte »CO₂-Empfmdlichkeit« gefälscht wird. Die vorgeschlagene Art und Weise der Entnahme von Wärmewerten in Meßsträngen zur Feststellung der richtigen Luftverhältnisse und darüber hinaus der richtigen Wärmezufuhr überhaupt ist nicht nur bei Dampferzeugern möglich, sondern auch bei Öfen beliebiger Art, z. B. bei metallurgischen öfen. In diesen Fällen \vird man die gewünschte Anzeige dadurch erhalten können, daß der eine Meßstrang im Strahlungs- und Schmelzraum, der andere im Berührungsteil in einem der Strahlung entzogenen Gebiet untergebracht wird.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist an Hand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 die Anwendung der Erfindung auf einen Zwangdurchlaufkessel,

Fig. 2 eine elektrische Schaltung der Einrichtung gemäß Fig. 1 mit getrennter Anzeige der Meßwerte eines jeden Meßstranges,

Fig. 3 eine elektrische Schaltung der Einrichtung gemäß Fig. 1 mit Gegeneinanderschaltung der Meßwerte eines jeden Meß stranges,

Fig. 4 eine elektrische Schaltung der Einrichtung gemäß Fig. 1 zur Anzeige der richtigen Brennstoffzufuhr,

ίο Fig. 5 eine elektrische Schaltung der Einrichtung gemäß Fig. 1 mit Widerstandselementen für Trommelkessel mit großem Speichervorrat und für Zwangdurchlaufkessel mit Trommel,

Fig. 6 eine Anordnung gemäß der Erfindung bei einem metallurgischen Ofen.

Bei einem Zwangdurchlaufkessel gemäß Fig. 1 ist der Strahlungsraum 1 mit Rohrelementen 2 ausgekleidet, und der Berührungsraum 3 enthält die Berührungselemente 4. Die Speisung des Kessels erfolgt durch die Speisepumpe 5 über die Speiseleitung 6. Die Meßstränge 7 und 8 werden vor einer Drosselstelle 9 mit festem oder einstellbarem Widerstand, d. h. einem einstellbaren Wirkdruck, an der Abzweigstelle 10 abgezweigt und nach Durchführung durch den Strahlungsraum 1 bzw. den Berührungsraum 3 hinter der Drosselstelle 9 wieder in die Speisewasserleitang 6 an der Stelle 11 eingeführt. Gegebenenfalls kann auch ein von Wasser durchflossener Kesselteil an Stelle der Drosselstelle, wie bekannt, ausgenutzt werden. Die Meßstränge sind dabei so angeordnet, daß durch ihre Lage die gewünschte Wirkung noch unterstützt wird; z. B. wird der Meßstrang 7 jm Strahlungs raum so untergebracht, daß er nur durch Strahlung und nicht durch Berührung beaufschlagt wird. Der Meßstrang 8 wird so angeordnet, daß er von der Strahlung des Verbrennungsraumes möglichst nicht getroffen wird, dagegen den ganzen Gasstrom gut erfaßt. Die Meßstränge erhalten zweckmäßigerweise Drasselstellen 12 und 13, von denen gewöhnlich eine einstellbar als Drosselventil ausgebildet wird. Nach Wiedereinführung der Meßstränge in den Speisewasserkreislauf wird der gesamte Fluß durch das Rohrsystem 2 und 4 gedruckt und tritt in überhitztem Zustand aus dem Kessel durch die Abdampfleitung 14 aus. Bei der angegebenen Schaltung rechnet man im allgemeinen mit einem durch die Drosselstelle 9 erzeugten Wirkdruck von etwa 3 kg je cm² bei Vollast. Die Meßfluß mengen betragen noch nicht 1% der Hauptflußmenge. Die Temperaturmeßstellen in dem Einzelmeßstrang 7 sind mit 20 am Eintritt und 21 am f Austritt bezeichnet, die im Meßstrang 8 entsprechend '! mit 22 und 23. Mehrfache Anordnung bei Parallel- - -Mf meßsträngen wird durch entsprechende Bestrichüng ;| kenntlich gemacht. In Fig. 2 sind die Meßstränge7

und 8 mit den zugehörigen Meßstellen 20, 21 sowie -I 22,23 getrennt zur Darstellung gebracht. Die Meß- s stellen sind mit den Thermoelementpaaren 24/25 und ■■{;■■ 26/27 besetzt. Hierbei sind die Elemente 24 und 25 * gegeneinandergeschaltet, messen also nur die Auf- i wärmung im Meß strang 7 durch Feststellung der ;| Temperaturdifferenz im Meßinstrument 28. Das gleiche * geschieht mit den Thermoelementen 26 und 27 im § Meßstrang 8, deren Differenzspannung im Meßinstru- |ΐ: ment 29 zur Anzeige gebracht wird. Man kann nun %

rechnerisch das Verhältnis der Instrumentenwerte_;28 | und 29, d. h. der zugehörigen Wärmewerte, bilden tind :l| erhält damit den Wert des für den Kessel gültigen |:

Bestverbrennungsverhältnisse bzw. der Luftzuful» Ns|

Durch Beeinflussung des Durchflusses im MeßstrangS " mittels des Ventils 12 kann man erreichen, daß diesis

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Verhältnis im Bestfalle den Wert Eins erreicht. Die Differenz der Wärmewerte ist dann gleich Null. Da die rechnerische Ermittlung umständlich ist, kann durch Gegeneinanderschaltung der Thermoelementenpaare die Anzeige in einfacher Weise im Instrument 30 gemäß Fig. 3 zur Anzeige gebracht werden. Bei dieser Schaltung wird bei geeigneter Flußmengenbemessung in den Meßsträngen im Bestfalle der Wert Null erreicht, da dann, also bei gleicher Temperaturerhöhung in den Strängen, die Spannungen in jedem Paar gleich hoch werden, d. h. also einander aufheben. Wird die Differenzspannung, d. h. die Erwärmung in einem Thermoelementenpaar, größer, so erfolgt ein Ausschlag aus der Nullage, d. h., das Bestverbrennungsverhältnis ist nicht erreicht. Die vorgenannte Art und Weise der thermoelektrischen Temperaturanzeige und ihre Ausnutzung zur Anzeige der Bestluftzufuhr kann bei Kesseln mit der Dampfentnahme entsprechender Speisung (Zwangdurchlaufkessel und allenfalls Trommelkessel) gleichzeitig zur Anzeige der richtigen Brennstoffzufuhr ausgenutzt werden (Fig. 4). In diesem Fall ist der Spannungsunterschied der in den gleichen Meßstellen untergebrachten Thermoelementenpaare 31/32 und 33/34 jedoch nicht zu subtrahieren, sondern zu addieren. Hierdurch wird infolge der Verkürzung der Meßstrecken die Temperaturanzeige erheblich beschleunigt und insbesondere bei Zwangdurchlauf kesseln eine schnelle Beeinflussung der Feuerung gewährleistet. Man kann die Unterteilung der Meßstränge 7 und 8 noch weiter treiben, wobei jeder Teilmeßstrang ein Thermoelementenpaar erhält, deren Meßwerte dann je nach Aufgabe in der gekennzeichneten Weise zusammenzusetzen sind. Wesentlich ist hierbei, daß sämtliche Meßstränge auf der Flußseite parallel geschaltet sind. Die Verwendung von Teilmeß strängen ist dann vorteilhaft, wenn der Strahlungsraum in Teilstrahlungsräume, z. B. in verschiedene Zyklonbrennräume bzw. Brennkammern, aufgeteilt ist und die Wärmeleistung jedes Strahlungsraumes oder Zyklones entweder unter sich oder mit der Gesamtwärmeleistung verglichen werden soll. In diesem Fall wird man also die Einzelwärmewerte z. B. der Zyklone unter sich oder mit den Wärmewerten des Berührungsteiles in Verbindung bringen. Im letzteren Fall wird es besonders aufschlußreich sein, wenn man den Teilmeßstrang eines abgeteilten Verbrennungsraumes mit einem zugeordneten Meßstrang des Berührungsraumes kuppelt, d. h. dieselben einzelpaarweise zusammenschaltet. Hierbei können natürlich auch die Einzelstränge des einen Raumes ebenso wie die des anderen Raumes (Berührungsraumes) durch mehrere Meß stränge ersetzt werden, wobei dieselben also im Interesse der gewünschten Anzeige zusammengefaßt werden. Die in vorangehendem gekennzeichnete thermometrische Messung zur Kenntlichmachung der Luftzufuhr ist insbesondere bei Zwangdurchlaufkesseln vorteilhaft, da dann infolge von Gleichheit von Speisung und Dampf entnahme die einfache Differenzschaltung nach Fig. 4 genügt.

Bei Trommelkesseln mit großem Speichervorrat, ebenso bei Zwangdurchlaufkesseln mit Trommel, bei denen erhebliche Unterschiede in der Speisung und in der Dampfentnahme eintreten können, wird besser eine Messung mit elektrischen Widerstandselementen angewendet. Mit dieser läßt sich der Verhältniswert elektrisch leichter darstellen. Dies ist in Fig. 5 gezeigt, wobei gleichartige Teile mit den Bezugszeichen aus Fig. 1 bis 4 versehen sind. Zum Kesselrohrsystem tritt hier die Trommel hinzu. Die Meßstellen 20 und 21 werden durch die Widerstandselemente 35, 36, die Meßstellen 22 und 23 durch die Widerstandselemente 37, 38 besetzt, die in der in Fig. 5 angegebenen Weise Stromänderungen im Meßinstrument 39 zur Anzeige bringen. Auch hier wird nur das Verhältnis der Temperaturunterschiede angezeigt. Der Einfluß der sich ändernden, aber in sich gleichen Eintrittstemperaturen wird durch Kompensationsschaltungen ausgeschaltet.

In Fig. 6 ist eine Anordnung bei einem metallurgischen Ofen 40 gezeigt. Hier beliefert die nur für Meßzwecke aufgestellte Pumpe 5 über die Speiseleitung 6 lediglich die zwei Meßstränge 7 und 8, die sich dann in der Abführungsleitung 41 wieder vereinigen. Der Meßstrang 7 ist im Strahlungsschmelzraum 1 untergebracht, der Meßstrang 8 im Rauchgasabzug 42, allenfalls hinter dem Luftvorwärmer 43 oder einem anderen Wärmetauscher, so daß er durch Strahlung kaum beeinflußt werden kann. In diesem Fall wird die in den Meßsträngen aufgenommene Wasserwärme zweckmäßigerweise für Heiz- und sonstige Zwecke ausgenutzt. Auch in diesem Fall erfolgt die Anzeige am besten gemäß Fig. 5 durch Widerstandselemente zwecks Anzeige des Verhältniswertes.

Sowohl der Gesamtwärmewert (Summe aller Einzelwärmewerte) als Vergleichswert der Feuerungszufuhr als auch der Differenz- oder Verhältniswert der Wärmewerte im Strahlungs- und Berührungsraum, als Vergleichswert der Luftzufuhr, können zur Impulsabgabe verwendet und damit für Regelzwecke ausgenutzt werden.

Die Einrichtung kann in allen Fällen verwendet werden, wo Wärme feuerungsseitig entbunden und auf der Heizflächenseite an einen Wärmeverbraucher beliebiger Art übertragen wird, also bei Destillationsapparaten, Verdampfungsgefäßen usw.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Verbrennung bei Dampferzeugern und Öfen, bei der Temperaturmeßwerte sowohl im Strahlungsraum als auch im Berührungsraum abgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei an sich bekannte, von einer Meßflüssigkeit parallel zu den Kesselrohren durchströmte Meßstränge (7, 8) so untergebracht sind, daß sowohl vom Strahlungsraum als auch vom Berührungsraum Temperaturmeßwerte, und zwar am Anfang und am Ende eines jeden Meßstranges, für Regelzwecke abgenommen werden können, wobei das Flußmengenverhältnis in den parallel geschalteten Meßsträngen (7j 8) in an sich bekannter Weise durch Drosselorgane (12,13) dauernd aufrechterhalten oder lastabhängig geändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrang (7) im Strahlungsraum (1) ebenso wie der Meßstrang (8) im Berührungsraum (3) durch eine Anzahl ebenfalls parallel geschalteter Meßstränge (T, 7", T" und 8', 8", 8'" usw.) ersetzt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche parallel geschalteten Meßstränge (T, 7", T" und 8', 8", 8'" usw.) unter gleichen Druck- und Temperaturbedingungen eintrittseitig und bei gleichem Druck austrittseitig arbeiten, wobei insbesondere bei öfen die Speisung durch eine besondere Pumpe (5) oder bei Dampferzeugern durch die Speisepumpe (5) durch Abzweigung der Meßströme vom Hauptspeisestrom (10) vor einer einen ausreichenden Wirkdruck er-

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zeugenden Drosselstelle (9) und Wiedereinführung an einer Stelle (11) hinter dieser erfolgen kann.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßwerte am Ein- und Austritt (20, 21, 22, 23) der Meßstränge (T, 7" und 8', 8" usw.) entnommen und ihre Differenzwerte (Wärmewerte) einzeln zur Anzeige gebracht oder ganz oder teilweise zusammengefaßt verwertet werden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Strah-Iungsmeßstränge (7', 7" usw.) und die Berührungsmeßstränge (8', 8" usw.) ermittelten Wärmewerte zur Feststellung der Gesamtwärmezufuhr zusammengefaßt und elektrisch addiert werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmewerte der Strahlungsmeßstränge (T,Ί" usw.) und die der Berührungsmeßstränge (8', 8" usw.) entweder einzelpaarweise (z. B. 7' und 8') oder für jeden Raum (1, 3) ganz oder teilweise zusammengefaßt, gegen-

einander geschaltet sind und dadurch zur Feststellung der Verbrennungsluftzufuhr an einzelnen Brennern oder insgesamt ausgenutzt werden.

7. Einrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmewerte der Strahlungsmeßstränge (7', 7" usw.) und die der Berührungsmeßstränge (8', 8" usw.), entweder einzelpaarweise (z. B. T und 8') oder für jeden Raum (1, 3) ganz oder teilweise zusammengefaßt, als Verhältniswerte, vorzugsweise elektrisch, abgebildet und zur Feststellung der Luftzufuhr an einzelnen Brennern oder insgesamt ausgenutzt werden.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Wette zur Impulsabgabe für Regelzwecke, gegebenenfalls nur als Berichtigungswerte, verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 656 310, 661 235, 058, 846 435.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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