DE2821367A1

DE2821367A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen verbrennen eines brennstoffes

Info

Publication number: DE2821367A1
Application number: DE19782821367
Authority: DE
Inventors: Wilfried Boeder
Original assignee: Ppt Pyrolyse- und Prozessanlagentechnik & Co GmbH; Pyrolyse & Prozessanlagentech
Current assignee: Ppt Pyrolyse- und Prozessanlagentechnik Ag 2800 D
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US4285663A; BR7903002A; FR2426213B1; ES480616A1; IT1118660B; IT7968031A0; BE876266A; JPS5572722A; CH638289A5; GB2021252A; FR2426213A1; NL7903786A; GB2021252B; CA1111339A

Description

GEYER, HAGEMANN & PARTNER

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Pat 53/1-78 M München, den 16.5.78 Dr. G/2/da

PPT Pyrolyse- und Prozeßanlagentechnik GmbH & Co.

Birkenfeld

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM KONTINUIERLICHEN VERBRENNEN EINES BRENNSTOFFES

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GEYER, HAGiMANN & PARTNER ? R ? Ή fi 7

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PPT Pyrolyse- und Prozeßanlagen- Pat 53/1-78 M

technik GmbH & Co., Birkenfeld München, den 16.5.1978

Dr. G/2/da

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verbrennen von Brennstoff

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes, bei dem bzw. der der Brennstoff einem Brennraum zugeleitet, dort nach seiner Entzündung unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas verbrannt und in Abhängigkeit von der Einregelung eines gewünschten Sauerstoffgehaltes im Rauchgasstrom das Verhältnis Gas/Brennstoff verändert wird.

Bei herkömmlichen Brenneranlagen wird über einen Düsenkopf Medium in einen Brennraum eingedüst oder eingesprüht und nach der Zündung unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt dadurch, daß über ein gesondertes Gebläse Luft angesaugt und in den Brennraum eingeleitet wird (sogenannte "Brennerluft"). Die Brennerluft muß in einem bestimmten Verhältnis zum Heizwert des jeweils verwendeten Brennstoffes stehen (Luftverhältniszahl), um die gewünschte Verbrennung sicherzustellen.

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Herkömmliche Brenneranlagen arbeiten dabei mit einer Verbundregelung zwischen der jeweils zugeführten Brennstoff- und der zugeführten Luft- bzw. Sauerstoffmenge. Die gewünschten Verbundwerte werden jeweils über mechanische Verbundregler fest eingestellt. Da allerdings der Heizwert eines bestimmten Brennstoffes zum Zeitpunkt' der Verbrennung nicht genau klassifizierbar ist, kann nie ausgeschlossen werden, daß zum Zeitpunkt der tatsächlchen Verbrennung Abweichungen von dem mittleren Brennwert vorliegen, auf den die Anlage eingestellt ist. Dies gilt für alle Brennstoffe, auch für den Erdgas- und den Ferngasbetrieb. Um trotz dieser Unsicherheiten eine kontinuierliche Verbrennung aufrechterhalten zu können, wird bei herkömmlichen Brenneranlagen mit einem entsprechenden Luftüberschuß gearbeitet, wodurch sichergestellt wird, daß nicht unterstöchiometrische Bedingungen für die Verbrennung auftreten können. Allerdings bringt auch die Anwendung eines kontinuierlichen Luftüberschusses viele Effekte, die unerwünscht sind: so muß z.B. die angesaugte Ballastluft (d.h.

0 der aus Sicherheitsgründen zusätzlich in den Brennraum eingetragene Sauerstoff, der nicht verbrannt werden kann) er-

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wärmt und durch alle Heizflächen gezogen werden und sie tritt als erhöhte Emissionsmenge wieder zutage. Weiterhin ist es auch unerwünscht, daß im sogenannten "Feuerraum" (Strahlungsbrennkammer) durch das Vorhandensein entsprechender Luftüberschüsse die an sich vorhandenen Flammtemperaturen gemindert werden und dadurch der angestrebte Wärmeübergang in der Erzeuger- oder Erhitzeranlage bemerkenswerte Einbußen erleiden kann. Aus diesen Gründen ist es bisher auch nicht möglich gewesen, in einer vor-0 gegebenen Feuerungsanlage mit Verbundreglern mehrere Medien gleichzeitig zu verbrennen; alle sogenannten "Kombinationsbrenner" sind mit einem "Entweder-Oder-Betrieb" ausgerüstet. Hierdurch ergibt sich ein durchaus merklicher apparativer Mehraufwand und sicherheitstechnisch wie betriebstechnisch Nachteile: wird eine Kombinationsfeuerung, die in der Regel mit einem bestimmten Brennstoff betrieben wird und lediglich aus sicherheitstechnischen Gründen einen Anschluß für einen anderen Brennstoff aufweist, nach längerer Zeit tatsächlich einmal mit dem anderen Brennstoff betrieben, dann zeigt sich, bedingt durch die lange aufgetretene Betriebsunterbrechung bezüglich dieses Brennstoffes, insbesondere im mechanischen Bereich der Steuerung (Absperrglieder, Pumpen, etc.) eine teilweise bemerkenswerte Störanfälligkeit.

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Auch ist es bei großen Kraftwerksanlagen bekannt, dem Verbrennungsprozeß nachgeschaltet im Abgaskanal· Sauerstoffanalysatoren zu verwenden, welche die bei diesen Brenneranlagen wegen des Vorfahrens des Brennstoffes und des Nachziehens der Luft verwendeten Verbundregler üoer ein bewegliches Stellglied verstellen, um dadurch den Luftüberschuß (bei konstanter Verbrennungsleistung} bei konstanter Brennstoffzufuhr nachzuregeln. Da eine volumetrische Steuerung von Gasströmen jedoch nur schwer möglich und mit einer relativ langen Regelzeit verbunderi ist, konnte dieses bekannte Verfahren zum Nachregeln des (mechanischen) Verbundreglers nur in sehr beschränktem Umfang bei Großanlagen sinnvoll eingesetzt werden. Das grundsätzlich bisher angewendete Prinzip einer (bei konstanter gewünschter Leistung) konstant gehaltenen Brennstoffzufuhr und das entsprechende Nachfahren der Luft bei erheblichem Luftüberschuß wurde auch bei diesem bekannten Verfahren beibehalten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes gemäß der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß unter weitgehender Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Nachteile bekannter Verbrennungsverfahren mit ihm auch bei erheblich schwankendem Heizwert des eingesetzten Brennstoffes eine Verbrennung unter besonders gleichmäßigen und günstigen Verbrennungsbedingungen und bei besonders großem Wirkungsgrad möglich ist. Weiterhin soll eine Vor-

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richtung der einleitend genannten Art zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes so verbessert werden, daß die Verwendung verschiedenster Brennstoffe jederzeit ohne schwierige Umstellungen und bei großer Betriebssicherheit sowie bei besonders hoher Wirtschaftlichkeit, selbst bei momentan stark schwankenden Heizwerten des jeweils gerade eingesetzten Brennstoffes, möglich ist, und die einen relativ einfachen Aufbau aufweisen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Erzeugung einer konstanten Verbrennungsleistung die Brennstoffzufuhr bei konstant gehaltenem Durchsatz von sauerstoffhaltigem Gas im Brennraum in Abhängigkeit von der Einregelung des gewünschten Sauerstoffgehaltes im Rauchgas direkt gesteuert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes geht aus von einem Brenner mit einem Brennraum, der eine Einrichtung zur Zufuhr von Brennstoff und eine Einrichtung zum Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases aufweist, wobei weiterhin ein im Rauchgasbereich angeordnetes Gerät zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas vorgesehen ist; dabei wird die der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrundeliegende Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Einblaseinrichtung für das sauerstoffhaitige Gas als Einrichtung mit bei Betrieb und konstanter Verbrennungsleistung konstantem, einstellbarem FÖrderdurchsatz ausgebildet und die Brennstoffzuführeinrichtung

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mit einer Durchsatz-Steuerung versehen ist, die durch das Sauerstoffmeßgerät im Rauchgasstrom direkt regelbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also, in völligem Gegensatz zu herkömmlichen Verfahern, die Luft bzw. das sauerstoffhaltige Gas als Leistungsregler und Leitmedium vorgefahren und entsprechend ein beliebiges Brennstoffmedium mit beliebigem Heizwert dem vorhandenen Lufteintrag zugeführt, bis der Regelungspunkt im Rauchgas erreicht ist. Hierdurch wird es möglich, die kostbaren und hochwertigen modernen Energieträger voll und besonders gut auszunutzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Brennstoffe unterschiedlichster Herkunft mit völlig verschiedenen Heizwerten in einer Brenneranlage jederzeit und ohne große Umstellungen' verfeuern zu können. So lassen sich z. B. auch solehe Brennstoffmedien unschwer bei gutem Wirkungsgrad ausnutzen, die einen sehr stark schwankenden Heizwert aus Abfall- und Rückstandsprozessen, mit Schwankungsbreiten von z. B. zwischen 2000 und 10 000 kcal/kg, aufweisen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung des Restsauerstoffgehaltes im Rauchgas an einer Stelle hinter der Flamme, wo Rauchgastemperaturen zwischen 600⁰C und 900⁰C vorliegen (also an Stellen, die noch innerhalb des eigentlichen Brennraumes, aber außerhalb des Flammenbereiches liegen), da dort im wesentlichen der O₂ Partialdruck und die Temperatur linearisiert sind, wodurch

beim Einsatz von Nernst-Ze Ilen besonders gut C^-Messungen möglich sind.

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Die Einregelung eines konstanten, vorgegebenen Restsauerstoffgehaltes in Rauchgasstrora, wobei der O„-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich unter 2,5 Vol.-% gewählt wird, insbesondere die Einregelung auf einen Viert von etwa 1 Vol.-I, sichert die Möglichkeit einer Verbrennung nahe dem stöchiometrischen Punkt (aber im nachstöchiometrischen Bereich). Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es sogar, daß der Sauerstoffgehalt im Rauchgas auf einen Bezugswert von etwa 0,5 Vol.-% oder geringer eingeregelt wird, wobei hier noch immer die aus sicherheitstechnischen Gründen im Hinblick auf die Trägheit von Regelgeräten und die Bestimmungen im Hinblick auf die Emissionen erforderlichen leicht nachstöchiometrischen Bedingungen präzise eingehalten werden können. In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dem Brennraum während der Verbrennung konstant zugeführte Menge an sauerstoffhaltigem Gas einstellbar: hierdurch läßt sich eine gewünschte Leistungsregelung des Brenners unschwer erzielen. Als sauerstoffhaltiges Gas wird vorzugsweise Luft verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht gegenüber herkömmlichen Brenneranlagen das Verbrennen bei günstigeren Bedingungen und dadurch eine höhere Wirtschaftlichkeit im Betrieb. Überdies kann die Verbrennung noch näher am stöchiometrischen Punkt als bisher durchgeführt werden, da eine schnelle und präzise Regelung der Brennstoffzufuhr gegeben ist: hierdurch läßt sich eine merkliche Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Brenneranlagen gleicher Leistung erzielen.Es ist weiterhin zu beachten, daß bei der durch die Erfindung ermöglichten Durchführung von Verbrennungsprozessen nahe am

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stöchiometrischen Punkt auch alle Schadstoffemissionen auf der Abgasseite bestens beherrschbar sind (so sind bei (^-Überschüssen im Abgas im Bereich bis zu 2,5 Vol.-% kaum Schadstoffwerte (CO, CO«) feststellbar). Beim Aufbau herkömmlicher Brenneranlagen, z.B. zur Verbrennung von leichtem Heizöl, erfolgte deren Auslegung über eine entsprechende Luftverhältniszahl. Bei einem angenommenen stöchiometrischen Luftbedarf von 11,5 Normal-m³/kg sind bei einer Luftverhältniszahl von 1,2 also 13,7 m³ Luft vorzusehen, um 1 kg Heizöl (HU 10170 kcal/kg) zu verbrennen. Auf der Basis solcher Durchschnittswerte wird dann die entsprechende Verbundregelung (mechanisch) aufgebaut. Die Brennerleistung richtet sich dann nach dem Brennstoffbedarf (z.B. "Brennerleistung" von 112 bis 115 kg öl zur Erzeugung einer Wärmemenge von 1 Gcal). Entsprechend werden die herkömmlichen Brenner klassifiziert. Demgegenüber ist bei Auslegung einer erfindungsgemäßen Brenneranlage nicht eine Leistungsregelung über den Brennstoffbedarf, sondern über den gewählten Luftdurchsatz anzugeben. Dem (unter Abzug des Restsauerstoffgehaltes ermittelten) Sauerstoffgehalt für die Verbrennung des Brennstoffs wird dann eine entsprechende Brennstoffmenge (Energiemenge) zugeregelt, wobei der Wirkungsgradverlust aufgrund mitgezogenen Luftballastes nahezu völlig entfällt. So läßt sich bei der Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung derselben Wärmemenge von 1 Gcal, für die - wie oben aufgezeigt bei einem herkömmlichen Brenner ca. 112 bis 115 kg öl er-

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forderlich sind, eine Einsparung von ca. 7 kg öl erzielen. In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch gleichzeitig verschiedene Brennstoffe dem Brennraum zugeführt werden und die Zufuhr der einzelnen Brennstoffe in Abhängigkeit von der Einregelung des vorgegebenen Sauerstoffgehaltes im Rauchgas entsprechend einem vorgegebenen Verbundsteuerungssystem gesteuert werden. Bei der Zufuhr unterschiedlicher Brennstoffe in den Brennraum verkompliziert sich natürlich die Regelung des Rauchgas-O--Restgehalts . Bei Schwankungen dieses Viertes ist es erforderlich, nach einem vorgegebenen Verbundsteuerungs-Regelsystem die Ansteuerung der einzelnen Brennstoffzufuhren vorzunehmen: dabei müssen klare Prioritäten hinsichtlich der Steuerungsfolge bei den einzelnen Brennstoffzufuhren im Rahmen eines vorgegebenen Verbundsteuerungssystems aufgestellt werden. Ein besondex-s einfaches und wirkungsvolles Verbundsteuerungssystem besteht darin, eine gleichzeitige und linear gleichgerichtete Steuerung der Zufuhr aller Brennstoffe bei einer Regelabweichung vorzunehmen. Dies bedeutet also, daß gleichzeitig eine gleichmäßige Zu- bzw. Absteuerung aller Brennstoffzufuhren erfolgt, wenn ein Regelungsvorgang einsetzt.

Wenn allerdings die verwendeten Brennstoffe sehr stark unterschiedliche Heizwerte aufweisen, dann kann es von Vorteil sein, wenn bei Regelabweichungen im Sauerstoffgehalt

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des Abgases zunächst nur die Zufuhr eines einzelnen Brennstoffes gesteuert und, falls die jeweiligen Aussteuerungsgrenzen erreicht sind, dann erst nachgeschaltet die nächste Brennstoffzufuhr usw. gesteuert wird. Hierzu wird vorteilhafterweise das Verbundsteuerungssystem für die einzelnen BrennstoffZuführungen so ausgelegt, daß diese entsprechend einer vorgegebenen Steuerungsfolge angesteuert werden.

Als Gerät zur Messung des Sauerstoffanteiles im Rauchgas läßt sich bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung jeder geeignete, schnell reagierende Sauerstoffmesser einsetzen, so z.B. handelsübliche Geräte, die aufgrund massenspektroskopischer Methoden (Quadrupol-Massenspektrographen) oder aufgrund spektroskopischer Methoden (ESR-(Elektronenspinresonanz-) Spektroskope) arbeiten. Besonders einfach läßt sich die erfindungsge mäße Vorrichtung jedoch ausführen, wenn das im Rauchgas angeordnete Gerät eine Einrichtung aufweist, die das an die Durchsatz-Steuerung weitergeleitete Steuersignal als Nernst-Spannungssignal zwischen dem Restsauerstoffgehalt im Rauchgas und dem Sauerstoffgehalt eines eingeschlossenen Vergleichsgasvolumens erzeugt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung eine (vorzugsweise abgeschlossene) Primärkammer für ein Vergleichsgasvolumen, eine zum Rauchgas offene Sekundärkammer für das Meßgasvolumen,je eine in die Primär- und

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Sekundärkammer ragende, auf die jeweiligen Sauerstoffanteile ansprechende Nernst-Festkörperzelle und eine Vergleichseinrichtung für die Ermittlung der Potentialdifferenz zwischen den von den beiden Nernst-Festkörperzellen gemessenen elektrochemischen Sauerstoffpotentialen aufweist. Die Ausnutzung des Nernst-Effektes im Hinblick auf die Potentialdifferenz der elektrochemischen Potentiale der Sauerstoffanteile in der Ausgangsluft (vor der Verbrennung) und im Abgas (nach der Verbrennung) ermöglicht es, eine einfache, preisgünstige und im Hinblick auf die (für die erforderliche Regelung) nötige Genauigkeit und Schnelligkeit voll zufriedenstellende Sauerstoffmeßeinrichtung zu erstellen. Es empfiehlt sich, eine solche Sonde fest in der Konvektionszone (Rauchgas) nach dem Strahlungsraum (Brennraum) zweckmäßigerweise an einer Stelle einzubauen, an der die auftretenden Abgastemperaturen zwischen 600° und 900⁰C liegen. Bei einem solchen Sauerstoff-Meßgerät lassen sich in den angegebenen nachstöchiometrischen Bereichen, die bei der Erfindung vorteilhaft sind, Spannungen in einem Bereich zwischen 37 und 54 mV ausnutzen, wobei beim Erreichen des stöchiometrischen Punktes ein Ansteigen der Spannung dynamisch bis auf 500 und mehr mV festzustellen ist. Je nach Ansteigen des SauerstoffÜberschusses im Rauchgas tritt ein entsprechender Spannungsabfall auf, der den Wert 0 erreicht, wenn Referenzsauerstoff und Sauerstoff an der

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Sekundärseite des Gebers in gleichem Anteil vorhanden sind. Bei Anwendung solcher Nernst-Festkörperzellen läßt sich also auf einfache Weise eine genaue Regelung und auch die Markierung von Grenzwerten zum Zwecke gewünschter Sicherheitsabschaltungen auch bei dramatischem Abfall der Spannung erzielen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung schematisch im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brenneraufbaus;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen schematischen Aufbau einer Nernst-Festkörperzelle.

In Fig. 1 ist ein Brenner 1 mit einem Brennraum 2 dargestellt, an dem hinten ein Abgaskanal 7 zur Ableitung der Brenngase angebracht ist. An der Vorderseite das Brenners ist eine Einrichtung 3 zur Zufuhr von Brennstoff angebracht, über die ein gewünschtes Brennstoff-Medium in den Brennraum 2 eingedüst oder eingebracht werden kann. Weiterhin ist an der Vorderseite des Brenners 1 ein Luftventilator 4 vorgesehen, der über einen Zufuhrkanal 5 die angesaugte Luft einer Einrichtung 6 zum Einblasen der Luft in den Brennraum 2 zuführt. Für diese Einrichtung 6 sind die unterschied-

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lichsten konstruktiven Formgebungen bekannt und möglich, wobei in Fig. 1 nur rein beispielshalber und rein schematisch eine konzentrisch um die Brennstoffeinspritzeinrichtung 3 herum verlaufende Luftführung mit Drallschaufeln gezeigt ist.An einer Stelle hinter der Flamme (in Fig.1: im Aogaskanal 7, aber auch im Brennraum selbst möglich)ist ein O„-fIeßgerät 9 angebracht, das über eine Leitung 10 Steuersignale an eine Steuerung 8 abgibt, über die der dem Brennraum 2 zugeführte Brennstoffstrom gesteuert werden kann.

Bei Betrieb läuft zunächst der Ventilator 4 an; er ist so ausgelegt, daß er nach seinem Anlaufen einen konstanten Luftdurchsatz durch den Brennraum 2 aufrechterhält, wobei die Größe des Durchsatzes je nach gewünschter Leistung am Ventilator 4 eingeregelt werden kann. Nach diesem Vorfahren der Luft wird dann mit der Förderung des Brennstoffs begonnen, der über die Einrichtung 3 in den Brennraum eingespritzt und dort gezündet wird. Über das Sauerstoffmeßgerät 9 im Abgaskanal 7 wird laufend festgestellt, welcher Anteil an Restsauerstoffgehalt in den austretenden Gasen vorliegt.

in Abhängigkeit von dem voreingestellten, gewünschten Restsauerstoff anteil im Rauchgas wird über die Leitung und die Steuerung 8 solange eine Vergrößerung der Brennstoffzufuhr durch die Einrichtung 3 zum Brennraum 2 hin angesteuert, bis der Restsauerstoffgehalt im Rauchgas den wünschten Wert erreicht und damit die gewünschten Ver-

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brennungsbedingungen erhalten sind. Treten Abweichungen von dem voreingegebenen Sollwert des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas auf, dann wird sogleich über den Fühler 9 eine entsprechende Beeinflussung der Durchsatz-Steuerung 8 vorgenommen und der geförderte Brennstoffstrom entsprechend auf- oder zugedreht. Neben der Brennstoffzuführung 3 können auch noch zusätzliche weitere BrennstoffZuführungen vorgesehen sein, von denen eine beispielshalber in Fig. 1 dargestellt ist: diese zweite Brennstoffzuführung 11 ist ebenfalls mit einer Durchsatz-Steuerung 12 versehen, die über eine Steuerleitung 14 von einem in der Ausgangsleitung 10 des Fühlers 9 angeordeten Verteilregler 13 Steuersignale erhalten kann. Dieser Verteilregler 13 arbeitet dabei nach einem vorgegebenen Verbundsteuerungssystem, nach dem bei einer gegebenen Regelabweichung, die vom Fühler 9 über die Leitung 10 eingegeben wird, eine bestimmte Aufspaltung der Steuerungssignale an die verschiedenen BrennstoffZuleitungen vorgenommen wird. Dabei kann ein gleichartiges Signal an alle BrennstoffZuleitungen gleichzeitig abgegeben werden, was deren gleichzeitige und linear-gleichgerichtete Einsteuerung nach sich zieht (d.h. alle Zuleitungen werden gleichmäßig geöffnet bzw. geschlossen); es kann aber auch eine völlige Aufteilung der Signale vorgenommen werden, etwa derart, daß zuerst die Zuführung 3 des ersten Brennstoffes zu- bzw. aufgeregelt wird und erst bei Erreichen ihrer Regelgrenzen dann die nächste Brennstoffzuführung ange-

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steuert wird usw. usw. .

In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung eines Prinzipaufbaus für einen Sauerstoffühler 3 gezeigt, der in Form einer Nernst-Festkörperzelle arbeitet:

Dieser Fühler 9 weist ein äußeres Gehäuse 21 mit einer in seinem Inneren abgeschlossenen Kammer 22 und einernach außen hin offenen,im Volumen gleich großen Kammer 23 auf. Die Kammer 2 2 wird mit einem I.eferenzgas (vorzugsweise Luft) gefüllt, während die offene Kammer 23 in den Rauchgasstrom ragt und sich entsprechend mit Rauchgas füllt. In die Kammer 22 ragt ein Sensor 25, in die Kammer 23 ein Sensor 24, wobei diese Sensoren als Nernst-Sensoren ausgebildet und auf die elektrochemischen Sauerstoffpotentiale der jeweils in den Kammern 22 bzw. 23 vorhandenen Gasvolumina ansprechen. Eine geeignete Einrichtung 2 6 ist mit den Sensoren 2 4 und 2 5 verbunden und ermittelt die Potentialdifferenz der von den beiden Nernst-Festkörperzellen 2 4 und 2 5 gemessenen elektrochemischen Sauerstoffpotentiale, die in Form eines Spannungssignales über die Leitung 2 7 zum Ausgang 2 8 des Gerätes 9 weitergeleitet wird und von dort über die Leitung 10 zur Steuerung der Durchsatz-Ströme für die einzelnen BrennstoffZuführungen 3 bzw. 11 weitergeführt wird. Der in Fig. 2 gezeigte Fühler 9 ist hier allerdings nur in einer prinzipiellen Darstellung wiedergegeben: die konkrete konstruktive Ausgestaltung des Fühlers läßt eine Vielzahl von speziellen Modifikationen zu, z.B. die Ausbildung der

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offenen Kammer nicht als einseitig offene Kammer, sondern etwa als Durchströmkammer (mit seitlich angebrachten Durchströmschlitzen). Auch kann die Kammer 22 für das Referenzgas als nach außen hin (d.h. zu einer größeren Kammer, die mit Referenzgas gefüllt ist) offene Kammer ausgeführt sein. Auch können in dem Fühler 9 noch andere Geräte untergebracht sein, z. B. zur Aufheizung des Rauchgasvolumens, falls der Fühler 9 an einer Stelle eingesetzt wird, an der die Rauchgastemperatüren nicht ausreichend hoch sind, oder Zusatzgeräte zum Verstärken der Spannungssignale o. ä. Durch solche Abänderungen wird jedoch der in Fig. 2 gezeigte prinzipielle Aufbau eines solchen Nernst-Fühlers nicht berührt. Solche Nernst-Fühler sind relativ preisgünstig erhältlich, einfach im Aufbau und unkompliziert in der Herstellung. Sie sichern überdies eine schnelle Erfassung von 0 -Änderungen in Rauchgas bei hoher Präzision der gewonnenen Meßwerte.

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Claims

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Ansprüche

Verfahren zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes, bei dem der Brennstoff einem Brennraum zugeleitet, dort nach seiner Entzündung unter Zufuhr von sauerstoffhaltigern Gas verbrannt und in Abhängigkeit von der Einregelung eines gewünschten Sauerstoffgehaltes im Rauchgasstrom das Verhältnis Gas/Brennstoff verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer konstanten Verbrennungsleistung die Brennstoffzufuhr bei konstant gehaltenem Durchsatz von sauerstoffhaltigern Gas im Brennraum in Abhängigkeit von der Einregelung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas direkt gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas hinter der Flamme an einer Stelle erfolgt, wo das Rauchgas eine Temperatur zwischen 600⁰C und 900⁰C aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt im Rauchgas auf einen Wert unter 2,5 Vol.-%, vorzugsweise auf einen Wert von etwa 1 Vol.-% eingeregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Sau-

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- 2 -erstoffgehalt von 0,5Vol.-% oder geringer im Rauchgas.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum während der Verbrennung konstant zugeführte Menge an sauerstoffhaltigem Gas einstellbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig verschiedene Brennstoffe dem Brennraum zugeführt werden und die Zufuhr der einzelnen Brennstoffe in Abhängigkeit von der Einregelung des vorgegebenen Sauerstoffgehaltes im Rauchgas nach einem vorgegebenen Veroundsteuerungssystem gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundsteuerungssystem eine gleichzeitige und linear
gleichgerichtete Steuerung der Zufuhr aller Brennstoffe bewirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundsteuerungssystem die einzelnen BrennstoffZuführungen entsprechend einer vorgegebenen Steuerungsfolge ansteuert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas Luft verwendet wird.

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0O. Vorrichtung zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffes, mit einem Brennraum, der eine Einrichtung zur Zufuhr von Brennstoff und eine Einrichtung zum Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases aufweist, sowie mit einem im Rauchgasbereich angeordneten Gerät zur Ilessung des Sauerstof fgehaltes im Rauchgas, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaseinrichtung (4-6) für das sauerstoffhaltige Gas als Einrichtung mit bei Betrieb und konstanter Verbrennungsleistung konstantem, einstellbarem Förderdurchsatz ausgebildet und die Brennstoffzuführeinrichtung (3) mit einer Durchsatz-Steuerung (8) versehen ist, die durch das Sauerstof fmeßgerät(9)imRauchgasstrom direkt regelbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gerät (9) zur Messung des Sauerstoffgehaltes eine Einrichtung (24_r 25, 26) aufweist, die das an die Durchsatz-Steuerung (8) weitergeleitete Steuersignal als Nernst-Spannungssignal zwischen dem gemessenen Restsauerstoffgehalt im Rauchgas und dem Sauerstoffgehalt eines Vergleichsgasvolumens erzeugt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24-26) eine Primärkammer(22) für ein Volumen eines sauerstoffhaltigen Vergleichsgases, eine zum Rauchgasstrom hin offene Sekundärkammer (23) für ein Rauchgasvolumen, je eine in die Primärkammer (22) und in die Sekun-

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därkammer (23) ragende, auf die jeweiligen Sauerstoffanteile ansprechende Nernst-Festkörperzelle (24,25) und eine Vergleichseinrichtung (26) für die Ermittlung der Potentialdifferenz zwischen den von den beiden Nernst-Festkörperzellen (24,25) gemessenen elektrochemischen Spannungspotentialen aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (9) zur Messung des Sauerstoffanteiles im Rauchgas an einer Stelle im Rauchgasbereich angeordnet ist, bei der die zu erwartenden Rauchgastemperaturen zwischen 600⁰C und 900*C liegen.

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