EP0030736A2 - Regelvorrichtung für die Verbrennungsluftmenge einer Feuerstätte - Google Patents

Regelvorrichtung für die Verbrennungsluftmenge einer Feuerstätte Download PDF

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EP0030736A2
EP0030736A2 EP80107932A EP80107932A EP0030736A2 EP 0030736 A2 EP0030736 A2 EP 0030736A2 EP 80107932 A EP80107932 A EP 80107932A EP 80107932 A EP80107932 A EP 80107932A EP 0030736 A2 EP0030736 A2 EP 0030736A2
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combustion air
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combustion
burner
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Gustav Dipl.-Ing. Kaessmann
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Servo-Instrument In Deutschland Alleinvertrieb Der Beab-Regulatoren & Co KG GmbH
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Servo-Instrument In Deutschland Alleinvertrieb Der Beab-Regulatoren & Co KG GmbH
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    • F23N2235/10—Air or combustion gas valves or dampers power assisted, e.g. using electric motors

Definitions

  • the invention relates to a control device for the amount of combustion air in a fireplace with at least one device for changing the amount of combustion air and with an exhaust gas-side sensor whose measurement signal is supplied to the device or devices having a control unit or devices for changing the amount of combustion air.
  • the invention proposes that the control unit assigned to the device or devices for changing the amount of combustion air has a memory for storing the position of the device or devices assigned to the respective burner load for influencing the amount of combustion air.
  • This makes it possible for the control unit to note or save the opening position, in particular the stroke position of the supply air motor, for the respective burner load and then, when the same burner load is restarted later, primarily the fine-tuned stroke position at a fast running speed before fine adjustment of the target exhaust gas values the respective device for influencing the amount of combustion air assigned to the actuating motor.
  • the control unit can be equipped with a microprocessor for this purpose.
  • the position of the device or devices for influencing the amount of combustion air that the storage unit provided in the control unit as is quickly approached - without waiting for the later measurable changes in the exhaust gas values has stored the value which the device for influencing the amount of combustion air has assumed for a burner load which corresponds to the burner load now approached. Only then does fine adjustment take place depending on the exhaust gas values.
  • the facility or facilities for influencing the b amount of combustion air are usually designed as flaps which can be actuated by a servomotor.
  • the residual oxygen value can be measured.
  • the corresponding change in the residual oxygen value is not only delayed, but also not linear; rather, the corresponding curve shows a strong tendency to break out and only slowly settles to the new constant value. If the flap position assigned to the new burner load were readjusted as a function of the residual oxygen value measured in the exhaust gas, this would not be practical, since inadmissible combustion values could occur until stabilization.
  • the readjustment of the device or devices for influencing the amount of combustion air in the event of a burner load change takes place directly and with a linear course to the flap control value stored in the memory, that is to say practically congruently with the change in the burner load.
  • the fine correction from the desired value is then carried out.
  • the storage device is designed to be regenerable, in that the storage device stores the new control value of the device or devices for influencing the amount of combustion air, which in the given situation influences the oxygen externally of the combustion -Should value for a given burner load.
  • This measure takes into account the fact that optimal combustion is not achieved with all external influences, for example climatic conditions, with the same flap positions of the device or devices for influencing the amount of combustion air, but that different positions lead to optimal results under different external conditions.
  • the memory therefore stores the flap control value that was last taken in at a certain burner load after the adjustment.
  • the memory has devices for storing the information as to whether the position assigned to the respective burner load was approached from a larger or smaller burner load. This information can also be stored in the microprocessor.
  • the exhaust gas-side sensor as a device for measuring the smoke density or soot density (for oil combustion) or as a device for measuring the CO value (for gas combustion) or as a sensor for optically detecting the flame temperature spectrum is trained.
  • This measure is based on the consideration that the setting of the oxygen values depends on the minimum supply air quantity at which the combustion just takes place without excessive soot formation (in oil combustion) or CO formation (in gas combustion), and that the soot value or
  • C O value represents the guide variable for the residual oxygen value, and that the flame temperature will decrease if the combustion air is too much or too little.
  • the direct control according to the soot values or CO values or flame temperature values thus offers the advantage of only having to specify a single setpoint for the control unit.
  • the combustion air quantity is regulated on the supply air side as a function of the oxygen content in the exhaust gas, it being necessary to provide the control unit with oxygen setpoints as a function of the burner load, since this is the possible and optimal one
  • the oxygen value is not the same for all burner loads.
  • Another advantage of the feature of the invention explained above is that mechanical changes to the burner or to the burner nozzle or soot deposits in the boiler, which have an influence on the optimum minimum oxygen values, are taken into account directly in the measurement.
  • the soot or CO setpoint or flame temperature setpoint set on the control unit can always be maintained, while an oxygen setpoint curve can be subject to possible changes and requires at least an annual check.
  • the device for measuring the smoke density or soot density is preferably designed as a photoelectric device.
  • the measurement of the oxygen value in the exhaust gas can also be carried out for monitoring purposes.
  • coordinated devices which can be influenced at the same time by the control unit, are provided for influencing the amount of combustion air on the supply and exhaust sides.
  • This measure is advantageous for the following reasons. If the supply air quantity is influenced as a function of the respective exhaust gas values, the disadvantage arises that with this regulation of the combustion air quantity, the combustion chamber pressure is negatively influenced by the purely supply air regulation, which limits the regulation or optimization of the combustion air quantity. In particular, the amount of combustion air must not be throttled as much as the combustion chamber pressure drops as the amount of combustion air increases and the mixing energy between the fuel and the combustion air is reduced so that optimal combustion no longer occurs and thus undesirable CO or soot development occurs.
  • the devices for influencing the amount of combustion air on the supply air and exhaust side are preferably designed as control flaps.
  • the regulation on the supply air side can be carried out by speed control of the fan.
  • a so-called zero position is assigned to both devices. This zero position is the fully open position in the device for influencing the amount of combustion air on the exhaust gas side. In the device for influencing the supply air side, the zero position can mean the fully extended or also the fully inserted position.
  • the total stroke of the supply-side device for influencing the amount of combustion air is limited by limit switches. Which of the two end positions is considered the zero position depends on which supply air volume supply is guaranteed for which combustion is flawless, but with unsatisfactory exhaust gas values.
  • the devices for influencing the amount of combustion air on the supply air and exhaust side assume the zero position or open starting position when the burner is switched off or a fault occurs. Starting from this zero position or open starting position, control is then carried out in the direction reducing the supply air quantity when the flame starts.
  • the Er Invention can be provided that the burner pre-ventilation and flame start each take the zero positions of both devices, that is, the supply-side and the exhaust-side device.
  • the regulation according to exhaust gas values is only activated after the start of combustion.
  • a safety circuit is provided to ensure harmless combustion even when the control is defective.
  • the device for influencing the amount of combustion air on the supply air side is moved back to the zero position or open starting position by means of a device which responds when the setpoint of soot, CO or oxygen falls below or is exceeded, and a time switch device for monitoring the retraction or Reaching the zero position or open starting position is provided, and the time switch device emits a signal that causes a fault or a shutdown of the burner when a predetermined time is exceeded.
  • This facility works in the following way. The exhaust gas values of the measuring point are compared at regular intervals by applying a certain oxygen concentration from a measuring gas bottle to the measuring point and re-calibrated.
  • the setpoint curve specification is assigned a certain width, and the measured soot, CO or oxygen value is compared with the specification values to determine whether the measured values lie within or outside the bandwidth assigned to the specification values. If this is exceeded or undershot Values, the supply air servomotor is moved directly to the zero position or open starting position. This can be done via an external power grid or mechanically. Reaching the zero position or open starting position is monitored by the time switch. If any defect - in particular on the servomotor of the supply air flap - prevents the servomotor from moving back to the zero position or open starting position, then after the specified time has elapsed, a signal indicating a malfunction and / or a shutdown of the burner will be given by the time switch device.
  • a boiler 1 has a fireplace 2, in which the flame 3 of a burner 4 burns, to which combustion air can be supplied by a fan 5.
  • a control flap 7 is arranged, which can be actuated via a servomotor 8 having a plurality of speed ranges, in such a way that the combustion air quantity can be regulated on the supply air side.
  • the control takes place via a control unit 9, which is connected via a line 10 to the Servomotor 8 is connected.
  • the servomotor 8 is also connected via a line 11 to a compound controller 12 which is connected via a line 13 to a servomotor 14 for a burner valve 15.
  • the servomotor 14 is also connected via a line 16 to a burner load sensor 17, which in turn is connected to the control unit 9 via a line 18.
  • a sensor for the optical detection of the flame temperature spectrum is provided, but not shown.
  • a switching arrangement 29 having transmission relays is connected to a control cabinet 30, in which the burner control is contained. The switching connection with the control cabinet 30 is used to provide information about the burner's operating phase and the safety shutdown.
  • a position potentiometer assigned to the exhaust flap 22 and serving as a measuring transducer is designated. Connecting lines bear the reference numbers 32 and 33.
  • a position potentiometer, which also serves as a measuring sensor and is assigned to the supply air flap 7, is designated by 34. This potentiometer 34 is connected to the control unit 9 via a line 35.
  • a measuring gas bottle 36 which contains a defined oxygen concentration, is connected to the measuring transducer 26 via a pipeline 37.
  • 38 and 39 denote lines between the control unit 9 and the transmission relay contained in the switching arrangement 29.
  • the influence of the burner control on the compound controller 12 is indicated schematically at 42.
  • Setpoint curves for the fuels gas or oil of a burner are given the reference numbers 43 and 44. These setpoint curves can be used to set the oxygen setpoint as a function of the fuel. nerlast be specified.
  • the oxygen value is plotted on the ordinate and the burner load value on the abscissa.
  • a pressure setpoint curve 45 is provided, by means of which the relationship between the pressure and the burner load can be predetermined.
  • 46 designates a regenerable memory for storing the position of the supply air flap and the flue gas flap 22 assigned to the respective burner load.
  • the respective flap positions are converted into electrical measurement signals by means of the position potentiometers 34 and 31 and fed to the memory 46.
  • a control center 49 which contains a microprocessor, is informed via lines 47 and 48 which fuel (oil or gas) the burner is being driven. This information is necessary in order to be able to call up the correct setpoint curve 43 or 44.
  • a line leading from the pressure transmitter 19 to the control unit 9 is designated by 50.
  • the pressure transmitter 19 is connected to the boiler 1 via a cannula 51.
  • the connecting lines bear the reference numbers 52, 53, 54, 55 and 56.

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Abstract

Bei einer Änderung der Brennerlast wird zunächst-ohne die erst später meßbaren Veränderungen in den Abgaswerten abzuwarten-diejenige Stellung der Einrichtung bzw. Einrichtungen (7, 22) zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge angefahren, die ein in der Regelvorrichtung vorgesehener, vorzugsweise regenerierbarer Speicher (46) als den Wert gespeichert hat, den die Einrichtung bzw. Einrichtungen (7, 22) bei einer Brennerlast eingenommen hatte bzw. hatten, die der nunmehr angefahrenen Brennerlast entspricht. Daran anschließend erfolgt eine Feinnachregelung in Abhängigkeit von den Abgaswerten. Einzelheiten der Einrichtungen (7, 22) sowie zugeordnete Meßwertaufnehmer, Einstelleinrichtungen sowie deren Verknüpfung werden beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für die Verbrennungsluftmenge einer Feuerstätte mit wenigstens einer Einrichtung zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge und mit einem abgasseitigen Meßwertaufnehmer, dessen Meßsignal der bzw. den eine Regeleinheit aufweisenden Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge zugeführt wird.
  • Es ist bekannt, eine Regelung der Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit der von dem abgasseitigen Meßwertaufnehmer gemessenen Abgaswerte vorzunehmen. Hierbei ist von Nachteil, daß nach einer Veränderung der Zuluftmenge die der geänderten Zuluftmenge entsprechenden Werte erst dann gemessen werden können, wenn sich die Veränderung der Zuluftzufuhr im Abgas bemerkbar macht, was einen Zeitraum von einigen Sekunden dauert. Dies ist insbesondere nachteilig im Hinblick auf die demgegenüber schnell auftretenden Brennerlaständerungen, welche sehr schnelle Veränderungen der Sauerstoffwerte und damit der Stellungskennlinie der Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge nach sich ziehen können.
  • Zur Behebung dieses Nachteils schlägt die Erfindung vor, daß die der Einrichtung bzw. den Einrichtungen zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge zugeordnete Regeleinheit einen Speicher zur Speicherung der der jeweiligen Brennerlast zugeordneten Stellung der Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge aufweist. Damit ist es möglich, daß die Regeleinheit die Auffahrstellung, insbesondere die Hubstellung des Zuluftmotors, bei der jeweiligen Brennerlast vermerkt bzw. speichert und dann bei einem späteren erneuten Anfahren der gleichen Brennerlast vorrangig vor einer Feinausregelung der Soll-Abgaswerte die vorgemerkte Hubstellung mit schneller Laufgeschwindigkeit des der jeweiligen Einrichtung zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge zugeordneten Stellmotors angesteuert wird. Die Regeleinheit kann zu diesem Zwecke mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein.
  • Erfindungsgemäß ist also zur Verbesserung der Brennerregelung vorgesehen, daß bei einer Brennerlaständerung zunächst schnell - ohne die erst später meßbaren Veränderungen in den Abgaswerten abzuwarten - diejenige Stellung der Einrichtung bzw. der Einrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge angefahren wird, die der in der Regeleinheit vorgesehene Speicher als den Wert gespeichert hat, den die Einrichtung zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge bei einer Brennerlast eingenommen hat, die der nunmehr angefahrenen Brennerlast entspricht. Erst daran anschließend erfolgt dann eine Feinnachregelung in Abhängigkeit von den Abgaswerten.
  • Die Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Beeinflussung der Ver- brennungsluftmenge sind üblicherweise als über einen Stellmotor betätigbare Klappen ausgebildet. Abgasseitig kann beispielsweise der Restsauerstoffwert gemessen werden. Bei einer Brennerlaständerung erfolgt die entsprechende Änderung des Restsauerstoffwertes nicht nur verzögert, sondern darüber hinaus auch nicht linear; die entsprechende Kurve zeigt vielmehr eine stark ausbrechende Tendenz und pendelt sich erst langsam auf den neuen konstanten Wert ein. Würde man die der neuen Brennerlast zugeordnete Klappenstellung in Abhängigkeit von dem im Abgas gemessenen Restsauerstoffwert nachregeln, wäre dies nicht praktikabel, da bis zur Stabilisierung unzulässige Verbrennungswerte auftreten könnten. Gemäß der Erfindung ist demgegenüber vorgesehen, daß die Nachregelung der Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge bei einer Brennerlaständerung zunächst direkt und mit linearem Verlauf auf den in dem Speicher gespeicherten Klappenstellwert erfolgt, also praktisch kongruent zur Veränderung der Brennerlast. Wenn sich der abgasseitig gemessene Meßwert, beispielsweise der Restsauerstoffwert, stabilisiert hat, erfolgt dann anschließend noch die Feinkorrektur aus dem erstrebten Sollwert.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Speicher regenerierbar ausgebildet ist, dahingehend, daß der Speicher jeweils den neuen Stellwert der Einrichtung bzw. der Einrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge speichert, der in der gegebenen Situation der externen Beeinflussung der Verbrennung dem Sauerstoff-Sollwert bei gegebener Brennerlast entspricht. Diese Maßnahme trägt dem Umstand Rechnung, daß eine optimale Verbrennung nicht bei allen externen Einflüssen, beispielsweise Klimabedingungen, bei den gleichen Klappenstellungen der Einrichtung bzw. Einrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge erreicht wird, sondern daß bei unterschiedlichen externen Bedingungen unterschiedliche Stellungen zu optimalen Ergebnissen führen. Der Speicher speichert also jeweils denjenigen Klappenstellwert, der jeweils das letzte Mal bei einer bestimmten Brennerlast nach der Einregulierung eingenommen wurde.
  • Aufgrund der starken Hysterese-Problematik der Brennerregelung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Speicher Einrichtungen zur Speicherung der Information aufweist, ob die der jeweiligen Brennerlast zugeordnete Stellung von einer größeren oder kleineren Brennerlast ausgehend angefahren wurde. Die Speicherung dieser Information kann ebenfalls in dem Mikroprozessor erfolgen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der abgasseitige Meßwertaufnehmer als Vorrichtung zur Messung der Rauchgasdichte bzw. Rußdichte (bei Ölverbrennung) bzw. als Vorrichtung zur Messung des CO-Wertes (bei Gasverbrennung) bzw. als Sensor zur optischen Erfassung des Flammentemperaturspektrums ausgebildet ist. Diese Maßnahme beruht auf der Überlegung, daß die Einstellung der Sauerstoffwerte von der Mindestzuluftmenge abhängig ist, bei der die Verbrennung gerade noch ohne zu große Rußbildung (bei Ölverbrennung) bzw. CO-Bildung (bei Gasverbrennung) abläuft, und daß der Rußwert bzw.
  • CO-Wert die Leitgröße für den Restsauerstoffwert darstellt, und daß die Flammentemperatur bei zuviel oder zuwenig Verbrennungsluft jeweils absinkt. Die direkte Regelung nach den Rußwerten bzw. CO-Werten bzw. Flammentemperaturwerten bietet somit den Vorteil, der Regeleinheit nur einen einzigen Sollwert vorgeben zu müssen. Nach dem Stande der Technik (z.B. DE-OS 24 61 565) erfolgt eine zuluftseitige Regelung der Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt im Abgas, wobei es erforderlich ist, der Regeleinheit Sauerstoff-Sollwerte in Abhängigkeit von der Brennerlast vorzugeben, da der mögliche und optimale Sauerstoffwert nicht für alle Brennerlasten gleich ist.
  • Ein weiterer Vorteil des vorstehend erläuterten Merkmals der Erfindung besteht darin, daß mechanische Veränderungen am Brenner bzw. an der Brennerdüse oder Rußablagerungen im Kessel, die einen Einfluß auf die optimalen Mindest-Sauerstoffwerte haben, in der Messung unmittelbar berücksichtigt werden. Somit kann der an der Regeleinheit eingestellte Ruß- bzw. CO-Sollwert bzw. Flammentemperatur-Sollwert immer beibehalten werden, während eine Sauerstoff-Sollwertkurve eventuellen Veränderungen unterworfen sein kann und mindestens einer jährlichen Nachkontrolle bedarf. Die Vorrichtung zur Messung der Rauchgasdichte bzw. Rußdichte ist vorzugsweise als fotoelektrisches Gerät ausgebildet. Die Messung des Sauerstoffwertes im Abgas kann zusätzlich zu Überwachungszwecken erfolgen.
  • Zur weiteren Verbesserung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß aufeinander abgestimmte, gleichzeitig durch die Regeleinheit beeinflußbare Einrichtungen zur zuluftseitigen und abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge vorgesehen sind. Diese Maßnahme ist aus folgenden Gründen vorteilhaft. Bei einer Beeinflussung der Zuluftmenge in Abhängigkeit von den jeweiligen Abgaswerten tritt der Nachteil auf, daß bei dieser Regelung der Verbrennungsluftmenge der Feuerraumdruck durch die rein zuluftseitige Regelung negativ beeinflußt wird, wodurch der Regelung bzw. der Optimierung der Verbrennungsluftmenge Grenzen gesetzt sind. Insbesondere darf die Verbrennungsluftmenge nicht beliebig stark gedrosselt werden, da mit zunehmender Verringerung der Verbrennungsluftmenge der Brennraumdruck absinkt und die Mischenergie zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft so vermindert wird, daß keine optimale Verbrennung mehr erfolgt und somit eine unerwünschte CO- bzw. Rußentwicklung auftritt. Dieses Problem ist bei leistungsgeregelten Brennern, insbesondere bei Kleinlast, sehr schwerwiegend. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme, die Regelung gleichzeitig sowohl zuluftseitig als auch abgasseitig vorzunehmen, wird eine Druckerhöhung im Brennraum ermöglicht, indem dem zuluftseitigen Ventilatordruck abgasseitig ein Widerstand entgegengesetzt wird. Hierdurch bleibt die zuluftseitige Mischenergie zwischen Verbrennungsluft und Brennstoff bei gleichzeitiger Reduzierung der Verbrennungsluftmenge erhalten. Durch die sowohl zuluftseitig als auch abgasseitig erfolgende Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge wird die Menge der Verbrennungsluft optimal begrenzt und der feuerungstechnische Wirkungsgrad unter Ausschluß der die Verbrennungsluft beeinflussenden Parameter in allen Lastbereichen des Brenners laufend gehalten.
  • Die Einrichtungen zur zuluftseitigen und abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge sind - wie erwähnt - vorzugsweise als Steuerklappen ausgebildet. Alternativ kann die Regulierung zuluftseitig über eine Drehzahlregelung des Ventilators erfolgen. Beiden Einrichtungen ist eine sog. Nullstellung zugeordnet. Diese Nullstellung ist bei der Einrichtung zur abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge die voll geöffnete Stellung. Bei der Einrichtung zur zuluftseitigen Beeinflussung kann die Nullstellung die voll ausgefahrene oder auch die voll eingeschobene Stellung bedeuten. Der gesamte Hubweg der zuluftseitigen Einrichtung zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge wird durch Endschalter begrenzt. Welche der beiden Endstellungen als Nullstellung gilt, hängt davon ab, bei welcher diejenige Zuluftmengenzufuhr sichergestellt ist, bei der eine einwandfreie Verbrennung, jedoch mit unbefriedigenden Abgaswerten, erfolgt. Erfindungsgemäß sind nun Einrichtungen vorgesehen, mittels derer die Einrichtungen zur zuluftseitigen und abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge bei Brennerabschaltung bzw. Auftreten einer Störung die Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung einnehmen. Ausgehend von dieser Nullstellung bzw. offenen Ausgangsstellung wird dann bei Flammenstart jeweils in die die Zuluftmenge verringernde Richtung geregelt. In vorteilhafter Ausgestaltung dieses Merkmals der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei Brennervorlüftung und Flammenstart jeweils die Nullstellungen beider Einrichtungen, also der zuluftseitigen und der abgasseitigen Einrichtung, eingenommen werden. Die Regelung nach Abgaswerten wird erst nach Beginn der Verbrennung zugeschaltet.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Sicherstellung einer ungefährlichen Verbrennung auch bei defekter Regelung eine Sicherheitsschaltung vorgesehen. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur zuluftseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge über eine bei Unterschreiten oder Überschreiten des jeweiligen Ruß-, CO- oder Sauerstoff-Sollwertes ansprechende Einrichtung in die Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung zurückgefahren wird, und eine Zeitschalteinrichtung zur Überwachung des Zurückfahrens bzw. Erreichens der Nullstellung bzw. offenen Ausgangsstellung vorgesehen ist, und die Zeitschalteinrichtung bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeit ein eine Störmeldung oder eine Abschaltung des Brenners bewirkendes Signal abgibt. Diese Einrichtung arbeitet in folgender Weise. Die Abgaswerte der Meßstelle werden in regelmäßigen Abständen durch Beaufschlagung der Meßstelle mit einer bestimmten Sauerstoffkonzentration aus einer Meßgasflasche verglichen und nachgeeicht. Der Sollwertkurven-Vorgabe wird eine bestimmte Breite zugeordnet, und der gemessene Ruß-, CO- oder Sauerstoffwert wird mit den Vorgabewerten dahingehend verglichen, ob die gemessenen Werte innerhalb oder außerhalb der den Vorgabewerten zugeordneten Bandbreite liegen. Bei Über- oder Unterschreiten dieser Werte wird der Zuluftstellmotor unmittelbar in die Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung gefahren. Dies kann über ein fremdes Stromnetz oder auch mechanisch erfolgen. Das Erreichen der Nullstellung bzw. offenen Ausgangsstellung wird durch die Zeitschalteinrichtung überwacht. Sollte irgendein Defekt - insbesondere am Stellmotor der Zuluftklappe - ein Zurückfahren des Stellmotors in die Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung verhindern, so wird nach Ablauf der vorgegebenen Zeit durch Wirkung der Zeitschalteinrichtung ein eine Störmeldung und/oder eine Abschaltung des Brenners bewirkendes Signal abgegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Blockschaltbild und
    • Fig. 2 einen Informationsplan eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Ein Kessel 1 weist eine Feuerstätte 2 auf, in welcher die Flamme 3 eines Brenners 4 brennt, welchem Verbrennungsluft durch einen Ventilator 5 zuführbar ist. In dem zwischen Ventilator 5 und Brenner 4 vorgesehenen Zuluftkanal ist eine Regelklappe 7 angeordnet, welche über einen mehrere Geschwindigkeitsbereiche aufweisenden Stellmotor 8 betätigbar ist, und zwar derart, daß dadurch eine zuluftseitige Regelung der Verbrennungsluftmenge erfolgen kann. Die Regelung erfolgt über eine Regeleinheit 9, die über eine Leitung 10 mit dem Stellmotor 8 in Verbindung steht. Der Stellmotor 8 ist ausserdem über eine Leitung 11 mit einem Verbundregler 12 verbunden, der über eine Leitung 13 mit einem Stellmotor 14 für ein Brennerventil 15 verbunden ist. Der Stellmotor 14 steht außerdem über eine Leitung 16 mit einem Brennerlastgeber 17 in Verbindung, welcher wiederum über eine Leitung 18 mit der Regeleinheit 9 in Verbindung steht. Ein Sensor zur optischen Erfassung des Flammentemperaturspektrums ist vorgesehen, aber nicht dargestellt.
  • Abgasseitig ist im Abgaskanal 20 eine gegen Anschläge 21 verfahrbare Klappe 22 vorgesehen, die über einen Stellmotor 23 steuerbar ist. Der Stellmotor 23 steht über eine Leitung 24 mit der Regeleinheit 9 in Verbindung. Weiterhin ist abgasseitig im Abgaskanal 20 ein Meßwertaufnehmer 25 angeordnet, der im Falle einer Ölverbrennung als eine fotoelektrisch arbeitende Vorrichtung zur Messung der Rauchgasdichte bzw. Rußdichte bzw. bei einer Gasverbrennung als Vorrichtung zur Messung des CO-Wertes ausgebildet ist. Außerdem ist der Meßwertaufnehmer zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Messung des Druckes im Abgasrohr ausgebildet. Alternativ kann ein Sensor zur optischen Erfassung des Flammentemperaturspektrums vorgesehen sein. Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
    • Der Meßgeber 26 führt eine kontinuierliche Messung der Rauchga; dichte bzw. Rußdichte (bei Ölverbrennung) bzw. des CO-Wertes (bei Gasverbrennung) bzw. der Flammentemperatur durch. Zusätzlich dazu wird kontinuierlich der Restsauerstoffgehalt und der Druck des Abgases gemessen. Die jeweilige Brennerlast wird zunächst durch den Stellmotor 14 zuluftseitig angesteuert, und die Verbrennungsluftmenge wird abhängig von dem im Abgas gemessenen Sauerstoffwert bzw. vorteilhafter in Abhängigkeit von der Rauchgasdichte bzw. Rußdichte bzw. in Abhängigkeit von dem gemessenen CO-Wert bzw. in Abhängigkeit von der Flammentemperatur korrigiert. Wenn durch weiteres Drosseln der Zuluftklappe die durch den Ventilator 5 zu gewährleistende Mischenergie abnimmt, sinkt hierdurch gleichzeitig der Brennraumdruck, was sich weiter nachteilig auf die Verbrennung auswirkt. Mit Hilfe der abgasseitigen Druckregelung wird deshalb gleichzeitig mit der zuluftseitigen Drosselung der Brennraumdruck nachgeregelt, so daß bei hierdurch ebenfalls sinkenden Zuluftmengen durch die erhalten gebliebene Zuluftöffnung die Mischenergie des Ventilator erhalten bleibt und damit eine optimale Verbrennung auch bei Kleinlast gewährleistet ist. Die Messungen der Sauerstoffwerte im Abgas werden entweder direkt zur Regelung der Verbrennungsluftmenge mit Hilfe der zuluftseitigen und abgasseitigen Stelleinrichtungen herangezogen oder bei Regelung der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der Rauchgas- bzw. Rußdichte oder des CO-Wertes bzw. der Flammentemperatur zu Kontrollzwecken vorgenommen, derart, daß bei Überschreiten oder Unterschreiten einer der jeweiligen Brennerlast zugeordneten Bandbreite des Restsauerstoffwertes (die entsprechenden Werte sind der Regeleinheit vorgegeben) die Zuluftklappe 7 in die Nullstellung (am weitesten geöffnete Stellung) gefahren wird. Dieser Vorgang wird durch eine der Regeleinheit zugeordnete Zeitschalteinrichtung (nicht dargestellt) überwacht. Wird infolge irgendeines Defektes, beispielsweise am Stellmotor 8, ein Zurückfahren der Klappe 7 in die Nullstellung verhindert, so wird durch eine der Regeleinheit zugeordnete Zeitschalteinrichtung (nicht dargestellt) der Brenner 4 abgestellt und gleichzeitig eine Störmeldung abgegeben.
  • Mit 28 ist eine sog. Meßwertaufbereitung bezeichnet, in der die Meßsignale zum Zwecke der Übertragung verstärkt werden. Eine Übertragungsrelais aufweisende Schaltanordnung 29 ist mit einem Schaltschrank 30, in welchem die Brennersteuerung enthalten ist, verbunden. Die Schaltverbindung mit dem Schaltschrank 30 dient der Information über die Betriebsphase des Brenners und der Sicherheitsabschaltung. Mit 31 ist ein der Abgasklappe 22 zugeordnetes, als Meßgeber dienendes Stellungspotentiometer bezeichnet. Verbindungsleitungen tragen die Bezugsziffern 32 und 33. Ein ebenfalls als Meßgeber dienendes und der Zuluftklappe 7 zugeordnetes Stellungspotentiometer ist mit 34 bezeichnet. Dieses Potentiometer 34 ist über eine Leitung 35 mit der Regeleinheit 9 verbunden. Eine Meßgasflasche 36, die eine definierte Sauerstoffkonzentration enthält, steht über eine Rohrleitung 37 mit dem Meßgeber 26 in Verbindung. Mit 38 und 39 sind Leitungen zwischen der Regeleinheit 9 und dem in der Schaltanordnung 29 enthaltenen Übertragungsrelais bezeichnet. Die Einflußnahme der Brennerregelung auf den Verbundregler 12 ist schematisch mit 42 bezeichnet. Sollwertkurven für die Brennstoffe Gas bzw. Öl eines Brenners tragen die Bezugsziffern 43 und 44. Durch diese Sollwertkurven kann der Sauerstoff-Sollwert in Abhängigkeit von der Bren-. nerlast vorgegeben werden. In den schematisch angedeuteten Koordinatensystemen ist auf der Ordinate der Sauerstoffwert und auf der Abszisse der Brennerlastwert aufgetragen. Weiterhin ist eine Druck-Sollwertkurve 45 vorgesehen, mittels derer das Verhältnis zwischen dem Druck und der Brennerlast vorgebbar ist. Mit 46 ist ein regenerierbar ausgebildeter Speicher zur Speicherung der der jeweiligen Brennerlast zugeordneten Stellung der Zuluftklappe und der Abgasklappe 22 bezeichnet. Die jeweiligen Klappenstellungen werden mittels der Stellungspotentiometer 34 bzw. 31 in elektrische Meßsignale umgewandelt und dem Speicher 46 zugeführt. Eine Regelzentrale 49, die einen Mikroprozessor enthält, wird über Leitungen 47 und 48 darüber informiert, welcher Brennstoff (Öl bzw. Gas) des Brenners gefahren wird. Diese Information ist erforderlich, um die jeweils richtige Sollwertkurve 43 bzw. 44 abrufen zu können. Eine vom Druckgeber 19 zur Regeleinheit 9 führende Leitung ist mit 50 bezeichnet. Der Druckgeber 19 ist mit dem Kessel 1 über eine Kanüle 51 verbunden. Die Verbindungsleitungen tragen die Bezugsziffern 52, 53, 54, 55 und 56.

Claims (10)

1. Regelvorrichtung für die Verbrennungsluftmenge einer Feuerstätte (1) mit wenigstens einer Einrichtung (7, 22) zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge und mit einem abgasseitigen Meßwertaufnehmer (25), dessen Meßsignal der bzw. den eine Regeleinheit (9) aufweisenden Einrichtung bzw. Einrichtungen (7, 22) zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (9) einen Speicher (46) zur Speicherung der der jeweiligen Brennerlast zugeordneten Stellung der Einrichtung bzw. Einrichtungen (7, 22) zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge aufweist.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (46) regenerierbar ausgebildet ist, dahingehend, daß der Speicher den jeweils neuen Stellwert der Einrichtung bzw. der Einrichtungen (7, 22) zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge speichert, der in der gegebenen Situation der externen Beeinflussung der Verbrennung dem Sauerstoff-Sollwert bei gegebener Brennerlast entspricht.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (46) Einrichtungen zur Speicherung der Information aufweist, ob die der jeweiligen Brennerlast zugeordnete Stellung von einer größeren oder kleineren Brennerlast ausgehend angefahren wurde.
4. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnahmer (25) als Vorrichtung zur Messung der Rauchgasdichte bzw. Rußdichte (bei Ölverbrennung) bzw. als Vorrichtung zur Messung des CO-Wertes (bei Gasverbrennung) bzw. als Sensor (19) zur optischen Erfassung des Flammentemperaturspektrums ausgebildet ist.
5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander abgestimmte, gleichzeitig durch die Regeleinheit (9) beeinflußbare Einrichtungen (7, 22) zur zuluftseitigen und abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge vorgesehen sind.
6. Regelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß abgasseitig zusätzlich zu der Vorrichtung zur Messung der Rauchgasdichte bzw. des CO-Wertes bzw. des Sensors zur optischen Erfassung des Flammentemperaturspektrums ein Sauerstoff- und Druckmeßwertaufnehmer vorgesehen ist.
7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mittels derer die Einrichtungen (7, 22) zur zuluftseitigen und abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge bei Brennerabschaltung bzw. Auftreten einer Störung und/oder vor Flammenstart eine Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung einnehmen.
8. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7, 22) zur zuluftseitigen und/oder abgasseitigen Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge über eine bei Unterschreiten bzw. Überschreiten der zulässigen Sauerstoffbandbreite je Brennerlast oder anderer Grenzwerte ansprechende Einrichtung bzw. Ansprechen weiterer Überwachungsfunktionen in die Nullstellung bzw. offene Ausgangsstellung zurückgefahren wird, und eine Zeitschalteinrichtung zur Überwachung des Zurückfahrens bzw. Erreichens der Nullstellung bzw. offenen Ausgangsstellung vorgesehen ist, und die Zeitschalteinrichtung bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeit ein eine Störmeldung und/oder eine Abschaltung des Brenners (4) bewirkendes Signal abgibt.
9. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der zulässigen Sauerstoffbandbreite entsprechend dem Verlauf der Sauerstoff-Sollwertkurve (43, 44) in Abhängigkeit von der Brennerlast vorgesehen ist.
10. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung bzw. die Einrichtungen (7, 22) zur Veränderung der Verbrennungsluftmenge dem jeweiligen Stellwert entsprechende Potentiometer (31, 34) aufweist bzw. aufweisen, und die Rückmeldewerte der Potentiometer durch Ansprechen von Begrenzungsschaltern verglichen und damit überwacht werden.
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