DE3328845A1

DE3328845A1 - Verbrennungssteuersystem mit uebersetzungsgestaenge-steuerung

Info

Publication number: DE3328845A1
Application number: DE19833328845
Authority: DE
Inventors: Robert L. Orrville Ohio Nelson; Donald M. Massillon Ohio Stough
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1982-08-12
Filing date: 1983-08-10
Publication date: 1984-02-16
Also published as: GB2125580A; GB8320805D0; FR2531769A1; FR2531769B1; IT8322526A0; JPS5944518A; IT1235858B; US4486166A; GB2125580B; JPH0379610B2; CA1217398A

Description

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

VNR: 1o9126

-L-

Düsseldorf, 8. Aug. 1983

50,580
8331

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Verbrennungssteuersystem mit
Übersetzungsgestänge-Steuerung

. Die Erfindung betrifft ein Verbrennungssteuersystem, wie es typischerweise bei einem Verbrennungsgerät wie einem Boiler, einem Heizgerät oder dergleichen verwendet wird.

Es ist bekannt, die Ventile eines Boilers miteinander mechanisch zu verbinden, die die Brennstoffzufuhr sowie die Luftaufnahme steuern, um ein definiertes und wählbares Luft-Brennstoff- oder Sauerstoff-Brennstoffverhältnis zu bilden. Das einfachste und am wenigsten aufwendige Verbrennungssteuerssystem ist unter dem Namen "Obersetzungswellen"-Positionierungssystem bekannt. Dieses System besteht aus einer mechanischen Gestängeanordnung, bei der ein Hauptoder Meisterarm mit einer Hauptwelle verbunden ist, um die Brennstoffventile zu steuern, und einem Sklaven- oder Hilfsarm, der mit dem Luftdämpfer verbunden ist und auf die Hauptwelle über eine Zwischenverbindungsverstrebung reagiert. Eine derartige mechanische Anordnung ergibt eine Meister-Sklaven-Beziehung zwischen den Brennstoffventilen und dem Luftdämpfer. Die Zwischenverbindungsverstrebung gemäß dem System des Standes der Technik wird einge-

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stellt, um ein Verhältnis zwischen Brennstoff und Luft zu schaffen, das im wesentlichen zufriedenstellend für alle Lastanforderungen des Verbrennungsgerätes ist.

Um jedoch den Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses für verschiedene Lastanforderungen, Änderungen im Brennwert des Brennstoffes, der Viskosität des Brennstoffes, der Temperatur der Verbrennungsluft, Brennerverstopfungen usw. zu maximieren, muß die ursprünglich kalibrierte Beziehung zwischen Brennstoff und Luft neu eingestellt werden. Eine derartige Neueinstellung wird oft als eine Sauerstofftrimmeinstellung bezeichnet und kann viele Male am Tag notwendig werden. Zwar können derartige Einstellungen durch Änderung der Verbindungspunkte an sich gegenüberliegenden Enden der Verbindungsverstrebung durchgeführt werden, jedoch sind derartige mechanische Manipulationen offensichtlich zeitraubend und erfordern eine Neukalibrierung des Übersetzungswellen-Positionierungssystems.

Es ist auch bekannt, ein Übersetzungswellen-Positionierungssystem zu verwenden, das einen Nockenmechanismus umfaßt, der zwischen der Übersetzungswelle und den Luft- oder Brennstoffventilen eingeschoben ist. Bei einer derartigen Anordnung kann ein begrenztes Maß an vorbestimmter Varianz bezüglich der Luft-Brennstoff-Beziehung mit Hilfe der Geometrie des Nockenmechanismus bewirkt werden. Zwar ist ein gewisses Ausmaß von Modifikation bezüglich des Luft-Brennstoff-Verhältnisses vorhanden, die vorgenannten Probleme mit Bezug auf Änderungen im Brennwert des Brennstoffes, Viskosität des Brennstoffes, Verbrennungslufttemperatur, usw. erfordern jedoch immer noch, daß die ursprünglich geeichte Beziehung zwischen Brennstoff und Luft eingestellt wird. Die häufigen mechanischen Modifikationen an dem Nockenmechanismus, die zur Änderung der ursprünglich kalibrierten Beziehung notwendig sind, stellen keine sinnvolle Lösung für diese Probleme dar.

In der US-Patentschrift 4 249 886 der Anmelderin wird gelehrt, daß eine winkelmäßig modifizierbare Trimmverbindung in ein Übersetzungswellen-Positionierungssystem einbezogen werden kann. Die Trimmverbindung ermöglicht es, die herkömmliche Meister-Sklaven-Beziehung zwischen den Brennstoffsteuerungs- und Dämpfersteuerungseinrichtungen weiterhin anzuwenden. Zuzüglich zu der herkömmlichen festen Meister-Sklaven-Beziehung ermöglicht die Trimmverbindung geringfügige Einstellungen bezüglich der Dämpfereinrichtungen, um so eine bessere Regulierung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu erlangen. Die jeweilige besondere Anlenkung der Trimmverstrebung wird durch eine Trimmpositionierungseinrichtung gesteuert, die auf ein Steuersystem anspricht.

In der deutschen Patentanmeldung P 33 22 o34.4 der Anmelderin wird ein Verbrennungssteuersystem beschrieben, das ein Gestängeverstrebungs-Einstellgerät umfaßt, welches das Luft-Brennstoff-Verhältnis modifiziert. Dieses Betätigungsgerät wird von Ferne betätigt und umfaßt einen überlas tschutzzylinder, der die Möglichkeit von mechanischer Beschädigung entweder des Einstellgerätes selbst oder des Positionierungssystems minimiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine übersetzungswellengesteuerte Boilersteueranordnung zu schaffen, die es erleichtert, das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf im wesentlichen dem optimalen Wert zu erhalten, und zwar bei Änderungen der Boilerbelastungen über einen weiten Bereich.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Hauptanspruch durch eine Verbrennungssteueranordnung, die ein Meisterglied umfaßt, welches um eine erste Achse beweglich gehalten ist, um die Menge von einem der dem Ofen zugeführten Reaktionsstoffe zu regulieren, einem erszen Betätiger, der auf ein Lastindexsignalausgang reagiert, um die Bewegung des Meistergliedes zu bewirken, ein Sklavenglied, das um eine zweite

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Achse beweglich montiert ist, um die Menge des anderen der beiden gelieferten Reaktionsmittel zu steuern, und eine Zwischenverstrebung, die zwischen dem Meisterglied und dem Sklavenglied angeschlossen ist, um eine feste Meister-Sklaven-Beziehung zu erzeugen, wobei die Erfindung darin besteht, daß ein Zwischenverstrebungs-Vorspannungsmechanismus in Wirkverbindung mit der Zwischengestängeverstrebung vorgesehen ist, um die Modifikation der Meister-Sklaven-Beziehung zu bewirken, des weiteren Schaltungseinrichtungen zur Erzeugung eines Positionssteuersignals, das ein Steuersignal erzeugt, welches eine Funktion des Lastindexsignalausganges ist, einen zweiten Betätiger, der auf das Positionssteuersignal reagiert und mit dem Verstrebungsvorspannungsmechanismus in Verbindung steht, um dessen Wirkungsweise zu beeinflussen, wobei die Menge des dem Verbrennungsgerät zugeführten Reaktionsstoffes eine Funktion der Meister-Sklaven-Beziehung, modifiziert durch den Verstrebungsvorspannungsmechanismus, ist.

Ein verbessertes Verbrennungssteuersystem für ein Verbrennungsgerät, wie beispielsweise einen Boiler oder dergleichen, gesteuert durch ein Übersetzungswellensystem, benutzt den Lastindexsignalausgang des Übersetzungswellensystems, um die Trimmsteuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Verbrennungsprozesses zu bewirken. Ein VerstrebungsvorSpannungsmechanismus ist mit der Zwischengestängeverstrebung des Übersetzungswellensystems wirksam verbunden, um die Längserstreckung der Verstrebung zu modifizieren. Eine Einrichtung zur Erzeugung eines Positionssteuersignals reagiert auf das Lastindexsignal, und ein Betätiger reagiert auf das Positionssteuersignal. Der Betätiger steht in Verbindung mit dem Vorspannungsmechanismus, um die Manipulation dieses Mechanismus zu bewirken. Ein Abgasanalysesystem ist bei diesem verbesserten Verbrennungssteuersystem gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen, um eine zusätzliche Verfeinerung des Trimmsteuerverbindungsvorspannungsmechanismus zu erreichen.

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Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Programmierung eines programmierbaren Luft-Brennstoff-Verbrennungssteuersystems, bei dem die Funktion zwischen dem Boilerlastsigrial und der Position des Vorspannungsmechanismus und/oder dem Einstellpunkt der Abgasanalysesteuerung festgelegt wird durch die manuelle Einstellung der Übersetzungswellenposition und der Vorspannungsmechanismusposition und/oder des Abgasanalysatorausganges an zwei oder mehr Lastpunkten. Ein Mikrocomputer speichert diese Positions- und/oder Abgasausgangsbeziehung, so daß bei automatischem Betrieb das Verbrennungssteuersystem gemäß der Erfindung diese Beziehungen dupliziert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer, etwas schematisierten Darstellung ein herkömmliches Übersetzungswellensystem, das typischerweise zur Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses von Boilern verwendet wird;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Gestängeverstrebungseinstellgerätes;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Trimmverstrebungsgerätes;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß verbesserten Verbrennungssteuersystems; und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäß verbesserten Verbrennungssteuersystems, einschließlich einem Abgasanalys esystem.

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In Fig. 1 ist ein Verbrennungssteuersystem gemäß dem Stand der Technik dargestellt, bekannt als "überSetzungswellen"-(jackshaft)- oder "Einpunkt"-(single-point)-Positionierungssystem. Diese Anordnung wird oft verwendet, weil sie niedrige Kosten verursacht und zuverlässig ist, insbesondere bei durch Gas oder öl gefeuerten Boileranwendungen. Das in Fig. 1 dargestellte bekannte Übersetzungswellen-Positionierungssystem ist zwar von der Bauart, bei der ein Meisterarm und ein Sklavenarm mit Hilfe einer Einrichtung einer Zwischengestängeverstrebung von fester Längserstreckung miteinander verbunden sind, jedoch sollte darauf hingewiesen werden, daß dieses Übersetzungswellensystem nur als ein Beispiel dargestellt ist. Es wird dem Durchschnittsfachmann klar sein, daß bei der Technik von Boilersteuersystemen die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Übersetzungswellensystem begrenzt ist, oder auch nur auf ein Übersetzungswellensystem, das einen Nockenmechanismus umfaßt. Außerdem sollte darauf hingewiesen werden, daß zwar die Luft Brennstoff-Relationsmodifikationen im vorliegenden Falle durch Lufttrimmeinstellungen bewirkt werden, doch kann statt dessen auch die Brennstoffversorgung einstellbar sein, um den Verbrennungswirkungsgrad zu optimieren. Mit anderen Worten, die Lehren der vorliegenden Erfindung können in vorhandene Verbrennungssteuersysterne einbezogen werden, um entweder die Luftversorgung zu steuern, oder die Brennstoffversorgung für das Verbrennungsgerät.

Das Kontrollsystem, das allgemein durch die Bezugszahl 11 bezeichnet ist, umfaßt einen Antriebsmotor 13 mit zwei Armen 15 und 17, die mit einem Verbindungsglied 19 verbunden sind, um eine Hauptwelle 21 zu aktivieren. Die Hauptwelle 21 betätigt Arme 23 und 25, die die Brennstoffventile 27 bzw. 29 manipulieren, und einen Arm 31,der ein optionelles Register (nicht dargestellt) betätigen könnte. Die Brennstoff ventile 27 und 29 liefern normalerweise Gas oder öl von einer entsprechenden Brennstoffquelle zu dem Boiler, so daß nur jeweils eines der Brennstoffventile zu einer

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bestimmten Zeit manipuliert werden würde. Die Hauptwelle 21 betätigt auch ein Meisterglied 23, das mittels einer Zwischengestängeverstrebung 35 mit einem Sklavenglied 37 verbunden ist, das auf einer zweiten Welle 39 montiert ist« Die zweite Welle ist somit ein Sklave der Meisterwelle 21. Wenn die Sklavenwelle 39 gedreht wird, wird ein Verbrennungs luftdämpf er 41 in unterschiedliche Ebenen orientiert, um so die Luftaufnahme zu erhöhen oder zu erniedrigen. Alle Arme, die sich von den beiden Wellen 21 und 39 erstrecken, sind mit zahlreichen Bohrungen 43 vorsehen, um zwischen den Wellen und den angeschlossenen Gliedern (wie beispielsweise die Brennstoffventile 27 und 29) eine Basiseinstellung für das Verhältnis einzusteJien^öSPso die Wirkungen eines jeden Armes in dem System zu verändern.

Nach Eichung auf ein festes Meister-Sklaven-Verhältnis liefert das bekannte System gemäß Fig. 1 keine Einrichtung, um die Prozentanteile der Rotation zwischen der Meisterwelle 21 und der Sklavenwelle 39 zu verändern, ohne daß die Arme 33 und/oder 37 mechanisch gelöst und diese dann an einer neuen Position auf ihrer jeweiligen Welle erneut angeklemmt werden, oder die Länge der Zwischengestängeverstrebung 35 durch Neumontage in einer anderen Bohrung verändert wird.

Bei dieser Art von Steuersystem legen die Arme auf der Meisterwelle 21 die Position der Brennstoffventile (öl, Gas, usw.), fest. Somit representiert eine bestimmte Position der Welle 21 ein spezielles Volumen des Brennstofflusses zu dem Brenner. In ähnlicher Weise repräsentiert die Position der Sklavenwelle 39 ein ganz bestimmtes Volumen von Verbrennungsluftströmung zum Brenner. Wenn ein ursprünglich hergestelltes Verhältnis zwischen Brennstoffventilen und Verbrennungsluftdämpfer festgelegt wurde, und eine Änderung in dem Brennwert des Brennstoffes, in der Viskosität des Brennstoffes, in der Dichte der Verbrennungsluft, hinsichtlich der Ventilabnutzung, hinsichtlich Brennerverstopfung,

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usw. eintreten, besitzt die ursprünglich geeichte Beziehung offensichtlich einen Einfluß auf den Verbrennungswirkungsgrad, auf die gesamten Brennstoffkosten sowie auch auf die Luftverschmutzung aufgrund des Verbrennungsprozesses.

Obwohl die Betriebskosten reduziert werden können, indem ein richtiges Luft-Brennstoff-Verhältnis aufrecht erhalten wird, haben nur wenige Kraftwerke Systeme installiert, die eine Einrichtung liefern, um das Verhältnis von Luft zu Brennstoff zu steuern. Dies liegt zumindest teilweise daran, daß die zur Installation eines derartigen Systems

notwendige Abschaltzeit erforderlich ist, und auch wegen der verhältnismäßig großen Kompliziertheit dieser Systeme. Oft muß ein vollständig neuer Typ eines VerbrennungsSteuersystems konstruiert werden, oder es sind ausgedehnte Modifikationen bei dem vorhandenen Steuersystem notwendig. Auf jeden Fall sind Abschaltzeiten für das Verbrennungsgerät, eine Neueichung des Steuersystems sowie umfangreiche Installationszeiten erforderlich.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Nachteile zu vermeiden und ein System zu schaffen, mit dem das Verhältnis von Luft zu Brennstoff, das von einem Verbrennungssteuersystem gebildet wird, optimiert wird.

Gelöst wird die Erfindung durch ein VerbrennungsSteuersystem, bei dem ein Zwischengestängeverstrebungsvorspannungsmechanismus in das Übersetzungswellensteuersystem 11 einbezogen wird. Zwei derartige Vorspannungsmechanismen sind das Zwischengestängeverstrebungseinstellgeräz, das in der deutschen Patentanmeldung P 33 22 034.4 beschrieben wird, sowie die Trimmverbindung, die in der US-Patentschrift 42 49 offenbart ist. Sowohl das Zwischengestängeverstrebungseinstellgerät wie auch die Trimmverbindung reagieren auf eine externe Berechnung, typischerweise ein Ausgangssignal eines Gasanalysesystems, und basierend auf diesen Ausgang

modifizieren sie mechanisch die Meister-Sklaven-Beziehung in dem Ubersetzungswellensystem.

Das Gestä2geverstrebungseinstellgerät 45, wie in Fig. 2 dargestellt, ersetzt einen Abschnitt der Zwischengestängeverstrebung 35, um so selektiv die bisher fixierte Längsdimension der Verstrebung 35 zu modifizieren. Das Gestängeverstrebungseins teilgerät 45 umfaßt ein erstes Glied 47, das an einem Abschnitt der Zwischengestängeverstrebung 35 A befestigt ist, und ein zweites Glied 49, das an einem anderen Abschnitt der Zwischengestängeverstrebung 35 B befestigt ist. Zwar wird auf diese Weise eine direkte mechanische Meister-Sklaven-Beziehung aufrechterhalten, jedoch können Trimmodifikationen durch die Operation des Gestängeverstrebungseinstellgerätes 45 bewirkt werden. Das erste Glied 47 und das zweite Glied 49 sind beweglich miteinander verbunden. Eine zweite Leistungsbetätigungseinrichtung 53 (siehe Fig. 4 und 5) sind entweder in die Gestängeeinstellung selbst integriert, oder an entfernter Stelle montiert und mit dem Gestängeverstrebungseinstellgerät 45 in Wirkverbindung, um so die vorgenannte Bewegung zu erzeugen.

Die Trimmverbindung 55 ist in Fig. 3 dargestellt und umfaßt ein Glied 57, das an einem Ende 59 mit dem Meisterglied 33 und am anderen Ende mit der zweiten Betätigungseinrichtung 53 verbunden ist, die das Glied 57 veranlaßt, zu verschwenken, wie bei 59 angedeutet ist. Die Zwischengestängeverstrebung 35 ist drehbar an dem Glied 57 angeschlossen, wodurch die Meister-Sklaven-Beziehung nunmehr eine Funktion von sowohl der Position des Meistergliedes 33 wie auch der Position der Trimmverbindung 55 ist.

In Fig. 4 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Ein Verbrennungsgerät, wie beispielsweise ein Boiler, besitzt eine Meistersteuereinheit 61, die im allgemeinen auf den

Dampfdruck oder auf eine Prozeß-Fluid-Temperatur oder dergleichen reagiert. Die Meistersteuereinheit 61 erzeugt als einen Ausgang ein Lastindexsignal, das einen ersten Leistungsbetätiger 63 aktiviert (wie beispielsweise der Antriebsmotor 13 in Fig. 1). Eine Boiler-Meister-Handsteuerstation 62 ist gemäß der Darstellung vorgesehen. Der Leistungsbetätiger 63 treibt das Meisterglied und indiziert die Meister-Sklaven-Beziehung des Übersetzungswellensystems. Ein programmierbarer Funktionsgenerator 65, der gemäß einem noch im folgenden zu beschreibenden Verfahren programmiert worden ist, besitzt in seinem Speicher eingespeichert zumindest zwei Boilerlastanforderungen. D. h., die Position des zweiten Leistungsbetätigers 53 für ein gegebenes Lastindexsignal. Das Lastindexsignal repräsentiert auch eine Position des Meistergliedes des Übersetzungswellensystems. Der Funktionsgenerator 65 erzeugt von dem Lastindexsignal ein Positionssteuerausgangssignal, das die zweite Leistungsbetätigung seinrichtung 53 betätigt, die wiederum den Vorspannungsmechanismus 45 (oder 55) einstellt. Somit wird die einfache mechanische Beziehung, zwischen Luft und Brennstoff, wie sie durch das Übersetzungswellensystem geliefert wird, aufrecht erhalten, um eine etwas gröbere Einstellung bezüglich des Verbrennungsprozesses aufrecht zu erhalten, >«<**■ während der Funktionsgenerator in dem Verbrennungssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Feineinstellung des Verbrennungsprozesses vornimmt. Eine Schaltstation manuell-automatisch, 67, ist vorgesehen, um das durch die Vorspannungseinrichtung gebildete Steuersystem abzuschalten, um so den Boiler durch das Übersetzungswellensystem allein zu betreiben. Es sollte bemerkt werden, daß in beiden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die grobe Meister-Sklaven-Einstellweise des Übersetzungswellensystems weiterhin arbeitet, sollten irgendwelche Komponenten des erfindungsgemäßen, einen Vorspannungsmechanismus aufweisenden Steuersystems einmal versagen.

Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

ist in Form eines Blockdiagramms in Fig. 5 dargestellt. Die Meistersteuerung 61 liefert ein Lastindexsigna4 über die handgesteuerte Boiler-Meisterstation 62 an die erste Leistungsbetätigungseinrichtung 63, den vorwärts geführten Funktionsgenerator 65 und den Abgaseinstellpunkt-Funktionsgenerator 66. Der erste Leistungsbetätiger 63 dreht das Meisterglied 33, um den Brennstoffstrom einzustellen, und bildet das grobe Brennstoff-Luft-Verhältnis mittels der rechtzeitigen Drehung des Sklavengliedes 37. Der vorwärts geführte Funktionsgenerator 65 benutzt das Lastindexsignal, um ein Positionssteuerausgangssignal zu erzeugen. Der Funktionsgenerator für den Abgaseinstellpunkt 66 liefert einen Bezugswert für den Abgasanalyseeinstellpunkt an die Abgastrimmsteuerung 71. Während des Betriebs dieses Verbrennungssteuersystems sind sowohl der Ausgang des vorwärts geführten Funktionsgenerators 65 wie auch der Bezugsausgang für den Abgaseinstellpunkt des Abgaseinstellpunkt-Funktionsgenerators 66 Funktionen des Lastindexausganges der Meistersteuerung 61. Der Abgasanalysator 70, der die Menge eines bestimmten Gasbestandteiles in den Verbrennungsprodukten identifiziert, liefert ein Ausgangssignal, das ein Maß für den Verbrennungswirkungsgrad ist. Das Abgasanalysesystem kann beispielsweise den Sauerstoffgehalt, den Kohlenmonoxidgehalt, oder den Kohlendioxidgehalt in den Abgasen messen. Das Abgasanalyseausgangssignal wird der Abgastrimmsteuerung 71 zugeführt. Die Abgastrimmsteuerung 71 erzeugt ein zweites Positionssteuersignal, basierend auf dem Abgaseinstellpunkt und dem Abgasanalyseausgang, welches zweite Positionssteuersignal kombiniert wird in einer Summiereinrichtung 73 mit dem ersten Positionssteuersignal des vorwärts geführten Funktionsgenerators 65. Die Summiereinrichtung 73 betätigt die zweite Leistungsbetätigungseinrichtung 53, die ihrerseits den Vorspannungsmechanismus 45 (oder 55) einstellt. Somit ist nunmehr die Einstellung des Vorspannungsmechanismus zur Bewirkung der Trimmsteuerung des Verbrennungsprozesses eine Funktion von sowohl der vorher festgelegten optimalen Trimmposition, erzeugt durch den vorwärts geführten Funktions-

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generator 65, wie auch der Abgastrimmsteuerung 71. Wenn ein Mikrocomputer 72 verwendet wird, würde dieser ein Ausgangspositionssteuersignal liefern, das sowohl auf dem Lastindexsignal beruht, wie auch auf dem Ausgangssignal des Gasanalysesystems. Hier wiederum, bei dieser Ausführungsform, wird die grobe Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des mechanischen Übersetzungswellensystems aufrecht erhalten, während das Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine feine Trimmeinsteilung für den Verbrennungsprozeß liefert. Auch ist eine Manuell-Automatik-Steuerung 75 vorgesehen, um den Abgasanalysator 71 abzuschalten. In diesem Falle kann das vorwärts geführte Lastindexsystem angeschlossen bleiben, oder es kann durch die Steuerstation 67 abgetrennt werden. Sollte ein Versagen auftreten oder eine Wartung beim Trimmsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sein, verbleibt die grobe Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durch das Übersetzungswellensystem in Betrieb.

Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Programmierung des programmierbaren Luft-Brennstoff-Steuersystems eines Verbrennungsgerätes, wie es oben beschrieben wurde. Es ist Aufgabe der Steuersystemprogrammierungsope- <**■».· ration, folgendes zu bewirken: 1. Eine Beziehung zwischen dem Lastindexsignal und.der Position des Vorspannungsmechanismus; und 2. eine Beziehung zwischen dem Lastindexsignal und dem Abgaseinstellpunkt, wenn die Abgasanalyse verwendet wird. Diese Beziehungen werden dadurch erreicht, daß der Boiler manuell in einfacher Weise betrieben wird, und daß dem Mikrocomputer ermöglicht wird, die beste Kalibrierung für einen optimalen Verbrennungswirkungsgrad "lernen" kann.

Wenn sich der Mikrocomputer im "Lern"-Betrieb befindet, wird jeder der zwei oder mehr Lastpunkte der Last des Boilers mit optimalen Feuerungsbedingungen manuell festgelegt. Beispielsweise können niedrige, mittlere und hohe

Lastzustände ausgewählt werden. Der Mikrocomputer liest das Lastindexsignal und die Position des Vorspannungsmechanismus 45 (oder 55) und den Abgaswert ab, der das optimale Luft-Brennstoff-Verhältnis bei dem Lastindexsignal liefert, und speichert diese Daten, um die erforderlichen Einstellpunktinformation für die automatische Verbrennungssteuerung zu erzeugen. Wenn der Boiler die Fähigkeit besitzt, sowohl mit Gas als auch mit öl zu arbeiten, werden die Schritte dieses Programmierungsverfahrens für jede Brennstoffanwendung wiederholt.

Ein typischer Lernzyklus umfaßt die folgenden Schritte: 1. Mit dem gesaraten System im manuellen Betrieb wird das gewünschte Luft-Brennstoff-Mischungsverhältnis für eine gegebene Lastanforderung festgelegt. 2. Der Mikrocomputer liest sowohl die Position des Vorspannungsmechanismus 45 (oder 55) als auch den Abgasanalysenwert und das Lastindexsignal ab ir welches den ersten Leistungsbetätiger 63 steuert. 3. Diese Information wird vom Mikrocomputer 72 gespeichert, um die Information während automatischem Verbrennungssteuerbetrieb abzurufen. Diese Schritte werden für jeden gewünschten Boilerlastzustand wiederholt.

Mit den gespeicherten Informationen reagiert das automatische Verbrennungssteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf Veränderungen in der Boilerlast durch Einstellung des Vorspannungsmechanismus 45 (oder 55), und der Abgaseinstellpunk tausgang auf die Abgastrimmsteuerung 71 gemäß der gespeicherten Positionsinformation.

Vorstehend wurde somit ein System zur Optimierung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff beschrieben, das anfänglich durch ein Übersetzungswellensystem festgelegt wird, indem eine Trimmsteuerung automatisch bewirkt wird mit Hilfe eines vorprogrammierten Vorspannungsmechanismus-Positionssystems, das entweder alleine benutzt wird, oder in Verbindung mit einem Abgasanalysesystem.

Identifikation von Bezugszahlen, die in den Zeichnungen benutzt wurden

Legende Bezugszahl-Nr.	33	Figur
Meisterglied	33	4
Meisterglied	37	5
Sklavenglied	37	4
Sklavenglied	45	5
Vorspannungsmechanismus	45	4
Vorspannungsmechanismus	53	5
zweiter Leistungsbetätiger	53	4
zweiter Leistungsbetätiger	55	5
Vorspannungsmechanismus	55	4
Vorspannungsmechanismus	61	5
Meistersteuerung	61	4
Meistersteuerung	62	5
manuel1/automatisch	62	4
manuell/automatisch	63	5
erster Leistungsbetätiger	63	4
erster Leistungsbetätiger	65	5
Funktionsgenerator	65	4
vorw.geführter Funktionsgen.		5
Abgaseinstellpunkt-	66
Funktionsgenerator	67	5
manuel!/automatisch	67	4
manuell/automatisch	70	5
Abgasanalysator	71	5
Abgastrimmsteuerung	73	5
Summi ereinr ichtung	75	5
manuell/automatisch	5

ES/wt 4

Claims

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

VNRi

Düsseldorf, 8. Aug. 1983

50,580
'8331

.Westinghouse Electric Corporation
'Pittsburgh, Pa., V. St. A.

•Patentansprü ehe :

Verbrennungssteuerungsanordnung mit einem Meisterglied, das um eine erste Achse beweglich montiert ist, um die Menge von einem der zugeführten Reaktionsstoffe zu steuern; einem ersten Betätiger, der auf einen Lastindexsignalausgang reagiert, um die Meistergliedbewegung zu bewirken, ein Sklavenglied, das um eine zweite Achse beweglich montiert ist, um die Menge des anderen der beiden zugeführten Reaktionsstoffe zu steuern; und mit einer Zwischengestängeverstrebung, die zwischen dem Meisterglied und dem Sklavenglied a2geschlossen ist, um ein festes Meister-Sklaven-Verhältnis festzulegen, gekennzeichnet durch eine Vorspannungseinrichtung für das Zwischengestänge (95, 55), das mit der Zwischengestängeverstrebung (35) wirksam verknüpft ist, um die Modifikation der Meister-Skaven-Beziehung zu bewirken; durch Schaltungseinrichtungen (65, 67) zur Erzeugung eines Positionssteuersignals, wobei die Generatorschaltung (65, 67) ein Steuersignal erzeugt, daß eine Funktion des Lastindexsignalausganges ist; und durch einen

POSTSCHECK₁BERLINWESt(BLZ I00100IO) 1327 36-mo . dfiitschf sank (Bl 7

- 2 zweiten Betätiger (53), der auf das Positionssteuersignal

reagiert und in Verbindung steht mit dem Verstrebungs-* Vorspannungsmechanismus, um dessen Betrieb zu beeinflussen, weil die Menge des dem Verbrennungsgerät zugeführten Reaktionsstoffes eine Funktion der Meister-Sklaven-Beziehung, modifiziert durch den Verstrebungsvorspannungsmechanismus, ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, einschließlich einem Sensors (70) zur Analyse der interessierenden Bestandteile in den von der Verbrennung in dem Verbrennungsgerät erzeugten Produkte, wobei der Sensor (70) ein Ausgangssignal erzeugt, das diese Analyse wiedergibt, wobei die Schaltung zur Erzeugung eines Positionssteuersignals für den zweiten Betätiger (53) außerdem auf den Sensorausgang derart reagiert, daß das Positionssteuersignal für die zweite Betätigungseinrichtung (53) eine Funktion von sowohl dem Lastindexsignal als auch dem Sensorausgang ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (70) auf einem Bestandteil einer Gruppe von interessierenden Verbrennungsprodukten reagiert, welche Gruppe Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umfaßt.
4. Anordnung in Form eines Verbrennungssteuersystems gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Verstrebungsvor-Spannungsmechanismus ein Gestängeverstrebungseinstellgerät (45) darstellt, das ein erstes Glied (47) und ein zweites Glied (49) umfaßt, die derart miteinander verbunden sind, daß eine longitudinale Expansion oder Kontraktion ermöglicht wird, wobei das Gerät (45) in Wirkverbindung steht mit der Zwischengestängeverstrebung (35), um deren longitudinale Dimension zu modifizieren.
5, Anordnung in Form eines verbesserten Verbrennungssteuersystems gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsvorspannungsmechanismus eine Trimmverbindung (55) darstellt, die an einem Ende mit dem Meisterglied (33) zur Winke!verschiebung relativ dazu drehbar verbunden ist, und daß die Zwischengestängeverstrebung (35) mit der Trimmverbindung (55) in Wirkverbindung steht, derart, daß die Meister-Sklaven-Beziehung eine Funktion der Meistergliedposition und der Trimmverbindungswinkelverschiebung ist.
6, Anordnung in Form eines Verbrennungssteuersystems nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung eines Positionssteuersignals ein programmierbarer Mikrocomputer ist.
7, Verfahren zur Programmierung eines programmierbaren Verbrennungssteuersystems, das daß Verhältnis von Luft- zu Brennstoffaufnahme eines Verbrennungsgerätes steuert, wobei eine Übersetzungswelleneinrichtung auf ein Lastindexsignal reagiert, um ein Luft-Brennstoff-Verhältnis festzulegen, und bei dem eine durch Leistung angetriebene, einstellbare Verstrebungsvorspannungseinrichtung auf Signale des programmierbaren Verbrennungssteuersystems derart reagiert, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis modifiziert wird, wobei das Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

1. Manuelles Festlegen von vorbestimmten Positionen der Übersetzungswelleneinrichtung und der einstellbaren Verstrebungsvorspannungseinrichtung an jedem von zwei oder mehr Lastpunkten, die durch getrennte Lastindexsignale identifiziert sind, wobei die vor·" bestimmten Positionen das Luft-Brennstoff-Verhältnis an den entsprechenden Lastpunkten optimieren; und

2. Speichern der vorbestimmten Positionen für die entsprechenden Lastpunkte in dem programmierbaren Verbrennungssteuersystem, wobei das System auf Änderungen bezüglich der Boilerlast durch Einstellen der Position der Verstrebungsvorspannungseinrichtung gemäß den gespeicherten Positionsinformationen reagiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Verbrennungssteuersystem eine Abgasanalyseneinrichtung (70) umfaßt und wobei das programmierbare Verbrennungssteuersystem auf ein Ausgangssignal von der Analyseneinrichtung (70) reagiert und ein Signal an die leistungsangetriebene einstellbare Verstrebungsvorspannungseinrichtung liefert, wobei dieses Verfahren zur Programmierung des programmierbaren VerbrennungsSteuersystems die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Erhalten des Abgasanalysenausganges an jeder der manuell festgelegten vorbestimmten Positionen der Übersetzungswelleneinrichtung und der einstellbaren VerstrebungsvorSpannungseinrichtung für jeden der zwei oder mehr Lastpunkte, wie sie durch die getrennten LastindexSignaIe identifiziert werden; und speichern der Abgasanalysenausgänge für jedes Lastindexsignal in dem programmierbaren Verbrennungssteuersystem, wobei das System auf Änderungen hinsichtlich der Boilerlast reagiert, wie sie durch das Lastindex-. signal repräsentiert werden, indem ein Abgaseinstellpunkt gemäß der gespeicherten Abgasanalysenausgangsinformation festgelegt wird.
9. Verfahren zur Programmierung eines programmierbaren Verbrennungssteuersystems, das daß Luft-Brennstoff-Aufnahmeverhältnis eines Verbrennungsgerätes steuert, wobei eine Übersetzungswelleneinrichtung auf ein Lastindexsignal reagiert, um ein Luft-Brennstoff-Verhältnis festzulegen, und eine leistungsgetriebene, einstellbare Verstrebungsvorspannungseinrichtung

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auf Signale des programmierbaren Verbrennungssteuerungssystems dadurch reagiert, daß es das Luft-Brennstoff-Verhältnis modifiziert, wobei das programmierbare Steuersystem eine Abgasanalyseneinrichtung (70) umfaßt, die ein Ausgangssignal an das programmierbare Steuersystem liefert, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

Manuelles Festlegen von vorbestimmten Positionen der Übersetzungswelleneinrichtung und der einstellbaren Verstrebungsvorspannungseinrichtung an jedem der zwei oder mehr Lastpunkte, wie sie durch getrennte Lastindexsignale identifiziert werden, wobei die vorbestimmten Positionen das Luft-Brennstoff-Verhältnis an dem entsprechenden Lastpunkt optimieren; Erlangen des Abgasanalysenausganges an jedem der manuell festgelegten vorbestimmten Positionen der Übersetzungswellenanordnung und der einstellbaren VerstrebungsvorSpannungseinrichtung für jeden der zwei oder mehr Lastpunkte, wie sie durch getrennte Lastindexsignale identifiziert werden; und speichern der Abgasanalysenausgänge für jedes Lastindexsignal in dem programmierbaren Verbrennungssteuerungssystem, wobei das System auf Änderungen hinsichtlich der Boilerlast, wie sie durch das Lastindexsignal reflektiert wird, reagiert, indem ein Abgaseinstellpunkt gemäß der gespeicherten Abgasanalysenausgangsinformation festgelegt wird.

ES/wt 4