DE945535C - Anordnung zur UEberwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage - Google Patents

Anordnung zur UEberwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage

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DE945535C
DE945535C DEG9850A DEG0009850A DE945535C DE 945535 C DE945535 C DE 945535C DE G9850 A DEG9850 A DE G9850A DE G0009850 A DEG0009850 A DE G0009850A DE 945535 C DE945535 C DE 945535C
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fuel
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DEG9850A
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Wilhelm E Germer
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WILHELM E GERMER
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WILHELM E GERMER
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2221/00Pretreatment or prehandling
    • F23N2221/10Analysing fuel properties, e.g. density, calorific

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Überwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage mit Regelung wenigstens eines der an der Verbrennung beteiligten Medien (Brennstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Luftüberschuß nach Patent 812 336 bei 'einer Mischfeuerung mit zwei unterschiedlichen Brennstoffen unter Annahme einer konstanten mittleren Rauchgastemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß außer selbständigen Meßeinrichtungen für die Rauchgasmenge Ga und Nutzwärme EZ eine selbständige Meßeinrichtung - für die zugeführte Menge Q des Zusatzbrennstoffs vorgesehen ist und daß das als Hilfseinrichtung -dienende Schaubild zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Rauchgasmenge G, und Nutzwärme E2 und für die Angabe des Luftüberschusses bzw. des CO.-oder 02-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 02-Gehaltes angeben, und außerdem ein Koordinatensystem für die graphische Ermittlung des Leistungs- oder Energieanteils. des Zusatzbrennstoffs als Quotient der Größen Q und E2 aufweist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linienscharen durch einen schwenkbaren Meßfaden und zwei außerhalb des Schaubildes liegende Skalen, vor< welchen jede einer Brennstoffart zugeordnet ist und welche die Werte für den Luftüberschuß bzw. den C02- oder 02 Gehalt angeben, ersetzt sind. -
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Skalen im Abstand voneinander gehalten und an den Punkten gleicher Werte für Luftüberschuß bzw. C02 oder 02-Gehalt geradlinig verbunden sind und daß der Zwischenraum zwischen den Skalen durch in der Skalenrichtung verlaufende Linien unterteilt ist, welche dem unterschiedlichen Energieanteil des Zusatzbrennstoffs entsprechen und deren Schnittpunkt mit den Verbindungsgeraden eine unmittelbare Ablesung des jeweiligen Wertes für Luftüberschuß bzw. CO,- oder 02 Gehalt ermöglicht.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch i; 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaubild für jeden Brennstoff eine Kennlinie aufweist, welche die Sollwerte für die Rauchgasmenge G, und die Nutzwärme EZ bei dem jeweils optimalen Wert des Luftüberschusses bzw. des C02- oder 02-Gehaltes angibt. .
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Kennlinien eingeschlossene Fläche durch Nebenlinien unterteilt ist, welche unterschiedlichen Energieanteilen des Zusatzbrennstoffs entsprechen und die optimalen Werte für verschiedene Brennstoffrnischverhältnisse angeben.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5 in Verbindung mit Anlagen, die eine Wirkungsgradanzeige mit den Quotienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaubild für jeden Brennstoff =Darstellung der Beziehung zwischen Wirkungsgrad ,u und Nutzwärme Bz eine Kennlinie aufweist, welche die optimalen Sollwerte von ,u bei den verschiedenen Werten von E2 angibt.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6; dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Kennlinien der ,cc-Sollwerte eingeschlossene Fläche durch Nebenlinien unterteilt ist, welche unterschiedlichen Energieanteilen des Zusatzbrennstoffs entsprechen und .die optimalen Werte für verschiedene Brennstoffmischverhältnisse angeben.
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