DE1751299B1

DE1751299B1 - DEVICE FOR COMBUSTION CONTROL ON STEAM BOILERS

Info

Publication number: DE1751299B1
Application number: DE19681751299
Authority: DE
Inventors: Fritu Dipl-Ing Purjahn
Original assignee: Askania GmbH
Current assignee: Askania GmbH
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1968-05-06
Publication date: 1971-10-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbrennungsregelung an mit flüssigem Brennstoff gespeisten Feuerungen von Dampfkesseln - insbesondere Schiffskesseln - bestehend aus einer Regelvorrichtung zur Zuführung der Brennstoff- und der Luftmengen zu den Brennern in vorgebbarem Verhältnis beider Mengen und aus einem Hilfsregler zur Korrektur dieses Verhältnisses in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Feuergase, bei der die Brennstoffmenge den Brennern über ein in die Brennstoffleitung eingeschaltetes Dosierventil lastabhängig zugeführt ist.The invention relates to a device for controlling combustion Steam boiler furnaces fed with liquid fuel - in particular ship boilers - Consists of a control device for supplying the fuel and air quantities to the burners in a predeterminable ratio of the two quantities and from an auxiliary regulator to correct this ratio depending on the composition of the fire gases, in which the amount of fuel is fed to the burners via a switched on in the fuel line Dosing valve is fed depending on the load.

Zur Brennstoffeinsparung, Herabsetzung des Taupunkts und der Abgastemperatur von Feuergasen ist es bekannt, die Zusammensetzung der Abgase - insbesondere deren 0z Gehalt - zu messen und mit diesem Meßwert das Brennstoff-Luftmengenverhältnis so zu korrigieren, daß ein möglichst geringer Sauerstoffüberschuß in den Abgasen vorhanden ist.To save fuel, reduce the dew point and the exhaust gas temperature It is known of fire gases, the composition of the exhaust gases - especially their 0z content - to measure and with this measured value the fuel-air quantity ratio to be corrected so that the lowest possible excess of oxygen in the exhaust gases is available.

In einer ausgeführten Einrichtung mit einem Verhältnisregler zur Regelung der Luftmenge, dem neben einem Meßwert der Luftmenge ein Meßwert der Brennstoffmenge als Führungsgröße zugeführt ist, wird die Korrektur durch Verstellung des Sollwerts des Verhältnisreglers bewirkt. Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß wechselnde Kesselbelastungen nicht berücksichtigt werden, und die Regelung erfolgt nur in einem begrenzten Lastbereich zufriedenstellend.In an implemented device with a ratio regulator for regulation the amount of air, which in addition to a measured value of the amount of air, a measured value of the amount of fuel is supplied as a reference variable, the correction is made by adjusting the setpoint of the ratio regulator. This arrangement has the disadvantage that changing Boiler loads are not taken into account, and the regulation takes place in only one limited load range satisfactory.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser Verhältnisse durch Einbeziehung auch wechselnder Lastbereiche in die Regelung.The invention aims to improve these relationships Inclusion of changing load ranges in the control.

Diese Aufgabe wird an Einrichtungen der eingangs näher bezeichneten Art, bei denen zusätzlich ein mittels eines in der Brennstoffleitung angeordneten Hilfsventils einen konstanten Differenzdruck am Dosierventil aufrechterhaltender Differenzdruckregler vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch auf einfache Weise gelöst, daß der Hilfsregler mit seinem Stehsignal den Sollwert des zum Dosierventil gehörigen Differenzdruckreglers verstellt.This task is described in more detail at the facilities of the introduction Type in which an additional means of a arranged in the fuel line Auxiliary valve maintaining a constant differential pressure at the metering valve Differential pressure regulator is provided, according to the invention thereby in a simple manner solved that the auxiliary controller with its standing signal the setpoint of the to the metering valve corresponding differential pressure regulator adjusted.

Durch diese Ausbildung ist der Einfluß der Korrektur lastabhängig und im unteren Lastbereich absolut kleiner als im oberen Lastbereich, wobei die Anordnung zweckmäßig noch derart getroffen ist, daß der Einfluß des Hilfsreglers auf kleine Werte, z. B. 50/a, des jeweiligen Durchflußmeßwerts am Brennstoffventil begrenzt wird, um Pendelungen bei Manövern zu vermeiden.Due to this design, the influence of the correction is load-dependent and absolutely smaller in the lower load range than in the upper load range, whereby the Arrangement is expediently made in such a way that the influence of the auxiliary regulator to small values, e.g. B. 50 / a, the respective flow rate on the fuel valve is limited to avoid swings during maneuvers.

Die Zeichnung erläutert ein Ausführungsbeispiel. Es bezeichnet 1 den Feuerraum eines Dampfkessels 2 auf einem durch Turbinen angetriebenen Schiff, der Dampf für eine Frischdampfleitung 4 erzeugt. Mit 5 ist eine Ölleitung bezeichnet, die einen Tank mit den Brennern 6 der Feuerung verbindet. 7 kennzeichnet die zu den Brennern 6 führende Luftleitung, 8 einen auf die Leitung 7 fördernden Lüfter.The drawing explains an embodiment. It denotes 1 den Firebox of a steam boiler 2 on a ship powered by turbines, the Steam for a live steam line 4 is generated. With an oil line is designated, which connects a tank with the burners 6 of the furnace. 7 denotes the to the burner 6 leading air line, 8 a conveyor on the line 7 fan.

In der Brennstoffleitung 5 ist ein Dosierventil 9 angeordnet, welches von einem elektrohydraulischen Stellmotor 10 mittels eines elektrischen Reglers 11 verstellbar ist. Mit 12 ist ein zweites in der Leitung 5 angeordnetes Regelventil bezeichnet, welches mittels des hydraulischen Kolbenmotors 13 von einem Regler 14 verstellbar ist. Der Regler 14 ist als hydraulischer Strahlrohrregler ausgebildet, und sein Strahlrohr 15 wird von einem Differenzdruckmeßwerk 16 gegen die Kraftwirkung einer Sollwertfeder 17 verstellt. Das Meßwerk 16 mißt über die Impulsleitungen 18 den Differenzdruck am Dosierventil 9. Der Regler 14 verstellt das Ventil 12 derart, daß der Druckabfall des strömenden Brennstoffs am Ventil 9 konstant ist. Die Spannung der Feder 17 bestimmt den Sollwert dieses Druckabfalls. Sie ist von Hand verstellbar.A metering valve 9, which can be adjusted by an electrohydraulic servomotor 10 by means of an electrical controller 11, is arranged in the fuel line 5. A second control valve, which is arranged in the line 5 and can be adjusted by a controller 14 by means of the hydraulic piston motor 13, is designated by 12. The regulator 14 is designed as a hydraulic jet pipe regulator, and its jet pipe 15 is adjusted by a differential pressure measuring mechanism 16 against the force of a setpoint spring 17. The measuring mechanism 16 measures the differential pressure at the metering valve 9 via the pulse lines 18. The controller 14 adjusts the valve 12 in such a way that the pressure drop of the flowing fuel at the valve 9 is constant. The tension of the spring 17 determines the nominal value of this pressure drop. It is adjustable by hand.

Mit 20 ist eine Meßleitung bezeichnet, die die Frischdampfleitung 4 mit einem Dampfdruckmeßwerk 21 eines Strahlrohrreglers 22 verbindet. Dieser proportional wirkende hydraulische Regler verstellt über einen Kolbenmotor 23 ein mechanisches Gestänge 24 derart, daß die Stellung des Gestänges mit dem Dampfdruck in der Leitung 4 variabel ist. Das Gestänge 24 ist mit einem elektrischen Signalgenerator 25, einem induktiven Geber, verbunden, dessen Ausgangssignal dem Eingang des Reglers 11 zugeführt ist. Der Regler 11 verstellt deshalb das Ventil 9 dampfdruckabhängig und regelt diesen auf einen Wert ein, der am Sollwertgeber 26 des Reglers 22 einstellbar ist.A measuring line is designated by 20, which connects the live steam line 4 to a steam pressure measuring device 21 of a jet pipe regulator 22. This proportionally acting hydraulic regulator adjusts a mechanical linkage 24 via a piston motor 23 in such a way that the position of the linkage with the steam pressure in the line 4 is variable. The linkage 24 is connected to an electrical signal generator 25, an inductive transmitter, the output signal of which is fed to the input of the controller 11. The regulator 11 therefore adjusts the valve 9 as a function of the steam pressure and regulates it to a value which can be set at the setpoint generator 26 of the regulator 22.

Mit 30 ist eine in der Leitung 7 angeordnete Meßblende bezeichnet, die der Durchflußmessung dient. Der an ihr abfallende Differenzdruck ist über die Impulsleitungen 31 mittels eines Membrandifferenzdruckmessers 32 gemessen, dessen Membran über eine Stange 33 einen einarmigen Hebel 34, der um die Achse 35 drehbar ist, gegen die Kraft einer Feder 36 verstellt. Der Hebel ist mit einem elektrischen Signalgenerator 37 verbunden, der ein mit der Hebelstellung veränderliches Meßsignal erzeugt. Die Spannung der Feder 36 ist über eine Kurvenscheibe 38, welche am Gestänge 24 befestigt ist, einstellbar.A measuring orifice arranged in the line 7 is designated by 30, which is used to measure the flow. The differential pressure dropping across it is via the Pulse lines 31 measured by means of a membrane differential pressure meter 32, the Membrane via a rod 33 a one-armed lever 34 which is rotatable about the axis 35 is adjusted against the force of a spring 36. The lever is with an electric Signal generator 37 connected, which is a variable with the lever position measurement signal generated. The tension of the spring 36 is via a cam disk 38 which is attached to the linkage 24 is attached, adjustable.

Das Ausgangssignal des Generators 37 ist dem Eingang eines elektrischen Reglers 40 zugeführt, welcher über eine elektrohydraulische Stelleinrichtung 41 eine in der Leitung 7 angeordnete Klappe 42 zur Dosierung der Luftmenge verstellt. Die Luftmenge wird entsprechend dem von der Spannung der Feder 36 vorgegebenen Wert geregelt.The output signal of the generator 37 is fed to the input of an electrical controller 40 which, via an electrohydraulic adjusting device 41, adjusts a flap 42 arranged in the line 7 for metering the amount of air. The amount of air is regulated according to the value specified by the tension of the spring 36.

Mit 50 ist eine im Abgaskanal des Kesselfeuerraums 1 angeordnete Meßstelle bezeichnet, an der mittels eines elektrischen Meßumformers 51 der Sauerstoffgehalt der Abgase kontinuierlich gemessen und in ein entsprechendes elektrisches Meßsignal umgewandelt ist. Das Signal ist der Meßleitung 52 zugeführt, die mit dem Eingang eines elektrischen PI-Reglers 53 verbunden ist. An diesem Regler ist mittel eines Potentiometers 54 für das Signal der Leitung 52 ein Sollwert vorgebbar, und ein entsprechendes Stehsignal ist dem Realer in Form eines elektrischen Gleichstroms, der der Wicklung 55 eines permanentmagnetischen Tauchspulsystems 56 zugeführt ist, entnommen.With 50 is a measuring point arranged in the exhaust gas duct of the boiler combustion chamber 1 denotes, on which by means of an electrical transducer 51 the oxygen content the exhaust gases are measured continuously and converted into a corresponding electrical measurement signal is converted. The signal is fed to the measuring line 52, which is connected to the input an electrical PI controller 53 is connected. There is one on this controller Potentiometer 54 for the signal of the line 52, a setpoint value can be specified, and a The corresponding standing signal is the real one in the form of an electrical direct current, which is fed to the winding 55 of a permanent magnetic plunger coil system 56, taken.

Die im Luftspalt des Systems bewegliche Spule ist an einem drehbeweglichen Hebel 57 befestigt, welcher mit der Sollwertfeder 17 des Reglers 14. in Verbindung steht. Der die Wicklung 55 durchfließende Strom ist begrenzt und ändert den Sollwert des Reglers 14 um geringe Prozentwerte [3 ... 10 0,'o], und es ist die Anordnung derart getroffen, daß mit steigendem Strom der Sollwert vergrößert wird.The coil, which is movable in the air gap of the system, is attached to a rotatable lever 57 which is connected to the setpoint spring 17 of the controller 14. The current flowing through winding 55 is limited and changes the setpoint value of controller 14 by small percentage values [3 ... 10 0, 'o], and the arrangement is such that the setpoint value is increased with increasing current.

Mit 60, 61 und 62 sind jeweils von Hand bedienbare Stellvorrichtungen bezeichnet, die es gestatten, die Motoren 23, 10 und 41 auch von Hand durch Eingriff in die Regler 22, 11 und 40 zu verstellen.With 60, 61 and 62 are each manually operable adjusting devices referred to, which allow the motors 23, 10 and 41 by hand by engagement to be adjusted in the controllers 22, 11 and 40.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Der Regler 22 verstellt über das Gestänge 24 lastabhängig den Generator 25 und damit das Dosierventil 9, wobei der Sollwert des Reglers 32, 34, 37, d. h. die Spannung der Feder 36, lastabhängig über die Kurvenscheibe 38 so verändert wird, daß bei allen Lastzuständen ein durch die Kurve 38 vorgegebenes Verhältnis zwischen der dem Kessel zugeführten Luft-und Brennstoffmengen eingehalten wird. Das Verhältnis ist allgemein derart eingestellt, daß ein gewisser Luftüberschuß, z. B. 10 °, o, im Abgaskanal vorhanden ist. Dieser überschuß wird durch den Regler 53 reduziert, wobei das Tauchspulsystem 56 den Sollwert für den Regler 14 erhöht und damit den Differenzdruck am Dosierventil9 heraufsetzt. Diese Erhöhung, die durch Öffnung des Ventils 12 erreicht wird, bewirkt eine Steigerung der Brennstoffzufuhr und damit eine Minderung des Luftüberschusses. Die Nachstellzeit des PI-Reglers 53 ist in die Größenordnung von etwa 10 Minuten gelegt.The arrangement described works as follows: The controller 22 adjusts Via the linkage 24, the generator 25 and thus the metering valve 9, depending on the load, where the setpoint of the controller 32, 34, 37, d. H. the tension of Spring 36, depending on the load on the cam 38 is changed so that at all Load conditions a predetermined by the curve 38 ratio between that of the boiler supplied air and fuel quantities is observed. The relationship is general adjusted so that a certain excess of air, z. B. 10 °, o, in the exhaust duct is available. This excess is reduced by the controller 53, the moving coil system 56 increases the setpoint for the controller 14 and thus the differential pressure at the metering valve 9 raises. This increase, which is achieved by opening the valve 12, causes an increase in the fuel supply and thus a reduction in the excess air. The reset time of the PI controller 53 is in the order of magnitude of about 10 minutes placed.

Durch die erläuterte Anordnung wird erreicht, daß die Beeinflussung des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses auch lastabhängig geändert wird, was die Brauchbarkeit der Einrichtung erhöht.The explained arrangement ensures that the influencing the fuel-air ratio is also changed depending on the load, what the Increased usability of the facility.

In praktischen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Korrektur im Schwachlastbereich [bis etwa .10 % der Vollast] außer Betrieb zu setzen.In practical cases it can be useful to make the correction in the low-load range [to about .10% of full load] to put out of operation.

In diesem Fall ist die Anordnung derart getroffen, daß eine lastabhängige selbsttätige Abschaltung des Reglers 53, z. B. durch Kurzschluß seines Eingangs, erfolgt, sofern die Last unter die zweckmäßig einstellbare Lastgrenze absinkt. Dieser Vorgang wird dann beim Ansteigen der- Last über die Grenze wieder selbsttätig behoben. Dieses ist beispielsweise über Schaltkontakte am Gestänge 24 erreichbar.In this case, the arrangement is made such that a load-dependent automatic shutdown of the controller 53, z. B. by shorting its input, takes place if the load drops below the expediently adjustable load limit. This The process is then automatically corrected again when the load rises above the limit. This can be reached, for example, via switching contacts on the linkage 24.

Claims

Claims: 1. Device for the combustion control of fuel-fed furnaces of steam boilers - in particular ship boilers - consisting of a control device for supplying the fuel and air quantities to the burners in a predeterminable ratio of the two quantities and of an auxiliary regulator for correcting this ratio as a function of the composition of the fire gases, in which the amount of fuel is fed to the burners via a metering valve switched on in the fuel line, using a differential pressure regulator which maintains a constant differential pressure at the metering valve by means of an auxiliary valve arranged in the fuel line, characterized in that the auxiliary regulator (53) with its Standing signal (55) adjusts the setpoint (17) of the differential pressure regulator (14) belonging to the metering valve (9).

2. Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary regulator (53) acts on the differential pressure regulator (14) in the sense of increasing a differential pressure predetermined on it by means of a setpoint generator (17).