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(11) | EP 0 223 193 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung Control method for a burner arrangement Méthode de régulation pour un dispositif à brûleur |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für eine Brenneranordnung mit parallel geschalteten Einzelbrennern zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit Luft und einem Brennstoffrücklauf.
[0002] Ein Verfahren, bei dem bei einer Brenneranordnung eine bestimmte Verbrennungstemperatur regelbar eingehalten werden kann und bei welchem das Verhältnis von Luft zu flüssigem Brennstoff geregelt werden kann, ist beispielsweise in WO 84/02402 beschrieben. Bei diesem in WO 84/02402 beschriebenen System wird die Verbrennung in einem Prozeßofen dadurch geregelt, daß die Zufuhr von flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft mittels pneumatischer Steuerelemente, die ein Signal sowohl für eine Luftklappe als auch für ein Regelventil für den flüssigen Brennstoff modifizieren, beaufschlagt werden.
[0003] Bei Brennersystemen mit Vorlaufdüsen erfolgt die Regelung der zugeführten Menge des flüssigen Brennstoffes durch Anderung des Vordruckes des flüssigen Brennstoffes. Sie haben den Nachteil, daß sich mit der Änderung des Vordruckes auch das Tropfenspektrum bei der Verdüsung des flüssigen Brennstoffes ändert. Als Regelungsverhältnis in der Menge des zugeführten flüssigen Brennstoffes ist ein Bereich von etwa I : bis 3 : I, d. h. z. B. minimaler Öldurchsatz pro Brenner 5 kg/h und maximaler Öldurchsatz pro Brenner 15 kg/h, möglich. Diese Systeme werden auch als Mehrstufenbrenner mit verschiedenen Lastbereichen betrieben.
[0004] Bei Brennersystemen mit Rücklaufdüsen bleibt der Vordruck in der Düse nahezu konstant. Das Tropfenspektrum bei der Verdüsung des flüssigen Brennstoffes bleibt unverändert. Die Erhöhung des Durchsatzes an flüssigem Brennstoff erfolgt durch die Drosselung des Rücklaufstromes. Hier ist ein größerer Bereich des Regelungsverhältnisses nämlich von etwa I : I bis 5 : I möglich.
[0005] Bei geeigneter Wahl des Vordruckes und der Drallströmung in der Düse erfolgt die Verdüsung des flüssigen Brennstoffes ohne Zuhilfenahme gasförmiger Verdüsungshilfen.
[0006] Durch Parallelschaltung mehrerer Einzelbrenner kann zwar der Brennstoffdurchsatz in weiten Grenzen erhöht werden, jedoch liegt in der gleichzeitigen Bereitstellung der zur Vermeidung von Brennstoff- überschuß erforderlichen Verbrennungsluft in dem geforderten Verhältnis von Brennstoff zu Verbrennungsluft ein insbesondere regelungstechnisches Problem.
[0007] Hier setzt die Erfindung ein, mit der die Aufgabe gelöst wird, ein Brennerregelungsverfahren mit einem in weiten Grenzen variierbaren Regelungsverhältnis in der Brennstoffmenge bei einem konstanten vorwählbaren Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis zur Verfügung zu stellen.
[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Brennerregelungsverfahren der eingangs angegebenen Art die in weiteren Merkmale im Patentanspruch verwirklicht sind.
[0009] Ein R- und I-Schema einer Regelungseinrichtung zur Durchführung der vorgeschlagenen Regelungsverfahren der eingangs angegebenen Art ist in Figur I der Zeichnung dargestellt. Die Bezugszeichen haben die in der Beschreibung angegebene Bedeutung.
[0010] Eine Anwendung des angegebenen Regelungsverfahren beispielsweise als thermische Nachverbrennungsanlage für verbrennbare Abgasgemische ist in Figur 2 illustriert, wobei die Bedeutung der Bezugszeichen ebenfalls der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist. Die noch mit Kennbuchstaben versehenen Bildzeichen entsprechen der DIN-Norm 19 227.
[0011] Führungsgröße bei der vorliegenden Brennerregelungsverfahren ist die Brennkammertemperatur. Sie kann durch eine oder mehrere in dem Brennraum angeordnete Temperaturmeßstellen erfaßt werden und sie ist über eine Soll-Wert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbar.
[0012] Die Temperaturmessung, z. B. mittels Temperaturmeßstelle in der Brennerkammer 10 wirkt mittels eines Temperaturreglers 2 auf eine Regelarmatur 3 im Rücklauf II für den flüssigen Brennstoff, wobei durch die Regelarmatur bei Zu-Stellung mehr bzw. bei Auf-Stellung weniger Brennstoff der Brennkammer 10 zugeführt wird. Hierbei bedeutet z. B. die Auf-Stellung der Regelarmatur 3 80 % geöffnet und die Zu-Stellung der Regelarmatur 3 20 % geöffnet.
[0013] Die Regelung ist so konzipiert, daß bei Auf-Stellung von Regelarmatur 3 die maximale Brennstoffmenge über den Brennstoffrücklauf 11 zurückgeführt wird und ein Brenner abgeschaltet wird. Bei Zu-Stellung von Regelarmatur 3 wird ein Brenner hinzugeschaltet. Das Ab- bzw. Hinzuschalten von Brennern erfolgt über eine Steuerung 8 und kann in bekannter Weise z. B. mittels Magnetventilen und pneumatischer Hilfsenergie bewirkt werden. Proportional zur Stellung von Regelarmatur 3 ändert sich auch der Druck in der Rücklaufleitung II für den flüssigen Brennstoff. Diese Druckänderung wird durch eine Druckmessung mittels Druckmeßstelle 4 erfaßt und dient als Führungsgröße für die Regelung der zugeführten Menge Verbrennungsluft über einen als Verhältnisregelung wirkenden Regler 6 für die Zudosierung von Verbrennungsluft mittels Regelarmatur 7.
[0014] Die Verbrennungsluftmenge ist proportional dem Druck im Luftkasten 15. Durch die proportionalen Zusammenhänge von Druck in der Brennstoffrücklaufleitung II und Druck im Luftkasten kann durch die Verhältnisregelung mittels Regler 6 die Luftversorgung für eine optimale Verbrennung des Brennstoffes sichergestellt werden. Der Luftdruck im Luftkasten wird durch die Verstellung der Reglerklappe 7 auf den Sollwert, der durch den Verhältnisregler 6 vorgegeben wird, geregelt.
[0015] Durch die Regelung der Rücklaufmenge des flüssigen Brennstoffes kann ein Regelungsverhältnis für den Brennstoff von I : I bis 5 : I pro Brenner gefahren werden, z. B. minimaler Oldurchsatz pro Brenner 5 kg/h und maximaler Öldurchsatz 25 kg/h. Die minimale und maximale Menge Öldurchsatz kann durch die Auswahl der Durchmesser der Brennerdüsen festgelegt werden.
[0016] Diese Verhältnisse können an sich auf mehrere parallel geschaltete Brenner übertragen werden, wenn sichergestellt ist, daß die Verbrennungsluftmenge entsprechend für jeden Brenner in dem geforderten Verhältnis zur Verfügung gestellt werden kann und wenn durch entsprechende Armaturen und Installationen zusätzliche Brenner an- oder auch abgeschaltet werden können.
[0017] Die vorgeschlagene Regelung für eine Brenneranordnung der eingangs angegebenen Art gestattet es, das Regelungsverhältnis für den Brennstoff von I : bis 5 : I erheblich zu erweitern, z. B. bei Installation von 10 Brennern auf I : I bis 50 : I.
[0018] Hierbei wird in an sich bekannter Weise jeder Brenner 12, 12' usw. mit der Steuerung 8 einzeln angesteuert und über Brennerventil 13, 13' usw. und Brennerluftklappe 14, 14' usw. mit der festgelegten Menge Brennstoff bzw. Verbrennungsluft versorgt.
[0019] Als Führungsgröße für das Hinzu- oder Abschalten der Einzelbrenner über Steuerung 8 dient die Ventilstellung der Regelarmatur 3 in der gemeinsamen Rücklaufleitung II für den flüssigen Brennstoff. So kann beispielsweise vorgesehen werden, daß bei 80 %-Zu-Stellung des Regelventils 3 im Rücklauf des flüssigen Brennstoffes ein Brenner hinzugeschaltet wird.
[0021] Sind drei Brenner mit dem Höchstdurchsatz von je 25 kg flüssigem Brennstoff, z. B. Heizöl, pro Stunde in Betrieb so werden stündlich 75 kg/h Brennstoff durchgesetzt. Bei einem Abfall der in der Verbrennungskammer gemessenen Temperatur als Führungsgröße sei die Regelungsanordnung so eingestellt, da das Regelventil 3 im Rücklauf II des flüssigen Brennstoffes in die Stellung 80 % geschlossen geht. Durch ein entsprechendes Signal wird über Steuerung 8 ein weiterer vierter Brenner in Betrieb genommen, wobei die notwendigen Schritte in der folgenden Reihenfolge ablaufen:
- Luftklappe 14" öffnet
- Zündung setzt ein
- Olventill3"' öffnet
- Brenner i2* zündet.
[0022] Der Durchsatz an flüssigem Brennstoff erhöht sich damit auf 4 x 25 kg/h = 100 kg/h, was einen Anstieg der Brennkammertemperatur zur Folge hat und den Regler 2 veranlaßt, die Regelarmatur 3 in die für die Einhaltung des Temperatur-Sollwertes erforderliche Stellung zu fahren. Es sei angenommen, daß dieser Stellung ein Brennstoffbedarf von 85 kg/h entspricht. Über die Verhältnisregelung 6 zwischen der Druckmessung 4 im Brennstoffrücklauf II und der Druckmessung 5 im Luftkasten 15 wird der Luftdruck im Luftkasten 15 auf den im Verhältnisregler 6 vorgegebenen Sollwert nachgeregelt. Dazu wird entsprechend die Regelarmatur bzw. Klappe 7 verstellt.
a) Führungsgröße für die Brennerregelung ist die über eine Sollwert-Verstellung innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbare und durch eine Temperaturmeßstelle (I) erfaßte Brennkammertemperatur,
b) die Brennkammertemperatur wirkt mittels eines Temperaturreglers (2) auf eine Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf,
c) die durch Änderung der Stellung der Regelarmatur (3) bewirkte Druckänderung im Brennstoffrücklauf wird mittels einer Druckmeßstelle (4) erfaßt und als Führungsgröße über einen als Verhältnisregelung wirkenden Regler (6) für die Zudosierung von Verbrennungsluft mittels Regelarmatur (7) benutzt,
d) mittels einer Druckmeßstelle (5) wird der Druck der Verbrennungsluft in einem zur Versorgung sämtlicher Einzelbrenner dienenden Luftkasten o. dgl. erfaßt und als Folgegröße in Regler (6) für die Zudosierung der Verbrennungsluft benutzt und
e) die Stellung der Regelarmatur (3) im Brennstoffrücklauf bewirkt über eine Steuerung (8) bei Zu-Stellung das Hinzuschalten eines Brenners bzw. bei Auf-Stellung das Abschalten eines Brenners, indem die dem jeweiligen Brenner zugeordneten Armaturen für die Versorgung mit Brennstoff und Verbrennungsluft entsprechend geschaltet werden.
a) reference variable for the burner control is the combustion chamber temperature, which can be freely selected within certain limits by means of a set value adjustment and is sensed by a temperature measurement point (1),
b) the combustion chamber temperature acts by means of a temperature controller (2) on a control fitting (3) in the fuel return,
c) the pressure change in the fuel return effected by changing the position of the control fitting (3) is sensed by means of a pressure measuring point (4) and used as reference variable via a controller (6), acting as ratio control, for the metering of combustion air by means of control fitting (7),
d) by means of a pressure measuring point (5), the pressure of the combustion air in an air box or the like, serving to supply all of the individual burners, is sensed and used as follow-up variable in controller (6) for the metering of the combustion air and
e) the position of the control fitting (3) in the fuel return effects via a control (8) in closed position the cutting-in of a burner and in open position the cutting-out of a burner, by the fittings assigned to the respective burner being switched accordingly for the supply with fuel and combustion air.
a) La grandeur de référence pour la régulation des brûleurs est la température de la chambre de combustion mesurée par une sonde de température (1) déterminée librement à l'intérieur des limites déterminées d'une plage d'affichage,
b) La température de la chambre de combustion agit, au moyen d'un régulateur de température (2) sur une vanne de réglage (3) dans le circuit en retour du combustible,
c) La variation de pression provoquée par modification de la position de la vanne de réglage (3) dans le circuit de retour de combustible est détectée au moyen d'une sonde de pression (4) et est utilisée comme valeur de référence par un régulateur (6) agissant sur le réglage des proportions pour de dosage de l'air comburant au moyen du volet de réglage (7).
d) Au moyen d'une sonde de pression (5), la pression de l'air comburant est saisie dans une boîte à air ou analogue servant à l'alimentation de tous les brûleurs et elle est utilisée comme grandeur de consigne dans le régulateur (6) pour le dosage de l'air comburant.
e) La position de la vanne de réglage (3) dans le circuit de retour du combustible provoque par une commande (8), lors d'une fermeture, la mise en route d'un brûleur ou bien par ouverture, l'arrêt d'un brûleur, les vannes et volets correspondants à chaque brûleur étant manoeuvrés de manière appropriée pour l'alimentation en combustible et en air comburant.