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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Zufuhr mehrerer verschiedenwertiger
Brennstoffe und der Verbrennungsluft zu Feuerungen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Zufuhr mehrerer verschiedenwertiger
Brennstoffe und der Verbrennungsluft zu Feuerungen mit Hilfe mehrerer je einem der
Brennstoffströme- zugeordneter Hilfsströme.
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Von diesen wird ein den Änderungen der Hilfsstromsümme 1Vleßwert-
abge= leitet, der zur Herstellung von Verhältnis= Bleichheit zwischen der Hil-fsstromsumme
und dem Verbrennungsluftstrom dient. ' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
bei einer solchen Regelung für Gleichhaltung der der Feuerung insgesamt zugeführten
Wärmemenge zu sorgen, und sie geht davon. aus; daß die meisten gasförmigen Brennstoffe
zur Erzeugung ein und derselben Wärmemenge auch die gleiche Verbrennungsluftmenge
unabhängig vorn Heizwert des Gases benötigen, so daß ein Gleichhalten der Verbrennungsluftmenge
in vielen Fällen praktisch gleichbedeutend mit einer Gleichhaltung der der Feuerung
insgesamt zugeführten Wärmemenge ist.
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Demgemäß soll nach der Erfindung die der Feuerung in der Zeiteinheit
zugeführte Wärmemenge durch Gleichhalten der Hilfs-Stromsumme .auf gleichbleibenden'
Wert geregelt
werden; denn durch Gleichhalten der Hilfsstromsumme
wird einem Schwanken der Verbrennungsluftmenge vorgebeugt.
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Je nach der Art, wie die Brennstoffströme und die Hilfsströme einander
zugeordnet werden,bestehen verschiedene Möglichkeiten zum Gleichhalten der Hilfsstromsumme.
Handelt es sich um eine Regelanlage, bei der die Hilfsströme den Brennstoffströmen
mengenmäßig nachgesteuert werden, so kann der Erfindung gemäß die Summe der Hilfsströme
durch Änderung mindestens des einen Stromes der Brennstoffströme gleichgehalten
werden. Mit der Änderung des einen Brennstoffstromes wird nämlich zwangsläufig der
zugehörige Hilfsstrom nachgesteuert und damit auch zum Ausgleich etwaiger Schwankungen
der Hilfsstromsumme beeinflußt.
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Dabei ist es zweckmäßig, den einen der beiden Brennstoffströme im
Sinne einer Gleichhaltung des Verhältnisses zwischen Verbrennungsluftstrom und Hilfsstromsumme
zu regeln.
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Der Grundgedanke der Erfindung (Gleichhaltung der Hilfsstromsumme)
kann auch in den Fällen angewendet werden, in denen gleichzeitig flüssige und gasförmige
Brennstoffe oder feste Brennstoffe zusammen mit gasförmigen oder flüssigen verheizt
werden, jedenfalls insoweit, als auch für feste und flüssige Brennstoffe wenigstens
in erster Annäherung die Regel gilt, daß zur Erzeugung gleicher `'Wärmemengen annähernd
gleiche Verbrennungsluftmengen notwendig sind. Soweit z. B. flüssige Brennstoffe
von dieser Regel abweichen, kann die Regelung gemäß der Erfindung dahingehend weiter
ausgebaut werden, daß die Brennstoffmenge und auch die Verbrennungsluftmenge zusätzlich
nach Maßgabe der Abweichung von der Regel berichtigt wird. Auf diese Weise kann
übrigens auch bei etwa nur vorhandenen kleinen Abweichungen von der Regel die Regelgenauigkeit
gesteigert werden. Zu diesem Zweck wird neben einem die eine Brennstoffleitung beherrschenden
Regler ein Hilfsregler vorgesehen, der die Sollwerteinrichtung des Reglers in Abhängigkeit
von der Wärmemengenzufuhr durch mindestens eine Leitung der Brennstoffleitungen
selbsttätig verändert.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgedankens.
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Nach Abb. i werden einem (nicht dargestellten) Ofen gasförmige oder
flüssige Brennstoffe durch zwei Leitungen i und 2 in Richtung der Pfeile zugeführt.
Diesen beiden Leitungen sind zwei Hilfsleitungen i", 2a zugeordnet, die in der noch
zu beschreibenden Weise denBrennstoffströmen verhältnisgleich nachgesteuert werden.
Die Hilfsströme können von einem besonderen Druckerzeuger, etwa einem Gebläse o.
dgl., gespeist, aber auch -wie nach Abb. i vermittels einer V erbindungs-Leitung
3 an einen Ventilator 4. angeschlossen «-erden, der die zum Ofen führende Luftleitung
5 mit Druckluft speist.
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Für die beiden Brennstoffleitungen i und 2 ist je ein Einzelregler
A bzw. B vorgesehen. Der Einfachheit halber wird im folgenden nur derReglerA in
seinen wesentlichen Einzelheiten näher erörtert. Er besteht aus dem bekannten Strahlrohrkraftschalter
6, der mit einem Druckmittel, z. B. Druckluft, gespeist wird und von einer Differenzdruckmembran7
verschwenkt wird. Je nach dein Ausschlag des Strahlrohres werden zwei zum Servomotor
8 führende Leitungen 9, io verschieden stark mit dem Druckmittel beaufschlagt und
sinngemäß der Kolben des Servomotors verstellt. Dieser greift an einer in die Hilfsleitung
i, eingebauten Drosselklappe i i an. Auf die Differenzdruckmembran 7 wirkt ein in
bekannter Weise mittels eine Staurandes 12 der Leitung i entnommener Differenzdruck,
der eine Funktion der durch die Leitung i durchgesetzten Menge ist. Wächst diese,
so steigt der Druck auf der rechten Seite der Membran 7, das Strahlrohr 6 wird nach
links ausgeschwenkt, der Servokolben also nach rechts verschoben, d. h. die Drosselklappe
i i entsprechend der Zunahme in der Leitung i weiter geöffnet.
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Hinter der Drosselklappe i i ist in die Leitung i" ebenfalls ein Staurand
13 eingesetzt. Mit dem Druckabfall an diesem Staurand ist eine Membran 14 beaufschlagt,
die kraftschlüssig an einem Gegenhebel 15 anliegt, der sich etwa parallel zum Strahlrohr
erstreckt und kraftschlüssig in Anlage an dein bekannten Verhältnisschieber 16 gehalten
wird. Dieser kann in Längsrichtung des Rohres und des Hebels zwischen beiden verstellt
und dadurch das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Impulsen verändert werden.
Diese Verstellung hat für den hier vorliegenden Feuerungsregler folgende Sonderbedeutung:
Ein Gas mit gooo WE pro cbm braucht etwa die doppelte Verbrennungsluft wie ein Gas
mit nur 4500 WE Heizwert. Wenn z. B. das durch die Leitung i dem Ofen zugeführte
Gas den doppelten Heizwert wie das durch die Leitung :2 strömende Gas hat, so sind
die Verhältnisschieber 16 der beiden Einzelregler fl, B so einzustellen, daß durch
die Hilfsleitung i" die doppelte Menge wie durch die Hilfsleitung 2" strömt (bei
gleichen GasmengeCin den Leitungen i und 2). Es sind also die beiden Regler
A, B so einzustellen, daß die Hilfsstrommenge verhältnisgleich dein Produkt
aus Brennstoffmenge und Heizwert wird.
Die beiden Hilfsleitungen
i" und 2" münden in eine Leitung 17. Diese dient zum Ableiten eines Summenimpulses
und ist mit einem Staurand 18 versehen, durch dessen Drosselquerschnitt die Summe
der Hilfsströme hindurchtritt, um alsdann bei ig ins Freie zu gelangen. Der dem
Staurand 18 abgenommene Differenzdruck steuert sowohl einen Regler C als auch einen
Einzelregler D. Beide Regler sind wieder mit Strahlrohrkraftschaltern ausgerüstet.
Der Regler C arbeitet über einen Servomotor 2o auf eine in die Brennstoffleitung
2 eingesetzte Drosselklappe 2 i, während der Regler D vermittels eines Servomotors
22 eine Drosselklappe 23 in der Luftleitung 5 steuert.
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Zur Änderung des Sollwertes beim Regler C dient in bekannter Weise
eine mittels einer Schraube 2.a. einstellbare Feder 25, während der Regler D als
Verhältnisregler eine zweite Membran für einen der Luftleitung 5 mittels eines Staurandes
26 entnommenen Druckabfall aufweist.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß dem Ofen
durch die Leitung i ein Naturgas zugeführt werde, das den doppelten Heizwert wie
das durch die Leitung :# strömende Koksofengas hat. Mit diesen beiden Gasen soll
der Ofen so beschickt werden, daß er mit einer konstanten Wärmemenge beheizt wird.
' Es sei weiter angenommen, daß insbesondere das durch die Leitung i strömende Naturgas
stärkeren Schwankungen unterworfen ist. Der Verhältnisschieber 16 des Einzelreglers
A ist so einzustellen, daß durch die Hilfsleitung i" pro Einheit des Naturgases
zwei Einheiten eingesteuert werden, während der Einzelregler B so einzustellen ist,
daß er pro Einheit des Koksofengases nur eine Einheit des Hilfsstromes nachsteuert,
da das Koksofengas nur etwa die halbe Verbrennungsluftmenge wie das Naturgas wegen
des kleineren Heizwertes benötigt.
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Wenn die Naturgasmenge in der Leitung i wächst, so gibt der Regler
A in der beschriebenen Weise einen entsprechend größeren Durchfluß durch die Hilfsleistung
r" frei, so daß auch die Summe der Hilfsströme, d. h. der Differenzdruck am Staurand
18, wächst. Die Zunahme dieses Differenzdruckes hat einen Ausschlag des Strahlrohres
im Falle des Reglers C nach rechts (gegen die Feder 25), d. h. ein Verschwenken
der Drosselklappe zi in' der Koksgasleitung 2 im Sinne einer Schließbewegung, zur
Folge. Eine Zunahme des Naturgases in der Leitung i verursacht also eine entsprechende
Abnahme der Koksgasmenge. Mit der Verminderung der Koksgasmenge wird auch der zugehörige
Hilfsstrom in der Leitung 2a mit Hilfe des Einzelreglers B so lange vermindert,
bis der Gesamthilfsstrom und demzufolge der Differenzdruck am Staurand 18 so weit
abfällt, daß das Strahlrohr des Reglers C in seine Mittel-oder Neutralstellung zurückkehrt.
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Die Einstellung der Feder 25 ist also ein Maß für die dem Ofen zuzuführende
und konstant zu haltende Wärmemenge.
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Der Einzelregler D ändert stets die durch die Leitung 5 zugeführte
Verbrennungsluftmenge in Übereinstimmung mit der Summe der Hilfsströme oder, mit
anderen Worten, in Übereinstimmung mit der dem Ofen insgesamt zugeführten Wärme.
Sobald die Feder 25 des Reglers C auf eine andere Gesamtwärmemenge eingestellt wird,
ändert der Regler D selbsttätig in dem gleichen Sinne die Verbrennungsluftmenge.
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Selbstverständlich kann der Staurand 18 zur Entnahme des Summenimpulses
ebenso gut in die Leitung 3 eingebaut werden, da auch durch diese die Summe der
beiden Einzelhilfsströme fließt.
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Die Ausführung nach Abb.2 weicht insofern von derjenigen nach Abb.
i ab, als nach dieser der Impuls für den Regler C an dem Staurand i8 in derLeitung
i7 abgeleitet wird, während nach Abb. 2 der Regler C- seinen Impuls von dem Staurand
26 in der die Verbrennungsluft führenden Leitung 5 erhält. Der Regler D ist als
Verhältnisregler mit zwei gegeneinandergeschalteten Impulsen beaufschlagt, einmal
dem Sumtnimpuls 18 und dem Verbrennungsluftimpuls 26.
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Wenn die Gasmengen in den Leitungen i und/oder 2 wachsen, so werden
vermittels der Regler A und B in der oben geschilderten Weise die Hilfströme ia
und 2a verhältnisgleich nachgesteuert. Infolgedessen nimmt auch entsprechend die
durch den Staurand 18 der Leitung 17 fließende Hilfsstromgesamtmenge zu, so daß
der Druckabfall am Staurand 18 wächst und das Strahlrohr des Reglers D nach links
verschwenkt. Demzufolge wird der Druck auf der rechten Seite des Servomotors 22
erhöht und die Klappe 23 in der die Verbrennungsluft führenden Leitung 5 weitergeöffnet.
Demgemäß wird auch die Verbrennungsluftmenge in Übereinstimmung mit der gesteigerten
Gesamtmenge (durch i und 2) erhöht. Dies hat wiederum eine Steigerung des Druckabfalles
am Staurand 26 im Gefolge, so daß der Steuerdruck auf das Strahlrohr des Reglers
C wächst und dieses Strahlrohr nach rechts ausschwenkt und damit denDruck auf der
linken Seite des Servomotors 2o erhöht sowie schließlich die Klappe 21 in der Gasleitung
2 weiterschließt, d. h. den Durchfluß durch die Leitung 2 stärker drosselt, und
zwar so lange, bis die vorgegebene Wärmemenge oder, was dasselbe ist,
die.
vorgegebene Gesamthilfsstrommenge wieder erreicht wird. Der Regler D sorgt auch
hier stets für Verhältnisgleichheit zwischen der Gesamthilfsstrommenge und der Verbrennungsluftinenge.
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Die Ausführung nach Abb.3 eignet sich besonders für solche Regelanlagen,
die mit großer Genauigkeit die Gesamtwärmemenge konstant halten und mit gasförmigen
und flüssigen oder festen Brennstoffen arbeiten sollen. In der grundsätzlichen Anordnung
stimmt dieseAusführung mit derjenigen nach Abb. i überein. Die beiden Einzelregler
C und D erhalten also ihre Steuerimpulse aus der Summenleitung 17. In Abweichung
von Abb. i wird hier der Verhältnisschieber 27 des Reglers C selbsttätig zur Berichtigung
in Abhängigkeit von der Zufuhr durch die gesteuerte Leitung :2 verstellt. Zu diesem
Zweck wird der Schieber 27 mittels einer Feder an einer Steuerkurve 28 kraftschlüssig
in Anlage gehalten. Diese Kurve wird von einem Servomotor 29 verstellt, dessen Strahlrohr
(Einzelregler E) von einer Membran nach Maßgabe des Druckabfalles am Staurand i2a
in der Leitung.2 gesteuert wird. Der Servomotor greift an einem Rückführhebel3i
an, der in bekannter Weise das Strahlrohr vermittels einerFeder rückführt. ZwischenRückführhebel
und Membran ist ein Verhältnisschieber 32 geschaltet.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß durch die
Leitung i der Ofen mit Naturgas und durch die Leitung 2 mit irgendeinem Heizöl beschickt
wird.
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Wenn die Naturgasmenge und damit die durch diese dein Ofen zugeführte
Wärmemengewächst, so wird, um dieGesamtwärmezufuhr konstant zu halten, das Heizöl
in der Leitung :2 in der zu den Abb. i und 2 erläuterten Weise so gedrosselt, daß
die Summe der Hilfsströme und die Verbrennungsluftmenge konstant bleiben. Trotz
dieser Konstanzreglung ist es möglich, daß die dem Ofen zugeführteGesamtwärmemenge
absinkt. Hier tritt nun der Einzelregler E in Tätigkeit. Die durch Drosseln der
Leitung 2 verminderte Ölmenge hat ein Absinken des Druckabfalles am Staurand 1211
und damit ein Ausschlagen des Strahlrohres 30 nach rechts zur Folge. Der
Servomotor -29 schiebt also die Steuerkurve 28 nach links und den Verhältnisschieber
27 abwärts. Infolgedessen überwiegt der Einfluß der Feder 25 des Reglers C und verschwenkt
das Strahlrohr dieses Reglers nach links. Das bedeutet ein Weiteröffnen der Drosselklappe
21 der Leitung 2, also eine Steigerung der Ölzufuhr, die identisch ist mit einer
Steigerung der Wärmezufuhr. Außerdem wird als Folge der Vergrößerung der Ölmenge
2 die Hilfsstromgesamtmenge 17, 18 und dadurch wiederum die Verbrennungsluftmenge
etatsprechend selbsttätig vergrößert.