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Anordnung zur Überwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage Das
Patent 812 336 hat ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer. Feuerungsanlage
zum Gegenstand, wonach die Regelung wenigstens eines der an der Verbrennung beteiligten
Medien (Brennstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Luftüberschuß durchgeführt wird.
Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, daß der als Leitgröße dienende
Luftüberschuß n durch Messung der Nutzwärme EZ und der Rauchgasmenge G, in Nm3 je
Sekunde sowie der Temperatur der Abgase tg nach der Beziehung
ermittelt wird; hierin bezeichnet k1 den Anteil der Abgaswärme El und der Nutzwärme
E2 an der in Wärme umgesetzten Brennstoffenergie, k2 einen Faktor, der dem Quotienten
aus dem unteren Heizwert
des Brennstoffs Hu und der zur Verbrennung
benötigten spezifischen Luftmenge entspricht,
wobei tga die mittlere Rauchgastemperatur (eine konstante Bezugstemperatur der Rauchgase;
sie wird für jeden Kessel besonders bestimmt, und zwar. bei einer mittleren Belastung
des Kessels in Verbindung mit der Eichung der Rauchgasmeßdüse), tl die Lufttemperatur,
Cpm die mittlere spezifische Wärme der Rauchgase zwischen o° und tg in kcal/Nm3
Rauchgas, [(i -f- k3 (tg - tga)] den Einfluß von Änderungen der Rauchgastemperatur
tg auf die Rauchgasmenge G, und das Temperaturglied (tgo - tl)
- Cpm und schließlich V, und L, die spezifischen Volumen von Rauchgas und
Luft für den Luftüberschuß n = i bedeuten.
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Zur Vereinfachung wurde mit dem Hauptpatent in Verbindung mit Dampfkesselfeuerungen
vorgeschlagen, -daß zur Messung der Nutzwärme E2 die Dampferzeugungswärme durch
Messung der Dampfmenge mit Hilfe eines Differenzdruckmessers ohne Temperaturberichtigung
unter Zugrundelegung einer konstanten mittleren Dampftemperatur berücksichtigt wird.
Zum Gegenstand des Hauptpatents gehört des weiteren eine Anordnung für die Durchführung
des vorgenannten Verfahrens, bei welcher zur Vereinfachung der Messungen eine konstante
mittlere Rauchgastemperatur unterstellt wird und welche einerseits selbständige
Meßeinrichtungen für die Rauchgasmenge G, und die Nutzwärme EZ umfaßt und andererseits
eine Hilfseinrichtung in Form eines graphischen Schaubildes enthält, welches mittels
eines Koordinatensystems die Beziehung zwischen Rauchgasmenge G, und Nutzwärme E2
veranschaulicht und eine durch den Nullpunkt des Koordinatensystems gehende Schar
von Linien aufweist, die jeweils die Punkte gleichen Luftüberschusses bzw. gleichen
CO.- oder OZ Gehaltes angeben. Nach einer speziellen Ausführung der Hilfseinrichtung
kann diese Linienschar durch einen schwenkbaren Meßfaden und eine außerhalb des
Schaubildes liegende Skala, welche die Werte für den Luftüberschuß bzw. den C02
oder 02 Gehalt angibt, ersetzt sein. Es empfiehlt sich, in das Schaubild eine Kennlinie
einzutragen, welche die Sollwerte für -Rauchgasmenge G, und Nutzwärme E2 bei dem
jeweils .optimalen Wert des Luftüberschusses bzw. des C 02 oder 02 Gehaltes angibt.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Anordnung des Gegenstandes
des Hauptpatents mit Hilfseinrichtung auf den Fall einer Mischfeuerung umzustellen,
welche mit Brennstoffen unterschiedlicher Art und gegebenenfalls sehr verschiedenem
Heizwert betrieben wird. Die Ausführung der Anordnung, gemäß der Erfindung besteht
zu diesem Zweck darin, daß außer selbständigen Meßeinrichtungen für die Rauchgasmenge
G, und die Nutzwärme E2 eine selbständige Meßeinrichtung für die zugeführte Menge
Q des Zusatzbrennstoffs vorgesehen ist und daß das als Hilfseinrichtung dienende
graphische Schaubild zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Rauchgasmenge
G, und Nutzwärme EZ und für die Angabe des Luftüberschusses bzw. des C OZ oder OZ
Gehaltes für jeden Brennstoff eine durch den Nullpunkt des Koordinatensystems gehende
Schar von Linien enthält, die jeweils die Punkte gleichen Luftüberschusses bzw.
gleichen CO,- oder OZ Gehaltes angeben und außerdem ein Koordinatensystem
für die graphische Ermittlung des Leistungs- oder Energieanteils des Zusatzbrennstoffs
als Quotient der Größen Q und E2 aufweist. Diese Anordnung läßt sich änalog dem
Gegenstand des Hauptpatents dadurch vereinfachen und-für die Handhabung erleichtern,
daß die beiden Linienscharen durch einen schwenkbaren Meßfaden und zwei außerhalb
des Schaubildes liegende Skalen, von welchen jede einer Brennstoffart zugeordnet
ist und welche die Werte für den Luftüberschuß bzw. den C 02 oder OZ-Gehalt angeben,
ersetzt sind. Dabei empfiehlt es sich, die beiden Skalen im Abstand voneinander
zu halten und an: den Punkten gleicher Werte für Luftüberschuß bzw. CO,-
oder OZ Gehalt geradlinig zu verbinden und außerdem den Zwischenraum zwischen den
Skalen durch in der Skalenrichtung verlaufende Linien zu unterteilen, welche dem
unterschiedlichen Energieanteil des Zusatzbrennstoffs entsprechen und deren Schnittpunkte
mit den Verbindungsgeraden eine unmittelbare Ablesung des jeweiligen Wertes für
Luftüberschuß bzw. CO,- oder OZ-Gehalt ermöglichen.
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Ebenfalls analog dem Gegenstand des Hauptpatents ist es zweckmäßig,.
in dem Schaubild für jeden Brennstoff eine Kennlinie einzutragen, welche die Sollwerte
für G, und EZ bei dem jeweiligen optimalen Wert des Luftüberschusses bzw. C 02 oder
OZ Gehaltes angibt. Zur leichteren und rascheren Auswertung der Meßergebnisse empfiehlt
es sich dabei, die von den beiden Kennlinien eingeschlossene Fläche durch Nebenlinien
zu unterteilen, welche i:nterschiedlichen Energieanteilen des Zusatzbrennstoffs
entsprechen und die optimalen Werte für verschiedene Brennstoffznischverhältnisse
angeben.
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Die weiter oben angegebene Beziehung für n erfährt durch die Unterstellung
konstanter Rauchgastemperatur eine Vereinfachung dadurch, daß die Größe i -f- k3
- (tg - tgo) den Wert i annimmt und daher in der Gleichung für n wegfallen kann.
Eine weitere Vereinfachung ergibt sich daraus, daß auch der Wert (tgo
- t1) - Cpm als konstant unterstellt werden kann und demgemäß keine
besondere Meßeinrichtung erfordert. Demgemäß -kann sich die Messung entsprechend
dem Hauptpatent auf die Ermittlung der Rauchgasrnenge Ga. und der Nutzwärme E2 beschränken,
solange nur ein Brennstoff zur Verfeuerung kommt. Bei einer Mischfeuerung aber bestehen
diese einfachen Verhältnisse nicht mehr. Es ist deshalb eine zusätzliche Messung
erforderlich, um die zugeführte Menge des Zusatzbrennstoffs zu ermitteln, um daraus
den auf den Zusatzbrennstoff entfallenden Energieanteil festzustellen. Die Auswertung
der Meßergebnisse soll an Hand der in der Zeichnung
veranschaulichten
Ausführungsform der graphischen Hilfseimichtung näher erläutert werden: Das in der
Zeichnung dargestellte Haupt-Koordinatensystem ist für die Darstellung der Beziehung
zwischen der Rauchgasmenge G, und Dampfmenge bzw. Nutzwärme E2 bestimmt. Die Rauchgasmenge
wird auf der Ordinate und die Dampfmenge auf der Abszisse abgegriffen. Es ist eine
Höchstleistung von 25 t Dampf je Stunde angenommen. Die Feuerung soll wahlweise
oder zugleich mit Gichtgas, dessen Heizwert etwa =03o kcal/Nm3 beträgt, und Staubkohle
mit einem Heizwert von 6ooo bis 7ooo kcal/kg betrieben werden. Bei reiner Gichtgasfeuerung
ergibt sich wegen der schlechten Brennstoffqualität eine erheblich größere Rauchgasmenge
als im Falle reiner Kohlenfeuerung.
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Die Kennlinie a gibt die Sollwerte für die Rauchgasmenge und die entsprechende
Nutzwärme bei dem jeweils optimalen Wert des Luftüberschusses bei reiner Staubfeuerung
an. Der Kurvenverlauf ist dadurch bedingt, daß man bei Dampfkesselfeuerung bei geringer
Belastung mit größerem Luftüberschnß fahren muß als bei höherer Belastung. Die Kurve
b enthält die entsprechenden Sollwerte für den Fall reiner Gichtgasfeuerung. Die
zwischen den beiden Kennlinien a und b liegenden Nebenlinien entsprechen
-den unterschiedlichen Energieanteilen des Zusatzbrennstoffs. Es ist angenommen,
daß diese Energieanteile 20, 40, 6o und 8o°/, betragen. Die Ermittlung der Nebenlinien
erfolgt im Wege gleichmäßiger Unterteilung der Ordinatenabschnitte. Da für jeden
Brennstoff andere Brennstoffkonstänten k2 und k4 gelten und darüber hinaus die Rauschgasmenge
bei gleichem Luftüberschuß und gleicher Kesselleistung völlig verschieden ist, so
müssen für die Ablesung des Luftüberschusses zwei verschiedene Skalen vorgesehen
sein.
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Für das Gichtgas gilt die Skala c und für den Staubkohlenbetrieb die
Skala d. Die Skalen c und d sind im Abstand voneinander gehalten und
an den Punkten gleicher Werte für den Luftüberschuß geradlinig miteinander verbunden.
Für die Luftüberschußermittlung ergibt sich damit ein-besonderes Schaubild, dessen
Fläche ebenso wie die Fläche zwischen den beiden Kennlinien a und
b entsprechend dem Anteil des Gichtgases an der Gesamtenergie unterteilt
werden kann, und zwar durch Linien, die in Richtung der beiden Skalen c und d verlaufen.
Die Unterteilungslinien und die Verbindungsgeraden für gleiche Luftüberschußwerte
liefern zahlreiche Schnittpunkte, welche eine unmittelbare Ablesung des jeweiligen
Wertes für den Luftüberschuß ermöglichen. Das Koordinatensystem für den Luftüberschuß
ist dem Haupt-Koordinatensystem der Hilfseinrichtung' in einer ganz bestimmten Weise
zugeordnet, und zwar derart, daß ein durch den Nullpunkt des Haupt-Koordinatensystems
verlaufender verschwenkbarer Meßfaden e an seinen Schnittpunkten mit den Skalen
c und d und den dazwischenliegenden Teilungslinien jeweils den Luftüberschuß bezeichnet,
welcher den durch die Schnittpunkte des Meßfadens mit den Kennlinien a und
b angegebenen Sollwerten für Dampfmenge und Rauchgasmenge entspricht. Bei
reiner Gichtgasfeuerung sind lediglich die Kennlinie b und die Skala c zu berücksichtigen,
bei reiner Staubfeuerung die Kennlinie a und die Skala d.
Bei Mischfeuerung
dagegen sind die zwischen den Kennlinien a und b liegenden Nebenlinien
und die zwischen den Skalen c und d liegenden Unterteilungslinien maßgebend, wobei
es erforderlich ist, die dem jeweiligen Gichtgasenergieanteil zugehörige Nebenlinie
und Unterteilungslinie für die Ablesung zu verwenden. Es ist daher erforderlich,
den jeweiligen Anteil des Gichtgases an der Gesamtenergie zu ermitteln, was erfindungsgemäß
durch die graphische Ermittlung des Quotienten aus der zugeführten Menge Q des Zusatzbrennstoffs
und der Nutzwärme E2 geschieht. Bei einer Nutzleistung von 25 t DamPfbrennstoff
und einer Dampferzeugungswärme von 65o kcal/kg ergibt sich die Nutzwärme mit
Die zugeführte Gesamtbrennstoffenergie ergibt sich bei einem Kesselwirkungsgrad
y aus:
Wird diese Wärme ganz, d. h. zu ioo°/a von der Gichtgasenergie aufgebraucht, so
ist:
wobei Hu den unteren Heizwert des Gichtgases bezeichnet. Hieraus ergibt sich
die gesuchte Gichtgasmenge Q für den Skalenendwert der Dampfmenge bei ioo°/o Gichtgasenergie
zu:
Trägt man, ausgehend von diesem Punkt, auf der dem Skalenendwert entsprechenden
Ordinate eine gleichmäßige Teilung von o bis ioo°/o bis zum Nullpunkt dieser Ordinate
auf, so ist diese Teilung bestimmend für den Gichtgasenergieanteil bei jeder Kesselbelastung
und jeder Rauchgasmenge. Der Gichtgasenergieanteil ist der Quotient zwischen der
gemessenen Gichtgasmenge in Nrn3/h und der als Dämpfmenge gemessenen Nutzwärme E2.
Wenn die Gichtgasmenge bei einer Dampfmenge von i-7,5 t/h z. B. =i 5oo Nm3/h beträgt,
so legt man den durch den Nullpunkt gehenden verschwenkbaren Meßfaden f auf dem
Schnittpunkt dieser Meßwerte und kann nunmehr an der Skala g für den Gichtgasenergieanteil
den Wert 76°/o ablesen. Dieser Wert von 76°/a ist demgemäß maßgebend für die Auswahl
der Nebenlinie zwischen den Kennlinien a, b und der Unterteilungslinie zwischen
den Skalen c und d. Es ergeben sich dabei die Punkte h und i für die
Sollwerte der Rauchgasmenge bzw. des Luftüberschusses, 'so daß aus dem tatsächlichen
Meßwert der Rauchgasmenge ermittelt werden kann, ob die Feuerung in optimaler Weise
arbeitet. Die dargestellte Hilfseinrichtung enthält ein zusätzliches CO,-Diagramm,
welches unterhalb des Luftüberschußdiagramms liegt und in analoger Weise unterteilt
ist, so daß die dem
Luftüberschuß entsprechenden COZ Werte sofort
abgelesen werden können. An Stelle des C 02 Diagramms oder in Ergänzung desselben
könnte auch ein OZ Diagramm vorgesehen sein.
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Die Hilfseinrichtung enthält in dem oberen Ordinatenbereich des Hauptdiagramms
Kennlinien k und L,
welche die Sollwerte für den Kesselwirkungsgrad
bei reiner Steinkohlenfeuerung und reiner Gichtgasfeuerung angeben. Die zwischen
- den Kennlinien k und l liegende Fläche kann ebenso wie die zwischen den Kennlinien
a, b liegende Fläche unterteilt werden, um damit die Sollwerte des Wirkungsgrades
für die verschiedenen Energieanteile des Gichtgases festzulegen. Auf diese Weise
ist die Wirkungsgradkontrolle in der gleichen Weise ermöglicht wie im Falle des
Gegenstandes des Hauptpatents.