EP2929248B1 - Verfahren zur verbrennungsregelung bei einem gas- oder ölbrenner - Google Patents

Verfahren zur verbrennungsregelung bei einem gas- oder ölbrenner Download PDF

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EP2929248B1
EP2929248B1 EP13798999.2A EP13798999A EP2929248B1 EP 2929248 B1 EP2929248 B1 EP 2929248B1 EP 13798999 A EP13798999 A EP 13798999A EP 2929248 B1 EP2929248 B1 EP 2929248B1
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EP
European Patent Office
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ionization
value
distance
firing power
ionization value
Prior art date
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Martin Kiefer
Sungbae Park
Danny Leerkes
Xiaochuan Pian
Gordy Koellmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/12—Burner simulation or checking
    • F23N2227/16—Checking components, e.g. electronic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/20—Calibrating devices

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling combustion in a gas or oil burner according to the preamble of patent claim 1.
  • At least one flame ionization value for example, an ionization current
  • an electrical voltage is applied to the ionization electrode while the burner surface is grounded.
  • DE 44 33 425 C2 discloses an evaluation circuit known under the name SCOT (System Control Technology), wherein the ionization electrode, an ionization current is detected, which is dependent on the air ratio of the fuel-air mixture.
  • SCOT System Control Technology
  • the relationship between the ionization value and the air ratio is also dependent on the firing capacity of the gas or oil burner. Accordingly, a calibration is usually carried out at least in a medium firing range.
  • a calibration is usually carried out at least in a medium firing range.
  • a method is known, wherein the combustion control characteristics are underlaid, which are related to the firing capacity of the gas or oil burner. It is determined by means of the ionization value firing performance based on the amount of fuel-air mixture. This makes it possible Impairment of the firing capacity, for example, by wind pressure, soiling and the like in the Lucasiereteil with the help of an ionization to consider.
  • DE 100 03 819 C1 discloses a method of operating a gas burner wherein a first ionization signal at part-load operation and a second ionization signal at nominal load operation is determined with an ionization electrode and a difference is formed therefrom. At a later time, a first ionization signal at partial load operation and a second ionization signal at nominal load operation is again determined and the resulting difference compared with the previously determined difference. Depending on a deviation between these differences, the state of the gas burner is then closed.
  • the size of a gap between the burner surface and the ionization electrode must be known.
  • the distance may, for example, due to manufacturing tolerances or due to a deflection of the electrode of the calculated or planned distance, the desired distance, deviate.
  • the target distance is determined in the structural design of the burner, inter alia, under the influence of the parameters design and material of the burner surface, design and material of the ionization electrode, area-related firing capacity, modulation range of the firing capacity, combustion chamber design.
  • the ionization value depends on the size of the flame on the burner surface or on how far the flame bridges the distance between the burner surface and the electrode or even beyond the ionization electrode.
  • the flame of the ionization electrode is relatively far away. Accordingly, only a relatively small ionization value is detected by the ionization electrode.
  • the flame With a medium firing power, the flame reaches up to Ionization, zoom, so bridges the distance between the burner surface and the ionization electrode. Accordingly, a maximum ionization value can be detected.
  • the flame With an increase in the firing rate and thus greater flame formation, the flame extends beyond the ionization electrode. Parts of the flame thus have no influence on the ionization value. Also, the flames typically lift off some of the burner surface, forming a cold, poorly conductive zone. The ionization value therefore decreases again.
  • a change in position of the ionization electrode with respect to the burner surface thus leads to a deviation of the measured ionization value from the actual ionization value. For a precise regulation is not possible.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method by which a deviation of the distance of the ionization electrode to the burner surface can be detected.
  • the method is characterized in that at least one first ionization value at a first firing output and a second ionization value at a second firing output, which corresponds approximately to a mean firing output, are detected, the first ionization value and the second ionization value being compared with one another.
  • the position (the distance) of the ionization electrode is usually selected so that approximately at a mean firing capacity of the corresponding ionization value has a maximum.
  • a power between a maximum and a minimum power is designated as average power, which is relatively freely definable and does not necessarily correspond to an average power in the arithmetic sense.
  • the ionization electrode When the first ionization value is equal to or greater than the second ionization value, the ionization electrode is not in the assumed, nominal distance to the burner surface, but in a smaller or larger, so different distance to it. Accordingly, an accurate combustion control is not possible. By issuing a corresponding error message, it also being possible for the operation of the gas or oil burner to be stopped if necessary, an operator can be shown the malposition of the ionization electrode with respect to the burner surface. This can cause a correction.
  • a firing capacity is selected which corresponds to a maximum ionization value when the ionization electrode is arranged at a desired distance from the burner surface.
  • Target distance is to be understood as a distance between the burner surface and the ionization electrode, which is structurally predetermined, that is to say given proper mounting and alignment of the ionization electrode.
  • This nominal distance and the corresponding average firing rate, at which a maximum ionization value is obtained are theoretical values that are calculated in the structural design. By the method according to the invention, a deviation from these values can be detected.
  • a maximum ionization value can also be determined by, in particular, gradual change in the firing capacity, wherein the firing capacity at which a maximum for the ionization value occurs is stored as average firing output. Optionally, several maxima may be present. It is about changing the waveform.
  • the average firing capacity can be defined, for example, by a factory default setting or during a first startup, and so a later change in the distance of the ionization electrode to the burner surface can be detected.
  • At least one third ionization value is detected at a third firing capacity, where appropriate the first firing capacity is smaller and the third firing capacity is greater than the average firing capacity.
  • the distance corresponds to the nominal distance, there are the second Ionisationswert in maximum, both the first ionization value and the third ionization value is smaller than the second ionization value. If, however, the first ionization value is greater than the third ionization value, the distance is smaller. If the third ionization value is greater than the second and the first ionization value, the distance between the ionization electrode and the burner surface is too large.
  • a stoichiometric mixture is preferably set at the different power points, and the ion current, in particular the maximum ion current, is measured.
  • a method for determining the maxima is for example off DE 195 39 568 C1 known.
  • the first, second and optionally third ionization value are repeatedly detected and compared with each other, wherein the detection and comparison takes place in particular at predeterminable time intervals.
  • the detection and comparison takes place in particular at predeterminable time intervals.
  • a message occurs when the first ionization value and / or optionally the third ionization value is greater than the second Ionisationswert.
  • a message such as an error signal
  • an operator can be alerted to this error, so that a timely remedy is possible.
  • the period in which no optimal combustion control takes place is kept small.
  • an actual distance deviating from the nominal distance between the burner surface and the ionization electrode is inferred, and the combustion control is based on the characteristic curves corresponding to the actual distance, wherein in particular an automatic adaptation to the distance is undertaken.
  • an adaptation of the nominal ionization value to the actual ionization value takes place on the basis of an approximately calculated distance. Even with a change of this distance, a clean combustion control is possible. For this, ionization characteristics for different distances can be stored.
  • a gas or oil burner 1 is shown, which is operated at different firing capacities.
  • the gas or oil burner 1 is simply referred to below as a burner.
  • Fig. 1a the burner is operated with a first firing capacity A, which corresponds to a relatively low firing capacity. Flames 2 are therefore relatively close to a burner surface 3.
  • FIG. 1b shows the burner 1 in operation with a medium firing capacity.
  • the flames 2 extend as far as the ionization electrode 4, ie beyond the distance d 0 .
  • An ionization value detected by the ionization electrode 4 therefore takes a maximum. For example, a maximum ionization current flows.
  • the maximum ionization value is achieved by bringing the flame 2 very close to the ionization electrode and thus achieving maximum conductivity.
  • FIG. 1c the burner is shown in operation with maximum firing capacity.
  • the flames 2 go beyond the ionization electrode 4.
  • An ionization value that can be detected via the ionization electrode 4 increases accordingly in comparison with the average combustion output of the burner 1 FIG. 1b determined ionization value, since the tips of the flames have no effect on the achievable ionization more.
  • FIG. 2 is plotted in a diagram, the ionization value as ionization over the firing capacity of the burner 1, wherein the solid line characteristic of the ionization values for a distance between ionization and burner surface are shown, which correspond to a nominal distance do. Shown dashed is a characteristic curve for the case that the distance d is smaller than the nominal distance do, and a dash-dotted line is a characteristic curve for the case that the distance d is greater than the nominal distance do.
  • a first firing capacity is characterized, for example, corresponds to a minimum firing capacity of the burner 1, in which a secure flame is still guaranteed.
  • B a second or average firing capacity is designated, in which a maximum of the ionization value is to be expected in an arrangement of the ionization with the nominal distance to the burner surface.
  • a third firing capacity C is a maximum firing capacity of the burner 1.
  • the method according to the invention for controlling combustion comprises a checking method as to whether a distance d between the ionization electrode and the burner surface corresponds to the desired distance do selected in the structural design. For this, the burner 1 is first operated with the first firing capacity A. For this purpose, a first ionization value 5 is detected. Stroke indicates the ionization value for a reduced distance and double-dash the ionization value for an increased distance. If the distance corresponds to the nominal distance, the simple uncoated reference numeral is used.
  • a further ionization value 6 results which, at a distance equal to the nominal distance and a distance greater than the nominal distance, is greater than the first ionization value 5.
  • a distance smaller than the nominal distance results smaller second ionization value 6 'than a first ionization value 5'.
  • a third ionization value 7 is detected, wherein for a distance greater than the nominal distance, the third ionization value 7 "is greater than the second ionization value 6 and smaller for other conditions 5, 6, 7 it can thus be determined whether the distance between the burner surface and the ionization electrode corresponds to the nominal distance, is greater or smaller, and it is also possible to estimate the distance at which the ionization electrode is arranged with respect to the burner surface is. This approximate calculated distance can then be used as the basis for the combustion control.
  • a maximum ionization value 6 is detected at the mean, second firing rate B. Due to the change in the flame length with a changed firing capacity, the ionization value drops both with an increase in the firing output (C) and with a decrease in the output line (A), so that the first ionization value 5 and the third ionization value 7 are smaller than the second ionization value 6th
  • the characteristic changes. If the distance from the nominal distance deviates, the characteristic changes. If the distance is reduced, the maximum ionization value shifts to a lower firing rate. This causes in particular that the ionization value 5 'at the first, small firing rate A is higher than the ionization value 7' at the third, high firing rate.
  • the maximum ionization value is reached only at a higher firing capacity.
  • the first ionization value 5 " is smaller than the second ionization value 6", which in turn is smaller than the third ionization value 7 ".
  • this method it is thus possible to determine relatively accurately whether the ionization electrode is arranged at a nominal distance from the burner surface, at a greater or smaller distance.
  • this method can be used to estimate the distance between the burner surface and the ionization and adjust the Solllonisationswert accordingly. For this purpose, corresponding characteristic curves can be stored.
  • the inventive method can also be used to detect, for example, a deformation of the ionization electrode.
  • the inventive method results in a combustion control that takes into account the distance between the burner surface and the ionization in the determination of the air ratio and accordingly has a high reliability.
  • manufacturing tolerances and / or mechanical influences that lead to a change in the distance can be detected and taken into account. It can also an automatic adjustment done, for example, is done periodically. Thus, for example, subsequent changes in the distance can be detected, these changes do not lead to a deterioration of the combustion values.
  • the combustion control is automatically adapted to the distance and the ionization values dependent thereon, in which an adaptation of the desired ionization values takes place.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennungsregelung bei einem Gas- oder Ölbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei diesem Verfahren wird mindestens ein Flammenionisationswert (Flammenionisationssignal), beispielsweise ein Ionisationsstrom, mit einer Ionisationselektrode erfasst, die in einem Abstand zu einer Brenneroberfläche angeordnet ist. Dafür wird eine elektrische Spannung, in der Regel eine Wechselspannung, an die Ionisationselektrode angelegt, während die Brenneroberfläche geerdet ist.
  • Aus DE 39 37 290 A1 ist z.B. bekannt, das Verhältnis von tatsächlich in einem Brennstoff-Luft-Gemisch vorhandener Verbrennungsluftmenge zur für eine stöchiometrische Verbrennung benötigter Verbrennungsluftmenge, die so genannte Luftzahl, zu erfassen und bei der Verbrennungsregelung zu berücksichtigen. Dabei wird ein Ionisationswert mit einer Ionisationselektrode ermittelt, der von der Luftzahl abhängig ist. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die Verbrennungsreaktionen Ionen und Elektronen gebildet werden, die eine elektrische Leitfähigkeit bewirken. Im einfachsten Fall werden die Ionisationselektroden als einfache Flammenwächter oder Flammenfühler verwendet.
  • In DE 44 33 425 C2 ist eine unter dem Namen SCOT (System Control Technology) bekannte Auswerteschaltung offenbart, wobei über die Ionisationselektrode ein Ionisationsstrom erfasst wird, der von der Luftzahl des Brennstoff-Luft-Gemischs abhängig ist. Durch die Messung des Ionisationswerts ist also eine Verbrennungsregelung möglich, wobei auf Grundlage des Ionisationswerts die Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemischs angepasst wird.
  • Die Beziehung zwischen dem Ionisationswert und der Luftzahl ist dabei auch von der Feuerungsleistung des Gas- oder Ölbrenners abhängig. Dementsprechend erfolgt in der Regel eine Kalibrierung zumindest in einem mittleren Feuerungsleistungsbereich. Aus DE 10 2010 026 389 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei der Verbrennungsregelung Kennlinien unterlegt sind, die in Zusammenhang mit der Feuerungsleistung des Gas- oder Ölbrenners stehen. Dabei wird mit Hilfe des Ionisationswerts eine Feuerungsleistung auf Grundlage der Menge an Brennstoff-Luft-Gemisch bestimmt. Dadurch ist es möglich, Beeinträchtigungen der Feuerungsleistung beispielsweise durch Winddruck, Verschmutzungen und ähnliches bei der Luftzahlmessung mit Hilfe einer Ionisationselektrode zu berücksichtigen.
  • DE 100 03 819 C1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners, wobei mit einer Ionisationselektrode ein erstes Ionisationssignal bei Teillastbetrieb und ein zweites Ionisationssignal bei Nennlastbetrieb ermittelt und daraus eine Differenz gebildet wird. Zu einem späteren Zeitpunkt wird erneut ein erstes Ionisationssignal bei Teilastbetrieb und ein zweites Ionisationssignal bei Nennlastbetrieb ermittelt und die sich daraus ergebende Differenz mit der zuvor ermittelten Differenz verglichen. Abhängig von einer Abweichung zwischen diesen Differenzen wird dann auf den Zustand des Gasbrenners geschlossen.
  • Aus DE 10 2010 055 567 A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Betriebsverhaltens eines Gasgebläsebrenners bekannt, wobei in Abweichung von einem normalen Regelbetrieb ein Brenngas-Luft-Gemisch kurzzeitig mit Brenngas angereichert wird. Der dabei ermittelte Flammenionisationswert wird dann mit einem im Regelbetrieb ermittelten Flammenionisationswert verglichen und abhängig von einer auftretenden Differenz auf eine mögliche Störung aufgrund eines geänderten Strömungswiderstandes geschlossen.
  • Für die genaue Bestimmung der Luftzahl auf Grundlage des Ionisationswerts muss allerdings die Größe eines Abstands zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode bekannt sein. Der Abstand kann beispielsweise auf Grund von Fertigungstoleranzen oder auf Grund einer Verbiegung der Elektrode von dem berechneten bzw. geplanten Abstand, dem Soll-Abstand, abweichen. Dabei wird der Soll-Abstand bei der konstruktiven Auslegung des Brenners festgelegt, unter anderem unter Einfluss der Parameter Gestaltung und Material der Brenneroberfläche, Gestaltung und Material der Ionisationselektrode, flächenbezogene Feuerungsleistung, Modulationsbereich der Feuerungsleistung, Brennkammergestaltung.
  • Grund für die Bedeutung des Abstands ist, dass der Ionisationswert von der Größe der Flamme auf der Brenneroberfläche bzw. davon abhängig ist, wie weit die Flamme den Abstand zwischen Brenneroberfläche und Elektrode überbrückt oder sogar über die Ionisationselektrode hinausgeht. Bei einer geringen Feuerungsleistung und dementsprechend kleiner Flamme ist die Flamme von der Ionisationselektrode relativ weit entfernt. Dementsprechend wird von der Ionisationselektrode nur ein relativ kleiner Ionisationswert erfasst. Bei einer mittleren Feuerungsleistung reicht die Flamme bis zur Ionisationselektrode heran, überbrückt also den Abstand zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode. Dementsprechend kann ein maximaler Ionisationswert erfasst werden. Bei einer Erhöhung der Feuerungsleistung und damit einer größeren Flammenbildung erstreckt sich die Flamme über die Ionisationselektrode hinaus. Teile der Flamme haben dadurch keinen Einfluss mehr auf den Ionisationswert. Auch heben die Flammen in der Regel etwas von der Brenneroberfläche ab, wodurch sich eine kalte, schlecht Strom leitende Zone ausbildet. Der Ionisationswert nimmt daher wieder ab.
  • Eine Positionsveränderung der Ionisationselektrode bezüglich der Brenneroberfläche führt also zu einer Abweichung des gemessenen Ionisationswerts zum tatsächlichen Ionisationswert. Damit ist eine genaue Regelung nicht möglich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Abweichung des Abstands der Ionisationselektrode zur Brenneroberfläche erfasst werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Ionisationswert bei einer ersten Feuerungsleistung und ein zweiter Ionisationswert bei einer zweiten Feuerungsleistung, die in etwa einer mittleren Feuerungsleistung entspricht, erfasst werden, wobei der erste Ionisationswert und der zweiten Ionisationswert miteinander verglichen werden.
  • Bei diesem Verfahren wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Position (der Abstand) der Ionisationselektrode in der Regel so gewählt wird, dass in etwa bei einer mittleren Feuerungsleistung der entsprechende Ionisationswert ein Maximum aufweist. Als mittlere Leistung wird dabei eine Leistung zwischen einer maximalen und einer minimalen Leistung bezeichnet, die relativ frei vorgebbar ist und nicht unbedingt einer mittleren Leistung im arithmetischen Sinne entspricht. Durch die Messung zweier Ionisationswerte, wobei der erste Ionisationswert bei einer ersten Feuerungsleistung und der zweite Ionisationswert bei einer zweiten, der mittleren Feuerungsleistung entsprechenden Feuerungsleistung ermittelt wird, kann also festgestellt werden, ob der erste Ionisationswert kleiner, gleich oder größer als der zweite Ionisationswert ist. Wenn der erste Ionisationswert gleich oder größer ist als der zweite Ionisationswert befindet sich die Ionisationselektrode nicht in dem angenommenen, nominalen Abstand zur Brenneroberfläche, sondern in einem kleineren oder größeren, also abweichenden Abstand dazu. Dementsprechend ist eine genaue Verbrennungsregelung nicht möglich. Durch die Ausgabe einer entsprechenden Fehlermeldung, wobei gegebenenfalls auch der Betrieb des Gas- oder Ölbrenners gestoppt werden kann, kann einem Bediener die Fehlstellung der Ionisationselektrode bezüglich der Brenneroberfläche angezeigt werden. Dadurch kann eine Korrektur veranlasst werden.
  • Als mittlere Feuerungsleistung wird eine Feuerungsleistung gewählt, die einem maximalen Ionisationswert entspricht, wenn die Ionisationselektrode in einem Soll-Abstand zur Brenneroberfläche angeordnet ist. Unter Soll-Abstand ist dabei ein Abstand zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode zu verstehen, der konstruktiv vorgegeben ist, also bei ordnungsgemäßer Montage und Ausrichtung der Ionisationselektrode gegeben sein sollte. Dieser Soll-Abstand und die entsprechende mittlere Feuerungsleistung, bei der ein maximaler Ionisationswert erhalten wird, sind theoretische Werte, die bei der konstruktiven Auslegung berechnet werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Abweichung von diesen Werten erfasst werden.
  • Ein maximaler Ionisationswert kann auch durch insbesondere schrittweise Änderung der Feuerungsleistung ermittelt werden, wobei die Feuerungsleistung, bei der ein Maximum für den Ionisationswert auftritt, als mittlere Feuerungsleistung hinterlegt wird. Gegebenenfalls können auch mehrere Maxima vorliegen. Es geht dabei um die Änderung der Kurvenform. Dadurch kann beispielsweise durch eine Werksvoreinstellung oder bei einer ersten Inbetriebnahme die mittlere Feuerungsleistung definiert werden und so eine spätere Veränderung des Abstands der Ionisationselektrode zur Brenneroberfläche erkannt werden. Dabei braucht man nicht unbedingt den genauen Maximalwert bzw. die entsprechende Feuerungsleistung, bei der dieser auftritt, um durch einen Vergleich des Ionisationswerts eine Abweichung des Abstandes zum nominalen Abstand erkennen zu können.
  • Vorzugsweise wird mindestens ein dritter Ionisationswert bei einer dritten Feuerungsleistung erfasst, wobei gegebenenfalls die erste Feuerungsleistung kleiner und die dritte Feuerungsleistung größer als die mittlere Feuerungsleistung ist. Dadurch ist eine genauere Bestimmung des Abstands der Ionisationselektrode zur Brenneroberfläche möglich. Wenn der Abstand dem Soll-Abstand entspricht, sind, da der zweite Ionisationswert im Maximum liegt, sowohl der erste Ionisationswert als auch der dritte Ionisationswert kleiner als der zweite Ionisationswert. Ist hingegen der erste Ionisationswert größer als der dritte Ionisationswert, ist der Abstand geringer. Wenn der dritte Ionisationswert größer als der zweite und der erste Ionisationswert ist, ist der Abstand zwischen der Ionisationselektrode und der Brenneroberfläche zu groß.
  • Zum Zuordnen der jeweiligen Ionisationswerte zu den entsprechenden Leistungen wird vorzugsweise eine stöchiometrische Mischung bei den verschiedenen Leistungspunkten eingestellt und der Ionenstrom, insbesondere der maximale Ionenstrom, gemessen. Ein Verfahren zur Bestimmung der Maxima ist beispielsweise aus DE 195 39 568 C1 bekannt.
  • Bevorzugterweise werden der erste, zweite und gegebenenfalls dritte Ionisationswert wiederholt erfasst und miteinander verglichen, wobei das Erfassen und Vergleichen insbesondere in vorgebbaren Zeitabständen erfolgt. Dadurch wird eine dauerhafte Überwachung des Abstands zwischen Ionisationselektrode und Brenneroberfläche und damit eine hohe Zuverlässigkeit der Verbrennungsregelung erreicht. Eine Änderung des Abstands beispielsweise durch eine mechanische Krafteinwirkung oder Materialermüdung wird damit sicher erkannt.
  • Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann vorgesehen sein, dass eine Meldung erfolgt, wenn der erste Ionisationswert und/oder gegebenenfalls der dritte Ionisationswert größer ist als der zweite Ionisationswert. In diesem Fall liegt eine Fehlausrichtung bzw. eine Veränderung des Abstands vor, so dass eine genaue Verbrennungsregelung nicht mehr gewährleistet ist. Durch das Ausgeben einer Meldung, beispielsweise eines Fehlersignals, kann ein Bediener auf diesen Fehler hingewiesen werden, so dass eine zeitnahe Behebung möglich ist. Die Zeitdauer, in der keine optimale Verbrennungsregelung erfolgt, wird dadurch klein gehalten.
  • Auf Grundlage der gemessenen Ionisationswerte wird auf einen tatsächlichen, vom Soll-Abstand abweichenden Ist-Abstand zwischen Brenneroberfläche und Ionisationselektrode geschlussfolgert und der Verbrennungsregelung dem Ist-Abstand entsprechende Kennlinien zu Grunde gelegt, wobei insbesondere eine automatische Anpassung an den Abstand vorgenommen wird. Es erfolgt also eine Anpassung des Soll-Ionisationswerts an den Ist- lonisationswert auf Grundlage eines näherungsweise berechneten Abstands. Auch bei einer Änderung dieses Abstands ist damit eine saubere Verbrennungsregelung möglich. Dafür können Ionisationskennlinien für unterschiedliche Abstände hinterlegt sein.
  • Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigen in den
  • Figuren:
    • Fig. 1a - 1c:
    einen Gas- oder Ölbrenner bei niedriger, mittlerer und hoher Feuerungsleistung und
    Fig. 2:
    ein Diagramm mit Ionisationskennlinien in Abhängigkeit vom Abstand.
  • In Fig. 1a bis 1c ist ein Gas- oder Ölbrenner 1 gezeigt, der bei verschiedenen Feuerungsleistungen betrieben wird. Der Einfachheit halber wird der Gas- oder Ölbrenner 1 im Folgenden einfach als Brenner bezeichnet.
  • In Fig. 1a wird der Brenner mit einer ersten Feuerungsleistung A, die einer relativ geringen Feuerungsleistung entspricht, betrieben. Flammen 2 befinden sich daher relativ nah an einer Brenneroberfläche 3. Eine Ionisationselektrode 4, die in einem Abstand d0 zur Brenneroberfläche 3 angeordnet ist, wird von den Flammen 2 nicht erreicht. Dadurch ermittelt die Ionisationselektrode 4 nur einen geringen Ionisationswert, beispielsweise einen geringen Ionisationsstrom.
  • Figur 1b zeigt den Brenner 1 im Betrieb mit einer mittleren Feuerungsleistung. Die Flammen 2 reichen dabei bis zur Ionisationselektrode 4, also über den Abstand d0 hinweg. Ein Ionisationswert, der von der Ionisationselektrode 4 erfasst wird, nimmt daher ein Maximum ein. Beispielsweise fließt ein maximaler Ionisationsstrom.
  • Der maximale Ionisationswert wird dadurch erreicht, dass die Flamme 2 sehr nah an die Ionisationselektrode heranreicht und damit eine maximale Leitfähigkeit erreicht wird.
  • In Figur 1c ist der Brenner in Betrieb mit maximaler Feuerungsleistung gezeigt. Die Flammen 2 gehen über die Ionisationselektrode 4 hinaus. Ein über die Ionisationselektrode 4 erfassbarer Ionisationswert nimmt dabei gegenüber dem bei einer mittleren Feuerungsleistung des Brenners 1 entsprechend Figur 1b ermittelten Ionisationswert ab, da die Spitzen der Flammen keinen Einfluss auf den erreichbaren Ionisationsstrom mehr haben.
  • In Figur 2 ist in einem Diagramm der Ionisationswert als Ionisationsstrom über der Feuerungsleistung des Brenners 1 aufgetragen, wobei als durchgezogene Kennlinie die Ionisationswerte für einen Abstand zwischen Ionisationselektrode und Brenneroberfläche dargestellt sind, die einem Nenn-Abstand do entsprechen. Gestrichelt dargestellt ist eine Kennlinie für den Fall, dass der Abstand d kleiner ist als der Nenn-Abstand do, und strichpunktiert gezeichnet ist eine Kennlinie für den Fall, dass der Abstand d größer ist als der Nenn-Abstand do.
  • Mit A ist eine erste Feuerungsleistung gekennzeichnet, die beispielsweise einer minimalen Feuerungsleistung des Brenners 1 entspricht, bei der noch eine sichere Flammenbildung gewährleistet ist. Mit B ist eine zweite bzw. mittlere Feuerungsleistung bezeichnet, bei der bei einer Anordnung der Ionisationselektrode mit dem Nenn-Abstand zur Brenneroberfläche ein Maximum des Ionisationswertes zur erwarten ist. Eine dritte Feuerungsleistung C ist eine maximale Feuerungsleistung des Brenners 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbrennungsregelung umfasst ein Überprüfungsverfahren, ob ein Abstand d zwischen der Ionisationselektrode und der Brenneroberfläche dem bei der konstruktiven Auslegung gewählten Soll-Abstand do entspricht. Dafür wird der Brenner 1 zunächst mit der ersten Feuerungsleistung A betrieben. Dazu wird ein erster Ionisationswert 5 erfasst. Mit Strich ist dabei der Ionisationswert für einen verringerten Abstand und mit Doppelstrich der Ionisationswert für einen vergrößerten Abstand gekennzeichnet. Wenn der Abstand dem Nenn-Abstand entspricht, ist das einfache ungestrichene Bezugszeichen verwendet.
  • Bei einer mittleren Feuerungsleistung B ergibt sich ein weiterer Ionisationswert 6, der bei einem Abstand gleich dem Soll-Abstand und einem Abstand größer als der Soll-Abstand größer ist als der erste Ionisationswert 5. Für einen Abstand kleiner als den Soll-Abstand ergibt sich ein kleinerer zweiter Ionisationswert 6' als ein erster Ionisationswert 5'.
  • Mit einer dritten Messung bei der dritten Feuerungsleistung C wird ein dritter Ionisationswert 7 erfasst, wobei für einen Abstand größer als der Soll-Abstand der dritte Ionisationswert 7" größer ist als der zweite Ionisationswert 6 und für andere Bedingungen kleiner ist. Durch einen Vergleich der Ionisationswerte 5, 6, 7 lässt sich also feststellen, ob der Abstand zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode dem Nenn-Abstand entspricht, größer ist oder kleiner ist. Auch lässt sich gegebenenfalls abschätzen, in welchem Abstand die Ionisationselektrode gegenüber der Brenneroberfläche angeordnet ist. Dieser nährungsweise berechnete Abstand kann dann der Verbrennungsregelung zu Grunde gelegt werden.
  • Wenn die Ionisationselektrode 4 im Nenn-Abstand zur Brenneroberfläche 3 angeordnet ist, wird ein maximaler Ionisationswert 6 bei der mittleren, zweiten Feuerungsleistung B erfasst. Auf Grund der Änderung der Flammenlänge bei geänderter Feuerungsleistung fällt der Ionisationswert sowohl bei einer Steigerung der Feuerungsleistung (C) als auch bei einer Verringerung der Ausgangsleitung (A) ab, so dass der erste Ionisationswert 5 und der dritte Ionisationswert 7 kleiner sind als der zweite Ionisationswert 6.
  • Bei einer Abweichung des Abstands vom Soll-Abstand ändert sich die Kennlinie. Bei einer Verkleinerung des Abstands verschiebt sich der maximale Ionisationswert zu einer geringeren Feuerungsleistung. Dies bewirkt insbesondere, dass der Ionisationswert 5' bei der ersten, kleinen Feuerungsleistung A höher ist als der Ionisationswert 7' bei der dritten, hohen Feuerungsleistung.
  • Bei einer Vergrößerung des Abstands wird der maximale Ionisationswert erst bei einer höheren Feuerungsleistung erreicht. Mit anderen Worten ist der erste Ionisationswert 5" kleiner ist als der zweite Ionisationswert 6", der wiederum kleiner ist als der dritte Ionisationswert 7".
  • Durch dieses Verfahren lässt sich also relativ genau ermitteln, ob die Ionisationselektrode in Nenn-Abstand zur Brenneroberfläche, in einem größeren oder einem kleineren Abstand angeordnet ist. Dabei kann dieses Verfahren dazu genutzt werden, den Abstand zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode abzuschätzen und den Solllonisationswert entsprechend anzupassen. Dafür können entsprechende Kennlinien hinterlegt sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden, beispielsweise eine Verformung der Ionisationselektrode zu detektieren.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich eine Verbrennungsregelung, die den Abstand zwischen der Brenneroberfläche und der Ionisationselektrode bei der Bestimmung der Luftzahl berücksichtigt und dementsprechend eine hohe Betriebssicherheit aufweist. Insbesondere können Fertigungstoleranzen und/oder mechanische Einflüsse, die zu einer Veränderung des Abstands führen, erkannt und berücksichtigt werden. Dabei kann auch eine automatische Anpassung erfolgen, die beispielsweise periodisch erfolgt. So können z.B. nachträgliche Veränderungen des Abstands erfasst werden, wobei diese Änderungen nicht zu einer Verschlechterung der Verbrennungswerte führen. Vielmehr wird die Verbrennungsregelung automatisch an den Abstand und die davon abhängigen Ionisationswerte angepasst, in dem eine Anpassung der Soll-Ionisationswerte erfolgt.
  • Insgesamt ergibt sich damit ein sehr sicheres, störunanfälliges Verfahren zur Verbrennungsregelung eines Gas- oder Ölbrenners, der mit unterschiedlichen Feuerungsleistungen betrieben werden kann.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Verbrennungsregelung bei einem Gas- oder Ölbrenner (1) mit einer variablen Feuerungsleistung (A, B, C), wobei mindestens ein Flammenionisationswert (5, 6, 7) in einem Abstand d zu einer Brenneroberfläche (3) des Gas- oder Ölbrenners (1) mit einer Ionisationselektrode (4) erfasst wird, wobei zumindest ein erster Ionisationswert (5) bei einer ersten Feuerungsleistung (A) und ein zweiter Ionisationswert (6) bei einer zweiten Feuerungsleistung (B), die in etwa einer mittleren Feuerungsleistung entspricht, erfasst werden, wobei der erste Ionisationswert (5) und der zweite Ionisationswert (6) miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass als mittlere Feuerungsleistung (B) eine Feuerungsleistung gewählt wird, die einem maximalen Ionisationswert (6) entspricht, wenn die Ionisationselektrode (4) in einem Soll-Abstand do zur Brenneroberfläche (3) angeordnet ist, wobei auf Grundlage der Ionisationswerte (5, 6) ein Ist-Abstand d zwischen Brenneroberfläche (3) und Ionisationselektrode (4) bestimmt wird und der Verbrennungsregelung dem Ist-Abstand d entsprechende Kennlinien zugrunde gelegt werden.
  2. Verfahren zur Verbrennungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Ionisationswert (6) durch insbesondere schrittweise Änderung der Feuerungsleistung ermittelt wird, wobei die Feuerungsleistung, bei der der maximale Ionisationswert ermittelt wird, als mittlere Feuerungsleistung (B) hinterlegt wird.
  3. Verfahren zur Verbrennungsregelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Ionisationswert (7) bei einer dritten Feuerungsleistung (C) erfasst wird, wobei die erste Feuerungsleistung (A) kleiner und die dritte Feuerungsleistung (C) größer als die mittlere Feuerungsleistung (B) ist.
  4. Verfahren zur Verbrennungsregelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und gegebenenfalls dritte Ionisationswert (5, 6, 7) in insbesondere vorggebbaren Zeitabständen wiederholt erfasst und miteinander verglichen wird.
  5. Verfahren zur Verbrennungsregelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Meldung erfolgt, wenn der erste Ionisationswert (5) und/oder gegebenenfalls der dritte Ionisationswert (7) größer ist als der zweite Ionisationswert (6).
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