DE19860636A1

DE19860636A1 - Verfahren zur Überwachung eines Brenners

Info

Publication number: DE19860636A1
Application number: DE19860636A
Authority: DE
Inventors: Jochen Arthkamp; Hans-Dieter Seibert
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2000-07-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Brenners, bei dem Brennstoff mit Verbrennungsluft in einer Aufheizphase unter Flammenbildung verbrannt wird. Nach Abschluß der Aufheizphase verbrennt das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch ohne sichtbare Reaktion in einem ersten Reaktionsraum. Nach Abschluß der Aufheizphase wird ein Teilgasstrom mit Verbrennungsluft in einem zweiten Reaktionsraum, der dem ersten Reaktionsraum vorgeschaltet ist, gemischt und unter Flammenbildung verbrannt, wobei die Überwachung des Brenners ausschließlich mittels einer Ionisationselektrode im zweiten Reaktionsraum erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines ohne sichtbare Ver brennungsreaktion arbeitenden Brenners.

Die Überwachung einer konventionellen Verbrennung mit einem Gasbrenner läßt sich mit geringem Aufwand anhand der Überwachung der Reaktionsflamme durchführen. Hierzu können Ultraviolettsonden oder Ionisationselektroden einge setzt werden. Beide Meßprinzipien versagen jedoch bei der flammenlosen Oxida tion, wie sie z. B. in der EP 0 463 218 B1 beschrieben ist. Bei der Steuerung von Brennern die ohne sichtbare Verbrennungsreaktion arbeiten sind zwei getrennte Überwachungssysteme erforderlich, die zudem in zwei verschiedenen Phasen des Verbrennungsprozesses die Regelung des Brenners übernehmen. In der Aufheiz phase des Brenners kann eine konventionelle Flammenüberwachung mittels Ul traviolettsonden oder Ionisationselektroden erfolgen. Erfolgt nach Abschluß der Aufheizphase die weitere Verbrennung flammenlos, muß auf die aufwendige und träge Temperaturüberwachung im Verbrennungsofen umgeschaltet werden, da weder Ultraviolettsonden, noch Ionisationselektroden in der Lage sind, den flam menlosen Reaktionsprozeß zu erfassen und brauchbare Meßwerte zu liefern.

Die aus der EP 0 463 218 B1 bekannte Flammenüberwachung unter Verwendung sowohl eines Detektors für die Ultraviolettstrahlung, der für die Überwachung der Aufheizphase einschließlich des Erkennens von deren Abschluß eingesetzt wird, sowie zusätzlich eines Temperaturfühlers für die Betriebsphase mit flammenloser Oxidation hat verschiedene Nachteile. So ist die Überwachung mittels zweier ge trennter Systeme nicht sehr zuverlässig. Unter dem Aspekt der Betriebssicherheit ist es auch von Nachteil, daß die Flammenüberwachung während des Betriebes des Ofens von einem auf das andere Meßsystem umgeschaltet werden muß. Schließlich ist die Temperaturüberwachung unter Verwendung hitzebeständiger Temperaturelektroden deutlich teurer als die konventionelle Überwachung und eine darauf aufbauende Brennersteuerung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines ohne sichtbare Verbrennungsreaktion arbeitenden Brenners mit verringer tem meßtechnischen Aufwand zu schaffen.

Zur Lösung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorge schlagen.

Mit einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß nach Abschluß der Aufheizphase des Ofens der Anteil des dem zweiten Reakti onsraum zugeführten Brennstoffes nicht mehr als 25% der gesamten Brennstoff menge beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines auf der einzigen Zeichnung stark schematisch und im Längsschnitt dargestellten Brenners erläu tert.

Der Brenner, welcher in die Öffnung eines Ofens eingesetzt wird, besteht aus ei nem Gehäuse 1 mit an der einen Stirnseite angeordneten Austrittsöffnungen 2, 3 sowie im Bereich der anderen Stirnfläche angeordneten Zuführungen 4, 5 für den Brennstoff. Ferner ist das im wesentlichen zylindrische Gehäuse 1 in seinem hin teren Bereich mit einer Luftzuführung für Verbrennungsluft versehen.

Die Austrittsöffnung 3 befindet sich am Ende einer langgestreckten Lanze 6, die die Länge des gesamten Gehäuses 1 durchdringt. Mittels der Lanze 6 gelangt bei 5 zugeführter Brennstoff unmittelbar bis an die Austrittsöffnung 3 der Lanze 6 und von dort in die Brennkammer des Ofens. Eine Austrittsöffnung 2 für Luft und Ab gas einer Pilotflamme umgibt ringförmig die Austrittsöffnung 3 der Lanze 6, wobei die Austrittsöffnung 3 etwas weiter in den Innenraum des Ofens vorspringt als die Austrittsöffnung 2.

Über die Zuführung 4 zugeführtes Heizgas, vorzugsweise Erdgas, gelangt zu nächst in einen Verteiler 7 und von dort über radiale Öffnungen 8 in den Reakti onsraum 9 innerhalb des Gehäuses 1. Der durch die radialen Öffnungen 8 aus tretende Brennstoff mischt sich in dem Reaktionsraum mit frischer Verbrennungs luft, die über eine Brennerscheibe 10 in den Reaktionsraum 9 gelangt. Zu diesem Zweck ist die Brennerscheibe 10 mit einem System fein verteilter Öffnungen für den Durchtritt der Verbrennungsluft versehen. In der Zeichnung ist unter Verwen dung von Pfeilen eingetragen, wie einerseits der Brennstoff über die radialen Öff nungen 8, und andererseits die frische Verbrennungsluft über die Brennerscheibe 10 in den Reaktionsraum 9 gelangt. Der ringförmige Reaktionsraum 9, durch den die Lanze 6 hindurchführt, mündet in der bereits beschriebenen Austrittsöffnung 2 in den auf der Zeichnung nicht dargestellten Ofeninnenraum.

Während der Aufheizphase gelangt das Brenngas überwiegend über die Zufüh rung 4 in den Brenner. Lediglich ein Teilstrom des Brenngases von etwa 10 bis 15% gelangt über die Zuführung 5 in die zentrale Lanze 6. Auf dieses Weise wird die Lanze gekühlt, außerdem lassen sich auf diese Weise die bei der Verbren nung anfallenden NO_x-Mengen reduzieren.

Während der Aufheizphase kommt es zu einer starken Reaktion zwischen dem aus den radialen Öffnungen 8 austretenden Brennstoff und der über die Brenner scheibe 10 eintretenden Verbrennungsluft. Das so gebildete Gemisch reagiert unter Flammenbildung, die heißen Brenngase gelangen über die Austrittsöffnung 2 in den Ofeninnenraum.

Die Meßelektrode 11 erfaßt die Ionisation der im Reaktionsraum 9 gebildeten Flamme. Hierzu befindet sich der eigentliche Meßbereich der Meßelektrode in der zentralen Reaktionszone des Reaktionsraumes 9, vorzugsweise dort, wo Luftstrom und Brennstoffstrom zusammentreffen. Das Meßprinzip der an sich bekannten Io nisationsflammenüberwachung beruht darauf, daß die Gasmoleküle durch die hohe Temperatur in der Flamme in Ionenpaare gespalten werden, wodurch sie zu elektrischen Ladungsträgern werden.

Nach Erreichen der gewünschten Ofentemperatur ist die Aufheizphase beendet. In der Regel ist dies ein Wert der Ofentemperatur von mindestens 850°C. Über ent sprechende Ventile werden daraufhin die Gasmengen so umgeschaltet, daß nur noch ein Teilstrom von höchstens 25% über den Verteiler 7 und die radialen Öff nungen 8 in den zweiten Reaktionsraum 9 gelangt, wohingegen der überwiegende Anteil des Gasmengenstroms über die Lanze 6 in den Ofeninnenraum strömt, so daß sich im Ofeninnenraum, der den ersten Reaktionsraum bildet, eine Verbren nung ohne sichtbare Reaktion einstellt. Infolge der Hindurchführung der Lanze 6 durch den Brenner werden die hindurchströmenden Brenngase bereits stark auf geheizt, bevor diese über die Austrittsöffnung 3 in den Ofeninnenraum ausströ men.

Da während dieser Betriebsphase die Oxidation in dem Ofeninnenraum ohne sichtbare Reaktion erfolgt, sind in diesem Bereich Nlessungen mittels einer Ionisa tionselektrode nicht möglich. Erfindungsgemäß jedoch dauert auch im Betrieb des Ofens die Oxidation in dem zweiten Reaktionsraum 9 des Brenners an, da nach wie vor ein Teilstrom des Brenngases auf dem beschriebenen Wege in das Ge häuse des Brenners gelangt. Diese, nach wie vor unter sichtbarer Flammenbil dung stattfindende Oxidation in dem Reaktionsraum 9 wird, ebenso wie in der Aufheizphase, durch die Meßelektrode 11 überwacht, um auf Basis der so ge wonnenen Meßwerte den Brenner zu überwachen. Die weiterhin innerhalb des Gehäuses 1 stattfindende Reaktion arbeitet also wie eine Pilotreaktion, aufgrund deren Meßergebnissen die flammenlose Hauptreaktion im Ofen überwacht wird.

Weitere Meßeinrichtungen im Ofeninnenraum sind daher nicht erforderlich; insbe sondere entfällt die Verwendung teurer und nur träge ansprechender Temperatu relektroden in dem Ofen. Von Vorteil ist zudem, daß sowohl in der Aufheizphase als auch in der Betriebsphase die Regelung des Brenners ausschließlich unter Verwendung der Meßwerte der Ionisations-Meßelektrode 11 erfolgen kann.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Austrittsöffnung

3

Austrittsöffnung

4

Zuführung für Brennstoff

5

Zuführung für Brennstoff

6

Lanze

7

Verteiler

8

radiale Öffnung

9

zweiter Reaktionsraum

10

Brennerscheibe

11

Meßelektrode

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines Brenners, bei dem Brennstoff mit Ver brennungsluft in einer Aufheizphase unter Flammenbildung verbrannt wird, und wobei nach Abschluß der Aufheizphase das Brenn stoff/Verbrennungsluft-Gemisch ohne sichtbare Oxidation in einem ersten Reaktionsraum verbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Aufheizphase ein Teilgasstrom mit Verbrennungs luft in einem zweiten Reaktionsraum, der dem ersten Reaktionsraum vorge schaltet ist, gemischt und unter Flammenbildung verbrannt wird und daß die Überwachung des Brenners ausschließlich mittels einer Ionisationselek trode im zweiten Reaktionsraum erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Aufheizphase der Anteil des dem zweiten Reaktionsraum zugeführten Brennstoffes nicht mehr als 25% der gesamten Brennstoffmenge beträgt.