DE3712024C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Sauer­ stoffgehaltes in Abgasen von Feuerungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der CH-PS 6 22 085 ist eine eigensichere Reguliereinrichtung für die Größe des Luftüberschusses in den Verbrennungsgasen einer Verbren­ nungsanlage bekannt. Dabei wird mittels einer Sauerstoffsonde der Sauer­ stoffgehalt des Abgases gemessen und ein Regler regelt das Verhältnis von Brennstoff und Luft derart, daß im Abgas immer ein minimaler Sauer­ stoffüberschuß vorhanden ist.

Bekannt ist ferner aus der DE-PS 32 45 634 eine Vorrichtung, bei der die Menge der zugeführten Verbrennungsluft variiert wird in Abhängigkeit vom Zustand der Verbrennungsluft, wobei beim Unterschreiten eines Grenz­ wertes des Stellbereichs für die Luftmengenvariation ein Alarm ausgelöst wird.

Solche Regelungseinrichtungen bedürfen einer regelmäßigen Wartung, mit der Alterungseinflüsse, denen beispielsweise eine Sauerstoff-Meßsonde unterliegt, korrigiert werden, bevor Abweichungen einer solchen Größe auftreten, daß die Funktion der Regelungseinrichtung grundsätzlich gefährdet ist. Gleichwohl ist es nicht vermeidbar, daß unvorhergesehene Störungen auftreten, die zu einem Versagen der Regelungseinrichtung führen. Dabei ist es unter Umständen möglich, daß eine schwerwiegende Fehlfunktion auftritt und nicht erkannt wird. Von Gesetzes wegen wird aber verlangt, daß auch im Störungsfall bestimmte Gefahrenzustände nicht eintreten können. Im Rahmen der Umweltschutzgesetzgebung gehört zu diesen nicht akzeptablen Betriebszuständen auch die übermäßige Produk­ tion von Kohlenmonoxid und Ruß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der einerseits Störungen der Regelungsein­ richtung sicher erkannt werden und andererseits die Feuerungsanlage im Störungsfall in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Be­ triebszustand gesteuert oder abgeschaltet wird.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher beschrieben.

Mit 1 ist ein Brenner bezeichnet, mit 2 ein die Luftzufuhr zum Brenner 1 beeinflussender Luftklappenantrieb. Dabei kann es sich um einen einzigen Antrieb für eine einzige Luftklappe handeln, jedoch ist es auch möglich, die Beeinflussung der dem Brenner 1 zuzuführenden Luftmenge auf zwei mit separaten Antrieben versehene Luftklappen aufzuteilen, nämlich eine Hauptluftklappe für die Steuerung der Luftmenge in Funktion der Brenner­ last und eine Korrekturluftklappe für die Variation der Luftmenge aufgrund der noch zu beschreibenden Einflußgrößen Zulufttemperatur und Sauer­ stoffgehalt im Abgas. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit der Ver­ wendung einer einzigen Zuluftklappe in Kombination mit einer besonderen Abluftklappe, die in der Wirkung einer Korrekturklappe vergleichbar ist. Das Ausführungsbeispiel nach der Zeichnung beschränkt sich auf die Darstellung der Korrekturluftklappe, so daß unter dem Luftklappenan­ trieb 2 der Antrieb der Korrekturluftklappe zu verstehen ist.

Der Luftklappenantrieb 2 erhält Stellbefehle von einem Sauerstoffregler 3, der die Stellgrößen aus Signalen einer Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 und eines Sauerstoff-Sollwertgebers 5 bildet. Nicht separat dargestellt ist ein in der Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 enthaltener Meßumformer, der die kleinen Signalwerte einer zur Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 ge­ hörenden Sauerstoffsonde, die beispielsweise auf feststoffelektrolytischer Basis verwirklicht sein kann, in Signale einer für die nachfolgende Regelung geeigneten Größe umsetzt. Die Funktion des Meßumformers kann im Sauerstoffregler 3 integriert sein.

Um die Genauigkeit der Regelung zu verbessern, sind außerdem ein Luft­ klappen-Stellungsgeber 6 und ein Zulufttemperatur-Fühler 7 vorhanden. Das vom Zulufttemperatur-Fühler 7 abgegebene Signal gelangt auf einen Temperatur-Störschalter 8, dessen Wirkung später beschrieben wird, und weiter einerseits zu einem Signalwandler 9, in dem das Signal des Zuluft­ temperatur-Fühlers 7 in einen unteren Grenzwert für die Stellung der Korrekturluftklappe umgewandelt wird, und andererseits zu einer Luft­ klappensteuerung 10. Auf diese Weise ist es möglich, den in Abhängigkeit von der Lufttemperatur variierenden Gehalt an verbrennungswirksamem Sauerstoff zu berücksichtigen.

Das Signal des Luftklappen-Stellungsgebers 6 gelangt auf einen Luft­ klappen-Störschalter 11, dessen Wirkung später beschrieben wird, und weiter zu einem Pegelwandler 12, durch den das Signal des Luftklappen- Stellungsgebers 6 so umgeformt wird, daß der Öffungsgrad 0 bis 100% der Luftklappe einem Pegel von 0 bis 10 Volt am Ausgang des Pegelwand­ lers 12 entspricht.

Das Signal des Pegelwandlers 12 gelangt auf einen zweiten Eingang der Luftklappensteuerung 10, damit diese eine Information über die tatsäch­ liche Stellung der Luftklappe erhält. Die Signale des Pegelwandlers 12 und des Signalwandlers 9 gelangen auf zwei Eingänge eines Luftklappenstel­ lungs-Komparators 13, in dem die tatsächliche Stellung der Luftklappe mit der aufgrund der Zulufttemperatur kleinstmöglichen Luftklappenstellung verglichen wird. Zeigt dieser Vergleich, daß die tatsächliche Luftklappen­ stellung den geforderten Minimalwert unterschreitet, so erscheint an einem Ausgang des Luftklappenstellungs-Komparators 13 ein Störungssignal, das von diesem Ausgang zu einem Eingang einer nachgeschalteten Steuerlogik 14 gelangt. Vorteilhaft ist es, wenn die Vergleichsoperation im Luftklappen­ stellungs-Komparator 13 zweikanalig ausgeführt wird, so daß ein Fehler in einem Vergleichskanal erkannt werden kann. Es ist in diesem Fall auch zweckmäßig, zwei Ausgänge am Luftklappenstellungs-Komparator 13 und zwei Eingänge an der Steuerlogik 14 vorzusehen, um die Sicherheit zu erhöhen.

Das aus der Luftklappenstellung abgeleitete Ausgangssignal des Pegel­ wandlers 12 gelangt außerdem auf einen Eingang eines Grenzwertmelders 15, in dem geprüft wird, ob sich die Luftklappe in einer ihrer beiden End­ stellungen befindet. Das Erreichen einer Endstellung wird über zwei Leitungen an die Steuerlogik 14 gemeldet, wobei an der einen Leitung ein Signal erscheint, wenn sich die Luftklappe in der Stellung "Öffungs­ grad 0%" befindet, und an der anderen Leitung dann ein Signal, wenn die Luftklappe voll geöffnet ist.

Das Signal der Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 gelangt einerseits an einen ersten Eingang des Sauerstoffreglers 3, andererseits an einen ersten Eingang eines Sauerstoffpegel-Störschalters 16, dessen Funktion noch beschrieben wird. Auf einen zweiten Eingang des Sauerstoffreglers 3 und auf einen zweiten Eingang des Sauerstoffpegel-Störschalters 16 gelangt das Signal des Sauerstoff-Sollwertgebers 5.

Der Sauerstoffregler 3 leitet aus den an seinen Eingängen anliegenden Signalen Stellbefehle für den Luftklappenantrieb 2 ab, derart, daß der Luftklappenantrieb 2 in Richtung "Öffnen der Lufklappe" läuft, wenn der Istwert des Sauerstoffgehaltes kleiner ist als der Sollwert, und daß der Luftklappenantrieb 2 in Richtung "Schließen der Luftklappe" läuft, wenn der Istwert des Sauerstoffgehaltes größer ist als der Sollwert. Das Verhalten des Sauerstoffreglers 3 berücksichtigt dabei in bekannter Weise das Zeitverhalten der Regelstrecke.

Der Sauerstoffpegel-Störschalter 16 hat zwei mit zwei Eingängen eines Sauerstoffpegel-Komparators 17 verbundene Ausgänge, auf denen die von der Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 bzw. vom Sauerstoff-Sollwertgeber 5 stammenden, durch den Sauerstoffpegel-Störschalter 16 beeinflußten Signale dem Sauerstoffpegel-Komparator 17 übermittelt werden. Dieser leitet daraus ab, ob der Sauerstoff-Istwert größer oder kleiner ist als der Sollwert. Der Sauerstoffpegel-Komparator 17 weist zwei Ausgänge auf, die mit zugehörigen Eingängen der Steuerlogik 14 verbunden sind.

An einem dieser Ausgänge erscheint ein Signal dann, wenn der Sauerstoff- Istwert über einem durch den Sauerstoff-Sollwertgeber 5 bestimmten Grenz­ wert liegt, am anderen Ausgang ein Signal hingegen dann, wenn der Sauer­ stoff-Istwert unter einem durch den Sauerstoff-Sollwertgeber 5 bestimmten Grenzwert liegt. Liegt der Sauerstoffpegel innerhalb des vorgesehenen Toleranzbandes, so erscheint an keinem der beiden Ausgänge ein Signal.

Ein Störgenerator 18 ist mit dem Temperatur-Störschalter 8, dem Luft­ klappen-Störschalter 11 und dem Sauerstoffpegel-Störschalter 16 verbunden. Die Wirkung des Störgenerators 18 ist dabei die folgende: In bestimmten Zeitintervallen erzeugt der Störgenerator 1 B Impulse, die auf die Stör­ schalter 8, 11 und 16 einwirken. Die Störschalter 8, 11 und 16 unter­ brechen damit die Leitungen von den zugehörigen Signalquellen (Zuluft- Temperaturfühler 7, Luftklappen-Stellungsgeber 6, Sauerstoff-Meßeinrich­ tung 4 und Sauerstoff-Sollwertgeber 5 und simulieren damit einen Defekt dieser Signalquellen. Über die nachgeschalteten Steuerungsteile gelangen diese simulierten Fehlersignale an die Steuerlogik 14, an die ein Stör­ signal-Emfänger 19 angeschlossen ist. Der Störsignal-Empfänger 19 de­ tektiert die mit dem Störgenerator 18 erzeugten simulierten Fehlermel­ dungen. Treten solche Fehlermeldungen nicht auf, so erkennt der Stör­ signal-Empfänger 19 dies und gibt der Steuerlogik 14 ein Signal ab, welches für die Steuerlogik 14 bedeutet, das ein Fehler vorliegt, der von der Steuerlogik 14 an eine Alarmeinrichtung 20 gemeldet wird.

Die Vorrichtung enthält somit einen Störgenerator 18, der periodisch ein Fehlersignal erzeugt, sowie Störschalter 8, 11, 16, die das Fehler­ signal in die Signalpfade von Regelgrößen erzeugenden Signalgebern 4, 5, 6, 7 einspeisen, und einen Störsignal-Empfänger 19, der das Auftreten der periodischen Fehlersignale überwacht und bei deren Ausbleiben über die Steuerlogik 14 die Alarmeinrichtung 20 aktiviert.

Es ist zweckmäßig, daß die Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 immer nur dann in Betrieb genommen wird, wenn der Brenner 2 eingeschaltet ist. Da gewisse Bauarten solcher Sauerstoff-Meßeinrichtungen nach dem Ein­ schalten eine gewisse Zeit brauchen, bis sie betriebsbereit sind, ist es zweckmäßig, eine Bereitschaftsleitung 21 vorzusehen, mit deren Hilfe die Steuerlogik 14 erkennen kann, ob die Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 betriebsbereit ist. Erkennt die Steuerlogik 14, daß die Sauerstoff- Meßeinrichtung 4 nicht betriebsbereit ist, so gibt die Steuerlogik 14 über eine Freigabeleitung 22 ein Signal an den Sauerstoffregler 3, durch das der Sauerstoffregler 3 veranlaßt wird, seine Ausgangsleitungen zum Luftklappenantrieb 2 zu sperren. In diesem Fall wird der Luftklappen­ antrieb 2 allein aufgrund der Signale der Luftkappensteuerung 10 betätigt, so daß die Stellung der Korrekturluftklappe von der Temperatur der Verbrennungsluft abhängig ist, was allein schon in Verbindung mit der Überwachung der Luftklappenstellung hinsichtlich des Erreichen einer der Endstellungen Gewähr dafür bietet, daß ein unerwünschter Betriebs­ zustand nicht auftritt. Somit erfolgt dadurch die Steuerung in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Betriebszustand.

In der Steuerlogik 14 sind mit bekannten Mitteln die folgenden Funktionen verwirklicht: Die normale Regelungsfunktion der Vorrichtung wird wirksam geschaltet, solange der Brenner 1 eingeschaltet und kein Alarm ausgelöst ist und vom Sauerstoffpegel-Komparator 17 kein Sauerstoffmangel gemeldet wird und die Bereitschaft der Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 über die Bereitschaftsleitung 21 angezeigt wird. Wenn das die Betriebsbereitschaft der Sauerstoff-Meßeinrichtung 4 anzeigende Signal auf der Bereitschafts­ leitung 21 fehlt, so werden, wie zuvor beschrieben, die Ausgangsleitungen des Sauerstoffreglers 3 gesperrt. Damit wird von Regelung auf Steuerung umgeschaltet.

Ein Alarm wird von der Steuerlogik 14 dann ausgelöst, wenn vom Sauer­ stoffpegel-Komparator 17 ein Sauerstoffmangel gemeldet wird UND wenn nach dem Start des Brenners 1 einer der folgenden Zustände auftritt: Der Grenzwertmelder 15 meldet, daß sich die Luftklappe in einer der beiden Endstellungen befindet; der Luftklappen-Stellungskomparator 13 meldet, daß die tatsächliche Luftklappenstellung den geforderten Minimal­ wert unterschreitet; der Störsignalempfänger 19 meldet, daß ein vom Störgenerator 18 ausgelöster simulierter Fehler auf einem der nachge­ schalteten Pfade über den Temperatur-Störschalter 8, über den Luftklappen- Störschalter 11 oder über den Sauerstoffpegel-Störschalter 16 nicht empfangen worden ist, was bedeutet, daß in einem dieser Pfade ein Fehler vorliegt.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Steuerlogik 14 so ausgebildet ist, daß sie im Falle des vom Störsignal-Empfänger 19 erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Luftklappenantrieb 2 in die Stellung "voll geöffnet" steuert. Dies ist mit bekannten logischen Schaltelementen zu verwirklichen. Damit wird erreicht, daß die Feuerungsanlage im Stö­ rungsfall in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Betriebs­ zustand gesteuert wird.

Beispielsweise bei nicht durchgehend von einer Überwachungsperson beauf­ sichtigten Feuerungsanlagen kann es zweckmäßig sein, daß die Steuer­ logik 14 so ausgebildet ist, daß sie im Falle des vom Störsignal- Empfänger 19 erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals des Brenner 1 verzögert oder unverzögert ausschaltet. Die dazu notwendigen logischen Schaltelemente und der Zeitgeber zur Realisierung der Verzö­ gerung sind bekannt. Damit wird erreicht, daß nicht nur ein hinsichtlich Umweltbelastung kritischer Betriebszustand vermieden wird, sondern auch, daß ein Betriebszustand, bei dem infolge des vollständigen Öffnens der Luftklappe die Feuerungsanlage mit großem Luftüberschuß unwirt­ schaftlich arbeitet, nicht über längere Zeit bestehen bleiben kann.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips ist nicht auf die Beein­ flussung des dem Brenner zugeführten Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft in der hier beschriebene Weise mittels einer Korrekturluftklappe beschränkt. Der Erfindungsgedanke kann gleichfalls Anwendung finden bei der als Verbundregelung bekannten Form der direkten lastabhängigen Regelung des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Ver­ brennungsluft. Für die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens spielt es auch keine Rolle, ob als Organ zur Beeinflussung des Mengenverhält­ nisses von Brennstoff und Verbrennungsluft eine einzige Luftklappe vor­ handen ist, oder ob eine Hauptluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion des Lastgrades und eine Korrekturluft­ klappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion der Temperatur der Verbrennungsluft und des Sauerstoffgehaltes der Abgase vorhanden sind.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Feuerungsanlagen mit einem Regler und einem das Mengenverhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft beeinflussenden Organ, gekennzeichnet durch

• a) einen Störgenerator (18), der periodisch ein Fehlersignal erzeugt,
• b) durch Störschalter (8, 11, 16), die das Fehlersignal in die Signalpfade von Regelgrößen erzeugenden Signalgebern (4, 5, 6, 7) einspeisen,
• c) durch eine Steuerlogik (14), mit der die Signale auf diesen Signalpfaden logisch verknüpft werden,
• d) durch einen an die Steuerlogik (14) angeschlossenen Störsignal-Empfänger (19), der das Auftreten der periodischen Fehlersignale überwacht,
• e) durch eine an die Steuerlogik (14) angeschlossene Alarmeinrichtung (20), die vom Störsignal-Empfänger (19) beim Ausbleiben der periodischen Fehlersignale über die Steuerlogik (14) aktiviert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ logik (14) so ausgebildet ist, daß sie im Falle des vom Störsignal- Empfänger (19) erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Luftklappenantrieb (2) in die Stellung "voll geöffnet" steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (14) so ausgebildet ist, daß sie im Falle des vom Stör­ signal-Empfänger (19) erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Brenner (1) verzögert oder unverzögert ausschaltet.

4. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Verbundregler zur direkten lastabhängigen Regelung des Mengenver­ hältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft.

5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Regler mit einer Luftklappe zur Beeinflussung des Mengenverhält­ nisses von Brennstoff und Verbrennungsluft.

6. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Regler mit einer Hauptluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion des Lastgrades und einer Korrekturluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion der Tempe­ ratur der Verbrennungsluft und des Sauerstoffgehaltes der Abgase.