EP1918637A1 - Steuerung einer Biomassefeuerung - Google Patents

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EP1918637A1
EP1918637A1 EP06022499A EP06022499A EP1918637A1 EP 1918637 A1 EP1918637 A1 EP 1918637A1 EP 06022499 A EP06022499 A EP 06022499A EP 06022499 A EP06022499 A EP 06022499A EP 1918637 A1 EP1918637 A1 EP 1918637A1
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EP
European Patent Office
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combustion
carbon monoxide
temperature
flame
biomass
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Withdrawn
Application number
EP06022499A
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French (fr)
Inventor
Karl Stefan Riener
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B50/00—Combustion apparatus in which the fuel is fed into or through the combustion zone by gravity, e.g. from a fuel storage situated above the combustion zone
    • F23B50/12—Combustion apparatus in which the fuel is fed into or through the combustion zone by gravity, e.g. from a fuel storage situated above the combustion zone the fuel being fed to the combustion zone by free fall or by sliding along inclined surfaces, e.g. from a conveyor terminating above the fuel bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/04—Regulating fuel supply conjointly with air supply and with draught
    • F23N1/042—Regulating fuel supply conjointly with air supply and with draught using electronic means
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
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    • F24B1/024—Closed stoves for pulverulent fuels
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
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    • F23G2207/101—Arrangement of sensing devices for temperature
    • F23G2207/1015—Heat pattern monitoring of flames
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G2207/104—Arrangement of sensing devices for CO or CO2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/55—Controlling; Monitoring or measuring
    • F23G2900/55003—Sensing for exhaust gas properties, e.g. O2 content

Definitions

  • the present invention relates to a control for biomass firing, and more particularly to control in consideration of flue gas composition and temperature of a flame in biomass firing.
  • biomass furnaces for a wide variety of performance requirements, e.g. Large-scale plants, medium-sized plants or even plants for the private household.
  • control technology for large plants is well advanced and low emission values are achieved with the highest possible efficiency.
  • medium and small biomass furnaces especially micro-systems, for example.
  • the transfer of regulations, as developed for large systems, to smaller systems is not readily possible because some control parameters may have a completely different behavior and in addition, for example, the operation of small systems is different.
  • control systems such as those used in large scale plants are generally too expensive for low power plants.
  • the oxygen measurement in the case of burns is sufficiently known and is carried out, for example, by means of a so-called lambda probe, as is also known from the motor vehicle field.
  • a so-called lambda probe as is also known from the motor vehicle field.
  • the residual oxygen content in the flue gas can be determined and thus the quality of the combustion can be influenced by changing the oxygen supply to the combustion.
  • the object of the invention is to provide an improved method for controlling or regulating a biomass furnace.
  • a first aspect of the present invention relates to a method for controlling and / or regulating biomass combustion, comprising: measuring a carbon monoxide concentration in a flue gas resulting from combustion of fuel in the biomass furnace; Measuring a temperature of a flame resulting from the combustion of the fuel; and outputting a control signal based on the measurement of the carbon monoxide concentration and / or the measurement of the flame temperature.
  • a second aspect of the present invention relates to a control device and / or a control device for biomass combustion, comprising: a carbon monoxide measuring means which outputs a carbon monoxide signal as a function of a concentration of carbon monoxide in a flue gas resulting from combustion in the biomass furnace; a temperature measuring means which outputs a temperature signal in response to a temperature of a flame of the combustion; and an evaluation means, which evaluates the carbon monoxide signal and the temperature signal and outputs a control signal as a function of the evaluation.
  • FIG. 1 an embodiment of a control device in accordance with the present invention is illustrated.
  • biomass furnaces for various types of biomass that serve as fuel.
  • biomass furnaces Kilns for combustion of biomass such as logs, shreds, pellets, agricultural fuels (eg, grain, straw), reeds, sewage sludge, textile fibers, etc. meant.
  • the biomass furnaces differ considerably in terms of their design.
  • the biomass furnaces in the embodiments differ in terms of their purpose - from the small room fireplace, such as a stove, a complete home central heating, which also produces hot water, to the central system, such as for industrial halls or for heating Stables and other residential / utility buildings in agriculture is used.
  • optimal control requires control that ensures the appropriate framework conditions for the combustion of biomass.
  • Combustion processes are based in principle on the oxidation of fuel. To fully convert the fuel into stable end products such as carbon dioxide and water, a corresponding stoichiometric balance must be provided, i. so much oxygen must be supplied to the burning fuel that all components are oxidized.
  • a so-called lambda probe which measures the oxygen concentration in the flue gas, which is formed during combustion.
  • the lambda value indicates the ratio of oxygen fed and required for the combustion in the sense of stoichiometry, so that a lambda value equal to 1 means that the supplied oxygen was completely consumed for combustion.
  • a value greater than 1 therefore means that more air (or oxygen, the two terms can be used interchangeably below) than was required for the combustion was supplied.
  • the biomass furnaces are partially operated in excess air, ie lambda greater than 1, since in these cases the efficiency of the combustion can be higher. Furthermore, operation in excess air ensures that there is always enough oxygen available for combustion, so that variations in combustion, such as those caused by fluctuations in fuel quality, do not cause the combustion Combustion can not occur due to the low amounts of air present.
  • the carbon monoxide content in the flue gas of the combustion is measured.
  • This measurement is carried out with a corresponding measuring means, such as, for example, a carbon monoxide sensor of, for example, electrochemical or semiconductor-based.
  • Combustion of biomass is optimized in some embodiments for the emission of carbon monoxide.
  • Carbon monoxide is a poisonous gas and an indicator of bad, i. incomplete, burning.
  • the known relationship between lambda value and carbon monoxide concentration in the exhaust gas is utilized.
  • the dependence of the carbon monoxide concentration on the lambda value essentially has the form of a "bathtub curve".
  • This bathtub curve is characterized by the fact that the carbon monoxide concentration increases both if the lambda value is too low and too high.
  • the low lambda value can still be greater than 1, i.
  • the controller automatically finds the state of combustion with minimal CO emissions.
  • the air supply is further increased until a combustion with optimum efficiency sets, namely at the point of the bath tub curve, in which the CO emissions rise sharply again.
  • the "bathtub curve” is system dependent, i. depending on the nature of the biomass firing (such as geometry, materials, etc.) and depending on the nature of the fuel, this curve has a different design.
  • the basic form is preserved, however, so that the above algorithm can always be used.
  • the repetition rate of the algorithm explained above depends on various circumstances, such as the expected stability of the combustion behavior of the biomass combustion.
  • the repetition rate may e.g. already preset at the factory, or otherwise determined. For example. a service technician may adjust this, or a biomass firing control device determines the repetition rate due to fluctuations, etc.
  • the flame temperature is here generally the temperature of a flame, which results from combustion in a biomass firing meant.
  • the temperature of the flame is measured in the embodiments at various locations, such as in an upper or lower portion of the flame. In some embodiments, the measurement also takes place above the flame.
  • Flame temperature is thus also for example the temperature that results above the flame by rising gases and radiant heat meant.
  • the flame temperature is not only the temperature of the (visible) flame itself, but is determined in an area remote from the flame. Nevertheless, in these embodiments, the temperature in the area remote from the flame is directly related to the temperature of the flame itself.
  • the temperature of the flame or the flame temperature or combustion temperature depends on many conditions, among which u.a. the fuel or the fuel quality, the quality of combustion and the air supplied are interesting.
  • the influence of the fuel on the flame temperature depends on its physical and chemical nature.
  • the flame temperature also depends on the water content of the biomass. The higher the water content in the biomass, the lower (under the same combustion conditions) is the flame temperature. This effect is primarily due to the heat of evaporation required for the water.
  • the water content of the biomass is therefore also an indicator of the fuel quality.
  • a low water content can also be beneficial for combustion, since water can serve as a catalyst for carbon oxide combustion and can increase gas radiation.
  • the dimensioning of the fuel plays a role.
  • the burning behavior of firewood differs from that of pellets (biomass pellets).
  • Pellets are additionally produced in different sizes, with different densities and different starting materials (wood, stalk, etc.).
  • the influences of the different fuels are in some embodiments used to collect and evaluate certain data about the currently used fuel (biomass) in biomass firing.
  • the biomass used is known, such as. Pellets.
  • the expected flame temperature in biomass combustion is known. If the actual measured flame temperature deviates significantly from this, it can be assumed that there is a fault. This disturbance may be due to the fact that pellets of inferior quality (eg with too high water content and / or too low density) were used, or that for example there is a disturbance of the air supply and / or the flue draft.
  • Another scenario is that a door to a combustion chamber of biomass firing is open. In an open combustion chamber, the flow conditions of the air supply are disturbed, which immediately has a negative effect on the burning behavior.
  • the air and also the flame in the combustion chamber is mixed with cold air from the outside, so that in this case immediately there is a sharp drop in temperature of the measured flame temperature.
  • the carbon monoxide concentration will also change. However, this is registered in some embodiments only significantly after the temperature change. Therefore, in some embodiments for detecting an open oven door, for example, only the changed flame temperature is taken into account.
  • a change of the fuel ie the biomass used is detected.
  • the combustion of different fuels has different characteristics with regard to the resulting flame temperature and the measured carbon monoxide concentration.
  • the fuel change can be detected due to the resulting flame temperature and / or change in carbon monoxide concentration. This is also recognized in some embodiments, without corresponding values for the flame temperature and / or carbon monoxide concentration being stored.
  • the fuel change is in some embodiments alone due to the time Change in the flame temperature and / or the carbon monoxide concentration recognized.
  • the chimney draft is unsuitable for biomass firing or instantaneous combustion.
  • Chimney draft is understood to mean the flow behavior of the air or exhaust gases withdrawn through a chimney, to which the biomass combustion is connected.
  • the train that is the strength with which the exhaust gases are removed from the biomass combustion, can be too strong or too weak for the current combustion.
  • Air supplied to combustion in a biomass furnace is divided into primary and secondary air in some embodiments.
  • Primary air is the air that is directly fed to the combustion from below or from the side, ie it is also directly fed to the embers produced during combustion.
  • the secondary air is supplied to the flame, that is to say the gases which are to be burned off during the combustion.
  • the subdivision of the supplied air into primary and secondary air has - depending on the phase of combustion (keyword initial phase) - different effects on the combustion and the quality of combustion.
  • the combination of the information of the flame temperature and the carbon monoxide concentration is used to control not only the air supply but also the fuel supply.
  • the combustion is in the excess air range: either the air supply is reduced or the fuel quantity is increased.
  • the decision as to whether to increase the amount of fuel or reduce the air supply may in turn depend on many parameters, such as chimney draft (see above), requested output, fuel type (pellets, logs, etc.), fuel quality (eg from the water content), etc.
  • the biomass firing is controlled by a controller.
  • the control device comprises a carbon monoxide measuring means which is suitable for measuring a carbon monoxide concentration in a flue gas and, if appropriate, outputting a corresponding control signal.
  • the control device comprises a temperature measuring means for measuring a flame temperature. The flame temperature is measured in some embodiments by means of a temperature sensor or flame sensor, which is arranged at least in the vicinity of a flame resulting from combustion.
  • the control device additionally comprises in some embodiments an evaluation unit (for example a microprocessor) for evaluating the carbon monoxide concentration measured by the carbon monoxide measuring means and the flame temperature measured by the temperature measuring means.
  • the control device is suitable in some embodiments, accordingly the evaluation performed in the evaluation to output a control signal.
  • the control signal is used, depending on the control sequence, to control a corresponding actuator or to output a corresponding control signal.
  • actuators in the embodiments of various forms are realized: actuators for the air supply, fuel supply, flue gas blower, air and / or flue gas flaps, etc.
  • the control device comprises in some embodiments, a memory for storing different values, such as expected flame temperatures and / or carbon monoxide concentrations for different biomasses and / or different biomass furnaces.
  • currently measured values of the carbon monoxide concentration and the flame temperature can be stored in this memory in order to be available for a corresponding evaluation in the evaluation unit.
  • the control device comprises a fault memory in which, for example, an interference signal (such as poor combustion, too weak chimney draft, poor fuel quality, etc.) can be stored and thus, for example, read by a customer service representative ,
  • the control signal is also used to output a warning light or an audible warning signal when, for example, the door is open, or the control device has detected that there is a fault in the biomass firing.
  • the control device can be arranged at any point in or on the biomass furnace. In some embodiments, it is located outside or away from the biomass furnace.
  • the controller includes the complete control logic for biomass firing, while in others the controller includes only the components necessary to control the air supply.
  • the actuators to count for example, to control the fuel supply, the air supply, the distribution of primary and secondary air, a flue gas blower, etc. are required.
  • FIG. 1 shows a biomass furnace 1 as it can be used for example in the embodiments.
  • the biomass furnace in FIG. 1 has a combustion chamber 3 and a fuel chamber 5, which are separated from one another by an intermediate wall 19.
  • Pellets arranged so that the fuel 7 via a fuel supply 21 can be conveyed into a fuel bowl 41.
  • the screw conveyor 9 is driven by a motor 45.
  • the fuel bowl 41 the fuel supplied is burned and the combustion taking place therein is supplied from below through an opening 28 with primary air 25.
  • the primary air 25 passes by means of a supply air line 15 from the outside into the fuel bowl 41.
  • the supply air 17 which enters the supply air line 15 from the outside, is controlled by means of a Zu Kunststoffstellgliedes 43.
  • the supply air actuator 43 controls the amount of air that is supplied and is capable of positions from 0% (tight) to 100% (open), and intermediate values.
  • the supply air 17 is passed through the supply air line 15, which runs in Fig. 1 through the fuel chamber 5, and through the tube 23 into the combustion chamber 3. Then the supply air 17 enters another actuator 29, which can adjust the proportion of primary to secondary air.
  • the actuator 29 can be set so that the supply air 17 is divided either only in primary or secondary air only, or in any intermediate portions of primary and secondary air.
  • the secondary air 27 passes through a secondary air line 26 into the combustion chamber 3 and supplies the flame 39, which is formed during combustion of the fuel in the combustion bowl 41, with air (or oxygen).
  • a flame sensor 33 which measures the temperature of the flame 39 and outputs a corresponding signal via the line 35.
  • the flame sensor 33 is arranged so that a certain temperature at the flame sensor is not exceeded (eg, 800 ° C).
  • the flame sensor 33 is arranged so that it does not come into contact with the visible part of the flame while in others it is located in the flame, for example in the flame kernel.
  • the position of the flame sensor 33 consequently varies in the exemplary embodiments, so that, in principle, each position of the flame sensor 33, which permits a more or less direct measurement of the flame temperature, is realized.
  • the flue gas formed during the combustion is discharged via a flue gas tube 11 as exhaust gas 13 to the outside, for example.
  • a chimney To a chimney (not shown).
  • a Kohlemonoxidsensor 31 In the flue gas tube 11 is a Kohlemonoxidsensor 31, which measures the carbon monoxide concentration in the flue gas and outputs a corresponding signal.
  • the carbon monoxide sensor is arranged here in a front (left in FIG. 1) region of the flue gas tube 11. In other embodiments, the carbon monoxide sensor is located elsewhere in the flue gas tube, in some even outside the biomass furnace.
  • the position of the CO sensor is optimized in that at the location of the CO sensor, the flow of the flue gas is substantially laminar.
  • a flue gas actuator namely a flue gas fan 47 is arranged in the flue gas pipe 11.
  • a flue gas actuator namely a flue gas fan 47 is arranged in the flue gas pipe 11.
  • a corresponding flue gas actuator is missing.
  • the flue gas blower 47 is designed to affect the draft with which the flue gas 13 is withdrawn (in some embodiments, a flue gas actuator comprises only one flap, which consequently can only passively and non-actively influence the flue draft).
  • a combustion chamber door 37 located on the left side in Fig. 1 of the biomass furnace 1, a combustion chamber door 37, which allows access to the combustion chamber 3.
  • a control device 50 which is arranged here, for example, in the bottom region of the fuel chamber 5, the signals of the flame sensor 33 and carbon monoxide sensor 31 are processed.
  • the signals of the flame sensor 33 are transmitted via a line 35 which is connected to the control device 50.
  • the control device 50 has a microprocessor 100, which can process corresponding signals of the flame sensor 33 and of the CO sensor 31. Furthermore, the control device 50 has a memory 102 and a fault memory 104, which are each connected to the microprocessor. In some embodiments, predetermined CO measured values and / or flame temperatures for different fuels are stored in the memory 102. Also, in some embodiments, actual measured CO readings and / or flame temperatures are stored. In the error memory 104, for example, in some embodiments, interference signal that indicate a failure of the biomass firing 1, or the like. stored. In some embodiments, the control device 50 is designed such that it can control different combustion-influencing actuators depending on certain parameters or output control and / or interference signals.
  • actuators are exemplified in Fig. 2 with actuator 1 (106) and actuator 2 (108) designated.
  • the number of actuators to be controlled is in the embodiments but also below or above 2.
  • Using the actuators are, for example, the air supply via the actuator 43, the division between primary and secondary air via the actuator 29, the withdrawal of the flue gas via the flue gas fan 47th , the fuel supply via the control of the motor 45, etc. controlled.
  • the flame temperature measured with the flame sensor 33 and / or the carbon monoxide concentration measured with the carbon monoxide sensor 31 come into question. Furthermore, it is provided in some embodiments that the microprocessor 100 outputs a control signal or interference signal to the error memory 104 and / or to an audible and / or visual warning signal output unit 110.
  • control device 50 performs various controls in dependence on different control parameters (also called manipulated variable).
  • control parameters also called manipulated variable.
  • exemplary control sequences are shown, which are realized separately or together-also in connection with more complex processes, not shown-in the exemplary embodiments. For simplicity, only the relevant parts of the processes are displayed. It goes without saying that these processes can also be part of more complex control processes (control algorithms).
  • One possible control sequence relates primarily to control of the air supply as a function of the measured carbon monoxide concentration (measured with, for example, a carbon monoxide sensor, as explained in connection with FIG. 1).
  • Combustion is started at 60 in excess air.
  • excess air ie combustion with more air than is needed for complete oxidation, has already been discussed above.
  • the concentration of carbon monoxide in the flue gas is measured. This measured value can be stored, for example.
  • the controller reduces the air supply. This can generally be the air supply, but may also relate only to the primary and / or secondary air.
  • the air supply is reduced, one moves on the bathtub curve (see above) to "left", ie in a direction with decreasing excess air (ie decreasing lambda value), which may, for example, be accompanied by a reduced carbon monoxide concentration. at Again, the carbon monoxide concentration is measured. If the controller (eg, a controller 50) determines at 68 that the carbon monoxide concentration has decreased by decreasing the air supply, the air supply is further reduced (indicated by the arrow of 68 to 64). If the carbon monoxide concentration has not decreased, the air supply is increased at 70. At 72, the CO concentration is again measured and tested at 74 to see if the CO concentration has been reduced or increased. If it has been reduced, the controller returns to 70 and continues to increase the air supply.
  • the controller eg, a controller 50
  • the controller increases the air supply at 64 again.
  • the controller automatically finds the best point in the bathtub curve, ie the point with the - in terms of CO emissions - optimal air supply (see also the comments above the bathtub curve). In this control process, therefore, the air supply is controlled as a function of the measured carbon monoxide concentration.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a control sequence in which the temperature of the flame produced during combustion is additionally included.
  • This control procedure shows in a simplified manner an exemplary control process.
  • the CO concentration is measured, while at 82, the flame temperature is measured.
  • the measurements at 80 and 82 do not necessarily have to be done at the same time, but can also be done at different times.
  • Measuring the CO concentration and measuring the flame temperature leads to the acquisition of two measured values, namely a CO measured value and a flame temperature.
  • the evaluation at 84 of the two measured values leads in the exemplary embodiments to various events and control logics. This is indicated generally at 84 in FIG. 4 as evaluation of the measurement values and output of a control signal.
  • tax scenarios are explained.
  • the air supply can be increased or decreased.
  • the distribution of primary to secondary air is changed.
  • the fuel supply, the flue gas outlet on a corresponding flue gas actuator, or similar changed to change the quality of combustion.
  • a combination of different measures is made, or there are different hierarchies: first change the air supply, then the flue gas fan, etc.
  • a fuel change is detected by the evaluation of the CO concentration and / or the flame temperature. This can be the case, for example, with combination ovens, which can burn both pellets and firewood, for example, but is not limited to combination ovens.
  • a fuel change is detected whenever a sudden change in the CO concentration and / or the flame temperature is detected. For example, a sudden change is a large measurement change in a short measurement interval (e.g., 1 second).
  • the evaluation of the CO concentration and / or the flame temperature allows a conclusion on the fuel quality.
  • the resulting CO concentration and / or flame temperature for certain fuels with a certain quality eg. Pellets according to DIN standard
  • a certain quality eg. Pellets according to DIN standard
  • the measured CO concentration and / or flame temperature deviates greatly from these known measured values, this can be interpreted as an indication of poor fuel quality and consequently a corresponding control signal can be output.
  • an error signal is stored, which can later, for example. By a customer service representative, can be read.
  • a corresponding audible and / or visual signal is output to indicate the poor fuel quality.
  • the detection of the fuel quality is not limited to pellets, but by the evaluation of the CO concentration and / or the flame temperature and the comparison with appropriate In principle, comparison of the fuel quality for each biomass is possible.
  • an open combustion chamber door is detected by a steeply falling flame temperature.
  • fresh cold air enters the combustion chamber. This gets, u.a. because of thermal currents, quickly into the upper area of the combustion chamber of a biomass firing, causing a strong change in the flame temperature.
  • This strong change in the flame temperature within a short time can be interpreted as a sign for an open combustion chamber door and it can be issued a corresponding signal.
  • a jamming signal is generated which is written to a fault memory, or a control lamp lights up, or a warning signal sounds, etc.
  • the detection of the open combustion chamber door is also utilized in the control process such that, for example.
  • the evaluation of the CO concentration and / or the flame temperature allows a conclusion on the chimney draft, as already explained above.
  • the biomass furnace is connected to a chimney. Flue gas, which is produced during combustion in the biomass combustion, is introduced into the chimney via a flue gas channel of the biomass combustion. Under chimney draft is here understood a corresponding induced draft, which forms due to the prevailing in the chimney flow conditions.
  • a flue gas fan in the flue gas duct of the biomass combustion is a flue gas fan, which also has an influence on the chimney draft and thus on the present in the flue gas duct suction effect.
  • the suction effect in the flue gas channel also influences the Flow conditions in a combustion chamber of biomass combustion, and thus the withdrawal behavior of combustion or flue gas is influenced in the combustion chamber.
  • the chimney draft has a direct or indirect effect on possible turbulence in the combustion chamber and consequently also on the mixing of secondary air and gases to be burned (combustion gases).
  • the mixing of secondary air with the combustion gases is an essential factor for the completeness of the combustion. With a poor mixing, therefore, a higher carbon monoxide concentration in the flue gas is to be expected.
  • the primary or secondary air supplied is indirectly influenced by the chimney draft.
  • a strong chimney draft, ie a chimney draft with high suction effect leads in some embodiments to an increased
  • the controller will adjust the air supply actuator to ensure maximum air supply to reduce the carbon monoxide concentration for combustion. Accordingly, as illustrated in the control flow illustrated in FIG. 3, the controller tries to reduce the carbon monoxide concentration by increasing the air supply. This fails because due to the too weak chimney draft not enough gases can be discharged into the chimney and Therefore, not enough air can be supplied. In this case, too, the flame temperature is too low with respect to a corresponding comparison value, because the combustion is incomplete due to the insufficient air supply. In addition, again, an increased carbon monoxide concentration in the flue gas is expected. Consequently, in these embodiments by an evaluation of the CO concentration and / or flame temperature, a conclusion on, in this case too weak, chimney draft is possible.
  • a general disturbance of the biomass firing is detected by the measured value evaluation.
  • a malfunction of the fuel supply can be detected, or that the ignition of the biomass has not occurred.
  • malfunctions in the air supply due to the poor CO concentration and the low flame temperature can be detected.
  • the air supply (including the flue gas removal), for example, may occur when contaminated by corresponding supply and discharge paths.
  • a grate is present, on which the biomass is burned and by which the combustion is supplied with primary air. Soiling of the grate, for example, leads to a deterioration in the supply of primary air and thus to inferior CO values and / or low flame temperature.
  • the use of an inappropriate biomass or amount of biomass is detected by, for example, the flame temperature rises above a predetermined value.
  • the air supply is reduced and / or the fuel supply stopped to prevent damage to the biomass combustion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Biomassefeuerung, umfassend: Messen einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem Rauchgas, das bei einer Verbrennung von Brennstoff in der Biomassefeuerung entsteht; Messen einer Temperatur einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs entsteht; und Ausgeben eines Steuersignals, basierend auf der Messung der Kohlenmonoxidkonzentration und/oder der Messung der Flammtemperatur.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung zur Biomassefeuerung, und insbesondere eine Steuerung oder Regelung unter Berücksichtigung von Rauchgaszusammensetzung und Temperatur einer Flamme bei einer Biomassefeuerung.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es sind verschiedene Arten von Biomassefeuerungen bekannt, wie bspw. Biomassefeuerungen für die unterschiedlichsten Anforderungen hinsichtlich der zu erbringenden Leistung, z.B. Großanlagen, mittlere Anlagen oder sogar Anlagen für den Privathaushalt.
  • Die Regelungstechnik für Großanlagen ist weit fortgeschritten und es werden niedrige Emissionswerte bei möglichst hohem Wirkungsgrad erreicht. Bei mittleren und kleinen Biomassefeuerungen, insbesondere Kleinstanlagen, bspw. mit einer Leistung unter 100kW, wie sie im Privathaushalt vorkommen, wie bspw. Kaminöfen, besteht hingegen noch erheblicher Entwicklungsbedarf. Die Übertragung von Regelungen, wie sie für Großanlagen entwickelt wurden, auf kleinere Anlagen ist allerdings nicht ohne weiteres möglich, da einige Regelparameter unter Umständen ein völlig anderes Verhalten aufweisen und zusätzlich zum Beispiel die Betriebsweise bei kleinen Anlagen anders ist. Man denke dabei nur an einen Kaminofen, der mit unterschiedlichen Arten und Mengen von Scheitholz betrieben wird. Solche Schwierigkeiten stellen sich bei einer Großfeuerungsanlage naturgemäß nicht. Zusätzlich sind Regelungssysteme, wie sie in Großanlagen zum Einsatz kommen, für Anlagen mit niedriger Leistungsanforderung im Allgemeinen zu teuer.
  • Es ist bekannt den Sauerstoffgehalt und/oder den Kohlenmonoxid(CO)-Anteil im Rauchgas einer Biomassefeuerung zu messen, um die der Verbrennung zugeführte Luft entsprechend steuern zu können.
  • Für eine optimale Verbrennung ist es notwendig, dass das Brennmaterial vollständig oxidiert wird. Daraus folgt, dass der Verbrennung wenigstens so viel Sauerstoff zugeführt werden muss, dass der Brennstoff (die verwendete Biomasse) vollständig oxidiert werden kann.
  • Die Sauerstoffmessung bei Verbrennungen ist hinreichend bekannt und wird beispielsweise mittels einer sogenannten Lambdasonde, wie sie auch aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt ist, vorgenommen. Aufgrund der Messung des verbleibenden Sauerstoffanteils in dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas können prinzipiell Rückschlüsse auf die Verbrennung gezogen werden. Beispielsweise kann der Restsauerstoffgehalt im Rauchgas bestimmt werden und somit die Güte der Verbrennung durch Änderung der Sauerstoffzufuhr zur Verbrennung beeinflusst werden.
  • Weiterhin ist bekannt die Konzentration von Gasen, die aufgrund einer unvollständigen Verbrennung im Rauchgas vorhanden sind, zu messen.
  • Beispielsweise wird bei einem im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Verbrennungsregelung von Großfeuerungsanlagen die Luftzufuhr nur in Abhängigkeit der im Rauchgas gemessenen CO-Konzentration gesteuert. Bei einem ähnlichen bekannten Verfahren für Kleinfeuerungsanlagen ist diese Art der Steuerung allerdings nur mit Hilfe einer Messung der Brennkammertemperatur oder mit dem Einsatz von Lambdasonden erfolgreich, da der Feuerungsprozess in Kleinfeuerungsanlagen schnelleren und größeren Schwankungen unterworfen ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung bzw. Reglung einer Biomassefeuerung bereitzustellen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Biomassefeuerung, umfassend: Messen einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem Rauchgas, das bei einer Verbrennung von Brennstoff in der Biomassefeuerung entsteht; Messen einer Temperatur einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs entsteht; und Ausgeben eines Steuersignals, basierend auf der Messung der Kohlenmonoxidkonzentration und/oder der Messung der Flammtemperatur.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und/oder Regelvorrichtung für eine Biomassefeuerung, umfassend: ein Kohlenmonoxidmessmittel, welches ein Kohlenmonoxidsignal in Abhängigkeit einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem bei einer Verbrennung in der Biomassefeuerung entstehenden Rauchgas ausgibt; ein Temperaturmessmittel, welches ein Temperatursignal in Abhängigkeit einer Temperatur einer Flamme der Verbrennung ausgibt; und ein Auswertemittel, welches das Kohlenmonoxidsignal und das Temperatursignal auswertet und in Abhängigkeit der Auswertung ein Steuersignal ausgibt.
  • Weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschreiben, in der:
    • Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles einer Biomassefeuerung in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht;
    • Fig. 2 ein Diagramm eines Ausführungsbeispieles einer Steuervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
    • Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerablaufes zur Kohlenmonoxidverringerung in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
    • Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerablaufes zur Steuerung einer Biomassefeuerung in Übereinstimmung mit der Erfindung erläutert.
    BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen und deren Vorteilen.
  • Nach den Ausführungsbeispielen gibt es Biomassefeuerungen für verschiedene Arten von Biomasse, die als Brennstoff dienen. Mit Biomassefeuerungen sind beispielsweise Brennöfen zur Verbrennung von Biomasse, wie Scheitholz, Häckselgut, Pellets, landwirtschaftlichen Brennstoffen (bspw. Getreide, Stroh), Schilf, Klärschlamm, Textilfasern, usw. gemeint. Je nach Art der verwendeten Biomasse unterscheiden sich die Biomassefeuerungen hinsichtlich ihrer Bauart erheblich. Weiterhin unterscheiden sich die Biomassefeuerungen in den Ausführungsbeispielen hinsichtlich ihres Einsatzzweckes - von der kleinen Zimmerfeuerstelle, wie bspw. einem Kaminofen, über ein komplette Hauszentralheizung, die auch warmes Wasser produziert, bis hin zur mittleren Anlage, wie sie bspw. für Industriehallen oder zur Beheizung von Ställen und anderen Wohn-/Nutzgebäuden in der Landwirtschaft eingesetzt wird.
  • Bei den kleinen und mittleren Biomassefeuerungen in den Ausführungsbeispielen ist für eine optimale Verbrennung eine Steuerung nötig, die bei der Verbrennung von Biomasse für die entsprechenden Rahmenbedingungen sorgt. Verbrennungsvorgänge basieren prinzipiell auf der Oxidation von Brennstoff. Um den Brennstoff vollständig in stabile Endprodukte, wie Kohlendioxid und Wasser umzusetzen, muss für ein entsprechendes stöchiometrisches Gleichgewicht gesorgt werden, d.h. es muss soviel Sauerstoff dem brennenden Brennstoff zugeführt werden, dass alle Bestandteile oxidiert werden.
  • Zur Kontrolle, ob einer Verbrennung ausreichend Sauerstoff in Form von Luft zugeführt wird, kommt in manchen Ausführungsbeispielen eine sogenannte Lambdasonde zum Einsatz, die die Sauerstoffkonzentration in dem Rauchgas, welches bei der Verbrennung entsteht, misst. Dabei gibt der Lambdawert das Verhältnis von zugeführtem und für die Verbrennung benötigten Sauerstoff im Sinne der Stöchiometrie an, sodass ein Lambdawert gleich 1 bedeutet, dass der zugeführte Sauerstoff vollständig zur Verbrennung verbraucht wurde. Ein Wert größer 1 bedeutet demnach, dass mehr Luft (bzw. Sauerstoff, die beiden Begriffe können im Folgenden synonym verwendet werden) als für die Verbrennung benötigt wird, zugeführt wurde.
  • In den Ausführungsbeispielen werden die Biomassefeuerungen teilweise im Luftüberschuss, d.h. Lambda größer 1, betrieben, da in diesen Fällen der Wirkungsgrad der Verbrennung höher sein kann. Weiterhin sorgt ein Betrieb im Luftüberschuss dafür, dass immer ausreichend Sauerstoff für die Verbrennung vorhanden ist, sodass Schwankungen bei der Verbrennung, wie sie zum Beispiel durch Schwankungen der Brennstoffqualität hervorgerufen werden können, nicht dazu führen, dass die Verbrennung aufgrund der zu geringen vorhandenen Luftmengen gar nicht ablaufen kann.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen wird zur Steuerung der Verbrennung der Kohlenmonoxidgehalt in dem Rauchgas der Verbrennung gemessen. Diese Messung wird mit einem entsprechenden Messmittel, wie bspw. einen Kohlenmonoxidsensor der bspw. elektrochemisch oder auf Halbleiterbasis funktioniert, vorgenommen.
  • Die Verbrennung von Biomasse wird in manchen Ausführungsbeispielen hinsichtlich des Ausstoßes von Kohlenmonoxid optimiert. Kohlenmonoxid ist ein giftiges Gas und ein Indikator für eine schlechte, d.h. unvollständige, Verbrennung. Dazu wird in manchen Ausführungsbeispielen der bekannte Zusammenhang zwischen Lambdawert und Kohlenmonoxidkonzentration im Abgas ausgenutzt. Die Abhängigkeit der Kohlenmonoxidkonzentration vom Lambdawert hat im wesentlichen die Gestalt einer "Badewannenkurve". Diese Badewannenkurve zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl bei zu niedrigem als auch bei einem zu hohen Lambdawert die Kohlenmonoxidkonzentration ansteigt. Der niedrige Lambdawert kann dabei trotzdem noch größer als 1 sein, d.h. die Verbrennung findet eigentlich noch im Luftüberschuss statt und es ist theoretisch genügend Sauerstoff für die Verbrennung vorhanden. Der Grund für den Kohlenmonoxidanstieg bei niedrigem Lambda liegt in einer unzureichenden Durchmischung der brennenden Biomasse und der dabei entstehenden Gase mit Sauerstoff. Der Anstieg der Kohlenmonoxidkonzentration bei zu großem Lambda hingegen resultiert aus der Abkühlung der Verbrennung, hervorgerufen durch die zu große Menge zugeführter kalter Luft. Zwischen diesen beiden Extremen weist die "Badewannenkurve" ein Minimum mit geringster Kohlenmonoxidkonzentration auf.
  • In manchen Ausführungsbeispielen findet die Steuerung für die Verbrennung des Brennstoffes ein Minimum der Kohlenmonoxidkonzentration ohne den Einsatz einer Lambdasonde. Dazu wird ein Regelalgorithmus ausgeführt, der in manchen Ausführungsbeispielen folgende Schritte aufweist:
    • i Starten der Verbrennung mit Luftüberschuss (d.h. die Regelung beginnt bspw. im rechten Extrem der "Badewannenkurve");
    • ii Messen des CO-Wertes und verringern der Luftzufuhr
    • iii Messen des CO-Wertes
    • iv Vergleichen der letzten beiden gemessenen CO-Werte
    • v Wenn der CO-Wert in iii niedriger war, wird die Luftzufuhr erniedrigt, ansonsten erhöht
    • vi Wiederholen der Schritte iii bis v, usw.
  • Durch diese sukzessive CO-Wertmessung und Veränderung der Luftzufuhr findet die Steuerung selbständig den Zustand der Verbrennung mit minimalem CO-Ausstoß. Davon ausgehend wird in manchen Ausführungsbeispielen die Luftzufuhr weiter so lange erhöht, bis sich eine Verbrennung mit optimalen Wirkungsgrad einstellt, und zwar an dem Punkt der Badewannenkurve, bei welchem der CO-Ausstoß wieder stark ansteigt.
  • Die "Badewannenkurve" ist systemabhängig, d.h. je nach Beschaffenheit der Biomassefeuerung (wie beispielweise Geometrie, Materialien, usw.) und je nach Beschaffenheit des Brennstoffes hat diese Kurve eine andere Ausgestaltung. Die Grundform bleibt allerdings erhalten, sodass obiger Algorithmus immer angewendet werden kann.
  • Die Wiederholungsrate des oben erklärten Algorithmus richtet sich nach verschiedenen Gegebenheiten, wie beispielsweise der zu erwartenden Stabilität des Brennverhaltens der Biomassefeuerung. Die Wiederholungsrate kann z.B. schon werkseitig voreingestellt werden, oder aber auch anderweitig bestimmt werden. Bspw. kann ein Servicetechniker diese einstellen, oder eine Steuervorrichtung der Biomassefeuerung bestimmt die Wiederholrate aufgrund von Fluktuationen, etc.
  • Zusätzlich zur Regelung der Luftzufuhr in Abhängigkeit der CO-Messung wird in manchen Ausführungsbeispielen ein zusätzlicher Parameter gemessen: die Flammtemperatur. Mit Flammtemperatur ist hier ganz allgemein die Temperatur einer Flamme, die bei einer Verbrennung in einer Biomassefeuerung entsteht, gemeint. Die Temperatur der Flamme wird in den Ausführungsbeispielen an verschiedenen Stellen gemessen, wie bspw. in einem oberen oder unteren Bereich der Flamme. In manchen Ausführungsbeispielen findet die Messung auch oberhalb der Flamme statt. Mit Flammtemperatur ist also auch beispielsweise die Temperatur, die sich oberhalb der Flamme durch aufsteigende Gase und Strahlungswärme ergibt, gemeint. Die Flammtemperatur ist in manchen Ausführungsbeispielen also nicht nur die Temperatur der (sichtbaren) Flamme selbst, sondern wird in einem von der Flamme entfernten Bereich bestimmt. Trotzdem steht in diesen Ausführungsbeispielen die Temperatur in dem der Flamme entfernten Bereich in direktem Zusammenhang mit der Temperatur der Flamme selbst.
  • Die Temperatur der Flamme bzw. die Flammtemperatur oder auch Verbrennungstemperatur, hängt von vielen Bedingungen ab, von denen u.a. der Brennstoff bzw. die Brennstoffqualität, die Verbrennungsgüte und die zugeführte Luft interessant sind.
  • Der Einfluss des Brennstoffes auf die Flammtemperatur richtet sich nach dessen physikalischer und chemischer Beschaffenheit. Bei Biomasse richtet sich die Flammtemperatur auch nach dem Wasseranteil der Biomasse. Je höher der Wasseranteil in der Biomasse ist, desto geringer (unter gleichen Verbrennungsbedingungen) ist die Flammtemperatur. Dieser Effekt ist in erster Linie in der für das Wasser benötigten Verdampfungswärme begründet. Der Wassergehalt der Biomasse ist demnach auch ein Indikator für die Brennstoffqualität. Ein geringer Wassergehalt kann hingegen auch förderlich für die Verbrennung sein, da Wasser als Katalysator für die Kohlenstoffoxidverbrennung dienen kann und die Gasstrahlung erhöhen kann.
  • Brennstoffe und auch Biomasse werden anhand des Heizwertes beurteilt. Die Kondensationswärme des verdampften Wassers wird im allgemeinen nicht benutzt und steht demzufolge der Wärmeerzeugung nicht zur Verfügung. Trotzdem enthält der angegebene Heizwert i.a. die Kondensationswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes.
  • Weiterhin spielt die Dimensionierung des Brennstoffes eine Rolle. Beispielsweise unterscheidet sich das Abbrandverhalten von Scheitholz gegenüber dem von Pellets (Biomassepresslingen). Pellets werden zusätzlich noch in unterschiedlichen Größen, mit unterschiedlicher Dichte und aus unterschiedlichem Ausgangsmaterial (Holz, Halmgut, etc.) hergestellt.
  • Die Einflüsse der unterschiedlichen Brennstoffe werden in manchen Ausführungsbeispielen verwendet, um bestimmte Daten über den gerade verwendeten Brennstoff (Biomasse) in der Biomassefeuerung zu sammeln und auszuwerten.
  • In manchen Ausführungsbeispielen ist die eingesetzte Biomasse bekannt, wie bspw. Pellets. Bei Pellets bestimmter Qualität, d.h. mit einer vorgegebenen Normgröße, vorgegebenem Wassergehalt (bspw. 12%), etc., ist die zu erwartende Flammtemperatur in der Biomassefeuerung bekannt. Weicht die tatsächlich gemessene Flammtemperatur deutlich davon ab, ist anzunehmen, dass eine Störung vorliegt. Diese Störung kann darin begründet sein, dass Pellets minderer Qualität (bspw. mit zu hohem Wassergehalt und/oder zu geringer Dichte) verwendet wurden, oder dass zum Beispiel eine Störung der Luftzufuhr und/oder des Kaminzuges vorliegt. Ein weiteres Szenario ist, dass eine Türe zu einem Brennraum der Biomassefeuerung geöffnet ist. In einem offenen Brennraum sind die Strömungsverhältnisse der Luftzufuhr gestört, was sich sofort negativ auf das Abbrandverhalten auswirkt. Zusätzlich wird die Luft und auch die Flamme in dem Brennraum mit kalter Luft von außerhalb durchmischt, sodass in diesem Falle sofort ein starker Temperaturabfall der gemessenen Flammtemperatur erfolgt. Durch die Änderung des Abbrandverhaltens und der Luftzufuhr bei geöffneter Türe, wird sich auch die Kohlenmonoxidkonzentration verändern. Dies wird allerdings in manchen Ausführungsbeispielen erst deutlich nach der Temperaturänderung registriert. Daher wird in manchen Ausführungsbeispielen zur Erkennung einer offenen Ofentüre, bspw. nur die veränderte Flammtemperatur berücksichtigt.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird ein Wechsel des Brennstoffes, d.h. der verwendeten Biomasse erkannt. Wie oben ausgeführt, weist die Verbrennung von unterschiedlichen Brennstoffen unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der entstehenden Flammtemperatur und der gemessenen Kohlenmonoxidkonzentration auf. Dies ermöglicht das Erkennen eines Wechsel eines Brennstoffes. Zum Beispiel wenn bei einem Kombinationsofen, der sowohl Pellets als auch Scheitholz als Brennstoff verwendet, von der Verbrennung von Pellets auf Scheitholz umgestellt wird, kann aufgrund der sich daraus ergebenden Flammtemperatur und/oder Veränderung der Kohlenmonoxidkonzentration der Brennstoffwechsel erkannt werden. Dies wird in manchen Ausführungsbeispielen auch erkannt, ohne dass entsprechende Werte für die Flammtemperatur und/oder Kohlenmonoxidkonzentration gespeichert werden. Der Brennstoffwechsel wird in manchen Ausführungsbeispielen alleine aufgrund der zeitlichen Änderung der Flammtemperatur und/oder der Kohlenmonoxidkonzentration erkannt.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird auch beispielsweise erkannt, dass der Kaminzug für die Biomassenfeuerung bzw. die momentane Verbrennung unpassend ist. Unter Kaminzug ist das Strömungsverhalten der durch einen Kamin abziehenden Luft bzw. Abgase, an den die Biomassefeuerung angeschlossen ist, zu verstehen. Der Zug, sprich die Stärke mit der die Abgase aus der Biomassefeuerung abziehen, kann zu stark oder zu schwach für die momentane Verbrennung sein.
  • Luft, die der Verbrennung in einer Biomassefeuerung zugeführt wird, ist in manchen Ausführungsbeispielen in Primär- und Sekundärluft unterteilt. Primärluft, ist die Luft, die der Verbrennung von unten oder von der Seite direkt zugeführt wird, also auch direkt der bei der Verbrennung entstehenden Glut zugeführt wird. Die Sekundärluft hingegen wird der Flamme, also den abzubrennenden bei der Verbrennung entstehenden Gase zugeführt. Die Unterteilung der zugeführten Luft in Primär- und Sekundärluft hat - auch je nach Phase der Verbrennung (Stichwort Anfangsphase) - unterschiedlichen Einfluss auf die Verbrennung und die Verbrennungsqualität.
  • Für Luftführung der Primär- und Sekundärluft ist allerdings nicht nur die Zufuhrseite entscheidend, sondern auch die Abfuhrseite (Kamin). Der Kamin und der in dem Kamin herrschende Zug haben einen Einfluss darauf wie gut die bei der Verbrennung entstehenden Abgase und die überschüssige zugeführte Luft abgeführt werden können. Idealerweise steht also die zugeführte Luftmenge und die abgeführte Gasmenge im Gleichgewicht. Allerdings ist - wie oben ausgeführt - dieser Idealzustand nicht immer vorhanden. Beispielsweise kann ein zu starker Kaminzug dazu führen, dass mehr Primär- und/oder Sekundärluft der Verbrennung zugeführt wird, als eigentlich benötigt. Dies kann unter Umständen auch dann der Fall sein, wenn die Primär-und/oder Sekundärluftzufuhr auf einen richtigen Wert eingestellt ist. In solchen Fällen kann sich die Verbrennung im starken Luftüberschussbereich befinden, obwohl eine eventuelle Einstellung bspw. die Primär- bzw. Sekundärluft auf einen Minimalwert gestellt hat. Umgekehrt kann ein zu geringer Kaminzug dazu führen, dass, obwohl die Einstellung für Primär- und/oder Sekundärluft in einer Maximalstellung ist, trotzdem die zugeführte Luftmenge nicht ausreicht, um eine optimale Verbrennung (auch hinsichtlich der Kohlenmonoxidkonzentration) zu gewährleisten. Durch Steuern der Luftzufuhr und Messen der Kohlenmonoxidkonzentration kann demnach festgestellt werden, ob der Kaminzug in eben beschriebener Weise zu schwach oder zu stark ist. Ist der Kaminzug zu schwach, so wird eine Luftzufuhrsteuerung ein Stellglied für die Luftzufuhr in eine Stellung bringen, in der die Luftzufuhr maximal sein sollte. Die
  • Messung der CO-Konzentration ergibt allerdings in diesem Fall, dass diese nicht minimal ist (s. obige Beschreibung betreffend die "Badewannenkurve"), und die Luftversorgung nicht ausreichend ist. Bei einem zu starken Kaminzug hingegen, wir die Luftzufuhrsteuerung die Luftzufuhr quasi auf Null begrenzen. Trotzdem wird die Verbrennung noch im Luftüberschussbereich der "Badewannenkurve" betrieben, was wiederum an dem zu hohen Kohlenmonoxidgehalt erkannt wird.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird die Kombination der Informationen der Flammtemperatur und der Kohlenmonoxidkonzentration dazu verwendet nicht nur die Luftzufuhr zu steuern, sondern auch die Brennstoffzufuhr. Prinzipiell existieren zwei Möglichkeiten, wenn sich die Verbrennung im Luftüberschussbereich befindet: entweder wird die Luftzufuhr verringert, oder aber die Brennstoffmenge wird erhöht. Die Entscheidung, ob die Brennstoffmenge erhöht wird, oder die Luftzufuhr verringert wird, kann wiederum von vielen Parametern abhängen, wie bspw. Kaminzug (s.o.), von der angeforderten Leistung, der Brennstoffart (Pellets, Scheitholz, etc.), der Brennstoffqualität (bspw. vom Wassergehalt), etc.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird die Biomassefeuerung mittels einer Steuervorrichtung gesteuert. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Steuervorrichtung ein Kohlenmonoxidmessmittel, welches geeignet ist eine Kohlenmonoxidkonzentration in einem Rauchgas zu messen und ggfs. ein entsprechendes Steuersignal auszugeben. Weiterhin umfasst die Steuervorrichtung ein Temperaturmessmittel zum Messen einer Flammtemperatur. Die Flammtemperatur wird in manchen Ausführungsbeispielen mittels eines Temperatursensors bzw. Flammsensors, der wenigstens in der Nähe einer bei einer Verbrennung entstehenden Flamme angeordnet ist, gemessen. Die Steuervorrichtung umfasst zusätzlich in manchen Ausführungsbeispielen eine Auswerteeinheit (beispielsweise einen Mikroprozessor) zum Auswerten der von dem Kohlenmonoxidmessmittel gemessenen Kohlenmonoxidkonzentration und der von dem Temperaturmessmittel gemessenen Flammtemperatur. Weiterhin ist die Steuervorrichtung bei manchen Ausführungsbeispielen geeignet, entsprechend der in der Auswerteeinheit durchgeführten Auswertung, ein Steuersignal auszugeben.
  • Das Steuersignal dient, je nach Steuerablauf, zur Steuerung eines entsprechenden Stellgliedes bzw. zum Ausgeben eines entsprechenden Steuersignals. Als Stellglieder sind in den Ausführungsbeispielen die verschiedensten Formen verwirklicht: Stellglieder für die Luftzufuhr, Brennstoffzufuhr, Rauchgasgebläse, Luft- und/oder Rauchgasklappen, etc. Zusätzlich umfasst die Steuervorrichtung in manchen Ausführungsbeispielen einen Speicher zum Speichern von verschieden Werten, beispielsweise zu erwartende Flammtemperaturen und/oder Kohlenmonoxidkonzentrationen für verschiedene Biomassen und/oder verschiedene Biomassefeuerungen. Weiterhin können in diesem Speicher in manchen Ausführungsbeispielen aktuell gemessene Werte der Kohlenmonoxidkonzentration und der Flammtemperatur abgelegt werden, um für eine entsprechende Auswertung in der Auswerteeinheit zur Verfügung zu stehen. Zusätzlich umfasst die Steuervorrichtung in manchen Ausführungsbeispielen einen Fehlerspeicher, in dem beispielsweise ein Störsignal (wie z. B. schlechte Verbrennung, zu schwacher bzw. zu starker Kaminzug, schlechte Brennstoffqualität, etc.) gespeichert werden kann und somit beispielsweise von einem Kundendienstmitarbeiter ausgelesen werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen dient das Steuersignal auch zur Ausgabe eines Warnlichtes oder eines akustischen Warnsignales, wenn bspw. die Tür offensteht, oder die Steuervorrichtung erkannt hat, dass eine Störung der Biomassefeuerung vorliegt. Die Steuervorrichtung kann an beliebiger Stelle in bzw. an der Biomassefeuerung angeordnet sein. In manchen Ausführungsbeispielen befindet sie sich außerhalb bzw. von der Biomassefeuerung entfernt. Die Steuervorrichtung umfasst in manchen Ausführungsbeispielen die vollständige Steuerlogik für die Biomassefeuerung, in anderen hingegen umfasst die Steuervorrichtung nur die für die Steuerung der Luftzufuhr notwendigen Bestandteile. Zur Steuervorrichtung sind in manchen Ausführungsbeispielen die Stellglieder zu zählen, die bspw. zur Steuerung der Brennstoffzufuhr, der Luftzufuhr, der Aufteilung der Primär- und Sekundärluft, eines Rauchgasgebläses, etc. benötigt werden.
  • Zurückkommend zu Fig. 1, zeigt diese eine Biomassefeuerung 1 wie sie beispielsweise in den Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommen kann. Die Biomassefeuerung in Fig. 1 weist einen Brennraum 3 und einen Brennstoffraum 5 auf, die durch eine Zwischenwand 19 voneinander getrennt sind. Im Brennstoffraum 5 ist eine Förderschnecke 9 für Brennstoff 7, bspw. Pellets, so angeordnet, dass der Brennstoff 7 über eine Brennstoffzufuhr 21 in eine Brennstoffschale 41 befördert werden kann. Die Förderschnecke 9 wird durch einen Motor 45 angetrieben. In der Brennstoffschale 41 wird der hineingeförderte Brennstoff verbrannt und die darin stattfindende Verbrennung von unten durch eine Öffnung 28 mit Primärluft 25 versorgt. Die Primärluft 25 gelangt mittels einer Zuluftleitung 15 von außen in die Brennstoffschale 41. Zuluft 17, die von außen in die Zuluftleitung 15 gelangt, wird mittels eines Zuluftstellgliedes 43 gesteuert. Das Zuluftstellglied 43 steuert die Luftmenge, die zugeführt wird und ist in der Lage Stellungen von 0% (dicht) bis 100% (offen), und dazwischenliegende Werte, einzunehmen. Die Zuluft 17 wird durch die Zuluftleitung 15, welche in Fig. 1 durch den Brennstoffraum 5 verläuft, und durch das Rohr 23 in den Brennraum 3 geleitet. Dann gelangt die Zuluft 17 in ein weiteres Stellglied 29, welches den Anteil von Primär- zu Sekundärluft einstellen kann. Das Stellglied 29 kann so gestellt werden, dass die Zuluft 17 entweder nur in Primär- oder nur Sekundärluft, oder in beliebige dazwischenliegende Anteile von Primär- und Sekundärluft aufgeteilt wird. Die Sekundärluft 27 gelangt über eine Sekundärluftleitung 26 in den Brennraum 3 und versorgt die Flamme 39, die bei der Verbrennung des Brennstoffes in der Brennschale 41 entsteht, mit Luft (bzw. Sauerstoff). Oberhalb der Flamme 39 befindet sich ein Flammsensor 33, der die Temperatur der Flamme 39 misst und ein entsprechendes Signal über die Leitung 35 ausgibt. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Flammsensor 33 so angeordnet, dass eine bestimmte Temperatur an dem Flammsensor nicht überschritten wird (bspw. 800°C). In manchen Ausführungsbeispielen ist der Flammsensor 33 so angeordnet, dass er mit dem sichtbaren Teil der Flamme nicht in Berührung kommt, während er in anderen in der Flamme, bspw. im Flammkern angeordnet ist. Die Position des Flammsensors 33 variiert demzufolge in den Ausführungsbeispielen, so dass im Prinzip jede Position des Flammsensors 33, die eine mehr oder weniger direkte Messung der Flammtemperatur zulässt, verwirklicht. Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas wird über ein Rauchgasrohr 11 als Abgas 13 nach außen, bspw. an einen Kamin (nicht gezeigt) abgegeben. Im Rauchgasrohr 11 befindet sich ein Kohlemonoxidsensor 31, der die Kohlenmonoxidkonzentration in dem Rauchgas misst und ein entsprechendes Signal ausgibt. Der Kohlenmonoxidsensor ist in hier in einem vorderen (in Fig. 1 linken) Bereich des Rauchgasrohres 11 angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen sitzt der Kohlenmonoxidsensor an anderer Stelle des Rauchgasrohres, in manchen sogar außerhalb der Biomassefeuerung. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Position des CO-Sensor dahingehend optimiert, dass an der Stelle des CO-Sensor die Strömung des Rauchgases im wesentlichen laminar ist. Zusätzlich ist in dem Rauchgasrohr 11 ein Rauchgasstellglied, nämlich ein Rauchgasgebläse 47 angeordnet. In manchen Ausführungsbeispielen fehlt allerdings ein entsprechendes Rauchgasstellglied. Das Rauchgasgebläse 47 ist so ausgestaltet, dass es den Zug mit dem das Rauchgas 13 abgezogen wird, beeinflussen kann (in manchen Ausführungsbeispielen umfasst ein Rauchgasstellglied nur eine Klappe, die demzufolge den Kaminzug nur passiv und nicht aktiv beeinflussen kann). Weiterhin befindet sich an der linken Seite in Fig. 1 der Biomassefeuerung 1 eine Brennraumtür 37, die einen Zugang zu dem Brennraum 3 ermöglicht.
  • In einer Steuervorrichtung 50, die hier bspw. im Bodenbereich des Brennstoffraumes 5 angeordnet ist, werden die Signale des Flammsensors 33 und Kohlenmonoxidsensors 31 verarbeitet. Die Signale des Flammsensors 33 werden über eine Leitung 35, die mit der Steuervorrichtung 50 verbunden ist, übertragen. Ähnliches gilt für den CO-Sensor, dessen Signal ebenfalls über eine entsprechende Leitung (nicht gezeigt) an die Steuervorrichtung 50 übertragen werden.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Steuervorrichtung 50. Die Steuervorrichtung 50 weist einen Mikroprozessor 100 auf, der entsprechende Signale des Flammsensors 33 und des CO-Sensors 31 verarbeiten kann. Weiterhin weist die Steuervorrichtung 50 einen Speicher 102 und einen Fehlerspeicher 104 auf, die jeweils mit dem Mikroprozessor verbunden sind. In den Speicher 102 werden in manchen Ausführungsbeispielen vorgegebene CO-Messwerte und/oder Flammtemperaturen für verschiedene Brennstoffe abgelegt. Auch werden in manchen Ausführungsbeispielen aktuelle gemessene CO-Messwerte und/oder Flammtemperaturen gespeichert. In den Fehlerspeicher 104 werden bspw. in manchen Ausführungsbeispielen Störsignal, die eine Störung der Biomassefeuerung 1 kennzeichnen, o.ä. abgelegt. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung 50 so ausgelegt, dass sie in Abhängigkeit von bestimmten Parametern verschiedene, die Verbrennung beeinflussende Stellglieder steuern kann bzw. Steuer- und/oder Störsignale ausgeben kann. D.h. in manchen Ausführungsbeispielen kommen zu den oben genannten Daten des Flammsensors 33 und des CO-Sensors 31 noch andere Parameter hinzu. Die von der Steuervorrichtung 50 gesteuerten Stellglieder sind in Fig. 2 mit Stellglied 1 (106) und Stellglied 2 (108) beispielhaft bezeichnet. Die Zahl der zu steuernden Stellglieder liegt in den Ausführungsbeispielen aber auch unter oder über 2. Mithilfe der Stellglieder werden bspw. die Luftzufuhr über das Stellglied 43, die Aufteilung zwischen Primär- und Sekundärluft über das Stellglied 29, der Abzug des Rauchgases über das Rauchgasgebläse 47, die Brennstoffzufuhr über die Steuerung des Motors 45, usw. gesteuert. Als Parameter, in deren Abhängigkeit wenigstens eines der oben genannten Stellglieder eingestellt wird, kommen die mit dem Flammsensor 33 gemessene Flammtemperatur und/oder die mit dem Kohlenmonoxidsensor 31 gemessene Kohlenmonoxidkonzentration in Frage. Weiterhin ist in manchen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass der Mikroprozessor 100 ein Steuersignal bzw. Störsignal an den Fehlerspeicher 104 und/oder an eine akustische und/oder visuelle Warnsignalausgabeeinheit 110 ausgibt.
  • Wie eben angedeutet, führt die Steuervorrichtung 50 verschiedene Steuerungen in Abhängigkeit unterschiedlicher Steuerparameter (auch Stellgröße genannt) durch. Im Folgenden werden beispielhaft Steuerungsabläufe gezeigt, die getrennt oder zusammen - auch im Zusammenhang mit komplexeren, nicht gezeigten Abläufen - in den Ausführungsbeispielen verwirklicht sind. Zur Vereinfachung werden immer nur die relevanten Teile der Abläufe dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass diese Abläufe auch Teil von komplexeren Steuerabläufen (Steueralgorithmen) sein können.
  • Ein möglicher Steuerablauf, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, betrifft in erster Linie eine Steuerung der Luftzufuhr in Abhängigkeit der gemessenen Kohlenmonoxidkonzentration (gemessen mit bspw. einem Kohlenmonoxidsensor, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert). Eine Verbrennung wird bei 60 im Luftüberschuss gestartet. Der Begriff Luftüberschuss, d.h. Verbrennung mit mehr Luft als zur vollständigen Oxidation benötigt wird, ist weiter oben schon diskutiert worden. Bei 62 wird die Konzentration des Kohlenmonoxids in dem Rauchgas bzw. Verbrennungsgas gemessen. Dieser Messwert kann beispielsweise gespeichert werden. Bei 64 verringert die Steuervorrichtung die Luftzufuhr. Dies kann im Allgemeinen die Luftzufuhr sein, kann sich aber auch nur auf die Primär- und/oder Sekundärluft beziehen. Wenn die Luftzufuhr verringert wird, bewegt man sich auf der Badewannenkurve (s.o.) nach "links", d.h. in eine Richtung mit abnehmendem Luftüberschuss (d.h. abnehmendem Lambdawert), die bspw. mit einer verringerten Kohlenmonoxidkonzentration einhergehen kann. Bei 66 wird abermals die Kohlenmonoxidkonzentration gemessen. Stellt die Steuerung (bspw. eine Steuervorrichtung 50) bei 68 fest, dass sich die Kohlenmonoxidkonzentration durch Verringern der Luftzufuhr erniedrigt hat, so wird die Luftzufuhr weiter verringert (angedeutet durch den Pfeil von 68 zu 64). Sollte sich die Kohlenmonoxidkonzentration nicht verringert haben, so wird die Luftzufuhr bei 70 erhöht. Bei 72 wird wiederum die CO-Konzentration gemessen und bei 74 untersucht, ob die CO-Konzentration verringert oder erhöht wurde. Wurde sie verringert, geht die Steuerung zu 70 zurück und erhöht weiter die Luftzufuhr. Ist die CO-Konzentration gestiegen, so erhöht die Steuerung bei 64 wiederum die Luftzufuhr. Durch diesen Algorithmus findet die Steuerung automatisch den Bestpunkt in der Badewannenkurve, d.h. den Punkt mit der - hinsichtlich des CO-Ausstoßes - optimalen Luftzufuhr (vgl. auch die Ausführungen weiter oben zur Badewannenkurve). In diesem Steuerablauf wird also die Luftzufuhr in Abhängigkeit der gemessenen Kohlenmonoxidkonzentration gesteuert.
  • In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerablaufes gezeigt, bei dem zusätzlich noch die Temperatur der bei der Verbrennung entstehenden Flamme mit einbezogen wird. Dieser Steuerablauf zeigt in vereinfachter Weise einen beispielhaften Steuervorgang. Bei 80 wird die CO-Konzentration gemessen, während bei 82 die Flammtemperatur gemessen wird. Die Messungen bei 80 und 82 müssen nicht notwendigerweise zeitgleich erfolgen, sondern können auch zeitlich versetzt geschehen. Das Messen der CO-Konzentration und das Messen der Flammtemperatur führt zu der Aufnahme von zwei Messwerten, nämlich eines CO-Messwertes und einer Flammtemperatur. Das Auswerten bei 84 der beiden Messwerte führt in den Ausführungsbeispielen zu verschiedenen Ereignissen und Steuerlogiken. Dies ist in Fig. 4 ganz allgemein bei 84 als Auswerten der Messewerte und Ausgeben eines Steuersignals angezeigt. Im Folgenden werden mögliche, in den Ausführungsbeispielen getrennt oder gemeinsam verwirklichte, Steuerszenarien erläutert.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird beispielsweise aufgrund der Auswertung der Flammtemperatur und der CO-Konzentration in dem Rauchgas auf die Verbrennungsgüte rückgeschlossen. Dies ist möglich, da beispielsweise für einen bekannten Brennstoff, wie bspw. für bestimmte Pelletsorten, und für eine bekannte Biomassefeuerung bestimmt werden kann, welche Flammtemperatur und welche CO-Konzentration im Normalfall erreicht werden. Weichen die tatsächlichen Werte von den vorgegebenen stark ab, so sind in dem Steuerablauf - je nach Ausführungsbeispiel - entsprechende Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennungsqualität vorgesehen. Beispielsweise kann die Luftzufuhr verstärkt oder verringert werden. In manchen Ausführungsbeispielen wird die Aufteilung von Primär- zu Sekundärluft verändert. In wieder anderen etwa die Brennstoffzufuhr, der Rauchgasabzug über ein entsprechendes Rauchgasstellglied, o.ä, verändert, um die Verbrennungsgüte zu verändern. In manchen Ausführungsbeispielen wird auch eine Kombination verschiedener Maßnahmen vorgenommen, oder es gibt verschiedene Hierarchien: erst die Luftzufuhr verändern, dann das Rauchgasgebläse, etc.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird durch die Auswertung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur ein Brennstoffwechsel erkannt. Dies kann beispielsweise bei Kombinationsöfen, die bspw. sowohl Pellets als auch Scheitholz verbrennen können, der Fall sein, ist allerdings nicht auf Kombinationsöfen eingeschränkt. In manchen Ausführungsbeispielen wird immer dann ein Brennstoffwechsel erkannt, wenn eine plötzliche Änderung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur erfasst wird. Eine plötzliche Änderung ist beispielsweise eine große Messwertänderung in einem kurzen Messintervall (z.B. 1 Sekunde).
  • In manchen Ausführungsbeispielen lässt die Auswertung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur einen Rückschluss auf die Brennstoffqualität zu. Beispielsweise ist die entstehende CO-Konzentration und/oder Flammtemperatur für bestimmte Brennstoffe mit bestimmter Güte (bspw. Pellets nach DIN-Norm) für bestimmte Biomassefeuerungen bekannt. Weicht die gemessene CO-Konzentration und/oder Flammtemperatur stark von diesen bekannten Messwerten ab, kann dies als Hinweis auf eine schlechte Brennstoffqualität aufgefasst werden und folglich kann ein entsprechendes Steuersignal ausgegeben werden. Beispielsweise wird in manchen Ausführungsbeispielen ein Fehlersignal gespeichert, das später, bspw. von einem Kundendienstmitarbeiter, ausgelesen werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen wiederum wird ein entsprechendes akustisches und/oder visuelles Signal ausgegeben, um die schlechte Brennstoffqualität anzuzeigen. Natürlich ist die Erkennung der Brennstoffqualität nicht auf Pellets eingeschränkt, sondern durch die Auswertung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur und dem Vergleich mit entsprechenden Vergleichswerten ist prinzipiell die Erkennung der Brennstoffqualität für jede Biomasse möglich.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird eine offene Brennraumtüre durch eine stark abfallende Flammtemperatur erkannt. Wenn bei einer stabilen Verbrennung, die Brennraumtüre geöffnet wird, gelangt frische kalte Luft in den Brennraum. Diese gelangt, u.a. wegen thermischer Strömungen, schnell in den oberen Bereich des Brennraumes einer Biomassefeuerung und verursacht dadurch eine starke Änderung der Flammtemperatur. Diese starke Änderung der Flammtemperatur innerhalb kurzer Zeit, kann als Zeichen für eine offenstehende Brennraumtüre gedeutet werden und es kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden. Beispielsweise wird in manchen Ausführungsbeispielen ein Störsignal erzeugt, welches in einen Fehlerspeicher geschrieben wird, oder es leuchtet eine Kontrolllampe auf, oder es ertönt ein Warnsignal, etc. In manchen Ausführungsbeispielen wird das Erkennen der offenstehenden Brennraumtüre auch so in dem Steuerablauf verwertet, dass bspw. keine Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennung getroffen werden. Beispielsweise wird bei erkannter offener Ofentüre nicht die Luftzufuhr erhöht, da ansonsten ein ungünstiges Brandverhalten entstehen könnte und unverbrannte, giftige Abgase in den Raum gelangen könnten, in dem sich die Biomassefeuerung befindet. Weiterhin wird in manchen Ausführungsbeispielen das Erkennnen der offenen Ofentüre zusätzlich durch eine entsprechende Messung der CO-Konzentration, die in diesem Fall bspw. abfällt, verifiziert.
  • In manchen Ausführungsbeispielen erlaubt die Auswertung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur einen Rückschluss auf den Kaminzug, wie weiter oben schon erläutert wurde. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Biomassefeuerung mit einem Kamin verbunden. Rauchgas, welches bei einer Verbrennung in der Biomassefeuerung entsteht, wird über einen Rauchgaskanal der Biomassefeuerung in den Kamin eingeleitet. Unter Kaminzug wird hier ein entsprechender Saugzug verstanden, der sich aufgrund der in dem Kamin vorherrschenden Strömungsverhältnisse ausbildet. Zusätzlich befindet sich in manchen Ausführungsbeispielen in dem Rauchgaskanal der Biomassefeuerung ein Rauchgasgebläse, welches ebenfalls einen Einfluss auf den Kaminzug und damit auf die in den Rauchgaskanal vorhandene Sogwirkung hat. Die Sogwirkung in dem Rauchgaskanal beeinflusst ebenfalls die Strömungsverhältnisse in einem Brennraum der Biomassefeuerung, und damit wird auch das Abzugsverhalten von Verbrennungs- bzw. Rauchgassen in dem Brennraum beeinflusst. Somit hat der Kaminzug direkt bzw. indirekt eine Einwirkung auf mögliche Turbulenzen in dem Brennraum und folglich auch eine Einwirkung auf die Vermischung von Sekundärluft und zu verbrennenden Gasen (Verbrennungsgase). Die Durchmischung von Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen ist ein wesentlicher Faktor für die Vollständigkeit der Verbrennung. Bei einer schlechten Durchmischung ist demnach auch eine höhere Kohlenmonoxidkonzentration in dem Rauchgas zu erwarten. Weiterhin wird auf der Eingangsseite die zugeführte Primär- bzw. Sekundärluft indirekt durch den Kaminzug beeinflusst. Ein starker Kaminzug, d.h. ein Kaminzug mit hoher Sogwirkung, führt in manchen Ausführungsbeispielen zu einer erhöhten
  • Primär- und/oder Sekundärtuftmenge. Dies ist in manchen Ausführungsbeispielen auch dann der Fall, wenn ein Stellglied der Luftzuführung durch die Steuerung auf einem eigentlich geringeren Wert gestellt wurde. Legt man einen Steuerungsablauf, wie er beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde, zugrunde, so ergibt sich in manchen Ausführungsbeispielen folgendes Szenario. Die Steuerung versucht durch Verringern der Luftzufuhr die Kohlenmonoxidkonzentration in dem Rauchgas zu verringern, in dem das Stellglied für die Luftzufuhr entsprechend eingestellt wird. Dies schlägt allerdings fehl, da aufgrund des starken Kaminzuges trotzdem zu viel Luft der Verbrennung zugeführt wird. Zusätzlich ist in manchen Ausführungsbeispielen in diesem Szenario die Flammtemperatur bezüglich eines Vergleichswertes zu niedrig, da aufgrund der verstärkten Luftzufuhr die Rauchgase und damit auch die Flamme gekühlt werden, was wiederum zu einem Abfall der an dem Flammsensor gemessenen Temperatur führt. Auf diese Weise ist durch die Auswertung der CO-Konzentration und/oder der Flammtemperatur ein Rückschluss auf einen, in diesem Fall zu starken, Kaminzug möglich.
  • Ähnliches gilt in manchen Ausführungsbeispielen für einen zu schwachen Kaminzug. In diesem Fall wird die Steuerung das Stellglied der Luftzufuhr so einstellen, dass eine maximale Luftzufuhr zur Verringerung der Kohlenmonoxidkonzentration für die Verbrennung gewährleistet ist. Die Steuerung versucht demzufolge, wie in dem in Fig. 3 erläuterten Steuerablauf veranschaulicht ist, die Kohlenmonoxidkonzentration durch Erhöhen der Luftzufuhr zu verringern. Dies schlägt fehl, da aufgrund des zu schwachen Kaminzuges nicht genügend Gase in den Kamin abgeleitet werden können und daher auch nicht genug Luft zugeführt werden kann. In diesem Fall ist die Flammtemperatur ebenfalls bezüglich eines entsprechenden Vergleichwertes zu niedrig, da die Verbrennung aufgrund der ungenügenden Luftzufuhr unvollständig ist. Außerdem ist wiederum eine erhöhte Kohlenmonoxidkonzentration in dem Rauchgas zu erwarten. Folglich ist auch in diesen Ausführungsbeispielen durch eine Auswertung der CO-Konzentration und/oder Flammtemperatur ein Rückschluss auf, in diesem Fall zu schwachen, Kaminzug möglich.
  • Weiterhin wird in manchen Ausführungsbeispielen eine generelle Störung der Biomassefeuerung durch die Messwertauswertung erkannt. Beispielsweise kann eine Fehlfunktion der Brennstoffzufuhr erkannt werden, oder dass die Zündung der Biomasse nicht erfolgt ist. Wie oben ausgeführt, können generell auch Fehlfunktionen in der Luftzufuhr aufgrund der schlechten CO-Konzentration und der zu niedrigen Flammtemperatur erkannt werden. Die Luftzufuhr (auch die Rauchgasabfuhr), kann bspw. bei Verschmutzung von entsprechenden Zu- bzw. Ableitungswegen auftreten. Weiterhin ist in manchen Ausführungsbeispielen ein Rost vorhanden, auf dem die Biomasse verbrannt wird und durch den die Verbrennung mit Primärluft versorgt wird. Eine Verschmutzung des Rostes führt beispielsweise zu einer Verschlechterung der Versorgung mit Primärluft und damit zu schlechteren CO-Werten und/oder niedriger Flammtemperatur.
  • In manchen Ausführungsbeispielen wird auch der Einsatz einer nicht geeigneten Biomasse oder Menge an Biomasse erkannt, indem beispielsweise die Flammtemperatur über eine vorgegebenen Wert steigt. In solchen Ausführungsbeispielen wird bspw. die Luftzufuhr verringert und/oder die Brennstoffzufuhr gestoppt, um eine Beschädigung der Biomassefeuerung zu verhindern.
  • Es ist offensichtlich, dass die oben erläuterten Ausführungsbeispiele einzeln oder kombiniert verwirklicht sind. Beispielsweise sind manche Steuervorrichtungen so ausgelegt, dass sie alle oben genannten (und noch zusätzlich im Stand der Technik bekannten) Steuerabläufe und Steuerungen der Stellglieder, Ausgaben von Stör- und Steuersignalen, usw., bewerkstelligen können. In anderen Ausführungsbeispielen hingegen sind nur einzelne Teilaspekte verwirklicht. Weiterhin ist offensichtlich, dass die oben genannten Ausführungsbeispiele in beliebigen Biomassefeuerungen zum Einsatz kommen können, aber auch bei Biomassefeuerungen für den "Hausgebrauch", wie bspw. Pelletöfen, Scheitholzöfen, Kaminöfen und entsprechende Kombinationen davon.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Biomassefeuerung, umfassend:
    Messen einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem Rauchgas, das bei einer Verbrennung von Brennstoff in der Biomassefeuerung (1) entsteht;
    Messen einer Temperatur einer Flamme (39), die durch die Verbrennung des Brennstoffs (7) entsteht; und
    Ausgeben eines Steuersignals, basierend auf der Messung der Kohlenmonoxidkonzentration und/oder der Messung der Flammtemperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Steuersignal wenigstens ein Stellglied (29, 43, 45, 47, 106, 108) steuert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Stellglied eine Einrichtung zur Steuerung einer Luftzufuhr umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Stellglied eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennstoffzufuhr umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Stellglied eine Einrichtung zur Steuerung eines Rauchabzuges umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das Stellglied eine Einrichtung zur Steuerung einer Aufteilung einer Luftzufuhr in Primär- und Sekundärluft umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend:
    Auswerten der Kohlenmonoxidkonzentration und der Flammtemperatur und dadurch Rückschließen auf die Güte der Verbrennung.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Steuersignal eine Abhängigkeit von der Verbrennungsgüte aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend:
    Auswerten der Kohlenmonoxidkonzentration und der Flammtemperatur und dadurch Erkennen eines Brennstoffwechsels.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Steuersignal eine Abhängigkeit von dem Brennstoffwechsel aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend:
    Auswerten der Kohlenmonoxidkonzentration und der Flammtemperatur und dadurch Erkennen einer Störung der Biomassefeuerung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Störung eine offenstehende Brennraumtüre umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Störung einen zu starken oder zu schwachen Kaminzug umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei welchem das Steuersignal ein Störsignal aufweist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welchem das Steuersignal eine Abhängigkeit von der erkannten Störung aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Stellglied in Abhängigkeit der Messung der Kohlenmonoxidkonzentration gesteuert wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Stellglied in Abhängigkeit der Messung der Flammtemperatur gesteuert wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Messwert der Kohlenmonoxidmessung und/oder der Temperaturmessung gespeichert wird.
  19. Steuervorrichtung für eine Biomassefeuerung, umfassend:
    ein Kohlenmonoxidmessmittel (31), welches ein Kohlenmonoxidsignal in Abhängigkeit einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem bei einer Verbrennung in der Biomassefeuerung (1) entstehenden Rauchgas (13) ausgibt;
    ein Temperaturmessmittel (33), welches ein Temperatursignal in Abhängigkeit einer Temperatur einer Flamme (39) der Verbrennung ausgibt; und
    ein Auswertemittel (100), welches das Kohlenmonoxidsignal und das Temperatursignal auswertet und in Abhängigkeit der Auswertung ein Steuersignal ausgibt.
  20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher das Temperaturmessmittel oberhalb einer Flamme in der Biomassefeuerung angeordnet ist.
  21. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher das Kohlenmonoxidmessmittel in einem Rauchgaskanal der Biomassefeuerung angeordnet ist.
  22. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, die geeignet ist, eines der Verfahren nach den Anspruch 1 bis 18 auszuführen.
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