DE3607386A1 - Verfahren und vorrichtung zur gas-luft-mengenregelung fuer gasgeblaesebrenner - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur gas-luft-mengenregelung fuer gasgeblaesebrennerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des einem Gasge
bläsebrenner zuzuführenden Gemisches aus Verbrennungsgas und Luft,
bei dem die Luftzufuhr entsprechend dem Lastgrad geregelt und die
Gaszufuhr von der Luftzufuhr abhängig ist, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Verfahren und Einrichtungen zur Durchführung des Ver
fahrens sind aus der DE-OS 28 34 242 bekannt. Die Gaszufuhr wird
dabei der Luftzufuhr so nachgeführt, dass bei Teillast diejenige
Gemischzusammensetzung erhalten bleibt, die zuvor bei der Einregu
lierung des Vollastbetriebes hinsichtlich optimaler Gemischzusammen
setzung eingestellt wurde. Dabei ist nicht berücksichtigt, dass
der Brennwert des Verbrennungsgases und damit sein Sauerstoffbedarf
ebenso schwanken kann wie die Wirksamkeit der Verbrennungsluft bei
spielsweise dadurch, dass in Abhängigkeit von der Lufttemperatur
die Sauerstoffmenge pro Volumenteil variiert. Somit ist weder die
vollständige Ausnützung des Brennwertes des Verbrennungsgases noch
die Erzielung möglichst schadstoffarmer Abgase garantiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei denen die Güte der
Verbrennung beeinflussende Parameter erfasst und auf einfache Weise
das Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge so variiert
wird, dass in allen Lastbereichen des Brenners eine vollständige
Ausnutzung des Brennwertes des Verbrennungsgases ebenso erreicht
wird wie ein möglichst schadstoffarmer Abgasausstoss.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 aufgeführten Massnahmen.
Nachfolgend wird die Erfindung beschrieben und eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens anhand der einzi
gen Figur erläutert.
Die Erfindung beruht auf der grundsätzlichen Überlegung, dass die
Gasmenge nicht allein aufgrund dar Luftmenge nachgeregelt werden
darf, sondern dass wesentliche, die Güte der Verbrennung beeinflussen
de oder die Güte der Verbrennung charakterisierende Parameter erfasst
werden müssen. Das Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge
kann nach Massgabe dieser Parameter variiert werden.
Wenn ein Verhältnisregler zur Nachführung des Gasdrucks in Abhängig
keit vom Druck der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft verwendet
werden soll, dann muss der auf den Gasdruckregler einwirkende Druck
der Verbrennungsluft entsprechend den Parametern variiert werden.
Auf einfache Weise lässt sich das dadurch realisieren, dass zwischen
die Luftleitung und den Verhältnisregler ein Druckteiler geschaltet
wird, der eine Drossel, ein Hilfsventil und einen Antrieb für das
Hilfsventil enthält. Die die Güte der Verbrennung beeinflussenden
oder die Güte der Verbrennung charakterisierenden Parameter wirken
über einen Hilfsregler auf den Antrieb für das Hilfsventil ein und
variieren auf diese Weise den auf den Verhältnisregler wirkenden
Luftdruck.
Die Grundeinstellung des Verhältnisreglers wird dabei so vorgenommen,
dass das Verhältnis des Gasdrucks zum Luftdruck mindestens so gross
ist wie das grösste über den Arbeitsbereich des Brenners vorkommende
Verhältnis des Gasdrucks zum Luftdruck bei jeweils optimaler Verbren
nung. Durch die Variation des auf den Verhältnisregler wirkenden
Luftdrucks mittels des Hilfsventils wird dann der Gasdruck von diesem
grössten Verhältniswert auf den bei der jeweiligen Last gerade erfor
derlichen Wert abgesenkt.
Als wesentliche die Güte der Verbrennung beeinflussende Parameter
kommen beispielsweise die Zulufttemperatur und der Brennwert des
Verbrennungsgases in Betracht. Je grösser die Zulufttemperatur ist,
desto geringer ist die pro Volumenteil der Zuluft darin enthaltene
Menge von Sauerstoffmolekülen. Um eine optimale Verbrennung zu er
zielen, muss deshalb die Verbrennungsgasmenge mit steigender Zuluft
temperatur reduziert werden.
Der Brennwert des Verbrennungsgases stellt die wesentlichste Einfluss
grösse dar, nach der das Verhältnis von Verbrennungsmenge und Luft
menge geregelt werden müsste. Da einfache, kontinuierlich arbei
tende Messgeräte zur Bestimmung des Brennwertes eines Verbrennungs
gases nicht zur Verfügung stehen, ist es zweckmässig, anstelle des
Brennwertes des Verbrennungsgases solche Parameter zur Regelung
des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge heranzu
ziehen, die die Güte der Verbrennung charakterisieren.
Die Verwendung einer an sich bekannten Sauerstoffsonde ermöglicht
es, die Verbrennungsgasmenge im Verhältnis zur Luftmenge so zu re
geln, dass ein einen möglichst geringen Schadstoffgehalt des Abgases
charakterisierender Sauerstoffüberschuss im Abgas erzielt wird. Die
Grösse dieses Sauerstoffüberschusses kann konstant gehalten werden.
Eine Verbesserung des Verfahrens besteht jedoch darin, dass der
Sauerstoffüberschuss im Abgas nicht konstant gehalten wird, sondern
seinerseits nach Massgabe des Lastgrades des Brenners variiert wird.
Damit wird eine weitergehende Minimierung des Schadstoffgehaltes
erreicht.
Statt der Messung des Sauerstoffgehaltes im Abgas, allenfalls auch
in Ergänzung dazu, kann auch die Messung der Ionisation der Flamme
erfolgen und zur Regelung des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge
und Luftmenge herangezogen werden.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge
mässen Verfahrens beschrieben, bei der eine Sauerstoffsonde zur
Regelung des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge
verwendet wird.
In der Figur ist ein Brenner 1 dargestellt, dem über eine Gaslei
tung 2 das Verbrennungsgas und über eine Luftleitung 3 die von einem
Gebläse 4 komprimierte Luft zugeführt wird. Im Zuge der Gasleitung 2
ist ein Verhältnisregler 5 bekannter Bauart enthalten. In der Luft
leitung 3 ist eine Luftklappe 6 vorhanden, die zur Steuerung des
Lastgrades von einem Leistungsregler 7 über einen nicht dargestell
ten Luftklappenantrieb betätigt wird. Zwischen der Luftleitung 3
und einem Steueranschluss 8 des Verhältnisreglers 5 ist ein Druck
teiler 9 montiert, der eine Drossel 10, ein Hilfsventil 11 und einen
auf das Hilfsventil 11 wirkenden Antrieb 12 enthält. Die Drossel 10
liegt dabei im Zuge der Verbindung zwischen der Luftleitung 3 und
dem Steueranschluss 8, während das Hilfsventil 11 mit seiner Eingangs
seite an die Verbindung zwischen der Drossel 10 und dem Steueran
schluss 8 angeschlossen ist und seine Ausgangsseite mit der umgeben
den Atmosphäre in Verbindung steht. Der Antrieb 12 steht in Wirk
verbindung mit einem Hilfsregler 13. In eine an den Brenner 1 an
schliessende Abgasleitung 14 ist eine Sauerstoffsonde 15 eingebaut,
deren Signal an den Hilfsregler 13 übermittelt wird. Der Hilfsreg
ler 13 wandelt dieses Signal in ein für den Antrieb 12 erforder
liches Stellungssignal. Ausserdem kann zwischen dem Leistungsregler 7
und dem Hilfsregler 13 eine Steuerleitung 16 vorhanden sein, über
die der Leistungsregler 7 dem Hilfsregler 13 den Lastgrad mitteilt,
so dass der Hilfsregler 13 in der Lage ist, bei der Formierung des
Stellungssignals für den Antrieb 12 des Hilfsventils 11 den Lastgrad
zu berücksichtigen.
Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt: Das Gebläse 4
erzeugt einen Luftstrom, der gross genug ist, um die für die maxi
male Leistung des Brenners 1 benötigte Luftmenge bereitzustellen.
Entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf erzeugt der Leistungs
regler 7 ein Stellungssignal für die Luftklappe 6, mit der der Luft
strom entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf gesteuert wird.
In der Luftleitung 3 wird auf diese Weise ein mit dem Lastgrad zusam
menhängender Luftdruck erzeugt, der über die Drossel 10 auf den
Steuereingang 8 des Verhältnisreglers 5 einwirkt und in bekannter
Weise den Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1
zuströmende Menge des Verbrennungsgases bestimmt. Die Einstellung
der Drossel 10 und des Verhältnisreglers 5 ist dabei derart, dass
bei geschlossenem Hilfsventil 11 die vom Verhältnisregler 5 einge
regelte Gasmenge mindestens geringfügig grösser ist als dies der
auf die durchgesetzte Luftmenge bei optimaler Verbrennung zugeord
neten Gasmenge entspricht. Würde der Brenner 1 so betrieben, dann
würde die in der Abgasleitung 14 angeordnete Sauerstoffsonde 15
feststellen, dass kein Sauerstoffüberschuss vorhanden ist. Der Hilfs
regler 13 wird dann aufgrund des Signals der Sauerstoffsonde 15
aus der Abweichung zwischen dem Soll und dem Istwert ein Stellungs
signal für den auf das Hilfsventil 11 wirkenden Antrieb 12 ableiten
und somit das Hilfsventil 11 entsprechend der Istabweichung öffnen.
Durch das Öffnen des Hilfsventils 11 sinkt der am Steuereingang 8
des Verhältnisreglers 5 wirksame Druck, was zur Folge hat, dass
der Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1 zuströmende
Menge des Verbrennungsgases abnimmt. Damit besteht ein Regelkreis,
der die Gasmenge immer genau so gross hält, dass im Abgas ein gemäss
der Sollwertvorgabe im Hilfsregler 13 bestimmter Sauerstoffüberschuss
vorhanden ist. Der Hilfsregler 13 muss dabei so beschaffen sein,
dass er die Eigenschaften der Regelstrecke hinsichtlich ihres Regel
verhaltens berücksichtigt, was entsprechend den bekannten Algorithmen
der Regelungstechnik zu realisieren ist.
Statt der Sauerstoffsonde 15 kann eine Ionisationssonde vorhanden
sein, allenfalls kann die Ionisationssonde auch zusätzlich zur Sauer
stoffsonde 15 vorhanden sein. Bei Einsatz einer Ionisationssonde
muss der Hilfsregler 13 entsprechend ausgebildet sein, um die von
der Ionisationssonde abgegebenen Signale in Stellbefehle für den
Antrieb 12 umsetzen zu können.
Anstelle der Sauerstoffsonde 15 oder in Ergänzung dazu kann auch
eine Temperatur in der Luftleitung 3 fühlende Sonde vorhanden sein,
die mit dem Hilfsregler 13 wirkverbunden ist.
Bei allen diesen Ausführungsformen der Erfindung bleibt der Druck
teiler g mit allen seinen seine Wirkung bestimmenden Elementen, der
Drossel 10, dem Hilfsventil 11 und dem Antrieb 12, unverändert.
Der Antrieb 12 kann elektrothermisch, elektromotorisch oder auch
elektromagnetisch, beispielsweise als Tauchmagnetsystem, ausgebildet
sein. Vorteilhaft beim elektromotorischen und beim elektromagneti
schen Antrieb ist, dass er sehr schnell reagiert und die Zeitpara
meter der Regelstrecke praktisch nicht beeinflusst. Von Vorteil
kann ein elektrothermischer Antrieb dann sein, wenn seine Zeitpara
meter aufgrund der Bauart dem Zeitverhalten der übrigen Teile der
Regelstrecke angepasst sind oder leicht angepasst werden können.
Claims (13)
1. Verfahren zur Regelung der Zusammensetzung des einem Gasgebläse
brenner zuzuführenden Gemisches aus Verbrennungsgas und Luft, bei
dem die Luftzufuhr entsprechend dem Lastgrad geregelt und die Gas
zufuhr von der Luftzufuhr abhängig ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge variiert
wird nach Massgabe der die Güte der Verbrennung beeinflussenden
und/oder die Güte der Verbrennung charakterisierenden Parameter.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge variiert wird
durch das Signal einer die Sauerstoffkonzentration im Abgas messen
den Sonde.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge variiert wird
durch das Signal einer die Ionisation der Flamme messenden Sonde.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver
hältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge variiert wird durch
das Signal einer die Zulufttemperatur messenden Sonde.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Regeleinrichtungen
(9, 13) vorhanden sind, mit denen die von der Luftzufuhr durch einen
Verhältnisregler (5) abhängige Gaszufuhr zusätzlich von die Güte
der Verbrennung beeinflussenden und/oder die Güte der Verbrennung
charakterisierenden Parametern abhängig gemacht wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwi
schen eine Luftleitung (3) und einen Steueranschluss (8) des die
Verbrennungsgasmenge nach Massgabe der Luftmenge regelnden Verhältnis
reglers (5) ein Druckteiler (9) geschaltet ist, der die Variation des
auf den Steuereingang (8) des Verhältnisreglers (5) wirkenden Luft
druckes dadurch bewirkt, dass ein auf den Druckteiler (9) wirkender
Hilfsregler (13) das Signal wenigstens einer Sonde (15) zur Erfassung
der die Güte der Verbrennung beeinflussenden oder die Güte der Ver
brennung charakterisierenden Parameter in ein Stellsignal für den
Druckteiler (9) wandelt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckteiler (9) aus einer Drossel (10), einem Hilfsventil (11) und
einem das Hilfsventil (11) betätigenden Antrieb (12) aufgebaut ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Antrieb (12) ein elektromotorischer Antrieb ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Antrieb (12) ein elektromagnetischer Antrieb ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Antrieb (12) ein elektrothermischer Antrieb ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer in die Abgasleitung (14) eingebauten Sauer
stoffsonde (15) ableitet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer in der Luftleitung (3) angeordneten, die
Temperatur der Luft fühlenden Sonde ableitet.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer Ionisationssonde ableitet.
Applications Claiming Priority (1)
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