EP0981026A2 - Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners - Google Patents

Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners Download PDF

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EP0981026A2
EP0981026A2 EP99115647A EP99115647A EP0981026A2 EP 0981026 A2 EP0981026 A2 EP 0981026A2 EP 99115647 A EP99115647 A EP 99115647A EP 99115647 A EP99115647 A EP 99115647A EP 0981026 A2 EP0981026 A2 EP 0981026A2
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EP
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ionization electrode
burner
distance
ionization
section
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EP99115647A
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Wilhelm Korsmeier
Heinz-Bernhard Wehling
Dieter Wolf
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EON Ruhrgas AG
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Ruhrgas AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods

Definitions

  • the present invention relates to an ionization electrode for monitoring and control the combustion process of a burner, in particular a gas burner, inside the combustion chamber.
  • burners are understood as mixing and feeding devices for fuels and / or air for the controlled combustion of fuels, such as Oil, gas or coal dust.
  • Ionization electrodes are used, which are arranged in the burner area of the burner and are exposed to the flames during the combustion process.
  • free electrical charge carriers, ions and electrons arise, of which predominantly the electrons, due to their greater mobility, a directed charge transport, i.e. an electrical current, from the ionization electrode to one cause electrical mass.
  • Electrical current and / or voltage is also a measure of the flame temperature and for the quality of the combustion.
  • DE 44 33 425 A1 discloses how an ionization electrode can be used for regulation.
  • an ionization electrode for reducing has different lengths depending on the burner load, which are alternately closer or further away from the burner surface, so that some Long sections exposed to high flames and some to low flames depending on the burner load.
  • the ionization electrode is wavy, comb-shaped or helical.
  • a disadvantage of this ionization electrode is that there is no constant uniform flame exposure.
  • this electrode is complex to manufacture.
  • the adjustment difficult without ensuring the desired load independence. In order to there is a load dependency of the ionization signal.
  • the invention is based on the object of designing an ionization electrode for monitoring the combustion process of a burner in such a way that it delivers a load-independent and reliable ionization signal.
  • the object is achieved in that at least a portion of the Ionization electrode protrudes into the burner area of the combustion chamber and the distance of the Section of the burner nozzles is adjustable.
  • the ionization electrode Due to the adjustability of the distance of the protruding into the burner area and thus it is ensured that the section of the ionization electrode exposed to flame is that the ionization electrode is a load-independent and reliable ionization signal delivers, because the ionization electrode always the optimal distance to the burner surface can take. This optimal distance is during assembly, commissioning or set during maintenance and then remains during the operation of the Brenners fixed.
  • the invention points into the burner area protruding portion of the ionization electrode on a reduced surface. So that is an optimal heat flow between the flame in the burner area protruding portion of the ionization electrode and another, not from the flames applied section of the ionization electrode and heat build-up inside the ionization electrode are avoided. This is an even higher reliability given the ionization signal.
  • the surface ratio is advantageous of the portion of the ionization electrode protruding into the burner area a section of the ionization electrode lying outside the burner area 1: 2.
  • the ionization electrode is rotatably mounted in a holder and the distance by turning the ionization electrode changeable. This creates an extremely simple way the distance of the section of the ionization electrode projecting into the burner area from the burner surface.
  • the ionization electrode runs into the burner area protruding portion of the ionization electrode by a distance from the axis of rotation the ionization electrode. This allows the distance of the burner area protruding section of the ionization electrode from the burner surface particularly set effectively and precisely by turning the ionization electrode slightly.
  • the distance to the center line is advantageously a result of an angling of the Ionization electrode formed.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a burner with an ionization electrode according to the invention.
  • the burner 1 shown in the figure has a plurality in the burner area 2 Burner nozzles 3, from which the flames emanate.
  • an ionization electrode 4 is fastened, which for this purpose is rotatable in a holder 5 a wall 6 adjoining the burner 1 is mounted.
  • the ionization electrode 4 has a rod-shaped section 7 and projecting into the burner area 2 a rod-shaped section 9 lying outside the burner area 2.
  • the Sections 7, 9 are arranged in an extension and coaxially with each other. The one in the Burner region 2 projecting section 7 is during the combustion process of the flames 8 acted upon.
  • Section 7 extends by a distance a from that shown in dash-dot lines in the figure Center line M of the ionization electrode 4 offset.
  • the distance a results by an angling 4a of the ionization electrode 4 in the area outside the Section 9 of the burner area 2.
  • the section 7 projecting into the burner area 2 is, as shown in the figure, to the Firing nozzles 3 spaced apart by a distance b.
  • the distance b can be read through targeted rotation of the ionization electrode in the holder 5 continuously change, such as on the basis of the further positions of section 7 of the ionization electrode shown in broken lines 4 and the corresponding distances b 'and b' 'can be seen.
  • the ionization electrode 4 By simply rotating the ionization electrode 4 in its holder 5 simple way always set the distance b so that the ionization electrode 4 ionization signal delivered when flame is applied regardless of load and is reliable.
  • the turning takes place e.g. of an electric drive that can also be process-controlled.
  • the optimal distance b is dependent on the Construction of the burner and its specific burning behavior during assembly, the Commissioning or set during maintenance. The distance changes during operation of the burner.
  • the Combustion chamber 10 a boiler with service and / or heating water, which means the burner 1 is to be heated.

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Abstract

Eine Ionisationselektrode (4) zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, so auszugestalten, daß diese ein lastunabhängiges und zuverlässiges Ionisationssignal liefert, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß wenigstens ein Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) in den Brennerbereich (2) ragt und der Abstand (b, b', b'') des Abschnitts (7) von den Brennerdüsen (3) veränderbar ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionisationselektrode zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners, innerhalb der Brennkammer.
In der Feuerungstechnik versteht man unter Brennern Misch- und Zuführeinrichtungen für Brennstoffe und/oder Luft zum geregelten Verbrennen der Brennstoffe, wie beispielsweise Öl, Gas oder Kohlenstaub.
Dabei sind hinsichtlich des Brennverhaltens regelungstechnische Probleme gegeben, die sich u. a. auf eine sichere, zuverlässige und emissionsarme Verbrennung auswirken, beispielsweise beim Starten des Brenners und dem Betrieb des Brenners bei unterschiedlichen Leistungen, auch Brennerbelastung genannt.
So ist es beispielsweise bei Gasbrennern aufgrund von Besonderheiten in der Versorgung mit Gasen unterschiedlicher und sich ändernder Beschaffenheiten für eine optimale Verbrennung erforderlich, daß die Brenner diese Änderungen und Unterschiede erfassen und entsprechend schnell und zuverlässig ausregeln können, zum Beispiel durch Beimischung von mehr oder weniger Gas und/oder Luft.
Für die Regelung und Überwachung des Verbrennungsprozesses ist es dabei wichtig, für die Verbrennung charakteristische Signale zu erhalten. Zu diesem Zweck werden Ionisationselektroden verwendet, die im Brennerbereich des Brenners angeordnet sind und während des Verbrennungsprozesses von den Flammen beaufschlagt werden. Dabei entstehen freie elektrische Ladungsträger, Ionen und Elektronen, von denen überwiegend die Elektronen aufgrund ihrer größeren Beweglichkeit einen gerichteten Ladungstransport, d.h. einen elektrischen Strom, von der Ionisationselektrode zu einer elektrischen Masse bewirken. Der sich so während des Verbrennungsprozesses einstellende elektrische Strom und/oder die Spannung ist auch ein Maß für die Flammentemperatur und für die Qualität der Verbrennung. In der DE 44 33 425 A1 ist offenbart, wie eine Ionisationselektrode zur Regelung verwendet werden kann.
Für eine optimale Regelung und Überwachung des Verbrennungsprozesses ist ein zuverlässiges Ionisationssignal bzw. ein zuverlässiger Ionisationsstrom erforderlich. Dazu ist es notwendig, daß die Ionisationselektrode bei unterschiedlichen Brennerbelastungen gleichmäßig von den Flammen beaufschlagt wird. Problematisch ist dabei, daß die Höhe der Flammen von der Brenneroberfläche bei unterschiedlichen Brennerbelastungen variiert, so daß das Ionisationssignal belastungsabhängig werden kann.
Aus der DE 195 02 900 A1 ist eine Ionisationselektrode bekannt, die zur Reduzierung der Abhängigkeit von der Brennerbelastung verschiedene Längenabschnitte aufweist, die wechselweise näher oder entfernter von der Brenneroberfläche liegen, so daß einige Längenabschnitte von hohen Flammen und einige von niedrigen Flammen beaufschlagt werden, je nach Brennerbelastung. Dazu ist die Ionisationelektrode wellenförmig, kammförmig oder wendelförmig ausgestaltet. Nachteilig bei dieser Ionisationselektrode ist, daß eine stets gleichmäßige Flammenbeaufschlagung nicht gegeben ist. Darüber hinaus ist diese Elektrode aufwendig in der Herstellung. Außerdem ist die Justierung schwierig, ohne daß die gewünschte Lastunabhängigkeit gesichert ist. Damit ist eine Belastungsabhängigkeit des Ionisationssignals gegeben.
Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines Brenners so auszugestalten, daß diese ein lastunabhängiges und zuverlässiges Ionisationssignal liefert.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Abschnitt der Ionisationselektrode in den Brennerbereich der Brennkammer ragt und der Abstand des Abschnitts von den Brennerdüsen einstellbar ist.
Durch die Einstellbarkeit des Abstands des in den Brennerbereich ragenden und damit mit Flammen beaufschlagbaren Abschnitts der Ionisationselektrode ist gewährleistet, daß die Ionisationselektrode ein lastunabhängiges und zuverlässiges Ionisationssignal liefert, da die Ionisationselektrode so stets den optimalen Abstand zur Brenneroberfläche einnehmen kann. Dieser optimale Abstand wird bei der Montage, der Inbetriebnahme oder bei einer Wartung eingestellt und bleibt dann während des Betriebes des Brenners fixiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der in den Brennerbereich ragende Abschnitt der Ionisationselektrode eine verringerte Oberfläche auf. Damit ist ein optimaler Wärmefluß zwischen dem flammenbeaufschlagten in den Brennerbereich ragenden Abschnitt der Ionisationselektrode und einem weiteren, nicht von den Flammen beaufschlagten Abschnitt der Ionisationselektrode gegeben und Wärmestaus innerhalb der Ionisationselektrode werden vermieden. Dadurch ist eine noch höhere Zuverlässigkeit des Ionisationssignals gegeben. Vorteilhafterweise ist das Oberflächenverhältnis des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisationselektrode zu einem außerhalb des Brennerbereichs liegenden Abschnitts der Ionisationselektrode 1 : 2.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ionisationselektrode drehbar in einer Halterung gelagert und der Abstand durch Drehen der Ionisa-tionselektrode veränderbar. Dadurch ist eine überaus einfache Möglichkeit geschaffen, den Abstand des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisationselektrode von der Brenneroberfläche einzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft der in den Brennerbereich ragende Abschnitt der Ionisationselektrode um einen Abstand zu der Drehachse der Ionisationselektrode versetzt. Dadurch läßt sich der Abstand des in den Brennerbereich ragenden Abschnitts der Ionisationselektrode von der Brenneroberfläche besonders effektiv und genau bereits durch geringes Drehen der Ionisationselektrode einstellen. Vorteilhafterweise ist der Abstand zu der Mittellinie durch eine Abwinkelung der Ionisationselektrode ausgebildet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt die Figur in einer schematischen Seitenansicht einen Brenner mit einer erfindungsgemäßen Ionisationselektrode.
Der in der Figur dargestellte Brenner 1 weist im Brennerbereich 2 eine Vielzahl von Brennerdüsen 3 auf, von denen die Flammen ausgehen. Oberhalb des Brennerbereichs 2 ist eine Ionisationselektrode 4 befestigt, welche hierzu drehbar in einer Halterung 5 einer sich an den Brenner 1 anschließenden Wandung 6 gelagert ist. Die Ionisationselektrode 4 weist einen in den Brennerbereich 2 ragenden stabförmigen Abschnitt 7 und einen außerhalb des Brennerbereichs 2 liegenden stabförmigen Abschnitt 9 auf. Die Abschnitte 7, 9 sind in Verlängerung und koaxial zueinander angeordnet. Der in den Brennerbereich 2 ragende Abschnitt 7 ist während des Verbrennungsprozesses von den Flammen 8 beaufschlagbar. Wie in der Figur dargestellt, ist der in den Brennerbereich 2 ragende und diesen durchragende Abschnitt 7 der Ionisationselektrode 4 gegenüber dem Abschnitt 9 der Ionisationselektrode 4 verjüngt und mit geringem Querschnitt ausgebildet, wodurch der Abschnitt 7 eine geringere Oberfläche aufweist. Ferner verläuft der Abschnitt 7 um einen Abstand a zu der in der Figur strichpunktiert eingezeichneten Mittellinie M der Ionisationselektrode 4 versetzt. Der Abstand a ergibt sich durch eine Abwinklung 4a der Ionisationselektrode 4 im Bereich des außerhalb des Brennerbereichs 2 liegenden Abschnitts 9.
Der in den Brennerbereich 2 ragende Abschnitt 7 ist, wie in der Figur dargestellt, zu den Brenndüsen 3 mit einem Abstand b beabstandet. Der Abstand b läßt sich dabei durch gezieltes Drehen der Ionisationselektrode in der Halterung 5 stufenlos verändern, wie anhand der gestrichelt eingezeichneten weiteren Positionen des Abschnitts 7 der Ionisationselektrode 4 und der entsprechenden Abstände b' und b'' zu erkennen ist.
So läßt sich durch einfaches Drehen der Ionisationselektrode 4 in ihrer Halterung 5 auf einfache Art und Weise der Abstand b stets so einstellen, daß das von der Ionisationselektrode 4 bei Flammenbeaufschlagung gelieferte Ionisationssignal lastunabhängig und zuverlässig ist. Das Drehen erfolgt mittels z.B. eines elektrischen Antriebes, der auch prozeßgesteuert sein kann. Der optimale Abstand b wird in Abhängigkeit von der Konstruktion des Brenners und dessen konkretem Brennverhalten bei der Montage, der Inbetriebnahme oder bei einer Wartung eingestellt. Der Abstand ändert sich während des Betriebes des Brenners nicht.
In dem in der Figur mit 11 gekennzeichneten Bereich schließt sich andererseits der Brennkammer 10 ein Kessel mit Brauch- und/oder Heizungswasser an, welches mittels des Brenners 1 erwärmt werden soll.

Claims (7)

  1. Ionisationselektrode zur Überwachung und Regelung des Verbrennungsprozesses eines Brenners insbesondere eines Gasbrenners, innerhalb der Brennkammer (10),
    dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) in den Brennerbereich (2) der Brennkammer (10) ragt und der Abstand (b, b', b'') des Abschnitts (7) von den Brennerdüsen (3) einstellbar ist.
  2. Ionisationselektrode nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennerbereich (2) ragende Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) eine verringerte Oberfläche im Vergleich zu mindestens einem weiteren Abschnitt (9) der Ionisationselektrode (4) aufweist.
  3. Ionisationselektrode nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenverhältnis des in den Brennerbereich (2) ragenden Abschnitts (7) der Ionisationselektrode (4) zu dem außerhalb des Brennerbereichs (2) liegenden Abschnitt (9) der Ionisationselektrode (4) 1 : 2 ist.
  4. Ionisationselektrode nach Anspruch 2 oder Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Oberflächen auf unterschiedlichen Querschnitten der beiden Abschnitte (7, 9) beruhen.
  5. Ionisationselektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (4) drehbar in einer Halterung (5) gelagert ist und der Abstand (b, b', b'') durch Drehen der Ionisationselektrode (4) veränderbar ist.
  6. Ionisationseiektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennerbereich (2) ragende Abschnitt (7) der Ionisationselektrode (4) um einen Abstand (a) zu einer Mittellinie (M) der Ionisationselektrode (4) versetzt verläuft, die durch die Drehachse der Halterung (5) definiert ist.
  7. Ionisationselektrode nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zu der Mittellinie durch eine Abwinkelung 4a) der Ionisationselektrode (4) ausgebildet ist.
EP99115647A 1998-08-18 1999-08-07 Ionisationselektrode zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners Withdrawn EP0981026A3 (de)

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