DE3638410A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der luft- und brennstoffzufuhr zu einer vielzahl von brennern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung der Luft- und Brennstoffzufuhr zu einer Vielzahl von Brennern, denen über steuerbare Mengenstellglieder Luft und Brennstoff zuführbar ist, bei dem zum Zünden eines ersten Brenners diesem eine bestimmte Luftmenge und eine bestimmte Brennstoffmenge zugeführt wird und bei dem nach dem Zünden eines Brenners diesem eine an die zugeführte Brennstoffmenge angepaßte Luft­ menge zugeführt wird.

Es ist bekannt, beispielsweise einen Dampfkessel mit mehreren Brennern zu beheizen. Für jeden dieser Brenner wird die zugeführte Luft in einem bestimmten Verhältnis zum zugeführten Brennstoff geregelt. Zu diesem Zweck sind Mengenstellglieder vorgesehen, die von einer Steuereinheit angesteuert werden. Zum Zünden eines ersten Brenners, wie auch zum Zünden eines weiteren Brenners, wird diesem eine bestimmte Luftmenge und eine bestimmte Brennstoffmenge zugeführt. Dazu ist es erforder­ lich, jedem Brenner jeweils ein Mengenstellglied für die Luft- und für die Brennstoffzuführung mit jeweils einer Ansteuer­ einrichtung zuzuordnen. Das ist aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Regelverfahren zu schaffen, das ein zuverlässiges Zünden und einen sicheren Betrieb der Brenner gewährleistet.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zum Zünden eines weiteren Brenners diesem etwa die den bereits gezündeten Brennern jeweils zugeführte Luft- und Brennstoffmenge zugeführt wird.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Brenner mit einer gemeinsamen Ansteuereinrichtung für die Brennstoffzufuhr zu versehen. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Brenn­ stoffzufuhr sämtlicher Brenner gemeinsam zu regeln.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Brenner über Brennstoffleitungen mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung verbunden und über luftführende Leitungen und steuerbare Regelventile mit Luft beaufschlagbar sind und bei der Fühler zur Messung der den Brennern zugeführten Luft- und Brennstoffmenge und eine Regel­ einheit zur Steuerung der Regelventile in Abhängigkeit von den gemessenen Luft- und Brennstoffmengen vorgesehen sind, sind ein die Brennstoffzufuhr zu den Brennern bestimmendes Regelventil und ein jedem Brenner zugeordnetes Schaltventil vorgesehen, die von der Regeleinheit steuerbar sind.

Bei dieser Vorrichtung wird die den Brennern zugeführte Brenn­ stoffmenge durch das Regelventil eingestellt und von den Schaltventilen verteilt. Zur Ansteuerung des Regelventiles genügt eine Ansteuereinrichtung.

In Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Regeleinheit mit einem Maximal-Auswahlglied versehen, das mit den Fühlern zur Messung der den Brennern zugeführten Luftmenge verbunden ist und das der Einstellung der einem zu zündenden Brenner zuzuführenden Luftmenge dient. Mit Hilfe des Maximal-Auswahlgliedes wird der Wert der einem zu zündenden Brenner zuzuführenden Luftmenge ermittelt.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Regeleinheit mit wenigstens einem Komparator versehen, der dem Vergleich der einem zu zündenden Brenner zuzuführenden Luftmenge und der tat­ sächlich diesem Brenner zugeführten Luftmenge dient und mit dessen Hilfe das die Brennstoffmenge bestimmende Regelventil und das dem zu zündenden Brenner zugeordnete Schaltventil steuerbar sind. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß dem zu zündenden Brenner erst dann Brennstoff zugeleitet wird, wenn dem Brenner auch die dazu entsprechende Luftmenge zugeführt wird.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist die Regeleinheit mit Mitteln versehen, die mit dem die Brennstoffmenge bestimmenden Regelventil verbunden sind und mit deren Hilfe die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Anzahl der gezündeten Brenner stufenweise einstellbar ist. Dadurch wird erreicht, daß mit jedem weiteren gezündeten Brenner die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge um gleiche Beträge erhöht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung der Luft- und Brennstoffzufuhr zu einer Vielzahl von Brennern und

Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Anzahl gezündeter Brenner und der den Brennern zugeführten Brennstoffmenge darstellt.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild beaufschlagt das Ausgangssignal eines Brennstoffmengenreglers (20) ein Regelventil (22), das über eine Brennstoffleitung (60) an eine nicht dargestellte Brennstoffversorgungseinrichtung angeschlossen ist. Ein Brennstoffmengenfühler (23) ist in eine Brennstoffleitung (68) integriert, die ausgangsseitig an das Regelventil (22) angeschlossen ist. Der Brennstoffmengenfühler (23) erzeugt ein Ausgangssignal, das der die Brennstoffleitung (68) durchfließenden Brennstoffmenge entspricht, und das über eine Leitung den Brennstoffmengenregler (20) beaufschlagt. Als weiteres Eingangssignal ist dem Brennstoffmengenregler (20) ein Sollsignal (SOLL) zugeführt, das der gewünschten, die Brenn­ stoffleitung (68) durchfließenden Brennstoffmenge entspricht.

In Brennstoffflußrichtung nach dem Brennstoffmengenfühler (23) teilt sich die Brennstoffleitung (68) in drei Brennstofflei­ tungen (62, 63, 69) auf. In die Brennstoffleitung (62) ist ein Brennstoffmengenfühler (37) integriert, dessen Ausgangssignal einem Umschalter (38) zugeleitet ist. Dem Brennstoffmengen­ fühler (37) nachgeordnet ist an die Brennstoffleitung (62) ein Schaltventil (35) angeschlossen, das ausgangsseitig über eine Brennstoffleitung (65) den Brennstoff einem ersten Brenner zuführt (BB 1). Das Schaltventil (35) ist an einen Schalter (36) angeschlossen, der über eine Leitung (c) von einem Steuerteil (57) gesteuert ist.

Ein Luftmengenregler (30) beaufschlagt mit seinem Ausgangs­ signal ein Regelventil (32), an das luftführende Leitungen (70, 71) angeschlossen sind. In die luftführende Leitung (70) ist ein Luftmengenfühler (33) integriert, während die Leitung (71) der Zuführung von Luft zum ersten Brenner dient (LB 1). Der Luftmengenfühler (33) erzeugt ein Ausgangssignal, das der dem ersten Brenner zugeführten Luftmenge entspricht, und das über Leitungen an den Luftmengenregler (30), einen Komparator (39) und ein Maximal-Auswahlglied (52) angeschlossen ist. Des weiteren ist der Luftmengenregler (30) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt des Umschalters (38) verbunden, der über eine Leitung (b) von dem Steuerteil (57) gesteuert wird.

Der zweite Anschlußpunkt des Umschalters (38) ist einerseits mit dem Komparator (39), sowie andererseits mit einem Speicher­ glied (54) und einem weiteren Umschalter (55) verbunden. Der gemeinsame Anschlußpunkt des Umschalters (55) wird über eine Leitung vom Ausgangssignal des Maximal-Auswahlgliedes (52) beaufschlagt. Der zweite Anschlußpunkt des Umschalters (55) ist mit dem Eingang des Speichergliedes (54) verbunden. Gesteuert wird der Umschalter (55) über eine Leitung von dem Steuerteil (57).

Als weiteres Eingangssignal ist dem Maximal-Auswahlglied (52) über eine Leitung das Ausgangssignal eines Einstellgliedes (50) zugeführt, an dem ein bestimmter Luftmengenwert zum Zünden eines Brenners von einer Bedienperson einstellbar ist. Der Ausgang des Komparators (39) ist über eine Leitung (d) mit dem Speicherteil (57) verbunden.

In gleicher Weise wie der Brennstoffleitung (62) ist auch der Brennstoffleitung (63) ein Schaltventil (45) und ein Brenn­ stoffmengenfühler (47) zugeordnet. Über eine Brennstoffleitung (66) wird der Brennstoff einem zweiten Brenner zugeführt (BB 2). In gleicher Weise wie beim ersten Brenner ist auch bei dem zweiten Brenner ein Luftmengenregler (40) vorgesehen, der über ein Regelventil (42) die über luftführende Leitungen (75, 76) dem zweiten Brenner zugeführte Luftmenge einstellt (LB 2). An die Leitung (75) ist ein Luftmengenfühler (43) angeschlossen, dessen Ausgangssignal entsprechend dem ersten Brenner einem Leitung (a) dem Maximal-Auswahlglied (52) zugeleitet ist. Der Brennstoffmengenfühler (47) und das Schaltventil (45) sind wie beim ersten Brenner mit einem Schalter (46) und einem Umschalter (48) verbunden, die vom Steuerteil (57) gesteuert sind. Das Ausgangssignal des Komparators (49) ist dem Steuer­ teil (57) zugeführt.

Über die Brennstoffleitung (69) können in nicht dargestellter Weise weitere Brenner angeschlossen sein, die entsprechend dem beschriebenen ersten und zweiten Brenner mit Ventilen, Fühlern usw. versehen und an das Maximal-Auswahlglied (52), das Speicherglied (54) und den Steuerteil (57) angeschlossen sind. Des weiteren ist es möglich, daß das Steuerteil (57) mit weiteren, beispielsweise von einer Bedienperson zu beeinflussenden Eingangssignalen beaufschlagt ist.

Der Brennstoffmengenregler (20), die Luftmengenregler (30, 40), die Komparatoren (39, 49), das Maximal-Auswahlglied (52), das Speicherglied (54), das Steuerteil (57) sowie die Schalter (36, 46) und Umschalter (38, 48, 55) bilden eine Regeleinheit (80) für die Regelventile (22, 32, 42) und die Schaltventile (35, 45). Die Regeleinheit (80) kann beispielsweise in der Form eines elektronischen Rechengerätes ausgeführt sein.

Bei abgeschalteten Brennern sind zumindest die Schaltventile (35, 45) geschlossen, so daß den Brennern kein Brennstoff zugeführt wird. Ebenfalls gelangt keine oder nur eine gering­ fügige Luftmenge zu den Brennern.

Zum Zünden beispielsweise des ersten Brenners wird vom Steuer­ teil (57) der Schalter (38) umgeschaltet und dadurch der Luft­ mengenregler (30) über den Umschalter (55) mit dem Maximal- Auswahlglied (52) verbunden. Aufgrund der geringen, den Brennern zugeführten Luftmenge ist das von dem Einstellglied (50) erzeugte Ausgangssignal das größte der am Maximal-Aus­ wahlglied (52) anliegenden Signale. Dieses vom Einstellglied (50) weitergegebene Signal beaufschlagt den Luftmengenregler (30). Dieser stellt durch einen Soll-Ist-Vergleich das Regel­ ventil (32) und damit die dem ersten Brenner zuführbare Luftmenge entsprechend dem am Einstellglied (50) eingestellten Wert ein.

Erreicht das Regelventil (32) die durch das Einstellglied (50) vorgegebene Stellung, so wird dies vom Komparator (39) erkannt und dem Steuerteil (57) mitgeteilt (Leitung d).

Das Steuerteil (57) schaltet daraufhin den Umschalter (55) um, so daß das Ausgangssignal des Maximal-Auswahlgliedes (52) vom Speicherglied (54) zwischengespeichert und somit das Eingangs­ signal des Komparators (39) und des Luftmengenreglers (30) konstant gehalten wird. Des weiteren gibt das Steuerteil (57) dem Brennstoffmengenregler (20) einen Sollwert (SOLL) vor, der der erforderlichen Brennstoffmenge für den Betrieb eines Brenners entspricht. Der Brennstoffmengenregler (20) stellt durch einen Soll-Ist-Vergleich das Regelventil (22) auf diesen Sollwert ein. Schließlich wird vom Steuerteil (57) durch Schließen des Schalters (36) das Schaltventil (35) geöffnet, so daß Brennstoff dem ersten Brenner zugeführt wird.

Der am Einstellglied (50) eingestellte Wert der dem ersten Brenner zugeführten Luftmenge ist an den durch das Sollsignal (SOLL) vorgegebenen Wert der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge angepaßt. Die Luftmenge ist so gewählt, daß ein zuverlässiges Zünden des Brenners gewährleistet ist.

Nach dem Zünden des ersten Brenners, das beispielsweise vom Steuerteil (57) gesteuert wird, wird der Umschalter (38) in seine Betriebsstellung zurückgeschaltet, so daß die dem Brenner zugeleitete Luftmenge mit Hilfe des Luftmengenreglers (30) an die ihm zugeführte Brennstoffmenge angepaßt wird.

Zum Zünden des zweiten Brenners wird der Luftmengenregler (40) über den Umschalter (48) und den Umschalter (55) mit dem Maximal-Auswahlglied (52) verbunden. Dieses gibt an seinen Ausgang das größte an seinen Eingängen anliegende Signal weiter. Der Luftmengenregler (40) stellt das Regelventil (42) auf den vom Maximal-Auswahlglied (52) vorgegebenen Wert durch einen Soll-Ist-Vergleich ein. Der Komparator (49) erkennt die Übereinstimmung von Soll- und Istwert und gibt dies an das Steuerteil (57) weiter. Dieses erhöht über das Sollsignal (SOLL) die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge und öffnet über den Schalter (46) das Schaltventil (45).

Zum Betrieb des zweiten Brenners wird die dem ersten Brenner zugeführte Brennstoffmenge verdoppelt. Dies geht aus der Fig. 2 hervor. Zum Betrieb weiterer Brenner wird die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge jeweils um den Betrag erhöht, der zum Betrieb eines Brenners erforderlich ist. In der Fig. 2 ist auf der Abszisse die Anzahl (Z) der gezündeten Brenner aufge­ tragen und auf der Ordinate das Sollsignal (SOLL) und damit die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge.

Zum Zünden des zweiten Brenners wird also im Vergleich zum Betrieb des ersten Brenners die doppelte Brennstoffmenge zugeführt. Diese verteilt sich auf die beiden Brenner, so daß die den beiden Brennern jeweils zugeleiteten Brennstoffmengen etwa gleich sind. Die dem zweiten Brenner zugeführte Luftmenge entspricht ebenfalls etwa der Luftmenge, die dem ersten Brenner zugeleitet wird. Dies wird mit Hilfe des Maximal-Auswahlgliedes (52) erreicht, das den Wert der größten, für den Betrieb eines Brenners erforderlichen Luftmenge als Zündsollwert für die Luftmenge des zu zündenden Brenners weitergibt.

Nach dem Zünden des zweiten Brenners wird der Umschalter (48) umgeschaltet und die dem zweiten Brenner zugeführte Luftmenge vom Luftmengenregler (40) in Abhängigkeit von der zugeleiteten Brennstoffmenge geregelt. Ebenfalls wird nach dem Zünden eines Brenners das Speicherglied (54) überbrückt, mit dem im wesent­ lichen nur unerwünschte Sollwertschwankungen während des Zünd­ vorganges vermieden werden sollen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also zum Zünden eines ersten Brenners diesem eine bestimmte Luftmenge und eine bestimmte Brennstoffmenge zugeführt. Nach dem Zünden des Brenners wird die Luftmenge in Abhängigkeit von der zugeleiteten Brennstoffmenge geregelt. Zum Zünden eines weiteren Brenners wird die diesem zugeführte Luftmenge an diejenige Luftmenge angepaßt, die den bereits gezündeten Brennern jeweils zugeleitet wird. Die Erhöhung der Brenn­ stoffmenge wird stufenweise vorgenommen, so daß die den Brennern zugeleitete Brennstoffmenge in einem festen Verhältnis zur Anzahl der gezündeten Brenner steht. Die zugeleitete Brenn­ stoffmenge verteilt sich gleichmäßig auf die gezündeten Brenner, so daß diese jeweils etwa mit derselben Brennstoff­ menge versorgt sind. Die einem Brenner zugeführte Luftmenge wird von einem dem Brenner zugeordneten Luftmengenregler geregelt. Die sämtlichen Brennern zugeleitete Brennstoffmenge wird mit Hilfe eines einzigen Brennstoffmengenreglers einge­ stellt. Den einzelnen Brennern ist jeweils ein steuerbares Schaltventil zugeordnet.

Bei den Luftmengenreglern und dem Brennstoffmengenregler handelt es sich zweckmäßigerweise um PI-Regler bekannter Art. Als Regelventile sind beispielsweise mit einem Elektromotor gekoppelte Ventile verwendbar, deren Durchlaß durch Ansteuerung des Motors einstellbar ist. Als Schaltventile können beispiels­ weise magnetisch betätigbare Ventile eingesetzt werden, die entweder geöffnet oder geschlossen sind. Der in der Fig. 2 aufgezeigte Zusammenhang zwischen der Anzahl gezündeter Brenner und der diesen zugeführten Brennstoffmenge kann im Steuerteil gespeichert sein, so daß das Steuerteil über eine Leitung den Brennstoffregler mit dem Sollsignal (SOLL) beaufschlagt. Es ist auch möglich, daß statt der beschriebenen Luftmengenfühler und Brennstoffmengenfühler andere Meßvorrichtungen vorgesehen sind, die beispielsweise die Luftmasse oder die Brennstoffmasse erfassen. Auch ist es möglich, daß diese Meßwerte auf bestimmte Zeiteinheiten bezogen sind.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise zum Beheizen eines Dampfkessels mit Hilfe einer Vielzahl von Brennern verwendet werden. Es versteht sich, daß das Verfahren auch in anderen Anwendungsgebieten einsetzbar ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung der Luft- und Brennstoffzufuhr zu einer Vielzahl von Brennern, denen über steuerbare Mengen­ stellglieder Luft und Brennstoff zuführbar ist, bei dem zum Zünden eines ersten Brenners diesem eine bestimmte Luftmenge und eine bestimmte Brennstoffmenge zugeführt wird und bei dem nach dem Zünden eines Brenners diesem eine an die zugeführte Brennstoffmenge angepaßte Luftmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zünden eines weiteren Brenners diesem etwa die den bereits gezündeten Brennern jeweils zugeführte Luft- und Brennstoffmenge zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einem zu zündenden Brenner zuzuführende Luftmenge entsprechend der größten der den bereits gezündeten Brennern zugeführten Luftmengen eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge in einem festen Verhältnis zur Anzahl der gezündeten Brenner eingestellt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Brenner über Brennstoff­ leitungen mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung verbunden und über luftführende Leitungen und steuerbare Regelventile mit Luft beaufschlagbar sind, mit Fühlern zur Messung der den Brennern zugeführten Luft- und Brennstoffmenge und mit einer Regeleinheit zur Steuerung der Regelventile in Abhängigkeit von den gemessenen Luft- und Brennstoffmengen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein die Brennstoffzufuhr zu den Brennern be­ stimmendes Regelventil (22) vorgesehen und jedem Brenner ein Schaltventil (35, 45) zugeordnet ist, die von der Regeleinheit (80) steuerbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (80) mit einem Maximal-Auswahlglied (52) versehen ist, das mit den Fühlern (33, 43) zur Messung der den Brennern zugeführten Luftmenge verbunden ist und das der Ein­ stellung der einem zu zündenden Brenner zuzuführenden Luftmenge dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellglied (50) für die zum Zünden eines ersten Brenners diesem zuzuführende bestimmte Luftmenge vorgesehen ist, das an das Maximal-Auswahlglied (52) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wert der einem zu zündenden Brenner zuzu­ führenden Luftmenge mit Hilfe eines Speichergliedes (54) speicherbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (80) mit wenigstens einem Komparator (39, 49) versehen ist, der dem Vergleich der einem zu zündenden Brenner zuzuführenden Luftmenge und der tatsächlich diesem Brenner zugeführten Luftmenge dient und mit dessen Hilfe das die Brennstoffmenge bestimmende Regelventil (22) und das dem zu zündenden Brenner zugeordnete Schaltventil (35, 45) steuerbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (80) mit Mitteln versehen ist, die mit dem die Brennstoffmenge bestimmenden Regelventil (22) verbunden sind und mit deren Hilfe die den Brennern zuge­ führte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Anzahl der gezündeten Brenner stufenweise einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (80) mit einem Steuerteil (57) versehen ist, der der Steuerung des Zündens eines Brenners dient.