DE102010055567B4 - Method for stabilizing a performance of a gas-fired burner - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Stabilisierung eines Betriebsverhaltens eines leistungsmodulierenden, Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenners mit einer unteren Modulationsgrenze und einer oberen Modulationsgrenze, zur Berücksichtigung von Störungen in einem Verbrennungsluftweg, Gemischweg, Heizgasweg und/oder Abgasweg, wobei in einem normalen Regelbetrieb des Gasgebläsebrenners • eine Zusammensetzung eines Brenngas-Luft-Gemischs in Abhängigkeit eines Flammenionisation-Istsignales und eines Flammenionisation-Sollsignales eingestellt wird, • das Flammenionisation-Istsignal auf das Flammenionisation-Sollsignal geregelt und das Flammenionisation-Sollsignal in Abhängigkeit einer Drehzahl eines Luft fördernden Gebläses vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei ausgewählten Betriebszuständen des Gasgebläsebrenners und in Abweichung vom normalen Regelbetrieb • das Brenngas-Luft-Gemisch vorübergehend und kurzzeitig mit Brenngas angereichert und das Flammenionisation-Istsignal beobachtet wird, • eine der unteren Modulationsgrenze zugeordnete untere zulässige Gebläsedrehzahl erhöht wird, wenn ein Flammenionisationssignalhub, das ist die Differenz zwischem einem beim Anreichern beobachteten maximalen Flammenionisation-Istsignal und dem vor dem Anreichern gemessenen Flammenionisation-Istsignal, kleiner ist als ein erster Toleranzbetrag oder größer ist...Method for stabilizing an operating behavior of a power-modulating, air ratio-controlled gas fan burner with a lower modulation limit and an upper modulation limit, to take into account faults in a combustion air path, mixture path, heating gas path and / or exhaust gas path, whereby in normal control operation of the gas fan burner a composition of a fuel gas Air mixture is set as a function of an actual flame ionization signal and a desired flame ionization signal, • the actual flame ionization signal is regulated to the desired flame ionization signal and the desired flame ionization signal is specified as a function of a speed of an air-promoting blower, characterized in that for selected Operating states of the gas fan burner and in deviation from normal control operation • temporarily and briefly enriched the fuel gas / air mixture with fuel gas and the actual flame ionization signal is observed • A lower permissible fan speed assigned to the lower modulation limit is increased if a flame ionization signal lift, that is the difference between a maximum actual flame ionization signal observed during enrichment and the actual flame ionization signal measured before enrichment, is less than a first tolerance amount or greater ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Betriebsverhaltens eines leistungsmodulierenden, Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenners zur Berücksichtigung von Störungen im Verbrennungsluftweg, Brenngas-Luft-Gemischweg, Heizgasweg und/oder Abgasweg nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for stabilizing a performance of a power-modulating, air-frequency-controlled gas fan burner for the consideration of disturbances in the combustion air, fuel gas-air mixture path, Heizgasweg and / or exhaust path according to the preamble of
Hintergrund der Erfindung sind leistungsmodulierende Gasgebläsebrenner mit Luftzahlgeregelter Verbrennung eines Brennstoffs. Solche Brenner sind häufig in Heizgeräten oder Heizkesseln eingebaut und dienen beispielsweise der Wärmeerzeugung zur Wohnraumbeheizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung. Ihr Modulationsbereich wird begrenzt durch eine untere Modulationsgrenze und eine obere Modulationsgrenze. Die untere Modulationsgrenze bedeutet einen Brennerbetrieb auf Kleinlast, bei dem das Gebläse mit einer unteren zulässigen Gebläsedrehzahl arbeitet. Niedrigere Drehzahlen sind nicht einstellbar. Die obere Modulationsgrenze bedeutet einen Brennerbetrieb auf Volllast, bei dem das Gebläse mit einer oberen zulässigen Gebläsedrehzahl arbeitet. Höhere Drehzahlen sind ebenfalls nicht einstellbar.Background of the invention are power modulating Gasgebläsebrenner with Luftzahlregulated combustion of a fuel. Such burners are often installed in heaters or boilers and are used, for example, the heat generation for domestic heating and / or domestic hot water. Its modulation range is limited by a lower modulation limit and an upper modulation limit. The lower modulation limit means a burner operation at low load where the blower operates at a lower allowable fan speed. Lower speeds are not adjustable. The upper modulation limit means burner operation at full load where the blower operates at an upper allowable blower speed. Higher speeds are also not adjustable.
Beim Betrieb solcher Brenner führt ein modulierbares und/oder schaltbares, z. B. Drehzahlvariables Gebläse über einen Luftweg eine Verbrennungsluftmenge L zu und dosiert ein modulierbares und/oder schaltbares Brenngasregelventil eine Brenngasmenge G. In einer Mischvorrichtung werden Verbrennungsluft und Brenngas zusammengeführt und zu einem homogenen Brenngas-Luft-Gemisch aufbereitet. An einer Brennermündung, z. B. eine ebene Brenneraustrittsfläche, tritt das Brenngas-Luft-Gemisch aus dem Brenner aus, wird gezündet und verbrennt unter Wärmeentwicklung. Die entstehenden heißen Heizgase durchströmen einen Wärmetauscher, geben ihre Wärme an ein Wärmeträgerfluid ab und verlassen als abgekühlte Abgase das Heizgerät über einen Abgasweg in die Umgebung. Eine Ionisationselektrode erfasst in der Verbrennungszone ein Flammenionisation-Istsignal I, das aufgrund einer an einer Brennerflamme angelegten Spannung entsteht. Ein Regelgerät beeinflusst eine Zufuhr von Verbrennungsluft und/oder Brenngas aufgrund von Betriebsdaten und/oder Sollvorgaben.During operation of such burners leads a modulatable and / or switchable, z. B. Variable speed fan via an air path to a combustion air amount L and metered a modulatable and / or switchable fuel gas control valve a fuel gas G. In a mixing device combustion air and fuel gas are combined and processed into a homogeneous fuel gas-air mixture. At a burner mouth, z. B. a flat burner exit surface, the fuel gas-air mixture exits the burner, is ignited and burns with heat. The resulting hot hot gases flow through a heat exchanger, transfer their heat to a heat transfer fluid and leave as cooled exhaust gases, the heater via an exhaust path in the area. An ionization electrode detects in the combustion zone a flame ionization actual signal I, which arises due to a voltage applied to a burner flame voltage. A control device influences a supply of combustion air and / or fuel gas on the basis of operating data and / or target specifications.
Bei der Brennerkonstruktion und dem Brennerbetrieb besteht eine wichtige Anforderung, dass nämlich die Flamme stabil bleibt. Das bedeutet, dass die Flamme bzw. die Flammen weder in die Brennermündung zurückschlagen noch von der Brennermündung abheben. Beides wären gefährliche Zustände mit dem potentiellen Risiko der Brennerüberhitzung, der Verpuffung oder sonstigen Störung. Flammen eines mageren Brennstoff-Luft-Gemischs neigen zum Abheben, Flammen eines fetten Gemisches neigen zum Rückschlag. Die Größe des vom Gebläse geförderten Luftstroms hängt nicht nur von der Gebläsedrehzahl, sondern auch von den Strömungswiderständen im Luftweg und den weiteren pneumatisch mit dem Luftweg verbundenen Strömungswegen ab, durch die das Brenngas-Luft-Gemisch, das Heizgas und schließlich das Abgas strömen. Diese Strömungswege können gestört werden, was sich in erhöhten und verringerten Strömungswiderständen äußert. Mögliche beispielhafte Ursachen dieser Störungen sind Verschmutzung des Zuluftweges mit Laub, Verkleinern des Austrittsquerschnitts des Abgaswegs ins Freie durch Vereisung oder toten Vogel, Ablagerungen im Wärmetauscher aus Korrosionsprodukten, schadhafte Luft- oder Abgasleitungen mit Leckage, Windsog, Winddruck, und so weiter.In the burner design and the burner operation, there is an important requirement that the flame remains stable. This means that the flame or the flames neither strike back into the burner mouth nor lift off the burner mouth. Both would be dangerous conditions with the potential risk of burner overheating, deflagration or other disruption. Flames of a lean fuel-air mixture tend to lift off, flames of a rich mixture tend to kick back. The size of the air flow delivered by the fan depends not only on the fan speed, but also on the flow resistance in the airway and the other pneumatically connected with the air flow paths through which the fuel gas-air mixture, the heating gas and finally the exhaust gas flow. These flow paths can be disturbed, which manifests itself in increased and reduced flow resistance. Possible exemplary causes of these disturbances are contamination of the Zuluftweges with leaves, reducing the outlet cross-section of the exhaust path to the open by icing or dead bird, deposits in the heat exchanger of corrosion products, damaged air or exhaust pipes with leakage, wind suction, wind pressure, and so on.
Das Mengenverhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft ist also von großer Bedeutung für einen störungsfreien, aber auch für einen effizienten Brennerbetrieb. Im Hinblick auf eine optimierte Verbrennung mit stabiler Flamme, minimalem Schadstoffausstoß und hohem feuerungstechnischen Wirkungsgrad auch bei wechselnden Brennstoff-Beschaffenheiten (Brennstoffarten, -qualitäten, -zusammensetzungen) werden moderne Brenner mit Luftzahl-geregelter Verbrennung betrieben, wobei ein Brennstoff-Luft-Gemisch gewünschter Zusammensetzung im mageren Bereich mit beispielsweise etwa 30% Luftüberschuss gegenüber einem stöchiometrischen Gemisch liegt, also eine Luftzahl λ = λSOLL = 1,3 aufweist.The ratio of fuel to combustion air is therefore of great importance for a trouble-free, but also for an efficient burner operation. With a view to optimized combustion with a stable flame, minimal pollutant emissions and high combustion efficiency even with changing fuel properties (fuel types, qualities, compositions), modern burners are operated with air-number-controlled combustion, wherein a fuel-air mixture of desired composition in the lean range with, for example, about 30% excess air compared with a stoichiometric mixture, ie an air ratio λ = λ SOLL = 1.3.
Die Luftzahlregelung basiert häufig auf einem Signal aus der Verbrennung, dem sogenannten Flammenionisationssignal. Eine geeignete Auswerteschaltung macht sich den Umstand zu Nutze, dass Flammen bei Anlegen einer elektrischen Spannung Strom leiten. Der Verlauf des Ionisationssignales zeigt eine klare Abhängigkeit von der Luftzahl λ des Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Signalmaximum bei λ = 1,0 (stöchiometrische Reaktion,
Eine unter dem Namen SCOT (System Control Technology) bekannte Auswerteschaltung zur Luftzahlregelung ist in der
Diese Art des Brennerbetriebes ist zuverlässig nur bei Volllast (Nennleistung) QNENN oder in einem eingeschränkten Leistungsmodulationsbereich Minimalleistung QMIN (untere Modulationsgrenze) zu Nennleistung QNENN (obere Modulationsgrenze) von etwa 1:3 bis 1:4 möglich. Darunter bei kleineren Brennerleistungen nimmt das Ionisationssignal I in seiner Intensität stark ab und verliert seine eindeutige Zuordnung zur Luftzahl λ (
Heute werden bevorzugt Brenner mit hohen Leistungsmodulationsbereichen verwendet, die ganz unterschiedliche Wärmeanforderungen befriedigen können, wie sie zum Beispiel aus der Wohnraumbeheizung bei verschiedenen Außentemperaturen oder aus der Trinkwarmwasserbereitung für kleine und große Zapfmengen entstehen. Gesucht sind solche Brenner, die bis hinunter zu niedrigen Wärmeanforderungen in einem niedrig modulierenden Dauerbetrieb und ohne Ein- und Austaktungen arbeiten können.Today, preference is given to using burners with high power modulation ranges, which can satisfy very different heat requirements, such as those arising from domestic heating at different outside temperatures or from domestic hot water preparation for small and large dispensing volumes. We are looking for burners that can work right down to low heat requirements in a low-modulating continuous operation and without clocking in and out.
Die
In der Patentschrift
Bei der
Eine Möglichkeit der echten Luftzahlregelung über den gesamten Modulationsbereich bietet die Vorgabe eines leistungsmodulationsabhängigen Ionisationssollwertes ISOLL(Q). Nach
Der in dieser Kennlinie ISOLL(Q) wiedergegebene Zusammenhang lässt sich für einen gegebenen Brenner mit einfachen Mitteln am Laborprüfstand bestimmen. Schwieriger ist die regelungstechnische Umsetzung in der Praxis beim Endnutzer, da die betroffenen Brenner in der Regel über keine Bestimmung der Leistung Q (also des Brenngasdurchsatzes G) verfügen. Gelöst wird die Aufgabe der Leistungsbestimmung über die Beziehung zwischen der Leistung Q und der Verbrennungsluftmenge L, die sich für eine gewünschte Luftzahl λSOLL als fester proportionaler Zusammenhang darstellen lässt. Aus der Kennlinie ISOLL(Q),
Hierbei ergibt sich nun das Problem, dass die Gebläsedrehzahl nur solange proportional zur geförderten Luftmenge ist, wie die Strömungswiderstände im gesamten Strömungsweg (Luftweg (z. B. Zuluftleitung), Brenngas-Luft-Gemischweg (z. B. Brenner), Heizgasweg (z. B. Wärmetauscher), Abgasweg (z. B. Abgasleitung, Schornstein)) konstant sind. Diese Regel kann aber gestört werden durch plötzlich eintretende oder langsam fortschreitende Verstopfungen im Strömungsweg. Ursachen hierfür können sein Wind, Verschmutzung und Verstopfung aufgrund von Korrosion, Laub und Vögeln, sowie andere Störeinflüsse. In diesen Fällen wird bei unveränderter Gebläsedrehzahl weniger Luft gefördert.The problem now arises that the fan speed is only proportional to the delivered air volume as long as the flow resistance in the entire flow path (air path (eg supply air line), fuel gas / air mixture path (eg burner), heating gas path (eg B. Heat exchanger), flue gas path (eg exhaust pipe, chimney)) are constant. However, this rule can be disturbed by suddenly occurring or slowly progressing blockages in the flow path. Causes may be wind, pollution and constipation due to corrosion, leaves and birds, as well as other disturbing influences. In these cases, less air is delivered at constant fan speed.
Reduziert sich aufgrund erhöhter Strömungswiderstände die Verbrennungsluftmenge, so bleibt aber wegen der unveränderten Gebläsedrehzahl das Flammenionisation-Sollsignal ISOLL(RPM) konstant (
Der genannte Stand der Technik zeigt den Nachteil, dass ein Luftzahl-geregelter Brennerbetrieb mit weitem Leistungsmodulationsbereich gegenüber veränderten Strömungswiderständen im Luft-, Gemisch-, Heizgas- und Abgasweg stark störanfällig ist.The cited prior art has the disadvantage that an air-frequency-controlled burner operation with a wide power modulation range is very susceptible to interference with respect to changed flow resistances in the air, mixture, heating gas and exhaust gas path.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung des Betriebsverhaltens eines leistungsmodulierenden Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenners zu schaffen, mit dem Störeinflüsse aufgrund von veränderten Strömungswiderständen im Luft-, Gemisch, Heizgas- und Abgasweg kompensiert werden.The invention has for its object to provide a method for stabilizing the performance of a power modulating air ratio-controlled gas fan burner, are compensated with the interference due to changes in flow resistance in the air, mixture, Heizgas- and exhaust.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved by the objects with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung eines Betriebsverhaltens eines leistungsmodulierenden, Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenners mit einer unteren Modulationsgrenze und einer oberen Modulationsgrenze kompensiert mit veränderten (z. B. erhöhten) Strömungswiderständen einhergehende Störungen in einem Zuluft-, Brenngas-Luft-Gemisch-, Heizgas- und/oder Abgasweg durch Anpassung des Leistungsmodulationsbereichs. In einem normalen Regelbetrieb des Gasgebläsebrenners wird eine Zusammensetzung eines Brenngas-Luft-Gemischs in Abhängigkeit eines Flammenionisation-Istsignales und eines Flammenionisation-Sollsignales eingestellt, indem das Flammenionisation-Istsignal auf das Flammenionisation-Sollsignal geregelt wird und das Flammenionisation-Sollsignal in Abhängigkeit einer Drehzahl eines Luft fördernden Gebläses vorgebbar ist. Erfindungswesentlich wird bei ausgewählten Betriebszuständen des Gasgebläsebrenners und in Abweichung vom normalen Regelbetrieb das Brenngas-Luft-Gemisch vorübergehend und kurzzeitig mit Brenngas angereichert und das Flammenionisation-Istsignal beobachtet. Aus der Differenz eines beim Anreichern beobachteten maximalen Flammenionisation-Istsignal (stöchiometrische Verbrennung) und dem vor dem Anreichern gemessenen Flammenionisation-Istsignal wird ein sogenannter Flammenionisationssignalhub H gebildet. Wenn nun dieser Flammenionisationssignalhub H (kurz: Signalhub) kleiner ist als ein erster Toleranzbetrag T1 oder größer ist als ein zweiter Toleranzbetrag T2, so wird eine der unteren Modulationsgrenze zugeordnete untere zulässige Gebläsedrehzahl erhöht. Anschließend kehrt die Brennerregelung in den normalen Regelbetrieb zurück. Erster (kleinerer) Toleranzbetrag T1 und zweiterer (größerer) Toleranzbetrag T2 definieren ein zulässiges Flammenionisationshubintervall ΔT (
Vor der Anreicherung des Brenngas-Luft-Gemischs mit Brenngas greift der normale Regelbetrieb, das Flammenionisation-Istsignal ist aufgrund der Regelung gleich dem Sollsignal. Die vorübergehende und kurzzeitige Anreicherung bzw. Anfettung des Brenngas-Luft-Gemischs bewirkt eine Veränderung des Flammenionisation-Istsignales. Ist das Ausgangsgemisch (vor der Anreicherung) deutlich überstöchiometrisch bzw. mager, so wird das Ionisationssignal bei Anfettung deutlich steigen. Ist das Ausgangsgemisch nur leicht überstöchiometrisch, so wächst das Ionisationssignal nur wenig. Ist das Ausgangsgemisch dagegen stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch, so steigt das Ionisationssignal nicht oder fällt sogar. Durch Vergleich des während der Anfettung beobachteten maximalen Flammenionisation-Istsignales mit dem vor der Anfettung herrschenden, ursprünglichen Flammenionisation-Istsignal wird die Größe des Ionisationssignalhubs (Ionisationssignalzuwachs) bestimmt.Prior to the enrichment of the fuel gas-air mixture with fuel gas engages the normal control operation, the flame ionization actual signal is due to the regulation equal to the desired signal. The temporary and short-term enrichment or enrichment of the fuel gas-air mixture causes a change in the flame ionization actual signal. If the starting mixture (before enrichment) is significantly lean of stoichiometry or lean, the ionization signal will rise significantly when enriched. If the starting mixture is only slightly more than stoichiometric, the ionization signal grows only slightly. On the other hand, if the starting mixture is stoichiometric or substoichiometric, the ionization signal does not rise or even fall. The magnitude of the ionization signal lift (ionization signal increase) is determined by comparing the actual maximum flame ionization signal observed during enrichment with the original flame ionization actual signal prevailing before enrichment.
Die gemessenen Ionisationssignale können Einzelmesswerte oder, um statistisch schwankende Messwerte geeignet zu berücksichtigen, gemittelte Messwerte (z. B. nach dem Prinzip des gleitendenden Durchschnitts) sein.The measured ionization signals can be individual measured values or, in order to take appropriate account of statistically fluctuating measured values, average measured values (eg according to the principle of the moving average).
Ist der Signalhub kleiner als der erste Toleranzbetrag, so wird das ursprüngliche Brenngas-Luft-Gemisch damit als zu fett diagnostiziert. Der Signalhub liegt außerhalb des zulässigen Signalhubintervalls. Dies wird auf eine Erhöhung der Strömungswiderstände im Strömungsweg (Luft-, Gemisch, Heizgas- und/oder Abgasweg) zurückgeführt.If the signal deviation is less than the first tolerance amount, then the original fuel gas-air mixture is diagnosed as being too fat. The signal deviation is outside the permissible signal stroke interval. This is attributed to an increase in the flow resistance in the flow path (air, mixture, Heizgas- and / or exhaust path).
Ist der Signalhub größer als der zweite Toleranzbetrag, so wird das ursprüngliche Brenngas-Luft-Gemisch damit als zu mager diagnostiziert. Der Signalhub liegt außerhalb des zulässigen Signalhubintervalls. Dies wird auf eine Verringerung der Strömungswiderstände im Strömungsweg (Luft-, Gemisch, Heizgas- und/oder Abgasweg) zurückgeführt. In beiden Fällen ändert die Brennerregelung einen der Regelung zugrunde liegenden Parametersatz, indem die untere zulässige Gebläsedrehzahl erhöht wird. Dies entspricht einer Erhöhung der zugeordneten unteren Modulationsgrenze bzw. einer Anpassung (Einschränkung) des Leistungsmodulationsbereichs des Gasgebläsebrenners an einen gegenüber einem Auslegungszustand veränderten Strömungswiderstand im Strömungsweg. Mit dieser Anpassung werden der Brennerregelung zugängliche Betriebspunkte auf einen höheren Leistungsmodulationsbereich beschränkt, Betriebspunkte im niedrigeren Modulationsbereich können nicht mehr angefahren werden. Damit werden die Bildung eines Brenngas-Luft-Gemischs mit gewünschter Zusammensetzung bei Sollluftzahl und somit ein stabileres Betriebsverhalten des Gasgebläsebrenners erreicht, da die Brennerflamme weder auf der Austrittsoberfläche aufsitzt und diese überhitzt, noch vom Brenner abhebt und zum Verlöschen neigt, noch überhöhte Schadstoffemissionen bewirkt. Dies ergibt sich aus der flacheren Kennlinie ISOLL(L) beim höheren Leistungsmodulationsbereich (
Liegt der Ionisationssignalhub im zulässigen Signalhubintervall, ist also größer oder gleich dem ersten Toleranzbetrag sowie kleiner oder gleich dem zweiten Toleranzbetrag, so wird das ursprüngliche Brenngas-Luft-Gemisch damit als „gut” diagnostiziert. Die Brennerregelung kehrt ohne Eingriff in einen der Regelung zugrunde liegenden Parametersatz in den normalen Regelbetrieb zurück.If the Ionisationssignalhub in the permissible Signalhubintervall, that is greater than or equal to the first tolerance amount and less than or equal to the second tolerance amount, the original fuel gas-air mixture is thus diagnosed as "good". The burner control returns to the normal control mode without intervention in a parameter set on which the control is based.
Nach Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl greift wieder der normale Regelbetrieb, das heißt dass der Brenner die seitens eines zu versorgenden Heizsystems an ihn gestellten Wärmeanforderungen innerhalb des nun zur Verfügung stehenden, angepassten Modulationsbereichs erfüllt und dabei die beschriebene Luftzahlregelung ausführt.After increasing the lower allowable fan speed again the normal control operation, that is, that the burner meets the heat demands placed on him by a heating system to be supplied within the now available, adjusted modulation range and thereby executes the air ratio control described.
Die Schritte der vorübergehenden, kurzzeitigen Anreicherung des Gemischs mit Brenngas, des Vergleichs des Ionisationssignalhubs mit dem ersten Toleranzbetrag sowie gegebenenfalls der Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl können wiederholt ausgeführt werden und zu einer fortschreitenden Anpassung des Leistungsmodulationsbereichs des Gasgebläsebrenners führen. So kann z. B. bei zunehmendem Strömungswiderstand im Strömungsweg die untere zulässige Gebläsedrehzahl Schritt für Schritt angehoben und damit die der Brennerregelung zugängliche Leistungsmodulation zunehmend auf höhere Bereiche eingeschränkt werden. Andererseits kann bei ausgeräumtem Strömungswiderstand die untere zulässige Gebläsedrehzahl wieder abgesenkt und damit der der Brennerregelung zugängliche Leistungsmodulationsbereich wieder erweitert werden. Die Wiederholfrequenz der wiederholt durchgeführten Schritte kann im Minuten- oder im Stundenbereich liegen. Die Frequenz kann auch in Abhängigkeit des bei Anreicherung des Brenngas-Luft-Gemischs beobachteten Ionisationssignalhubes gewählt werden, bei kleineren Hüben kann die Frequenz beispielsweise höher liegen als bei größeren Hüben.The steps of temporarily, briefly enriching the mixture with fuel gas, comparing the ionization signal stroke with the first amount of tolerance, and optionally increasing the lower allowable fan speed may be repeated and result in a progressive adjustment of the power modulation range of the forced draft gas burner. So z. B. increases with increasing flow resistance in the flow path, the lower allowable fan speed step by step and thus the burner control accessible power modulation are increasingly limited to higher areas. On the other hand, when the flow resistance has been eliminated, the lower permissible fan speed can be lowered again, and thus the power modulation range accessible to the burner control unit can be expanded again. The repetition rate of repeated steps may be in minutes or hours. The frequency can also be selected as a function of the Ionisationsshubhubes observed during enrichment of the fuel gas-air mixture, for smaller strokes, the frequency may for example be higher than for larger strokes.
Die beschriebenen Schritte zur Überprüfung und gegebenenfalls Anpassung des Leistungsmodulationsbereichs des Gasgebläsebrenners werden bei ausgewählten Betriebszuständen des Gasgebläsebrenners und in Abweichung vom normalen Regelbetrieb das Brenngas-Luft-Gemisch ausgeführt. Solche ausgewählten Betriebszustände können beispielsweise Betriebspunkte mittlerer und niedriger Leistungsmodulation sein, da hier erfahrungsgemäß die größten Gradienten der Ionisationssignal-Sollwertkurve vorliegen. Die Schritte können auch nur bei solchen Betriebspunkten ausgeführt werden, die während einer vorgebbaren Mindestdauer unverändert vorliegen, also beispielsweise nach einem fünfminütigen Brennerbetrieb bei Kleinlast. Bei Durchführung der Schritte muss der Brennerbetrieb vom normalen Regelbetrieb abweichen, um das Gemisch abweichend von der Sollluftzahl anzureichern.The described steps for checking and possibly adjusting the power modulation range of the gas-fired burner are carried out at selected operating conditions of the gas-fired burner and in deviation from the normal control operation, the fuel gas-air mixture. Such selected operating states may be, for example, operating points of medium and low power modulation, since, according to experience, the largest gradients of the ionization signal setpoint curve are present here. The steps can also be performed only at those operating points that are unchanged during a predetermined minimum period, so for example, after a five-minute burner operation at low load. When carrying out the steps, the burner operation must deviate from the normal control mode in order to enrich the mixture differently from the nominal air number.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das beobachtete maximale Flammenionisation-Istsignal ein gemessenes maximales Flammenionisation-Istsignal ist. Dies bedeutet, dass beim Anreichern die Gemischzusammensetzung mindestens bis zur Stöchiometrie angefettet wird.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the observed maximum flame ionization actual signal is a measured maximum flame ionization actual signal. This means that when enriching, the mixture composition is at least enriched to stoichiometry.
Eine dazu alternative Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das beobachtete maximale Flammenionisation-Istsignal ein erwartetes maximales Flammenionisation-Istsignal ist, das aus dem beobachteten zeitlichen Verlauf des Flammenionisation-Istsignals vorausschauend ableitbar ist (Zeit t). Der Ableitung des erwarteten Istsignales liegt ein Modell über den Verlauf des Ionisationssignales zugrunde, dies ist der in
Das vorübergehende Anreichern des Brenngas-Luft-Gemischs mit Brenngas umfasst ein Anreichern und ein anschließendes Abmagern auf die vor dem Anreichern herrschende, urprüngliche Gemischzusammensetzung. Nach einer Ausgestaltung erfolgt dies, indem ein eine Brenngasversorgung des Gasgebläsebrenners beherrschendes elektronisches Gasventil bei konstanter Gebläsedrehzahl vorübergehend und kurzzeitig etwa 10% bis 50% mehr Brenngas freigibt. Das Ansteuern des Gasventils erfolgt gesteuert und nicht in Abhängigket einer aktuellen Wärmeanforderung. Das Ansteuern des Gasventils und/oder das Anfetten des Gemischs können nach der Art einer Sprungfunktion oder einer Ramenfunktion erfolgen. Ebenso kann das Anreichern durch eine veränderte Gebläsedrehzahl und eine so veränderte Luftmenge bei konstanter Gasmenge erreicht werden.The temporary enrichment of the fuel gas / air mixture with fuel gas includes enrichment and subsequent leaning to the original mixture composition prior to enrichment. According to one embodiment, this is done by a fuel gas supply of the gas fan burner dominant electronic gas valve at constant fan speed temporarily and briefly releases about 10% to 50% more fuel gas. The control of the gas valve is controlled and not dependent on a current heat request. The activation of the gas valve and / or the enrichment of the mixture can take place in the manner of a jump function or a ramen function. Likewise, the enrichment can be achieved by changing the fan speed and changing the amount of air at a constant amount of gas.
Das Anreichern des Gemischs erfolgt bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens, indem das die Zusammensetzung des Brenngas-Luft-Gemischs beeinflussende Flammenionisation-Sollsignal bei konstanter Gebläsedrehzahl vorübergehend um etwa 10% bis 30% erhöht wird. Dabei ist die Abhängigkeit des Flammenionisation-Sollsignals von der Drehzahl des Gebläses vorübergehend aufgehoben. Die Erhöhung des Sollsignales bewirkt wiederum ein Öffnen des Gasventils und damit ein Anreichern des Gemischs.The enrichment of the mixture takes place in another embodiment of the method by the flame ionization target signal influencing the composition of the fuel gas-air mixture is temporarily increased at constant fan speed by about 10% to 30%. The dependence of the nominal flame ionization signal on the speed of the fan is temporarily suspended. The increase of the desired signal in turn causes an opening of the gas valve and thus an enrichment of the mixture.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens beträgt eine Dauer des vorübergehenden, kurzzeitigen Anreicherns des Brenngas-Luft-Gemischs mit Brenngas etwa 0,1 Sekunden bis 10 Sekunden. Damit sind einerseits die beschriebenen nachteiligen Effekte, die mit der Anfettung einhergehen, zeitlich sehr stark eingeschränkt und fallen daher nicht ins Gewicht. Andererseits ist die durch Verbrennung der zusätzlichen Gasmenge zusätzlich freigesetzte Wärmemenge nur sehr gering und kann leicht durch die thermische Speicherkapazität der beteiligten Bauteilmassen aufgefangen und abgemildert werden.According to a further embodiment of the method, a duration of the temporary, short-term enrichment of the fuel gas-air mixture with fuel gas is about 0.1 second to 10 seconds. Thus, on the one hand, the described adverse effects associated with the enrichment, are very limited in time and therefore are not significant. On the other hand, the additional amount of heat released by combustion of the additional amount of gas is very low and can be easily absorbed and mitigated by the thermal storage capacity of the component masses involved.
Nach einer Ausgestaltung erfolgt die Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl immer um einen festen, anteiligen Betrag von etwa 5% bis 30% eines aktuell zur Verfügung stehenden Drehzahlbereiches.According to one embodiment, the increase in the lower allowable fan speed always takes place by a fixed, proportionate amount of about 5% to 30% of a currently available speed range.
Nach einer dazu alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung hängt der Betrag der Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl von dem Flammenionisationssignalhub bei Anreicherung ab. Dieser Betrag wächst mit größer werdender Differenz zwischen Flammenionisationssignalhub und dem jeweils zugeordneten Toleranzbetrag. Ein geringer Abstand des Flammenionisationssignalhubs vom ersten bzw. zweiten Toleranzbetrag (also ein nur geringfügig außerhalb des Signalhubintervalls liegender Signalhub) hat eine geringe Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl zur Folge. Ein großer Abstand des Flammenionisationssignalhubs vom ersten bzw. zweiten Toleranzbetrag (also ein weit außerhalb des Signalhubintervalls liegender Signalhub) hat eine große Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl zur Folge.According to an alternative or complementary embodiment, the amount of increase in the lower allowable fan speed depends on the Flammenionisationssignalhub when enrichment. This amount increases with increasing difference between Flammenionisationssignalhub and the respectively associated tolerance amount. A small distance of the flame ionization signal stroke from the first or second tolerance amount (ie one only slightly out of Signalhubintervalls lying signal stroke) has a small increase in the lower allowable fan speed result. A large distance of the flame ionization signal stroke from the first and second tolerance amounts (ie, a signal swing far out of the signal stroke interval) results in a large increase in the lower allowable fan speed.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Toleranzbetrag etwa 10% bis 30% des Flammenionisation-Sollsignals, und dass der zweite Toleranzbetrag etwa 30 bis 50% des Flammenionisation-Sollsignals beträgt. Das heilt dass ein Flammenionisation-Istsignal eines verbrennenden Brenngas-Luft-Gemischs mit Sollzusammensetzung (Sollluftzahl) um den entsprechenden Betrag kleiner ist als das bei stöchiometrischer Anreicherung beobachtete maximale Ionisationssignal. Die genauen Werte der Toleranzbeträge ergeben sich auch in Abhängigkeit der Konstruktions-, Betriebs- und/oder Aufstellbedingungen.An embodiment of the method is characterized in that the first tolerance amount is about 10% to 30% of the nominal flame ionization signal, and that the second tolerance amount is about 30 to 50% of the nominal flame ionization signal. This heals that an actual flame ionization signal of a combustible fuel gas / air mixture with target composition (nominal air ratio) is smaller by the corresponding amount than the maximum ionization signal observed with stoichiometric enrichment. The exact values of the tolerance amounts also depend on the design, operating and / or installation conditions.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl nach jedem Brenner-Aus oder nach Betätigung einer Rückstelltaste oder nach einer vorgebbaren Erhöhungsdauer zurückgestellt wird. Die Rückstellung auf den Auslegungszustand bedeutet, dass wieder der gesamte Leistungsmodulationsbereich zur Verfügung steht. Anschließend an die Rückstellung kann dann das erfindungsgemäße Verfahren erneut durchgeführt werden. Bereits bei der ersten oder erst bei einer wiederholten Erhöhung der unteren zulässigen Gebläsedrehzahl kann eine Warnmeldung ausgegeben werden, die einem Nutzer oder Installateur signalisiert, dass im Strömungsweg eine Störung vorliegt.An embodiment of the invention is characterized in that the increase in the lower allowable fan speed after each burner-off or after pressing a reset button or after a predetermined increase period is reset. Resetting to the design state means that the entire power modulation range is available again. Subsequent to the provision, the method according to the invention can then be carried out again. Already at the first or only at a repeated increase of the lower allowable fan speed, a warning message can be issued, which signals to a user or installer that there is a fault in the flow path.
Die Zeichnungen stellen die physikalischen Zusammenhänge der Erfindung dar und zeigen in den Figuren:The drawings illustrate the physical relationships of the invention and show in the figures:
Ein Modulationsbereich eines leistungsmodulierenden Brenners wird durch eine untere Modulationsgrenze (Kleinlast, QMIN) und eine obere Modulationsgrenze (Volllast oder Nennleistung, QNENN) begrenzt. Einer Luftzahlregelung kann beispielsweise die hier mittlere Ionisationskurve, die sich bei einer Luftzahl λ = 1,3 ergibt, als Sollwertkurve vorgegeben werden.A modulation range of a power modulating burner is limited by a lower modulation limit ( low load, Q MIN ) and an upper modulation limit (full load or rated power, Q NOM ). An air-fuel ratio control, for example, the here average ionization curve, which results in an air ratio λ = 1.3, be specified as a setpoint curve.
Tatsächlich wird der Brennerregelung eine Ionisationskurve mit Bezug auf die Gebläsedrehzahl RPM (revolutions per minute) als Sollwertkurve vorgegeben. Bei erhöhten Strömungswiderständen im Luft-, Gemisch-, Heizgas- und/oder Abgasweg verringert sich die Verbrennungsluftmenge L zum Beispiel entlang der Wege A–B und C–D. Die Gebläsedrehzahl ändert sich dabei jedoch nicht oder nicht wesentlich. Da nun aber die Flammenionisation-Sollwertkurve als Funktion der Gebläsedrehzahl formuliert ist, ändert sich auch der Ionisationssollwert nicht. Im hohen Modulationsbereich hat diese Verringerung der Luftmenge keine nennenswerten Auswirkungen auf die Luftzahl des Brenngas-Luft-Gemischs, vergleiche Weg A–B. Im Bereich niedriger Leistungsmodulation ergibt sich jedoch eine deutliche Änderung der Luftzahl gegenüber der Sollzusammensetzung des Brenngas-Luft-Gemischs, zum Beispiel der Weg C–D, mit einer deutlich fetteren Zusammensetzung. Diese fettere Gemischzusammensetzung D als Auswirkung der Störung im Strömungsweg (Erhöhung des Strömungswiderstandes) ist aus oben beschriebenen Gründen unerwünscht.In fact, the burner control is given an ionization curve with respect to the RPM (revolutions per minute) fan speed as the setpoint curve. For example, with increased flow resistances in the air, mixture, fuel gas and / or exhaust gas path, the amount of combustion air L decreases along the paths A-B and C-D. However, the fan speed does not change or does not change significantly. However, since the flame ionization setpoint curve is formulated as a function of the blower speed, the ionization setpoint does not change either. In the high modulation range, this reduction in the amount of air has no appreciable effect on the air ratio of the fuel gas-air mixture, compare route A-B. In the range of low power modulation, however, there is a significant change in the air ratio compared to the target composition of the fuel gas-air mixture, for example the path C-D, with a much richer composition. This greasy mixture composition D as an effect of disturbance in the flow path (increase in flow resistance) is undesirable for reasons described above.
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