EP0086337A1 - Verfahren zur Regelung des Luftüberschusses an Feuerungen sowie Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Luftüberschusses an Feuerungen sowie Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens Download PDF

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EP0086337A1
EP0086337A1 EP83100320A EP83100320A EP0086337A1 EP 0086337 A1 EP0086337 A1 EP 0086337A1 EP 83100320 A EP83100320 A EP 83100320A EP 83100320 A EP83100320 A EP 83100320A EP 0086337 A1 EP0086337 A1 EP 0086337A1
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EP
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load
control device
input
controller
excess air
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Paul Prof. Dr. Ing. Profos
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PROGRAMMELECTRONIC ENGINEERING AG
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the excess air in furnaces, in which a corrective intervention in the air flow and / or fuel flow takes place on the basis of the measurement of the excess ventilation in the flue gas, with variation of the proportional gain of the degree of load on an excess air control device and a control device for executing the Procedure.
  • the units on the furnace described so far correspond to the conventional equipment of a furnace.
  • the control device now relates to the rest of the device shown in the block diagram according to FIG. 1, with a dashed border.
  • a measuring element 8 is arranged at a suitable point in the flue gas duct la and continuously measures the excess air. This is preferably done by measuring the residual oxygen content in the flue gas.
  • the measuring element 8 emits a control signal x which is significant for the excess air.
  • the signal at the output of the adjusting unit 7 corresponding to the set degree of load ß, for the sake of simplicity also designated ß, is fed to an input E ß of the control device.
  • the signal ⁇ is fed therein to a first function generator 9, at the output of which the signal w appears as a reference variable of the control device.
  • This signal w is fed as a signal w 'to a controller 11 via a reference variable signal filter 10 with the transfer function G (p), together with the controlled variable x.
  • This in turn acts on a motor controller 12, which forms the corresponding signals S for forward or backward running of a correction servomotor 13.
  • the signal S r fed back from the servomotor 13 to the motor controller 12 ensures a proportional association between changes in the manipulated variable y and those of the motor stroke H on the output side of the servomotor 13.
  • the stroke H as a mechanical signal, is known on a mechanical superimposition unit Type 14 is superimposed on the actuating stroke h output by the compound controller 4.
  • the transfer function G (p) of the guide signal filter 10 is determined by one or more filter time parameters T F.
  • the filter now has one or more control inputs E TF , at which the characteristic time parameters T F can be adjusted.
  • the load level signal ⁇ is passed through one or more function generators 16, the output signals A Tl -A TX of which are connected to the control inputs E TF provided on the filter 10.
  • the load level signal ⁇ is connected to a function generator 17, the output signal A 17 of which acts directly on the motor control 12, whereby load-dependent precontrol of the function of the correction servomotor 13 in the sense of a feedforward control is achieved.
  • the function generators 9, 15, 16, 17 are preferably in terms of their function course, as with the correspondingly indicated ones handle signals P shown, adjustable.
  • FIG. 2 A preferred form of implementation of the control device described is shown in FIG. 2.
  • An oxygen measuring probe 21 placed in the flue gas stream generates an electrical potential difference corresponding to the 0 2 content, which is evaluated in a function generator 22 by delogarithming and amplified in an amplifier 23 to produce the electrical signal of the controlled variable x.
  • This signal acts on one input of a differential amplifier 24, on the other input of which the command variable w 'acts.
  • the command variable signal w ' is generated as a function of the load g rades ⁇ by the function generator 25 and passed through an electronic filter 26, preferably with a low-pass characteristic, as the step response shown shows.
  • the control deviation signal A x is fed to a controller 28, in which it is multiplied in an electronic multiplier 29 by a signal A K derived from the load level signal ⁇ by means of a function generator 30.
  • the multiplication unit 29 achieves the load-dependent adaptation of the controller gain K R by modulating the control deviation signal A x with the signal A K generated by the function generator 30.
  • the output of the multiplier 29 is the one hand, fed directly to a summing amplifier 31, on the other hand to a further multiplying unit 32, in which it is multiplied by a, depending on the load signal ⁇ in a function generator 33 generated signal T A.
  • the output signal of the multinlication unit 32 is fed to an integration unit 34 and its output signal in turn is fed to the summing amplifier 31. With the signal A T is the integral time T is applied to the multiplier 32 of the n Darge here as a PI controller provided controller 28 modulated depending on the degree of load.
  • the load level signal ⁇ is further passed to a function generator 35 and its output signal A 35 in the sense of a disturbance variable feed back to the summing amplifier 31.
  • the load level signal ⁇ is passed to the function generator 37, the output signals A TF of which are fed to the corresponding control inputs E TF on the filter 26. All time parameters of the filter are modulated here in the same way.
  • the output of the summing amplifier 31 with the signal A 31 influences control relays 38 and 39, which in turn cause the servomotor 40 to run forwards or backwards.
  • the movements of the servomotor 40 are, by the superposition device 41, as already explained with reference to FIG. 1, the air flap actuating stroke h by a conventional control or. Regulation overlaid.
  • the load level signal ⁇ is finally set, for example, by a potentiometer 42.
  • the position control of the servomotor 40 takes place via a potentiometer 44, to which the mechanical output movement of the motor is transmitted and which feeds an electrical signal S back to the summing amplifier 31.
  • the function generators can be implemented in the usual way, for example with diode networks, and their function course can preferably be adjusted via interventions P. However, it goes without saying that the entire control device can be constructed digitally, analogously or hybrid.
  • T R denotes generally characteristic time constants on the controller, such as reset time T n or lead time T v .
  • the setting of the disturbance variable function generator 35 and. 17 results from the load-dependent steady-state positions of the correction servo motor 40, respectively. 13, which must also be determined experimentally on a case-by-case basis.
  • the transmission behavior of the filter 10 or. 26 fixed so that it is at medium load ⁇ is the same as that of the controlled system.

Abstract

Zur optimalen Regelung des Luftüberschusses an einer Feuerung (1), bei welcher aufgrund seiner Messung (8) im Rauchgas (1a) ein korrigierender Eingriff auf Luftstrom und/ oder Brennstoffstrom erfolgt (5, 6) wird der einstellbare Lastgrad (ß) zur automatischen Anpassung auch der Zeit- parameter eines Reglers (11) ausgenützt und zu diesem Zweck über Funktionsgeneratoren (15a, 15b) letzterem zugeführt. Die Führungsgröße (w') wird weiter aus dem Lastgrad (ß) wiederum mit Hilfe eines Funktionsgenerators (9) und eines Signalfilters (10) ermittelt. Der Lastgrad (ß) resp. ein entsprechendes Signal wird über einen weiteren Funktionsgenerator (17) im Sinne einer Sförgrößenaufschaltung dem Reglerausgang überlagert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Luftüberschusses an Feuerungen, bei welchem aufgrund der Messung des Lüftüberschusses im Rauchgas ein korrigierender Eingriff auf Luftstrom und/oder Brennstoffstrom erfolgt, mit Variation der Proportionalverstärkung des Lastgrades an einer Luftüberschuss-Regeleinrichtung sowie eine Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
  • Es sind Verbundsteuerungen von Feuerungen bekannt, primäre Luft- bzw. Brennstoffsteuerungen, bei denen der Brennstoffstrom und der Luftstrom in Abhängigkeit des vom Operateur oder einem Feuerleistungsregler vorgegebenen Belastungsgrades β, definiert als verbrannte Brennstoffmenge pro Zeiteinheit, bezogen auf die maximale verbrennbare Brennstoffmenge pro Zeiteinheit, durch zwei miteinander gekoppelte Steuereinrichtungen, je eine in der Brennstoff- und eine in der Luftzuführung, verstellt werden. Es sind auch andere primäre Steuerungen oder Regelungen von Luft und Brennstoff bekannt, z.B. Verbundregelungen, bei denen je die Luft- und die Brennstoffmenge auf einen dem Belastungsgrad ß entsprechenden Wert geregelt werden oder Vehältnisregelungen, bei denen nach Massgabe des Belastungsgrades ß auf konstantes Brennstoff-Luft-Verhältnis geprüft und geregelt wird.
  • Abgesehen von Sonderfällen können weder Brennstoffnoch Luftstrom durch solche primäre Steuer- bzw. Regeleinrichtungen fehlerfrei eingestellt und gehalten werden, da immer noch zahlreiche zufällige Störwirkungen diesbezüglich Einfluss nehmen. Beim Brennstoffstrom sind dies z.B. Schwankungen von Temperatur, Zähigkeit, Dichte, Brennstoffzusammensetzung etc., beim Luftstrom Schwankungen von Druck, Temperatur und Feuchte, die Abweichungen vom gewünschten Wert bewirken. Dazu kommen noch gerätetechnische Unvollkommenheiten. Aus diesem Grund ist es weiter bekannt geworden, durch Messung des tatsächlichen Luftüberschusses im Rauchgas und eine daraus abgeleitete, durch einen Regler bewirkte Korrektur des Luftstromes und/oder des Brennstoffstroms die Wirkungen solcher Störeinflüsse zu beseitigen, womit bei lastabhängig angepasstem Luft-Ueberschuss-Sollwert theoretisch optimale Verbrennungsverhältnisse eingehalten werden können.
  • Nun ist immer wieder versucht worden, eine solche Luft-Ueberschussregelung unter Verwendung handelsüblicher Proportional-, Integral- Proportional-Integral- oder PID-Reglern mit festen Zeit-Einstellwerten zu verwirklichen, in den allermeisten Fällen jedoch mit unbefriedigendem Ergebnis. Vor allem immer dann, wenn der Lastgrad über einen weiten Bereich verändert wurde, ergaben sich auch bei sorgfältiger Reglereinstellung entweder Stabilitätsprobleme - Pendeln der Regelung - oder träge Regelwirkung, verbunden mit grossen vorübergehenden und/oder bleibenden Regelabweichungen oder sogar beides zugleich. Dies hat seine Ursachen in den dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke, bestehend aus Feuerungsanlage, einschliesslich Rauchgaskanal bis zum Messort des Luftüberschusses - deren statische und dynamische Parameter im Betrieb grossen Aenderungen unterliegen.
  • Eine weitere Schwierigkeit liegt darin begründet, dass ein auch nur kurzfristiges Unterschreiten der minimalen Luftzufuhr wegen der sofort einsetzenden Rauchbildung sowie aus Sicherheitsgründen nicht toleriert werden kann. Ein solches ist aber mit einem LuftüberschussRegler üblicher Bauart namentlich bei schnellen und grossen Laständerungen unvermeidlich, da die Regelung nicht schnell genug einzugreifen vermag.
  • Im weiteren sind aus der DE-OS 2 753 520 und DE-OS 1 526 277 Verfahren zur Regelung des Luftüberschusses an Feuerungen bekannt geworden, bei welchen aufgrund der Messung des Luftüberschusses im Rauchgas ein korrigierender Eingriff auf den Luftstrom erfolgt. Dabei wird eine lastabhängige Verstellung der ProportionalVerstärkung des offenen Regelkreises vorgenommen. Es ist aber bekannt, dass die Uebertragungskennwerte einer Feuerungsanlage einschliesslich Rauchgaskanal zum Messort des Luftüberschusses an einer Feuerungsanlage, im Betrieb der Anlage grossen Aenderungen unterliegen. Dies trifft insbesondere auch für die Zeitparameter resp. Zeitkonstanten einer solchen Strecke zu. Durch alleinige, lastabhängige Verstellung der Proportionalverstärkung des offenen Regelkreises kann somit eine auch nur angenähert optimale dynamische Regelwirkung im Betrieb nicht sichergestellt werden, denn durch die lastabhängige Variation der Streckenzeitkonstanten verändert sich der Frequenzgang des offenen Regelkreises wie dessen kritische Frequenz und die dort vorliegende Phasenreserve.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die obgenannten Probleme bei einem Verfahren eingangs genannter Art zu beheben.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens ein Teil von Zeitparametern der Luftüberschuss-Regeleinrichtung automatisch derart dem Lastgrad der Feuerung angepasst wird, dass jederzeit eine mindestens angenähert optimale, auch dynamische, Regelwirkung erzielt wird.
  • Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass bei grösserem Variationsbereich des Lastgrades ß mit einer fixen Reglereinstellung oder lastgradabhängigen Verstellung der Proportionalverstärkung keine auch nur annähernd auch dynamisch optimale Regelwirkung über den ganzen Lastbereich erzielbar ist.
  • Das Erzielen einer auch dynamisch annähernd optimalen Regelwirkung ist bei derartigen Anlagen deshalb von ausserordentlicher Wichtigkeit, weil sie kaum je statisch über längere Zeit betrieben werden können. Fluktuationen von Streckenparametern sowie Störgrösseneinflüsse ergeben ein praktisch ununterbrochen dynamisches Ausregelverhalten, so dass die Anlage nur dann jederzeit mindestens angenähert optimal arbeitet, wenn ihr dynamisches Verhalten lastgradabhängig angepasst wird. Die Probleme, die mit schnellen Laständerungen verknüpft sind, werden weiter dadurch berücksichtigt, dass die Regelwirkung durch eine Aufschaltung des Lastgrades als Störgrösse ergänzt wird.
  • Da mit Laständerungen auch Sollwertänderungen des Luftüberschusses verbunden sind, würde die Störgrössenaufschaltung allein unerwünschte Regelschwankungen nicht verhindern können. Diese werden dadurch eliminiert, dass das lastabhängige Führungsgrössensignal dem Luftüberschussregler nicht direkt, sondern über ein dem dynamischen Verhalten der Regelstrecke angepasstes, vorzugsweise automatisch anpassbares Signalfilter, zugeführt wird.
  • Weitere Merkmale der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung erläutert.
  • Die Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens umfasst einen ersten Eingang für ein lastgradabhängiges Signal, einen zweiten Eingang für ein luftüberschussabhängiges Signal sowie einen Regler, wobei der erste Eingang zusammen mit dem zweiten mit einer Differenzeinheit wirkverbunden ist, der erste andererseits auf mindestens einen, mindestens einen Zeit- Parameter des Reglers beeinflussenden Adaptionseingang am Regler wirkt.
  • Das vorgeschlagene Verfahren und die Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens tragen den schwierigen Eigenschaften der Regelstrecke und den zugleich hohen Anforderungen, die aus ökonomischen, ökologischen und sicherheitstechnischen Gründen an die Regelgüte gestellt werden müssen, Rechnung. Sie lassen sich vor allem auf Brennerfeuerungen für feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe anwenden sowie auf Misch-Brenner-Feuerungen, aber auch auf Rostfeuerungen.
  • Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. l ein Blockschema der Regeleinrichtung an einer Feuerung, beispielsweise mit Verbundsteuerung,
    • Fig. 2 eine bevorzugte Realisierungsform der Regeleinrichtung gemäss Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist eine Feuerungsanlage 1 mit einer Brennstoffzufuhrleitung 2 und einer Luftzufuhrleitung 3 dargestellt. Die dargestellte Feuerungsanlage sei durch eine Verbundsteuerung 4 üblicher Bauart gesteuert. Die Darstellung der Erfindung im Zusammenhang mit einer Feuerungsanlage mit Verbundsteuerung soll keinerlei Einschränkung auf die Verwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens und der Regeleinrichtung hierzu bedeuten. Vielmehr kann die Erfindung mit allen Varianten von primären Steuerungen und/oder Regelungen verbunden werden, mit deren Hilfe in Abhängigkeit des Lastgrades ß auf die Luftzufuhr und/oder Brennstoffzufuhr für die Feuerungsanlage eingegriffen wird.
  • Die Verbundsteuerung 4 wirkt über Stellorgane 5 resp. 6 entsprechend auf die Brennstoffzufuhr in Leitung 2 resp. die Luftzufuhr in Leitung 3 ein. Mit 7 ist ein Einstellorgan dargestellt, mit dessen Hilfe der Lastgrad ß für die Feuerung einstellbar ist.
  • Die bis anhin beschriebenen Aggregate an der Feuerung entsprechen der konventionellen Ausrüstung einer Feuerungseinrichtung.
  • Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung bezieht sich nun auf den Rest der im Blockschema gemäss Fig. 1 dargestellten Einrichtung, gestrichelt umrandet. Ein Messorgan 8 ist an passender Stelle im Rauchgaskanal la angeordnet und misst kontinuierlich den Luftüberschuss. Dies erfolgt vorzugsweise über eine Messung des Restsauerstoffgehaltes im Rauchgas. Das Messorgan 8 gibt an seinem Ausgang ein für den Luftüberschuss signifikantes Regelsignal x ab. Das dem eingestellten Lastgrad ß entsprechende Signal am Ausgang der Verstelleinheit 7, der Einfachheit halber ebenfalls mit ß bezeichnet, wird einem Eingang Eß der Regeleinrichtung zugeführt. Das Signal ß wird darin einem ersten Funktionsgenerator 9 zugeführt, an dessen Ausgang das Signal w als Führungsgrösse der Regeleinrichtung erscheint. Dieses Signal w wird über ein Führungsgrössen-Signalfilter 10 mit der Uebertragungsfunktion G(p) als Signal w' einem Regler 11 zugeleitet, zusammen mit der Regelgrösse x. Im Regler 11 wird zunächst die Regelabweichung Δx = x-w' und daraus entsprechend dem gewählten Regelalgorithmus, vorzugsweise mit PI-Verhalten, die Stellgrösse y gebildet. Diese wirkt ihrerseits auf eine Motorsteuerung 12, welche daraus entsprechende Signale S für Vorwärts- bzw. Rückwärtslauf eines Korrektur-Stellmotors 13 bildet. Durch das vom Stellmotor 13 auf die Motorsteuerung 12 rückgeführte Signal Sr wird hierbei eine proportionale Zuordnung zwischen Aenderungen der Stellgrösse y und solchen des Motorhubes H, ausgangsseitig des Stellmotors 13, sichergestellt. Der Hub H, als mechanisches Signal, wird an einer mechanischen Ueberlagerungseinheit bekannter Bauart 14 dem von der Verbundsteuerung 4 ausgegebenen Stellhub h überlagert.
  • Der Regler 11 resp. seine Uebertragungsfunktion sind durch seine Verstärkung KR sowie durch einen oder mehrere Zeitkennwerte TR bestimmt. Der Regler 11 weist Steuereingänge EK, ET für die Steuerung dieser Kennwerte auf. Das Lastgradsignal ß wird über einen oder mehrere Funktionsgeneratoren 15a, b den vorgesehenen Steuereingängen EK, ET als Signale AK resp. AT zugeführt.
  • Die Uebertragungsfunktion G(p) des Führungssignalfilters 10 ist bestimmt durch einen oder mehrere Filterzeitkennwerte TF. Das Filter weist nun einen oder mehrere Steuereingänge ETF auf, an welchen die charakteristischen Zeitkennwerte TF verstellt werden können. Das Lastgradsignal ß wird zu diesem Zweck über einen oder mehrere Funktionsgeneratoren 16 geführt, deren Ausgangssingale ATl - ATX auf die vorgesehenen Steuereingänge ETF am Filter 10 geschaltet sind.
  • Schliesslich ist das Lastgradsignal β auf einen Funktionsgenerator 17 geschaltet, dessen Ausgangssignal A17 direkt auf die Motorsteuerung 12 einwirkt, womit eine lastabhängige Vorsteuerung der Funktion des Korrektur-stellmotors 13 im Sinne einer Störgrössenaufschaltung erzielt wird.
  • Zur Anpassung der Regeleinrichtung an eine konkrete Feuerungsanlage sind die Funktionsgeneratoren 9, 15, 16, 17 vorzugsweise bezüglich ihres Funktionsverlaufes, wie mit den entsprechend indizierten Eingriffsignalen P dargestellt, einstellbar.
  • Eine bevorzugte Realisationsform der beschriebenen Regeleinrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Eine im Rauchgasstrom plazierte Sauerstoffmessonde 21 erzeugt eine dem 02-Gehalt entsprechende elektrische Potentialdifferenz, die in einem Funktionsgenerator 22 durch Delogarithmierung ausgewertet und in einem Verstärker 23 zum elektrischen Signal der Regelgrösse x verstärkt wird. Dieses Signal wirkt auf den einen Eingang eines Differenzverstärkers 24, auf dessen anderen Eingang die Führungsgrösse w' einwirkt. Das FührungsgrössenSignal w' wird als Funktion des Lastgrades β durch den Funktionsgenerator 25 erzeugt und über ein elektronisches Filter 26, vorzugsweise mit Tiefpasscharakteristik, wie die gezeigte Schrittantwort zeigt, geleitet. Das Regelabweichungssignal A x wird einem Regler 28 zugeführt, worin es in einer elektronischen Multipliziereinheit 29 mit einem, vom Lastgradsignal β mittels eines Funktionsgenerators 30 abgeleiteten Signal AK multipliziert wird. Durch die Multipliziereinheit 29 wird die lastabhängige Anpassung der Reglerverstärkung KR erreicht, indem das Regelabweichungssignal A x mit dem vom Funktionsgenerator 30 generierten Signal AK moduliert wird. Der Ausgang der Multipliziereinheit 29 wird einerseits direkt auf einen Summierverstärker 31 geführt, anderseits auf eine weitere Multipliziereinheit 32, in welcher es mit einem,abhängig vom Lastsignal β in einem Funktionsgenerator 33 generierten Signal AT multipliziert wird. Das Ausgangssignal der Multinliziereinheit 32 wird einer Integrationseinheit 34 zugeleitet und deren Ausgangssignal wiederum dem Summierverstärker 31 zugeführt. Mit dem Signal AT wird an der Multipliziereinheit 32 die Nachstellzeit Tn des hier als PI-Regler dargestellten Reglers 28 lastgradabhängig moduliert.
  • Das Lastgradsignal β ist weiter auf einen Funktionsgenerator 35 geführt und dessen Ausgangssignal A35 im Sinne einer Störgrössenaufschaltung wiederum auf den Summierverstärker 31.
  • Zur Steuerung der Zeitkennwerte TF am Filter 26 und Anpassung seines Uebertragungsverhaltens ist das Lastgradsignal β auf den Funktionsgenerator 37 geführt, dessen Ausgangssignale ATF auf die entsprechenden Steuereingänge ETF am Filter 26 geführt sind. Hier werden alle Zeitkennwerte des Filters gleich moduliert.
  • Der Ausgang des Summierverstärkers 31 mit dem Signal A31 beeinflusst Steuerrelais 38 und 39, welche ihrerseits den Stellmotor 40 zu Vorwärts- oder Rückwärtslauf veranlassen. Die Bewegungen des Stellmotors 40 werden durch die Ueberlagerungsvorrichtung 41, wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, dem Luftklappenstellhub h von einer konventionellen Steuerung resp. Regelung überlagert. Das Lastgradsignal ß wird schliesslich beispielsweise durch ein Potentiometer 42 eingestellt. Ebenso erfolgt die Positionsregelung des Stellmotors 40 über ein Potentiometer 44, auf welches die mechanische Ausgangsbewegung des Motors übertragen wird und das ein elektrisches Signal S auf den Summierverstärker 31 rückführt. Die Funktionsgeneratoren können in üblicher Art und Weise, so z.B. mit Dioden-Netzwerken, realisiert sein, ihr Funktionsverlauf ist dabei vorzugsweise über Eingriffe P einstellbar. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die ganze Regeleinrichtung digital, analog oder hybrid aufgebaut sein kann.
  • Die vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Regeleinrichtung lässt selbstverständlich nur dann die gewünschte optimale Regelwirkung erzielen, wenn sie auch entsprechend den statischen und dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke eingestellt wird. Die Grundwerte der Reglerparameter entsprechend Vollast bei β= 1 sind nach den bekannten Optimierungsregeln der Regeltheorie zu ermitteln. Für die Einstellung der Funktionen an den Funktionsgeneratoren 30,33,35 und 37 gemäss Fig. 2 resp. 9,15, 16 und 17 gemäss Fig. 1 bezüglich der Lastabhängigkeit ihres Ausgangssignals liefert die Regeltheorie jedoch keine Angaben.
  • Entscheidend ist hier nun die Erkenntnis, dass die statischen und dynamischen Eigenschaften einer gegebenen Regelstrecke der vorliegenden Art praktisch nur vom Lastgrad β abhängen. Daraus ergibt sich, dass die optimalen Reglerparameter ebenfalls nur von ß abhängig sind, d.h. in Funktion von ß gesteuert werden können. Nun lässt sich im weiteren aufgrund thermodynamischer und strömungstechnischer Ueberlegungen zeigen, dass die Zeitkonstanten TS der Strecke, welche ihr dynamisches Verhalten kennzeichnen, mit hinreichender Genauigkeit dem Lastgrad ß indirekt proportional sind. Die Abhängigkeit der Streckenverstärkung KS vom Lastgrad, die durch Ventil-, Klappen, Ventilator- und Getriebekennlinien bestimmt wird, lässt sich anderseits nicht allgemein angeben, sondern muss von Fall zu Fall in der Anlage experimentell ermittelt werden.
  • Aufgrund regeltheoretischer Ueberlegungen ergeben sich damit für die Lastabhängigkeit der Reglereinstellwerte die folgenden Beziehungen als Grundlage für die Einstellung der Funktionsgeneratoren:
    • Regler-Verstärkung:
      Figure imgb0001
      wobei Ko = konstant der optimalen Kreisverstärkung entspricht.
  • Regler-Zeitkonstanten:
    Figure imgb0002
    wobei
  • TR allgemein charakteristische Zeitkonstanten am Regler bezeichnet, wie Nachstellzeit Tn oder Vorhaltezeit Tv.
  • Obige Zeitkonstantenbeziehung lässt sich auch sinngemäss für die lastabhängige Anpassung der Filterzeitkonstanten TF verwenden.
  • Damit ergeben sich die folgenden Einstellregeln, die durch die entsprechenden Funktionsgeneratoren zu realisieren sind:
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
    Die Einstellung des Funktionsgenerators 25 resp. 9 hat aufgrund von Feuerungsoptimierungsversuchen zu erfolgen, die fallweise durchzuführen sind.
  • Die Einstellung des Störgrössenaufschaltungs-Funktionsgenerators 35 resp. 17 ergibt sich aus den lastabhängigen Beharrungspositionen des Korrektur-Servomotors 40 resp. 13, die ebenfalls fallweise experimentell bestimmt werden müssen.
  • Bei einer vereinfachten Ausführungsform wird das Uebertragungsverhalten des Filters 10 resp. 26 fest derart eingestellt, dass es bei mittlerem Lastgrad β gleich demjenigen der Regelstrecke ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Regelung des Luftüberschusses an Feuerungen, bei welchem aufgrund der Messung des Luftüberschusses im Rauchgas ein korrigierender Eingriff auf Luftstrom und/oder Brennstoffstrom erfolgt, mit Variation der Proportionalverstärkung des Lastgrades an einer Luftüberschuss-Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil von Zeitparametern (T , T , T ; TF) der Luftüberschuss-Regeleinrichtung automatisch derart dem Lastgrad (ß) der Feuerung (1) angepasst wird, dass jederzeit eine mindestens angenähert optimale, auch dynamische, Regelwirkung erzielt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelwirkung durch eine Aufschaltung des Lastgrades als Störgrösse ergänzt wird (17, 35).
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Luftüberschuss-Sollwert (w) als Führungsgrösse nach einer vorgebbaren Funktion (9, 15) automatisch vom Lastgrad (ß) abhängig steuert.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Luftüberschuss-Sollwert (w) als Führungsgrösse einem Regler (11, 28) über ein dem dynamischen Verhalten der Regelstrecke (1, la, 2, 3) angepasstes, vorzugsweise automatisch anpassbares Signalfilter (10, 26) zuführt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Proportionalverstärkung (KR) der Regeleinrichtung (11, 28) automatisch so verstellt, dass die Proportionalverstärkung des offenen Regelkreises (K ) lastunabhängig konstant bleibt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Regler-Zeitkennwert (TR) automatisch so verstellt, dass das Produkt aus Lastgrad (ß) und Zeitkennwert (TR) konstant, d.h. lastunabhängig bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Zeitkennwert (TF) des Signalfilters (10, 26) derart verstellt, dass das Produkt aus Lastgrad (ß) und Zeitkennwert (TF) konstant, d.h. lastunabhängig bleibt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Uebertragungsverhalten (G(p)) des Signalfilters (10, 26) mindestens angenähert gleich dem Uebertragungsverhalten der Regelstrecke bei einem mittleren Lastgrad (ß) wählt.
9. Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen sind:
- ein erster Eingang (ES) für ein lastgradabhängiges Signal (ß),
- ein zweiter Eingang (E ) für ein luftüberschussabhängiges Signal (x),
- ein Regler (11, 28),

wobei der erste Eingang (Eβ) zusammen mit dem zweiten (E ) mit einer Differenzeinheit (24) wirkverbunden ist, der erste (Eβ) andererseits auf mindestens einen, mindestens einen Zeit-Parameter des Reglers (11, 28) beeinflussenden Adaptionseingang (AT) am Regler wirkt.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (Eß) mindestens auf einen Adaptionseingang (ET) zur Beeinflussung einer Reglerzeitkonstanten (TR) wirkt.
ll. Regeleinrichtung nach Anspruch 9 oder lO, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (Eβ) über mindestens einen Funktionsgenerator (15a, b, 30, 33) mit vorzugsweise einstellbarem (P) Funktionsverlauf (AK=AK(β, P15a); AT=AT(β, P15b)...) mit dem Adaptionseingang am Regler (11, 28) verbunden ist.
12. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (Eß) über einen Funktionsgenerator (9, 25) mit vorzugsweise einstellbarem (P9, P25) Funktionsverlauf (w=w(ß, P9); w=w(ß, P25)) mit der Differenzeinheit (in 11, 24) verbunden ist.
13. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (Eβ) über ein Filter (10, 26) mit der Differenzeinheit (24) wirkverbunden ist, wobei vorzugsweise besagter Eingang (Eβ) über mindestens einen Funktionsgenerator (16, 37) auf mindestens einen Adaptionseingang (ETF) ) am Filter (10, 26) wirkt, zur Verstellung mindestens eines Filterparameters (TF), wobei der Funktionsverlauf (ATF=ATF(β, P16)), vorzugsweise einstellbar (P16, P 37) ist.
14. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (Eβ) vorzugsweise über einen Funktionsgenerator (17, 35) mit vorzugsweise einstellbarem (P17, P35) Funktionsverlauf (A17=A17 (β, P17); A35=A35(β, P35)) mit einer Ueberlagerungseinheit (12, 31) am Ausgang des Reglers (11, 28) wirkverbunden ist.
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