DE2510189A1

DE2510189A1 - Brennersteuerung

Info

Publication number: DE2510189A1
Application number: DE19752510189
Authority: DE
Inventors: Alwin Denzer; Karlheinz Hanzlik; Guenther Dipl Phys Dr Heimke
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1975-03-08
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2510189C2

Description

BRENNERSTEUERUNG Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern von Gas-, Oel- oder Kohlestaubbrennern, bei denen die Anpassung an unterschiedliche Belastungszustände des Brenners durch Verändern der Menge des zugeführten Brennstoffes erfolgt.
Bei derartigen Brennern erfolgt die Zufuhr der für den Verbrennungsvorgang notwendigen Luftmenge bzw. des in ihr enthaltenen Sauerstoffs durch eine Steuerung, die im allgemeinen mit der Brennstoffmenge gekoppelt ist. Diese Verbindung zwischen Brennstoffmenge und der jeweils zugehörigen Luft menge erfolgt heute noch meistens über mechanische Gestänge und, sofern nicht ein linearer Zusammenhang zwischen Brennstoffmenge und Luftmenge eingehalten werden soll, durch Zwischenschalten von Kurvenscheiben. Für das Steuern der für die Verbrennung der jeweilig eingestellten Brennstoffmenge benötigten Luftmenge sind auch schon verschiedene elektromechanisehe Systeme vorgeschlagen worden (siehe zum Beispiel DT-AS 1 526 265) sowie Systeme, bei denen das Brennstoff-Luftverhältnis für die verschiedenen Belastungszustände des Brenners vorprogrammiert wurden in elektromechanischer (UT-AS 1 751 299) oder rein elektronischer (DT-OS 2 )26 )95) Art und Weise.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, dem Rauchgaskanal Rauchgase zu entnehmen, diese entnommenen Rauchgase mittels eines elektrischen Meßumformers bezüglich ihrer Zusammensetzung, insbesondere ihres O2-Gehaltes, zu messen und mit diesem Meßwert das Brennstoff-Duftmengenverhältnis so zu korrigieren, daß ein möglichst geringer Sauerstoffüberschuß in den Abgasen vorhanden ist. Mit Hilfe dieses Meßwertes über die Zusammensetzung des Ab-bzw. Rauchgases wird das vorprogrammierte Brennstoff-LuStmengenverhältnis über geeignete zusätzliche Stellglieder korrigiert. (DT-AS 1 751 299).
Diese bisher bekannten Brennsteuerungen weisen also sämtlich entweder mechanische oder elektromechanische oder rein elektronische Hilfsmittel auf, mit deren Hilfe ein für jeden Belastungszustand des Brenners als günstig angesehenes Brennstoff-Luftmengenverhältnis vorgegeben ist. Bei einigen dieser Brennsteuerungen sind dann zusätzliche Hilfsmittel vorgesehen, durch welche das Brennstoff-Luftmengenverhältnis entsprechend der Rauchgaszusammensetzung, insbesondere des 02-Gehalts des Rauchgases, korrigiert werden kann. Der Aufwand für diese Regel-und Steuerungssysteme ist naturgemäß ziemlich hoch. Darüberhinaus haben die mit einer Korrektur des Brennstoff-I;uftmengeverhältnisses ausgerüsteten Brennersteuerungssysteme den Nachteil, daß dem Rauchgaskanal eine Ab-bzw. Rauchgasprobe über Rohrleitungen entnommen und einem Analysegerät zugeführt werden muß, in dem ein für die Rauchgaszusammensetzung repräsentatives eBktrisches Signal erzeugt wird, das dann dür die oben genannte Korrektur des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses benutzt wird.
Die Entnahme des Ab- bzw. Rauchgases aus dem Brennraum oder aus dem Rauchgaskanal über Rohrleitungen bewirkt naturgemäß.wegen der endlichen Strömungsgeschwindigkeit des Gases in diesen Rohrleitungen oder zur Zuführung zu den Analysegeräten eine Verzögerung des Einsetzens der Korrekturmaßnahme bei Anderung der Rauchgas-bzw. Abgaszusammensetzung .
Der Erfindung liegen damit zwei Aufgaben zugrunde: Einmal die Vereinfachung der Steuerung des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses und zum anderen die Verkürzung der Regeldauer für die Einstellung optimaler Verbrennungsverhältnisse.
Diese Doppelaufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Ab-bzw. Rauchgaskanal des Brenners ein festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor angeordnet wird. Ein solcher festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor liefert direkt eine elektrische Spannung1 die für den Sauerstoffgehalt des Ab-bzw. Rauchgases repräsentativ ist. Diese elektrische Spannung wird erfindungsgemäß zum Steuern der für die vollständige Verbrennung des Brennstoffs benötigten Luftmenge benutzt.
Ein festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor, der unmittelbar im Ab-bzw. Rauchgaskanal angeordnet werden kann und zum Steuern des Brennstoff-LuStmengenverhältnisses dient, muß natürlich allen Sicherheitsanforderungen gerecht werden.
Ein solcher festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor besteht aus dem eigentlichen sauerstoffionenleitenden keramischen Formteil,das ein einseitig geschlossenes Rohr aus CaO stabilisiertem ZrO2 sein kann, einer Heizung, durch die dieses Formteil auf der Betriebstemperatur (über 5500C) gehalten wird und einem Drahtnetz, das alle auf der Betriebstemperatur befindlichen Teile umgibt, nebst der Zufuhr für die Luft zu der Referenzelektrode am Formteil, den Elektroden sowie allen elektrischen leitungen für die vom Detektor abgegebene Spannung und die Temperaturregelung.
Im einzelnen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch realisiert werden, daß bei konstanter Spannung am Motor für das Luftgebläse die Steuerung der entsprechenden Luftmenge durch Verändern der Luftaustrittsquerschnitte gemäß den Signalen des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors erfolgt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Steuerung der Verbrennungsluftmenge durch elektrische Einwirkung auf den Motor für das LuStgebläse demäß dem Signal des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors bewirkt. Außerdem ist es vorteilhaft, all-diese Steuerungsvorgänge vollautomatisch ablauSen zu lassen. Eine nochmalige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist auch darin zu sehen, daß es aus sicherheitstechnischen Gründen ohne weiteres möglich ist, den festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor sowie alle funktionsentscheidenden Steuerorgane mindestens zweifach anzuordnen, was sich um so eher anbietet, als die ganze erfindungsgemäße Brennersteuerung erheblich weniger elektronischen und mechanisch elektrischen Aufwand erfordert, als es die bisher bekannten Brennersteuerungen bedingen. Auch bei einer Verdopplung sämtlicher funktionsentscheidender Organe bleibt noch immer ein erheblicher Kostenvorteil übrig.
Die zu der Erfindung zählenden Vorteile bestehen einmal, wie bereits erwähnt, in einer erheblichen Vereinfachung und daher Verbilligung des Gesamtaggregates bestehend aus Brenner, den Regelungen für die Zufuhr von Brennstoff und Luft und den Steuerorgane für das Brennstoff-Luftmengenverhältnis. Durch die Verringerung der Zahl der Regel- und Steuerungorgane tritt auch bereits eine Erhöhung der Betriebssicherheit ein, da ja die Wahrscheinlichkeit des Versagens eines Gesamtsystems mit der im System vorhandenen Anzahl der Einzelglieder ansteigt.
Da jedoch festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektoren eine außerordentlich genaue Messung des Sauerstoffgehaltes in Ab-bzw. Rauchgasen ermöglichen, gelingt es mit der erz in dungsgemäßen Vorrichtung optimale Verbrennungs zustände genauer als bisher einzustellen und kontinuierlich über längere Zeit aufrecht zu erhalten..Dies ist einmal für die Einsparung von Brennstoffen von außerordentlicher Bedeutung, ergibt jedoch auch für eine Vermeidung der Umweltverschmutzung durch ungenügend gesteuerte Verbrennungsprozesse beträchtliche Vorteile.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es den günstigsten Kompromiß zwischen dem Schwefelsäure- und dem Stickoxidgehalt der Ab-bzw. Rauchgase erheblich genauer einzuhalten als dies bisher möglich war. Hierzu trägt insbesondere auch die Schnelligkeit des Ansprechens der Steuerorgane auf eine Änderung der Ab-bzw. Rauchgaszusammensetzung bei, die durch die Anordnung des aktiven Meßfühlers, nämlich des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors unmittelbar im Rauchgaskanal ermöglicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung der Figur 1 dargestellt. Darin bezeichnet 1 den Gas-,Oel- oder Kohlestaubbrenner, 2 das Brennstoffreservoir, 5 die Brennstoffzuleitungen un.? 4 das Regelglied zum Verändern der Menge des zugeführten Brennstoffs in Anpassuan unterschiedliche Belastungszustände des Brenners. Mit 5 wird der Brennraum bezeichnet, der in den Ab-bzw. Rauchgaskanal 6 übergeht. Im letzteren sitzt der festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor 7. Uber die Leitung 8 wird dessen elektrisches Signal, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Verstärkungs-oder Neßwertumsetzungsgliedes 9 zur Steuerung der Verbrennungsluftmenge weitergeleitet. Die Verbrennungsluft wird durch den Ventilator 10 angesaugt und über die Leitungen 11 gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Luftklappe 12 zur Regelung der Luftaustrittsquerschnitte dem Brenner zugeführt. ueber die Leitung 15 wird entweder auf die Luftklappenstellung gemäß dem Signal des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors zur Erzielung einer optimalen Verbrennung oder über die Leitung 14 ekektrisch auf den Motor für das Luftgebläse eingewirkt.
Versuche, bei denen eine konventionelle Regelung des Brennstoff-Luftmengenverhältnisses durch eine erfindungsgemäße Steuerung der Verbrennungsluftmenge durch einen festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor ersetzt worden war, ergab bei Versuchsdauern von mehreren Tagen Sauerstoffgehalte mit einer Konstanz von besser als 0,1 ffi trotz stark schwankender Luftfeuchte und stark veränderter Brennstoff zufuhr. Damit war es also möglich den Sauerstoffgehalt des Rauchgases für einen großen Bereich der Energieabgabe des Brenners konstant zu halten.

Claims

Ansprüche:

l.Jvorrichtung zum Steuern von Gas-, Oel- oder ohlestaubbrennern, bei denen die Anpassung an unterschiedliche Belastungszustände durch Verändern der Menge des zugeführten Brennstoffs erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der entsprechenden Luftmenge durch einen festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor erfolgt, der im Rauchgaskanal angeordnet ist.

2. Vorichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ei konstanter Spannung am Motor für das Luftgebläse die Steuerung der entsprechenden Luftmenge durch Verändern der Luftaustrittsquerschnitte gemäß dem Signal des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der entsprechenden Luftmenge durch elektrische Einwirkung auf den Motor für das Luftgeblase gemäß dem Signal des festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß alle Steuervorgänge vollautomatisch erfolgen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor sowie alle funktionsentscheidenden Steuerorgane mindestens zweifach angeordnet sind.