EP0697564B1 - Verfahren zur Regelung und Überwachung der Verbrennung einer Feuerungsanlage - Google Patents
Verfahren zur Regelung und Überwachung der Verbrennung einer Feuerungsanlage Download PDFInfo
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- F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
Definitions
- the invention relates to a method for regulation and Monitoring the combustion of a furnace according to the generic term of claim 1.
- German patent application DE 43 40 534 A1 there is a method for controlling and monitoring an incineration plant, the operating point of the firing system then cyclically it is checked whether its setting the smallest possible excess of oxygen guaranteed in the exhaust gas.
- two sensors are used, one for Determination of the oxygen content is used, and the second for detection of the hydrogen content in the exhaust gas.
- the signal input and Signal outputs of the two sensors are connected to the signal inputs and outputs of a processing unit connected, among other things all fault messages are output.
- the output signal of the Processing unit is fed to a control device. This can with its output signal, which is fed to an actuator the air supply to the incinerator using a Control air flap.
- the invention has for its object a method for fail-safe To show monitoring and control of combustion plants, for that a minimum of probes as well as regulating and control devices is required.
- a special feature of the method according to the invention is that only one sensor is required to monitor the furnace is. Its signal is monitored using a control and monitoring unit evaluated redundantly.
- the control and monitoring unit processes in addition to the stationary signal of the sensor, the signals from the actuators for the fuel and air supply and the dynamic signal from the sensor. She also investigates the differential change in the sensor signal with the change the position of the actuator for the air supply.
- the goods to be monitored and regulated Firing system at least one adjustable air damper has, which is driven by a servomotor, and the respective Position of the air flap of the control and monitoring device is available as a measured value.
- One of the measuring electrodes is oxidation catalytic inactive and thus enables the hydrogen content to be recorded in the exhaust gas.
- the second measuring electrode is catalytically active. It can be used to determine the oxygen content in the exhaust gas. in the pollutant-free operation, without oxidizable flue gas components, the oxygen concentration of the exhaust gas can be determined from the sensor signal determine. If flammable gas components occur in the Exhaust gas, such as hydrogen or carbon monoxide, takes the sensor signal significantly higher values, from which the concentration of the oxidizable Gas components can be determined.
- Fig. 1 shows a furnace 1, with a burner 2, one Furnace 3, an actuator 4 for the fuel supply Burner, an actuator 5 for the air supply to the burner, one Exhaust duct 6, a sensor 7 and a control and monitoring unit 8.
- the sensor 7 is at the exit of the furnace 3 installed in the exhaust duct 6. Its signal inputs and outputs 7A and 7B are connected to the signal inputs and outputs 8A and 8B Control and monitoring unit 8 in connection.
- the signal outputs 8V and 8W of the control and monitoring unit 8 are included the signal inputs of the actuators 4 and 5 for the supply of Fuel and the supply of air to the burner 2 connected.
- Curve U shows the course of the stationary sensor signal, which can pass through areas A, B, C.
- area A there is incomplete combustion due to lack of air
- area B there is incomplete combustion due to excess air
- area C there is complete combustion.
- incomplete combustion can occur due to lack of air as well as excess air. If the excess of air is very high, the flame is cooled and the flame is incompletely burned due to the low temperature of the flame.
- area C of complete combustion the residual oxygen in the flue gas can be determined from the stationary sensor signal.
- a conventional lambda control can be carried out with the sensor 7. If the burner 2 moves into an area of incomplete combustion, the emission of unburned gas components such as hydrogen and carbon monoxide increases.
- the signal curve U of the sensor 7 is plotted over the respectively associated position S of the actuator 5.
- ⁇ GÜ
- Countermeasures are initiated automatically by the control and monitoring unit 8. These can consist of an increase in the air supply when the combustion system moves into the area of lack of air, or a reduction in the air supply if the incomplete combustion takes place due to excess air.
- the slope ⁇ AM or ⁇ AÜ is now even greater than a fixed and stored limit value ⁇ OM or ⁇ OÜ .
- the limit values ⁇ OM and ⁇ OÜ are determined from the signal curve U O plotted in FIG. This is plotted over the respectively associated position S of the actuator 5.
- the signal curve U O corresponds to that of a sensor 7 if it works as a pure oxygen sensor or has lost its ability to detect hydrogen or carbon.
- the control and monitoring unit 8 recognizes that the combustion system is incomplete combustion during operation transforms. If the values ⁇ O of the sensor signal U of the sensor 7 are reached or fallen below, the control and monitoring unit 8 recognizes that the sensor 7 must be replaced due to aging.
- the control and monitoring unit 8 can use the course of the dynamic signal to recognize whether the combustion system is in the state of incomplete combustion or not. Countermeasures are then automatically initiated by the control and monitoring unit 8.
- This test can be performed either when the burner is shut down in air or when the burner is pre-vented, or while it is operating during a complete combustion condition.
- the temperature change is caused, for example, by a brief change in the heating voltage, as shown in FIG. 6. If no change in the sensor voltage dU is detected, the measuring electrode (not shown here) is faulty and the sensor 7 must be replaced.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Description
- Fig. 1
- eine Feuerungsanlage mit einer Regelungs- und Überwachungeinheit sowie einem Sensor,
- Fig. 2
- die Signalverläufe des Sensors,
- Fig. 3, 4, und 5
- die zeitlichen Verläufe des Sensorsignals,
- Fig. 6
- die Signalverläufe des Sensors bei Temperaturänderung,
- Fig. 7
- die Signalverläufe des Sensors nach dem Zünden des Brenners.
In Fig.2 ist der Signalverlauf U des Sensors 7 über der jeweils zugehörigen Position S des Stellgliedes 5 aufgetragen. Wie an Hand von Fig.2 zu sehen ist, wird bei der Zunahme von Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Abgas auch die Steigung α = dU/dS der Kurve U größer. Eine unvollständige Verbrennung wird von der Regelungs- und Überwachungseinheit 8 zusätzlich erkannt, wenn die Steigung α = dU/dS betragsmäßig einen Grenzwert α GM = |dUM/dSM|bzw. αGÜ = |dUÜ/dSÜ| überschreitet. Diese Grenzwerte werden in der Regelungs- und Überwachungseinheit 8 ebenfalls einmal gespeichert. Somit kann der Übergang zu einer unvollständigen Verbrennung bei Luftmangel als auch bei Luftüberschuß durch die Regel- und Überwachungseinheit 8 auch auf diese Weise erkannt werden. Gegenmaßnahmen werden von der Regel- und Überwachungseinheit 8 automatisch eingeleitet. Diese können in der Erhöhung der Luftzufuhr bestehen, wenn die Feuerungsanlage in den Bereich des Luftmangels fährt, oder in einer Verminderung der Luftzufuhr, wenn die unvollständige Verbrennung durch Luftüberschuß erfolgt. Bei einem schon gealterten Sensor weist das Sensorsignal UA beim Einsetzen einer unvollständigen Verbrennung eine geringere Steigung αA =dUA/dS auf, als bei einem neuen Sensor. Die Steigung αAM bzw. αAÜ ist jedoch auch jetzt noch größer als ein festgesetzter und gespeicherter Grenzwert αOM bzw. αOÜ. Die Grenzwerte αOM und αOÜ werden aus dem in Fig.2 aufgetragenen Signalverlauf UO ermittelt. Dieser ist über der jeweils zugehörigen Position S des Stellgliedes 5 aufgetragen. Der Signalverlauf UO entspricht dem eines Sensor 7, wenn dieser als reiner Sauerstoffsensor arbeitet oder seine Funktionsfähigkeit verloren hat, Wasserstoff bzw. Kohlenstoff zu erkennen. Jeder Stellgliedposition S ist ein Wert αO zugeordnet. Diese Werte αO entsprechen der Steigung αO= dUO/dS des Sensorsignals UO bei der jeweiligen Stellgliedposition S. Beim Erreichen der Grenzwerte αOM bzw. αOÜ erkennt die Regelungs- und Überwachungseinheit 8, daß die Feuerungsanlage in einen Betrieb unvollständigen Verbrennung übergeht. Werden die Werte αO von dem Sensorsignal U des Sensors 7 erreicht oder unterschritten, so erkennt die Regelungs- und Überwachungseinheit 8, daß der Sensor 7 wegen Überalterung ausgetauscht werden muß.
Die Funktionstüchtigkeit des Sensors 7 selbst kann zudem dadurch überwacht werden, daß die Registrierung der Sensorsignaländerung bei kurzzeitiger Änderung der Sensortemperatur erfolgt. Durch eine kurzzeitige Änderung der Sensortemperatur wird bei einem funktionsfähigen Sensor 7 eine kurzzeitige Änderung des Sensorsignals hervorrufen. Dieser Test kann entweder bei Brennerstillstand an Luft oder beim Vorlüften des Brenners oder im Betrieb während eines Zustandes vollständiger Verbrennung durchgeführt werden. Die Temperaturänderung wird beispielsweise durch eine kurzzeitige Änderung der Heizspannung hervorgerufen, wie in Fig. 6 dargestellt. Wird keine Änderung der Sensorspannung dU detektiert, so ist die Meßelektrode (hier nicht dargestellt) fehlerhaft und der Sensor 7 muß ausgetauscht werden.
Claims (3)
- Verfahren zur Regelung und Überwachung der Verbrennung einer Feuerungsanlage (1) mit einem Brenner (2) für feste und strömende Brennstoffe, der ein Sensor (7) nachgeschaltet ist, wobei die Stellglieder (4 und 5) für die Brennstoff- und Luftzufuhr für den Brenner (2) von einer Regelungs- und Überwachungseinheit (8) gesteuert werden, an deren Signaleingänge der Sensor (7) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, für die Durchführung des Verfahrens ein Sensor (7) verwendet wird, mit dem sowohl der Wasserstoffgehalt als auch der Sauerstoffgehalt im Abgas der Feuerungsanlage (1) ermittelt werden kann, daß vor der Inbetriebnahme der Feuerungsanlage die Grenzwerte UGM und UGÜ des stationären Sensor-Spannungssignals U beim Überschreiten in die Bereiche einer unvollständigen Verbrennung bei Luftüberschuß oder Luftmangel erfaßt und gespeichert werden, daß aus dem Verlauf des Spannungssignals U des Sensors (7) über den jeweils zugehörigen Positionen S des Stellgliedes (5), für Luftzufuhr, die Grenzwerte αGM = |dUM/dSM| bzw. αGÜ = |dUÜ/dSÜ|, bei denen ein Übergang zu einer unvollständigen Verbrennung bei Luftmangel oder Luftüberschuß erfolgt, ermittelt und gespeichert werden, daß zur Erkennung der Fehlfunktion des Sensors (7) aus dem Verlauf des Spannungssignals U des Sensors (7) über den jeweils zugehörigen Positionen S des Stellgliedes (5) für Luftzufuhr bei ausschließlicher Sauerstoffempfindlichkeit des Sensors (7) die Werte der Steigungen αO = dUO/dS ermittelt und werden, daß diese Werte αO sowie die ermittelten Grenzwerte αOM bzw. αOÜ bei denen die vollständige Verbrennung in den Zustand einer unvollständigen Verbrennung übergeht, gespeichert werden, daß der Verlauf des Spannungssignals U des Sensors (7) von der Regel- und Überwachungseinheit (8) kontinuierlich überwacht und mit den in der Regelungs- und Überwachungseinheit 8 gespeicherten Werten αO und Grenzwerten UGM bzw. UGÜ, αGM bzw. αGÜ, αOM bzw. αOÜ die Übergänge zu einer unvollständigen Verbrennung bei Luftmangel und Luftüberschuß erkannt und beim Erreichen eines dieser Grenzwerte UGM bzw. UGÜ, αGM bzw. αGÜ, αOM bzw. αOÜ Gegenmaßnahmen in Form einer Erhöhung bzw. einer Reduzierung der Luftzufuhr automatisch eingeleitet werden, daß von der Regelungs- und Überwachungseinheit (8) zusätzlich der Signalverlauf dU/dt des Sensors (7) überwacht und beim Überschreiten eines ebenfalls in der Regelungs- und Überwachungseinheit (8) gespeicherten dies bezüglichen Grenzwerts (GD) eine Regelung der Feuerungsanlage (1) zu einer vollständigen Verbrennung hin vorgenommen wird, und daß zusätzlich zur Überprüfung des Sensors (7) die Heizspannung geändert und die kurzzeitige Emission von Wasserstoff/Kohlenmonoxid beim Einschalten des Brenners genutzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Sensors (7) mit Hilfe der Regel- und Überwachungseinrichtung (8) die Heizspannung des Sensors (7) geändert und bei unverändertem Sensorsignal U eine Fehlfunktion des Sensors (7) von der Regelungs- und Überwachungseinheit (8) angezeigt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Sensors (7) die kurzzeitige Emission von Wasserstoff/Kohlenmonoxid beim Einschalten des Brenners genutzt und bei unverändertem Sensorsignal U eine Fehlfunktion des Sensors (7) von der Regelungs- und Überwachungseinheit (8) angezeigt wird.
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