DE19835790A1

DE19835790A1 - Atmosphärischer Gasbrenner und Verfahren zur Regelung der Primärluftzahl

Info

Publication number: DE19835790A1
Application number: DE19835790A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rusche
Original assignee: ESSEN GASWAERME INST
Current assignee: ESSEN GASWAERME INST
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner mit mindestens einem Mischrohr (3), gegen dessen Eintritt eine Gasdüse (2) gerichtet ist. Ferner betrifft sie ein Verfahren zum Regeln der Primärluftzahl eines solchen Brenners. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird der Zustand der Verbrennung erfaßt und in Abhängigkeit hiervon die Primärluftzahl eingestellt, indem der Eintritts- oder Austrittsquerschnitt des Mischrohres (3) verstellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner mit mindestens einem Misch rohr, gegen dessen Eintritt eine Gasdüse gerichtet ist. Ferner betrifft sie ein Verfahren zum Regeln der Primärluftzahl des Gasbrenners.

Injektorbrennerwerden im haushaltlichen Bereich in großem Umfang in Umlaufwas serheizern, Kombiwasserheizern, Spezialheizkesseln oder Raumheizern eingesetzt.

Bei Injektorbrennern wird das Gas in das Mischrohr eingedüst, wobei es Luft aus der Umgebung mitreißt. Die Verbrennungsqualität läßt unter ungünstigen Betriebsbedin gungen häufig zu wünschen übrig. Dies gilt für den Kaltstart, wechselnde Gasbeschaf fenheiten oder für Veränderungen des Schornsteinzuges. Es besteht die Gefahr, daß infolge unvollständiger Verbrennung umweltschädliche Abgasbestandteile, insbeson dere CO entstehen. Außerdem kann die Verbrennungsstabilität schwanken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, umweltschädigende Abgasbestand teile zu vermeiden und gleichzeitig die Verbrennungsstabilität unter ungünstigen Be triebsbedingungen zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das gattungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeich net, daß der Zustand der Verbrennung erfaßt und in Abhängigkeit hiervon der Eintritts- oder Austrittsquerschnitt verstellt wird. Vorrichtungstechnisch besteht die Lösung der gestellten Aufgabe darin, daß am Eintritt oder am Austritt des Mischrohres eine Vorrich tung zum Verstellen des Durchtrittsquerschnittes angeordnet ist.

Während des Brennerbetriebes kann somit die Zufuhr der Primärluft verändert und damit das Brenngas/Luft-Gemisch den geforderten optimalen Verbrennungsbedingun gen angepaßt werden. Ein schadstoffarmer Betrieb ist damit gewährleistet. Außerdem wird die Verbrennungsstabilität unter ungünstigen Betriebsbedingungen verbessert.

Vorzugsweise wird der Zustand der Verbrennung dadurch erfaßt, daß im Flammenbe reich ein Ionisationsstrom gemessen wird. Der Ionisationsstrom ist zur Regelung der Primärluftzahl gut geeignet, da er mit relativ geringem Aufwand gemessen werden kann. Von dem Ionisationssignal kann zuverlässig der jeweilige Zustand der Verbren nung abgeleitet werden.

Alternativ dazu kann auch der Zustand der Verbrennung dadurch erfaßt werden, daß im Abgas die Konzentration von O₂, CO₂ oder CO gemessen wird.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung am Eintritt oder am Austritt des Mischrohres eine Irisblende auf, deren Durchtrittsquerschnitt mittels mechanischer Lamellen einstellbar ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner ein Sensor zugeordnet ist, der den Zustand der Verbrennung erfaßt, ein entsprechendes Sensorsignal liefert und daß die Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal steuerbar ist.

Der Sensor erkennt eine unvollständige Verbrennung oder einen instabilen Verbren nungszustand und sorgt mit einem entsprechenden Sensorsignal dafür, den Verstell vorgang auszulösen bzw. aufzuheben. Sobald der Sensor ein Signal abgibt, wird der Durchtrittsquerschnitt verändert - vorzugsweise reduziert -, bis sich ein optimaler Ver brennungszustand einstellt.

Eine bevorzugte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Sen sor eine im Flammenbereich angeordnete Ionisationselektrode aufweist. Mit dieser kann bekanntlich der Ionisationsstrom gemessen werden, wenn an die Elektrone eine Spannung angelegt wird.

Aus der DE 44 33 425 C2 ist beispielsweise bekannt, zum verbesserten Auswerten des über die Ionisationselektrode fließenden Stromes auf diese eine Wechselspannung aufzuschalten, der sich ein vom Strom der Ionisationselektrode abhängiger Gleich stromanteil überlagert. Es wird daraus eine Ionisationsspannung abgeleitet, die eine Funktion der jeweiligen Flammentemperatur und der Luftzahl ist. An die Ionisations elektrode ist eine Regelschaltung angeschlossen, die ein Regelsignal erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Gasbrenner in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Verstellen des Durchtritts querschnittes.

In Fig. 1 ist schematisch ein Regelkreis dargestellt, dessen wesentliche Komponenten ein Düsenstock 1 mit Gasdüse 2, ein Mischrohr 3, eine Vorrichtung 4 zum Verstellen des Durchtrittsquerschnittes, eine Ionisationselektrode 5, eine Spannungsquelle 6 und ein Meßwertumformer 7 sind. Auf die Ionisationselektrode 5 wird mittels der Gleich spannungsquelle 6 eine Gleichspannung aufgeschaltet. Es kann ebenso eine Wech selspannung, beispielsweise einfach die Netzwechselspannung, benutzt werden. Die Ionisationselektrode 5 liefert ein für den Ionisationsstrom charakteristisches Ionisati onssignal. Dieses wird im Meßwertumformer 7 mit einem Ionisations-Sollwert vergli chen. Die Regeldifferenz stellt die Eingangsgröße für einen Antrieb 8 der Vorrichtung 4 zum Verstellen des Durchtrittsquerschnittes des Mischrohres dar.

Die zu regelnde Größe ist die Primärluftzahl. Diese wird nicht direkt gemessen, sondern mittels der Ionisationselektrode als Ionisationsstrom bestimmt. Die Ionisationsstrom stärke ist bekanntermaßen in charakteristischer Weise von der Luftzahl der Verbren nung abhängig. Die Ausgangsgröße der Regelstrecke ist also ein meßbarer Ionisati onsstrom in der Flamme. Der Sollwert des Regelkreises ist ebenfalls ein Ionisations strom, wodurch bei der Rückkopplung ein direkter Vergleich von Soll- und Istwert er folgt.

Anstelle des Ionisationsstroms kann auch die Konzentrationsmessung einer Abgas komponente (O₂, CO₂ oder CO) im Abgasweg über einen Gassensor zur Ermittlung der Luftzahl benutzt werden.

Der schematisch dargestellte Injektorbrenner nach Fig. 2 weist mehrere Gasdüsen 2 auf, die jeweils gegen den Eintritt des Mischrohres 3 gerichtet sind. Die Gasdüsen 2 sitzen auf dem Düsenstock 1, der an eine nicht dargestellt Gasleitung angeschlossen ist. Das Gas wird von den Gasdüsen 2 in die Mischrohre 3 eingedüst, wobei Verbren nungsluft mitgerissen wird. Im Mischrohr mischt sich das Gas mit der Verbrennungsluft. Dieses Gemisch wird einem nicht dargestellten Brennerstab oder einer Brennerplatte zugeführt. Jedem Mischrohr ist eine Irisblende 9 vorgeschaltet.

Bekanntermaßen ist bei einem Injektorbrenner der Volumenstrom der vom Treibstrahl mitgerissenen Luft abhängig vom Abstand der Düse zum Mischrohr, vom Verhältnis des Düsendurchmessers zum Mischrohrdurchmesser und von dem Verhältnis von Treibgasdichte zur Dichte der Umgebungsluft.

Bei der geometrischen Auslegung des Brenners ist daher insbesondere darauf zu achten, daß für alle zu verwendenden Brenngasarten eine hinreichende Luftzufuhr rea lisiert werden kann. Dies ist dann gelungen, wenn bei niederkalorischen Gasen eine hinreichend kleine, bei hochkalorischen Gasen eine hinreichend große Luftmenge zur Verfügung gestellt wird, so daß immer eine Luftzahl eingestellt werden kann, mit der ein schadstoffarmer Betrieb gewährleistet ist.

Moderne Injektorbrenner werden in der Regel vollvormischend ausgelegt, so daß sie nur sehr wenig Sekundärluft benötigen. Da die Primärluftzahl direkt beeinflußt wird, eignet sich die Erfindung besonders für diese Brennerbauart.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß der jeweilige Durchtrittsquerschnitt der Irisblende 9 mittels Lamellen 10 verstellt werden kann. Jede Blende 9 wird von einem Einstellhebel 11 betätigt. Die Einstellhebel 11 sind mit einem Kopplungshebel 12 verbunden, der mit Hilfe des Antriebes 8 horizontal bewegbar ist.

Mittels dieser mechanischen Lamellenverstellung wird ein freier Strömungsquerschnitt vorgegeben und damit die Luftvormischung eingestellt. Mittels nicht dargestellter An schläge kann eine unterstöchiometrische Verbrennung verhindert werden.

Die physikalischen Zusammenhänge sowohl zwischen dem Ionisationsstrom und der Primärluftzahl als auch zwischen dem Blendendurchmesser bzw. dem Durchtrittsquer schnitt und dem Ionisationsstrom sind jeweils durch Übertragungsfunktionen beschrie ben. Daraus ergibt sich dann der funktionelle Zusammenhang zwischen der Primärluft zahl und der Blendenverstellung.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Primärluftzahl eines atmosphärischen Gasbrenners mit mindestens einem Mischrohr (3), gegen dessen Eintritt eine Gasdüse (2) ge richtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Verbrennung erfaßt und in Ab hängigkeit davon der Eintritts- oder Austrittsquerschnitt des Mischrohres (3) ver stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Verbrennung dadurch erfaßt wird, daß im Flammenbereich ein Ionisationsstrom gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgas die Konzentration von O₂, CO₂ oder CO gemessen wird.

4. Atmosphärischer Gasbrenner mit mindestens einem Mischrohr (3), gegen des sen Eintritt eine Gasdüse (2) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt oder am Austritt eine Vorrichtung (4) zum Verstellen des Durchtrittsquerschnittes angeordnet ist.

5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (4) eine Irisblende (9) aufweist, deren Durchtrittsquerschnitt mittels mechanischer Lamellen (10) einstellbar ist.

6. Gasbrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner ein Sensor (5) zugeordnet ist, der den Zustand der Verbrennung erfaßt und ein entsprechendes Sensorsignal lie fert und daß die Vorrichtung (4) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal steuerbar ist.

7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Sensor eine im Flammenbereich angeordnete Ionisationselektrode (5) aufweist.