DE3737354C1

DE3737354C1 - Control method for adjusting the individual air/fuel ratios of the individual burners of a furnace with several burners

Info

Publication number: DE3737354C1
Application number: DE19873737354
Authority: DE
Inventors: Norbert Reekers; Hans-Rolf Vahldieck
Original assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Current assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1989-05-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren für die Ein stellung des individuellen Luft/Brennstoff-Verhältnisses der einzelnen Brenner einer Feuerungseinrichtung mit mehreren Bren nern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Regelverfahren ist aus der DE 34 23 946 A1 be kannt. Bei diesem Regelverfahren sind für die Einstellung des individuellen Luft/Brennstoff-Verhältnisses der einzelnen Brenner einer Feuerungseinrichtung mit mehreren Brennern und mit einem für alle Brenner gemeinsamen Meßwertaufnehmer für die CO-Kon zentration der durchmischten Abgase aller Brenner die im folgen den beschriebenen Schritte vorgesehen. Ausgehend von einem Be trieb mit Luftüberschuß wird die den einzelnen Brennern zuge führte Luftmenge so lange nacheinander schrittweise verringert, bis sich im Abgas ein erster vorgebbarer Wert der CO-Konzentra tion einstellt, der mit dem Meßwertaufnehmer gerade noch sicher erfaßbar ist. Dieser Wert der CO-Bildung liegt z. B. bei einer Konzentration von 3 ppm CO im Abgas. Beim Erreichen des ersten vorgebbaren Wertes der CO-Konzentration, der im folgenden als CO- Bildungspunkt bezeichnet wird, wird derjenige Schritt der Luft mengenverringerung, der zum Erreichen des CO-Bildungspunktes ge führt hat, wieder rückgängig gemacht. Der so eingestellte Wert der Luftmenge ist der Arbeitspunkt des betreffenden Brenners.

Von jetzt an wird nur noch die Luftmenge der restlichen Brenner in der oben beschriebenen Weise nacheinander weiter verringert. Dies geschieht so lange, bis für jeden Brenner der CO-Bildungs punkt erreicht worden ist. Damit ist ein Einstellzyklus zur Er mittlung des optimalen Luft/Brennstoff-Verhältnisses abgeschlos sen, und ein neuer Einstellzyklus kann beginnen.

Beim Anfahren einer Feuerungseinrichtung mit z. B. acht Brennern dauert es mehrere Stunden, bis - ausgehend von einem Betrieb mit Luftüberschuß - mit dem bekannten Regelverfahren ein eingeschwunge ner Zustand erreicht ist.

In der DE 31 00 267 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses für eine Feuerungseinrichtung mit mehreren Brennern sowie eine zugehörige Vorrichtung beschrieben. Die gesamte den Brennern zugeführte Luftmenge wird in Abhängig keit von dem CO-Wert und dem O₂-Wert im durchmischten Abgas aller Brenner, vom Ofenzug, von der gesamten den Brennern zugeführten Brennstoffmenge, von der Temperatur des von der Feuerungsein richtung erhitzten Prozeßfluids und von der Oberflächentemperatur der Leitungen, in denen das Prozeßfluid durch die Feuerungsein richtung fließt, gesteuert. Dabei wird - ausgehend von einem Be trieb mit Luftüberschuß - jeweils die gesamte den Brennern zuge führte Luftmenge so lange verringert, bis eine der vorgenannten Größen einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat, z. B. bis der CO-Gehalt einen vorgegebenen Maximalwert erreicht hat oder bis der O₂-Gehalt einen vorgegebenen Minimalwert erreicht hat. Eine ge zielte Überwachung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses der einzel nen Brenner ist durch das bekannte Verfahren nicht möglich. Ledig lich durch Vergleich des CO-Gehaltes mit dem O₂-Gehalt ist eine indirekte Überwachung möglich. Liegen sowohl hoher CO-Gehalt als auch hoher O₂-Gehalt im Abgas vor, so ist dies ein Hinweis darauf, daß mindestens ein Brenner mit Luftmangel betrieben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Regelverfahren so zu verbessern, daß sich die für das Erreichen des eingeschwungenen Zustands erforderliche Zeit wesentlich ver ringert.

Diese Aufgabe wird bei einem Regelverfahren der eingangs genann ten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Regelverfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines Ausführungsbeipiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt qualitativ den Verlauf der O₂-Konzentration und der CO-Konzentration in Abhängigkeit von dem Luft/Brenn stoff-Verhältnis λ.

Für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens wird davon ausgegangen, daß die Feuerungseinrichtung acht Brenner aufweist, deren Abgase sich durchmischen. Sowohl für die Messung der CO-Konzentration als auch für die Messung der O₂-Konzentra tion in den durchmischten Abgasen ist ein Meßwertaufnehmer vor gesehen.

Beim Anfahren der Feuerungseinrichtung wird allen Brennern eine von dem jeweiligen Brennstoff und dem jeweiligen Lastgrad ab hängige Luftmenge zugeführt, die eine Verbrennung mit Luftüber schuß sicherstellt. Dieses Luft/Brennstoff-Verhältnis ist in der Zeichnung mit λ₁ bezeichnet. Der zugehörige Wert der O₂- Konzentration liegt in der Größenordnung von 1,5% O₂ im Abgas. Der Wert der CO-Konzentration ist dabei so klein, daß noch keine Anzeige erfolgt. Die den Brennern zugeführte Luftmenge wird jetzt schrittweise verringert. Die Verringerung der Luftmenge erfolgt für alle Brenner gleichzeitig und in gleich großen Schritten. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ wird in gleich großen Schritten von z. B. Δ λ = 0,01 bis 0,03 verringert. Nach jeder Verringe rung der den Brennern zugeführten Luftmenge muß eine Verzugs zeit von ca. 1 bis 1½ Minuten abgewartet werden, bis das Meß ergebnis vorliegt. Ergibt sich aufgrund der Verringerung der den Brennern zugeführten Luftmenge im Abgas noch keine meßbare CO- Konzentration, so wird die den Brennern zugeführte Luftmenge schrittweise weiter verringert. Dies geschieht so lange, bis im Abgas eine meßbare CO-Konzentration auftritt. Dieser Grenz wert, der CO-Bildungspunkt, ist in der Zeichnung mit CO/1 be zeichnet. Das zugehörige Luft/Brennstoff-Verhältnis ist in der Zeichnung mit λ₂ bezeichnet. In diesem Betriebszustand wird mindestens ein Brenner mit Luftmangel betrieben. Der letzte Schritt der Luftverringerung wird jetzt für alle Brenner gemein sam rückgängig gemacht, so daß wieder ein Betrieb mit Luftüber schuß vorliegt.

Nachdem auf diese Weise für mindestens einen der Brenner durch Luftverminderung der CO-Bildungspunkt erreicht worden ist, wird die den Brennern zugeführte Luftmenge nacheinander für jeden Brenner getrennt um einen Schritt verringert. Durch diese Maß nahme läßt sich ermitteln, welcher Brenner den CO-Bildungspunkt erreicht hatte.

Die weitere Verringerung der den Brennern zugeführte Luftmenge ist von dem Wert der gleichzeitig gemessenen O₂-Konzentration abhängig. Durch die Verringerung der den Brennern zugeführten Luftmenge haben sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ und damit auch die O₂-Konzentration im Abgas verringert. Hat die O₂-Kon zentration einen in der Zeichnung mit O₂/1 bezeichneten Grenz wert noch nicht erreicht oder unterschritten, erfolgt die schrittweise Verringerung der den Brennern zugeführten Luftmenge für alle Brenner mit Ausnahme des Brenners, der den CO-Bildungs punkt erreicht hatte, gemeinsam. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis λ von demjenigen Brenner, der den CO-Bildungspunkt erreicht hatte, wird erst dann weiter verringert, wenn die O₂-Konzentra tion im Abgas den Wert O₂/1 unterschritten hat. Dieser Wert der O₂-Konzentration im Abgas ist abhängig von dem verwendeten Brenn stoff. Er liegt in der Größenordnung von 0,3% O₂. Das zugehörige Luft/Brennstoff-Verhältnis ist in der Zeichnung mit λ₃ be zeichnet.

Hat die O₂-Konzentration im Abgas den Wert O₂/1 erreicht oder unterschritten, so wird die Gesamtbrennerregelung durch eine Einzelbrennerregelung zur Feinabstimmung des Luft/Brennstoffver hältnisses abgelöst. Die schrittweise Verringerung der Luft menge, die denjenigen Brennern zugeführt wird, die den CO-Bil dungspunkt noch nicht erreicht hatten, erfolgt jetzt für jeden einzelnen Brenner getrennt nacheinander. Nachdem die einem Brenner zugeführte Luftmenge um einen Schritt verringert worden ist, wird die dem nächsten Brenner zugeführte Luftmenge um einen Schritt verringert. Dabei wird der Betrag, um den die Luftmenge jeweils verringert wird, nicht verändert, bis die CO-Konzentration im Abgas den CO-Bildungspunkt für jeden Brenner erreicht hat. Hat die CO-Konzentration im Abgas für einen Brenner den CO- Bildungspunkt erreicht oder überschritten, so wird die ent sprechende Luftverringerung rückgängig gemacht. Nachdem jeder Brenner bei der Luftverringerung mit der anfänglichen Schritt weite einmal den CO-Bildungspunkt erreicht hat, wird die Schritt weite um die die den Brennern zugeführte Luftmenge verringert wird, verkleinert. Die Verringerung der den Brennern zugeführten Luftmenge in weiter verkleinerten Schritten wird so lange wieder holt, bis bei jedem Brenner die kleinste Schrittweite Δ λ _min der Luftverringerung erreicht ist.

Auch nach dem Erreichen der kleinsten Schrittweite Δ λ _min der Luftverringerung erfolgt weiterhin eine zyklische Überprüfung der CO-Konzentration und der O₂-Konzentration im Abgas. Steigt, z. B. aufgrund einer Laständerung, der CO-Anteil im Abgas an, so müssen die Brenner neu eingestellt werden. Hierzu wird zu nächst die den einzelnen Brennern zugeführte Luftmenge ver größert. Reicht die Vergrößerung der Luftmenge eines einzelnen Brenners nicht aus, um die CO-Bildung zu beseitigen, so wird allen Brennern gleichzeitig eine vergrößerte Luftmenge zugeführt. Ist auf diese Weise die CO-Bildung beseitigt, wird die den einzelnen Brennern zugeführte Luftmenge wie oben beschrieben wieder schrittweise verringert.

Unterschreitet die O₂-Konzentration einen zweiten Wert O₂/2, der so gewählt ist, daß der zugehörige Wert λ₄ des Luft/Brenn stoff-Verhältnisses kleiner ist als der dem Wert CO/1 ent sprechende Wert λ₂, so erfolgt für alle Brenner eine gleich zeitige Vergrößerung der zugeführten Luftmenge.

Überschreitet die CO-Konzentration des Abgases einen Wert CO/2, der größer als der Wert CO/1 ist, wird die den Brennern zuge führte Luftmenge gleichzeitig für alle Brenner vergrößert. Die Vergrößerung der Luftmenge ist dabei so bemessen, daß sie auch unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen für alle Brenner eine Verbrennung mit Luftüberschuß sicherstellt. Daran an schließend wird die den einzelnen Brennern zugeführte Luftmenge wie oben beschrieben wieder schrittweise verringert.

Die Arbeitspunkte der einzelnen Brenner lassen sich noch schnel ler erreichen, wenn der Betrag, um den die den Brennern zuge führte Luftmenge verringert wird, derart in Zusammenhang mit dem O₂-Gehalt des Abgases steht, daß sich bei sinkendem O₂-Gehalt die Schrittweite Δ g verringert.

Bei einer Feuerungseinrichtung mit mehreren Brennern wird mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren insbesondere beim Anfahren die für das Erreichen des eingeschwungenen Zustands erforderliche Zeit wesentlich verringert. Die zeitaufwendige Einzelbrenner regelung ist nur noch für die Feinabstimmung des Luft/Brennstoff- Verhältnisses der einzelnen Brenner erforderlich, während durch die dieser vorgeschaltete Gesamtbrennerregelung eine schnelle Grobabstimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses der einzelnen Brenner erreicht wird. Der Übergang von der Gesamtbrennerregelung auf die Einzelbrennerregelung erfolgt, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von der O₂-Konzentration im Abgas. Zu diesem Zeit punkt ist bereits der eingeschwungene Zustand erreicht.

Claims

1. Regelverfahren für die Einstellung des individuellen Luft/ Brennstoff-Verhältnisses der einzelnen Brenner einer Feue rungseinrichung mit mehreren Brennern, welche einen für alle Brenner gemeinsamen Meßwertaufnehmer für die CO-Konzentration der durchmischten Abgase aller Brenner aufweist,

- bei welchem ausgehend von einem Betrieb mit Luftüberschuß die den einzelnen Brennern zugeführte Luftmenge so lange schritt weise verringert wird, bis sich im Abgas ein erster vorgebbarer Wert der CO-Konzentration einstellt, der mit dem Meßwertauf nehmer noch sicher erfaßbar ist, und
- bei dem beim Erreichen des ersten vorgebbaren Wertes der CO- Konzentration derjenige Schritt der Luftmengenverringerung, der zu dem Erreichen des ersten vorgebbaren Wertes der CO- Konzentration geführt hat, wieder rückgängig gemacht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß folgende weitere Verfahrensschritte zur Einstellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (λ) vorge sehen sind:

a) beim Anfahren der Feuerungseinrichtung wird allen Brennern eine von dem jeweiligen Brennstoff und dem jeweiligen Last grad abhängige Luftmenge zugeführt, die eine Verbrennung mit Luftüberschuß sicherstellt,
b) oberhalb eines ersten vorgebbaren Wertes der O₂-Konzentration (O₂/1) des Abgases erfolgt die schrittweise Verringerung der den Brennern zugeführten Luftmenge für alle Brenner so lange gleichzeitig, bis sich im Abgas der erste vorgebbare Wert der CO-Konzentration (CO/1) einstellt, der letzte Schritt der Luftverringerung wird sodann für alle Brenner rückgängig gemacht, die den Brennern zugeführte Luftmenge wird anschließend für jeden Brenner getrennt verringert, um den Brenner zu ermitteln, der die Erhöhung der CO-Konzentration verursacht hat, die weitere schrittweise Verringerung der den Brennern zu geführten Luftmenge erfolgt gemeinsam, jedoch wird das Luft/ Brennstoff-Verhältnis (λ) des ermittelten Brenners nicht mehr verändert, so lange die O₂-Konzentration des Abgases den ersten vorgebbaren Wert (O₂/1) überschreitet,
c) unterhalb des ersten vorgebbaren Wertes der O₂-Konzentra tion (O₂/1) des Abgases erfolgt die schrittweise Verringe rung der den Brennern zugeführten Luftmenge für jeden einzel nen Brenner getrennt zyklisch nacheinander, wobei sich der Betrag, um den die Luftmenge in jedem Zyklus verringert wird, so lange nicht ändert, bis sich im Abgas der erste vorgeb bare Wert der CO-Konzentration (CO/1) einstellt, die Schrittweite der Luftverringerung wird für den Brenner, der die Erhöhung der CO-Konzentration verursacht hat, bei der darauf folgenden Verringerung der dem Brenner zugeführten Luftmenge in einem vorgebbaren Verhältnis verkleinert.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erfolglosen Vergrößerung der einem einzelnen Brenner zugeführten Luftmenge, allen Brennern gleichzeitig eine ver größerte Luftmenge zugeführt wird.

3. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines zweiten vorgebbaren Wertes der O₂-Konzentration (O₂/2), der so gewählt ist, daß der zugehörige λ-Wert (λ₄) kleiner ist als der dem ersten vorgebbaren Wert der CO-Konzen tration (CO/1) zugehörige λ-Wert (λ₂), für alle Brenner eine gleichzeitige Vergrößerung der zugeführten Luftmenge erfolgt.

4. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß oberhalb eines zweiten vorgebbaren Wertes der CO-Konzentration (CO/2) des Abgases, der größer als der erste vorgebbare Wert der CO-Konzentration (CO/1) ist, allen Brennern eine Luftmenge zugeführt wird, die so bemessen ist, daß sie auch unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen für alle Brenner eine Verbrennung mit Luftüberschuß sicherstellt.

5. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag, um den die den Brennern zugeführte Luftmenge verringert wird, derart in Zusammenhang mit dem O₂-Gehalt des Abgases steht, daß sich bei sinkendem O₂-Gehalt eine kleinere Schrittweite (Δ λ) einstellt.

6. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag, um den die den Brennern zugeführte Luftmenge verringert wird, einen vorgebbaren Mindest wert (Δ λ _min) nicht unterschreitet.