EP0223193B1 - Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung - Google Patents

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EP0223193B1
EP0223193B1 EP86115681A EP86115681A EP0223193B1 EP 0223193 B1 EP0223193 B1 EP 0223193B1 EP 86115681 A EP86115681 A EP 86115681A EP 86115681 A EP86115681 A EP 86115681A EP 0223193 B1 EP0223193 B1 EP 0223193B1
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control
burner
air
combustion
fuel
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Wolfdieter Klein
Lothar Dittmann
Erich Koslowski
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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Veba Oel Technologie und Automatisierung GmbH
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    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature
    • F23N2225/16—Measuring temperature burner temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/02—Controlling two or more burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/06—Liquid fuels

Definitions

  • the invention relates to a control method for a burner arrangement with parallel individual burners 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 fuel also changes with the change in the admission pressure.
  • a control ratio in the amount of the liquid fuel supplied a range of about I: to 3: I, i. H. e.g. B. Minimum oil throughput per burner 5 kg / h and maximum oil throughput per burner 15 kg / h possible.
  • 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. I An R and I diagram of a control device for carrying out the proposed control methods of the type specified at the outset is shown in FIG. I of the drawing.
  • the reference symbols have the meaning given in the description.
  • FIG. 2 An application of the specified control method, 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 above description.
  • the pictograms still provided with identification letters correspond to the DIN standard 19 227.
  • the benchmark in the present burner control process 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 in the burner chamber 10 acts by means of a temperature controller 2 on a control valve 3 in the return II 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 10.
  • a temperature controller 2 on a control valve 3 in the return II 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 10.
  • 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 fuel return 11 and a burner is switched off.
  • control valve 3 When 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. by means of solenoid valves and pneumatic auxiliary energy.
  • the pressure in the return line II for the liquid fuel also changes proportionally to the position of the 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 15. Due to the proportional relationship between pressure in the fuel return line II and pressure in the air box, the ratio control by means of controller 6 can ensure 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 I: I to 5: I 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 specified at the outset allows the regulation ratio for the fuel to be expanded considerably from I: to 5: I, e.g. B. when installing 10 burners on I: I to 50: I.
  • each burner 12, 12 'etc. is individually controlled with the controller 8 in a manner known per se and supplied with the defined amount of fuel or combustion air via burner valve 13, 13' etc. and burner air flap 14, 14 'etc.
  • the valve position of the control valve 3 in the common return line II 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 II and the pressure measurement 5 in the air box 15, the air pressure in the air box 15 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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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren 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 Anderung 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 I : bis 3 : I, d. h. z. B. minimaler Öldurchsatz pro Brenner 5 kg/h und maximaler Öldurchsatz pro Brenner 15 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 I : I bis 5 : I 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 Brennstoff- überschuß 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, ein Brennerregelungsverfahren 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 einem Brennerregelungsverfahren der eingangs angegebenen Art die in weiteren Merkmale im Patentanspruch verwirklicht sind.
  • Ein R- und I-Schema einer Regelungseinrichtung zur Durchführung der vorgeschlagenen Regelungsverfahren der eingangs angegebenen Art ist in Figur I der Zeichnung dargestellt. Die Bezugszeichen haben die in der Beschreibung angegebene Bedeutung.
  • Eine Anwendung des angegebenen Regelungsverfahren 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 19 227.
  • Führungsgröße bei der vorliegenden Brennerregelungsverfahren 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 in der Brennerkammer 10 wirkt mittels eines Temperaturreglers 2 auf eine Regelarmatur 3 im Rücklauf II für den flüssigen Brennstoff, wobei durch die Regelarmatur bei Zu-Stellung mehr bzw. bei Auf-Stellung weniger Brennstoff der Brennkammer 10 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 11 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 II 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 15. Durch die proportionalen Zusammenhänge von Druck in der Brennstoffrücklaufleitung II 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 I : I bis 5 : I pro Brenner gefahren werden, z. B. minimaler Oldurchsatz 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 I : bis 5 : I erheblich zu erweitern, z. B. bei Installation von 10 Brennern auf I : I bis 50 : I.
  • Hierbei wird in an sich bekannter Weise jeder Brenner 12, 12' usw. mit der Steuerung 8 einzeln angesteuert und über Brennerventil 13, 13' usw. und Brennerluftklappe 14, 14' 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 II 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 II 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 14" öffnet
    • - Zündung setzt ein
    • - Olventill3"' öffnet
    • - Brenner i2* zündet.
  • Der Durchsatz an flüssigem Brennstoff erhöht sich damit auf 4 x 25 kg/h = 100 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 II und der Druckmessung 5 im Luftkasten 15 wird der Luftdruck im Luftkasten 15 auf den im Verhältnisregler 6 vorgegebenen Sollwert nachgeregelt. Dazu wird entsprechend die Regelarmatur bzw. Klappe 7 verstellt.

Claims (1)

  1. Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung mit parallel geschalteten Einzelbrennern zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit Luft und einem Brennstoffrücklauf, mit folgenden Merkmalen gekennzeichnet ist:
    a) Führungsgröße für die Brennerregelung ist die über eine Sollwert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbare und durch eine Temperaturmeßstelle (I) 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.
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