EP1036984B1 - Vormischbrenner fuer gasförmige Brennstoffe - Google Patents

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EP1036984B1
EP1036984B1 EP00104614A EP00104614A EP1036984B1 EP 1036984 B1 EP1036984 B1 EP 1036984B1 EP 00104614 A EP00104614 A EP 00104614A EP 00104614 A EP00104614 A EP 00104614A EP 1036984 B1 EP1036984 B1 EP 1036984B1
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EP
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burner
area
premix
electrode
ionization
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Hartmut Henrich
Ulrich Niemeyer
Martin Petersmann
Sascha Rothenberger
Ansgar Schlump
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Elster Kromschroeder GmbH
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G Kromschroeder AG
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    • F23D14/46—Details
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/22—Pilot burners

Definitions

  • the invention relates to a premix burner for gaseous fuels, with a mixture distributor, which has a plurality of mixture passage openings has and with an ionization electrode, which is connected to a control device connected.
  • the burner works according to the so-called SCOT process, in which the The ionization signal supplied by the ionization electrode is electronically processed is to make a statement about the flame temperature and thus about to supply the air ratio.
  • the process aims to keep the air ratio constant hold and thus a low-pollutant combustion of gases with changing Allow composition.
  • the goodness depends on Regulation of the straightness of the course of the ionization signal over the Burner output.
  • the invention has for its object the burner control in this regard to improve that it gets an ionization signal whose linearity is increased above the burner output.
  • the premix burner mentioned at the outset is according to the invention characterized in that the wing loading of the Premix burner in the area of the ionization electrode is increased by the Ionization electrode is assigned to a pilot burner or by the Mixture passage area of the mixture distributor in the area of the Ionization electrode is enlarged.
  • the invention is based on the knowledge that the quality of the ionization signal depends on the burner's surface load. The lower the area load, the weaker the ionization signal and the earlier the waste begins to drop as the burner output drops. on the other hand the general technical trend is towards low wing loads, in order to achieve the lowest possible pollutant emissions.
  • the invention creates a local increase in wing loading and enables in many cases, the use of the SCOT process only by appropriate Improvement of the quality of the ionization signal. Among all Under certain circumstances, the usable output range of the burner will decrease extended. The increase in wing loading is locally limited and leads therefore to none, in the worst case only to an insignificant influence the emission values.
  • the premix burner 1 according to FIG. 1 is connected to an air line 2 and connected to a gas line 3.
  • a blower 4 works while in the gas line a pressure regulator 5 is arranged.
  • the pressure regulator 5 works depending on additional electronics 6, which in turn connected to a customer-specific boiler electronics 7 is. The latter also controls the blower 4.
  • An ionization electrode 8 indicated as a line delivers their signal to the additional electronics 6, in which this signal is processed so that it is the air ratio of the premix burner 1 represents.
  • the ionization electrode 8 is in the area of a pilot burner 9 arranged, both with the air line 2 as is also connected to the gas line 3 and therefore a The mixture burns, as does the burner head 1 ' becomes.
  • the pilot burner 9 is at a higher wing loading as the burner head 1 '.
  • the additional electronics 6 thus generates a higher ionization signal Quality.
  • this signal is plotted against the boiler output, in comparison to the signal that results when the ionization electrode in the region of burner head 1 'working with a low surface load, is arranged.
  • the ionization signal then clearly drops decreases significantly with decreasing burner output, including the The quality of the scheme suffers, with the result that the air ratio of the premix burner 1 does not change when the gas changes can be kept more constant.
  • FIG. 3 shows a mixture distributor 10 of a premix burner in the form of a burner plate with a plurality is provided by mixture passage openings 11. About that The largest surface area of the burner plate is the density of the Mixture passage openings 11 selected so that the burner works with low wing loading and therefore cheap Emission values achieved.
  • the ionization electrode 8 is on the left edge of the burner plate arranged and extends in their area into it. As shown, the density of the mixture passage openings is here 11 increased. The mixture passage area is so enlarged that the burner in this area works with increased wing loading. The effect corresponds that of the pilot burner 9 according to FIG. 1. Since the increase the area load is locally limited, the emission values hardly affected.
  • the Pilot burner can be coupled directly to the burner head.
  • the type of control electronics is arbitrary, but under the Prerequisite that from the ionization current of the electrode a signal representing the air ratio can be derived can.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe, mit einem Gemischverteiler, der eine Mehrzahl von Gemischdurchtrittsöffnungen aufweist und mit einer Ionisationselektrode, die an eine Regeleinrichtung angeschlossen ist.
Der Brenner arbeitet nach dem sogenannten SCOT-Verfahren, bei dem das von der Ionisationselektrode gelieferte Ionisationssignal elektronisch aufbereitet wird, um eine Aussage über die Flammentemperatur und damit über die Luftzahl zu liefern. Das Verfahren zielt darauf ab, die Luftzahl konstant zu halten und damit eine schadstoffarme Verbrennung von Gasen mit wechselnder Zusammensetzung zu ermöglichen. Allerdings hängt die Güte der Regelung von der Geradlinigkeit des Verlaufs des Ionisationssignals über der Brennerleistung ab.
Aus der EP-A2- 0 339 499 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs der Brennerplatte eines Flächenbrenners mittels einer Elektrode bekannt, die die Ionisation im Flammenbereich misst. Die Brennerflammen sind im Bereich der Elekrode in einem abgegrenzten Bereich länger als im übrigen Bereich der Brennerplatte. Um längere Flammen zu erzielen, werden die Gemischdurchtrittsöffnungen im Bereich der Elektrode kleiner bemessen als im übrigen Bereich der Brennerplatte. Dies hat eine Reduzierung der Flächenbelastung zur Folge. Alternativ wird der Brennerplatte im Bereich der Elekrode ein Gemisch mit einem verringerten Luftanteil zugeführt. Dadurch verändert sich in unerwünschter Art und Weise das Gas/Luft-Verhältnis.
Aus der US 4,428,726 ist ein atmospärischer Vormischbrenner mit einer Überwachungselektrode bekannt. Im Bereich der Überwachungselekrode wird den Flammen zusätzliche Luft zugeführt, wodurch längere Flammen entstehen. Diese Lösung eignet sich nicht für Brenner, die mit überstöchiometrischer Vormischung arbeiten und deshalb besonders schadstoffarm sind.
Bei Vormischbrennern, denen die Verbrennungsluft mittels eines Gebläses zugeführt wird, ist insbesondere im unteren, häufig aber auch bereits im oberen Leistungsbereich eine starke Verminderung des Signals zu beobachten. Die Brenner sind aufgrund ihrer technischen Konzeption und ihrer Materialeigenschaften nicht in der Lage, der Regelung ein Ionisationssignal zur Verfügung zu stellen, welches über der Leistung weitgehend linear verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennerregelung dahingehend zu verbessern, dass ihr ein Ionisationssignal geliefert wird, dessen Linearität über der Brennerleistung erhöht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Vormischbrenner erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbelastung des Vormischbrenners im Bereich der Ionisationselektrode erhöht ist, indem der Ionisationselektrode ein Pilotbrenner zugeordnet ist oder indem die Gemischdurchtrittsfläche des Gemischverteilers im Bereich der Ionisationselektrode vergrößert ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Qualität des lonisationssignals von der Flächenbelastung des Brenners abhängt. Je niedriger die Flächenbelastung ist, desto schwächer ist das Ionisationssignal und desto früher beginnt sein Abfall mit sinkender Brennerleistung. Andererseits geht der allgemeine technische Trend in Richtung auf niedrige Flächenbelastungen, um möglichst geringe Schadstoffemissionen zu erzielen.
Die Erfindung schafft eine örtliche Erhöhung der Flächenbelastung und ermöglicht in vielen Fällen erst den Einsatz des SCOT-Verfahrens durch entsprechende Verbesserung der Qualität des lonisationssignals. Unter allen Umständen wird der nutzbare Leistungsbereich des Brenners nach unten hin erweitert. Die Erhöhung der Flächenbelastung ist lokal begrenzt und führt daher zu keiner, im schlimmsten Falle nur zu einer unerheblichen Beeinflussung der Emissionswerte.
Häufig ist es vorteilhaft, den Vormischbrenner mit einem Pilotbrenner zu versehen, der der Ionisationselektrode zugeordnet wird und mit höherer Flächenbelastung als der eigentliche Brenner arbeitet.
Alternativ wird vorgeschlagen, die Gemischdurchtrittsfläche des Gemischverteilers oder Flammenhalters im Bereich der Ionisationselektrode zu vergrößern.
Vorteilhafter für einen stabilen Brennerbetrieb kann es sein, im kritischen Bereich die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen zu erhöhen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners samt Regeleinrichtung;
  • Fig. 2 ein zu Fig. 1 gehörendes Diagramm;
  • Fig. 3 einen Teil eines abgewandelten Brenners.
    • Der Vormischbrenner 1 nach Fig. 1 ist an eine Luftleitung 2 sowie an eine Gasleitung 3 angeschlossen. In der Luftleitung arbeitet ein Gebläse 4, während in der Gasleitung ein Druckregler 5 angeordnet ist. Der Druckregler 5 arbeitet in Abhängigkeit von einer Zusatzelektronik 6, die ihrerseits an eine kundenspezifische Kesselelektronik 7 angeschlossen ist. Letztere steuert außerdem das Gebläse 4.
    Eine als Linie angedeutete Ionisationselektrode 8 liefert ihr Signal an die Zusatzelektronik 6, in der dieses Signal derart verarbeitet wird, daß es die Luftzahl des Vormischbrenners 1 repräsentiert.
    Die Ionisationselektrode 8 ist im Bereich eines Pilotbrenners 9 angeordnet, der sowohl mit der Luftleitung 2 als auch mit der Gasleitung 3 in Verbindung steht und daher ein Gemisch verbrennt, wie es auch dem Brennerkopf 1', zugeführt wird. Allerdings ist der Pilotbrenner 9 auf eine höhere Flächenbelastung als der Brennerkopf 1', eingestellt. Die Zusatzelektronik 6 erzeugt also ein Ionisationssignal hoher Qualität.
    In Fig. 2 ist dieses Signal über der Kesselleistung aufgetragen, und zwar im Vergleich zu demjenigen Signal, das sich ergibt, wenn die Ionisationselektrode im Bereich des mit niedriger Flächenbelastung arbeitenden Brennerkopfes 1', angeordnet ist. Ersichtlich fällt dann das Ionisationssignal mit sinkender Brennerleistung sehr stark ab, worunter die Qualität der Regelung leidet, und zwar mit der Folge, daß die Luftzahl des Vormischbrenners 1 bei Gasänderungen nicht mehr konstant gehalten werden kann.
    Fig. 3 zeigt einen Gemischverteiler 10 eines Vormischbrenners in Form einer Brennerplatte, die mit einer Mehrzahl von Gemischdurchtrittsöffnungen 11 versehen ist. Über dem größten Flächenbereich der Brennerplatte ist die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen 11 so gewählt, daß der Brenner mit niedriger Flächenbelastung arbeitet und daher günstige Emmissionswerte erzielt.
    Die Ionisationselektrode 8 ist am linken Rand der Brennerplatte angeordnet und erstreckt sich in deren Bereich hinein. Wie dargestellt, ist hier die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen 11 erhöht. Die Gemischdurchtrittsfläche ist also vergrößert, so daß der Brenner in diesem Bereich mit erhöhter Flächenbelastung arbeitet. Der Effekt entspricht dem des Pilotbrenners 9 nach Fig. 1. Da die Erhöhung der Flächenbelastung lokal begrenzt ist, werden die Emmissionswerte kaum beeinflußt.
    Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So besteht die Möglichkeit, im Bereich der Ionisationselektrode die Größe der Gemischdurchtrittsöffnungen zu erhöhen. Auch kann abweichend von Fig. 1 der Pilotbrenner direkt mit dem Brennerkopf gekoppelt sein. Die Art der Regelelektronik ist beliebig, allerdings unter der Voraussetzung, daß aus dem Ionisationsstrom der Elektrode ein die Luftzahl repräsentierendes Signal abgeleitet werden kann.

    Claims (2)

    1. Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe, mit einem Gemischverteiler (10) der eine Mehrzahl von Gemischdurchtrittsöffnungen (11) aufweist und einer Ionisationselektrode (8), die an eine Regeleinrichtung angeschlossen ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbelastung des Vormischbrenners (1) im Bereich der lonisationselektrode (8) erhöht ist, indem der Ionisationselektrode (8) ein Pilotbrenner (9) zugeordnet ist oder indem die Gemischdurchtrittsfläche (11) des Gemischverteilers (10) im Bereich der Ionisationselektrode (8) vergrößert ist.
    2. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen (11) des Gemischverteilers (10) im Bereich der Ionisationselektrode (8) erhöht ist.
    EP00104614A 1999-03-18 2000-03-03 Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe Expired - Lifetime EP1036984B3 (de)

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    EP1036984A1 EP1036984A1 (de) 2000-09-20
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    EP1036984B3 EP1036984B3 (de) 2009-09-23

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