EP1215440B1 - Regelungsverfahren für Gasbrenner - Google Patents

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EP1215440B1
EP1215440B1 EP01129735A EP01129735A EP1215440B1 EP 1215440 B1 EP1215440 B1 EP 1215440B1 EP 01129735 A EP01129735 A EP 01129735A EP 01129735 A EP01129735 A EP 01129735A EP 1215440 B1 EP1215440 B1 EP 1215440B1
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EP
European Patent Office
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burner
rise
gas
rate
ionization signal
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EP01129735A
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EP1215440A3 (de
Inventor
Piet Blaauwwiekel
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Garrett Motion SARL
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Honeywell BV
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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
    • F23N5/123—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 using electronic means

Definitions

  • the invention relates to a control method for gas burners according to the preamble of claim 1. Such a method is already known from document DE-A-19 824 523.
  • Control methods for gas burners serve to provide a gas / air mixture, that is, to supply a gas flow and a combustion air flow to a burner.
  • the gas burner In order to ensure optimal and complete combustion of the fuel, namely the gas, within the gas burner, the gas burner must be supplied with a correspondingly matched gas / air mixture.
  • the ratio between the gas flow and the combustion air flow or the gas pressure and the combustion air pressure is referred to as a gear ratio.
  • the quality of the gas supplied by the gas supply - the quality of gas is defined by a so-called Wobbe index - varies, the gas / air mixture must be varied according to the quality of the gas to ensure optimum and complete combustion ,
  • control technology is known from Star.d of the art in which an ionization signal of a sensor, in particular a measuring electrode projecting into the burner flame of the gas burner, is used to adapt the gas / air mixture to different gas qualities becomes.
  • an ionization signal of a sensor in particular a measuring electrode projecting into the burner flame of the gas burner
  • the ionization signal is used over the entire operating range or operating range of the burner for adapting the gas / air mixture to different gas qualities.
  • the ionization signal is highly dependent on external influences and therefore provides no reliable information about the actual combustion conditions prevailing in the burner. Consequently, these regulatory procedures lead to an unstable and thus inadequate regulation.
  • the present invention is based on the problem to provide an improved control method for gas burners. According to the invention, the problem is solved by a control method having the features of patent claim 1.
  • the control method for gas burners involves the provision of a gas / air mixture for a burner.
  • a gas stream and a combustion air stream is supplied to the burner.
  • the ratio between gas flow and combustion air flow or the ratio between gas pressure and combustion air pressure is called the gear ratio.
  • the combustion process in the burner is monitored.
  • Information about the combustion process and thus about the existing gas quality can be obtained from the ionization signal.
  • the ionization signal is used exclusively in an area near a burner full load operation for setting the gear ratio depending on the gas quality. This range is preferably between 70% and 100% of the burner full load operation, but may also be between 60% and 100% of the burner full load operation. Outside the above-mentioned range, the gas / air mixture is regulated depending on the previously determined gear ratio.
  • the burner is driven with, in particular, 70% to 100% of the burner full load operation and during this operation, a transmission ratio taking into account the existing gas quality is determined with the aid of an ionization signal.
  • the gas / air mixture is regulated while maintaining the last determined transmission ratio.
  • the transmission ratio set during the burner full-load operation does not permit exact control since e.g. the gas quality may have changed.
  • a reference slew rate for the ionization signal is determined.
  • This reference slew rate is determined and stored for a burner with predetermined burner conditions, in particular at a predetermined temperature and standstill time of the burner.
  • the current rate of increase of the ionization signal is measured, namely, when the burner at start due to a heat request, the predetermined burner conditions.
  • This measured slew rate is compared with the reference slew rate, and when the measured slew rate deviates from the reference slew rate by a predetermined amount, a new gear ratio is set.
  • the burner is operated in the vicinity of a burner full load operation.
  • a service indicator may be activated to indicate the change to an operator.
  • the above method can be further improved by defining a reference start of the burner from certain burner conditions.
  • the invention relates to a control method for gas burners for providing a gas / air mixture.
  • the rate of rise of the ionization signal is measured when starting the burner. This measured slew rate is compared with a reference slew rate for the ionization signal, and when the measured slew rate deviates from the reference slew rate by a predetermined amount, a new gear ratio is set.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus Dokument DE-A-19 824 523 schon bekannt.
  • Regelungsverfahren für Gasbrenner dienen der Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, also dem Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner.
  • Um innerhalb des Gasbrenners für eine optimale und vollständige Verbrennung des Brennstoffs, nämlich des Gases, zu sorgen, muß der Gasbrenner mit einem entsprechend abgestimmten Gas/Luft-Gemisch versorgt werden. Das Verhältnis zwischen dem Gasstrom und dem Verbrennungsluftstrom bzw. dem Gasdruck und dem Verbrennungsluftdruck bezeichnet man als Übersetzungsverhältnis.
  • Da jedoch die Qualität des von der Gasversorgung bereitgestellten Gases - die Qualität von Gas wird durch einen sogenannten Wobbe-Index definiert - schwankt, muß zur Gewährleistung einer optimalen und vollständigen Verbrennung das Gas/Luft-Gemisch in Abhängigkeit von der Qualität des Gases entsprechend variiert werden.
  • Um die Qualität des bereitgestellten Gases berücksichtigen zu können, sind aus dem Star.d der Technik Regelungsverfahren bekannt, bei denen ein Ionisationssignal eines Sensors, insbesondere einer in die Brennerflamme des Gasbrenners ragenden Meßelektrode, zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird. Diesbezüglich kann auf die DE-A-44 33 425, DE-A-39 37 290 sowie DE 195 39 568 C1 verwiesen werden. Bei den bekannten, ein Ionisationssignal verwendenden Regelungsverfahren für Gasbrenner wird das Ionisationssignal über den gesamten Arbeitsbereich bzw. Betriebsbereich des Brenners zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet. Bei geringen Betriebslasten des Brenners ist das Ionisationssignal jedoch stark von Außeneinflüssen abhängig und liefert demzufolge keine verlässliche Auskunft über die tatsächlich im Brenner herrschenden Verbrennungsverhältnisse. Diese Regelungsverfahren führen demzufolge zu einer instabilen und damit unzureichenden Regelung.
  • Um für eine stabile Regelung zu sorgen, ist es aus DE-C-198 24 523 bekannt, das Ionisationssignal ausschließlich in einem Bereich in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zu verwenden und außerhalb des Bereichs des Brenner-Vollastbetriebs das Gas/Luft-Gemisch in Abhängigkeit dieses Übersetzungsverhältnisses zu regeln. Wird jedoch der Brenner längere Zeit nicht in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs einsetzt, so kann es sich ergeben, daß das während des Brenner-Vollastbetriebs eingestellte Übersetzungsverhältnisses auch keine exakte Regelung ermöglicht, da sich z.B. die Gasqualität geändert haben kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Regelungsverfahren für Gasbrenner bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
  • Bei dem Regelungsverfahren für Gasbrenner geht es um die Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches für einen Brenner. Hierzu wird dem Brenner ein Gasstrom und ein Verbrennungsluftstrom zugeführt. Das Verhältnis zwischen Gasstrom und Verbrennungsluftstrom bzw. das Verhältnis zwischen Gasdruck und Verbrennungsluftdruck bezeichnet man als Übersetzungsverhältnis.
  • Mit Hilfe eines ein Ionisationssignal erzeugenden Sensors wird der Verbrennungsprozeß im Brenner überwacht. Aus dem Ionisationssignal können Informationen über den Verbrennungsprozeß und somit über die vorhandene Gasqualität gewonnen werden. Das Ionisationssignal wird ausschließlich in einem Bereich in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit der Gasqualität verwendet. Dieser Bereich liegt vorzugsweise zwischen 70% und 100% des Brenner-Vollastbetriebs, kann jedoch auch zwischen 60% und 100% des Brennervollastbetriebs liegen. Außerhalb des obengenannten Bereichs wird das Gas/Luft-Gemisch in Abhängigkeit des zuvor bestimmten Übersetzungsverhältnisses geregelt.
  • Es wird demnach zur Bestimmung eines die Gasqualität berücksichtigenden Übersetzungsverhältnisses der Brenner mit insbesondere 70% bis 100% des Brenner-Vollastbetriebs gefahren und während dieses Betriebs wird mit Hilfe eines Ionisationssignals ein die vorhandene Gasqualität berücksichtigendes Übersetzungsverhältnis ermittelt. Sobald der Arbeitszustand des Brenners den Bereich von insbesondere 70% bis 100% des Brenner-Vollastbetriebs verläßt, wird das Gas/Luft-Gemisch unter Beibehaltung des zuletzt bestimmten Übersetzungsverhältnisses geregelt.
  • Ist jedoch der Brenner längere Zeit nicht in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs einsetzt worden, so kann es sich ergeben, daß das während des Brenner-Vollastbetriebs eingestellte Übersetzungsverhältnisses keine exakte Regelung ermöglicht, da sich z.B. die Gasqualität geändert haben kann.
  • Erfindungsgemäß wird daher eine Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit für das Ionisationssignal bestimmt. Diese Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit wird für einen Brenner mit vorbestimmten Brennerbedingungen, insbesondere bei vorbestimmter Temperatur und Stillstandszeit des Brenners, ermittelt und gespeichert. Beim Starten des Brenners wird die aktuelle Anstiegsgeschwindigkeit des Ionisationssignals gemessen, und zwar dann, wenn der Brenners beim Starten infolge einer Wärmeanforderung die vorbestimmten Brennerbedingungen aufweist. Diese gemessene Anstiegsgeschwindigkeit wird mit der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit verglichen, und dann, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit von der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß abweicht, wird ein neues Übersetzungsverhältnis eingestellt. Hierzu wird der Brenner in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs betrieben. Sollte es nicht möglich sein, den Brenner in der Nähe des Brenner-Vollastbetriebs zu betrieben, so kann alternativ auch eine Wartungsanzeige aktiviert werden, um einer Bedienperson die Veränderung anzuzeigen.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, daß das obige Verfahren noch dadurch verbessert werden kann, daß ein Referenzstart des Brenners aus gewissen Brennerbedingungen definiert wird. Stellt z.B. die Regelung fest, daß der Brenner für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht betrieben wurde - sogenannte Stillstandszeit - und alle Temperaturen - z.B. Wassertemperaturen eines vom Brenner zu betreibenden Boilers - unter einem vorgegebenem Wert liegen, so sollte der Brenner zuerst für eine vorgegebene Zeitdauer auf einen vorbestimmten Wert des Brenner-Vollastbetriebs, z.B. 75% des Brenner-Vollastbetriebs, betrieben werden, bevor abhängig von der Wärmeanforderung geregelt wird.
  • Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches.
  • Erfindungsgemäß wird beim Starten des Brenners die Anstiegsgeschwindigkeit des Ionisationssignals gemessen. Diese gemessene Anstiegsgeschwindigkeit wird mit einer Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit für das Ionisationssignal verglichen, und dann, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit von der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß abweicht, wird ein neues Übersetzungsverhältnis eingestellt.

Claims (6)

  1. Regelungsverfahren für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner, wobei ein Ionisationssignal eines Sensors verwendet wird um das Gas/Luft-Gemisch an unterschiedliche Gasqualitäten anzupassen, wobei das Ionisationssignal ausschließlich in einem lastbereich in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses verwendet wird, und wobei außerhalb des Bereichs des Brenner-Vollastbetriebs das Gas/Luft-Gemisch in Abhängigkeit dieses Übersetzungsverhältnisses geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) beim Starten des Brenners die Anstiegsgeschwindigkeit des Ionisationssignals gemessen wird,
    b) die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit mit einer Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit für das Ionisationssignal verglichen wird,
    c) dann, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit von der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß abweicht, ein neues Übersetzungsverhältnis eingestellt wird.
  2. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit für einen Brenner mit vorbestimmten Brennerbedingungen, insbesondere bei vorbestimmter Temperatur und Stillstandszeit des Brenners, ermittelt und gespeichert wird.
  3. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Brenner beim Starten infolge einer Wärmeanforderung die vorbestimmten Brennerbedingungen aufweist, die Anstiegsgeschwindigkeit gemessen und mit einer Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit verglichen wird.
  4. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit von der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß abweicht, der Brenner zur Einstellung eines neuen Übersetzungsverhältnisses in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs betrieben wird.
  5. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit von der Referenz-Anstiegsgeschwindigkeit um ein vorbestimmtes Maß abweicht und der Brenner zur Einstellung eines neuen Übersetzungsverhältnisses nicht in der Nähe eines Brenner-Vollastbetriebs betrieben werden kann, eine Wartungsanzeige aktiviert wird.
  6. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionisationssignal in einem Bereich von 70% bis 100% des Brenner-Vollastbetriebs zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses verwendet wird.
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