DE2904968A1

DE2904968A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der luftzufuhr eines heizofens

Info

Publication number: DE2904968A1
Application number: DE19792904968
Authority: DE
Inventors: Keizo Omori; Yasuhiro Suzuki
Original assignee: Nippon Petroleum Refining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2904968C2; US4262843A; FR2417062B1; GB2017278A; FR2417062A1; GB2017278B

Description

TER meer · möller · Steinmeister fcppon Petroleum

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Verbrennung in einem Heizofen mit natürlichem Zug gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einem Heizofen zur Erwärmung eines Fluids, das den Ofen in einem Wärmetauscher durchströmt und mit einem Verbrennungsgas in Wärmeaustausch tritt. Zur Aufrechterhaltung einer vollständigen und sicheren Verbrennung wird die Menge der zugeführten Luft geregelt.

Bei Heizöfen dieser Art, die beispielsweise in weitem Umfange in petrochemischen Betrieben oder dgl. benutzt werden, wird die für die Verbrennung eintretende Luftmenge, die auf natürliche Weise in den Ofen durch eine Einlaßöffnung eines Brenners eingesaugt wird, genau durch Einstellung des Öffnungsgrades einer Ofenklappe geregelt, die sich in einem Abgas-Auslaß des Heizofens befindet.

Bei einem derartigen Ofen wird bei einer unnötig hohen Luftzufuhr das Innere des Ofens durch Luft gekühlt, die für die Verbrennung nicht benötigt wird, und da die Brennstoffmenge erhöht wird, ergeben sich wirtschaftliche Nachteile. Folglich ist es vorzuziehen, die Luft für die Verbrennung in einer Menge zuzuführen, die zur Erwärmung eines zu heizenden Fluids notwendig ist. Zu diesem Zweck ist ein Verfahren angewendet worden, bei dem der Druck des Verbrennungsgases in dem Ofen bzw. der Abzugs- oder Zug-Druck gemessen wird und der Öffnungsgrad der Ofenklappe so eingestellt wird, daß dieser Druck auf einem leicht negativen Niveau in der Nähe des Atmosphärendrucks gehalten wird. Auf diese Weise wird eine minimale, notwendige Luftmenge zugeführt. Bei einem

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Abzugs-Ofen nimmt dieser Druck jedoch örtlich zu p.b. Daher entspricht der Druck in der Meßposition nicht in allen Fällen der Luftmenge, d.h. der Sauerstoffmenge in dem Ofen. Wenn daher der gemessene Wert des Druckes eine angemessene Luftzufuhr anzeigt, kann es trotzdem zu einer unvollständigen Verbrennung aufgrund von Sauerstoffmangel im gesamten Bereich des Ofens kommen. Wenn in diesem Falle die Luftzufuhr augenblicklich erhöht wird, ergibt sich eine explosive Verbrennung und das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung des Ofens. Wenn daher die Sauerstoffmenge in dem Ofen unzureichend ist, sollte der Öffnungsgrad der Ofenklappe zeitweilig vergrößert werden.

Zur Regelung des Öffnungsgrades der Ofenklappe bei einem herkömmlichen Ofen dieser Art ist bisher ein manuelles Verfahren angewendet worden, bei dem die Ofenklappe von Hand entsprechend dem angezeigten Druck eingestellt worden ist, während die entsprechenden Werte auf einer Druckmeßuhr überwacht wurden. In vielen Fällen ist ein derartiges Druckmeßgerät in einem Kontrollraum entfernt von dem Ofen angeordnet, von dem aus eine Fernsteuerung erfolgt. Weiterhin ist ein Verfahren zur automatischen Regelung des Öffnungsgrades der Ofenklappe auf einen bestimmten Wert entsprechend dem durch einen Ofendrucksensor ermittelten Druckwert verwendet worden.

Bei dem bekannten manuellen Regelverfahren ergibt sich der Nachteil, daß die Regelungsgenauigkeit gering und eine ökonomische Ausnutzung des Brennstoffs nur unzureichend möglich ist. Im übrigen muß ein Bedienungsmann ständig die Druckmessungen überwachen, und die Regelung ist ermüdend und schwierig. Bei dem zuletzt genannten Regelungsverfahren wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe nur nach dem Ofendruck geregelt. Dabei ist die Regelgenauigkeit ebenfalls unzureichend, und es ist sehr schwierig, einen zeitweiligen Sauerstoffmangel in

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dem Ofen zu verhindern. Daher ist auch bei diesem Verfahren die Betriebssicherheit problematisch. Das genannte Verfahren wird daher in der Praxis kaum angewendet.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die genannten Nachteile der bekannten Lösungen zu überwinden und ein genaueres und sichereres Regelverfahren für Heizöfen mit natürlichem Zug zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des I-Iauptanspruchs.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur der Ofen- oder Abzugsdruck gemessen, sondern es wird auch die Sauerstoffkonzentration in einem Verbrennungsgas oder Abgas in vorgegebenen Zeitintervallen ermittelt. Außerdem wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe genau und stabil auf der Grundlage der gemessenen Werte zur Regelung der Luftzufuhr auf ein notwendiges und ausreichendes Maß eingestellt. Dadurch ergibt sich eine wirtschaftliche Brennstoffausnutzung und eine hohe Betriebssicherheit.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin der Strömungsdurchsatz des zu erwärmenden Fluids ermittelt und die Temperaturen des Fluids am Einlaß und Auslaß des Heizofens werden gemessen. Daraus läßt sich die zur Erwärmung des Fluids notwendige Wärmemenge, d.h. die Heizlast des Ofens errechnen. Wenn die Heizlast steigt, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe über einen vorgegebenen Wert hinaus vergrössert, so daß eine größere Luftmenge entsprechend der größeren Heizlast eintritt.

Die gemessenen Werte, wie etwa der Ofendruck und der Öffnungsgrad der Ofenklappe, werden überprüft und auf erhebliche Abweichungen von einem normalen Wert abgeta-

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stet, und wenn ein nicht normaler Wert festgestellt wird, wird die Regelung von diesem nicht normalen Wert abgekoppelt, so daß eine fehlerhafte Regelung der Luftzufuhr verhindert wird.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung

zur Veranschaulichung eines in Umrissen angedeuteten Heizofens mit einer erfindungsgemäßen nagelvorrichtung für die Luftzufuhr;

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Fig. 2A bis 2C sind Flußdiagramme zur Veranschaulichung des Regelprogramms einer Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr;

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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung

zwischen dem Ofendruck und der Brennstoffeinheit zeigt und dient zum Vergleichen des erfindungsgemässen Systems mit einem herkömmli

chen manuellen System in Bezug auf die wirtschaftliche Brennstoffausnutzung.

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Fig. 1 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der das erfindungsgemäße Regelsystem auf eine Vorrichtung zur Destillation von Erdöl bzw. Rohöl unter Atmosphärendruck angewendet wird. Gemäß Fig. 1 ist ein Brenner 2 am Mittelbereich des Bodens eines Heizofens 1 mit natürlichem Zug angebracht. Ein Wärmetauscher 3 befindet sich im oberen Bereich des Heizofens 1. Der Wärmetauscher 3 umfaßt Rohre für ein zu erwärmendes Fluid, das von einer nicht gezeigten Fluidquelle über ein Zufuhrrohr 3A zugeführt wird. Die Rohre durchdringen die Seitenwand des Heizofens -1 und erstrecken sich meanderförmig oder schraubenförmig durch das Innere des Ofens. Die Wände der Rohre des Wärmetauschers 3 werden durch ein Brenngas erwärmt, das durch Verbrennung eines Brennstoffs mit Hilfe des Brenners 2 erzeugt wird, und der Wärmeaustausch erfolgt zwischen dem Fluid in den Rohren des Wärmetauschers 3 und diesem Brenngas oder Verbrennungsgas. Das auf diese Weise erwärmte Fluid wird von dem Wärmetauscher 3 über ein Auslaßrohr 3B an eine Vorrichtung abgegeben, in der das Fluid verwendet werden kann. Der Brenner 2 ist mit einer Öffnung zur Aufnahme von Luft für die Verbrennung und einem Register oder einem Schieber 2a zur Einstellung des Strömungsquerschnittes durch manuelle Verdrehung um die Einlaßöffnung versehen. Ein Fluid-Durchsatzmesser 4 und ein Thermometer 5 befinden sich am Einlaßbereich des Wärmetauschers 3, und ein weiteres Thermometer 6 ist im Auslaßbereich des Wärmetauschers vorgesehen. Entsprechend der Temperatur des erwärmten Fluids, die durch das auslaßseitige Thermometer 6 gemessen wird, wird ein Regelventil 8 in einer Brennstoff-Zufuhrleitung 7 gesteuert. Die Zufuhrleitung 7 ist mit dem Brenner 2 einerseits und einer nicht gezeigten Brennstoffquelle andererseits verbunden. Die Steuerung erfolgt automatisch, so daß der Brennstoff dem Brenner 2 in einer Menge zugeführt wird, die der für das zu erwärmende Fluid benötigten Wärmemenge entspricht.

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Eine Ofenklappe 9 in der Form einer drehbaren, scheibenförmigen Drosselklappe ist an einer Wand eines Abgas-Auslasses 1a im oberen Bereich des Heizofens 1 befestigt und regelt den Strömungsdurchsatz des Abgases durch Vergrößerung oder Verkleinerung der offenen Durchlaßfläche. Dadurch wird zugleich die in den Heizofen 1 eintretende Luftmenge geregelt. In dem Auslaß 1a befindet sich ein Drucksensor 10 zur Abtastung des Zugdruckes stromaufwärts der Ofenklappe 9 sowie ein Sauerstoff-Sensor 11 zur Abtastung der Sauerstoffkonzentration stromabwärts der Ofenklappe 9. Ein Sensor 12 tastet den Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 ab, und ein Antrieb 13 ist mit der Ofenklappe 9 verbunden und dient zu"deren Drehung.

Meßsignale des Durchsatzmessers 4 für das zu erwärmende Fluid, der Thermometer 5 und 6, des Drucksensors 10 zur Abtastung des Zug-Unterdruckes und des Sauerstoff-Sensors 11 gelangen in vorgegebenen Zeitintervallen an einen Computer oder Rechner 14, der als Einrichtung zur Steuerung des Öffnungsgrades der Ofenklappe 9 dient. Sin Steuersignal für den Öffnungsgrad der Ofenklappe wird durch den Rechner 14 entsprechend den EingangsSignalen ermittelt und an den Antrieb 13 abgegeben, der den gewünschten Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 einstellt. Wenn unter den zuvor erwähnten Meßwerten ein gänzlich aus dem Rahmen fallender Wert abgetastet wird, gibt der Rechner 14, wie später genauer erläutert werden soll, eine entsprechende Information an einen Monitor 15 und einen Schreiber 16 ab, so daß dieser abnorme Zustand angezeigt und festgehalten wird.

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Anschließend soll das Regelprogramm des zuvor erläuterten Verbrennungssystems unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden.

Meßsignale der verschiedenen Sensoren gelangen an den Rechner 14 in Intervallen von 3 Minuten. Der zuletzt gemessene Wert und die Werte der beiden vorangegangenen Mes-

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sungen gelangen in eine Gruppe in einem Datenverarbeitungsbereich des Rechners 14. Wenn der zuletzt gemessene Wert empfangen wird, werden die Meßdaten der drei letzten Messungen in dem Rechner in eine Gruppe eingegeben, während die Daten der Messung, die der frühesten Messung dieser drei Messungen vorangeht, gelöscht werden. Es wird somit ein System mit gleitenden Mittelwerten entsprechend angewandt.

Zunächst wird geprüft, ob der gemessene Wert des Sauerstoff-Sensors 11 normal oder nicht normal ist. Wenn der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 über einen längeren Zeitraum aufgrund eines Meßfehlers des Sauerstoff-Sensors 11 groß ist, wird der tatsächliche Sauerstoffanteil in dem Heizofen 1 übermäßig erhöht, und der Brennstoff wird notwendigerweise mit starkem Überschuß zugeführt, so daß er nicht mehr wirtschaftlich ausgenutzt werden kann. Aus diesem Grunde wird zuerst der einwandfreie Betrieb des Sauerstoff-Sensors 11 überprüft.

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Wenn der zuletzt gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen, d.h. des Gewichtsverhältnisses der Sauerstoffmenge zu der Abgasmenge in einem vorgegebenen Bereich, beispielsweise von 3 bis 9% liegt, oder wenn die Differenz zwischen dem zuletzt gemessenen Wert und dem Wert vorangegangener Messungen im Bereich von - 1% liegt, wird davon ausgegangen, daß der gemessene Wert der Sauerstoffkonzentration normal ist. Wenn eine dieser Anforderungen nicht erfüllt wird, wird davon ausgegangen, daß der Betrieb des Sauerstoff-Sensors 11 nicht normal ist.

Wenn davon ausgegangen werden kann, daß die Arbeitsweise des Sauerstoff-Sensors 11 einwandfrei ist, wird der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen mit der erwähnten, vorgegebenen Sauerstoff-Konzentration verglichen, bei dem es sich um einen theoretischen Wert der Sauerstoff-Konzentration im Interesse einer optimalen

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Verbrennung handelt, wie anschließend näher erläutert werden soll. Wenn ein nicht normaler Betriebszustand des Sauerstoff-Sensors 11 festgestellt wird, erfolgt der genannte Vergleich nicht, sondern eine Information entsprechend dem nicht normalen Betriebszustand gelangt an einen Monitor 15 eines Fernsehsystems und einen Schreiber 16. Dieser Vorgang der Abgabe einer Information an den Monitor und den Schreiber soll im folgenden als Abgabe einer Meldung bezeichnet werden.

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Als nächstes werden der Drucksensor 10 und der Sensor zur Abtastung des Öffnungsgrades der Ofenklappe abgefragt, und es wird überprüft, ob diese Sensoren normal arbeiten. Wenn die Bestätigung über normalen Betrieb eingeht, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe entsprechend dem Zug-Unterdruck eingestellt.

Nach Eingang der oben erwähnten Bestätigung, daß der Sauerstoff-Sensor 11 normal arbeitet, wird der zuletzt gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen überprüft und es wird festgestellt, inwieweit dieser Wert nicht tiefer als 3,5% (höher als 3%) liegt. Wenn die Sauerstoff-Konzentration unter 3,5%, jedoch über 3,0% liegt, kann sie noch als niedrig angesehen werden, so daß der Öffnungsgrad der Ofenklappe leicht vergrössert wird. Im einzelnen wird ein absoluter Öffnungsgrad der Ofenklappe errechnet durch geringfügige Vergrößerung des gemessenen Öffnungsgrades um beispielsweise 3%, bezogen auf den gemessenen Wert, und wenn dieser errechnete Wert größer als die vorgegebene untere Grenze des Öffnungsgrades der Ofenklappe ist, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 auf diesen errechneten Wert eingestellt. Wenn der errechnete Wert kleiner als der erwähnte untere Grenzwert ist, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 auf diesen unteren Grenzwert eingestellt. Mit anderen Worten, es wird der größere Wert zwischen dem errechneten Wert und dem unteren Grenzwert angenommen. Wenn die Sauer-

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stoff-Konzentration in dem Abgas niedriger als der zulässige untere Grenzwert ist, ist die Sauerstoffmenge in dem Ofen üblicherweise unzureichend, und eine unvollständige oder explosive Verbrennung kann eintreten. FoIglieh wird in einem derartigen Falle der Öffnungsgrad der Ofenklappe leicht erhöht, so daß der Durchsatz des eintretenden Sauerstoffs ebenfalls erhöht wird.

Die zuvor beschriebene Regelung soll nunmehr in weiteren Einzelheiten erläutert werden. Wenn bei Betriebsbeginn die erste Messung durchgeführt und die Sauerstoff-Konzentration als zu niedrig abgetastet wird (beispielsweise niedriger als 3,5%), wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 in der beschriebenen Weise vergrößert. Wenn der erhaltene Wert bei einer zweiten Messung nach wie vor niedriger als der vorgegebene Wert von beispielsweise 3,5% ist, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe weiter vergrößert, beispielsweise um 3%. Wenn die Sauerstoff-Konzentration weiterhin unter dem Wert von beispielsweise 3,5% bleibt, obgleich der zuvor angedeutete Vorgang viermal wiederholt wird, wird davon ausgegangen, daß der gemessene Sauerstoffwert aufgrund fehlerhaften Betriebes des Sauerstoff-Sensors 11 fehlerhaft ist, und es erfolgt keine Regelung auf der Grundlage der Sauerstoff-Konzentration.

Vielmehr wird dieser nicht normale Betrieb gemeldet, und der Öffnungsgrad der Ofenklappe wird entsprechend dem Zug-Unterdruck geregelt. Durch Verwendung dieses Regelsystems ist es selbst bei einem fehlerhaften Betrieb des Sauerstoff-Sensors 11 möglich, das Auftreten unerwünschter Erscheinungen wie etwa einer weiten Öffnungsstellung der Ofenklappe über einen langen Zeitraum und eine verringerte Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauches zu verhindern.

Anschließend wird die Wärmemenge bestimmt, "die zur Erwär-• mung des Fluids notwendig ist, d.h. die Heizbelastung des Heizofens. Diese wird errechnet aus dem Strömungsdurchsatz

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des Fluids und der Teraperaturdifferenz des Fluids zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Heizofens. Die vorgegebene Sauerstoff-Konzentration wird abgeleitet aus einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Heizlast und der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas und in einem Speicher des Rechners festgehalten. Diese Beziehung wird so formuliert, daß ein relativ hoher vorgegebener Wert der Sauerstoff-Konzentration erreicht wird.

Wenn der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas um mehr als etwa 0,5% unter dem vorgegebenen Wert der Sauerstoff-Konzentration liegt und dieser Zustand für zwölf oder mehr Stunden beibehalten bleibt, wird der erwähnte vorgegebene Richtwert gelöscht und ein neuer Richtwert wird festgelegt, in dem ein bestimmter Wert von dem zuvor vorgegebenen Richtwert abgezogen wird. Beispielsweise wird die Konstante der Gleichung für die vorgegebene Sauerstoff-Konzentration um 0,2% erhöht und im Rechner gespeichert. Wenn da-0 gegen der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration um wenigstens 0,5% über dem vorgegebenen Richtwert liegt, wird dieser Zustand gemeldet, so daß der Öffnungsgrad des Luft-Schiebers 2a des Brenners 2 verringert und damit die zugeführte Luftmenge reduziert werden kann.

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Wenn nämlich der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration über eine längere Zeit unter dem vorgegebenen Wert liegt, wird angenommen, daß der vorgegebene Richtwert für die Sauerstoff-Konzentration zu hoch ist, und der vorgegebene Richtwert wird automatisch reduziert. Wenn der gemessene Wert in einem zulässigen Bereich des auf diese Weise korrigierten Richtwerts der Sauerstoff-Konzentration (%) liegt, wird der korrigierte Wert als neuer Richtwert verwendet. Im Bedarfsfalle werden diese Korrekturvorgänge wiederholt, bis sich ein "geeigneter Richtwert ergibt. Wenn die gemessenen Werte über einen längeren Zeitraum ständig über dem korrigierten Richt-

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wert der Sauerstoff-Konzentration liegen, wird dieser Zustand gerneidet, so daß die Sauerstoffzufuhr gedrosselt werden kann und die Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt. Die Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas kann somit auf einem niedrigen Wert gehalten werden, und eine ökonomische Brennstoffausnutzung ist gewährleistet.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß ein zeitweiliger vorgegebener Richtwert der Sauerstoff-Konzentration, der relativ groß ist, versuchsweise festgesetzt wird. Durch Vergleichen tatsächlich gemessener Werte mit diesem vorgegebenen Richtwert und durch Korrektur des vorgegebenen Richtwertes ergibt sich ein genauerer Richtwert. Durch Anwendung dieses Vorgehens auf die vorliegende Erfindung werden Betriebsfehler oder Unfälle aufgrund eines niedrigen Sauerstoffgehalts verhindert.

Als nächstes wird die einwandfreie Arbeitsweise des Sensors 12 zur Abtastung der Ofenklappenstellung überprüft. Wenn nämlich der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 unter einem unteren Grenzwert liegt, der beispielsweise. 60% beträgt, oder wenn die Differenz des zuletzt gemessenen Wertes von den vorangehenden Werten um mehr als - 5% abweicht, wird davon ausgegangen, daß der Sensor 12 nicht einwandfrei arbeitet. Dieser Zustand wird gemeldet, und zugleich wird die Steuerung des Öffnungsgrades der Ofenklappe durch den Zug-Unterdruck unterbrochen, während die Ofenklappe in ihrer jeweiligen Stellung festgehalten wird.

Anschließend wird überprüft, ob der Zug-Drucksensor einwandfrei arbeitet. Wenn der gemessene Wert außerhalb des Bereiches von - 2mmAg liegt, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe in der jeweiligen Stellung festgehalten.

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Wenn ein nicht einwandfreier Zustand bei einem der oben erwähnten Abtastvorgänge festgestellt wird, wird das fehlerbehaftete Teil sofort überprüft, und der einwandfreie Betriebszustand wird durch manuelle Kontrolle wiederhergestellt.

Wenn sowohl der Öffnungsgrad der Ofenklappe als auch der Zug-Unterdruck normal abgetastet werden, oder wenn der gemessene, nicht normale Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsgasen auf einem nicht normalen Betrieb des Sauerstoff-Sensors 11 beruht, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 auf der Grundlage des Zug-Unterdruckes als Haupteinflußgröße gesteuert.

Zunächst wird ein Durchschnittswert Pm des Zug-Unterdrucks aufgrund des zuletzt gemessenen Wertes und zweier vorangegangener Meßwerte ermittelt und der öffnungsgrad der Ofenklappe wird durch den Rechner für die Bedingung, daß Pm > 1,0mmAq ist, errechnet. Die Ofenklappe 9 wird um 2% geöffnet, und sofern die Beziehung 0 < Pm ^ 1,0 gilt, wird die Ofenklappe um 1,1% geöffnet. Wenn der errechnete Öffnungsgrad höher als der untere Grenzwert des Öffnungsgrades ist, wird der Öffnungsgrad auf den errechneten Wert eingestellt, und wenn der errechnete Wert niedriger als der untere Grenzwert ist, wird der Öffnungsgrad auf den unteren Grenzwert eingestellt.

Sofern die Beziehung Pm < 0,0 gilt, wird auf der Basis des Durchsatzes des zu erwärmenden Fluids und der Differenz der Einlaß- und Auslaßtemperaturen geprüft, ob die Heizlast des Ofens steigt oder nicht. In diesem Zusammenhang wird die Einlaßtemperatur des Fluids gesenkt oder der Durchsatz wird erhöht. Wenn sich zeigt, daß die Heizlast des Ofens steigt, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe auf den tatsächlichen Öffnungsgrad eingeregelt, sofern dieser größer als der untere Grenzwert des Öffnungsgrades ist, oder er wird auf den unteren Grenzwert

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eingeregelt, wenn der tatsächliche Öffnungsgrad niedriger als dieser ist.

Wenn die Heizlast zunimmt, erhöht sich ebenfalls die eintretende Luftmenge, und daher wird im Falle Pm ^ 0,0 die Ofenklappe trotz des Wertes des Zug-Unterdruckes nicht geschlossen.

Wenn die Heizlast nicht zunimmt, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe in der jeweiligen Stellung beibehalten, sofern die Beziehung -1 < Pm < 0,0 gilt, oder der Öffnungsgrad der Ofenklappe wird so errechnet, daß diese um 1,1% geschlossen wird, sofern -2 ^ Pm ^ -1 ist, oder um 2% für den Fall Pm <. -2. Wenn der errechnete Wert der öffnung der Ofenklappe höher als der untere Grenzwert ist, wird der Öffnungsgrad auf den errechneten Wert eingeregelt, und wenn der errechnete Wert niedriger als der untere Grenzwert ist, wird die öffnung auf diesen niedrigen Grenzwert eingestellt.

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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß im wesentlichen die Ofenklappe geschlossen oder geöffnet wird entsprechend einer Zunahme oder Abnahme des Zug-Unterdrucks. Auf diese Weise wird der Lufteintritt in den Ofen in geeigneter Weise eingeregelt.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Regelung eines Heizofens in einem System zur Destillation von Roh- oder Erdöl unter Atmosphärendruck eingesetzt wird, so beträgt der gleitende Durchschnittswert der gemessenen Werte des Zug-Unterdruckes -1,12mmAq, sofern der vorgegebene Wert des Zug-Unterdruckes auf 0 bis -2mmAq eingestellt wird. Wenn andererseits der angestrebte vorgegebene Regelwert des Zug-Unterdruckes in ähnlicher Weise auf 0 bis -2mmAq bei einem herkömmlichen manuellen System zur Regelung des Öffnungsgrades der Ofenklappe eingestellt wird, beträgt der gleitende Durchschnittswert der gemessenen

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Werte -1,76mmAq. Erfindungsgemäß ergibt sich also ein negativer Druck, der wesentlich dichter an dem positiven Druck liegt.

Wenn der vorgegebene, angestrebte Wert des Zug-Unterdruckes auf 0 bis -ImmAq eingestellt wird, ergibt sich ein gleitender Durchschnittswert der gemessenen Werte von -0,61mmAq, der noch dichter an dem positiven Druck liegt. Jedoch ergeben sich auch in diesem Falle kaum positive Druckwerte.

Wenn ein derartiger Druckwert in Beziehung gesetzt wird zu einer Brennstoffeinheit (l/Kl) der Brennstoffmenge (1) des Brennstoffs, der zur Erwärmung eines (Kl) eines Fluids auf eine vorgegebene Temperatur unter wirtschaftlichen Bedingungen notwendig ist, beträgt bei einem Wirkungsgrad des Ofens von 90% gemäß Fig. 3 die Brennstoffeinheit 8,70 l/Kl bei einem Durchschnittswert der gemessenen Werte von -1,12mmAq, d.h. einem vorgegebenem Wert des Zug-Unterdruckes von 0 bis -2mmAq (Punkt B in Fig. 3). Wenn der Durchschnittswert der gemessenen Werte 0,61mmAq ist, d.h. der vorgegebene Wert des Zug-Unterdruckes zwischen 0 und -ImmAq liegt, beträgt die Brennstoffeinheit 8,65 l/Kl (Punkt C in Fig. 3). Andererseits beträgt im Falle der manuellen Kontrolle der Durchschnittswert -1,76mmAq bei einem vorgegebenen Druckbereich von 0 bis -2mmAq, und die Brennstoffeinheit ist 8,75 l/Kl. Daher sind die erfindungsgemäß erzielten Brennstoffeinheiten um 0,6 und 1,1% im Vergleich zu einer mit einer herkömmlichen manuellen Kontrolle erzielbaren Brennstoffeinheit reduziert. Der Brennstoffverbrauch wird daher verringert. Dieser Vorteil spielt insbesondere bei Heizöfen dieser Art eine Rolle, die ständig über sehr lange Zeiträume in Betrieb sind.

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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und einer erfindungs-

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gemäßen Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens mit natürlichem Zug die Luftzufuhr im wesentlichen über den Öffnungsgrad der Drosselklappe aufgrund eines gleitenden Durchschnittswertes der zuletzt gemessenen Werte und einiger vorangehender Werte geregelt wird. Die Regelung wird daher kaum durch eine zeitweilige Erhöhung des Zug-Unterdruckes beeinflußt, so daß sich eine, stabile Verbrennung und eine wirtschaftliche Brennstoffausnutzung ergibt. Wenn die Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen geringer als ein vorgegebener Wert ist und die Sauerstoffmenge im Ofen unzureichend ist, wird die Ofenklappe unabhängig von dem Zug-Unterdruck geöffnet, so daß eine unvollständige Verbrennung oder explosive Verbrennung vermieden werden kann. Da die Regelung des Öffnungsgrades der Ofenklappe über den Druck unterbrochen wird, wenn die Werte des Druckes und des Öffnungsgrades nicht normal sind, wird eine fehlerhafte Regelung aufgrund von flaschen Meßwerten verhindert.

Sofern die Ofenklappe nicht geschlossen wird, sofern der Zug-Unterdruck zwar sinkt, die Heizlast jedoch steigt, kann eine Erhöhung der gewünschten Luftmenge mit einer Erhöhung der Heizlast erreicht und Sauerstoffmangel kann vermieden werden.

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WG79-001
St/ri

NIPPON PETROLEUM REFINING CO., LTD. No. 3-12, 1-chortle, Nishi-ShirJbashi. Minato-ku, TOKYO, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens

PRIORITÄTEN: 10. Februar 1978, Japan, No. Sho 53-014517 10. Februar 1978, Japan, Z-To. sho 53-014518

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens mit natürlichem Zug, der einen von einem zu erwärmenden Fluid durchströmten Wärmetauscher, einen Brenner und eine Ofenklappe in einer Abgas-Austritts-Öffnung umfaßt und bei dem die Luft auf natürliche Weise durch das Innere des Heizofens hindurchgesaugt und die für die Verbrennung eintretende Luftmenge durch den öffnungsgrad der Ofenklappe geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck in dem Ofen

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in vorgegebenen Zeitabständen abtastet und den Öffnungsgrad der Ofenklappe auf der Grundlage eines gleitenden Mittelwertes von mehreren in dem Ofen nacheinander gemessenen Werten des Druckes steuert, daß man die Steuerung der Ofenklappe auf der Grundlage der gemessenen Druckwerte unterbricht, wenn diese Druckwerte aus dem normalen Rahmen fallen, und in diesem Falle den jeweils vorhandenen Öffnungsgrad der Ofenklappe unverändert beläßt, und daß man die Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas in dem Ofen abtastet und die Steuerung der Ofenklappe auf der Grundlage der Druckwerte unterbricht und die Ofenklappe auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad öffnet, wenn die Sauerstoff-Konzentration unter einem vorgegebenen unteren Grenzwert liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Öffnungsgrad der Ofenklappe auf der Grundlage eines gleitenden Mittelwertes des zuletzt gemessenen Wertes und der beiden vorangehenden Worte des Druckes in dem Ofen steuert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich die zur Erwärmung des Fluids erforderliche Heizlast durch Messung des Strömungsdurchsatzes des Fluids und der Temperaturen am Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers abtastet und eine Schließung der Ofenklappe verhindert, wenn eine steigende Heizlast abgetastet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich einen optimalen, vorgegebenen Wert der Sauerstoff-Konzentration auf der Grundlage des Wertes der abgetasteten Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas und der abgetasteten notwendigen Heizlast vorgibt und den Öffnungsgrac"· eines Luft-Einlasses des Brenners derart steuert, daß die tatsächliche Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas

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in die Nähe des vorgegebenen Wertes gelangt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den abgetasteten Wert der Sauer- stoff-Konzentration mit einem theoretischen, vorgegebenen Richtwert vergleicht, daß man, sofern der abgetastete Wert der Sauerstoff-Konzentration niedriger als der theoretische, vorgegebene Wert ist und die Difforens zwischen beiden Werten größer als ein vorgegebener Grenzwert ist und dieser Zustand über einen längeren Zeitr?.um beibehalten bleibt, den vorgegebenen Wert der Sauerstoff-Konzentration löscht und einen neuen Wert festlegt durch Subtraktion eines bestimmten Wertes von dem zuvor vorgegebenen Richtwert, und daß man, sofern der abgetastete Wert der Sauerstoff-Konzentration höher als der zuvor festgelegte Richtwert ist und die Differenz zwischen beiden Werten größer als ein vorgegebener Grenzwert ist und dieser Zustand über einen längeren Zeitraum beibehalten bleibt, den Öffnungsgrad der Lufteinlaßöffnung des Brenners vergrößert.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Heizofen, der einen Lufteinlaß und einen Abgas-Auslaß umfaßt, einem Brenner in Verbindung mit dem Heizofen zum Entzünden und Verbrennen eines Brennstoffes, einem Wärmetauscher im Inneren des Heizofens stromabwärts des Brenners, einer Ofenklappe in dem Abgas-Auslaß und einem Antrieb zur Öffnung oder Schließung der Ofenklappe, g e k e η η zeichnet durch einen Drucksensor (10) zur Abtastung des Druckes in dem Ofen, einen Sauerstoff-Sensor (11) zur Abtastung der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas in dem Ofen und eine Steuervorrichtung für den Öffnungsgrad der Ofenklappe (9), die eine Steuervorrichtung für den Antrieb (13) der Ofenklappe (9) zu deren Öffnung oder Schließung auf der Grundlage eines gleitenden Mittelwertes mehrerer in Abständen nacheinander genes-

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TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER üoppoil Petroleum

sener Werte des Druckes in dem Ofen, eine zweite Steuereinrichtung für den Öffnungsgrad der Ofenklappe (9) zum Festhalten der jeweiligen Ofenklappenstellung bei nicht normalen Ausgangswerten des Drucksensors (11) und eine dritte Steuereinrichtung für den Öffnungsgrad der Ofenklappe zur Öffnung der Ofenklappe unabhängig von der auf Druckwerten basierenden Steuerung umfaßt, die die Ofenklappe öffnet, wenn der abgetastete Tiert der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas unter einem vorgegebenen unteren Grenzwert liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2) einen Luft-Schieber (2a) an der Einlaßöffnung des Heizofens (1) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g ekenn ζ e i chnet, daß der Brenner (2) eine Einrichtung zur Regelung der zugeführten Brennstoffmenge aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung der Brennstoffzufuhr entsprechend der Temperatur des Fluids am Auslaß des Wärmetauschers (3) steuerbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenklappe

(9) eine schwenkbare Drosselklappe ist. 30
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor

(10) in dem Ofen stromabwärts der Ofenklappe im Abgas-Auslaß des Heizofens angeordnet ist.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der

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Ofenklappe entsprechend einem gleitenden Mittelwert des zuletzt gemessenen und zweier vorangehender Werte des Druckes in dem Ofen steuerbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung für den Öffnungsgrad der Ofenklappe (S) derart eingerichtet ist, daß die Ofenklappe festhält, went). die Differenz zwischen dem zuletzt gemessenen Wert des Druckes in dem Ofen gegenüber einem von zwei vorangehenden Wertes über einen zulässigen Bereich hinaus abweicht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch eine vierte Steuer-IS einrichtung für den Öffnungsgrad der Ofenklappe, die aufgrund der abgetasteten Heizlast des Heizofens regelbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zur Abtastung der Heizlast den Durchsatz des zu heizenden Fluids und die Temperaturen am Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers ermittelt.

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