DE19711140A1 - Method for operating burner with mixture of fuel and air - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung eines Heizgeräts nach der Gattung des Hauptanspruchs, sowie von einem Heizgerät zur Durchführung des Verfahrens. Die Abgasrückführung dient allgemein dazu, die Flammentemperatur des Brenners zu senken und dadurch die NOx-Anteile im Abgas zu reduzieren. Bei den bekannten Regelverfahren für Heizgeräte mit Abgasrückführung (z. B. EP 0 272 660 B1) wird die Abgasteilmenge dem Gasbrenner im gleichen Verhältnis wie die Verbrennungsluftmenge zugeführt. Bei dieser Steuerung bzw. Regelung der Abgasrückführung muß das Heizgerät so ausgelegt werden, daß im oberen Lastbereich des Brenners keine unzulässig hohen CO-Emissionen entstehen. Dadurch wird jedoch im unteren Lastbereich des Brenners Schadstoffminderungspotential verschenkt.The invention relates to a method for controlling a heater according to the preamble of the main claim, and a heater for performing the method. The exhaust gas recirculation is generally used to lower the flame temperature of the burner and thereby reduce the NO x components in the exhaust gas. In the known control methods for heaters with exhaust gas recirculation (e.g. EP 0 272 660 B1), the partial exhaust gas quantity is fed to the gas burner in the same ratio as the combustion air quantity. With this control or regulation of the exhaust gas recirculation, the heater must be designed so that there are no impermissibly high CO emissions in the upper load range of the burner. As a result, however, pollutant reduction potential is wasted in the lower load range of the burner.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Absenkung der Abgas-Rückführrate im oberen Lastbereich des Brenners die Ausbrandstrecke der Flammen und damit auch die Verweilzeit des Brenngases in der Brennkammer weniger stark verkürzt wird als bei den bekannten Regelverfahren, so daß im gesamten Lastbereich des Brenners sowohl die NOx- als auch die CO-Emissionen in zulässigen Grenzen gehalten werden können, ohne daß im unteren Lastbereich Schadstoffminderungspotential verschenkt werden muß.The control method according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the reduction of the exhaust gas recirculation rate in the upper load range of the burner reduces the burnout distance of the flames and thus also the residence time of the fuel gas in the combustion chamber less than in the known control methods. so that both the NO x and the CO emissions can be kept within permissible limits in the entire load range of the burner, without having to waste pollutant reduction potential in the lower load range.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Regelverfahrens möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the control method are possible.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zwischen dem Verhältnis von rückgeführter Abgasteilmenge zur Gesamtmenge des Abgases, der sogenannten Rückführrate, und der CO-Emission ein für jede Brennerbelastung besonderer Zusammenhang besteht. Systematische Messungen haben ergeben, daß lediglich bei geringen Rückführraten bis maximal 15% eine CO-Minderung festgestellt werden kann, die umso deutlicher ausfällt, je niedriger die Belastung des Brenners ist. Bei der Abgasrückführung nimmt jedoch das Temperaturniveau mit steigender Rückführrate stetig ab. Die Verbrennungsreaktion setzt - temperaturbedingt - später ein, was zur Folge hat, daß sich die Flammenzone in Richtung Brennkammer verlagert und die Ausbrandstrecke verkürzt. Hierdurch läßt sich im Zusammenhang mit den niedrigeren Spitzentemperaturen das Meßergebnis erklären, das bei hohen Rückführraten die CO-Emissionen drastisch zunehmen. Gleichzeitig wurde festgestellt, daß der Anstieg des CO-Gehaltes bei einer Rückführrate einsetzt, die umso kleiner ist, je höher der Brenner belastet ist.The invention is based on the knowledge that between the Ratio of recirculated exhaust gas quantity to total quantity the exhaust gas, the so-called recirculation rate, and the CO emissions are special for every burner load Connection exists. Systematic measurements have shown that only with low return rates up to a maximum of 15% a CO reduction can be determined, the all the more turns out to be clearer, the lower the burner load is. With exhaust gas recirculation, however, that takes Temperature level decreases steadily with increasing recirculation rate. The Combustion reaction starts later due to temperature with the result that the flame zone moves towards Combustion chamber relocated and the burnout distance shortened. This can be used in connection with the lower Peak temperatures explain the measurement result, that at high Recycle rates increase CO emissions dramatically. At the same time, it was found that the increase in CO content at a recycle rate, the smaller is, the higher the burner is loaded.
Auf diesen Erkenntnissen aufbauend, wird zur Optimierung der Schadstoffemissionen vorgeschlagen, daß sich die Steuerung bzw. Regelung der Rückführrate am Zusammenhang zwischen dem CO-Gehalt des Abgases und der Rückführrate orientiert und jeder Brennerbelastung ein Grenzwert der Rückführrate im Sinn einer Minimierung des CO-Gehaltes zugeordnet ist.Building on this knowledge, the optimization of Pollutant emissions suggested that control or regulation of the return rate on the relationship between the CO content of the exhaust gas and the recirculation rate and a limit value for the recirculation rate in each burner load Minimizing the CO content.
Bei modulierenden Heizgeräten, wie Wassererhitzern mit Lamellenwärmetauschern, nimmt die Abgastemperatur hinter dem Wärmetauscher mit der Belastung des Brenners zu. Daher wird vorgeschlagen, daß die Rückführrate abhängig von der Temperatur des Abgases gesteuert bzw. geregelt ist.With modulating heaters, such as water heaters with Finned heat exchangers, the exhaust gas temperature takes behind Heat exchanger with the burner load. Therefore suggested that the recycle rate be dependent on the The temperature of the exhaust gas is controlled or regulated.
Bei Heizgeräten mit Gebläsen, deren Drehzahl wärmebedarfsabhängig beeinflußt ist, kann die Rückführrate auch über ein von der Gebläsedrehzahl abhängiges elektrisches Signal gesteuert bzw. geregelt werden.For heaters with fans, their speed is dependent on the heat demand, the recycle rate also via a dependent on the fan speed electrical signal can be controlled or regulated.
Eine einfache Ausführung ergibt sich, wenn die Rückführrate über ein Regelorgan in einer Abgas-Rückführleitung beeinflußt ist.A simple design results when the feedback rate via a control element in an exhaust gas recirculation line is influenced.
Bei von der Abgastemperatur gesteuerter bzw. geregelter Rückführrate kann ein Drosselorgan raumsparend in einer Abgas-Rückführleitung vorgesehen werden, das von einem von der Abgastemperatur beaufschlagten wärmeempfindlichen Stellglied, wie Bimetallelement oder Dehnstoffelement, beeinflußt ist.When controlled by the exhaust gas temperature A throttle body can save space in a return rate Exhaust gas recirculation line can be provided by one of the temperature sensitive to the exhaust gas Actuator, such as bimetal element or expansion element, is influenced.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schaubild des Zusammenhanges von CO-Emissionen und Rückführraten bei verschiedenen Brennerbelastungen, und Fig. 2 schematisch einen gasbeheizten Wassererhitzer mit externen Abgasrückführung. An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 is a diagram of the relationship of CO emissions and recirculation rates at different loads burner, and Fig. 2 shows schematically a gas-fired water heater with external exhaust gas recirculation.
Im Schaubild nach Fig. 1 sind die Ergebnisse systematischer Untersuchungen zusammengefaßt, die zu den der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnissen geführt haben. Das Schaubild zeigt die Abhängigkeit der CO-Emissionen von der Brennerbelastung und von der Abgas-Rückführrate R. Der Linienzug a zeigt die Abhängigkeit bei einer Brennerbelastung von 20 W/cm2, der Linienzug b bei 30 W/cm2 und der Linienzug c bei 40 W/cm2. Jeder Linienzug a, b, c weist einen flach verlaufenden oder leicht abfallenden ersten Abschnitt auf, der in einem gewissen Bereich der Rückführrate R in einen steil nach oben gehenden zweiten Abschnitt übergeht. Es ist erkennbar, daß der Beginn des zweiten Abschnitts bei der höheren Brennerbelastung von 40 W/cm2 (Linie c) bereits bei einer Rückführrate von etwa 10% beginnt, während bei den geringeren Belastungen der Anstieg des CO-Gehaltes erst bei höheren Rückführraten einsetzt.The results of systematic investigations are summarized in the diagram according to FIG. 1, which have led to the findings on which the invention is based. The diagram shows the dependency of the CO emissions on the burner load and on the exhaust gas recirculation rate R. The line a shows the dependency at a burner load of 20 W / cm 2 , the line b at 30 W / cm 2 and the line c at 40 W / cm 2 . Each line a, b, c has a flat or slightly sloping first section, which in a certain range of the return rate R merges into a steeply rising second section. It can be seen that the beginning of the second section at the higher burner load of 40 W / cm 2 (line c) already begins at a recycle rate of about 10%, while the increase in the CO content only begins at higher recycle rates at the lower loads .
Der in Fig. 2 dargestellte Wassererhitzer hat einen geschlossenen Innenkörper 8, der in der Reihenfolge von oben nach unten eine Mischkammer 10, einen keramischen Flächenbrenner 12, eine Brennkammer 14, einen Lamellenwärmetauscher 16 und eine Abgas-Sammelkammer 18 enthält. In die Mischkammer 10 mündet eine Frischluftleitung 20, die über ein Gebläse 22 führt. Zwischen Gebläse 22 und Mischkammer 10 ist eine Gasleitung 24 an die Frischluftleitung 20 angeschlossen. Über diese wird der Brennstoff unter Druck in den vom Gebläse 22 geförderten Luftstrom eingeführt, wonach sich die beiden Verbrennungskomponenten in der Mischkammer 10 vollständig vermischen. The water heater shown in FIG. 2 has a closed inner body 8 , which contains a mixing chamber 10 , a ceramic surface burner 12 , a combustion chamber 14 , a finned heat exchanger 16 and an exhaust gas collection chamber 18 in the order from top to bottom. A fresh air line 20 , which leads via a blower 22 , opens into the mixing chamber 10 . A gas line 24 is connected to the fresh air line 20 between the blower 22 and the mixing chamber 10 . The fuel is introduced under pressure into the air flow conveyed by the fan 22 , after which the two combustion components in the mixing chamber 10 mix completely.
An die Abgas-Sammelkammer 18 ist ein Abgaskanal 26 angeschlossen, von dem eine Rückführleitung 28 für eine Abgasteilmenge in die Frischluftleitung 20 führt. Der wirksame Querschnitt der Rückführleitung 28 ist von einer Drosselklappe 30 gesteuert, an der ein der Abgastemperatur ausgesetztes wärmeempfindliches Bimetallstellglied 32 verstellend angreift. Die Anordnung ist so getroffen, daß mit steigender Brennerbelastung und dabei steigender Abgastemperatur die Drosselklappe 30 im Sinn einer Querschnittsverengung der Rückführleitung 28 verstellt wird. Dadurch wird in Übereinstimmung mit dem Schaubild nach Fig. 1 die Abgas-Rückführrate bei steigender Brennerbelastung auf einfache Weise vermindert.An exhaust gas duct 26 is connected to the exhaust gas collection chamber 18 , from which a return line 28 for a partial exhaust gas quantity leads into the fresh air line 20 . The effective cross section of the return line 28 is controlled by a throttle valve 30 , on which a heat-sensitive bimetal actuator 32 exposed to the exhaust gas temperature acts in an adjusting manner. The arrangement is such that the throttle valve 30 is adjusted in the sense of a narrowing of the cross section of the return line 28 with increasing burner load and thereby increasing exhaust gas temperature. As a result, in accordance with the diagram in FIG. 1, the exhaust gas recirculation rate is reduced in a simple manner when the burner load increases.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19711140A DE19711140A1 (en) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | Method for operating burner with mixture of fuel and air |
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DE19711140A DE19711140A1 (en) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | Method for operating burner with mixture of fuel and air |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19711140A1 true DE19711140A1 (en) | 1998-06-04 |
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DE19711140A Ceased DE19711140A1 (en) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | Method for operating burner with mixture of fuel and air |
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DE (1) | DE19711140A1 (en) |
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