DE102020106040A1 - Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme (10), in welchem ein Luft und ein Brenngas umfassendes, Brenngas-Luft-Gemisch in einer Verbrennungskammer (8) verbrannt wird, wobei eine Regelgröße wenigstens eines Sensors (1) zur Anpassung eines Mischverhältnisses von Luftstrom und Brenngasstrom durch geeignete Stellglieder, die vor der Verbrennungskammer (8) angeordnet sind, genutzt wird. Hierbei ist der Sensor (1) der Verbrennungskammer (8) in einem Abgasstrom (9) der Verbrennungskammer (8) nachgelagert angeordnet und wird von dem Abgasstrom (9) aus der Verbrennungskammer zumindest teilweise umströmt und hierbei werden von dem Sensor (1) gemessene Sensordaten über die stoffliche Zusammensetzung des Abgasstroms (9) als die Regelgröße erfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme, in welchem ein Luft und ein Brenngas umfassendes Brenngas-Luft-Gemisch in einer Verbrennungskammer verbrannt wird, wobei eine Regelgröße wenigstens eines Sensors zur Anpassung eines Mischverhältnisses von Luftstrom und Brenngasstrom durch geeignete Stellglieder, die vor der Brennkammer angeordnet sind, genutzt wird.
• Bei derartigen Verfahren wird der Prozess nach dem Stand der Technik auf der Basis einer Ionisationsstrommessung einer Flamme geregelt. Eine Kennlinie definiert einen Sollwert, auf den geregelt wird. Dadurch dass in einem niedrigen Leistungsbereich der Ionisationsstrom auf Grund der geringen Flammengröße sinkt, bietet dieses Verfahren keine zuverlässige Funktion der Gastherme über den gesamten Arbeitsbereich hinweg.
• Aus der EP 2631 541 B1 ist ein Verfahren bekannt, das in einem pneumatischen Verbund mittels Gemischkorrektur auf Basis einer Ionisationsstrommessung arbeitet. Hierbei ist ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners bekannt, wobei während Phasen, in welchen der Brenner eingeschaltet ist, einer Verbrennungskammer des Gasbrenners ein definiertes Brenngas-Luft-Gemisch, das ein definiertes Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft aufweist, bereitgestellt wird zur Verbrennung des definierten Brenngas-Luft-Gemischs in der Verbrennungskammer, wobei das definierte Brenngas-Luft-Gemisch durch eine Mischvorrichtung bereitgestellt wird, welche einen durch eine Luftleitung bereitgestellten Luftstrom mit einem durch eine Brenngasleitung bereitgestellten Brenngasstrom vermischt, wobei ein Gebläse den durch die Luftleitung bereitgestellten Luftstrom und den durch die Brenngasleitung bereitgestellten Brenngasstrom ansaugt, wobei das definierte Brenngas-Luft-Gemisch durch Modulation des Brenngasstroms geregelt wird, wobei die Brennerlast des Gasbrenners durch Modulation der Geschwindigkeit des Gebläses geregelt wird, und wobei das definierte Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft des definierten Brenngas-Luft-Gemischs für verschiedene Brenngasqualitäten kalibriert wird auf der Grundlage eines Signals, das von einem Sensor, welcher der Mischvorrichtung nachgelagert angeordnet ist, bereitgestellt wird.
• Nachteilig ist der quadratische Zusammenhang zwischen Druck und Volumenstrom. Dieser sorgt für das Auftreten extrem niedriger Regeldrücke, die sehr empfindlich gegen Umgebungseinflüsse, wie etwa Wind, sind. Eine Gemischregelung in einem niedrigen Leistungspunkt ist daher schwer möglich.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, welches unabhängig von Art des Brenngases und/oder Umgebungsbedingungen und/oder Einbaubedingungen, kontinuierlich über einen hohen Modulationsbereich hinweg, die Regelung des Prozesses der Gastherme ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst, indem der Sensor der Verbrennungskammer in einem Abgasstrom der Verbrennungskammer nachgelagert angeordnet ist, von dem Abgasstrom aus der Verbrennungskammer zumindest teilweise umströmt wird und von dem Sensor gemessene Sensordaten über die stoffliche Zusammensetzung des Abgasstroms als eine Regelgröße erfasst werden. Hierdurch können Rückschlüsse auf den Verbrennungsprozess gezogen und dieser dadurch optimiert werden.
• Weiterhin ist vorgesehen, in einem der Sensordatenmessung vorgelagerten Verfahrensschritt eine Kondensatabscheidung aus dem Abgasstrom auszuführen. Hierdurch kann die Sensormessung an einem stofflich ausgedünnten Abgasstrom durchgeführt werden, was die Qualität der Messung sowie die Lebensdauer des Sensors verbessert.
• Es ist außerdem vorgesehen, die Kondensatabscheidung mittels Kühlung des Abgasstroms auszuführen. Eine Reduktion der Temperatur des Abgasstroms erzeugt einen Übergang von dem gasförmigen zu dem flüssigen Aggregatzustand der Abgasbestandteile. Das Verfahren der Kühlung ist eine kostengünstige Möglichkeit zur Kondensatabscheidung und bedarf nur eines geringen Installationsaufwands.
• Weiterhin ist vorgesehen, die Regelgröße des Sensors in einem Abgasteilstrom zu erfassen. Hierdurch kann die Messung an handelsüblichen Installationen erfolgen und der Abgasstrom zu seinem größten Teil ohne Umweg, ungehindert abströmen.
• Es ist außerdem vorgesehen, die Regelgröße mittels wenigstens eines thermischen Sensors, insbesondere eines thermischen Leitfähigkeitssensors, zu erfassen. Sensordaten bezüglich der thermischen Leitfähigkeit des Abgasstroms lassen sich nutzen, um Rückschlüsse auf dessen Zusammensetzung und somit auf den Verbrennungsprozess zu ziehen, wodurch dieser optimiert werden kann.
• Zusätzliche Erfindungsdetails sind anhand schematischer Ausführungsbeispiele der Zeichnung zu entnehmen.
• Hierbei zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung einer Gastherme, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist.
• 1 zeigt beispielhaft eine Gastherme 10, an welcher das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wird. Die Gastherme 10 umfasst eine Verbrennungskammer 8 aus deren Abgasstrom 9 ein Abgasteilstrom 4 ausgeleitet wird. Weiterhin umfasst die Gastherme 10 einen Kühler 2. Ein mittels des Kühlers 2 erzeugtes Kondensat des Abgasteilstroms 4 wird an einem Kondensatabscheider 3 über die Kondensatableitung 5 abgeführt, um eine Messung mittels eines Sensors 1 zu ermöglichen. Eine Entnahmedrossel 6 der Gastherme 10 kann entsprechend einer Ausführungsvariante den inneren Querschnitt der Abgasteilstromableitung 7 verringern.
• Das Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses der Gastherme 10, in welchem ein Luft und ein Brenngas umfassendes Brenngas-Luft-Gemisch in einer Verbrennungskammer 8 verbrannt wird, umfasst folgende Schritte. Der Sensor 1 der Verbrennungskammer 8 ist in einem Abgasstrom 9 der Verbrennungskammer nachgelagert angeordnet und wird vom Abgas aus der Verbrennungskammer zumindest teilweise umströmt. Von dem Sensor 1 gemessene Sensordaten über die stoffliche Zusammensetzung des Abgasstroms 9 werden als die Regelgröße erfasst.
• In einem mittels des Sensors 1 ausgeführten, der Sensordatenmessung vorgelagerten, Verfahrensschritt wird an einem Kondensatabscheider 3 eine Kondensatabscheidung aus einem, aus dem Abgasstrom 9 abgezweigten Abgasteilstrom 4 ausgeführt.
• Das Kondensat wird aus dem Kondensatabscheider 3 über eine Kondensatableitung 5 abgeleitet. Das Kondensat wird mittels des Kühlers 2 aus dem Abgasteilstrom 4 auskondensiert. Eine Regelgröße des Sensors 1 wird in dem Abgasteilstrom 4 erfasst. Der Sensor 1 zur Erfassung der Regelgröße ist als thermischer Leitfähigkeitssensors ausgeführt.
• Bezugszeichenliste

1

Sensor

2

Kühler

3

Kondensatabscheider

4

Abgasteilstrom

5

Kondensatableitung

6

Entnahmedrossel

7

Abgasteilstromableitung

8

Verbrennungskammer

9

Abgasstrom

10

Gastherme

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2631541 B1 [0003]

Claims (5)

1. Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme (10), in welchem ein Luft und ein Brenngas umfassendes, Brenngas-Luft-Gemisch in einer Verbrennungskammer (8) verbrannt wird, wobei eine Regelgröße wenigstens eines Sensors (1) zur Anpassung eines Mischverhältnisses von Luftstrom und Brenngasstrom durch geeignete Stellglieder, die vor der Brennkammer angeordnet sind, genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) der Verbrennungskammer (8) in einem Abgasstrom (9) der Verbrennungskammer (8) nachgelagert angeordnet ist und von dem Abgasstrom (9) aus der Verbrennungskammer (8) zumindest teilweise umströmt wird und dass von dem Sensor (1) gemessene Sensordaten über die stoffliche Zusammensetzung des Abgasstroms (9) als die Regelgröße erfasst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Sensordatenmessung vorgelagerten Verfahrensschritt eine Kondensatabscheidung aus dem Abgasstrom (9) ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatabscheidung mittels Kühlung des Abgasstroms (9) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße des Sensors (1) in einem Abgasteilstrom (4) erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße mittels wenigstens eines thermischen Sensors (1), insbesondere eines thermischen Leitfähigkeitssensors, erfasst wird.

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