DE2733289A1

DE2733289A1 - Brennstoffzufuhrregeleinrichtung fuer einen heisswasser- oder dampferzeuger

Info

Publication number: DE2733289A1
Application number: DE19772733289
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Mcinerney
Original assignee: Vapor Corp
Current assignee: Vapor Corp
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1978-01-26
Also published as: CA1055835A; US4067684A; FR2359376A1; JPS6331692B2; DE2733289C2; GB1571348A; JPS5313228A

Description

DK. IN(J. F. AVUKSTHi)FF I)H₁E. ν. TF-OIIMANN DR. IN(J. D. IJKHHKNS I)IPI.. INiS. H. GOKTZ PATENTANWÄLTE

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Anmelder:

Vapor Corporation,
West Howard Street
Chicago, 111. 60648, USA

Titel:

"BrennstoffZufuhrregeleinrichtung für einen Heißwasser- oder Dampferzeuger"

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu einem Heißwasser- oder Heißdampferzeuger, die auf den Wärmebedarf des Erzeugers bzw. Kessels anspricht.

Genauer gesagt, befaßt sich die Erfindung mit dem Betrieb von Heizeinrichtungen, die mit mehreren verschiedenen Brennstoffen betreibbar sind, wobei sich die Brennstoffe bezüglich ihres Heizwertes unterscheiden. Es ist z.B. bekannt, Kessel mit Erdgas, Klärgas oder Faulschlammgas bzw. mit Heizöl zu betreiben. Diese Brennstoffe unterscheiden sich bezüglich ihres Heizwertes. Hierbei führen Brennstoffe mit niedrigem Heizwert bei der Verbrennung zu Schwierigkeiten, denn um von einem Brennstoff mit hohem Heizwert auf einen Brennstoff mit niedrigem Heizwert überzugehen, wird normalerweise der Druck des der Verbrennungskammer zugeführten gasförmigen Brennstoffs verändert. Das kombinierte Brennstoff-Luft-Gemisch, das bei einer mit hohem Wirkungsgrad arbeitenden Verbrennungsanlage verwendet wird, bei der mit Hilfe von erzwungener Konvektion ein Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen des Brenners und den Wärmetauscherflächen herbeigeführt wird, die von den Verbrennungsgasen durchströmt bzw. überstrichen werden, enthält gewöhnlich außer dem gasförmigen Brennstoff Primär-, Sekundär- und Tertiärluft, und alle diese Anteile müssen in der Verbrennungskammer gründlich gemischt werden. Wenn das richtige Gemisch erzielt werden soll, muß man für den Brennstoff mit dem höheren Heizwert einen Mindestwert des niedrigsten Drucks festlegen. Dies bat seinen Grund darin, daß der Bedarf an Verbrennungs-

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luft bei einer praktisch brauchbaren Brenner- und Wärmetauscherkonstruktion, die geeignet ist, eine bestimmte Brennstoffmenge zu verbrennen, einen bestimmten Mindestwert des statischen Drucks in der Verbrennungskammer bzw. dem Luftkasten festlegt.

Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere bei mit einem Luftkastenregler versehenen Kesseln gegeben, wie sie z.B. in der US-PS 2 735 410 beschrieben sind. Die dort beschriebene Regelvorrichtung ermöglicht es, die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu der Verbrennungseinrichtung in Abhängigkeit vom Wärmebedarf der Anlage zu steigern bzw. zu verringern, zu welcher der Kessel gehört.

Kesselregelvorrichtungen für den Betrieb mit Brennstoffen von unterschiedlichem Heizwert sind aus den US-PSen 2 418 388, 3 105 540 und 3 159 345 bekannt. Jedoch bedingen diese bekannten Regelvorrichtungen jeweils die Verwendung mehrerer Brenner und komplizierter Regeleinrichtungen, damit ein ununterbrochener Betrieb während des Übergangs von einem Gas mit einem bestimmten Heizwert auf ein Gas mit einem anderen Heizwert gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Regelvorrichtung für einen Heißwasser- oder Heißdampferzeuger zu schaffen, der mit sich bezüglich ihres Heizwertes unterscheidenden Brennstoffen betreibbar ist, die von einfacher und wirtschaftlicher Konstruktion ist, eine genaue Regelung des Betriebs des Heißwasser- oder Heißdampferzeugers gewährleistet und geeignet ist, automatisch den gemeinsamen Brennstoff- und Luftdruck an der Verbrennungskammer so einzustellen, daß die Wärmeleistung der Anlage auch dann aufrechterhalten wird, wenn Brennstoffe verwendet werden, die sich bezüglich ihres Heizwertes erheblich unterscheiden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ermöglicht es, die Schwierigkeiten zu vermeiden,

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die sich bis jetzt bei bekannten Regelvorrichtungen für Gase von unterschiedlichem Heizwert ergeben, und zwar durch die Schaffung einer Vorrichtung, bei der nur ein einziger Brenner vorhanden ist, der Bit Gasen von unterschiedlichen Heizvert gespeist wird, wobei ferner vereinfachte Regeleinrichtungen vorhanden sind, deren Regelverhalten sich nach dem Wärmebedarf des Kessels oder dergl. richtet. Bei einem mit der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ausgerüsteten Kessel oder dergl· wird im wesentlichen nur ein einziger Gasbrenner bekannter Art, der mit Brennstoffen von unterschiedlichem Heizwert betreibbar ist, in Verbindung mit weiteren Bauteilen üblicher Art verwendet, wobei die betreffenden Teile durch eine neuartige Anordnung gesteuert werden. Die Erfindung ermöglicht eine automatische Kompensation derart, daß eine Heizeinrichtung oder ein Kessel die gewünschte Leistung liefert, wenn zur Beheizung Brennstoffe von unterschiedlichem Heizwert verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Leistung einer "typischen" Heizeinrichtung, die mit zwei Brennstoffen bei verschiedenen Drücken betrieben wird;

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Heizleistung einer Heizeinrichtung, die nicht mit einer Kompensationseinrichtung nach der Erfindung versehen ist;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Heizleistung einer Heizeinrichtung mit einer Kompensationseinrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 4 einen modulierenden Flüssigkeitserhitzer, der mit zwei Brennstoffen betreibbar und mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung ausgerüstet 1st·

Venn gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ein Brenner

für Erdgas mit einem Nennheizwert von 8900 kcal/m und

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3 Faulschlammgas mit einem Nennheizwert von etwa 4450 kcal/m verwendet wird, ist es zur Aufrechterhaltung der Heizleistung beim Übergang von dem einen Brennstoff auf den anderen erforderlich, das Gas mit dem höheren Heizwert unter einem Überdruck von etwa 0,07 bar und das Gas mit dem niedrigeren Heizwert unter einem überdruck von etwa 0,4 bar zuzuführen, wobei in der Verbrennungskammer der Überdruck Null herrscht.

Wird in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit einem variablen Luftdruck in der Verbrennungskammer gearbeitet, wobei der niedrigste anwendbare Luftdruck etwa 300 mm WS betragen würde, ist es nicht möglich, den Druck des Brennstoffs mit dem höheren Heizwert bis unter etwa 0,07 bar herabzusetzen, ohne daß die Verbrennung unstabil und die Anlage betriebsunfähig wird. Unter diesen Bedingungen beträgt der Druck für einen Brennstoff mit einem niedrigen Mindestheizwert etwa 0,27 bar. Dies führt in erster Linie wegen der Veränderungen bezüglich des Verhaltens der Gasströme zu einer Verringerung der Heizleistung in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise, denn eine gleichwertige Brennstoffzufuhr kann innerhalb des Modulationsbereichs nur an einem Punkt herbeigeführt werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es Jedoch gemäß Fig. 3 möglich, eine solche Verringerung der Heizleistung zu vermeiden, denn gemäß Fig. 3 ist es möglich, gasförmige Brennstoffe mit niedrigem bzw. hohem Heizwert so zu verwenden, daß über den ganzen Betriebsbereich der Heizeinrichtung im wesentlichen die gleiche Heizleistung erzielt wird.

Die Mindestwerte der Menge des Brennstoffs in der Verbrennungsluft bei den betreffenden Drücken sind zwar nur als Beispiele für mit Unterwind arbeitende Verbrennungseinrichtungen zu betrachten, doch bilden sie relative Werte, die zur Erzielung einer einwandfreien Verbrennung aufrechterhalten werden müssen·

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zur Regelung des Betriebs einer Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides

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bestimmt, die mit Erdgas bzw. Faulschlammgas betrieben werden soll. Wie erwähnt, hat Erdgas einen Heizwert von etwa 8900 kcal/m , während der Heizwert von Faulschlammgas nur etwa 4450 kcal/m betragen kann. Es sei Jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf eine Verbrennungsregelvorrichtung für Erdgar und Faulschlammgas beschränkt und daß sich die Erfindung auch bei einer beliebigen anderen Anzahl von Brennstoffen mit unterschiedlichen Heizwerten anwenden läßt.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Kessel 10 mit einer Verbrennungseinrichtung 11 und einer Rohrschlangenanordnung 12. Zu der Verbrennungseinrichtung 11 gehört ein Brenner 13, dem ein Brennstoff über eine Hauptbrennstoffleitung 14 zugeführt werden kann. Die Verbrennungsluft wird der Verbrennungseinrichtung 11 durch ein Gebläse 15 bekannter Art zugeführt. Der Kessel 10 kann z.B. gemäß der US-PS 2 735 410 ausgebildet sein, d.h. so, wie er von der Vapor Corporation, Chicago, Illinois, U.S.A., auf den Markt gebracht wird.

Der Brenner 13 ist auf bekannte Weise so ausgebildet, daß er sowohl mit Erdgas als auch mit Faulschlammgas betrieben werden kann. Die Mengen an Gas und Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt werden, richten sich nach dem Bedarf des Kessels 10. Ein Servoregler 20 spricht auf die Leistung oder den Bedarf des Kessels an und dient dazu, ein Brennstoffventil 22 und ein Verbrennungsluftventil 23 zu steuern, um die dem Brenner 13 zugeführten Mengen an Brennstoff und Verbrennungsluft und damit auch den kombinierten Brennstoff-Luft-Druck zu regeln. Wenn es erforderlich ist, die Leistung des Kessels 10 zu erhöhen, bewirkt somit die Servoregeleinrichtung 20, daß größere Mengen an Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden und daß der kombinierte Brennstoff-Luft-Druck erhöht wird. Entsprechend führt eine Verringerung des Bedarfs an Kesselleistung zu einer Verringerung der Menge an Brennstoff und Luft sowie des kombinierten Brennstoff-Luft-Drucks am Brenner 13.

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Dem Brennstoffregelventil 22 und der Hauptbrennstoffleitung 14 kann entweder Faulschlammgas über eine Leitung 25 oder Erdgas über eine Leitung 26 und ein T-Ctück 27 zugeführt werden. Das Faulschlammgas wird der Leitung 25 von einer Quelle 30 aus zugeführt, während die Zufuhr von Erdgas von einer Quelle 31 über die Leitung 26 erfolgt. Ein Absperrventil 32 in der Faulschlammgasleitung 25 regelt die Zufuhr von Faulschlammgas zu dem T-Stück 27, während ein Absperrventil 33 in der Erdgasleitung 26 die Zufuhr von Erdgas zu dem T-Stück regelt. Je nachdem, welches der Ventile 32 und 33 geöffnet ist, wird dem Brennstoffregelventil 22 Faulschlammgas oder Erdgas zugeführt.

Zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln der Zufuhr von Brennstoff zu dem Ventil 22 gehören ein auf den Druck des Faulschlammgases ansprechender Brennstoffdurchflußregler 40 und ein auf den Druck des Erdgases ansprechender Brennstoffdurchflußregier 41, die in die Leitungen 25 und 26 eingeschaltet sind und jeweils auf den Druck ansprechen, der als kombinierter Brennstoff-Luft-Druck in einer Anzapfleitung 42 des Brenners 13 der Verbrennungseinrichtung 11 herrscht. Nimmt der in der Anzapfleitung 42 fühlbare Druck zu, wird der Sollwert bei den Reglern 40 und 41 verändert, um die Ventile weiter zu öffnen. Zu jedem der Regler 40 und 41 gehört ein Ventil 41a, das durch eine zugehörige druckempfindliche Einrichtung 41b gesteuert wird, so daß eine Erhöhung des von der druckempfindlichen Einrichtung gefühlten Drucks bewirkt, daß das betreffende Ventil weiter geöffnet wird. Zwar könnte man beliebige geeignete druckempfindliche Regler vorsehen, doch wird es vorgezogen, geradlinig durchströmbare Regler zu verwenden, z.B. solche der Bauart Maxitrol, wie sie von der Maxitrol Company auf den Markt gebracht werden. Somit führt jede änderung des Drucks an dem Brenner 13, der in Beziehung zu dem kombinierten Druck im Luftkasten steht, welcher durch das Ventil 23 geregelt wird, sowie zu dem Brennstoffdruck, der durch das Ventil 22 geregelt wird, zu einer Zu- oder Abnahme des zur Rückkopplung dienenden kombinierten Brennstoff-Luft-Drucks, durch den der Sollwert an den Reglern 40 und 41 verändert wird.

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Venn das Faulschlammgas einen Heizwert von etwa 4450 kcal/m

3 und das Erdgas einen Heizwert von etwa 8900 kcal/m hat, wird eine automatische Korrektur bezüglich der Änderung des Heizwertes gemäß der Erfindung beim manuellen oder automatischen übergang vom einen Gas auf das andere Gas bewirkt, wenn die Heizleistung des Kessels auf einem bestimmten Wert gehalten werden soll. Wenn die Anlage gerade mit Erdgas betrieben wird, wobei das Ventil 33 geöffnet und das Ventil 32 geschlossen ist, und wenn vom Betrieb mit Erdgas auf den Betrieb mit Faulschlammgas übergegangen werden soll, wird das Ventil 33 geschlossen, während das Ventil 32 geöffnet wird, um mit der Zufuhr des Gases von niedrigerem Heizwert zu der Verbrennungseinrichtung 11 zu beginnen. Wenn die Heizleistung des Kessels 10 infolge des niedrigeren Heizwertes des zugeführten Brennstoffs abnimmt, bewirkt der Servoregler 20, daß das Brennstoffregelventil 22 und das Gebläseluftventil 23 weiter geöffnet werden, um den Druck am Brenner 13 zu steigern. Dieser erhöhte Druck wird zu dem Regler 40 zurückgemeldet, um ihn zu veranlassen, dem Brenner 13 einen stärkeren Faulschlammgasstrom zuzuführen, damit der niedrigere Heizwert ausgeglichen wird. Auf diese Weise wird die Heizleistung des Kessels auf dem gewünschten Wert gehalten. Entsprechend würde ein Übergang von Faulschlammgas auf Erdgas zu einer Verringerung des kombinierten Brennstoff-Luft-Drucks in der Abzweigleitung 42 und zu einer entsprechenden Abschwächung des Rückkopplungssignals des Brenners 13 führen, so daß der Regler 41 veranlaßt wird, den der Verbrennungseinrichtung zugeführten Erdgasstrom zu verkleinern.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist durch die Erfindung eine einfache Regelvorrichtung geschaffen worden, die es bei Verwendung von Brennstoffen mit unterschiedlichem Heizwert ermöglicht, bei einem Kessel oder dergl. die Heizleistung auf einem gewünschten Wert zu halten.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr zu einem Heißwasser- oder Heißdampferzeuger in Abhängigkeit vom Wärmebedarf mit einem Wärmetauscher, einer Verbrennungskammer zum Erzeugen von Wärme für den Wärmetauscher, einem Brenner für die Verbrennungskammer, einer Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft zu der Verbrennungskammer, einer Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Brennstoff zu dem Brenner und einer Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Luft sowie Steuereinrichtungen, die auf den Wärmebedarf des Wärmetauschers ansprechen, um die Einrichtungen zum Regeln der Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu steuern und hierdurch die Leistung des Wärmetauschers zu regeln, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Zuführen mehrerer Brennstoffe zu der Einrichtung (22) zum Regeln der Brennstoffzufuhr und zum Kompensieren des Heizwertes der Brennstoffe, wobei zu der Einrichtung zum Zuführen von Brennstoff mehrere Brennstoffquellen (30, 31) gehören, die nach Bedarf an die Einrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr anschließbar sind, auf Druckänderungen ansprechende Brennstoffstrom-Regeleinrichtungen (40, 41), die den Brennstoff quellen zugeordnet sind, wobei zu jeder Einrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr ein Ventil (41a) und eine auf Druckänderungen ansprechende Einrichtung (41b) zum Steuern des Ventils gehören, sowie durch eine Einrichtung (42) zum Zuführen des an dem Brenner (13) herrschenden kombinierten Brennstoff-Luft-Drucks zu jeder der auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtungen derart, daß die Betätigung jedes der genannten Ventile dem kombinierten Brennstoff-Luft-Druck aa Brenner entspricht.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Einrichtungen zum Zuführen von Brennstoff eine erste Brennstoffquelle (30) und eine zweite Brennstoffquelle (31) gehören und daß Ventile (32, 33) vorhanden sind, die es ermöglichen, jede Brennstoffquelle nach Bedarf mit der Einrichtung (22) zum Regeln des Brennstoffstroms zu verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtung (41b) eine Einrichtung gehört, durch welche das betreffende Ventil (41a) weiter geöffnet wird, wenn das der Einrichtung zugeführte Drucksignal zunimmt.

4. Vorrichtung zum Regeln der Brennstoffzufuhr zu einem Heißwasser- oder Heißdampferzeuger in Abhängigkeit vom Wärmebedarf mit einer Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides, einer Rohrschlangenanordnung, einer Verbrennungseinrichtung zum Erzeugen heißer Gase zum Beheizen der Rohrschlangenanordnung, wobei zu der Verbrennungseinrichtung eine Brennstoffdüse gehört, einer Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Brennstoff zu der Düse, einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft zu der Verbrennungseinrichtung sowie mit einer Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Verbrennungsluft, die Steuereinrichtungen aufweist, welche auf den Wärmebedarf der Heizeinrichtung ansprechen, um die Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Brennstoff und die Einrichtung zum Regeln der Zufuhr von Verbrennungsluft zu steuern und hierdurch die Leistung der Heizeinrichtung zu regeln, gekennzeichnet durch Einrichtungen (30, 31) zum Zuführen zweier sich bezüglich ihres Heizwertes unterscheidender Brennstoffe zu der Einrichtung (22) zum Regeln des Brennstoffstroms und zum Kompensieren des Heizwertes der Brennstoffe durch Regelung des Brennstoffstroms in Abhängigkeit vom Wärmebedarf der Heizeinrichtung (10), wobei zu den Einrichtungen zum Zuführen der Brennstoffe Einrichtungen (32, 33) gehören, die es ermöglichen, nach Bedarf einen der Brennstoffe der Einrichtung zum Regeln des Brennstoffstroms zuzuführen, auf

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Oruckänderungen ansprechende Brennstoffstrom-Regeleinrichtungen (40, 41) für jeden Brennstoff, wobei zu jeder dieser Einrichtungen ein Ventil (41a) und eine auf Druckänderungen ansprechende Einrichtung (41b) zum Steuern des Ventils gehören, sowie durch eine Einrichtung (42), die jede der auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtungen mit dem Brenner (13) verbindet, um den kombinierten Brennstoff-Luft-Druck zu diesen Einrichtungen zurückzumelden, so daß die Betätigung jedes Ventils in Abhängigkeit von dem kombinierten Brennstoff-Luft-Druck am Brenner dem Wärmebedarf der Heizeinrichtung entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder auf Druckänderungen ansprechenden Einrichtung (41b) eine Einrichtung gehört, durch die das zugehörige Ventil (41a) weiter geöffnet wird, wenn sich das der Einrichtung zugeführte Drucksignal vergrößert.

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