EP0223193A1 - Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung - Google Patents

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EP0223193A1
EP0223193A1 EP86115681A EP86115681A EP0223193A1 EP 0223193 A1 EP0223193 A1 EP 0223193A1 EP 86115681 A EP86115681 A EP 86115681A EP 86115681 A EP86115681 A EP 86115681A EP 0223193 A1 EP0223193 A1 EP 0223193A1
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control
air
combustion
fuel
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Lothar Dittmann
Erich Koslowski
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/06—Liquid fuels

Definitions

  • the invention relates to a control system for a burner arrangement with individual burners connected in parallel for the combustion of liquid fuels with air and a fuel return.
  • a method in which a certain combustion temperature can be maintained in a controllable manner in a burner arrangement and in which the ratio of air to liquid fuel can be controlled is described, for example, in WO 84/02402.
  • the combustion in a process furnace is regulated in that the supply of liquid fuel and combustion air are actuated by means of pneumatic control elements which modify a signal for both an air damper and a control valve for the liquid fuel .
  • the amount of liquid fuel supplied is regulated by changing the form of the liquid fuel. They have the disadvantage that the drop spectrum in the atomization of the liquid also changes with the change in the form Fuel changes.
  • These systems are also operated as multi-stage burners with different load ranges.
  • the atomization of the liquid fuel takes place without the aid of gaseous atomization aids.
  • the fuel throughput can be increased within wide limits, but the simultaneous provision of the combustion air required to avoid excess fuel in the required ratio of fuel to combustion air poses a particular control problem.
  • FIG. 1 An R and I diagram of the proposed regulation for a burner arrangement of the type specified at the outset is shown in FIG. 1 of the drawing.
  • the reference symbols have the meaning given in the description.
  • FIG. 2 An application of the specified regulation, for example as a thermal afterburning system for combustible exhaust gas mixtures, is illustrated in FIG. 2, the meaning of the reference symbols also being apparent from the description above.
  • the pictograms still provided with code letters correspond to the DIN standard l9 227.
  • the reference variable for the burner control is the combustion chamber temperature. It can be detected by one or more temperature measuring points arranged in the combustion chamber and it can be freely selected within certain limits by means of a target value adjustment.
  • the temperature measurement e.g. B. by means of temperature measuring point l in the burner chamber l0 acts by means of a temperature controller 2 on a control valve 3 in the return ll for the liquid fuel, with the control valve in the closed position more or in the open position less fuel is supplied to the combustion chamber l0.
  • a temperature controller 2 e.g. the open position of the control valve 3 opened 80% and the closed position of the control valve 3 opened 20%.
  • the control is designed so that when control valve 3 is in the up position, the maximum amount of fuel is returned via the fuel return line 11 and a burner is switched off.
  • control valve 3 is closed, a burner is switched on.
  • the burner is switched off or on via a control 8 and can be connected in a known manner, for. B.
  • control valve 3 The pressure in the return line 11 for the liquid fuel also changes in proportion to the position of control valve 3. This pressure change is detected by a pressure measurement by means of pressure measuring point 4 and serves as a reference variable for regulating the amount of combustion air supplied via a regulator 6 acting as a ratio regulator for metering combustion air by means of control valve 7.
  • the amount of combustion air is proportional to the pressure in the air box l5.
  • the ratio control by means of controller 6, the air supply for optimal combustion of the fuel.
  • the air pressure in the air box is regulated by the adjustment of the regulator flap 7 to the desired value, which is predetermined by the ratio regulator 6.
  • a control ratio for the fuel of 1: 1 to 5: 1 per burner can be achieved, e.g. B. Minimum oil throughput per burner 5 kg / h and maximum oil throughput 25 kg / h. The minimum and maximum amount of oil throughput can be determined by selecting the diameter of the burner nozzles.
  • the proposed regulation for a burner arrangement of the type mentioned at the beginning allows the regulation ratio for the fuel to be increased considerably from 1: 1 to 5: 1 expand, e.g. B. when installing 10 burners on l: l to 50: l.
  • each burner l2, l2 ⁇ etc. is individually controlled with the controller 8 and supplied via burner valve l3, l3 ⁇ etc. and burner air flap l4, l4 ⁇ etc. with the specified amount of fuel or combustion air.
  • the valve position of the control valve 3 in the common return line 11 for the liquid fuel serves as a reference variable for switching the individual burners on or off via the control 8. For example, it can be provided that when the control valve 3 is in the 80% closed position, a burner is added in the return of the liquid fuel.
  • the ratio control 6 between the pressure measurement 4 in the fuel return 11 and the pressure measurement 5 in the air box l5 the air pressure in the air box l5 is readjusted to the desired value specified in the ratio controller 6. For this purpose, the control valve or flap 7 is adjusted accordingly.

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Abstract

Bei dieser Regelung für eine Brenneranordnung zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit einem Brennstoffrücklauf sind mehrere Einzelbrenner parallel geschaltet. Zwecks Brennersteuerung mit einem in weiten Grenzen variierbaren Regelungsverhältnis in der Brennstoffmenge bei einem konstanten vorwählbaren Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis ist vorgesehen: a) Führungsgröße für die Brennerregelung ist die über eine Sollwert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbare und durch eine Temperaturmeßstelle (l) erfaßte Brennkammertemperatur, b) die Brennkammertemperatur wirkt mittels eines Temperaturreglers (2) auf eine Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf, c) die durch Änderung der Stellung der Regelarmatur (3) bewirkte Druckänderung im Brennstoffrücklauf wird mittels einer Druckmeßstelle (4) erfaßt und als Führungsgröße über einen als Verhältnisregelung wirkenden Regler (6) für die Zudosierung von Verbrennungsluft mittels Regelarmatur (7) benutzt, d) mittels einer Druckmeßstelle (5) wird der Druck der Verbrennungsluft in einem zur Versorgung sämtlicher Einzelbrenner dienenden Luftkasten o. dgl. erfaßt und als Folgegröße in Regler (6) für die Zudosierung der Verbrennungsluft benutzt und e) die Stellung der Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf bewirkt über eine Steuerung (8) bei Zu-Stellung das Hinzuschalten eines Brenners bzw. bei Auf-Stellung das Abschalten eines Brenners, indem die dem jeweiligen Brenner zugeordneten Armaturen für die Versorgung mit Brennstoff und Verbrennungsluft entsprechend geschaltet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regelung für eine Brenneranordnung mit parallel geschalteten Einzelbrennern zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit Luft und einem Brennstoffrücklauf.
  • Ein Verfahren, bei dem bei einer Brenneranordnung eine bestimmte Verbrennungstemperatur regelbar eingehalten werden kann und bei welchem das Verhältnis von Luft zu flüssigem Brennstoff geregelt werden kann, ist beispielsweise in WO 84/02402 beschrieben. Bei diesem in WO 84/02402 beschriebenen System wird die Verbrennung in einem Prozeßofen dadurch geregelt, daß die Zufuhr von flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft mittels pneumatischer Steuerelemente, die ein Signal sowohl für eine Luftklappe als auch für ein Regelventil für den flüssigen Brennstoff modifizieren, beaufschlagt werden.
  • Bei Brennersystemen mit Vorlaufdüsen erfolgt die Regelung der zugeführten Menge des flüssigen Brennstoffes durch Änderung des Vordruckes des flüssigen Brennstoffes. Sie haben den Nachteil, daß sich mit der Änderung des Vordruckes auch das Tropfenspektrum bei der Verdüsung des flüssigen Brennstoffes ändert. Als Regelungsverhältnis in der Menge des zugeführten flüssigen Brennstoffes ist ein Bereich von etwa l : l bis 3 : l, d. h. z. B. minimaler Öldurchsatz pro Brenner 5 kg/h und maximaler Öldurchsatz pro Brenner l5 kg/h, möglich. Diese Systeme werden auch als Mehrstufenbrenner mit verschiedenen Lastbereichen betrieben.
  • Bei Brennersystemen mit Rücklaufdüsen bleibt der Vordruck in der Düse nahezu konstant. Das Tropfenspektrum bei der Verdüsung des flüssigen Brennstoffes bleibt unverändert. Die Erhöhung des Durchsatzes an flüssigem Brennstoff erfolgt durch die Drosselung des Rücklaufstromes. Hier ist ein größerer Bereich des Regelungsverhältnisses nämlich von etwa l : l bis 5 : l möglich.
  • Bei geeigneter Wahl des Vordruckes und der Drallströmung in der Düse erfolgt die Verdüsung des flüssigen Brennstoffes ohne Zuhilfenahme gasförmiger Verdüsungshilfen.
  • Durch Parallelschaltung mehrerer Einzelbrenner kann zwar der Brennstoffdurchsatz in weiten Grenzen erhöht werden, jedoch liegt in der gleichzeitigen Bereitstellung der zur Vermeidung von Brennstoffüberschuß erforderlichen Verbrennungsluft in dem geforderten Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft ein insbesondere regelungstechnisches Problem.
  • Hier setzt die Erfindung ein, mit der die Aufgabe gelöst wird, eine Brennersteuerung mit einem in weiten Grenzen variierbaren Regelungsverhältnis in der Brennstoffmenge bei einem konstanten vorwählbaren Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Brennerregelung der eingangs angegebenen Art die in dem Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale verwirklicht sind.
  • Ein R- und I-Schema der vorgeschlagenen Regelung für eine Brenneranordnung der eingangs angegebenen Art ist in Figur l der Zeichnung dargestellt. Die Bezugszeichen haben die in der Beschreibung angegebene Bedeutung.
  • Eine Anwendung der angegebenen Regelung beispielsweise als thermische Nachverbrennungsanlage für verbrennbare Abgasgemische ist in Figur 2 illustriert, wobei die Bedeutung der Bezugszeichen ebenfalls der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist. Die noch mit Kennbuchstaben versehenen Bildzeichen entsprechen der DIN-Norm l9 227.
  • Führungsgröße für die vorliegende Brennerregelung ist die Brennkammertemperatur. Sie kann durch eine oder mehrere in dem Brennraum angeordnete Temperaturmeßstellen erfaßt werden und sie ist über eine Soll-Wert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbar.
  • Die Temperaturmessung, z. B. mittels Temperaturmeßstelle l in der Brennerkammer l0 wirkt mittels eines Temperaturreglers 2 auf eine Regelarmatur 3 im Rücklauf ll für den flüssigen Brennstoff, wobei durch die Regelarmatur bei Zu-Stellung mehr bzw. bei Auf-Stellung weniger Brennstoff der Brennkammer l0 zugeführt wird. Hierbei bedeutet z. B. die Auf-Stellung der Regelarmatur 3 80 % geöffnet und die Zu-Stellung der Regelarmatur 3 20 % geöffnet. Die Regelung ist so konzipiert, daß bei Auf-Stellung von Regelarmatur 3 die maximale Brennstoffmenge über den Brennstoffrücklauf ll zurückgeführt wird und ein Brenner abgeschaltet wird. Bei Zu-Stellung von Regelarmatur 3 wird ein Brenner hinzugeschaltet. Das Ab- bzw. Hinzuschalten von Brennern erfolgt über eine Steuerung 8 und kann in bekannter Weise z. B. mittels Magnetventilen und pneumatischer Hilfsenergie bewirkt werden. Proportional zur Stellung von Regelarmatur 3 ändert sich auch der Druck in der Rücklaufleitung ll für den flüssigen Brennstoff. Diese Druckänderung wird durch eine Druckmessung mittels Druckmeßstelle 4 erfaßt und dient als Führungsgröße für die Regelung der zugeführten Menge Verbrennungsluft über einen als Verhältnisregelung wirkenden Regler 6 für die Zudosierung von Verbrennungsluft mittels Regelarmatur 7.
  • Die Verbrennungsluftmenge ist proportional dem Druck im Luftkasten l5. Durch die proportionalen Zusammenhänge von Druck in der Brennstoffrücklaufleitung ll und Druck im Luftkasten kann durch die Verhältnisregelung mittels Regler 6 die Luftversorgung für eine optimale Verbrennung des Brennstoffes sichergestellt werden. Der Luftdruck im Luftkasten wird durch die Verstellung der Reglerklappe 7 auf den Sollwert, der durch den Verhältnisregler 6 vorgegeben wird, geregelt.
  • Durch die Regelung der Rücklaufmenge des flüssigen Brennstoffes kann ein Regelungsverhältnis für den Brennstoff von l : l bis 5 : l pro Brenner gefahren werden, z. B. minimaler Öldurchsatz pro Brenner 5 kg/h und maximaler Öldurchsatz 25 kg/h. Die minimale und maximale Menge Öldurchsatz kann durch die Auswahl der Durchmesser der Brennerdüsen festgelegt werden.
  • Diese Verhältnisse können an sich auf mehrere parallel geschaltete Brenner übertragen werden, wenn sichergestellt ist, daß die Verbrennungsluftmenge entsprechend für jeden Brenner in dem geforderten Verhältnis zur Verfügung gestellt werden kann und wenn durch entsprechende Armaturen und Installationen zusätzliche Brenner an- oder auch abgeschaltet werden können.
  • Die vorgeschlagene Regelung für eine Brenneranordnung der eingangs angegebenen Art gestattet es, das Regelungsverhältnis für den Brennstoff von l : l bis 5 : l erheblich zu erweitern, z. B. bei Installation von l0 Brennern auf l : l bis 50 : l.
  • Hierbei wird in an sich bekannter Weise jeder Brenner l2, l2ʹ usw. mit der Steuerung 8 einzeln angesteuert und über Brennerventil l3, l3ʹ usw. und Brennerluftklappe l4, l4ʹ usw. mit der festgelegten Menge Brennstoff bzw. Verbrennungsluft versorgt.
  • Als Führungsgröße für das Hinzu- oder Abschalten der Einzelbrenner über Steuerung 8 dient die Ventilstellung der Regelarmatur 3 in der gemeinsamen Rücklaufleitung ll für den flüssigen Brennstoff. So kann beispielsweise vorgesehen werden, daß bei 80 %-Zu-Stellung des Regelventils 3 im Rücklauf des flüssigen Brennstoffes ein Brenner hinzugeschaltet wird.
  • Die Verhältnisse seien anhand eines Zahlenbeispiels wie folgt weiter erläutert.
  • Sind drei Brenner mit dem Höchstdurchsatz von je 25 kg flüssigem Brennstoff, z. B. Heizöl, pro Stunde in Betrieb so werden stündlich 75 kg/h Brennstoff durchgesetzt. Bei einem Abfall der in der Verbrennungskammer gemessenen Temperatur als Führungsgröße sei die Regelungsanordnung so eingestellt, da das Regelventil 3 im Rücklauf ll des flüssigen Brennstoffes in die Stellung 80 % geschlossen geht. Durch ein entsprechendes Signal wird über Steuerung 8 ein weiterer vierter Brenner in Betrieb genommen, wobei die notwendigen Schritte in der folgenden Reihenfolge ablaufen:
    - Luftklappe l4‴ öffnet
    - Zündung setzt ein
    - Ölventil l3‴ öffnet
    - Brenner l2‴ zündet.
  • Der Durchsatz an flüssigem Brennstoff erhöht sich damit auf 4 × 25 kg/h = l00 kg/h, was einen Anstieg der Brennkammertemperatur zur Folge hat und den Regler 2 veranlaßt, die Regelarmatur 3 in die für die Einhaltung des Temperatur-Sollwertes erforderliche Stellung zu fahren. Es sei angenommen, daß dieser Stellung ein Brennstoffbedarf von 85 kg/h entspricht. Über die Verhältnisregelung 6 zwischen der Druckmessung 4 im Brennstoffrücklauf ll und der Druckmessung 5 im Luftkasten l5 wird der Luftdruck im Luftkasten l5 auf den im Verhältnisregler 6 vorgegebenen Sollwert nachgeregelt. Dazu wird entsprechend die Regelarmatur bzw. Klappe 7 verstellt.

Claims (1)

  1. Regelung für eine Brenneranordnung mit parallel geschalteten Einzelbrennern zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit Luft und einem Brennstoffrücklauf, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
    a) Führungsgröße für die Brennerregelung ist die über eine Sollwert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbare und durch eine Temperaturmeßstelle (l) erfaßte Brennkammertemperatur,
    b) die Brennkammertemperatur wirkt mittels eines Temperaturreglers (2) auf eine Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf,
    c) die durch Änderung der Stellung der Regelarmatur (3) bewirkte Druckänderung im Brennstoffrücklauf wird mittels einer Druckmeßstelle (4) erfaßt und als Führungsgröße über einen als Verhältnisregelung wirkenden Regler (6) für die Zudosierung von Verbrennungsluft mittels Regelarmatur (7) benutzt,
    d) mittels einer Druckmeßstelle (5) wird der Druck der Verbrennungsluft in einem zur Versorgung sämtlicher Einzelbrenner dienenden Luftkasten o. dgl. erfaßt und als Folgegröße in Regler (6) für die Zudosierung der Verbrennungsluft benutzt und
    e) die Stellung der Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf bewirkt über eine Steuerung (8) bei Zu-Stellung das Hinzuschalten eines Brenners bzw. bei Auf-Stellung das Abschalten eines Brenners, indem die dem jeweiligen Brenner zugeordneten Armaturen für die Versorgung mit Brennstoff und Verbrennungsluft entsprechend geschaltet werden.
EP86115681A 1985-11-15 1986-11-12 Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung Expired - Lifetime EP0223193B1 (de)

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ATE50356T1 (de) 1990-02-15

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