DE3221660A1

DE3221660A1 - Verfahren zum zwecke der optimalen verbrennung bei feuerungen

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Publication number: DE3221660A1
Application number: DE3221660A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Dipl.-Ing. Dr.techn. 8010 Graz Gilli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-06-11
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1983-01-05

Description

Reinhard, KretrtV&;Skχ .

Dipl.-Ing.Dr.techn. Paul G. GiIIi₇ A-8010 Graz

Verfahren zum Zwecke der optimalen Verbrennung bei Feuerungen Erfindungsgedanke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zwecke

der optimalen Verbrennung mit minimalen Feuerungsverlust und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgastemperatur laufend gemessen wird und danach das für die Qualität der Verbrennung maßgebliche Massenstromverhältnis, . vorzugsweise das Verhältnis von Brennstoffmassenstrom zu Verbrennungsluftmassenstrom bzw. das Verhältnis von Primär- und Sekundärluftmassenstrom solange verstellt wird, daß der Betrieb jeweils am optimalen Wert bzw. unmittelbar in dessen Nähe erfolgt.

Dem Erfindungsgedanken gemäß wird also das zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung maßgebliche Einstellungsverhältnis (z.B. das Verhältnis von Brennstoff- zu Frischluftmengenstrom) so lange nachgestellt bzw. variiert, bis die höchste bzw. die optimale Rauchgastemperatur erreicht ist, wobei sich die Richtung,, in welcher jeweils nachgestellt wird, aus dem Vergleich von aufeinanderfolgenden Messungen der Rauchgastemperatur ergibt. Das Verhältnis der maßgeblichen Bestimmüngsgrößen (Massenstromverhältnisse) ist dabei im Falle von Kesseln mit kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoffen in die Brennkammer (praktisch alle große Kessel) das Verhältnis von Brennstoffmengenstrom zum Gesamtverbrennungsluftmassenstrom. Im Falle von diskontinuierlicher Zufuhr (Heizkessel mit Depot an festen Brennstoffen in der Brennkammer) ist es das Verhältnis von Sekundär!uft-zu Primärluftmassenstrom bzw. allgemein das Verhältnis von zwei Luft-, Schwel- oder Rauchgasströmen, deren Mischung eine Verbrennung mit optimaler Luftzahl ermöglicht.

Das tatsächliche verbrennungstechnische Optimum liegt nicht bei der höchsten Rauchgastemperatur, sondern genaugenommen bei der höchsten nutzbaren Enthalpie. Es läßt sich zeigen, daß die diesem Optimum entsprechende Luftzahl etwas höher liegt als die der höchsten Rauchgastemperatur. In der Praxis wird der Unterschied der beiden Luftzahlen meist nicht so groß se'in, als daß man nicht die Luftzahl der höchsten Rauchgastemperatur als optimalen Wert nächerungsweise nehmen könnte, doch es wird hier auch der etwas kompliziertere Fall behandelt, bei dem die anzustrebende Luftzahl etwas höher ist als die der höchsten Rauchgastemperatur entsprechende.

Die Abfolge der Variation des für die Verbrennung maßgeblichen Massenstromverhältnisses kann nun eher kontinuierlich oder eher diskontinuierlich vor sich gehen, wobei sich die erstere Art eher für analoge Schaltungen mit herkömmlichen elektronischen bzw. mechanischen Bauteilen, die andere Art eher für digitale Schaltungen eignet. Beide Arten können gut durch entsprechende programmierte Mikroprozessoren verwirklicht werden.

Stand der Technik

(a) Kessel mit kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoff

Dies betrifftKessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe, Festbrennstoff kessel mit Staubfeuerung oder mit Wanderrost bzw. ähnlichem. Bei der Regelung von Kesseln mit kontinuierlicher Zufuhr des Brennstoffes wurden bisher meist Verbundstellglieder eingesetzt, bei welchen das Verhältnis von Frischluft und Brennstoff ein konstantes ist. Bestimmte auftretende Störgrößen können damit nicht ausgeregelt werden.

In der letzten Zeit wurden von einigen Firmen Meßgeräte entwickelt, welche eine Rauchgasanalyse vornehmen, z.B. den CL-Gehalt der Rauchgase messen, womit anhand einer Korrekturabschaltung das Verhältnis von Brennstoff-zu Luftstrom automatisch auf den .optimalen Wert eingestellt wird. Die Kosten für solche Geräte sind jedoch hoch, ebenso ist der Wartungsaufwand nicht unbeträchtlich, sodaß diese Art der Regelung für kleinere Einheiten, insbesondere für kleinere Heizkessel wenig in Frage kommt.

(b) Kessel mit Depot an festen Brennstoffen, im Brennraum

Diese Kessel sind heute bereits teilweise mit einer sogenannten Sekundärluft ausgestattet, welche die in der Brennkammer durch Verbrennung der Primärluft mit dem Brennstoff im Depot entstehenden nur teilweise ausgebrannten Gase (hoher CO-Gehalt) weiterverbrennen. Die Sekundärluftmenge wird händisch eingestellt. Das Problem ist jedoch, daß mit einer Einstellung (z.B. fixe Klappeneinstellung bzw. gemeinsam mit der Primärluft verbundene Klappenstellung) nicht in allen Fällen das richtige Verhältnis zwischen Primärluft und Sekundärluft erbracht wird, insbesondere

(a) weil bei verschiedenen Lasten der CO-Gehalt der Gase nach der Verbrennung des Brennstoffes mit der Primärluft stark schw—tkt,

(b) weil die Schicht aus Brenngut und Asche am Rost je nach'dem, ob gerade gerüttelt wurde oder nicht, verschiedene Druckverlustbeiwerte

erbringt, während der gleichzeitig im Verhältnis dazu der Druck-" verlustbeiwert der Sekundärluftzuführung gleichbleibt.

Die Kesseln erbringen daher entweder bei niedriger Sekundärlufteinstellung teilweise im Mittel zu geringe Ausbrände und zu hohe CO-Gehalte oder bei hoher Sekundärlufteinstellung im Mittel zu hohe Luftüberschüsse und damit zu hohe Abgasverluste.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens

Im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren zur Optimierung der Verbrennung über die Rauchgasanalyse ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nur eine sehr einfache und wahrscheinlich ebenso wartungsarme Temperaturmessung nötig, die zudem nur in der Tendenz stimmen muß. Ebenso ist die regeltechnische Schaltung im Grunde nicht aufwendig, wobei sich insbesondere ein Mikroprozessor zur Regelung anbietet. Die Herste 11 kosten dürften damit insbesondere bei größeren Stückzahlen sehr gering sein, ebenso sind geringe Wartungskosten zu erwarten, sodaß das Verfahren auch bei vielen kleineren Kesseln (z.B. Heizkesseln) wirtschaftlich sinnvoll sein wird, bei welchen gegenwärtig eine Optimierung der Verbrennung überhaupt nicht stattfindet.

Nähere Beschreibung der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung ist in.den Fig. 1 bis 11 beispielsweise dargestellt. Der Obersicht halber wird eine Gliederung in 3 verschiedene Verfahren vorgenommen. Auf das Verfahren 1 beziehen sich die Fig. 1 bis 6, auf das Verfahren 2 die Fig. 3,4,7 und 8 und die Fig. 1 und 2 nach gewissen Änderungen. Auf das Verfahren 3 beziehen sich die Fig. 9 bis 11.

Die Fig. 1 zeigt einen Kessel mit kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoffen und den elektronischen bzw. mechanischen Teil der erfindungsgemäßen Bauta"te jeder für sich ausgeführt. Fig. 2 zeigt dieselben, getrennt ausgeführte Bauteile, das erfindungsgemäße Verfahren jedoch angewandt auf einen Kessel mit Depot an festen Brennstoffen in der Brennkammer. Die Fig. 3 und 4 zeigen ebenso einen Kessel mit Depot an festen Brennstoffen in der Brennkammer, anstelle der verschiedenen Schalt- und Speicherglieder tritt jedoch ein Mikroprozessor, der auch noch weitere zur Regelung des Kessels-benötigte Rege!funktionen enthält. Die Fig. 4 ist ein Grundriß der Fig. 3. Die Fig. 5, 6 und 7 sind Flußdiagramme zur beispielsweisen Beschreibung des erfindungsgemäßen Regelzyklus. Die Fig. 8 bis U zeigen Möglichkeiten der Realisierung

des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einfachen elektronischen und mechanischen Bauteilen.

Es werden nun beispielsweise die einzelnen Möglichkeiten aufgezeigt, wie der erfindungsgemäße Regelvorgang ablaufen kann bzw. wie die gerätetechnische Realisierung aussehen kann.

Verfahren 1

Das Regelungsverfahren 1 sei anhand der Fig. 1 näher erläutert: Die Rauchgastemperatur wird mittels eines Rauchgas temperaturfühlers (1) an einer Stelle nach erfolgter Verbrennung (also nachdem die Sekundärluft beigemischt und zusammen mit den brennbaren Gasen verbrannt wurde, jedoch nicht zu weit an der Abgasseite des Rauchgasstromes) und in einem Temperaturmeßwertspeicher (2) abgespeichert. Sodann wird das Verhältnis von Brennstoffmassenstrom zu Verbrennungsluftmassenstrom (24) durch den Schrittwertversteller (5) mittels des Stellmotors für die Luftkorrektur (9) über die Anpassungskurve für das Luftstellglied (14) und über das Luftstenglied (15) in eine zunächst beliebige, im Verstellrichtungsspeicher (4) abgespeicherte Richtung um einen durch den Schrittwerteinstellknopf (6) einstellbare Größe verstellt. Nach einer durch den über den Zeitwerteinstellknopf (8) einstellbaren Zeitwerttwird auf Signal des Zeitwertgebers (/7) die Temperatur des Rauchgases anhand des Rauchgastemperaturfühlers (1) erneut gemessen und mit der in Temperaturmeßwertspeicher (2) abgespeicherten Temperatur verglichen. Ist die zuletzt gemessene Temperatur höher als die abgespeicherte Temperatur, so war die Verstell richtung richtig und es wird der Wert in Verstell riehtungsspeicher belassen.

Ist die zuletzt gemessene Temperatur niedriger als die im Temperaturmeßwertspeicher abgespeicherte Temperatur, so war die Vers te 11 richtung falsch und es wird der Wert im Verstellrichtungsspeieher (4) auf den umgekehrten Wert umgedreht und dieser umgedrehte Wert abgespeichert. Nun wird die zuletzt gemessene Rauchgastemperatur im Temperaturmeßwertspeicher (2) abgespeichert. Das Verhältnis von Brennstoffmengenstrom und Luftmassenstrom. (24) wird nun in der im Verstellrichtungsspeieher (4) eingespeicherten Richtung erneut verstellt und nach dem eingestellten Zeitwert die Temperatur anhand des Meßfühlers (1) erneut gemessen, wonach ein weiterer Vergleich der'zuletzt gemessenen Temperatur mit der abgespeicherten Temperatur erfolgt usw.

Nach einer bestimmten Anzahl von Durchläufen obigen Prozessen wird die mit dem Temperaturfühler (1) gemessenen Tempera tür.«inen Höchstwert

annehmen, womit der Verbrennungsprozeß zumindest in der Nähe des Optimums liegt. Ändern sich nun Parameter der Verbrennung (z.B. Änderung des Heizwertes des Brennstoffes oder andere Zugverhältnisse im Kamin etc.) so paßt obiger Regelprozeß automatisch die Stellung des Luftgliedes so an, daß wieder die höchste Rauchgastemperatur entsteht.

Die Lastregelung (z.B. soll ein bestimmter Damp^lruck im Kessel bzw. eine bestimmte Kessel temperatur gehalten werden) wird anhand der entsprechenden Eingangsgröße über die übertragungsleitung für diese Eingangsgröße (10), über den Lastregler (11) und den Stellmotor für""die Brennerlast (12)' automatisch durchgeführt, wobei gleichzeitig die Brennstoffmenge über das Brennstoffstellglied (13) und die Luftmenge über die Anpassungskurve für das Luftstellglied (14) und das Luftstellglied (15) verstellt werden. Diese Form der Regelung (Verbundregelung) ist bereits bekannt und ist daher nicht Gegenstand der Erfindung.

In Fig. 1 bedeuten weiters (16) die Verbrennungsluftzuführung, (17) die Brennstoffzuführung, (18) den Brenner, (19) die Brennkammer, (20) die Nachschaltheizflächen, (21) das Gehäuse für die erfindungsgemäße Einrichtung.

Die Fig. 2 stellt einen Warmwasserheizkessel mit einem Depot an festen Brennstoffen in der Brennkammer dar. Die Lastregelung erfolgt über den Kessel thermostat mit Einstellknopf (32), der über eine Verbindungskette (33) mit der Primärluftklappe (28) verbunden ist. Die Optimierung »des Verbrennungsprozesses erfolgt über die Zumischung des richtigen Sekundär!uftmassenstroms (25), welcher anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Einrichtung geregelt wird.

Das Regelungsverfahren zur Erzielung der optimalen Verbrennung ist · also prinzipiell dasselbe, nur daß anstelle der Positionen (9), (14) und (15) der Fig. 1 der Stellmotor für die Sekundärluftklappe (30) und die Sekundärluftklappe (29) in Fig. 2 treten.

• Es bedeuten weiters (31) den Füllschacht des vorzugsweise mit unterem Abbrand ausgestatteten Kessels, (22) den Rost, (23) die Füll füre, (38) den Primärluftstrom (26) den Rauchgasstrom und (27) den Abgasstrom und (36) die Aschentüre.

Die Fig. 3 und 4 stellen eine Variante dar, bei der die Positionen (2), (3), (4), (5), (7) und (11) der Fig. 1 und 2 durch einen Mikroprozessor ersetzt sind, welcher entsprechend programmiert ist.

-AA-

Auch hier kann die Regelfunktion durch den Schrittwerteinste 11 knopf (6) und den ZeitwerteinsteΠ knopf (8) justiert werden. Der Mikroprozessor enthält vorzugsweise auch die Kessel temperaturregelung für einen Heizkessel^ wie dies ebenfalls in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Es wird mit dem Kesseltemperaturfühler (35) die Kesseltemperatur gemessen und im Mikroprozessor mit dem Sollwert verglichen,'wonach über den Stellmotor .für "die.Primär--: ₃ v-J--. luftklappe (34) die Primärluftklappe (28) selbst eingestellt wird. Diese Kesseltemperaturregelung kann beispielsweise sein:

(a) eine reine Festwertregelung, bei der der Sollwert der Kesseltemperatur auf einen zu justierenden Wert eingestellt wird,

(b) eine Außentemperaturabhängige Regelung mit und ohne Nachtabsenkung (Voraussetzung dazu: der Kessel ist ein Niedertemperaturkessel), in diesem Fall kann man sich die Rück!aufbei mischung ersparen.

(c) eine außentemperaturabhängige Regelung mit Optimierungssystem, mittels welchem während der Absenkung der Kessel und auch die Umwälzpumpe gänzlich abgeschalten werden und ab dem richtigen Zeitpunkt, welcher vom Mikroprozessor aufgrund von Charakteristiken je nach Außentemperatur und der Temperatur in einem bzw. mehreren Testräumen ermittelt wird, mit voller Last hochgeheizt wird, sodaß zu Beginn der Betriebszeit die richtige Raumtemperatur erreicht wird. Zu diesem Zwecke ist der Mikroprozessor mit einem Außentemperaturfühler (39) und einem Raumtemperaturfühler (40) verbunden.

Fig. 5 stellt das Regelschema für die oben beschriebene Regelung der Verbrennung dar. Sie ist damit auch ein Flußdiagramm für die Programmierung tines Microprozessors (das Gleichheitszeichen bedeutet hier eine Zuweisung wie in Rechenprogrammen üblich). Der in dieser Figur beschriebene Regelungsvorgang ist der folgende:

Zuerst wird das maßgebliche Massenstromverhältnis (z.B. das Verhältnis von Primärluftmassenstrom zu Sekundärluftmassenstrom) nach herkömmlichen Gesichtspunkten eingestellt. Nun wird die Rauchgastemperatur gemessen und der Meßwert abgespeichert (unter der Variablen t^). Die Variable K erhält nun ihren Anfangswert a. Nun beginnt das eigentliche Regelspiel. Das Massenstromverhältnis , wird um die Größe K verstellt und nach einer gewissen Wartezeit

- die zum Einstellen des gesamten Systems auf den damit verbundenen neuen Zustand benötigt wird - .wird die Rauchgastemperatur erneut gemessen und unter der Variablen tgj die die jeweils aktuelle Messung darstellt, abgespeichert. Nun werden die beiden Meßwerte t- und tr, verglichene Ist t_o größer als t^ - ist also die Rauch-

' ^ angestiegen; ^ά ^Ί

gas temperature- so war aie Verstellrichtung riehtig und es braucht

die die Verstellung anzeigende Größe K nicht verändert zu werden. Im anderen Falle war die Verstellrichtung falsch und das Vorzeichen der Variablen K wird umgedreht (K = -K). Da die Variable tp für den aktuellen Wert der Messung benötigt wird und die Variable t^ den jeweils vorigen Wert der Temperaturmessung hauen muß, wird umgespeichert und t.. erhält den Wert von tp. Nun kann das Regel- Q_ spiel erneut beginnen. — - — - - -

In der Fiq. 6 ist eine etwas kompliziertere Version dagestellt, bei welcher bei sehr kleiner Temperaturänderungen, die ja zeigen, daß man sich am Optimum oder in dessen Nähe befindet, eine längere Wartezeit eingeschaltet wird, um die mechanischen Aggregate (Stellmotor etc.) zu schonen. In diesem Fall ist die.Größe x=0, sodaß also vor dieser längeren Wartezeit nicht verstellt wird.

Falls man die Tatsache berücksichtigend!Π, daß das tatsächliche verbrennungstechnische Optimum bei einer etwas höheren Luftzahl liegt, wird wie oben durch Probieren die höchste Rauchgastemperatür aufgesucht, dann auf das tatsächliche Optimum anhand einer eingegebenen Konstante" χ (Fig.6)

bzw. einer temperaturabhängigen Verstellung herunterverste11t und dann längere Zeit an dieser Stellung gewartet, bis nach dieser Wartezeit erneut die höchste Temperatur aufgesucht wird. - -

Verfahren 2

In der Fig. 7 ist der Regelvorgang des Verfahrens 2 dargestellt. Ein anderer eleganterer Weg zur Ermittlung des tatsächlichen verbrennungstechnischen Optimums ist es nämlich, nicht das Einstellverhältnis zwischen den maßgeblichen Massenströmen, das die höchste Rauchgastemperatur liefert, aufzusuchen, sondern jenes Einstellverhältnis zu suchen, welches eine Ableitung dt/dn (n.... Luftzahl, t" ... Rauchgastemperatur) liefert, die der optimalen nutzbaren Enthalpie entspricht. Es wird also so lange -die Einstellung variiert bis die Ableitung dt/dn gleich einem eingegebenen Optimalwert ist. Da ja die Luftzahl bzw. die Luftmenge nur mit großem Aufwand gemessen werden kann und das tatsächliche Optimum auch nicht.weit vom Punkt der höchsten Temperatur liegt, reicht es aus, statt der Luftzahl η die Stellung der beiden maßgeblichen die Verbrennung bestimmenden Größen (Brennstoff-Luftverhältnis bzw. Primärluft -,Sekundärluftverhältnis), also z.B. die Stellung Sekundärluftklappe zur Primärluftklappe etc. heranzuziehen. Es ist dann die Stellung dieses Klappenverhältnisses so lange zu ändern, bis das Verhältnis der Differenz der Temperaturen zu zwei hintereinander!legenden Zeitpunkten (tp - t.) zur Änderung der Stellung des Regelorgans K einen be'stimmten Wert a erreicht, d.h.

(t₂ - t ) / K = a bzw. _v(t₂ - tj) / K - a * 0.

Der Regelvorgang ist an sich sehr einfach und kann ebenfalls Basis für die Programmierung eines Microprozessors sein.

Die neue Änderung K der Stellung des Stellgliedes K₀₆₁, kann dabei proportional gesetzt werden zur Abweichung vom Sollwert a des Differentialquotienten, also:

^Kneu⁼

der Absolutbetrag welchen Wertes jedoch zur besseren Stabilität bzw. zur Verringerung von unerwünschten Schwankungen noch nach oben mit der Größe b natürlich unter Beibehaltung des Vorzeichens begrenzt wird. Weiters wird hier die Wartezeit ζ zwischen zwei Nachsteil vorgängen zur Vergrößerung der Lebensdauer des Stellgliedes bzw. des Stellmotors dann vergrößert, wenn die

Temperatur nur wenig schwankt, also -der Absolutbetrag (t₂ - t^) klein ist, womit sich ergibt

2 =

+ A/ |t₂ -

(A ist eine fixe Konstante^ wobei jedoch ebenfalls eine obere Begrenzung mit dem Wert B vorgenommen wird.

Dieses Verfahren ist genauso auf die beiden beschriebenen Arten der Kessel (mit kontinuierlicher Zufuhr von Brennstoffen bzw. mit Depot an festen Brennstoffen im Brennraum) anwendbar, sodaß die Fig. 1 und 2 sinngemäß gelten, nur daß die Positionen 2 bis 8 durch andere zu ersetzen sind. Die Realisierung kann einerseits durch einen Mikroprozessor geschehen, wie dies bereits in den Fig. 3 und 4 für das Verfahren beschrieben ist, nur daß nun die Regel funktionen des Mikroprozessors andere sind.

Eine andere Realisierung ist in der Fig. 8 beschrieben. Es können hier die Regelvorgänge kontinuierlich ablaufen und das Verfahren ist (gegebenenfalls bis auf das Dividierglied) durch einfache elektronische Bauteile realisierbar. Es bedeuten /1/ den Rauchgastemperaturfühler, dessen Ausgangswert (elektrische Spannung) einem "Differenzierglied" (41) zugeführt wird, welches durch ein entsprechend eingestelltes LEAD-Glied näherungsweise realisiert werden kann. Der Ausgangswert aus diesem LEAD-Glied ist gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 7 durch die in der Leitung (46) übertragenen Änderungsgeschwindigkeit der Klappen mittels einer Dividierschaltung (42) zu dividieren, deren Ergebnis jedoch obere und untere Grenzen hat. Um jedoch Instabilitäten der Regelung zu vermeiden, ist die Rnderungsgeschwindigkeit vor Zuführung in die Dividierschaltung noch einem Verzögerungs- oder Totzeitglied (43) zuzuführen. Weiters kann noch zur Erreichung des tatsächlichen verbrennungstechnischen Optimums vom durch die Dividierschaltung näherungsweise ermittelten Differentialquotienten der konstante Wert (45) abgezogen werden, was durch ein Summierglied mit konstanter Eingangsgröße (44) geschieht. Die die Änderungsgeschwindigkeit darstellende elektrische Größe wird über eine übertragungsleitung (46) dem Stellmotor für die Luftkorrektur (9) bzw. dem Stellmotor für die Sekundärluftklappe (30) wie in den bisherigen Beispielen zugeführt.

Verfahren 3

Die Realisierung dieses Verfahrens ist in den Fig. 9 bis 11 beispielsweise dargestellt. Das Verfahren ist einfach und auch ohne Mikroprozessor zu ver-

wirklichen. Es besteht darin, ebenso die Rauchgastemperatur (z.B. durch ein LEAD-Glied) annähernd zu differenzieren und - falls der Ausgangswert positiv ist, die Temperatur im Rauchgasfühler also ansteigt - die Drehrichtung des Klappenstellmotors, der das Verhältnis der Stoffströme ändert, die ja die Qualität der Verbrennung bestimmen, zu belassen, bzw. im anderen Fall - falls also der Ausgangswert aus dem Differenziell! ed negativ ist - die Drehrichtüng dieses Stellmotors umzukehren, wobei jedoch^um allfällige Pendelerscheinungen zu vermeiden^ gegebenenfalls fiach jeder Umkehr "der Drehrichtung eine gewisse Wartezeit bestehen muß, bevor eine neue Richtungsumkehr erfolgen darf.

In Fig. 9 bedeuten (1) den RauchgastemperaturfUhler, (41) das Differenzier- bzw. LEAD-Glied, (47) ein Relais, das immer dann anzieht und den Schalter (48) betätigt, wenn die Ausgangsgröße aus (41) negativ ist, d.h. wenn die Temperatur im Fühler absinkt. Wenn der Schalter (48) geschlossen ist, wird über einen Taktgeber (49), welcher nun im bestimmten Zeitabständen ein Signal weitergibt, durch den Umkehrschalter (50) eine Umkehr der Drehrichtüng des Stellmotors zum Antrieb der Klappe für die Luftkorrektur (9) bzw. des Stellmotors für die Sekundärluftklappe (30) vorgenommen. Damit der Regler bei Umkehr des durch den Fühler (1) gemessenen Temperaturanstieges auf einen negativen Wert schneller reagiert, ist das Totzeit- bzw. Verzögerungsglied (40) so geschaltet, daß es nur dann verzögert bzw. eine Totzeit der Schaltung hervorruft, wenn eine Mindestzeit ab der letztenllmschaltung des Umschalters (50) noch nicht verstrichen ist.

In der Fig. 10 ist eine Schaltung dargestellt, bei der eine negative Ausgangsgröße aus dem LEAD-Glied (4.1) über ein elektronisches Glied (51) in kurzen Impulsen, zwischen denen eine gewisse Mindestzeit zur Stabilisierung des Regelkreises verstreichen muß, an das Relais (47) weitergegeben wird, welches nun direkt bei jedem durchgegebenen Impuls den Drehrichtungsumschalter (50) weiterschaltet und so.über den Abnehmer (55) jedesmal die Drehrichtung des Stellmotors (9), (30) umkehrt. Der Schalter (48) ist dabei durch ein Gelenk (56) so ausgeführt, daß nur die Abwärtsbewegung den Drehrichtungsschalter (50) weiterbewegt, nicht aber die Rückbewegung ihn wieder zurückbewegt. Zieht das Relais gerade nicht an, wird der Schalter durch eine Feder (52) zurückbewegt. Weiters kann zwischen dem Drehrichtungsschalter (50) und dem Stellmotor (9), (30) noch ein Glied (57) angeordnet sein» welches die Eingangsgröße aus dem Drehrichtungsschalter in Impulsen weitergibt , sodaß der Motor (9), (30) nicht kontinuierlich läuft, sondern zur Verringerung seiner Abnützung jeweils nur kurzzeitig, wenn auch jeweils mit höherer Geschwindigkeit.

In der Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Das differenzierende Verhalten wird hier dadurch erzeugt, daß zum bisherigen Rauchgastemperaturfühler (1) noch ein zweiter möglichst in der Nähe des ersten angebrachter, thermisch jedoch trägerer Fühler (53) hinzukommt, welcher negativ aufgesehaltet wird, während der Fühler (1) positiv aufgeschaltet . ist. Die Summe der Eingangsgrößen der beiden Fühler ergibt eine Größe, die der eines einzelnen Fühlers mit dahintergeschaltetem LEAD-Glied entspricht.

Ist diese Summenausgangsgröße aus den beiden Fühlern negativ (die Temperatur sinkt also ab), so wird der Schalter (48) durch das Relais (47) geschlossen und damit der Motor (54) in Bewegung gesetzt, welcher den scheibenförmigen Drehrichtungsscha!ter mit einer gewissen Geschwindigkeit weiterbewegt, womit - sobald der Abnehmer (55) einen neuen Sektor des Drehrichtungsumschalters ^ erreicht - der Drehsinn des Stellmotors (9), (30) umgedreht wird, und sich

das entsprechende Drosselorgan bzw. die Klappe in die andere Richtung bewegt.

Falls obige Summenausgangsgröße aus den beiden Temperaturfühlern positiv ist, die Temperatur im Rauchgas also ansteigt, zieht das Relais (47) nicht an, womit der Schalter (48) durch die Feder (52) in offener Stellung gehalten wird, womit der Motor (54) nicht läuft und somit der Drehsinn des Stellmotors (9), (30) erhalten bleibt, die Klappe also in der-• selben Richtung weiterbewegt wird.

Das Weiterdrehen des Schalter (50) mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewirkt zusammen mit der Einteilung des Schalters in Sektoren eine gewisse Totzeit bei der Drehrichtungsumschaltung, die für die Stabilität des Regelkreises gegebenenfalls nötig sein kann.

Der Drehrichtungsschalter (50) kann dabei vorzugsweise so ausgebildet werden, daß jeder seiner Sektoren, die abwechselnd positiven oder negativen Drehsinn darstellen, und daher mit positiven oder negativen Spannungen beaufschlagt sind, weiter in Untersektoren eingeteilt ist, welche abwechselnd unter Spannung und nicht unter Spannung stehen, sodaß der Stellmotor (9), (30) immer nur in kurzen Impulsen läuft, was seine Abnützung verringert.

BAD ORIGINAL ^copY

Claims

Patentansprüche

r [I) yVerfahren ·-_ . - zum Zwecke der optimalen Verbrennung mit

\^__/ minimalem Feuerungsverlust, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgastemperatur laufend gemessen wird und danach das maßgebliche Massenstromverhältnis* vorzugsweise das Verhältnis von Brennstoffmassenstrom zu Verbrennungsluftmassenstran bzw. das Verhältnis von Primär- und Sekundär!uftmassenstrom solange verstellt wird, daß der Betrieb jeweils am optimalen .Wert bzw. unmittelbar in dessen Nähe erfolgt.

(2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jenes maßgebliche Massenstromverhältnis aufgesucht wird, bei welchem die höchste Rauchgastemperatur auftritt.

(3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jenes maßgebliche Massenstromverhältnis aufgesucht wird, welches sich dadurch ergibt, daß zuerst die maximale Rauchgastemperatur aufgesucht wird, und danach das das maßgebliche Massenstromverhältnis bestimmende Stellglied in eine bestimmte Richtung ura eine bestimmte Seh ηttweite weitergeste YIt wird und dort längere Zeit gewartet wird, bis von neuem das maßgebliche Massenstromverhältnis der höchsten Rauchgastemperatur aufgesucht wird (Fig. 6)

(4) Verfahren .-..--_.-■ ._; ". -.·: nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

ein bestimmter Quotient aus der Rauchgastemperaturänderiing und Änderung des maßgeblichen Massenstromverhältnisses, ausgedrückt-durch eine Klappenstellung aufgesucht wird (Fig. 7).

(5) Verfahren-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise

bei Feuerungen mit Depot von Brennstoffen in der Brennkammer .,

ein Verhältnis von zwei Luft-, Schwel- oder Rauchgajßtrpmen, vorzugsweise das Verhältnis von Primär- und Sekundär!uftmassensurom dzw. das Verhältnis von Primär!uftmassenstrom zu mit Sekundärluft vermischtem Schwelgasmassenstrom durch das erfindungsgemäße Verfahren eingestellt wird (Fig. 2, 3 und 4).

(6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise bei Vorhandensein von kontinuierlicher Brennstoffzufuhr das Verhältnis von Brennstoffmenge zu Gesamtverbrennungsluftmenge durch das"erfindungsgemäße Verfahren eingestellt wird (Fig. 1).

(7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsabfolge schrittweise vor sich geht und daß dieser Prozeß vorzugsweise

durch eine digitale Schaltung realisiert wird (Fig. 1 und 2). COPY

ORIGINAL INSPECTED BAD ORIGINAL

(8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsabfolge hauptsächlich kontinuierlich vor sieht geht, wobei insbesondere die Rauchgastemperatur kontinuierlich gemessen und ausgewertet wird, und daß dieser Prozeß vorzugsweise durch eine analoge Schaltung zusammen mit einzelnen Schaltern realisiert wird (Fig. 11).

(9) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Luftverhältnisses alternativ durch Klappen bzw. sonstige Drosselorgane (15), (28), (29) oder durch Verstellung des Leitapparates des Gebläses oder durch Drehzahlregelung des Gebläses, oder durch sonstige übliche Arten der Luftmengenregelung erfolgt.

(10) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Brennstoffmengenstromes durch Drosselventile oder Drosselklappen erfolgt.

(11) Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rauchgastemperaturfühler in irgendeinem rauchgasseitigen Bereich, zwischen Brennkammer und Abgasstutzen befindet (Fig. 1 bis 4).

(12) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ers1;ens5 daß zuerst die Rauch gas tempera tür mittels des Rauchgastemperaturfühlers (1) gemessen und der Meßwert in einem Temperaturmeßwertspeicher abgespeichert wird,

zweitens^ daß sodann das für die Qualität der Verbrennung maßgebliche Massenstromverhältnis in eine beliebige vorher im Verstell rieh tungsspeicher (4) abgespeicherte Richtung verstellt wird,

drittensj daß sodann nach einem bestimmten Zeitwert die Temperatur des Rauchgases anhand des Rauchgastemperaturfühlers (1) erneut gemessen wird und mit der im Temperaturmeßwertspeicher (2) abgespeicherte Temperatur verglichen wird, wonach

viertens, der im Verstellrichtungsspeieher befindliche Wert umgedreht wird, wenn die zuletzt gemessene Temperatur niedriger als die vorher gemessene Temperatur ist, anderenfalls jedoch belassen wird,

fünftensjdaß sodann die zuletzt gemessene Temperatur im Temperaturmeßwertspeicher (2) abgespeichert wird und

sechsten^daß sodann die für die Qualität der Verbrennung maßgeblichen Verhältnis erneut in der Vers te11 rieh tungsspei eher (4) eingespeicherten, Richtung um den fixen Betrag verstellt wird, wonach

siebtens der obige Prozess erneut beginnt ab dem Funkt '!drittens", wo nach cfem bestimmten Zeitwert die Temperatur erneut gemessen wird und danach der obige Vergleichsprozeß erneut erfolgt (Fig. 1 -jnd 2).

(13) Verfahren . nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Rauchgastemperaturfühler (1) gemessene Temperatur einem Differenzier- oder LEAD-Glied (41) zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße dividiert wird durch die durch ein Verzögerungs- oder Totzeitglied (43) verzögerte Stell geschwindigkeit für dasjenige Regel-

r _i organ, welches das die Qualität der Verbrennung bestimmende Massen-

stromverhältnis einstellt, wobei das Ergebnis obiger Division, welches zusätzlich durch obere und untere Grenzwerte begrenzt ist, nach Abzug eines konstanten Wertes (45) in einer Summierschaltung (44) die ebengenannte Stell geschwindigkeit ist (Fig. 8).

(14) Verfahren nach Anspruch 1^ dadurch gekennzeichnet, daß die vom Rauchgastemperaturfühler (1) gemessene Temperatur einem Differenzier- oder LEAD-Glied (41) zugeführt wird, dessen Ausgangswert im Falle, daß dieser negativ ist über eine geeignete Schaltung (vorzugsweise über ein Relais) -einen Schalter (48) schließt und geschlossen hält (im um? gekehrten Fall offen hält) womit nun über einen Taktgeber (49) in gewissen Zeitabständen ein Signal an einen Drehnchtungsumschalter (50) weitergegeben wird, welcher die vorzugsweise im Absolutbetrag konstante Stellgeschwindigkeit für ein Stellglied (9, 30) umkehrt, welches das die Qualität der Verbrennung bestimmende MassenstromverhäTtnis einstellt (Fig. 9).

(15) Verfahren nach Anspruch !«dadurch gekennzeichnet, daß die vom Rauchgastemperaturfühler (1) gemessene Temperatur einem Differenzier- oder LEAD-Glied zugeführt wird, dessen Ausgangswert einem Glied (51) zugeführt wird, welches nur im Falle einer negativen Eingangsgröße in gewissen Abständen Impulse weitergibt, die über eine geeignete Schaltung (vorzugsweise ein Relais (47)) einen Schalter (48) betätigt, welcher bei jeder dieser Betätigungen einen Drehnchtungsumschalter (50) weiterschaltet, welcher damit die Stellgeschwindigkeit einer Einrichtung, vorzugsweise eines Stellmotors (9) , (30) für das Stellglied umkehrt, welches das für die Qualität der Verbrennung maßgeblichen Massenstromverhältnis einstellt (Fig. 10).

(16) Verfahren *" nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die vom Rauchgastemperaturfühler (1) gemessene Temperatur einem Differenzier-oder LEAD-Glied {41) zugeführt wird, dessen Ausgangswert, im Falle daß dieser negativ ist, über eine geeignete Schaltung, vorzugsweise über ein Relais (47) einen Schalter (48) schließt und geschlosssen hält (andernfalls offen läßt), wodurch vorzugsweise durch einen Stellmotor (54) eine Einrichtung (50) kontinuierlich weiterverstellt wird, welche in gewissen zeitlichen Abständen die Stell geschwindigkeit eines Stellgliedes vorzugsweise eines Stellmotors (9), (30) umgedreht, welches das für die Verbrennung maßgebliche Massenstromverhältnis einstellt (Fig. 11). ' · ·.

(17) Verfahren . . 'gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erfiηdungsgemäße zur Optimierung der Verbrennung geschaffene Rege!funktion von einem entsprechend programmierten Mikroprozessor (37) übernommen wird (Fig. 3 und 4).

(18) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß

der Mikroprozessor auch noch weitere Rege!funktionen übernimmt, vorzugsweise die Funktion einer Druck- und/oder Temperaturhaltung im Kessel bzw. in einem Oberhitzer, die Funktion einer außentemperaturabhängigen Vor!auftemperaturregelung mit und ohne sogenanntem Optimierungssystem, wobei bei letzterem vorzugsweise auch besser angepaßte Charakteristiken

zur Bestimmung des Einschaltzeitpunktes als die üblichen linearen einprogrammiert sind (Fig. 3 und 4).

(19)<Verfahren nach mindestens einem der obigen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur annähernden Differentiation der Rauchgastemperatur nach der Zeit durch zwei nahe beieinander!legende Rauchgastemperaturfühler unterschiedlicher Zeitkonstante gebildet wird, wobei der Fühler mit geringerer Zeitkonstante (vorzugsweise überhaupt mit möglichst geringer Zeitkonstante) (1) positiv und der Fühler mit größerer Zeitkonstante (53) negativ aufgeschaltet wird (Fig. 11).

(20) Verfahren - nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellgeschwindigkeitssignal für ein Stellglied, vorzugsweise für den Stellmotor (9), (30)welcher das für die Qualität der Verbrennung maßgebliche Massenstromverhältnis einstellt, vorerst einem Glied (57) zugeführt wird, welches das Eintrittssignal in Impulsen weitergibt, sodaß das angeschlossene Stellglied zur Erzielung einer

höheren Lebensdauer nicht kontinuierlich, sondern nur in jeweils kurzen Zeiteinheiten läuft, unterbrochen von Ruhepausen (Fig. 10).

(21) Verfahren ' . nach einen der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene, den Ablauf der Regelung bestimmende Parameter, vorzugsweise Größen zur Festlegung der Wartezeit zwischen 2 Messungen der Rauchgastemperatur und des Schnittwertes für die Verstellung des Stellgliedes einstellbar sind (Fig. 1 bis 4).