DE2904968C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens, der einen von einem zu erwärmenden Fluid durchströmten Wärmetauscher, einen Brenner und eine Ofen­ klappe in einer Abgas-Austrittsöffnung zur Steuerung der in den Ofen eintretenden Luftmenge umfaßt. Ferner geht die Erfindung von einer Vorrichtung aus, wie sie aus der US-PS 41 50 939 bekannt ist. Diese Vorrichtung weist eine Steuerung für einen Brenner auf, bei der die Sauerstoff-Konzentration in den Ver­ brennungsgasen des Brenners gemessen und die Brennstoff- und Luftzufuhr derart eingestellt wird, daß sich eine möglichst vollständige Verbrennung ergibt.

Nach einem anderen bekannten Verfahren wird der Druck in dem Ofen ermittelt und durch Einstellung der Ofenklappe auf einem leicht negativen Niveau in der Nähe des Atmosphärendrucks ge­ halten, das sich durch die Saugwirkung der aufsteigenden heis­ sen Verbrennungsgase ergibt. Auf diese Weise kann die notwendi­ ge Mindestluftmenge eingestellt werden. Bei einem durch Konvek­ tion gesteuerten Luftdurchgang kann der Druck innerhalb des Ofens örtlich jedoch erheblich schwanken, so daß auf diese Wei­ se eine unvollständige Verbrennung nicht auszuschließen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine Erfassung aller für den Ofenbetrieb wesent­ lichen Parameter gestattet und eine möglichst genaue Einstel­ lung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses ermöglicht. Zugleich soll (ausgehend von der US-PS 41 50 939) eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Heizofen, der einen Luft­ einlaß und Abgas-Auslaß aufweist, einem dem Heizofen zugeord­ neten Brenner, einem im Inneren des Heizofens angeordneten Wärmetauscher, einer in dem Abgas-Auslaß liegenden Ofenklappe mit einem Antrieb zur Öffnung und Schließung der Klappe, einem Sauerstoff-Sensor zur Abtastung der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas und einer dem Antrieb der Ofenklappe zuge­ ordneten Steuervorrichtung zur Einstellung der Luftmenge entsprechend der abgetasteten Sauerstoff-Konzentration ge­ schaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die Vorrichtung betreffend wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Es wird also nicht nur der Ofen- oder Abzugsdruck gemessen, sondern zugleich die Sauerstoffkonzentration in dem Ver­ brennungsgas in vorgegebenen Zeitintervallen ermittelt. Der Öffnungsgrad der Ofenklappe wird genau und stabil auf der Grundlage der gemessenen Werte zur Regelung der Luft­ zufuhr auf ein notwendiges und ausreichendes Maß einge­ stellt. Dadurch ergibt sich eine wirtschaftliche Brennstoff­ ausnutzung und eine hohe Betriebssicherheit.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird weiterhin der Strömungsdurchsatz des zu erwär­ menden Fluids ermittelt, und die Temperaturen des Fluids am Einlaß und Auslaß des Heizofens werden gemessen. Daraus läßt sich die zur Erwärmung des Fluids notwendige Wärme­ menge, 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 Öff­ nungsgrad der Ofenklappe, werden überpfüft und auf erheb­ liche Abweichungen von einem vorangegangenen Wert unter­ sucht, und wenn ein außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegender Wert festgestellt wird, wird die Regelung von diesem Wert abgekoppelt, so daß eine fehlerfreie Rege­ lung der Luftzufuhr verhindert wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines in Umris­ sen angedeuteten Heizofens mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung für die Luftzufuhr;

Fig. 2A bis 2C sind Flußdiagramme zur Veranschau­ lichtung des Regelprogramms;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ofendruck und der Brenn­ stoffeinheit zeigt und dient zum Ver­ gleich des erfindungsgemäßen Systems mit einem herkömmlichen manuellen System in bezug auf die wirtschaft­ liche Brennstoffausnutzung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der das erfin­ dungsgemäße Regelsystem auf eine Vorrichtung zur De­ stillation von Erdöl bzw. Rohöl unter Atmosphärendruck angewendet wird. Gemäß Fig. 1 ist ein Brenner 2 am Mit­ telbereich des Bodens eines Heizofens 1 mit natürlichem Zug angebracht. Ein Wärmetauscher 3 befindet sich im oberen Bereich des Heizofens 1. Der Wärmetauscher 3 um­ faßt Rohre für ein zu erwärmendes Fluid, das von einer nicht gezeigten Fluidquelle über ein Zufuhrrohr 3 A zu­ geführt wird. Die Rohre durchdringen die Seitenwand des Heizofens 1 und erstrecken sich mäanderförmig oder schraubenförmig durch das Innere des Ofens. Die Wände der Rohre des Wärmetauschers 3 werden durch ein Brenn­ gas erwärmt, das durch Verbrennung eines Brennstoffs mit Hilfe des Brenners 2 erzeugt wird, und der Wärmeaustausch erfolgt zwischen dem Fluid in den Rohren des Wärmetau­ schers 3 und diesem Brenngas oder Verbrennungsgas. Das auf diese Weise erwärmte Fluid wird von dem Wärmetauscher 3 über ein Auslaßrohr 3 B an eine Vorrichtung abgegeben, in der das Fluid verwendet werden kann. Der Brenner 2 ist mit einer Öffnung zur Aufnahme von Luft für die Ver­ brennung und einem Register oder einem Schieber 2 a zur Einstellung des Strömungsquerschnittes durch manuelle Verdrehung um die Einlaßöffnung versehen. Ein Fluid-Durch­ satzmesser 4 und ein Thermometer 5 befinden sich am Ein­ laßbereich des Wärmetauschers 3, und ein weiteres Ther­ mometer 6 ist im Auslaßbereich des Wärmetauschers vorge­ sehen. 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 zuge­ führt wird, die der für das zu erwärmende Fluid benötig­ ten Wärmemenge entspricht.

Eine Ofenklappe 9 in der Form einer drehbaren, scheiben­ förmigen Drosselklappe ist an einer Wand eines Abgas- Auslasses 1 a im oberen Bereich des Heizofens 1 befestigt und regelt den Strömungsdurchsatz des Abgases durch Ver­ größerung oder Verkleinerung der offenen Durchlaßfläche. Dadurch wird zugleich die in den Heizofen 1 eintretende Luftmenge geregelt. In dem Auslaß 1 a befindet sich ein Drucksensor 10 zur Abtastung des Zugdruckes stromauf­ wärts 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 Ofen­ klappe 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 Rechner 14, der als Einrichtung zur Steue­ rung des Öffnungsgrades der Ofenklappe 9 dient. Ein Steuer­ signal für den Öffnungsgrad der Ofenklappe wird durch den Rechner 14 entsprechend den Eingangssignalen ermittelt und an den Antrieb 13 abgegeben, der den gewünschten Öff­ nungsgrad 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 ge­ nauer erläutert werden soll, eine entsprechende Information an einen Monitor 15 und einen Schreiber 16 ab, so daß die­ ser abnorme Zustand angezeigt und festgehalten wird.

Anschließend soll das Regelprogramm des zuvor erläuter­ ten Verbrennungssystems unter Bezugnahme auf Fig. 2 be­ schrieben werden.

Meßsignale der verschiedenen Sensoren gelangen an den Rechner 14 in Intervallen von 3 Minuten. Der zuletzt ge­ messene Wert und die Werte der beiden vorangegangenen Mes­ sungen gelangen in eine Gruppe in einem Datenverarbei­ tungsbereich des Rechners 14. Wenn der zuletzt gemessene Wert empfangen wird, werden die Meßdaten der drei letzten Messungen in dem Rechner in eine Gruppe eingegeben, wäh­ rend die Daten der Messung, die der frühesten Messung die­ ser drei Messungen vorangeht, gelöscht werden. Es wird somit ein System mit gleitenden Mittelwerten angewandt.

Zunächst wird geprüft, ob der gemessene Wert des Sauer­ stoff-Sensors 11 in einem vorgegebenen Bereich liegt. Wenn der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 über einen längeren Zeit­ raum aufgrund eines Meßfehlers des Sauerstoff-Sensors 11 groß ist, wird der tatsächliche Sauerstoffanteil in dem Heizofen 1 übermäßig erhöht, und der Brennstoff wird not­ wendigerweise mit starkem Überschuß zugeführt, so daß er nicht mehr wirtschaftlich ausgenutzt werden kann. Aus die­ sem Grunde wird zuerst der einwandfreie Betrieb des Sau­ erstoff-Sensors 11 überprüft.

Wenn der zuletzt gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentra­ tion 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 Sauer­ stoffkonzentration normal ist. Wenn eine dieser Anforde­ rungen 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 ge­ messene 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 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 ent­ sprechend dem nicht normalen Betriebszustand gelangt an einen Monitor 15 eines Fernsehsystems und einen Schrei­ ber 16. Dieser Vorgang der Abgabe einer Information an den Monitor und den Schreiber soll im folgenden als Ab­ gabe einer Meldung bezeichnet werden.

Als nächstes werden der Drucksensor 10 und der Sensor 12 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 Ab­ gasen überprüft und es wird festgestellt, in wie weit dieser Wert nicht tiefer als 3,5% oder 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 vergrös­ sert wird. Im einzelnen wird ein absoluter Öffnungsgrad der Ofenklappe errechnet durch geringfügige Vergrößerung des gemessenen Öffnungsgrades um beispielsweise 3%, be­ zogen auf den gemessenen Wert, und wenn dieser errech­ nete 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 Wor­ ten, es wird der größere Wert zwischen dem errechneten Wert und dem unteren Grenzwert angenommen. Wenn die Sauer­ stoff-Konzentration in dem Abgas niedriger als der zu­ lässige untere Grenzwert ist, ist die Sauerstoffmenge in dem Ofen üblicherweise unzureichend, und eine unvoll­ ständige oder explosive Verbrennung kann eintreten. Folg­ lich wird in einem derartigen Falle der Öffnungsgrad der Ofenklappe leicht erhöht, so daß der Durchsatz des ein­ tretenden Sauerstoffs ebenfalls erhöht wird.

Die zuvor beschriebene Regelung soll nunmehr in weite­ ren Einzelheiten erläutert werden. Wenn bei Betriebsbeginn die erste Messung durchgeführt und die Sauerstoff-Konzen­ tration als zu niedrig abgetastet wird (beispielsweise niedriger als 3,5%), wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 in der beschriebenen Weise vergrößert. Wenn der erhal­ tene Wert bei einer zweiten Messung nach wie vor niedri­ ger 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 wieder­ holt wird, wird davon ausgegangen, daß der gemessene Sauerstoffwert aufgrund fehlerhaften Betriebes des Sauer­ stoff-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 Regel­ systems ist es selbst bei einem fehlerhaften Betrieb des Sauerstoff-Sensors 11 möglich, das Auftreten unerwünsch­ ter Erscheinungen wie etwa einer weiten Öffnungsstellung der Ofenklappe über einen langen Zeitraum und eine verrin­ gerte 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 des Fluids und der Temperaturdifferenz des Fluids zwi­ schen dem Einlaß und dem Auslaß des Heizofens. Die vor­ gebene 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 Be­ ziehung wird so formuliert, daß ein relativ hoher vorge­ gebener Wert der Sauerstoff-Konzentration erreicht wird.

Wenn der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas um mehr als etwa 0,5% unter dem vor­ gegebenen Wert der Sauerstoff-Konzentration liegt und dieser Zustand für zwölf oder mehr Stunden beibehalten bleibt, wird der erwähnte vorgegebene Richtwert ge­ löscht und ein neuer Richtwert wird festgelegt, in dem ein bestimmter Wert von dem zuvor vorgegebenen Richt­ wert abgezogen wird. Beispielsweise wird die Konstante der Gleichung für die vorgegebene Sauerstoff-Konzentra­ tion um 0,2% erhöht und im Rechner gespeichert. Wenn da­ 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 2 a des Brenners 2 verringert und da­ mit die zugeführte Luftmenge reduziert werden kann.

Wenn nämlich der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentra­ tion 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-Kon­ zentration (%) 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 wert der Sauerstoff-Konzentration liegen, wird dieser Zustand gemeldet, so daß die Sauerstoffzufuhr gedrosselt werden kann und die Sauerstoff-Konzentration in dem Ab­ gas innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt. Die Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas kann somit auf ei­ nem niedrigen Wert gehalten werden, und eine ökonomische Brennstoffausnutzung ist gewährleistet.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß er­ findungsgemäß ein zeitweiliger vorgegebener Richtwert der Sauerstoff-Konzentration, der relativ groß ist, ver­ suchsweise festgesetzt wird. Durch Vergleichen tatsäch­ lich gemessener Werte mit diesem vorgegebenen Richtwert und durch Korrektur des vorgegebenen Richtwertes ergibt sich ein genauerer Richtwert. Durch Anwendung dieses Vor­ gehens auf die vorliegende Erfindung werden Betriebsfeh­ ler oder Unfälle aufgrund eines niedrigen Sauerstoffge­ halts verhindert.

Als nächstes wird die einwandfreie Arbeitsweise des Sen­ sors 12 zur Abtastung der Ofenklappenstellung überprüft. Wenn nämlich der Öffnungsgrad der Ofenklappe 9 unter ei­ nem unteren Grenzwert liegt, der beispielsweise 60% be­ trägt, 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 ein­ wandfrei arbeitet. Wenn der gemessene Wert beispielsweise außerhalb des Bereiches von ±2 mmAq liegt, wird der Öffnungsgrad der Ofenklappe in der jeweiligen Stellung festgehalten.

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

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-Unter­ drucks aufgrund des zuletzt gemessenen Wertes und zwei­ er vorangegangener Meßwerte ermittelt und der Öffnungs­ grad der Ofenklappe wird durch den Rechner für die Be­ dingung, daß pm < 1,0 mmAq 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 er­ rechnete 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 Diffe­ renz der Einlaß- und Auslaßtemperaturen geprüft, ob die Heizlast des Ofens steigt oder nicht. In diesem Zu­ sammenhang 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 Öffungsgrad eingeregelt, sofern dieser größer als der untere Grenzwert des Öff­ nungsgrades ist, oder er wird auf den unteren Grenzwert eingeregelt, wenn der tatsächliche Öffnungsgrad niedri­ ger als dieser ist.

Wenn die Heizlast zunimmt, erhöht sich ebenfalls die ein­ tretende 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 Öff­ nungsgrad 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 Grenz­ wert ist, wird der Öffnungsgrad auf den errechneten Wert eingeregelt, und wenn der errechnete Wert niedri­ ger als der untere Grenzwert ist, wird die Öffnung auf diesen niedrigen Grenzwert eingestellt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß er­ findungsgemäß im wesentlichen die Ofenklappe geschlossen oder geöffnet wird entsprechend einer Zunahme oder Ab­ nahme des Zug-Unterdrucks. Auf diese Weise wird der Luft­ eintritt 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 -1,12 mmAq, sofern der vorgegebene Wert des Zug-Unterdruckes auf 0 bis -2 mmAq eingestellt wird. Wenn andererseits der angestrebte vorgegebene Regelwert des Zug-Unterdruckes in ähnlicher Weise auf 0 bis -2 mmAq bei einem herkömmlichen manuellen System zur Regelung des Öffnungsgrades der Ofenklappe eingestellt wird, be­ trägt der gleitende Durchschnittswert der gemessenen Werte -1,76 mmAq. Erfindungsgemäß ergibt sich also ein negativer Druck, der wesentlich dichter an dem positiven Druck liegt.

Wenn der vorgegebene, angestrebte Wert des Zug-Unter­ druckes auf 0 bis -1 mmAq eingestellt wird, ergibt sich ein gleitender Durchschnittswert der gemessenen Werte von -0,61 mmAq, 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 einem Brennsstoffverbrauch (l/Kl) der Brennstoffmenge (l) des Brennstoffs, der zur Erwärmung eines (Kl) eines Fluids auf eine vorgegebene Temperatur unter wirtschaft­ lichen Bedingungen notwendig ist, beträgt bei einem Wirkungsgrad des Ofens von 90% gemäß Fig. 3 der Brenn­ stoffverbrauch 8,70 l/Kl bei einem Durchschnittswert der gemessenen Werte von -1,12 mmAq, d. h. einem vorgegebenem Wert des Zug-Unterdruckes von 0 bis -2 mmAq (Punkt B in Fig. 3). Wenn der Durchschnittswert der gemessenen Werte 0,61 mmAq ist, d. h. der vorgegebene Wert des Zug-Unter­ druckes zwischen 0 und -1 mmAq liegt, beträgt der Brenn­ stoffverbrauch 8,65 l/Kl (Punkt C in Fig. 3). Andererseits beträgt im Falle der manuellen Kontrolle der Durchschnitts­ wert -1,76 mmAq bei einem vorgegebenen Druckbereich von 0 bis -2 mmAq, und der Brennstoffverbrauch ist 8,75 l/Kl. Daher ist der erfindungsgemäß erzielte Brennstoffverbrauch um 0,6 und 1,1% im Vergleich zu einem mit einer her­ kömmlichen manuellen Kontrolle erzielbaren Brennstoff­ verbrauch reduziert. Dieser Vorteil spielt insbesondere bei Heiz­ öfen dieser Art eine Rolle, die ständig über sehr lange Zeiträume in Betrieb sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens mit natürlichem Zug die Luftzufuhr im wesent­ lichen über den Öffnungsgrad der Drosselklappe aufgrund eines gleitenden Durchschnittswertes der zuletzt gemes­ senen Werte und einiger vorangehender Werte geregelt wird. Die Regelung wird daher kaum durch eine zeitwei­ lige Erhöhung des Zug-Unterdruckes beeinflußt, so daß sich eine stabile Verbrennung und eine wirtschaftliche Brennstoffausnutzung ergibt. Wenn die Sauerstoff-Kon­ zentration in den Abgasen geringer als ein vorgegebener Wert ist und die Sauerstoffmenge im Ofen unzureichend ist, wird die Ofenklappe unabhängig von dem Zug-Unter­ druck 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 fehler­ hafte Regelung aufgrund von flachen Meßwerten verhindert.

Sofern die Ofenklappe nicht geschlossen wird und 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.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regelung der Luftzufuhr eines Heizofens, der einen von einem zu erwärmenden Fluid durchströmten Wärmetauscher, einen Brenner und eine Ofenklappe in einer Abgas-Austrittsöffnung zur Steuerung der in den Ofen ein­ tretenden Luftmenge umfaßt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druck in dem Ofen in vorgegebenen Zeitab­ ständen erfaßt und der Öffnungsgrad der Öffnungsklappe auf der Grundlage eines gleitenden Mittelwertes von meh­ reren in dem Ofen nacheinander gemessenen Druckwerten ge­ steuert wird, daß die Steuerung der Ofenklappe auf der Grundlage der gemessenen Druckwerte unterbrochen und der jeweils vorhandene Öffnungsgrad beibehalten wird, wenn die Druckwerte außerhalb eines vorgegebenen Bereichs lie­ gen, und daß die Sauerstoff-Konzentration in dem Ver­ brennungsgas in dem Ofen erfaßt und die Steuerung der Ofenklappe anhand der Druckwerte unterbrochen und die Ofenklappe auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad geöffnet wird, wenn die Sauerstoff-Konzentration unter einem vor­ gegebenen unteren Grenzwert liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Öffnungsgrad der Ofenklappe auf der Grundlage eines gleitenden Mittelwertes des zuletzt gemessenen Wertes und der beiden vorangehenden Werte des Druckes in dem Ofen gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich die zur Erwärmung des Fluids erforderliche Heizlast durch Messung des Störmungs­ durchsatzes des Fluids und der Temperatur am Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers ermittelt und eine Schließung der Ofenklappe verhindert wird, wenn ein Anstieg der Heiz­ last festgestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein optimaler Wert der Sauerstoff-Konzentration auf der Grund­ lage des Wertes der abgetasteten Sauerstoff-Konzentra­ tion in dem Verbrennungsgas und der ermittelten notwendi­ gen Heizlast vorgegeben wird und der Öffnungsgrad eines Luft-Einlasses des Brenners derart gesteuert wird, daß die tatsächliche Sauerstoff-Konzentration in dem Verbren­ nungsgas an den vorgegebenen Wert angenähert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der abgetastete Wert der Sauerstoff- Konzentration mit einem vorgegebenen Richtwert verglichen wird, daß, sofern der abgetastete Wert niedriger als der vorgegebene Wert liegt und die Differenz zwischen beiden größer als ein vorgegebener Grenzwert ist und dieser Zu­ stand über einen längeren Zeitraum anhält, der vorgegebene Wert der Sauerstoff-Konzentration gelöscht und ein neuer Wert durch Subtraktion eines bestimmten Wertes von dem zuvor vorgegebenen Richtwert festgelegt wird, und daß, so­ fern der abgetastete Wert der Sauerstoff-Konzentration höher als der zuvor festgelegte Richtwert ist und die Differenz zwischen beiden Werten größer als ein vorgege­ bener Grenzwert ist und dieser Zustand über einen längeren Zeitraum beibehalten bleibt, der Öffnungsgrad der Luft­ einlaßöffnung des Brenners vergrößert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Heizofen, der einen Lufteinlaß und einen Abgas-Auslaß aufweist, einem dem Heizofen zugeordneten Brenner, einem im Inne­ ren des Heizofens angeordneten Wärmetauscher, einer in dem Abgas-Auslaß liegenden Ofenklappe mit einem Antrieb zur Öffnung und Schließung der Klappe, einem Sauerstoff- Sensor zur Abtastung der Sauerstoff-Konzentration in dem Verbrennungsgas und einer dem Antrieb der Ofenklappe zu­ geordneten Steuervorrichtung zur Einstellung der Luftmenge entsprechend der abgetasteten Sauerstoff-Konzentration, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (10) zur Abtastung des in dem Ofen herrschenden Druckes vorgesehen und mit der Steuervorrichtung (14) für den Ofen­ klappen-Antrieb (13) verbunden ist, und daß die Steuervor­ richtung (14) derart ausgebildet ist, daß die Stellung der Ofenklappe (9) bei innerhalb eines vorgegebenen Be­ reichs liegenden Druckwerten auf der Grundlage eines glei­ tenden Mittelwertes mehrerer in Abständen nacheinander ge­ messener Druckwerte eingestellt wird, daß die jeweilige Ofenklappenstellung beibehalten wird, wenn der ermittelte Druckwert außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und daß die Ofenklappe unabhängig von den ermittelten Druck­ werten geöffnet wird, wenn der Sauerstoffsensor (11) eine unter einem vorgegebenen unteren Grenzwert liegende Sauer­ stoff-Konzentration anzeigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brenner (2) einen Luft-Schieber (2 a) an der Einlaßöffnung des Heizofens (1) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brenner (2) eine Ein­ stelleinrichtung (8) zur Regelung der zugeführten Brenn­ stoffmenge aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstelleinrichtung (8) 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) als schwenkbare Drosselklappe ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ( 10) in dem Ofen stromabwärts der Ofenklappe (9) im Abgas- Auslaß des Heizofens angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Antrieb (13) der Ofenklappe (9) entsprechend einem gleitenden Mittel­ wert des zuletzt gemessenen und zweier vorangehender Werte des Druckes in dem Ofen steuerbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuervorrich­ tung (14) für den Öffnungsgrad der Ofenklappe (9) derart ausgebildet ist, daß sie die Ofenklappe (9) festhält, wenn die Differenz zwischen dem zuletzt gemessenen Druckwert und zwei vorangehenden Werten einen zulässigen Bereich über­ schreitet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuervorrich­ tung (14) für den Ofenklappen-Antrieb (13) derart ausge­ bildet ist, daß die Ofenklappenstellung aufgrund der er­ mittelten Heizlast des Heizofens einstellbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie Temperatur-Meßeinrichtungen (5, 6) am Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers sowie einen Durch­ satzmesser (4) zur Ermittlung des Fluiddurchsatzes in dem Wärmetauscher aufweist, die mit der Steuervorrichtung (14) zur Ermittlung der Heizlast verbunden sind.