EP2423594A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Brenngas-Luft-Verbundes insbesondere eines Heizgerätes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Brenngas-Luft-Verbundes insbesondere eines Heizgerätes Download PDF

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EP2423594A2
EP2423594A2 EP11006748A EP11006748A EP2423594A2 EP 2423594 A2 EP2423594 A2 EP 2423594A2 EP 11006748 A EP11006748 A EP 11006748A EP 11006748 A EP11006748 A EP 11006748A EP 2423594 A2 EP2423594 A2 EP 2423594A2
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Matthias Wodke
Jochen Wriske
Albert Hietkamp
Wim Munsterhuis
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • 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
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring a fuel gas-air composite, in particular a heater.
  • the invention has for its object to avoid high carbon monoxide emissions at low burner loads.
  • FIG. 1 shows a fuel gas powered burner 1 with a connected fuel gas-air composite 2.
  • This fuel gas-air composite 2 consists of a fan 4, which is arranged in a combustion air line 5.
  • a Venturi 6 is arranged in this Venturi 6 in this Venturi 6 opens a fuel gas line 7, in which a first and second, in series gas valve 8, 9 are located.
  • a measuring line 10 is arranged, which is connected to a volume flow or pressure sensor 11.
  • the volume flow or pressure sensor 11 is also connected to the environment.
  • the burner 1 is surrounded by a heat exchanger 13 for cooling the exhaust gases of the burner 1.
  • the heat exchanger 13 is followed downstream by an exhaust pipe 14, in which a carbon monoxide sensor 3 is located.
  • the blower 4 and the gas valves 8, 9 are equipped with drive or servo motors with speed or step detection. These are connected to a controller 12. This control 12 is also connected to the volume flow or pressure sensor 11 and the carbon monoxide sensor 3 in the exhaust pipe of the burner 1.
  • combustion air is first sucked in by the blower 4 and fed to the burner 1.
  • fuel gas is passed through the two gas valves 8, 9 and the fuel gas line 7 into the Venturi 6, where the fuel gas is mixed with the combustion air and passes through the blower 4 in the burner 1.
  • the fuel gas-air mixture is ignited outside the burner 1 by an ignition electrode, not shown, and burned.
  • the hot exhaust gases of the burner 1 are cooled in the heat exchanger 13 and passed through the exhaust pipe 14 into the environment.
  • the controller 12 gives a signal to the motors of the second gas valve 9 and the blower 4, wherein the opening of the second gas valve 9 and the speed of the fan are monotonically set continuously from each other.
  • the calibration of the fuel gas-air-composite 2 by means of the carbon monoxide sensor 3 is for example off DE 10319835 A1 known.
  • the second gas valve 9 is opened or closed at a certain load point, which is determined by a specific position of the engine of the first gas valve 8, until the volume flow or pressure sensor 11 no flow or no pressure difference measures.
  • the gas-air composite could also be done mechanically by means of a servo gas control valve.
  • the first gas valve 8 is opened or closed continuously until hygienic combustion conditions, ie low carbon monoxide emissions, are present.
  • the second gas valve 9 is in this case continuously opened or closed such that the volume flow or pressure sensor 11 measures no flow or no pressure difference.
  • Such a calibration is preferably carried out at high load P, during startup and / or at regular intervals.
  • FIG. 2 shows typical carbon monoxide and carbon dioxide levels in operation of the fuel gas powered burner 1 operating in a range between a minimum load P min and a maximum load P max .
  • CO carbon monoxide
  • CO 2 carbon dioxide
  • the proportion of carbon dioxide in the exhaust gas should be about 9.2%.
  • FIG. 2 represents by the hatched area. The reason for this is that at low loads the system due to the manufacturing tolerances and accuracy the sensor does not always behave linearly. This in turn can lead to a significant increase in carbon monoxide emissions.
  • FIG. 2 For CO 2 deviations, a typical course of CO is shown.
  • the carbon monoxide emissions of the exhaust gas of the burner 1 are measured by means of the carbon monoxide sensor 3.
  • the load P is increased until the carbon monoxide emissions of the exhaust gas of the burner 1 fall below a second specific limit CO limit2 .
  • a low load is understood to mean a load which is less than half the arithmetic mean between the minimum load P min and a maximum load P max .
  • the invention is not limited to the illustrated fuel gas-air composite with zero pressure control, but can also be applied to any other fuel gas-air composite.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines brenngasbetriebenen Brenners (1) mit einem Brenngas-Luft-Verbund (2) und einem Kohlenmonoxidsensor (3) in der Abgasleitung des Brenners (1), wobei der Brenner in einem Bereich zwischen einer Minimallast P min und einer Maximallast P max betrieben wird, wobei die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners (1) mittels des Kohlenmonoxidsensors (3) gemessen werden und in dem Fall, in dem die Emissionen einen ersten bestimmten Grenzwert CO Grenz1 überschreiten bei gleichzeitig geringer Belastung, vorzugsweise einer Belastung, die kleiner als die Hälfte des arithmetischen Mittels zwischen Minimallast P min und einer Maximallast P max ist, die Belastungen erhöht wird, bis die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners (1) einen zweiten bestimmten Grenzwert CO Grenz2 unterschreiten oder die Maximallast P max erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Brenngas-Luft-Verbundes insbesondere eines Heizgerätes.
  • Bei Heizgeräten, die zwischen einer Minimallast und einer Maximallast betrieben werden, ist häufig festzustellen, dass es bei kleinen Belastungen zu erhöhten Kohlenmonoxidemissionen kommt, während bei höheren Belastungen eine saubere Verbrennung vorliegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hohe Kohlenmonoxidemissionen bei geringen Brennerbelastungen zu vermeiden.
  • Dies wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass beim Betrieb des Brenners auch die Kohlenmonoxidemissionen gemessen werden und in dem Fall, in dem die Kohlenmonoxidemissionen bei geringer Belastung einen bestimmten Grenzwert überschreiten, die Belastung angehoben wird, bis die Kohlenmonoxidemissionen einen anderen Grenzwert unterschreiten.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert.
  • Figur 1 zeigt einen brenngasbetriebenen Brenner 1 mit einem verbundenen Brenngas-Luft-Verbund 2. Dieser Brenngas-Luft-Verbund 2 besteht aus einem Gebläse 4, das in einer Verbrennungsluftleitung 5 angeordnet ist. In der Verbrennungsluftleitung 5 stromauf des Gebläses 4 ist ein Venturi 6 angeordnet. In diesen Venturi 6 mündet eine Brenngasleitung 7, in der sich ein erstes und zweites, in Reihe geschaltetes Gasventil 8, 9 befinden. Zwischen den beiden Gasventilen 8, 9 ist eine Messleitung 10 angeordnet, die mit einem Volumenstrom- oder Drucksensor 11 verbunden ist. Der Volumenstrom- oder Drucksensor 11 ist auch mit der Umgebung verbunden. Der Brenner 1 ist von einem Wärmetauscher 13 zur Abkühlung der Abgase des Brenners 1 umgeben. Dem Wärmetauscher 13 folgt stromabwärts eine Abgasleitung 14, in der sich ein Kohlenmonoxidsensor 3 befindet.
  • Das Gebläse 4 sowie die Gasventile 8, 9 sind mit Antriebs- beziehungsweise Stellmotoren mit Drehzahl- beziehungsweise Schritterfassung ausgestattet. Diese sind mit einer Regelung 12 verbunden. Diese Regelung 12 ist ebenfalls mit dem Volumenstrom- oder Drucksensor 11 sowie dem Kohlenmonoxidsensor 3 in der Abgasleitung des Brenners 1 verbunden.
  • Beim Betrieb wird von dem Gebläse 4 zunächst Verbrennungsluft angesaugt und dem Brenner 1 zugeführt. Dann wird Brenngas über die beiden Gasventile 8, 9 und die Brenngasleitung 7 in den Venturi 6 geleitet, wo das Brenngas sich mit der Verbrennungsluft vermischt und über das Gebläse 4 in den Brenner 1 gelangt. Das Brenngas-Luft-Gemisch wird außerhalb des Brenners 1 von einer nicht dargestellten Zündelektrode gezündet und verbrannt. Die heißen Abgase des Brenners 1 werden in dem Wärmetauscher 13 abgekühlt und durch die Abgasleitung 14 in die Umgebung geleitet.
  • Je nach gewünschter Brennerlast gibt die Regelung 12 ein Signal an die Motoren des zweiten Gasventils 9 und des Gebläses 4, wobei die Öffnung des zweiten Gasventils 9 und der Drehzahl des Gebläses monoton stetig voneinander vorgegeben werden.
  • Die Kalibrierung des Brenngas-Luft-Verbunds 2 mittels des Kohlenmonoxidsensors 3 ist beispielsweise aus DE 10319835 A1 bekannt.
  • Um Druck- und Dichteänderungen zwischen Brenngas und Verbrennungsluft auszugleichen, wird bei einem bestimmten Belastungspunkt, der durch eine bestimmte Stellung des Motors des ersten Gasventils 8 vorgegeben ist, das zweite Gasventil 9 solange geöffnet beziehungsweise geschlossen, bis der Volumenstrom- oder Drucksensor 11 keinen Durchfluss beziehungsweise keine Druckdifferenz misst.
  • Alternativ könnte der Gas-Luft-Verbund auch mechanisch mittels eines Servo-Gasregelventils erfolgen.
  • Zur Anpassung des Brenngas-Luft-Verbundes 2 an unterschiedliche Gasarten wird das erste Gasventil 8 solange stetig geöffnet beziehungsweise geschlossen, bis hygienische Verbrennungsbedingungen, das heißt niedrige Kohlenmonoxidemissionen vorliegen. Das zweite Gasventil 9 wird hierbei derart stetig geöffnet beziehungsweise geschlossen, dass der Volumenstrom- oder Drucksensor 11 keinen Durchfluss beziehungsweise keine Druckdifferenz misst. Eine solche Kalibrierung erfolgt vorzugsweise bei hoher Belastung P, bei der Inbetriebnahme und / oder in regelmäßigen Zeitabständen.
  • Figur 2 zeigt typische Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidwerte beim Betrieb des brenngasbetriebenen Brenners 1, der in einem Bereich zwischen einer Minimallast Pmin und einer Maximallast Pmax betrieben wird. Bei hoher Belastung P sind die Kohlenmonoxid- (CO) und Kohlendioxidemissionen (CO2) nahezu konstant. Bei einer hygienischen Verbrennung sollten der Anteil des Kohlendioxids im Abgas etwa 9,2 % betragen. Bei kleinen Belastungen kann es jedoch zu einer signifikanten Veränderung des Kohlendioxidanteils kommen; dies ist in Figur 2 durch die schraffierte Fläche dargestellt. Die Ursache hierfür ist, dass sich bei kleinen Belastungen das System aufgrund der Fertigungstoleranzen und Messgenauigkeit der Sensorik nicht stets linear verhält. Dies wiederum kann zu einem erheblichen Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen führen. In Figur 2 ist für eine starke CO2-Abweichung ein typischer CO-Verlauf dargestellt.
  • Bei der oben erwähnten Kalibrierung des Brenngas-Luft-Verbunds 2 mittels des Motors des ersten Gasventils 8 erfolgt näherungsweise eine Parallelverschiebung der CO2-Kurve beziehungsweise des CO2-Bereichs.
  • Gemäß dem erfinderischen Verfahren werden beim Betrieb des Brenners 1 die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners 1 mittels des Kohlenmonoxidsensors 3 gemessen. In dem Fall, in dem die Emissionen einen ersten bestimmten Grenzwert COGrenz1 überschreiten und gleichzeitig eine geringe Belastung vorliegt, wird die Belastung P erhöht bis die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners 1 einen zweiten bestimmten Grenzwert COGrenz2 unterschreiten. Hierdurch ergibt sich für den weiteren Betrieb eine neue minimale Belastung Pmin,2 oder die Maximallast Pmax wird erreicht. Unter einer geringen Belastung wird insbesondere eine Belastung verstanden, die kleiner als die Hälfte des arithmetischen Mittels zwischen Minimallast Pmin und einer Maximallast Pmax ist.
  • In dem Fall, in dem die Maximallast Pmax erreicht wird, bevor die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners 1 einen zweiten bestimmten Grenzwert COGrenz2 unterschreiten, wird der Brenner abgeschaltet, um einen unhygienischen Betrieb zu vermeiden.
  • Die Erfindung ist nicht nur auf den dargestellten Brenngas-Luft-Verbund mit Nulldruckregelung begrenzt, sondern kann auch bei jedem anderen Brenngas-Luft-Verbund angewendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • Brenner
    1
    Brenngas-Luft-Verbund
    2
    Kohlenmonoxidsensor
    3
    Gebläse
    4
    Verbrennungsluftleitung
    5
    Venturi
    6
    Brenngasleitung
    7
    erstes Gasventil
    8
    zweites Gasventil
    9
    Messleitung
    10
    Volumenstrom- oder Drucksensor
    11
    Regelung
    12
    Wärmetauscher
    13
    Abgasleitung
    14

Claims (2)

  1. Verfahren zum Betreiben eines brenngasbetriebenen Brenners (1) mit einem Brenngas-Luft-Verbund (2) und einem Kohlenmonoxidsensor (3) in der Abgasleitung des Brenners (1), wobei der Brenner in einem Bereich zwischen einer Minimallast Pmin und einer Maximallast Pmax betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners (1) mittels des Kohlenmonoxidsensors (3) gemessen werden und in dem Fall, in dem die Emissionen einen ersten bestimmten Grenzwert COGrenz1 überschreiten bei gleichzeitig geringer Belastung, vorzugsweise einer Belastung, die kleiner als die Hälfte des arithmetischen Mittels zwischen Minimallast Pmin und einer Maximallast Pmax ist, die Belastungen erhöht wird, bis die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners (1) einen zweiten bestimmten Grenzwert COGrenz2 unterschreiten oder die Maximallast Pmax erreicht wird.
  2. Verfahren zum Betreiben eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem die Maximallast Pmax erreicht wird, bevor die Kohlenmonoxidemissionen des Abgases des Brenners (1) einen zweiten bestimmten Grenzwert COGrenz2 unterschreiten, der Brenner abgeschaltet wird.
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