DE10116133B4

DE10116133B4 - Verfahren zur Bestimmung und Verifizierung der CO-Einsatzpunkte bei Feuerungsanlagen mit mehreren Brennern

Info

Publication number: DE10116133B4
Application number: DE10116133A
Authority: DE
Inventors: Hartmuth Dambier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: DE10116133A1; EP1186830A1

Abstract

Verfahren zur Verifizierung der CO-Einsatzpunkte und zum Nachweis einer eventuellen Wechselwirkung zwischen den Brennern, bei dem
nach irgendeinem Verfahren, z.B. durch Absenkung des Luftdurchflusses reihum die CO-Einsatzpunkte zunächst näherungsweise bestimmt werden, und dann
die Luft an allen Brennern kurz oberhalb dieser CO-Einsatzpunkte eingestellt wird, so dass gerade noch kein CO entsteht (Ausgangsstellung),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luft bei allen Brennern um mehrere Schritte reduziert wird und dabei die Steigung des CO-Anstieges gemessen wird und die Luft anschließend in die Ausgangsstellung zurückgebracht wird und
der Verlauf der Steigung derart ausgewertet wird, dass bei einer signifikanten Abnahme der Steigung ein Absorbtionshügel vorliegt und damit eine Wechselwirkung zwischen mindestens zwei Brennern besteht.

Description

Aus der Offenlegungsschrift DE 34 23 946 A1 ist ein Verfahren zur optimalen Einstellung der Verbrennungsluft bei Feuerungsanlagen bekannt geworden, das darauf beruht, dass die Verbrennungsluft so lange reduziert wird bis ein steiler Anstieg der CO-Konzentration im Rauchgas entsteht. Dieser Punkt wird dann als Bezugspunkt für die Einstellung der Verbrennungsluft benutzt.
Aus der Patentschrift DE 37 37 354 C1 ist weiterhin eine Verbesserung dieses Verfahrens für Anlagen mit mehreren Brennern bekannt geworden, bei dem die Verbrennungsluft an allen Brennern gleichzeitig schrittweise so lange reduziert wird, bis CO im Rauchgas erscheint und dieser Punkt dann als Ausgangspunkt für Messungen an den einzelnen Brennern benutzt wird.
Es zeigt sich nun, dass das letztgenannte Verfahren nicht in allen Anlagen funktioniert. Wenn in einer Anlage die Brenner so eng beieinander stehen, dass eine Wechselwirkung in der Art entsteht, dass das von einem Brenner erzeugte CO in einem anderen absorbiert wird, entstehen Fehlmessungen und die Ergebnisse sind nicht mehr reproduzierbar.
In der Patentschrift DE 100 44 033 C2 wurden Verfahren angegeben, die auch bei Wechselwirkungen zwischen den Brennern zu reproduzierbaren Ergebnissen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Verfahren um ein Weiteres zu ergänzen.
Die Schwierigkeit bei Anlagen dieser Art besteht wie gesagt darin, dass die Brenner miteinander wechselwirken können: Das von einem Brenner erzeugte CO kann von seinem Nachbarn absorbiert werden, ohne dass nach außen eine Änderung der CO-Konzentration sichtbar wird. Dadurch entstehen natürlich Fehlmessungen.
Es hat sich nun gezeigt, dass eine derartige Kopplung zwischen den Brennern leicht am Verlauf der CO-Konzentration erkannt werden kann:
Der Vorgang sei an einem System von zwei Brennern erläutert (1–3). Dabei wird wegen des besseren Überblicks der Einfachheit halber angenommen, dass die beiden Brenner genau identisch sind und der CO-Einsatzpunkte an der gleichen Stelle liegen. Die CO-Konzentration werde wie üblich nicht direkt an den Brennern sondern weiter hinten im Rauchgasgemisch beider Brenner gemessen.
Bei einem einzelnen Brenner, also ohne Kopplung, bleibt die CO-Konzentration bei Reduzierung der Verbrennungsluft (also beim Durchlaufen des Diagramms von rechts nach links!) zunächst konstant (Grundwert) und steigt dann ab einem bestimmten Punkt, dem CO-Einsatzpunkt (E.P.), sehr steil an (1).
Bei Anlagen mit mehreren Brennern kann das so erzeugte CO von einem Nachbarn absorbiert werden, ohne dass nach Außen eine Erhöhung des CO-Wertes erkennbar wird. Die Fähigkeit eines Brenners, fremdes CO ohne Erhöhung der CO-Konzentration zu absorbieren wird Puffervermögen genannt. Es hat sich gezeigt, dass das Puffervermögen eines Brenners mit dem Luftüberschuss abnimmt und am Einsatzpunkt völlig verschwindet (siehe 2).
Die Luft von Brenner 1 und 2 werden nun jeweils auf die in 1 und 2 mit 1 markierten Stellen eingestellt. Dadurch gelangt Brenner 1 an eine Stelle unterhalb des CO-Einsatzpunktes und erzeugt eine um den Betrag a erhöhte CO-Menge (1). Dieses CO ist jedoch an der Messstelle nicht erkennbar (unsichtbar) weil Brenner 2 mit einem hohen Luftüberschuss betrieben wird und das von Brenner 1 erzeugte CO vollständig absorbiert. Die gemessene CO-Konzentration bleibt auf dem Grundwert (Punkt 1 in 2 und 3).
Nun wird die Luft von Brenner 2 schrittweise auf die Positionen 2, 3, usw reduziert. Dadurch verkleinert sich sein Puffervermögen, das CO kann nicht mehr vollständig absorbiert werden und wird nach und nach sichtbar (3). Die Anteile von sichtbarem und unsichtbarem CO können anhand der durchgezogenen und gestrichelten Linienanteile in 2 abgelesen werden. Die CO-Konzentration an der Messstelle kann durch Addition des durchgezogenen Linienanteils auf den Grundwert ermittelt werden (3).
Resultierend ergibt sich an der CO-Messstelle der in 3 dargestellt Verlauf Die CO-Konzentration steigt zunächst erkennbar an und wird dann immer flacher und kurz vor dem Einsatzpunkt fast waagerecht. Mit Erreichen des CO-Einsatzpunktes erzeugt der Brenner 2 selbst CO und es entsteht der übliche sehr scharfe Knick nach oben, nun allerdings um den Betrag a des von Brenner 1 erzeugten COs nach oben verschoben.
Dem eigentlichen "normalen" CO-Anstieg bei Erreichen des Einsatzpunktes ist also ein Hügel vorgelagert, der auf die Absorption fremden COs zurückzuführen ist. Diese auffallende Erscheinung, die in dieser Form sonst nicht vorkommt, wird nachfolgend "Absorptionshügel" genannt. Höhe und Breite der Absorptionshügels hängen natürlich von der Menge des zuvor absorbierten COs ab, so dass darüber keine generelle Aussage getroffen werden kann. Der Hügel ist jedoch leicht an der geringeren (und sogar abnehmenden) Steigung und dem nachfolgenden scharfen Knick erkennbar. Dies gilt auch dann, wenn wegen der endlichen Schrittweite die Form des Absorptionshügels nur grob abgebildet wird (siehe 4). Aus dem Auftreten eines Absorptionshügels lassen sich zwei Informationen gewinnen:

a. Er ist ein eindeutiger Indikator für das Vorhandensein einer Kopplung: Wenn er bei einem Brenner auftritt steht fest, dass ein anderer Brenner bereits CO erzeugt, das vom untersuchten Brenner absorbiert wird.
b. Die Lage des Knickes ist zugleich die Lage des CO-Einsatzpunktes dieses Brenners.

Der Absorptionshügel ist eine derart signifikante Erscheinung, dass er ohne weiteres auch von einer entsprechend programmierten Steuerung erkannt und ausgewertet werden kann. Daraus ergeben sich zwei wichtige Anwendungen:
I. Verifizierung anderweitig ermittelter CO-Einsatzpunkte
Solange an irgendeinem Brenner ein Absorptionshügel nachweisbar ist, besteht noch eine Wechselwirkung zwischen den Brennern und mindestens zwei der vermuteten CO-Einsatzpunkte sind falsch.
Um dies zu prüfen wird der Luftdurchfluss der einzelnen Brenner bis kurz vor die vermuteten CO-Einsatzpunkte reduziert, so dass gerade noch kein CO entsteht (Ausgangsstellung). Dann werden die Brenner einzeln und nacheinander auf das Vorhandensein eines Absorptionshügels untersucht: Bei jedem Brenner wird die Luft um mehrere Schritte reduziert (wobei natürlich bei jedem Schritt die Totzeit des CO-Transmitters abgewartet wird). Aus dem Anfangs- und Endwert der CO-Konzentration sowie der Schrittweite ermittelt die Steuerung die bei diesem Schritt aufgetretene Steigung. Diese wird wahlweise mit der Steigung des vorherigen Schrittes, mit der kleinsten aufgetretenen Steigung oder mit dem Mittelwert der bisher gemessenen Steigungen verglichen. Wenn dabei festgestellt wird, dass die Steigung nicht signifikant zunimmt sondern ungefähr gleichbleibt oder abnimmt, liegt ein Absorptionshügel vor. Zur weiteren Absicherung kann das Verfahren fortgesetzt werden, bis der steile Anstieg der CO-Konzentration erkannt wird.
Nach Abschluss jeder Messung wird der Brenner wieder in seine Ausgangsstellung zurückgebracht um das CO wieder zu beseitigen und die Messungen an den anderen Brennern zu ermöglichen.
Eine alternative Methode zur Auffindung von Absorptionshügeln besteht darin, in einem Vorversuch die "normale" Steigung bei Erreichen des CO-Einsatzpunktes zu ermitteln und sie mit den an den einzelnen Brennern tatsächlich auftretenden Steigungen zu vergleichen. Der "normale" Anstieg hängt vom Brennstoff, den Messbereichen der beteiligten Transmitter und vor allem von der Anzahl der Brenner ab. Da es im Falle einer Kopplung immer auch Brenner geben muss, die bereits CO erzeugen (das dann aber von den anderen absorbiert wird), kann bei einzelnen Brennern immer die Luft so weit reduziert werden, dass der "normale" Anstieg beobachtbar wird. Dieser wird jedoch unter Umständen erst sichtbar, nachdem das Puffervermögen der anderen erschöpft ist, also bereits in einem höheren Stadium der CO-Erzeugung und wird deshalb möglicherweise zu groß gemessen. Andererseits hängt die gemessenen Steigung stark von der Lage des Messschrittes ab. In einem ungünstigen Fall kann die Steigung zu klein gemessen werden (siehe z.B. alle Fälle in 4). Diese möglichen Ungenauigkeiten sind jedoch unerheblich, denn es wurde gefunden, dass der "normale" CO-Anstieg um mindestens Faktor 5 größer ist als der Durchschnitt der Steigungen im Absorptionshügel.
II. Iteratives Verfahren zur Bestimmung der CO-Einsatzpunkte
Der scharfe Knick bei Erreichen des CO-Einsatzpunktes ermöglicht bei den absorbierenden Brennern auch dessen direkte Bestimmung. Damit lässt sich ein iteratives Verfahren zur Bestimmung der CO-Einsatzpunkte angeben, das bei extrem starker Wechselwirkung zwischen den Brennern zum Einsatz kommen kann:
Dazu werden zunächst die CO-Einsatzpunkte nach irgendeinem Verfahren näherungsweise bestimmt. Dies kann z.B. durch Absenkung der Luft reihum geschehen, wie es in DE 100 44 033 C2 beschriebenen ist. Wenn dies erfolgt ist, wird der Luftdurchfluss an allen Brennern auf einen Wert kurz oberhalb dieser CO-Einsatzpunkt eingestellt (Ausgangsstellung). Dann werden die einzelnen Brenner nacheinander auf das Vorhandensein von Absorptionshügeln untersucht. Wenn ein solcher gefunden wird, wird die Luft an diesem Brenner weiter bis zum Knickpunkt der CO-Konzentration reduziert. Der zu diesem Knick gehörende Luftdurchfluss wird als neuer CO-Einsatzpunkt gespeichert. Nach jeder Messung wird natürlich die Ausgangsstellung wieder hergestellt.
Nachdem alle Brenner auf diese Art vermessen sind, wird bei denjenigen Brennern, bei denen ein Absorptionshügel gefunden wurde, der Luftdurchfluss auf einen Wert kurz oberhalb des neu bestimmten CO-Einsatzpunktes eingestellt und für die Dauer der weiteren Versuche dort festgehalten. Die Brenner sind dann in einem Zustand, in dem sie weder CO erzeugen noch fremdes CO absorbieren können. Sie scheiden damit aus dem Wechselwirkungssystem aus.
Die übrigen Brenner werden wieder auf hohen Luftüberschuss eingestellt und die Luftabsenkung reihum wird mit den verbliebenen Brennern wiederholt. Dann wird wieder auf Absorptionshügel untersucht und bei positivem Befund die betroffenen Brenner ebenfalls selektiert. So wird fortgefahren, bis keiner der Brenner mehr einen Absorptionshügel zeigt. Die korrekten CO-Einsatzpunkte sind damit gefunden.

Claims

Verfahren zur Verifizierung der CO-Einsatzpunkte und zum Nachweis einer eventuellen Wechselwirkung zwischen den Brennern, bei dem nach irgendeinem Verfahren, z.B. durch Absenkung des Luftdurchflusses reihum die CO-Einsatzpunkte zunächst näherungsweise bestimmt werden, und dann die Luft an allen Brennern kurz oberhalb dieser CO-Einsatzpunkte eingestellt wird, so dass gerade noch kein CO entsteht (Ausgangsstellung), dadurch gekennzeichnet, dass die Luft bei allen Brennern um mehrere Schritte reduziert wird und dabei die Steigung des CO-Anstieges gemessen wird und die Luft anschließend in die Ausgangsstellung zurückgebracht wird und der Verlauf der Steigung derart ausgewertet wird, dass bei einer signifikanten Abnahme der Steigung ein Absorbtionshügel vorliegt und damit eine Wechselwirkung zwischen mindestens zwei Brennern besteht.
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig in einem Vorversuch die für diese spezielle Anlage typische Steigung des CO-Anstieges ermittelt wird (Normalsteigung) und dann die Luft an einem der Brenner um einen Schritt reduziert wird und dabei die Steigung des CO-Anstieges gemessen wird und die Luft anschließend in die Ausgangsstellung zurückgebracht wird. die Steigung derart ausgewertet wird, dass ein Absorbtionshügel und damit eine Wechselwirkung vorliegt, wenn die beobachtete Steigung signifikant (mindestens Faktor 2 oder 3) kleiner ist als die Normalsteigung.
Verfahren zur Bestimmung der CO-Einsatzpunkte nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft an allen Brennern nacheinander um mehrere Schritte reduziert und falls dabei ein Absorbtionshügel gefunden wird, die Reduzierung so lange fortgesetzt wird, bis ein steiler Anstieg der CO-Konzentration beobachtet wird und diese Stelle als CO-Einsatzpunkt gespeichert wird.