Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Kennlinien von Brennern
bzw. Feuerungsanlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Verfahren zur Einstellung von Kennlinien von Brennern sind bekannt, wobei für jeden
Leistungswert des Brenners unterschiedliche Luft-, Brennstoff- oder weitere Einstellparameter
bzw. - werte und/oder Hilfswerte für Hilfsantriebe der Feuerungsanlage in einem Computer
abgespeichert werden, so daß bei einer bestimmten Leistungsanforderung der Computer die
entsprechenden Stellglieder wie Pumpen, Aggregate und Ventilatoren derart einstellt, daß der
Brenner die entsprechende Leistungsstufe erreicht. Dabei ist insb. bei modernen
Feuerungsanlagen darauf zu achten, daß für jeden Leistungswert möglichst optimale, d.h.
vordefinierte Abgaswerte eingehalten werden.
Da für jeden einzelnen Leistungswert des Brenners sowohl mindestens ein Luftwert als auch ein
Brennstoffwert festgelegt werden muß, um entsprechend definierte Abgaswerte zu erhalten, sind
Verfahren zur Einstellung derartiger Kennlinien von Brennern bekannt, d.h. Verfahren zur
Festlegung der entsprechenden Luft- bzw. Brennstoffwerte für jede einzelne Leistungsstufe des
Brenners, wobei sukzessive oder iterativ die Luft- bzw. Brennstoffzufuhr solange verändert
wird, bis sich für die entsprechende Leistungsstufe ein optimaler Abgaswert einstellt. Die
Leistung wird dabei entsprechend der Luft- bzw. Brennstoffzufuhr "nachgeführt". Aus der DE
30 39 994 C2 oder der EP 0209 771 A1 ist beispielsweise bekannt, daß bei der
Erstinbetriebnahme eines Brenners die optimale Luftzufuhr über den interessierenden
Lastbereich durch die Wahl einzelner Brennstoffwerte mittels Messung der entsprechenden
Abgaswerte punktweise aufgenommen wird, um dann in einem Computer abgespeichert zu
werden.
Darüber hinaus ist aus der DE 197 49 506 C1 bekannt, während des Betriebes einer
Feuerungsanlage Zeitpunkte konstanter Brennstoffdurchflüsse abzuwarten, um dann mittels der
Variation der Luftzufuhr die Kennlinie des Brenners derart zu optimieren, daß die minimal
notwendige Luftzufuhr anhand des Auftretens von beispielsweise Rauchgas im Abgas festgelegt
wird.
Diese bekannten Verfahren erlauben jedoch die Festlegung von Kennlinien von Brennern nur
bei ganz bestimmten Brennstoff-durchflüssen, da die optimale Verbrennungsluftzufuhr in einem
nichtlinearen Zusammenhang zu dem entsprechenden Brennstoffdurchfluß steht. Je nach
Brennerkonstruktion, Art des Brennstoffes, Auslegung der Heizungsanlage bzw. der
Feuerungsanlage ergeben sich unterschiedliche Luft-, Brennstoffverhältnisse bei einzelnen
Leistungsstufen bzw. Leistungswerten des Brenners.
Die bekannten Verfahren zur Einstellung der entsprechenden Kennlinien haben den Nachteil,
daß durch die sukzessive Festlegung der einzelnen Punkte die Einstellung derartiger Kennlinien
äußerst langwierig und kostenintensiv ist, während die werksseitige Voreinstellung solcher
Kennlinien meist beim konkreten Einsatz der Feuerungsanlage zu nicht optimalen
Verbrennungsverhältnissen bzw. Abgaswerten führt. Auch hier ist der Betreiber bzw. der
Installateur der Heizungsanlage genötigt, sukzessive die Kennlinien des Brenners einzeln, d.h.
punktweise zu optimieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zur Einstellung von
Kennlinien von Brennern derart zu verbessern, daß die entsprechenden Kennlinien schnell und
kostengünstig festgelegt werden können.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben und
beansprucht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung von Luft- bzw. Brennstoffkennlinien oder
anderen Kennlinien von Stellgliedern von Brennern gliedert sich in folgende Schritte:
Zunächst wird die Leistung des Brenners ausgehend von einem ersten Leistungswert mit einem
ersten Luftwert, einem ersten Brennstoffwert und ggf. einem ersten Hilfswert verändert, wobei
durch die Änderung der Leistung der Luftdurchfluß und/oder der Brennstoffdurchfluß und/oder
Hilfsantriebe in jeweils erste Richtungen verändert werden. Diese jeweils erste Richtungen
entsprechen einem Verfahren des gesamten Verbundes (aller Einstellglieder) längs grob
definierter Kennlinien (Kurvenpunkten), bis sich die Abgaswerte bei einem nächsten
Leistungswert verändern. Als unabhängiger Parameter dient hierbei lediglich die
Leistungsverstellung, während die einzelnen Luft-/Brennstoff- und/oder Hilfswerte anhand der
ersten Richtungen automatisch verändert werden. Der Installateur verändert also nicht
sukzessive die einzelnen Werte iterativ sondern nur die entsprechende Leistung des Brenners.
Im Anschluß daran wird bei diesem nächsten Leistungswert der entsprechende Luftdurchfluß
bzw. der entsprechende Brennstoffdurchfluß oder andere Werte für Hilfsantriebe derart
verändert, daß sich wieder definierte Abgaswerte einstellen, d.h. daß die entsprechenden Luft-bzw.
Brennstoffwerte bei diesem Leistungswert so verändert werden, daß sich ein nächster
Luftwert und ein nächster Brennstoffwert einstellen, bei welchem sich wieder definierte
Abgaswerte ergeben.
Im Anschluß daran werden bei erneuter Verstellung der Leistung des Brenners der Luftdurchfluß
und der Brennstoffdurchfluß und ggf. die Werte für weitere Hilfsantriebe nicht mehr
(automatisch) in der ersten Richtung verändert, sondern (automatisch) in einer entsprechenden
anderen, d.h. nächsten Richtung, die die Ergebnisse dieser und mindestens einer weiteren, bsp.
vorherigen Abgasmessung berücksichtigt. Diese drei Schritte werden dann sukzessive
wiederholt, bis ein Leistungs-Endwert, bsp. der max. Leistungswert, d.h. die Nennleistung des
Brenners erreicht ist.
Bsp. wird die Zündposition des Brenners für den ersten Kurvenpunkt verwendet, solange kein
anderer Wert bsp. für eine Kleinlast bekannt ist. Als Leistungswert wird provisorisch der
Brennstoffwert verwendet, der durch die Zündposition definiert ist. Dieser Punkt kann zunächst
auch als Kleinlastpunkt verwendet werden. Als ersten Leistungswert empfiehlt es sich aber auch
die minimale Last (Kleinlast) des Brenners zu verwenden, falls dieser bekannt ist, wobei dann
der Luftdurchfluß und der Brennstoffdurchfluß und ggf. weitere Hilfsantriebe zu Beginn der
Einstellung linear in Richtung maximaler Werte (maximalen Luft- bzw. Brennstofdurchflusses)
bei maximaler Brennerleistung verändert werden, wenn die Leistung entsprechend erhöht wird.
In einem entsprechenden Leistungs-, Luft-, Brennstoffdiagramm wird also bei
Leistungserhöhung der Luft- bzw. Brennstoffdurchfluß längs einer Geraden linear erhöht, die
ausgehend von den ersten, beispielsweise minimalen Luft- bzw. Brennstoffwerten oder
ausgehend von den Werten der Zündposition durch entsprechend maximale Luft- bzw.
Brennstoffwerte führt (Öffnungswinkel der Stellglieder 90°; Leistung bei 100%). Ausgehend
vom ersten Kurvenpunkt wird also der Leistungswert erhöht (Erhöhung des Luft- bzw.
Brennstoffdurchflusses), bis sich die Abgaswerte verändern. An dieser Stelle (Zwischenpunkte)
werden neue Werte für den Brennstoff, die Luft oder auch Hilfswerte eingestellt und
abgespeichert.
Nach der Ermittlung der nächsten Luft- bzw. Brennstoffwerte wird der Luft- bzw.
Brennstoffdurchfluß bei Leistungsveränderung dann längs einer anderen Richtung verändert, die
sich beispielsweise durch die Extrapolation einer Geraden ergibt, die durch die jeweils
letztdefinierten Luft- bzw. Brennstoffwerte führt. Diese Gerade verläuft dann meist nicht mehr
durch den vorher angenommenen Endpunkt, d.h. den Schnittpunkt von maximaler Leistung bei
maximalem Brennstoff- und Luftdurchfluß, sondern längs einer anderen Geraden.
Es ist jedoch auch möglich, daß nach der Ermittlung des nächsten Luftwerts und/oder des
nächsten Brennstoffwerts bzw. nächster Hilfswerte der Luftdurchfluß und/oder der
Brennstoffdurchfluß bzw. entsprechende Hilfsantriebe jeweils längs einer Richtung zu
maximalen oder minimalen Luft- und Brennstoffdurchflüsse bzw. maximalen oder minimalen
Stellwerte der Hilfsantriebe bei maximaler oder minimaler Brennerleistung verändert werden, je
nach dem, ob die Einstellung, d.h. die Veränderung der Leistung in Richtung größerer oder
kleinerer Leistungswerte vorgenommen wird. Dabei dienen die ermittelten jeweils letzten Werte
zur Festlegung der Kennlinien zwischen diesen und vorangegangenen, bereits festgelegten
Werten.
Bei dem Verfahren zur Einstellung der Luft-bzw. Brennstoffkennlinie von Brennern können
zusätzliche Kennlinien gleichermaßen festgelegt werden. Dies können beispielsweise
Hilfsantriebe sein, Zusatzpumpen oder weitere Einstellglieder für die optimale Einstellung des
Brenners. Sämtliche Parameter, d.h. Einstellmöglichkeiten können gleichzeitig beim Anfahren
eines jeden (d.h. neuen) Leistungswertes ermittelt werden. Für die Festlegung entsprechender
Leistungswerte, an welchen die Luft- Brennstoff- oder andere Werte neu eingestellt werden, um
auch die neue Richtung des zukünftigen Kennlinienverlaufs festzulegen, kann folgendes
Kriterium herangezogen werden.
Es ist möglich, zulässige Intervalle unterschiedlicher Verbrennungswerte als definierte
Abgaswerte zu verwenden, so daß das Über- und/oder Unterschreiten eines oder mehrerer
Intervallgrenzen unterschiedlicher Verbrennungswerte die Ermittlung eines nächsten
Brennstoffwertes bzw. eines nächsten Luftwertes oder anderer Werte auslöst.
Die Luftkennlinic bzw. Brennstoffkennlinie oder andere Kennlinien ergibt sich dann durch das
sukzessive Aneinanderfügen der einzelnen Strecken zwischen den vorher festgelegten Luft-bzw.
Brennstoffwerten. Diese Einstellung der Kennlinie erfolgt vor der ersten Inbetriebnahme
oder auch bei Wartungsarbeiten zur Optimierung des Brenners. Auch wenn ein Teil des
Brenners oder die Brennerapparatur selbst ausgewechselt wird, lassen sich die entsprechenden
Kennlinien anhand des erfindungsgemäß geschilderten Verfahrens schnell und einfach erneut
festlegen, ohne daß werksseitig Eingriffe an der entsprechenden Steuerung bzw.
Regelungsanlage vorgenommen werden müssen.
Nach der ersten Einstellung der Kennlinie des Brenners bzw. der einzelnen Brennstoff- oder
Luftkennlinien können die zulässigen Intervalle der unterschiedlichen Verbrennungswerte
verkleinert bzw. verringert werden, so daß sich strengere Anforderungen an den Verlauf der
Kennlinien ergeben. Durch erneutes "Optimieren" der Kennlinie, d.h. durch erneutes
Durchfahren der einzelnen Leistungsbereiche des Brenners ergeben sich durch das Über- bzw.
Unterschreiten der nun kleineren Intervalle erneute "Optimierungspunkte", d.h. Leistungswerte
des Brenners, an welchen die einzelnen Luft-, Brennstoff- oder anderen Werte derart optimiert,
d.h. neueingestellt werden, daß sich die Abgaswerte wieder innerhalb der nun verkleinerten
Intervalle befinden.
Dadurch läßt sich der Brenner durch das sukzessive Aneinanderreihen einzelner gerader Stücke
beliebig genau optimieren.
Zu diesem Zweck ist es nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
möglich, bereits eingestellte Leistungswerte entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt
anzufahren, um neue Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte derart zu ermitteln,
daß sich wieder definierte Abgaswerte einstellen. Die neuen Luftwerte und/oder Brennstoffwerte
bzw. Hilfswerte dienen dann zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien.
Es ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls möglich, daß
bestimmte Leistungswerte entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt angefahren werden,
und daß anhand der Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte bei diesem
Leistungswert oder mittels einer Leistungsmessung ein neuer Leistungswert (Pi*) bestimmt und
zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien herangezogen wird, falls sich herausstellt,
daß der ursprünglich definierte Leistungswert nicht stimmte.
Auch ist die Kombination beider o.a. Verfahren möglich, wobei bestimmte Leistungswerte
entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt angefahren werden, neue Luftwerte und/oder
Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte derart ermittelt werden, daß sich wieder definierte Abgaswerte
einstellen, und wobei diese neuen Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte bei
diesem Leistungswert oder mittels einer Leistungsmessung zur Bestimmung eines neuen
Leistungswerts und zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien herangezogen werden.
Die entsprechenden Antriebe für Luft-, Brennstoff- oder Hilfsstellglieder werden mittels einer
vorbestimmten Rampengeschwindigkeit verändert. Die Rampengeschwindigkeit ist dabei die
maximale Geschwindigkeit zur Veränderung der Stellglieder und liegt bevorzugt zwischen 30
und 120 Sekunden für eine Verstellung von 90°. Je nach "Steigung" der einzelnen Kennlinien,
bzw. Kennlinienabschnitte zwischen zwei Werten für Luft, Brennstoff oder Hilfsantrieb werden
die Stellglieder derart mit einer individuellen Rampengeschwindigkeit verändert, daß die
Durchflüsse den Kennlinien, d.h. der Kennliniensteilheit folgen. Bei einer Leistungsänderung
von bsp. 5%, einem Luftkennlinienabschnitt zwischen 30° und 40°, einem
Brennstoffkennlinienabschnitt zwischen 25° und 30° und einer eingestellten
Rampengeschwindigkeit von 30s/90° wird der Luftantrieb mit voller und der Brennstoffantrieb
mit halber Rampengeschwindigkeit verstellt. Die dafür benötigte Zeit beträgt dann 3,33s.
Dadurch wird der gesamte Verbund während einer Leistungsverstellung entlang den Kennlinien
verfahren, ohne daß es zu zwischenzeitlichen Abweichungen von den Kennlinien, schlechterer
Verbrennung und damit höheren Schadstoffausstößen kommt.
Darüber hinaus ist es möglich, die einzelnen gefundenen "Stützpunkte", d.h. die entsprechenden
Luft- oder auch Brennstoffwerte bei den einzelnen Leistungswerten durch Funktionen 2., 3. oder
höheren Grades zu verbinden, in dem drei, vier oder mehr Punkte der jeweiligen Kennlinie
herangezogen werden, um die entsprechende Funktion zu bestimmen. Je nach
Interpolationsalgorithmus lassen sich dabei bestimmte Anforderungen an die Genauigkeit der
einzelnen Kennlinien erfüllen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand folgender
Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- die schematische Darstellung einer Feuerungsanlage,
- Figur 2
- die Darstellung des ersten Schrittes zur Einstellung dreier Kennlinien,
- Figur 3
- die Darstellung des zweiten Schrittes zur Einstellung dreier Kennlinien,
- Figur 4
- die endgültige Darstellung dreier Kennlinien des Brenners, und
- Figur 5
- eine alternative Kennlinieneinstellung.
Figur 1 zeigt schematisch die Darstellung eines Brenners 1, dem Brennstoff 3 und Luft 2
zugeführt wird. Für die Regelung der Luftzufuhr bzw. der Brennstoffzufuhr ist ein Brennerregler
7 vorgesehen, der auf entsprechende Brennstoffstellglieder 4 bzw. Luftstellglieder 5 einwirkt.
Zur Regelung der Luftzufuhr bzw. der Brennstoffzufuhr erhält der Brennerregler 7 Signale von
einer Abgassonde 6, die eine Vielzahl von Abgas- bzw. Verbrennungswerten der Abgase 8 an
den Brennerregler 7 schickt. Um für jede Leistungsstufe bzw. Leistungswert Pl..n des Brenners
1 entsprechende Luftwerte Ai und Brennstoffwerte Fi zu erhalten, die dann dem Brennerregler 7
zur optimalen Einstellung des Verbrennungsvorganges dienen, dient das erfindungsgemäße
Verfahren zur Einstellung der Kennlinien.
Eine bevorzugte Vorgehensweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
anhand der Figuren 2 bis 4 nachfolgend erläutert:
Nach der Einstellung entsprechender Sonderpositionen der Stellglieder 4 bzw. 5 oder weiterer
Hilfsantriebe für die entsprechenden Kennlinien 2, 3, H des Brenners wird zunächst die
Einstellung der Zündpositionen Z der einzelnen Kennlinien vorgenommen. Wie in Figur 2
gezeigt, ergeben sich drei unterschiedliche Positionen für den Brennstoff, die Luft und eines
evtl. vorgesehenen Hilfsantriebs.
Nach erfolgter Einstellung der Zündpositionen Z wird der Brenner 1 nach Inbetriebsetzung auf
den ersten Leistungswert P1 gefahren, der beispielsweise die Kleinlastposition darstellt, falls
dieser bekannt ist. Andernfalls wird die Zündposition herangezogen, wobei als Leistungswert
der erste Brennstoffwert verwendet wird. Dabei ergeben sich ein Luftwert A1, ein Brennstoffwert
F1 und ein Wert für den Hilfsantrieb, nachfolgend Hilfswert H1 genannt. Falls dieser erste
Leistungswert als Kleinlastposition nicht vorher schon explizit eingegeben worden ist,
übernimmt das Steuergerät, d.h. der Brennerregler 7 zunächst die für die Zündung eingegebenen
Positionen Z auch für die erste Leistungsposition, d.h. den ersten Leistungswert P1.
Danach beginnt die eigentliche Einstellung der Kurven des Brenners. Eingestellt werden soll die
Kennlinie des Brenntoffs 3, die Kennlinie der Luft 2 und eine Hilfskennlinie H. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verstellt der Betreiber zur Einstellung der
Kennlinien des Brenners inkremental die Leistungswerte. Ausgangspunkt ist dabei der o.g. erste
Leistungswert P1, wie beispielsweise der Kleinlastpunkt. Von diesem aus wird im Handbetrieb
oder auch im Automatikbetrieb der Brenner 1 in Richtung größerer Leistung gefahren, wobei für
diese erste Richtung die einzelnen Werte wie Brennstoff oder Luft längs solcher Geraden
verändert werden, die jeweils durch die erstgenannten Punkte und durch den Maximalpunkt bei
Maximalleistung und maximaler Verstellung der Stellglieder 4 bzw. 5 (in Figur 2 als 90°
dargestellt) bewegt werden; die Brennstoff-, Luft-, oder auch Hilfswerte werden also entlang
inter-/ oder extrapolierter Geraden verfahren. Dieser Hilfspunkt X dient also zunächst als
Orientierungshilfe für die Richtung der einzelnen Kennlinien ausgehend von dem ersten
Luftwert A1, Brennstoffwert F1 und Hilfswert H1. Diese erste Richtung ist in Figur 2 für die
Hilfsantriebskurve H als R1 bezeichnet.
In Figur 3 ist ein zweiter Leistungswert P2 dargestellt, bei welchem die Verbrennungswerte, d.h.
die zuvor definierten Abgaswerte nicht mehr erreicht werden bzw. sich derart verändern, daß sie
nicht mehr innerhalb festvorgegebener Intervalle liegen. An diesem Leistungswert P2 werden
nun neue Luft-, Brennstoff- und Hilfswerte festgelegt, die wieder zu dem definierten Abgaswert
führen. Nach der Neueinstellung des entsprechenden Luftwertes A2, Brennstoffwertes F2 und
Hilfswertes H2 ergeben sich jeweils neue Richtungen R2 für die Kennlinie der Luft 3, die
Kennlinie des Brennstoffes 2 und die Hilfskennlinie H. Diese neue Richtung R2 ergibt sich
durch die Extrapolation der entsprechenden Geraden durch die jeweils zwei letztdefinierten
Punkte A1, A2 bzw. F1, F2 oder auch H1, H2.
Auf diese Weise gelangt der Installateur der Heizungsanlage, der Betreiber des Brenners oder
auch der Wartungsdienst bis zu dem Punkt an dem der Brenner seine maximale Leistung, d.h.
seine Nennleistung Pmax erreicht hat.
Wie in Figur 4 dargestellt, ergeben sich damit Kennlinien, die sich durch das sukzessive
Aneinanderfügen von einzelnen geraden Teilen ergeben, wobei die unterschiedlichen
Richtungen als R1, R2 bzw. R4 dargestellt sind.
Nach Festlegung der einzelnen Kennlinien des Brenners anhand des erfindungsgemäßen
Verfahren und wie in Figur 4 dargestellt, ist es nun erfahrungsgemäß möglich, beispielsweise
ausgehend von Luftwert A5, rückwärts entlang der definierten Kennlinie zu fahren, um den
Brenner weiter fein einzustellen. Dieses "von oben nach unten" Fahren ermöglicht die
Feinjustierung durch die Vorsehung kleinerer Intervallgrenzen der Verbrennungswerte. Dabei
können jedoch auch gezielt einzelne Leistungswerte innerhalb (beispielsweise mittig) der zuvor
definierten Werte angefahren werden, um so die Kennlinien weiter zu optimieren.
Zur Definition der einzelnen Stützpunkte der Kennlinien eignet sich die entsprechende
Leistungsangabe, d.h. der Leistungswert sowie die Positionsangabe des benutzten Stellantriebes,
wie beispielsweise der Brennstoffantrieb 4 oder der Luftantrieb 5.
Figur 5 zeigt eine alternative Kennlinieneinstellung, wobei nach der Ermittlung des nächsten
Luftwerts Ai+1 und/oder des nächsten Brennstoffwerts Fi+1 bzw. nächster Hilfswerte Hi+1 der
Luftdurchfluß und/oder der Brennstoffdurchfluß bzw. entsprechende Hilfsantriebe jeweils längs
einer Richtung Rx, R0 maximaler oder minimaler Luft- und Brennstoffdurchflüsse bzw.
maximaler oder minimaler Stellwerte der Hilfsantriebe bei maximaler oder minimaler
Brennerleistung Pmax, P0 verändert werden. Dabei dient bsp. der dritte Luftwert A3 zur
Einstellung der Luftkennlinie zwischen dem zweiten Luftwert A2 und dem dritten Luftwert A3,
während in Richtung größerer Leistung der Luftdurchfluß entlang einer Geraden verändert wird,
die zwischen dem dritten Luftwert A3 und dem Hilfswert X festgelegt wird.