DE2745459A1

DE2745459A1 - Einrichtung zur steuerung des verbrennungswirkungsgrades

Info

Publication number: DE2745459A1
Application number: DE19772745459
Authority: DE
Inventors: Michael Sho Shigemura
Original assignee: Measurex Corp
Current assignee: Honeywell Measurex Corp
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FI772751A; JPS5375526A; GB1546995A; CA1084142A; US4162889A

Description

PATENTANWÄLTE: R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER

DIPL.-ΙΝβ. DIPL.-CHEM.

MÖNCHEN

J. RICHTER F. WERDERMANN

DIPL.-ING. DIPL.-ING.

HAMBURG

2000 HAMBURG 36

NEUER WALL 1O TEL. (O4O) 34 OO 45 34 OO 56 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

fe7.iO.77

UNSERE AKTE:

IHR ZEICHEN:

M 77 148 DH

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT:

BEZEICHNUNG:

ANMELDER:

14. Dezember 1976

(entspricht US-Serial No. 750 391)

Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungswirkung sgrad e s

Measurex Corp. One Results Way Cupertino, Kalif.,V.St.A.

809824/0567

Kontwi.DwtKtwBanliAG. Hamburg, Konto-Nr. 6/10055 (BlZ 20070000) · Posticheckomt Hamburg, Konto-Nr. 262080-201 (BLZ 20010020)

Die iSrfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungswirkungsgrades eines Brennstoffs in einem Ofen mit Brennstoff- und Luftzuführung, sowie mit einer Abgasabführung, wobei - bestimmt durch einen Überschuß an Sauerstoff - der Ofen in der Nähe seines maximalen Wirkungsgrades arbeitet, und die genannte Einrichtung auf Änderungen in der Durchflußgeschwindigkeit oder Qualität des Brennstoffes anspricht, um den Betrieb des genannten Ofens in der Nähe des maximalen Wirkungsgrades aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung behandelt die Steuerung des Wirkungsgrades der Verbrennung eines Brennstoffes in einem Ofen, und insbesondere auf die Steuerung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung von Brennstoff in einem solchen Ofen, wo der Durchsatz des Brennstoffes oder dessen Qualität über einen Zeitraum erheblich verändert werden können.

Im allgemeinen hat ein Ofen eine Brennstoffzuführung, eine Luftzuführung und eine Abgasabführung. Der Brennstoff und die Luft, oder, noch genauer, der Sauerstoff in der Luft, werden miteinander vermischt und innerhalb des Ofens zur Freisetzung von Energie zumeist in der Form von Wärme - verbrannt. Das Ergebnis dieses Verbrennungsvorganges (chemische Reaktion) ist Wärmeenergie und Abfallstoff, beispielsweise Kohlendioxid, und dieser Abfallstoff wird durch die Abgasabführung abgeführt.

Typischerweise besteht der Brennstoff aus Kohlenwasserstoffen (chemische Verbindungen, die überwiegend aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen zusammengesetzt sind). Aus den Grundlagen der

80982A/0B67

Chemie ist es schon lange erkannt worden, daß bei einem vorgegebenen Kohlenwasserstoff eine theoretische Anzahl von Sauerstoffatomen für die vollständige Verbrennung dieses Kohlenwasserstoffes erforderlich ist. (So erfordert beispielsweise ein Kohlenstoffatom zwei Sauerstoffatome, um Kohlendioxid zu ergeben). Da Sauerstoff einen nahezu konstanten Anteil in der Luft ausmacht, so kann der Wert der theoretischen Sauerstoffmenge in einen Wert für die theoretische Luftraenge umgewandelt werden. Es leuchtet ein, daß ein Ofen nicht wirkungsvoll arbeiten wurde, wenn die dem Ofen zugeführte Luftmenge unter der theoretischen Menge läge. Brennstoff oder brennbare Stoffe, die in Mark und Pfennig ausgedrückt werden können, wandern im wörtlichen Sinne aus dem Schornstein des Ofens hinaus. Außerdem könnte dies einen Zustand hoher Explosionsgefahr schaffen, wen die Menge der noch brennbaren Rückstände hoch ist.

Andererseits ist es nicht wünschenswert, den Ofen mit einer unbegrenzten oder überhöhten Menge an Luft zu betreiben. Sauerstoff macht nur einen geringen Anteil (von etwa 20 #) der gesamten Luft aus. üblicherweise tritt Luft in den Ofen bei Umgebungstemperaturen von etwa 18°C ein. Bei der Abgasabführung treten gasförmige Abfallstoffe, wie beispielsweise Kohlendioxid, und andere gasförmige Bestandteile der Luft (hauptsächlich Stickstoff), die nicht am Verbrennungsvorgang beteiligt sind, mit einer erhöhten Temperatur von etwa 180⁰G aus. Somit wird von jedem bei der Luftzuführung aufgenommenen Luftvolumen Energie auf etwa 80 ^c/o dieses Volumens'dadurch verschwendet, daß es auf die erhöhte Temperatur an der Abgasabführung gebracht wird. Es ist bekannt,

809824/0587

daß für den Betrieb eines Ofens mit bestmöglichem Wirkungsgrad eine begrenzte, über den theoretischen Wert für Sauerstoff (oder Luft) hinausgehende Menge erforderlich ist. Der Betrieb des Ofen ober- oder unterhalb dieser Überschußmenge würde nach sich ziehen, daß der Ofen außerhalb seines Spitzenv/irlcungsgrades arbeiten würde. Jedoch schwankt die Uberschußmenge an Sauerstoff für den Betrieb des Ofens mit maximalem Wirkungsgrad als Funktion der Art und Qualität des verwendeten Brennstoffes. So erfordert Erdgas nur einen Sauerstoffüberschuß von 2 % für die Verbrennung in der Nähe des Spitzenwirkungsgrades, während Kohle einen Sauerstoff Überschuß von 8# erforderlich macht.

Nach der Verbrennung des Brennstoffs wird die freigesetzte Wärme für verschiedene Zwecke genutzt, die alle ihrer Gattung nach als "Last" bezeichnet werden können. Eine typische Last ist der Einsatz von Wärme zur Dampferzeugung. Wo die Last eine Konstante darstellt, ist der Betrag der pro Zeiteinheit erzeugten Wärmemenge ebenfalls eine Konstante. Infolgedessen ist der Brennstoffdurchsatz ebenfalls eine Konstante. Unter dieser Bedingung kann der Luftdurchsatz empirisch fest eingestellt werden, um für den speziellen, verwendeten Brennstoff den Arbeitspunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad zu erhalten.

Bei vielen industriellen Verfahren ist die Last jedoch keine Konstante. Bei einer typischen Papierherstellungsanlage kann der Bedarf um bis zu 5 Si pro Minute schwanken. Die Lastsehwankung würde eine Änderung der pro Zeiteinheit erzeugten WärmeÄenge zur Folge haben. Dies kann durch Änderung des Brennstoffdurch-

809824/0587

satzes oder der Qualität des Brennstoffes berücksichtigt werden. Unter derartigen Betriebsbedingungen machen Änderungen einer solchen höhe das empirische Einstellverfahren völlig nutzlos.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Wirkungsgrades zu schaffen, das den optimalen Betrieb bei gleichzeitiger Gewährleistung der Betriebssicherheit unter schwankenden Betriebsbedingungen gestattet.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen vorwärts regelnden Teil einschließt, mit einem Rechner zur Berechnung einer für die Verbrennung und die Qualität des genannten Brennstoffes erforderlichen theoretischen Durchflußmenge an Sauerstoff, sowie mit einem Rechner zur Berechnung einer auf der theoretischen Durchflußmenge und dem genannten Überschuß an Sauerstoff beruhenden, tatsächlichen Durchflußmenge an Luft, und mit einer Durchflußsteuerung für die Durchflußmenge an Luft an der genannten Luftzuführung in Abhängigkeit von der genannten tatsächlichen Durchflußmenge an Luft, und daß die Einrichtung einen rückführenden Teil aufweist, mit einem Fühler zur Peststellung der brennbaren Rückstände an der Abgasabführung und mit einem Endsteuerorgan zur Einstellung der Überschußmenge an Sauerstoff in Abhängigkeit von dem genannten Fühler.

Bei einer solchen Einrichtung zur Steuerung des Wirkungsgrades der Verbrennung eines Brennstoffs in einem Ofen mit einer Brennstoffzuführung und einer Abgasabführung, wo der Betrieb - festgelegt durch einen Überschuß an Sauerstoff - in der Nähe des

809824/0567

Spitzenwirkungsgrades liegt, spricht die Anlage auf Änderungen im Durchsatz oder in der Art und Qualität des Brennstoffs an, um den Betrieb des Ofens wieder in die Nähe des Spitzenwirkungsgrades zu bringen. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfaßt eine Vorwärtsregelung und eine Rückführungsschleife. Die Vorwärtsregelung schließt Mittel ein zur Berechnung des theoretischen Durchsatzwertes für Sauerstoff, der zur Verbrennung erforderlich ist bei dem Durch sat ζ wert, der· Art und der Qualität des Brennstoffes an der Brennstoffzuführung. Den Mitteln zur Berechnung des tatsächlichen Durchsatzes an Luft ist der theoretische Durchsatz an Sauerstoff, sowie die Höhe des Sauerstoffüberschusses zugrundegelegt. Den Mitteln zur Steuerung des Durchsatzes von Luft an der Luftzuführung liegt die Berechnung des tatsächlichen Luftdurchsatzes zugrunde. In der Rückführungsschleife befinden sich Mittel zur Feststellung der Menge an brennbaren Rückständen in der Nähe der Abgasabführung. Die Mittel zur Einstellung des Sauerstoffüberschusses arbeiten in Abhängigkeit von den Mitteln zur Feststellung brennbarer Rückstände.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufrechterhaltung des Betriebes eines Ofens in der Nähe seines Spitzenwirkungsgrades, wie er durch einen Sauerstoffüberschuss festgelegt ist, wobei der Ofen eine Luftzuführung, eine Brennstoffzuführung und eine Abgasabführung aufweist, und Änderungen des Durchsatzes oder der Qualität des Brennstoffes unterliegt, ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbrennung der Durchflußmenge und der Qualität des Brennstoffs erforderliche theoretische Durchflußmenge an Sauerstoff berechnet wird. Die

809824/0567

Berechnung des theoretischen Durchsatzes an Sauerstoff und der Sauerstoffüberschuß v/erden dazu eingesetzt, den tatsächlichen Durchsatz an Luft zu berechnen. Die Berechnung des tatsächlichen Luftdurchsatzes wird dazu verwendet, den Durchsatz bei der Luftzuführung zu steuern. Die Menge der brennbaren Rückstandsstoffe wird an der Abgasabführung festgestellt, und der Sauerstoffüberschuß wird in Abhängigkeit von der Menge der festgestellten brennbaren Rückstände eingestellt.

Die Erfindung wird im weiteren beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische darstellung der in Verbindung mit einem Ofen eingesetzten erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 2: ein Diagramm zur prinzipiellen Darstellung des Wirkungsgrades der Verbrennung und der festgestellten brennbaren Rückstände in Abhängigkeit von der dem Ofen zugeführten Sauerstoff- oder Luftraenge.

Es wird auf Fig. 1 bezug genommen, dort ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung, zum Einsatz mit einem Ofen 12, dargestellt. Der Ofen 12 weist eine Luftzuführung 14, eine Brennstoffzuführung 16 und eine Abgasabführung 17 auf. Die erfindungsgemäße Einrichtung 10 umfaßt zwei Teile: eine Vorwärtsregelung und eine Rückführungsschleife. Die Vorwärtsregelung umfaßt einen Brennstoffdurchsatzfühler 18 und einen Fühler 20 für die Brennstoffqualität. Sowohl

809824/0567

der Brennstoffdurchsatzfühler 18, als auch der Fühler 20 für die Brennstoffqualität erzeugen jeweils ein Signal, das einem Rechner 22 für den Sauerstoffanteil zugeführt wird. Der Rechner 22 für den Sauerstoffanteil berechnet die pro Zeiteinheit erforderliche Henge an Sauerstoff für die theoretische, vollständige Verbrennung des bei 16 zugeführten Brennstoffs. Das Ergebnis des Rechenvorganges im Rechner 22 für den Sauerstoffanteil ist ein Signal, das einem Rechner 24- für die Luftmenge zugeführt wird. Eine Steuerung 26 für den Sauerstoffüberschuß enthält den Wert des Überschusses an Sauerstoff, der an irgendeinem geeigneten Ort, wie beispielsweise im Speicher einer Rechenanlage, festgehalten v/ird. Der Wert der Steuerung 26 für den Sauerstoff Überschuß wird ebenfalls in den Rechner 24 für die Luftmenge eingegeben. Das ürrebnis des Rechenvorganges im Rechner 24 für die Luftmenge ist ein Signal, das einer Durch sat zsteueriing 28 für die Luft zugeleitet wird, die ihrerseits ein Endsteuerorgan 50 einstellt, das die durch die Luftzuführung 14 geleitete Luftmenge regelt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform v/ird ein Sauerstoff-Fühler 32, der in der Nahe der Abgasabführung 17 des Ofens 12 angeordnet ist, dazu verwendet, den Sauerstoffpegel an der Abgasabführung 17 zu bestimmen, der angenähert dem SauerstoffÜberschuß innerhalb des Ofens 12 entspricht. Der Anzeigewert des Sauerstoff-Fühlers 32 wird in die Steuerung 26 für den Sauerstoffüberschuß eingegeben. Nach einer anderen Ausführungsform kann der Überschuß an Sauerstoff bei der Steuerung 26 für den Sauerstoffüberschuß anfangs von Hand durch eine Bedienperson über ein Bedienfeld eingegeben werden.

809824/0567

Der Brennstoffdurchsatzfühler 18 kann ein beliebiger, herkömmlicher Durchsatzmesser, wie beispielsweise ein magnetischer Durchsatzmesser, sein, dieser Fühler bestimmt den Durchsatz an Brennstoff durch die Brennstoffzuführung 16. Die Art des Brennstoffes, wie beispielsweise Öl oder Gas, kann von Hand durch eine Bedienperson eingegeben werden; ändert sich die Art des Brennstoffes nicht, so kann sie eine innerhalb des Rechners 22 für den Sauerstoffanteil vorprogrammierte Konstante sein. Der Fühler 20 für die Brennstoffqualität schätzt die Qualität des durch die Brennstoffzuführung 16 fließenden Brennstoffes abj dieser Wert kann durch eine Bedienperson von Hand eingegeben werden oder das Ausgangssignal eines Fühlers sein, beispielsweise eines Feuchtigkeitsfühlers. Der Rechner 22 für den Sauerstoffanteil berechnet den für die vollständige Verbrennung erforderlichen, theoretischen Sauerstoffanteil. Aus der Chemie ist bekannt, daß bei einer gegebenen Brennstoffsorte eine theoretische Anzahl von O^-Molekülen benötigt wird. So erfordert C,-H₁₂ zur vollständigen Verbrennung beispielsweise acht 0₂-Moleküle aufgrund der folgenden Reaktionsgleichung:

+ θ O₂ —^ 5 CO₂ + 6 H₂O

Aufgrund des Anzeigewertes, der durch den Durchsatzfühler 18 festgestellt wird, legt die Durchflußmenge dieses Brennstoffes die für die theoretische, vollständige Verbrennung erforderliche Durchflußmenge an O₂ fest. Wird beispielsweise C₅H₁₂ mit einem Durchsatz von 5 aol/s ermittelt, dann beträgt die theoretische Menge an O₂ 8 mol pro mol an Brennstoff, multipliziert mit dem

809824/0567

Durchsatz von 5 raol Brennstoff pro Sekunde, ergibt also einen erforderlichen theoretischen Sauerstoffdurchsatz von 40 raol/s. Der Wert des 3auerstoffüberschusses an der Steuerung 26 für den Sauerstoff-Überschuß ist eine Menge an 0₂-Molekülen in einem gegebenen Volumen im Verhältnis zur Gesamtzahl der Gasmoleküle in diesem Volumen. Typischerweise ist dies ein gebrochener Zahlenwert. Der Wert an der Steuerung 26 für den Sauerstoff-Überschuß kann der Ausgangs-Anzeigewert eines Sauerstoff-Fühlers 32, wie beispielsweise einer elektrochemischen Vorrichtung, sein oder er kann von Hand über ein Bedienfeld 54 eingegeben werden. Der Luftmengenrechner 24 berechnet die zur wirkungsvollen Verbrennung des durch die Brennstoffzuführung 16 zufließenden Brennstoffes erforderliche tatsächliche Luftmenge. Die theoretische Durchflußmenge an Sauerstoff wird um den Sauerstoff-überschußwert erhöht, um den tatsächlichen Durchsatz an Sauerstoff zu erhalten, der dann in den tatsächlichen Durchsatz an Luft umgewandelt wird. Wenn beispielsweise gewünscht wird, die Verbrennung von CcH^o ^m^ ~inem Sauerstoff-Überschußwert von 0,05 zu betreiben, so würde sich nach dem obigen Beispiel ergeben: 40 mol an Sauerstoff pro Sekunde multipliziert mit 1,05 ergeben 42 mol an O₂ pro Sekunde. Aufgrund der Annäherung, daß Sauerstoff 20 5» der Luft ausmacht, würde dar tatsächliche Durchsatz an Luft 210 mol/s betragen. Die Luft-Durchflußsteuerung 28 bringt diesen Wert zum Einsatz, um das Steuerorgan 50 bis zum .Erreichen der richtigen Einstellung zu verstellen.

In der Rückführungsschleife ist ein Fühler 40 für die brennbaren Rückstände in der Nahe der Abgagsabführung 17 des Ofens 12 angeordnet. Der Fühler 40 für die brennbaren Rückstände erzeugt ein Signal, das in einen Vergleicher 42 eingegeben wird. Der Vergleicher

809824/0567

42 vergleicht die durch den Fühler 40 festgestellte Menge an brennbaren Stoffen mit demjenigen Wert an brennbaren Stoffen, der dem Spitzenwirkungsgrad beim Betrieb des Ofens 12 entspricht. (Wie weiter unten erläutert wird, ist selbst beim Spitzenwert des Wirkungsgrades die Menge an brennbaren Rückständen nicht null). Wenn die festgestellte Menge an brennbaren Stoffen oder Rückstanden diejenige Menge überschreitet, die dem Spitzenwirkungsgrade beim Ofenbetrieb entspricht, dann gibt der Vergleicher 42 ein Signal an die Steuerung 26 für den Sauerstoffüberschuß zur Erhöhung des Uberschußwertes an Sauerstoff ab. Die Umstellung auf denjenigen Wert des SauerstoffÜberschusses, wie er durch die Steuerung für den SauerstoffÜberschuß gegeben ist, zeigt sich dann im Luftraengenrechner 24, der die Luftdurchsatzsteuerung 28 verändert, und schließlich die Luftmenge, die beim Steuerorgan 30 in die Luftzuführung 14 eintritt.

Der Fühler 40 für die brennbaren Rückstände kann ein Kohlenmonoxid-Detektor, wie beispielsweise ein mit UV-Strahlung arbeitender CO-Analysator sein. Der Vergleicher kann eine festverdrahtete Logikscnaltung umfassen, mit einem gespeicherten Wert für den Spitzenwert des Wirkungsgrades für den Betrieb des Ofens. Alle innerhalb der gestrichelten Umrißlinie gezeigten Bestandteile können zu einem Mehrzweck-Digitalrechner, oder einem Teil davon, mit entsprechenden befehlen in der Software gehören.

Die Theorie zur Arbeitsweise und die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 ersichtlich. Die Abszisse des Diagramms nach Pig. 2 stellt die Menge des in den Ofen geleiteten Sauerstoffs oder der in den Ofen geleiteten

80982A /0567

Luft dar.

In der Darstellung sei der Punkt 48 der für die theoretische vollständige Verbrennung einer bestimmten Art und (Qualität eines Brennstoffes erforderliche Sauerstoffanteil. Die Kurve 50 sei eine Darstellung des Verbrennungswirkungsgrades dieser speziellen Brennstoffart in Abhängigkeit von der zugeführten Luftmenge. Wie ersichtlich ist, liegt der Punkt des höchsten Wirkungsgrades bei 52. Der Unterschied der Werte zwischen dem Punkt höchsten Wirkungsgrades bei 52 und dem theoretischen Wert bei 48 stellt den zum Betrieb des Ofens 12 mit seinem Spitzenwirkungsgrad erforderlichen Sauerstoffüberschußwert dar. Die Kurve 5^· sei eine Darstellung der brennbaren Rückstände, die noch festgestellt werden, in Abhängigkeit von der Luftmenge. Für den Punkt maximalen Wirkungsgrades bei ^2. ist der bei 56 angegebene Wert für die Menge au brennbaren Rückständen abzulesen. Wenn auch dieser Wert von null verschieden ist, so bleibt er doch gering (in der Größenordnung von wenigen Millionsteln). Um zu erreichen, daß die an der Abgasabführung 17 festgestellten brennbaren Stoffe den Wert null aufweisen, würde eine übermäßig große Menge an Luft erforderlich sein, was den Wirkungsgrad des Ofens 12 absenken würde. Der selbst bei dem Punkt allerhöchsten Verbrennungswirkungsgrades festgestellte, von null verschiedene Wert an brennbaren Stoffen oder Rückstanden beruht auf der quanten-statistischen Eigenheit chemischer Reaktionen. Aus der Statistik der Quanten kann gezeigt werden, daß bei einer Reaktion ein geringer Bruchteil von Atomen oder Molekülen nur dann in die Reaktion eintreten würde, wenn eine extrem hohe Menge von miteinander reagierenden Stoffen verfügbar wäre. Es ist wichtig, daran zu erinnern, daß die

809824/0567

. 17 - 2745A59

Kurven 5O und 54, sowie die Punkte 48 und 52 einzig und allein bei einer bestimmten Art und einer bestimmten Qualität eines verwendeten Brennstoffes stimmen. Ein davon verschiedener Brennstoff ergibt eine andere Gruppe von Kurven und Punkten, wenn auch die Form dieser Kurven der Form der in Fig. 2 dargestellten Kurven ähneln würde. Bei einem anderen Brennstoff würde jedoch obgleich die Punkte für den Betriebsfall bei 48 und 54- anders lägen, die Menge der beim Punkt maximalen Wirkungsgrades noch festgestellten brennbaren Rückstände angenähert dieselbe wie der Wert bei 56 sein. Somit wird bei der Einrichtung und nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der Fühler 40 für die brennbaren Rückstände dafür eingesetzt, die Menge der brennbaren Anteile an der Abgasabführung 17 festzustellen, und die Menge der Luft am Lufteintritt zu verstellen, bis der Betriebspunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad des Ofens bei 52 erreicht wird, und zwar unabhängig von der Qualität oder Art, oder auch dem Durchsatz an Brennstoff.

Der vorwärts regelnde Teil der Einrichtung wird für die anfängliche Einstellung auf die für einen Wechsel in der Qualität oder im Durchsatz des Brennstoffes erforderliche Luftmenge benötigt. Außerdem ist dieser Teil aus Gründen der Sicherheit erforderlich. Zwischen dem Zeitpunkt der Luftzuführung bei 14, der Brennstoffzuführung bei 16 und der Abgasabführung bei 17 liegt eine zeitliche Verzögerung von etwa drei Minuten. Würde beispielsweise die durch die Brennstoffzuführung 16 zugeleitete Brennstoffmenge plötzlich um einen größeren Betrag, wie beispielsweise 50 #, ohne einen entsprechenden Anstieg in der Luftzuführung erhöht, so würde der unverbrannte Brennstoff in der Tat im Ofen einen

809824/0567

höchst gefährlichen Betriebszustand schaffen. Somit liefert der vorwärts regelnde Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Anfangseinstellung für den Lufteintritt. Als weitere Sicherheitmaßnahme wird der Sauerstoff-Fühler 32 an der Abgasabführung 17 dazu verwendet, den überschüssigen Sauerstoff innerhalb des Ofens 12 zu überwachen. (Gibt es nach dem Durchtritt durch den Ofen 12 noch bei der Abgasabführung 17 verbleibende Sauerstoffraoleküle, dann sind diese Moleküle innerhalb des Ofens 12 im Überschuß.) Der Anzeigewert des Sauerstoff-Fühlers 32 wird darauf verwendet, den Wert des b'auerstoffüberschusses an der Steuerung 26 für den Sauerstoffüberschuß zu steuern. Außerdem schaffen der Sauerstoff-Fühler 32 und der Fühler 40 für die brennbaren Rückstände eine gegenseitige zusätzliche Sicherung wegen der möglichen Gefahr, daß der Ofen 12 mit einem Brennstoffüberschuß betrieben wird, und für den Fall, daß entweder der Fühler 40 für die brennbaren Rückstände oder der Sauerstoff-Fühler 32 bei der Feststellung dieses Betriebszustandes versagen.

Bs ist anzumerken, daß der Vorteil der Einrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung in der selbsttätigen und raschen Rückführung des Betriebes des Ofens in die Nähe des maximalen Wirkungsgrades liegt, mit nachfolgender Brennstoffersparnis. Außerdem sind in der Vergangenheit öfen, um zu gewährleisten, daß sie infolge Sauerstoffmangels keinen gefährlichen Betriebszustand erreichen, mit einem hohen Wert an überschüssigem Sauerstoff betrieben worden. Durch die Steuerung des Ofenbetriebes mit einem geringen Wert an überschüssiger Luft wird auch die Kapazität des Ofens vergrößert.

809824/0567

Claims

Patentanspruch e

\AJ Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungswirkungsgrades eines Brennstoffes in einem Ofen mit Brennstoff- und Luftzuführung, sowie mit einer Abgasabführung, wobei - bestimmt durch einen Überschuß an Sauerstoff - der Ofen in der Nähe seines maximalen Wirkungsgrades arbeitet, und die genannte Einrichtung auf Änderungen in der Durchflußgeschwindigkeit oder Qualität des Brennstoffes anspricht, um den Betrieb des genannten Ofens in der Nähe des maximalen Wirkungsgrades aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung einen vorwärts regelnden Teil einschließt, mxt einem Rechner (22) zur Berechnung einer für die Verbrennung und die Qualität des genannten Brennstoffes erforderlichen theoretischen Durchflußmenge an Sauerstoff, sowie mit einem Rechner (24·) zur Berechnung einer auf der theoretischen Durchflußmenge und dem genannten Überschuß an Sauerstoff beruhenden, tatsächlichen Durchflußmenge an Luft, und mit einer Durchflußsteuerung (28) für die Durchflußmenge an Luft an der genannten Luftzuführung (14-) in Abhängigkeit von der genannten tatsächlichen Durchflußmenge an Luft, und daß die Einrichtung einen rückführenden Teil aufweist, mit einem Fühler (40) zur Feststellung der brennbaren Rückstände an der Abgasabführung (17) und mit einem Endsteuerorgan (30) zur Einstellung der Uberschußmenge an Sauerstoff in Abhängigkeit von dem genannten Fühler (40).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist zur Erhöhung der Lberschußmenge an Sauerstoff, wenn die Menge an brennbaren Rückständen größer

809824 /0567

als ein erwünschter Wert ist, der nahezu dem maximalen Wirkungsgrad entspricht, und daß eine Steuerung (26,4-2) zur Absenkung der Überschußraenge an Sauerstoff vorgesehen ist, wenn die Menge an brennbaren Rückständen geringer als ein erwünschter Wert ist, der nahezu dem maximalen Wirkungsgrad entspricht.
3. Einrichtung nach Anscpruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte vorwärts regelnde Teil ferner einen Sauerstoff-Fühler (32) zur Abfühlung des Sauerstoffpegels an der Abgasabführung (17) umfaßt, und daß eine Steuerung (26) vorgeshen ist zur Einstellung des Überschusses an Sauerstoff auf den durch den Sauerstoff-Fühler (32) bestimmten Wert.
4·. Verfahren zur Aufrechterhaltung des Arbeitspunktes eines Ofens in der Nähe des maximalen Wirkungsgrades - bestimmt durch einen Überschuß an Sauerstoff - wobei der genannte Ofen eine Brennstoff- und eine Luftzuführung , sowie eine Abgasabführung aufweist und Änderungen in der Durchflußmenge oder der Qualität des Brennstoffs unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren eine Vorwärtsregelung einschließt, mit dem Schritt der Berechnung einer für die Verbrennung der Durchflußmenge und die Qualität des jeweiligen Brennstoffes erforderlichen theoretischen Durchflußraenge an Sauerstoff, dem Schritt der Berechnung der tatsächlichen Durchflußmenge an Luft aufgrund der genannten theoretischen Durchflußmenge und des genannten Überschusses an Sauerstoff, sowie mit dem Schritt der Steuerung des Durchsatzes an Luft an der Luftzuführung (14) aufgrund der genannten ermittelten, tatsächlichen Durchflußmenge an Luft, und daß das Verfahren eine Rückführung einschließt, mit dem

80982 4/0567

Schritt der Feststellung der an der Abgasabführung (17) auftretenden Menge an rennbaren Rückständen und dem Schritt der Einstellung des Sauerstoffüberschusses in Abhängigkeit von der Menge der festgestellten brennbaren Rückstände.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei der Vorwärtsregelung ferner den Schritt der Feststellung des Sauerstoffpegels an der Abgasabführung (17), sowie den Schritt der Einstellung des Überschußpegels an Sauerstoff gemäß dem festgestellten Sauerstoffpegelwert umfaßt.
6. Einrichtung zur Steuerung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung von Brennstoff in einem Ofen mit einer Brennstoff- und einer Luftzuführung, sowie mit einer Abgasabführung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung einen Fühler (18) zum Messen des 3rennstoffdurchsatzes durch die genannte Brennstoffzuführung (16) umfaßt, sowie einen Fühler (20) zur Bestimmung der Qualität des durch die Brennstoffzuführung (16) fließenden Brennstoffs, und einen Rechner (22) zur Berechnung des für die Verbrennung der Durchflußmenge und Qualität des genannten Brennstoffes erforderlichen theoretischen Durchsatzes an Sauerstoff, daß ein Fühler (32) vorgesehen ist zur Abfühlung der Menge an überschüssigem Sauerstoff an der Abgasabführung (17), sowie Mittel (4-2) zur Speicherung des genannten Mengenwertes an Sauerstoff, der als Überschußwert festgestellt worden ist, daß ein Rechner (24) zur Berechnung des tatsächlichen Durchsatzes an Luft vorgesehen ist, die aufgrund des genannten theoretischen Durchsatzes an Sauerstoff und dem genannten Überschußwert an Sauerstoff erforderlich ist, sowie ein Steuerorgan (30) für die

809824/0567

idiftmenge bei der Luftzufürhung (14·) in Abhängigkeit von dem genannten tatsächlichen Durchsatz an Luft, und daß ein Fühler (4u) zur überwachung der Menge brennbarer Rückstände an der «bgasabführung (17) vorgesehen ist, sowie eine steuerung (26) zur Einstellung des wberschußwertes an Sauerstoff in Abhängigkeit von dem genannten Fühler (4O) zur Überwachung.

80982A/0B67