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Regelung der Energiezufuhr bei Heißgaserzeugern
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Regelung der Energiezufuhr bei Heißgaserzeugern Die Erfindung betrifft
eine Regelung der Energiezufuhr bei Heißgaserzeugern über direkt miteinander gekoppelte
Verbundstellglieder fUr Luft und Brennstoff.
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An vielen Heißgaserzeugern wie z.B. Dampfkesseln oder Großtrocknungsanlaien
wird die von den Brennern benötigte Luftmenge in einer Weise geregelt, die nicht
den zukünftigen energiewirtschaftlichen Richtlinien entspricht. So werden beispielsweise
aus Sicherheitsgründen noch Brenner mit einem Saucrstoffüberschuß im Abgas von mehr
ols 3 % betrieben.
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Hierdurch wird zwar die Emission von Kohlenmonoxid auf den gemaß Umweltschutzauflagen
zulässigen Wert von maximal # 100 ppm vermindert, andererseits steigen dadurch jedoch
die ebenfalls höchst unerwütscllten NO -Anteile im Abgas beträchtlich an.
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x Durch den relativ hohen Sauerstoffüberschuß erhöht sich außerdem
der Energiebedarf um Werte, die, wie eine einfache Rechnung zeigt, die Installation
einer erfindungsgemäßen Regelung der Energiezufuhr bei Heißgaserzeugern durch ein
Sicherheitsverbundstellglied schnell amortisieren.
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Bisher bekannte Regelungen des Brennstoff- zu Luftverhältnisses an
Großfeuerungsanlagn verwenden zur Einstellung der Luftmenge eine mit dem Brennstoffventil
über ein starres Gestänge gekoppelte, verstellbare, an die Betriebsverhältnisse
anpaßbare Kurvenscheibc zur Steuerung des Luftventils. Hierdurch kann jedoch günstigstenfolls
ein Sauerstoffüberschuß im Abgas von 3 bis 4 Vol.-% eingestellt werden, um möglichst
alle Heizwertschwankungen des Brennstoffs sowie Luftdruck- und Temperaturschwankungen
obzufangen, die zu unterstöchiometrischer Verbrennung und dumit zu einer Bildung
von Kohlenmonoxid führen könnten.
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Wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Anpassung des Luftbedorfs
an die Brennstoffmenge werden mit Verhältnisregelungen von Brennstoff zu Luft im
offenen Verbund über regelungstechnische Koppelung mit Verhältnisverstellung von
Hand erreicht, wobei die Sauerstoffbestimmung i.n Heißgas mittels Zirkoniumsonden
erfolgte (vgl. J. Weinberger und W.
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Spiesmacher, Gas Wärme International Bd, 25, Nr. 9, Sept. 1976). Nachteilig
bei solcnen Regelungen ist, daß ein Ausrcil auch nur eines Regelkreiscs oder eines
Bauteiles zur Bildung explosiver Gemische mitullen daraus resultierenden Folgen
führen kann.
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Es bestand daher die Aufgabe, die Nachteile bisheriger Regelungeii
an Heißgaserzeugern zu vermeiden und ein sicher arbeitendes Regelsystem zu schaffen,
cbs die Brenner mit der eben benötigten stöchiometrische Luftmenge oder einem geringen
Luftüberschuß von maximal 1,5 % beaufschlagt.
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Gclöst wurde diese Aufgabe einer Regelung der Energiezufuhr bei HeiS-gaserzeugern
über direkt miteinander gekoppelte Verbundstellglieder für Luft und Brennstoff dadurch,
daß ein von einer sauerstoffsonde im Abgas angesteuerter Lwischentrieb eine zusätzliche
Dreheinwirkung auf das Luftventil ausübt und das Verhältnis Brennstoff- zu Luftmenge
optimiert.
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Dieser Zwischentrieb wird von einer Sauerstoffsonde mit Regler im
Abgas angesteuert und führt kontinuierlich eine zusätzliche Dreheinwirkung auf die
Kurvenscheibe aus, wodurch unter Veränderung des Brennstoff-Luft-Verhü.ltnisses
bei jeder Brennerleistung unabhängig on Druck- und Temperaturschwankungen eine Einstellung
des Sauerstoffüberschusses im Abgas auf 1 bis 1,5 Vol.-% ermöglicht wird.
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Die Wirkungsweise des gesamten Systems geht aus 6ild 1 hervor: Der
z.. vom Kesseldruckregler 10 her beaufschlagte Antrieb 1 betätigt über das angekoppelte
Gestonge das Energiestellglied 2 für einen Öl- oder Gasbrenner, Die Luftklappe 8
ist hiermit über weitere Zwischen gestänge 3 und 4 gekoppelt, wobei eine vom Antrieb
1 ausgehende Schubbewegung
über die Zwischengestänge auf die Kurvenscheibe
6 und den Stößel 7 die Luftklappe 8 in eine Drehbewegung versetzt.
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Der Zwischentrieb 5 stellt einen Doppelkolbendrehantrieb dar ild 2),
der mit dem aufgesetzten Stellungsregler 5.3 abhängig vom kontinuierlich veränderlichen
Ansteuersignal - dessen Einheitssignale 0,4 bis 20 mA oder 0,2 bis 1 bar sind, die
z.B. von der im Abgasstrom befindlichen Scuerstoftsonde mit nachgeschaltetem Regler
9 geliefert werden -den Winkel zwischen Gehäuselängsachse 5.2 und Antriebszapfen
der Welle 5.1 proportional zwischen 0 und 90 o verändert. Bei konstantem Ansteuerungssignal
an den Stellungsregler 5.3 bleibt der Winkel zwischen Antriebszapfen .0.1 und Gehouselängsachse
5.2 konstant. Damit wird die vom Antrieb 1 über die Zwischengestönge 3 und 4 kommende
Schubbewegung unveründert über den Zwischen flansch 5.4, die Kurvenscheibe 6, Stößel
7 auf die Luftklappe 8 übertragen.
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Ändert sich jedoch das von der Sauerstoffsonde 9 gelisfnrte Ansteuersignal
auf den Stellungsregler 5.3, so ändert sich proportional zu diesem auch der Winkel
zwischen Antriebszapfen 5.1 und Gehäuselängsachse 5.2. Durch diese Winkelverönderung
wird über den Zwischenflansch 5.4 und die mit diesem starr verbundene Kurvenscheibe
6 die Stellung der luftklappe 8 über-den Stößel 7 verändert. Somit wird eine zusätzliche,
wom Kesseldruckregler unabhängige Veränderung der Luftmenge zur Brennstoffmenge
erhalten und damit die gewünschte genaue Einstellung des Sauerstoffgehaltes im Abgas
auf 1 bis 1,5 Vol.-% erreicht.
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Die von der Sonde ermittelten Sauerstoffgehalte im Abgas können sowohl
in Form elektrischer s-15 auch pneumatischer Impulse an den Stellungsreg-@er 5,3
des Zwischentriebes weitergegeben werden. Die vom Stellungsregler @usgehende Drehbewegung
ist jedoch so einjusticrt und begrenzt, daß das System niemals den cxplosiblen Gemischbereich
von Brennstoff zu Luft erreicht.
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Außerdem ist die Ansteuerung des ZwiscIentriebc'.s so ausgelegt, daß
bei einem Ansteuersignal Null der Sauerstoffsonde, der etwa durch einen Ausfall
irgendeines Regelgliedes eintreten könnte, der Brenner mit maximalern Sauerstoffüberschuß
betrieben wird.
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Legt man bcispielsweise für das Ansteuersignal Null ein Verhältnis
Luft zu Brennstoff von 1 = 1,06 fest und justiert bei 100 % Ansteuersignal den vom
Zwischentrieb ausgeführten Winkel so, daß ein Verhültnis Luft zu Brennstoff von
# = 0,98 nicht unterschritten wird, so ist der Verstellbereich genügend groß ausgelegt,
daß sowohl Heizwertschwankungen als auch die über die Lufttemperatur und atmosphärischen
Druck bedingten Schwankungen der Luftmenge ausgeregelt werden können.
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Die genannten Ober- und Untergrenzen können durch entsprechende Anpassung
sowohl von der Ansteuerseite her als auch mechanisch eingeengt oder erweitert werden,
falls dies notwendig oder wünschenswert erscheint. Bevorzugt wird ein Verhältnis
von Luft zu Brennstoff von B= 1,01 bis 1,015 eingestellt.
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Mit dem erfindungsgemäßen, von einer Sauerstoffsonde im Abgas angesteuerten
Zwischentrieb, der über weitere Steliglieder eine von der mechanischen Steuerung
unabhängige Drehbewegung auf die Lufticlappe ausübt, wird eine gute Einregelung
des Abgasstroms auf 1 bis 1,5 Vol.-o Sauerstoff erreicht. Voraussetzung ist natürlich,
daß die eingesetzten Brenner unter solchen Bedingungen noch einwandfrei arbeiten.