EP0908670A1 - Method and device for operating an atmospheric gas burner - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
Definitions
- the invention is based on a method and one Device for operating an atmospheric gas burner.
- the Injection of the fuel through a nozzle with constant Exit cross-section that is at a fixed distance and fixed position is arranged to the mixing tube opening of the gas burner.
- the Air intake of the premixing system depends on Exit pulse of the driving fuel jet, the losses occurring with increasing fuel throughput increase disproportionately and thereby the fuel-air ratio over the modulation range of the gas burner is not constant.
- Movable flow obstacles prevent air from entering Mixing tube in the lower load range or reduce the nozzle slidable to store their distance from the To change the mixing tube opening.
- the inventive method and the inventive Device allow a simple way Variation of the air-fuel ratio leading to Compensation for changes in the air-fuel ratio over the modulation range and / or to adjust the Gas burner on different fuels without changing the nozzle can be used. Furthermore, the arrangement according to the invention by a simple structure, that works without moving parts.
- the distribution of the total flow of fuel gas into one Centrally aligned with respect to the mixing tube opening Part gas flow and at least one other non-central aligned partial gas flow can be adjusted via the required burner output take place by Keeping the air-fuel ratio constant above that entire modulation range of the gas burner a central Nozzle is provided for a maximum required Combustion air intake at nominal load of the Gas burner is designed while an outer nozzle is provided is the minimum required combustion air intake is designed in the partial load range of the gas burner.
- the gas supply can take place in such a way that with decreasing Burner load an increasingly larger proportion of the supplied fuel passes through the outer nozzle while the partial gas flow emerging through the central nozzle is reduced. Because the relationship between burner performance and air ratio ⁇ especially with atmospheric burners low pollution tendency is fixed, the Distribution of the partial gas flows in a characteristic curve or Characteristic curve set stored in the control unit of the heater become.
- the The outer nozzle is arranged as concentric with the central nozzle Ring nozzle formed while a second Embodiment the outer nozzle from radial to the central nozzle arranged individual nozzles.
- the presence of two separately controllable Fuel supplies to the injector system can be advantageous also for a temporary enrichment of the fuel-air mixture be used when the gas burner is cold started.
- Figure 1a shows that Injector system of the gas burner with the nozzle system in the Section and the entrance area of the mixing tube in Side view
- Fig. 1b shows an alternative embodiment of a Gas supply
- Fig. 1c an alternative embodiment of the Nozzle system.
- the injector system a central nozzle 10 with a circular cross-section, from a Ring nozzle 12a is surrounded concentrically.
- the ring nozzle 12a has a larger outlet cross section than the central nozzle 10 and is opposite this in the flow direction of the Axially set fuel.
- the central nozzle 10 is made from a gas manifold 18 fed, which the fuel via a control valve 20th is fed.
- the ring nozzle 12a is with a Gas manifold 22 connected into which the fuel a control valve 24 arrives.
- the control valves 20 and 24 that are charged with the same gas, are on a Control unit 26 of a combustion control device connected, which depends on the fuel gas supply on the load status of the gas burner and / or the one used Gas type distributed to the two nozzles 10 and 12a.
- Fig. 1b is a second alternative embodiment of the gas supply shown.
- the two Valves for the gas distribution pipes 18, 22 in this case as combined safety / control valves 32, 34 are formed, which together is preceded by a safety valve 36.
- Such control of Gas supply can be in a characteristic curve or family of curves in the Control unit 26 are stored.
- the second embodiment of the device according to FIG 1c are used as an outer nozzle instead of the ring nozzle 12a
- the sum of the Exit cross sections of the individual nozzles 12b is also larger than the outlet cross section of the central nozzle 10.
- the individual nozzles 12b are like that Embodiment according to Figure 1a compared to the central Nozzle 10 axially in the direction of flow of the fuel set back.
- the distribution of the gas flows can on the same way as the first Embodiment.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Betreiben eines atmosphärischen Gasbrenners. Bei bekannten Gasbrennern dieser Gattung erfolgt die Eindüsung des Brennstoffs durch eine Düse mit konstantem Austrittsquerschnitt, die in festem Abstand und fester Lage zur Mischrohröffnung des Gasbrenners angeordnet ist. Die Luftansaugung des Vormischsystems ist dabei abhängig vom Austrittsimpuls des treibenden Brennstoffstrahls, wobei die auftretenden Verluste mit zunehmendem Brennstoffdurchsatz überproportional ansteigen und dadurch das Brennstoff-Luftverhältnis über dem Modulationsbereich des Gasbrenners nicht konstant ist. Um diesem unerwünschten Effekt zu begegnen, wird in der DE-OS 44 07 758 vorgeschlagen, durch bewegliche Strömungshindernisse den Luftzutritt zum Mischrohr im unteren Lastbereich zu verringern oder die Düse verschiebbar zu lagern um somit ihren Abstand zur Mischrohröffnung zu verändern. Diese Maßnahmen bedingen den Einsatz von beweglichen Teilen, die schmutz- und störungsempfindlich sind und die Anordnung nicht unwesentlich verteuern.The invention is based on a method and one Device for operating an atmospheric gas burner. In known gas burners of this type, the Injection of the fuel through a nozzle with constant Exit cross-section that is at a fixed distance and fixed position is arranged to the mixing tube opening of the gas burner. The Air intake of the premixing system depends on Exit pulse of the driving fuel jet, the losses occurring with increasing fuel throughput increase disproportionately and thereby the fuel-air ratio over the modulation range of the gas burner is not constant. To this undesirable effect encounter, is proposed in DE-OS 44 07 758 by Movable flow obstacles prevent air from entering Mixing tube in the lower load range or reduce the nozzle slidable to store their distance from the To change the mixing tube opening. These measures require the Use of moving parts that are dirty and dirty are sensitive to interference and the arrangement is not insignificantly more expensive.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen auf einfache Art und Weise eine Variation des Brennstoff-Luftverhältnisses, die zum Ausgleich von Veränderungen des Brennstoff-Luftverhältnisses über dem Modulationsbereich und/oder zur Anpassung des Gasbrenners an verschiedene Brennstoffe ohne Düsenwechsel eingesetzt werden kann. Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung durch einen einfachen Aufbau aus, der ohne bewegliche Teile auskommt.The inventive method and the inventive Device allow a simple way Variation of the air-fuel ratio leading to Compensation for changes in the air-fuel ratio over the modulation range and / or to adjust the Gas burner on different fuels without changing the nozzle can be used. Furthermore, the arrangement according to the invention by a simple structure, that works without moving parts.
Durch die Merkmale der Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Anordnung möglich.The features of the subclaims are advantageous Embodiments of the method and the arrangement possible.
Die Aufteilung des Gesamtstroms des Brenngases auf einen in Bezug auf die Mischrohröffnung zentral ausgerichteten Teilgasstrom und auf mindestens einen weiteren nichtzentral ausgerichteten Teilgasstrom kann über die eingestellte bzw. geforderte Brennerleistung erfolgen, indem zum Konstanthalten des Brennstoff-Luftverhältnisses über dem gesamten Modulationsbereich des Gasbrenners eine zentrale Düse vorgesehen ist, die für eine maximal erforderliche Verbrennungsluft- Ansaugung bei Nennbelastung des Gasbrenners ausgelegt ist, während eine Außendüse vorgesehen ist, die für eine minimal erforderliche Verbrennungsluft-Ansaugung im Teillastbereich des Gasbrenners ausgelegt ist. Die Gaszufuhr kann dergestalt erfolgen, daß mit abnehmender Brennerbelastung ein zunehmend größerer Anteil des zugeführten Brennstoffs durch die Außendüse tritt, während der durch die zentrale Düse austretende Teilgasstrom reduziert wird. Da der Zusammenhang zwischen Brennerleistung und Luftzahl λ insbesondere bei atmosphärischen Brennern mit geringer Verschmutzungsneigung fest vorgegeben ist, kann die Aufteilung der Teilgasströme in einer Kennlinie bzw. Kennlinienschar im Steuergerät des Heizgeräts hinterlegt werden.The distribution of the total flow of fuel gas into one Centrally aligned with respect to the mixing tube opening Part gas flow and at least one other non-central aligned partial gas flow can be adjusted via the required burner output take place by Keeping the air-fuel ratio constant above that entire modulation range of the gas burner a central Nozzle is provided for a maximum required Combustion air intake at nominal load of the Gas burner is designed while an outer nozzle is provided is the minimum required combustion air intake is designed in the partial load range of the gas burner. The gas supply can take place in such a way that with decreasing Burner load an increasingly larger proportion of the supplied fuel passes through the outer nozzle while the partial gas flow emerging through the central nozzle is reduced. Because the relationship between burner performance and air ratio λ especially with atmospheric burners low pollution tendency is fixed, the Distribution of the partial gas flows in a characteristic curve or Characteristic curve set stored in the control unit of the heater become.
Bei einem Gasartenwechsel kommt es in der Regel zu einer Veränderung der Luftzahl λ und der Brennerbelastung. In vorteilhafter Weise kann die Aufteilung der Teilgasströme auf die zentrale Düse und auf die Außendüse dann so erfolgen, daß die geforderte Brennerleistung im wesentlichen über den zentral ausgerichteten Teilgasstrom bedient wird, während zur Einstellung bzw. zum Konstanthalten des Brenngas-Luftverhältnisses der nichtzentral ausgerichtete Teilgasstrom bzw. die Außendüse herangezogen wird, wobei ein Gasartenwechsel während der Verbrennung durch einen zusätzlichen Sensor erfaßt wird. Damit kann über ein Steuergerät eines Verbrennungsregelsystems der Gesamtgasstrom auf das aus den zwei Düsenarten bestehende Injektorsystem so aufgeteilt werden, daß die ursprüngliche Luftzahl λ und damit auch die ursprüngliche Brennerbelastung beibehalten werden.When changing the gas type, there is usually one Change in air ratio λ and burner load. In The division of the partial gas streams can be advantageous on the central nozzle and on the outer nozzle like this take place that the required burner output essentially is operated via the central gas flow, while to adjust or to keep the Fuel gas-air ratio of the non-centrally aligned Part gas flow or the outer nozzle is used, with a Gas type change during combustion by a additional sensor is detected. So that can over Control unit of a combustion control system Total gas flow to that consisting of the two types of nozzles Injector system so that the original Air ratio λ and thus also the original burner load to be kept.
Im modulierenden Betrieb eines atmosphärischen Gasbrenners mit Vollvormischung nimmt bei kleiner werdender Last das Luftverhältnis zu, weil sich dabei der Injektorwirkungsgrad wegen des verringerten Massendurchsatzes verbessert. Ferner ist bekannt, daß die Injektorwirkung bei gleichbleibendem Massendurchsatz des Brennstoffes mit zunehmender Größe der Austrittsöffnung der Düse abnimmt. Ausgehend von diesen Tatsachen und unter Zugrundelegung der Aufgabe, das Brennstoff-Luftverhältnis über den Modulationsbereich des Gasbrenners konstant zu halten oder abhängig vom Lastverlauf in bestimmter Weise zu variieren, wird vorgeschlagen, daß der Austrittsquerschnitt der zentralen Düse kleiner ist als der Austrittsquerschnitt der Außendüse bzw. die Summe der Austrittsquerschnitte der Außendüse.In the modulating operation of an atmospheric gas burner with full premixing, this takes as the load decreases Air ratio too, because this increases the injector efficiency improved because of the reduced mass throughput. Further it is known that the injector effect remains the same Mass flow rate of the fuel with increasing size of the Outlet opening of the nozzle decreases. Starting from these Facts and based on the task, the Fuel-air ratio over the modulation range of the Keep gas burner constant or depending on the load curve to vary in certain ways, it is proposed that the outlet cross section of the central nozzle is smaller than the outlet cross section of the outer nozzle or the sum of the Outlet cross sections of the outer nozzle.
Damit der aus der Außendüse austretende Brennstoffstrahl den Luftzutritt zur Mischrohröffnung nicht behindert, wird vorgeschlagen, daß die Austrittsöffnung der Außendüse gegenüber der zentralen Düse axial zurückversetzt ist.So that the fuel jet emerging from the outer nozzle Air access to the mixing tube opening is not hindered suggested that the outlet opening of the outer nozzle is axially set back with respect to the central nozzle.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist die Außendüse als konzentrisch zur zentralen Düse angeordnete Ringdüse ausgebildet, während bei einer zweiten Ausführungsform die Außendüse aus radial zur zentralen Düse angeordneten Einzeldüsen besteht.In a first advantageous embodiment, the The outer nozzle is arranged as concentric with the central nozzle Ring nozzle formed while a second Embodiment the outer nozzle from radial to the central nozzle arranged individual nozzles.
Damit die beiden Gaswege zur zentralen Düse und zur Außendüse getrennt geregelt werden können, sind zwei Regelventile vorgesehen, denen gemeinsam zwei Sicherheitsventile vorgeschaltet sind. In einer alternativen Ausführungsform kommen zwei kombinierte Sicherheits/Regelventile zum Einsatz, denen in diesem Fall nur noch ein gemeinsames Sicherheitsventil vorgeschaltet werden braucht.So that the two gas paths to the central nozzle and External nozzle can be regulated separately, are two Control valves provided that two together Safety valves are upstream. In an alternative Embodiment come two combined Safety / control valves are used, which in this case only a common safety valve upstream are needed.
Das Vorhandensein von zwei getrennt regelbaren Brennstoffzuführungen zum Injektorsystem kann vorteilhaft auch zu einer vorübergehenden Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches beim Kaltstart des Gasbrenners genutzt werden.The presence of two separately controllable Fuel supplies to the injector system can be advantageous also for a temporary enrichment of the fuel-air mixture be used when the gas burner is cold started.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1a zeigt das Injektorsystem des Gasbrenners mit dem Düsensystem im Schnitt und den Eingangsbereich des Mischrohres in Seitenansicht, Fig. 1b eine alternative Ausführung einer Gaszufuhr und Fig. 1c eine alternative Ausführungsform des Düsensystems.Two embodiments of the invention are in the Drawing shown schematically and in the following Description explained in more detail. Figure 1a shows that Injector system of the gas burner with the nozzle system in the Section and the entrance area of the mixing tube in Side view, Fig. 1b shows an alternative embodiment of a Gas supply and Fig. 1c an alternative embodiment of the Nozzle system.
In einem ersten Ausführungsbeispiel hat das Injektorsystem
eine zentrale Düse 10 mit Kreisquerschnitt, die von einer
Ringdüse 12a konzentrisch umgeben ist. Die Ringdüse 12a hat
einen größeren Austrittsquerschnitt als die zentrale Düse 10
und ist gegenüber dieser in Strömungsrichtung des
Brennstoffs axial zurückversetzt.In a first embodiment, the injector system
a
Die zentrale Düse 10 wird aus einem Gasverteilerrohr 18
gespeist, dem der Brennstoff über ein Regelventil 20
zugeführt ist. Die Ringdüse 12a ist mit einem
Gasverteilerrohr 22 verbunden, in das der Brennstoff über
ein Regelventil 24 gelangt. Die Regelventile 20 und 24, die
mit dem gleichen Gas beaufschlagt werden, sind an ein
Steuergerät 26 einer Verbrennungsregeleinrichtung
angeschlossen, welches die Brenngaszufuhr in Abhängigkeit
vom Lastzustand des Gasbrenners und/oder der verwendeten
Gasart auf die beiden Düsen 10 und 12a verteilt.The
Den beiden Regelventilen 20, 24 sind, wie Fig. 1a zeigt,
gemeinsam zwei Sicherheitsventile 28, 30 vorgeschaltet, die
u.a. bei einer Abschaltung des Gasbrenners die
Dichtheitskontrolle übernehmen. In Fig. 1b ist eine zweite
alternative Ausführungsform der Gaszufuhr dargestellt. Unter
Beibehaltung der doppelten Sicherheit sind die beiden
Ventile für die Gasverteilerrohre 18, 22 in diesem Fall als
kombinierte Sicherheits/Regelventile 32, 34 ausgebildet,
denen gemeinsam ein Sicherheitsventil 36 vorgeschaltet ist. The two
Bei entsprechender Auslegung des Austrittsquerschnitts der
zentralen Düse 10 und deren Abstand zum Mischrohr 14 und bei
einer entsprechenden Ausgestaltung des Eingangsbereichs 16
des Mischrohrs 14 werden über das Steuergerät 26 die
Teilgasströme zu der zentralen Düse 10 und zu der Ringdüse
12a so aufgeteilt, daß sich die gewünschte Luftzahl λ
ergibt, die damit über den gesamten Modulationsbereich des
Gasbrenners konstant gehalten werden kann. Wird
beispielsweise als Brennstoff Erdgas verwendet, so wird im
Nennlastbetrieb des Gasbrenners nur die zentrale Düse 10 mit
Brenngas beaufschlagt, während das Regelventil 24 für die
Ringdüse 12a geschlossen ist. Bei abnehmender
Brennerbelastung erfolgt über das Steuergerät 26 der
Verbrennungsregeleinrichtung eine überproportionale
Reduzierung des Massenstroms durch die zentrale Düse 10 und
eine kontinuierliche Erhöhung des Anteils durch die Ringdüse
12a. Durch deren größeren Austrittsquerschnitt
verschlechtert sich die Luftansaugung, wodurch der
grundsätzlichen Luftzahlerhöhung bei Kleinlast
entgegengewirkt und das gewünschte Brennstoff-Luftverhältnis
konstant gehalten wird. Eine derartige Steuerung der
Gaszufuhr kann in einer Kennlinie bzw. Kennlinienschar im
Steuergerät 26 hinterlegt werden.With an appropriate design of the outlet cross section of the
Damit Luftzahländerungen auch aufgrund von einem
Gasartenwechsel ausgeregelt werden können, ist in einem
zweiten Verfahren zur Ansteuerung der Gasdüsen 10, 12a
vorgesehen, daß die Brennerleistung sowohl im Teil- auch im
Vollastbereich durch die Gaszufuhr über über die zentrale
Düse 10 bestimmt wird. Die Gaszufuhr zur Ringdüse 12a
erfolgt in Abhängigkeit von der während der Verbrennung
erfaßten Luftzahl λ, die z.B. durch eine mit dem Steuergerät
26 verbundene und im Abgasweg angeordnete λ- Sonde 38
bestimmt werden kann. Dabei ist das System so ausgelegt, daß
selbst im Nennlastbetrieb des Gasbrenners die Verbrennung
bei einem Brenngas mit hoher Wobbezahl und damit hohem
Verbrennungsluftbedarf (z.B. Erdgas H) überstöchiometrisch
erfolgt, so daß die sich bei einem Gasartenwechsel auf ein
Brenngas mit geringerem Verbrennungsluftbedarf (z.B. Erdgas
L) ergebende Luftzahlerhöhung durch eine zusätzliche
unterstöchiometrische Gasgemischzufuhr über die Ringdüse 12a
auf einen optimalen Luftzahlwert heruntergeregelt wird.
Ändert sich der Lastzustand des Brenners, kann ebenfalls
über die Ringdüse 12a ein optimaler Luftzahlwert eingestellt
werden. Damit gfs. verbundene Soll-Ist-Abweichungen in der
Brennerleistung können korrigiert werden, indem die
Vorlauftemperatur des Heizwassers oder die Raumtemperatur
der zu beheizenden Räume als Stellgröße für die
Brennerleistung verwendet werden.So that air-number changes also due to one
Gas type change can be regulated in one
second method for controlling the
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach Figur
1c werden als Außendüse anstelle der Ringdüse 12a mehrere
radial zur zentralen Düse 10 angeordnete Einzeldüsen bzw.
Einzelbohrungen 12b eingesetzt. Die Summe der
Austrittsquerschnitte der Einzeldüsen 12b ist ebenfalls
größer als der Austrittsquerschnitt der zentralen Düse 10.
Weiterhin sind die Einzeldüsen 12b wie bei dem
Ausführungsbeispiel nach Figur 1a gegenüber der zentralen
Düse 10 in Strömungsrichtung des Brennstoffes axial
zurückversetzt. Die Aufteilung der Gasströme kann auf die
gleiche Art und Weise erfolgen, wie beim ersten
Ausführungsbeispiel.In the second embodiment of the device according to FIG
1c are used as an outer nozzle instead of the
Claims (13)
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DE19744082 | 1997-10-06 | ||
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DE19810750 | 1998-03-12 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB230149A (en) * | 1923-11-29 | 1925-03-02 | George Helps | Improvements in gas burners |
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