[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gemischregelung von Gas und Verbrennungsluft
für Gasfeuerungen mit Vorwärmung der von einem Gebläse dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft
und einen Wandler für Druck oder Differenzdruck in einen proportionalen Druck zur
Durchführung des Verfahrens.
[0002] Brenner mit Zufuhr der Verbrennungsluft von einem separaten Luftgebläse werden vorwiegend
für Industriefeuerungen eingesetzt. In den meisten Fällen wird die gesamte Verbrennungsluft
dem Brenner auf diese Weise .zwangsweise zugeführt. Zur wirtschaftlichen Nutzung der
Brennstoffenergie ist es notwendig, das optimale Mischungsverhältnis von Gas und Verbrennungsluft
über den gesamten Lastbereich des Brenners möglichst konstant zu halten. Wenn die
Temperaturen von Gas und Verbrennungsluft konstant sind, kann man mit bekannten Gleichdruckregelsystemen
das Mischungsverhältnis Gas/ Verbrennungsluft konstant halten.
[0003] Um den Brennstoffverbrauch zu verringern, wird bei vielen Gasfeuerungen die Abgaswärme
oder in Tunnelöfen auch die Speicherwärme des Brenngases zur Vorwärmung der Verbrennungsluft
ausgenutzt, z. B. mit Hilfe von Rekuperatoren. Bei unterschiedlichem Wärmeangebot
für die Rekuperatoren, z. B. bei Anfahr- oder Laständerungsvorgängen, treten bei den
bekannten direkten Regelsystemen durch unterschiedliche Verbrennungslufttemperaturen
entsprechende Abweichungen vom optimalen Gas/Luft-Verhältnis auf, die sich ungünstig
auf Brennstoffverbrauch und Ofenleistung auswirken. Nur mit Hilfe aufwendiger Verhältnisregelsysteme
mit Durchflußmessung von Gas und Verbrennungsluft und elektrischer, pneumatischer
oder hydraulischer Hilfsenergie zur Regelung des Gas/Luft-Verhältnisses konnte das
bisher vermieden werden. Wegen der hohen Kosten für derartige Regler verzichten viele
Betreiber von Gasfeuerungen mit Luftvorwärmung auf eine so aufwendige Regelung und
nehmen die entstehenden Nachteile und Energieverluste in Kauf. Bei Feuerungen, bei
denen der Verbrennungsluftdruck erheblich geringer ist als der Gasdruck, ist eine
Regelung der Gaszufuhr in Abhängigkeit vom Luftdruck mit einem einfachen Gleichdruckregelsystem
nur möglich, wenn der Differenzdruck der Luft an einer Meßdrossel oder der Luftdruck
entsprechend verstärkt wird, um als Steuergröße auf den Gasdruckregler wirken zu können.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen
Durchführung zu schaffen, mit deren Hilfe das Mischungsverhältnis von Gas und Verbrennungsluft,
unabhängig von schwankenden Temperaturen der Verbrennungsluft, in einfacher Weise
konstant gehalten werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit
zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Gas und Verbrennungsluft auch bei solchen
Feuerungen zu schaffen, bei denen der Druck der Verbrennungsluft erheblich niedriger
ist als der Gasdruck. Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Aufgaben soll kostengünstig
herstellbar sein und mit geringen Regelabweichungen arbeiten. Außerdem soll das Übersetzungsverhältnis
von Eingangsdruck zu Ausgangsdruck veränderbar sein.
[0005] Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Maßnahmen bzw.
Vorrichtungen gelöst.
[0006] Die erfindungsgemäßen Verfahren und der Druckwandler zur Durchführung der Verfahren
werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert, die schematisch dargestellte
Anordnungen zur Durchführung der Verfahren sowie eine beispielsweise Ausführungsform
des Druckwandlers zeigen:
F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
[0007] Die vom Gebläse 4 durch die Leitung 8 dem Brenner 5 zugeführte Verbrennungsluft wird
im Rekuperator 9 erwärmt. Vor dieser Erwärmungsstelle 9 ist eine Meßdrossel 2, vorzugsweise
in Form einer Meßblende oder -düse, in der Verbrennungsluftleitung 8 eingebaut.
[0008] Der an dieser Meßdrossel entstehende Differenzdruck wird über die Leitungen 6 und
7 dem Druckwandler 1 zugeführt. Der Differenzdruck wird im Druckwandler 1 in einen
höheren Proporticnaldruck umgewandelt, der über die Leitung 14 als Steuergröße auf
den in der Gasleitung 10 angeordneten Gasdruckregler 11 einwirkt. Die Leitung 12 dient
zur Zufuhr des Hilfsmittels für den Druckwandler. Die Leitung 13 dient zum Abführen
des Hilfsmittels, z. B. beim Herunterregeln.
[0009] F i g. 2 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2. Statt
einer Meßdrossel ist eine Druckmeßstelle 3 in der Verbrennungsluftleitung 8 vor dem
Rekuperator 9 eingebaut. Der Druck der vom Gebläse 4 gelieferten dem Brenner 5 zugeführten
Verbrennungsluft wird über die Leitung 6 dem Druckwandler 1 zugeführt. In diesem wird
der Druck in einen verstärkten Proportionaldruck umgewandelt, der über die Leitung
14 als Steuergröße auf den in der Gasleitung 10 angeordneten Gasdruckregler 11 einwirkt.
Die Leitung 12 dient zur Zufuhr des Hilfsmittels für den Druckwandler. Die Leitung
13 dient zur Abfuhr des Hilfsmittels.
[0010] F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine bespielsweise Ausführungsform des Druckwandlers
zur Durchführung der Verfahren 1 und 2.
[0011] Im Gehäuse 15 ist die Membran 16 untergebracht. Soll der von der Meßblende 2 kommende
durchflußabhängige Differenzdruck in einen Proportionaldruck als Steuergröße für den
Gasdruckregler umgewandelt werden, so wird die Oberseite der Membran 16 über die Leitung
6 und die öffnung 21 mit dem Plus-Druck und die Unterseite der Membran 16 über die
Leitung 7 und die öffnung 22 mit dem Minus-Druck der Meßblende 2 beaufschlagt. Wird
anstatt des Differenzdruckes der Druck in der Verbrennungsluftleitung als Steuergröße
verwendet, so wird nur die Oberseite der Membran 16 über die Leitung 6 und die öffnung
21 mit diesem Druck beaufschlagt. Die öffnung 22 dient dann als Atmungs- öffnung,
d. h., an der Unterseite der Membran steht der Druck der Außenluft an.
[0012] Differenzdruck oder Druck werden mit Hilfe der Membran 16 in eine Kraft umgewandelt,
welche über den Membranteller 17 eine Veränderung der Stellung des Stellgliedes 18
bewirkt. Die Normalstellung des Stellgliedes wird durch eine an sich bekannte Korrektur-
und Ausgleichsvorrichtung, z. B. die in Figur 3 dargestellte Ausgleichsfeder 19, eingestellt.
Die vom Stellglied 18'auf den Kraftschalter 20 übertragene Kraft wird in diesem in
eine proportionale Kraft umgewandelt. Es ist vorteilhaft, einen pneumatischen Kraftschalter
zu verwenden, da das Hilfsmittel dieses Kraftschalters,Gas oder Luft, direkt aus der
Gas- oder Luftleitung entnommen werden kann, also kein fremdes Arbeitsmittel benötigt
wird. Die Hauptbauteile des an sich bekannten pneumatischen Kraftschalters sind ein
Faltenbalg 23 und eine Alternativsteuerung 24. Das Hilfsmittel wird dem Kraftschalter
20 über die Leitung 12 zugeführt. Im Gleichgewichtszustand werden nur Leckmengen des
Hilfsmittels benötigt. Während des Regelvorganges - je nach dem, ob mehr oder weniger
Gas am Brenner benötigt wird - wird das Arbeitsmittel entweder gespeichert, oder über
die Leitung 13 abgeführt. Das Übersetzungsverhältnis des Eingangsdruckes zum Druck,
der auf den Gasdruckregler als Steuergröße einwirkt, kann entweder in kleinerem Bereich
ca. von 1 : 4 bis 1 : 7 durch Verschieben des Verstellschiebers 26 auf dem übersetzungshebel
25 geändert werden oder durch Austausch des Kraftschalters 20 gegen einen Kraftschalter
mit entsprechendem wirksamen Querschnitt, wenn eine beträchtliche Veränderung des
Übersetzungsverhältnisses notwendig ist, z. B. auf 1 : 20.
[0013] Durch die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses
kann dieses in weiten Grenzen variiert werden. Da die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Druckwandlers auf einem Kraftvergleich beruht, ist der Regelbereich groß und die Regelabweichungen
sind wesentlich geringer, als wenn die Funktion durch einen Wegvergleich erfolgt.
Außerdem ist der Druckwandler kostengünstig herstellbar.
1. Verfahren zur Gemischregelung von Gas und Verbrennungsluft für Gasfeuerungen mit
Vorwärmung der von einem Gebläse dem Brenner zugeführten Verbrennungs- luft
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Verbrennungsluftleitung (8) vor der Lufterwärmungseinrichtung (9) eine
Drosselstelle (2), vorzugsweise eine Meßblende oder -düse, angeordnet ist, deren Differenzdruck
über Leitungen (6 und 7) auf einen membrangesteuerten Druckwandler (1) übertragen
und in diesem in einen höheren Proportionaldruck umgewandelt wird, und daß dieser
Proportionaldruck über die Leitung (14) auf einen in der Gasleitung (10) angeordneten
Druckregler (11) als Steuergröße einwirkt.
2. Verfahren zur Gemischregelung von Gas und Verbrennungsluft für Gasfeuerungen mit
Vorwärmung der von einem Gebläse dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Verbrennungsluftleitung (8) vor der Luft-erwärmungseinrichtung (9) eine
Druckentnahmestelle (3) angeordnet ist, deren Druck über eine Leitung (6) auf einen
membrangesteuerten Druckwandler (1) übertragen und in diesem in einen höheren Proportionaldruck
umgewandelt wird, und daß dieser Proportionaldruck über eine Leitung (14) auf einen
in der Gas- , leitung (10) angeordneten Druckregler (11) als Steuergröße einwirkt.
3. Wandler für Druck oder Differenzdruck in einen proportionalen Druck zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2
gekennzeichnet durch
eine in einem Gehäuse (15) angeordnete Membran (16), deren Membranteller (17) mit
einem Stellglied (18) verbunden ist, dessen Normalstellung durch eine Korrektur- bzw.
Ausgleichsvorrichtung (19), vorzugsweise eine regulierbare Feder, eingestellt wird
und einen Kraftschalter (20) mit Faltenbalg (23) und Alternativsteuerung (24), auf
den das Stellglied ( 18 ) einwirkt,
eine Öffnung (21) im Membrangehäuse (15), durch die der Raum oberhalb der Membran (16) mit einer Drosselstelle
(2) oder mit der Druckentnahmestelle (3) in der Verbrennungsluftleitung (8) verbunden
wird,
eine öffnung (22) im Membrangehäuse (15), durch die der Raum unterhalb der Membran
(16) mit einer Drosselstelle (2) in der Verbrennungsluftleitung (8) oder mit der Außenluft
verbunden wird, Zu- und Abführleitungen (12, 13) für das Hilfsmittel des Kraftschalters(20)
sowie eine Verbindungsleitung (14) zur Übertragung des Proportionaldruckes auf den
Gasdruckregler (11).
4. Wandler für Druck oder Differenzdruck in einen proportionalen Druck nach Anspruch
3
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Stellglied (18) und Kraftschalter (20) ein Übersetzungshebel (25) mit
Verstellschieber (26) zur Änderung des übersetzungsverhältnisses angeordnet ist.