EP1923634B1 - Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches über die Brenner- oder Flammentemperatur eines Heizgerätes - Google Patents

Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches über die Brenner- oder Flammentemperatur eines Heizgerätes Download PDF

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EP1923634B1
EP1923634B1 EP07033545.0A EP07033545A EP1923634B1 EP 1923634 B1 EP1923634 B1 EP 1923634B1 EP 07033545 A EP07033545 A EP 07033545A EP 1923634 B1 EP1923634 B1 EP 1923634B1
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EP
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burner
temperature
fuel gas
flame
flow
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Heinz-Jörg Tomczak
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • 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
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature
    • F23N2225/16—Measuring temperature burner temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a fuel gas-air mixture via the measured at the burner, the burner flame or in the vicinity of the burner flame of a heater temperature.
  • the measurement of the burner or flame temperature can be used.
  • Basis of such a regulation is the setting of a fuel gas-air mixture to a target temperature, the z. B. is measured at the burner. It should be noted that larger deviations in a temperature difference (between a target and actual temperature) should be avoided, otherwise suffers by the increase in the resulting CO emissions combustion quality.
  • the WO 2006/000366 A1 discloses a method for controlling a fuel gas-air mixture of a burner, in which the flame temperature is detected and regulated in dependence on the desired burner load and air ratio to a target temperature in the steady state. For this purpose, characteristic curves are used which assign the burner load to a specific setpoint temperature. Depending on the air mass flow, a target temperature to be controlled is determined. If, for example, the load is increased, on the one hand the current temperature is measured and the setpoint temperature is determined. If the setpoint temperature is greater than the outlet temperature, the fuel quantity is enriched until the deviation of the actual value from the setpoint value no longer exists.
  • the measured temperature changes even in the dynamic state, if the fuel quantity is not changed. So while at Load change, the temperature in the dynamic state of a starting temperature to a higher set temperature increases continuously, teaches the WO 2006/000366 A1 to additionally grease the fuel quantity. As a result, the fuel gas-air mixture is first over-enriched; the temperature rises above the setpoint temperature, which is why the amount of fuel gas is emaciated, whereby it falls below the setpoint temperature. Ultimately, the temperature swings to the setpoint temperature.
  • the JP 63 075416 A describes a method for controlling a burner, wherein a faster adjustment of the burner is possible.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling a fuel gas-air mixture on the burner or flame temperature available, in which to avoid pollutant emissions, the heating or cooling of the burner components, especially during the starting phase and the modulation phase in dynamic state is taken into account.
  • a PI controller For the regulation of the fuel gas-air mixture, a PI controller is preferred. With a PI controller, a control value is determined from a control deviation (difference between setpoint and actual temperature). For a PI controller, it is normal for the P-controller part to quickly compensate for an occurring system deviation, with the I-controller component subsequently eliminating the remaining system deviation. Thus, a PI controller operates quickly and accurately with the appropriate setting.
  • I-controller or P-controller
  • the control can regulate very quickly with a very large selected integral component (I component), but there is a large jump in the temperature profile or a strong CO emission.
  • I component integral component
  • CO emission When choosing a very small I component, the jump is very small, but the regulation time is very long.
  • the inertia of a temperature measurement system must be considered. This can be traced back both to the sensors used and to the system behavior itself.
  • the burner surface temperature T is low at a higher power and high at a low load because the flame lifts Q zuEnglish from the burner surface as the load increases .
  • FIG. 2 shows the system behavior during a load change (modulation jump) of the heater from 20 kW to 10 kW.
  • the diagram illustrates that during operation, the difference between a burner or flame target temperature T 2 , to which it is to be controlled, and an output temperature T 0 can be relatively large.
  • the system behaves during startup, because the heater (or the burner temperature) passes from the cold state in a modulation-dependent hot state.
  • Curve 3 in FIG. 2 represents the behavior of a heater at modulation jump from 20 kW to 10 kW under the condition that the air ratio lambda is kept constant.
  • the burner or flame temperature of the curve 3 follows as a function of the time t, which can be reproduced by means of an exponential function, up to a stationary final value.
  • T 1 t T 0 + T 2 - T 0 ⁇ e - ⁇ t
  • the method according to the invention makes it possible to modify a stationary setpoint temperature value T 2 of the control into a setpoint value T 1 (t) as a function of time, the time profile of the burner or setpoint flame temperature T 1 of an e-function (such as curve 3, FIG. FIG. 2 ) and depending on the output and burner or flame set temperature of the modulation or the load change is.
  • Indicators of a well-functioning control system are, in addition to the CO 2 emissions that result from the excess air, especially under safety aspects, the CO emissions.
  • FIG. 3 shows values of the CO emissions of the system at an exemplary modulation jump from 20 kW to 10 kW.
  • the curve 1 shows a CO curve in the event that a control would dose the amount of gas in such a way that it would be regulated to the temperature target value immediately after the burner start. In this case, due to the large temperature difference, the gas valve would open so much that the combustion would no longer be standard or "clean".
  • Curve 2 shows a CO trend, taking into account the procedure according to the invention at the same modulation jump (from 20 kW to 10 kW) sets.
  • the CO emissions according to the invention control shown as curve 2 in FIG. 3 , shows that CO emissions can be permanently kept at a low level.
  • the excessive pollutant emissions which occur during combustion, in particular during the heating phase at startup or during modulation jumps, which would occur if the procedure according to the invention were regulated directly to the target temperature, are prevented.
  • Another exemplary embodiment provides an approximation of the setpoint temperature T 1 to the heating behavior of the system (curve 6, FIG. FIG. 4 ) via linear sections within a characteristic before, z. B. via an approach with two (curve 5, FIG. 4 ) or with several sections (curve 4, FIG. 4 ) such that always a sufficient quality of combustion is guaranteed.
  • the heat demand of 20 kW corresponding step number (eg 280) is determined and set.
  • the moment of a modulation jump or a heat load change is kept fixed by setting the time t to the value 0.
  • the time profile of the burner or flame target temperature T 1 is determined according to equation 1 ( FIG. 7 ).
  • the burner or flame temperature is measured and compared with the calculated burner or flame setpoint temperature T 1 (t).
  • the control only intervenes when a deviation of the measured burner or flame temperature (actual temperature) from the calculated burner or desired flame temperature T 1 (t) (setpoint temperature) occurs.
  • This deviation between the actual and desired temperature is controlled by the stepper motor of the gas valve, so that when the measured burner or flame temperature is greater than the calculated burner or flame target temperature T 1 (t), the fuel gas flow is reduced or the amount of air is increased or if the measured burner or flame temperature is less than the calculated burner or flame target temperature T 1 (t), the fuel gas flow is increased or the amount of air is reduced.
  • the inventive method is terminated as soon as the measured burner or flame temperature of the burner or flame setpoint T 2 corresponds.
  • the control method according to the invention is intended to prevent the pollutant emissions which occur during combustion, in particular during the start or during modulation jumps during the modulation. It is not regulated directly to a predetermined end-desired temperature value, but by the natural heating or cooling behavior of the system is integrated into the scheme. Thus, larger jumps in the temperature difference between the target and actual temperature are avoided and achieved a good combustion quality.
  • An unclean system behavior eg. B. when heating the system after the burner start is avoided, in which the control after the burner start is always in operation and the quality of combustion is permanently tested and regulated.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemisches über die am Brenner, an der Brennerflamme oder in der näheren Umgebung der Brennerflamme eines Heizgerätes gemessene Temperatur.
  • Zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemisches von Heizgeräten, insbesondere von Brennwertgeräten, kann die Messung der Brenner- oder Flammentemperatur genutzt werden. Grundlage einer solchen Regelung ist das Einstellen eines Brenngas-Luft-Gemisches auf eine Zieltemperatur, die z. B. am Brenner gemessen wird. Dabei ist zu beachten, dass größere Abweichungen in einer Temperaturdifferenz (zwischen einer Soll- und Ist-Temperatur) vermieden werden sollen, da ansonsten durch den Anstieg der entstehenden CO -Emissionen die Verbrennungsqualität leidet.
  • Die WO 2006/000366 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs eines Brenners, bei dem die Flammentemperatur erfasst und in Abhängigkeit der gewünschten Brennerbelastung und Luftzahl auf eine Solltemperatur im stationären Zustand geregelt wird. Hierzu werden Kennlinien verwendet, welche der Brennerbelastung eine bestimmte Solltemperatur zuordnen. In Abhängigkeit des Luftmassenstroms wird eine Solltemperatur, auf die geregelt wird, ermittelt. Wird beispielsweise die Belastung erhöht, so wird einerseits die aktuelle Temperatur gemessen und die Solltemperatur bestimmt. Ist die Solltemperatur größer als die Ausgangstemperatur, so wird die Brennstoffmenge so lange angefettet, bis die Abweichung des Ist-Wertes vom Sollwert nicht mehr besteht. Da bei einem Lastwechsel aufgrund der Wärmekapazität des Brennersystems eine gewisse Trägheit zu erwarten ist, verändert sich die gemessene Temperatur auch dann im dynamischen Zustand, wenn die Brennstoffmenge nicht verändert wird. Während also beim Lastwechsel die Temperatur im dynamischen Zustand von einer Ausgangstemperatur auf eine höhere Solltemperatur kontinuierlich steigt, lehrt die WO 2006/000366 A1 , zusätzlich die Brennstoffmenge anzufetten. Hierdurch wird das Brenngas-Luft-Gemisch zunächst überfettet; die Temperatur steigt über die Solltemperatur, weshalb die Brenngasmenge abgemagert wird, wodurch es zu einem Unterschreiten der Solltemperatur kommt. Letztendlich schwingt sich die Temperatur auf die Solltemperatur ein. Die JP 63 075416 A beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Brenners, wobei ein schnelleres Einregeln des Brenners möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemisches über die Brenner- oder Flammentemperatur zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Vermeidung von Schadstoffemissionen die Erwärmung bzw. die Abkühlung der Brennerkomponenten insbesondere während der Startphase und der Modulationsphase im dynamischen Zustand berücksichtigt wird.
  • Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 mit einem Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs eines brenngasbetriebenen Brenners vorzugsweise eines Heizgerätes mit Hilfe eines Sensors zur Erfassung der Brenner- oder Flammentemperatur T und einer Regelung mit folgenden Verfahrensschritten realisiert:
    • mit dem Sensor wird eine Ausgangstemperatur gemessen,
    • bei Vorgabe einer Brennerbelastung werden der notwendige Brenngasvolumen- oder -massenstrom, unter Berücksichtigung der Verbrennungsluftzahl, des Verbrennungsluftvolumen- oder -massenstroms sowie aus einem Kennfeld oder einer Funktion die belastungsabhängige Brenner- oder Flammensolltemperatur bestimmt,
    • aus der Ausgangstemperatur und der Brenner- oder Flammensolltemperatur wird ein zeitlicher Verlauf der Brenner- oder Flammentemperatur errechnet,
    • gemäß des ermittelten Brenngasvolumen- oder -massenstroms und Verbrennungsluftvolumen- oder -massenstroms werden der Brenngas- und Verbrennungsluftstrom eingestellt,
    • die Brenner- oder Flammentemperatur wird gemessen und mit dem errechneten Verlauf der Brenner- oder Flammentemperatur verglichen,
    • ist die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt im dynamischen Verlauf ungleich der errechnete Brenner- oder Flammentemperatur zu diesem Zeitpunkt, so wird der Brenngasstrom oder die Luftmenge angepasst.
  • Hierdurch wird das Einregeln wesentlich beschleunigt.
  • Bei kleineren Abweichungen gilt: Ist die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt im dynamischen Verlauf kleiner als die errechnete Brenner- oder Flammentemperatur zu diesem Zeitpunkt, so wird der Brenngasstrom erhöht oder die Luftmenge reduziert. Ist die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt im dynamischen Verlauf größer als die errechnete Brenner- oder Flammentemperatur zu diesem Zeitpunkt, so wird der Brenngasstrom reduziert oder die Luftmenge erhöht. Bei größeren Abweichungen kann es durch die Veränderung des Gemischs zu einer Verschiebung der Flammenposition kommen, so dass oben genannte Maßnahmen nicht zwingend zur Regelung auf den Sollwert beitragen. In der Mehrzahl der Fälle ist jedoch aufgrund der stetigen Regelung und der deshalb relativ kleinen zu erwartenden Abweichungen davon auszugehen, dass bei einer zu kalten Flamme eine Anfettung zu einer Temperaturerhöhung führt und eine Abmagerung zu einem Temperaturabfall.
  • Für die Regelung des Brenngas-Luft-Gemischs wird ein PI-Regler bevorzugt. Mit einem PI-Regler wird ein Stellwert aus einer Regelabweichung (Differenz zwischen Soll- und Ist-Temperatur) bestimmt. Für einen PI-Regler gilt normalerweise, dass der P-Reglerteil eine auftretende Regeldifferenz schnell auszugleichen versucht, wobei die I-Reglerkomponente anschließend die restliche Regeldifferenz beseitigt. Somit arbeitet ein PI-Regler bei entsprechender Einstellung schnell und präzise.
  • Die Wahl eines I-Reglers bzw. P-Reglers könnte hingegen nachteilig sein. Abhängig vom System, kann die Regelung bei einem sehr groß gewählten Integralen Anteil (I-Anteil) zwar sehr schnell regeln, allerdings ist ein großer Sprung im Temperaturverlauf bzw. ein starker CO-Ausstoß zu verzeichnen. Bei der Wahl eines sehr kleinen I-Anteils ist der Sprung sehr klein, die Regelungszeit jedoch ist sehr lang.
  • Für ein zuverlässiges Messergebnis muss die Trägheit eines Temperaturmesssystems berücksichtigt werden. Diese kann sowohl auf den verwendeten Messfühlern, als auch auf das Systemverhalten selbst, zurückgeführt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen
    • Figur 1
    einen Verlauf der Brennertemperatur T in Abhängigkeit der Belastung Q̇ nach dem Stand der Technik,
    Figur 2
    einen Verlauf der Brennertemperatur T in Abhängigkeit der Zeit t während eines Modulationssprungs von 20 kW auf 10 kW,
    Figur 3
    einen Verlauf der CO-Emissionswerte in Abhängigkeit der Zeit t während eines Modulationssprungs von 20 kW auf 10 kW,
    Figur 4
    einen Verlauf der Brennertemperatur T in Abhängigkeit der Zeit t während eines Aufheizvorgangs über lineare Kennlinien,
    Figuren 5 bis 7
    eine Regelung der Modulation auf einer höheren Leistung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und
    Figuren 8 bis 10
    eine Regelung der Modulation auf einer niedrigen Leistung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, ist die Brenneroberflächentemperatur T bei einer höheren Leistung niedrig und bei einer niedrigen Belastung hoch, da die Flamme mit zunehmender Belastung Q̇ von der Brenneroberfläche abhebt.
  • Figur 2 zeigt das Systemverhalten während eines Belastungswechsels (Modulationssprungs) des Heizgerätes von 20 kW auf 10 kW. Das Diagramm verdeutlicht, dass im Betrieb der Unterschied zwischen einer Brenner- oder Flammensolltemperatur T2, auf welche geregelt werden soll, und einer Ausgangstemperatur T0 verhältnismäßig groß sein kann. Ähnlich verhält sich das System beim Startvorgang, denn das Heizgerät (bzw. die Brennertemperatur) gelangt hier vom kalten Zustand in einen modulationsabhängigen heißen Zustand.
  • Kurve 3 in Figur 2 stellt das Verhalten eines Heizgerätes bei Modulationssprung von 20 kW auf 10 kW unter der Bedingung, dass die Luftzahl Lambda konstant gehalten wird, dar.
  • Dabei folgt die Brenner- oder Flammentemperatur der Kurve 3 in Abhängigkeit der Zeit t, die mittels einer Exponential-Funktion wiedergegeben werden kann, bis zu einem stationären Endwert.
  • Die bei Modulationssprüngen während der Modulation stattfindende Aufheiz- bzw. Abkühlvorgänge können durch folgende Funktion beschrieben werden: T 1 t = T 0 + T 2 − T 0 ⋅ e − τ t
    Figure imgb0001
  • In der Gleichung 1 bedeuten
    • T0- die Ausgangsbrenner- oder -flammentemperatur,
    • T2- die Brenner- oder Flammensolltemperatur,
    • T1 (t) - der zeitliche Verlauf der Brenner- oder Flammensolltemperatur,
    • t - die Zeit und
    • τ - ein Regelungsparameter, der vorgegeben wird und Einfluss auf den Gradienten hat.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Abwandlung eines stationären Soll-Temperaturwertes T2 der Regelung in einen Soll-Wert T1 (t) in Abhängigkeit der Zeit, wobei der zeitliche Verlauf der Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 einer e-Funktion (wie Kurve 3, Figur 2) folgt und abhängig von der Ausgangs- und Brenner- oder Flammensolltemperatur der Modulation bzw. des Belastungswechsels ist.
  • Indikator für ein gut funktionierendes Regelungssystem sind neben den CO2 Emissionen, die aus dem Luftüberschuss resultieren, besonders unter Sicherheitsaspekten, die CO-Emissionen. Figur 3 zeigt Werte der CO-Emissionen des Systems bei einem exemplarischen Modulationssprungs von 20 kW auf 10 kW.
  • Die Kurve 1 zeigt einen CO-Verlauf für den Fall, dass eine Regelung die Gasmenge derart dosieren würde, dass sofort nach dem Brennerstart auf den Temperaturzielwert geregelt werden würde. In diesem Fall würde aufgrund der großen Temperaturdifferenz die Gasarmatur so stark geöffnet, dass die Verbrennung nicht mehr standardmäßig bzw. normkonform "sauber" wäre. Man erkennt am Anfang einen deutlich überhöhten CO-Ausstoß, der mit zunehmender Zeit sinkt. Kurve 2 zeigt einen CO-Verlauf, der sich unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Vorgehens bei dem gleichen Modulationssprung (von 20 kW auf 10 kW) einstellt.
  • Der CO-Ausstoß nach der erfindungsgemäßen Regelung, dargestellt als Kurve 2 in Figur 3, zeigt dass die CO-Emissionen permanent auf einem niedrigen Niveau gehalten werden können. Somit werden die bei der Verbrennung, insbesondere während der Aufheizphase bei Start oder bei Modulationssprüngen entstehenden überhöhten Schadstoffemissionen verhindert, die sich einstellen würden, wenn ohne das erfindungsgemäße Vorgehen direkt auf die Zieltemperatur geregelt würde.
  • Während des Startvorgangs selbst kommt es in der Regel zu einer unvollständigen Verbrennung, insbesondere aufgrund einer systembedingten Gemischanfettung. Dieser Effekt hat einen für den Gerätestart charakteristischen, hohen CO-Ausstoß zur Folge. Dieser CO-Anstieg wird als systembedingt bei der erfindungsgemäßen Regelung vorausgesetzt und ist von den dargestellten CO-Verläufen zu differenzieren.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht eine Annäherung der Soll-Temperatur T1 dem Aufheizverhalten des Systems (Kurve 6, Figur 4) über lineare Teilabschnitte innerhalb einer Kennlinie vor, z. B. über einen Ansatz mit zwei (Kurve 5, Figur 4) oder mit mehreren Abschnitten (Kurve 4, Figur 4) derartig, dass stets eine ausreichende Verbrennungsqualität gewährleistet ist.
  • Zunächst wird das Verfahren für eine Regelung der Modulation auf einer höheren Brennerleistung beschrieben. Hier ist von einem ausgeschalteten Brenner und von einem Heizgerät, das sich in einem Standby - Zustand befindet, auszugehen. Mit einem Temperatursensor, vorzugsweise mit einem PTC-Sensor, wird eine Ausgangstemperatur T0 am Brenner, z. B. T0 = 25°C gemessen.
  • Bei einer Wärmeanforderung, z.B. Q̇=20 kW, wird am Gebläse ein entsprechender Luftmassenstrom (z.B. für Lambda = 1,3 und Q̇=20 kW) über einen Massenstromsensor eingestellt. Aus einer hinterlegten Gasarmatur-Kennlinie, wie in Figur 5 dargestellt, wird die der Wärmeanforderung von 20 kW entsprechende Schrittzahl (z.B. 280) bestimmt und eingestellt. Aus einer hinterlegten Temperatur-Kennlinie wird die der Wärmeanforderung von 20 kW entsprechende belastungsabhängige Brenner- oder Flammensolltemperatur T2 ermittelt, z.B. T2 = 350 °C (s. Figur 6).
  • Der Zeitpunkt eines Modulationssprungs bzw. einer Wärmebelastungsänderung wird fest gehalten, indem die Zeit t auf den Wert 0 gesetzt wird. Zu jedem nachfolgenden Zeitpunkt t1 bis tx, wird der zeitliche Verlauf der Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 nach der Gleichung 1 bestimmt (Figur 7). Die Brenner- oder Flammentemperatur wird gemessen und mit der errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t) verglichen.
  • Die Regelung greift nur dann ein, wenn eine Abweichung der gemessenen Brenner- oder Flammentemperatur (Ist-Temperatur) von der errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t) (Soll-Temperatur) auftritt. Diese Abweichung zwischen der Ist- und Soll-Temperatur wird über den Schrittmotor der Gasarmatur geregelt, so dass wenn die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur größer als die errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t) ist, der Brenngasstrom reduziert oder die Luftmenge erhöht wird oder wenn die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur kleiner ist als die errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t), der Brenngasstrom erhöht oder die Luftmenge reduziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird beendet, sobald die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur der Brenner- oder Flammensolltemperatur T2 entspricht.
  • Eine Regelung der Modulation auf einer niedrigen Belastung erfolgt ähnlich der oben beschriebenen Regelung und ist den Figuren 8 bis 10 zu entnehmen. Dabei wird von der bereits oben erwähnten aktuellen Belastung, z.B. Q=20 kW und von der am Brenner gemessenen Ausgangstemperatur T0, z.B. T0=350°C ausgegangen. Nach der Modulationsänderung von Q=20 kW auf Q=10 kW regelt das Gebläse die entsprechende Luftmenge und die Gasarmatur wird abhängig von dem gemessenen Luftmassenstrom auf die zu erwartende Schrittzahl (in diesem Fall 150 Steps) eingestellt. Die notwendige Schrittzahl wird aus der hinterlegten Gasarmaturen-Kennlinie ermittelt.
  • Die Temperatur steigt mit reduzierter Belastung und der Anstieg folgt der dargestellten Kurve. Aus der hinterlegten Temperatur-Kennlinie wird die für Q=10 kW entsprechende Brenner- oder Flammensoll-Temperatur T2, z.B. T2 = 550°C ermittelt. Der Zeitpunkt des Modulationssprungs wird fest gehalten, indem die Zeit t auf den Wert 0 gesetzt wird. Zu jedem Zeitpunkt t1 bis tx der jetzt laufenden Zeit, wird der zeitliche Verlauf der Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 nach der Gleichung 1 bestimmt und mit der aktuellen, gemessenen Brenner- oder Flammentemperatur verglichen. Abweichungen zwischen der gemessenen und errechneten Temperatur werden ebenfalls über eine Verstellung des Schrittmotors der Gasarmatur ausgeglichen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren sollen die bei der Verbrennung, insbesondere beim Start oder bei Modulationssprüngen während der Modulation, entstehenden Schadstoffemissionen verhindert werden. Dabei wird nicht direkt auf einen vorgegebenen End-Soll-Temperaturwert geregelt, sondern indem das natürliche Aufheizverhalten bzw. Abkühlverhalten des Systems in die Regelung integriert wird. Somit werden größere Sprünge in der Temperaturdifferenz zwischen der Soll- und Ist-Temperatur vermieden und eine gute Verbrennungsqualität erreicht.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Regelung ausgerichtet auf die Messung der Brenner- oder Flammentemperatur für Modulationssprünge anzupassen.
  • Ein unsauberes Systemverhalten, z. B. beim Aufheizen des Systems nach dem Brennerstart, wird vermieden, in dem die Regelung nach dem Brennerstart immer im Betrieb ist und die Verbrennungsqualität permanent geprüft und geregelt wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs eines brenngasbetriebenen Brenners vorzugsweise eines Heizgerätes mit Hilfe eines Sensors zur Erfassung der Brenner- oder Flammentemperatur (T) und einer Regelung mit folgenden Verfahrensschritten:
    - mit dem Sensors wird eine Ausgangstemperatur T0 gemessen,
    - bei Vorgabe einer Brennerbelastung (Q) werden der notwendige Brenngasvolumen- (VB ) oder -massenstrom (mB ), unter Berücksichtigung der Verbrennungsluftzahl (λ) der Verbrennungsluftvolumen- (V̇L ) oder-massenstrom (mL ) sowie aus einem Kennfeld oder einer Funktion die belastungsabhängige Brenner- oder Flammensolltemperatur T2 = f(Q) bestimmt,
    - aus der Ausgangstemperatur T0 und der Brenner- oder Flammensolltemperatur T2 wird eine zeitlicher Verlauf der Brenner- oder Flammensolltemperatur T 1(t) = f(T 0 ,T 2 ,t) errechnet,
    - gemäß des ermittelten Brenngasvolumen- (VB ) oder -massenstroms (mB ) und Verbrennungsluftvolumen- (VL ) oder -massenstroms (mL ) werden der Brenngas- und Verbrennungsluftstrom eingestellt,
    - die Brenner- oder Flammentemperatur wird gemessen und mit der errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1(t) verglichen,
    - ist die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt t im dynamischen Verlauf grösser als die errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t) zu diesem Zeitpunkt t, so wird der Brenngasstrom reduziert oder die Luftmenge erhöht,
    - ist die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt t im dynamischen Verlauf kleiner als die errechneten Brenner- oder Flammensolltemperatur T1 (t) zu diesem Zeitpunkt t, so wird der Brenngasstrom erhöht oder die Luftmenge reduziert.
  2. Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Brenner-oder Flammensolltemperatur gemäß einer Formel T 1 t = T 0 + T 2 − T 0 ⋅ e − t
    Figure imgb0002
     erfolgt, wobei τ ein Regelungsparameter ist.
  3. Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren beendet wird, wenn die gemessene Brenner- oder Flammentemperatur der Brenner- oder Flammensolltemperatur T2 entspricht.
  4. Verfahren zur Regelung eines Brenngas-Luft-Gemischs nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Brenngas-Luft-Gemischs nach Erreichen der Flammensolltemperatur T2 gemäß einer konventionellen PI-Regelung erfolgt.
EP07033545.0A 2006-11-15 2007-11-09 Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches über die Brenner- oder Flammentemperatur eines Heizgerätes Active EP1923634B1 (de)

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EP1923634A1 EP1923634A1 (de) 2008-05-21
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4170234A1 (de) 2021-10-19 2023-04-26 BDR Thermea Group B.V. Verfahren zur steuerung eines brenners

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