Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines überstöchiometrisch vormischenden Gasbrenners

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines überstöchiometrisch arbeitenden Gasbrenners, wobei eine für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft gemessen, eine Meßgröße gewonnen, hieraus ein Mittelwertsignal gebildet und dieses zum Regeln des Gas- und/oder Luftmassentrom verwendet wird.

[0002] Eine Maßnahme zur Verminderung der NO_x-Emissionen bei Verbrennungsvorgängen besteht darin, die Flammentemperatur zu senken. Dies kann durch überstöchiometrische Verbrennung geschehen. Dem Brenner wird dabei zusätzlich zu der für eine vollständige Verbrennung erforderliche Luftmenge Kühlgas zugeführt, wobei dieses Kühlgas unter anderem auch Überschußluft sein kann. Der Verbrennungszustand ist abhängig davon, mit wieviel Luftüberschuß bzw. Kühlgas gearbeitet wird.

[0003] Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (EP0262390B1) wird als für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft der lonisationsstrom gemessen. Das hieraus gebildete Mittelwertsignal weist über der Luftzahl A einen Verlauf auf, der mit zunehmender Luftzahl abfällt, wobei sich die Annäherung an die Flammenstabilitätsgrenze dadurch zeigt, daß sich die Kurve der Senkrechten annähert. Eine derartige Regelung setzt leistungsabhängige Sollwertkennfelder voraus, die jeweils nur für einen begrenzten Heiz- und Brennwertbereich gelten. Außerdem sind die Signale durch Einflüsse auf Elektrode und Brennerbauteile nicht langzeitstabil. Änderungen der Gasart bedingen also eine externe Umschaltung des Reglers.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und die Möglichkeit für eine selbsttätige Erkennung und Berücksichtigung der Gasart vorzusehen.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Standardabweichungen des Meßwertes erfaßt, dem Mittelwertsignal zur Bestimmung des Verbrennungszustandes zugeordnet und zusätzlich zur Einstellung und Regelung verwendet werden, wobei

a) der Gas- und/oder Luftmassenstrom solange variiert wird, bis ein vorgegebener Schwellwert der Standardabweichung erreicht ist;

b) der Istivert des Mittelwertsignals bei Erreichen des Schwellwertes der Standardabweichung erfaßt wird;

c) ein Sollwert des Mittelwertsignals in einem vorgegebenen Abstand von dem in Schritt b) erfaßten Istwert des Mittelwertsignals vorgegeben wird;

d) der Gas- und/oder Luftmassenstrom unter Verwendung des in Schritt c) gewonnenen Sollwertes des Mittelwertsignals geregelt wird; und

e) die Schritte a) bis d) bedarfsabhängig und/oder periodisch wiederholt werden.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß der vorstehend zitierte Stand der Technik bereits die Erfassung der Standardabweichungen zum Zwecke der Brennerregelung beschreibt, allerdings nur als Alternative zum Mittelwertsignal.

[0006] Der Erfindung hingegen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine gasartabhängige Beziehung zwischen dem Mittelwertsignal und den Standardabweichungen vorhanden ist. Je nach Gasart ist einem definierten Wert der Standardabweichungen ein anderes Mittelwertsignal zugeordnet. Durch Erfassung dieser Zusammenhänge ist das Regelsystem in der Lage, die Gasart zu erkennen und den Sollwert des Mittelwertsignals-gegebenenfalls unter Berücksichtigung der eingestellten Leistung - entsprechend vorzugeben, so daß der Brenner in dem gewünschten Bereich, z. B. in einem gewünschten Abstand von der Flammenstabilitätsgrenze oder von einer CO-Emissionsgrenze, betrieben wird.

[0007] Der Schwellwert kann beispielsweise an die Flammenstabilitätsgrenze gelegt werden. Auch kann er einem kritischen Wert der CO-Emissionen zugeordnet sein. Diese zeigen denselben Verlauf wie die Standardabweichungen. Die Regelung sorgt dafür, daß der Brenner in zuverlässigem Abstand von der jeweiligen, durch den Schwellwert der Standardabweichungen repräsentierten Grenze bleibt. Der wesentliche Vorteil dieses Regelkonzeptes liegt darin, daß keine Kennlinien für das Mittelwertsignal erforderlich sind. Lediglich für den Startvorgang gibt der Regler bei einer grob eingestellten Leistung ein "sicheres" Gas-/Luftmassenstromverhältnis vor. Ausgehend hiervon fährt er sodann erstmalig den Schwellwert der Standardabweichungen an und bestimmt hieraus selbsttätig den Sollwert des Mittelwertsignals. Hierzu benötigt er lediglich eine Vorgabe für den Abstand, den dieser Sollwert von demjenigen Istwert des Mittelwertsignals einhalten soll, welcher dem Schwellwert der Standardabweichungen zugeordnet ist.

[0008] Im einfachsten Fall wird der Schwellwert der Standardabweichungen periodisch angefahren, wobei die Länge der Perioden von der Stabilität der Betriebsbedingungen abhängig sein kann. Vorzuziehen allerdings ist eine bedarfsabhängige Adaption des Sollwertes, wie sie beispielsweise in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet ist. Die Adaption des Sollwertes kann beispielsweise bei einem Wechsel der Gasart, einer Verstellung der Leistung, einer Änderung der Lufttemperatur oder als Folge irgendeiner auf den Zustand der Flamme einwirkenden Störung erforderlich werden.

[0009] Ein besonders gutes Regelverhalten läßt sich dadurch erreichen, daß zusätzlich zu der bedarfabhängigen Adaption des Sollwertes des Mittelwertsignals periodisch adaptiert wird. Die Perioden können dabei relativ lang gewählt werden.

[0010] Eine weitere Verbesserung des Regelkonzeptes wird dadurch erzielt, daß gasartabhängige Kennwerte für den Schwellwert der Standardabweichungen, den diesem Schwellwert zugeordneten Istwert des Mitttelwertsignals und den Abstand des Sollwertes des Mittelwertsignals von diesem Istwert vorgegeben werden, daß beim Anfahren des Schwellwertes der Standardabweichungen aus dem zugeordneten stwert des Mittelwertsignals die Gasart erkannt wird und daß in Abhängigkeit von der Gasart der zugehörige Schwellwert und der zugehörige Abstand des Sollwertes des Mittelwertsignals von dem diesem Schwellwert zugeordneten Istwert des Mittelwertsignals gewählt werden.

[0011] Auf diese Weise kann der Brenner sehr eng beispielsweise an der Flammenstabilitätsgrenze oder der CO-Emissionsgrenze betrieben werden. Diesen Grenzen sind nämlich, abhängig von der Gasart, unterschiedliche Schwellwerte der Standardabweichungen zugeordnet. Auch kann der Abstand, den der Sollwert des Mittelwertsignals von dem dem jeweiligen Schwellwert zugeordneten Istwert einhalten soll, je nach Gasart unterschiedlich gewählt werden. Durch gasartspezifische Vorgabe dieser Werte läßt sich also das Regelkonzept sehr verfeinern. Allerdings wird dieser Vorteil dadurch erkauft, daß dem Regler eine größere Zahl von Kennwerten vorgegeben werden muß.

[0012] Beispielsweise beim Anfahren der Flammenstabilitätsgrenze ist es von Wichtigkeit, das Erreichen des Schwellwertes der Standardabweichungen zuverlässig zu erfassen. Dies bereitet dann Schwierigkeiten, wenn der Meßwert der den Verbrennungszustand repräsentierenden Flammeneigenschaft aufgrund von Störungen schwankt, da diese Störungen in die Standardabweichungen eingehen. Demgegenüber hat es sich als vorteilhaft erwiesen, beim Anfahren des Schwellwertes der Standardabweichungen die zeitliche Häufigkeit der Schwellwertüberschreitungen zu erfassen und den Schwellwert der Standardabweichungen nur dann als erreicht gelten zu lassen, wenn die Schwellwertüberschreitungen mit einer vorgegebenen Häufigkeit auftreten. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Regelung nicht auf jede kurzzeitige Schwellwertüberschreitung reagiert. Die Höhe des Grenzwertes der zeitlichen Häufigkeit (z. B. 1000/s) ist dabei nicht kritisch.

[0013] Beim Anfahren der Flammenstabilitätsgrenze besteht die Gefahr, daß kurz vor Erreichen des Schwellwertes der Standardabweichungen die CO-Emissionen stark ansteigen. Diese Gefahr nimmt zu, je höher die Leistung des Brenners und je niedriger der Brennwert des Gases ist. Allerdings treten die CO-Spitzenwerte nur sehr kurzfristig auf und verschlechtern daher die gesamten Schadstoffemissionen des Brenners nur geringfügig. Immerhin kann es sich bei hohen Brennerleistungen empfehlen, für eine Nachoxidation des Kohlenmonoxids zu sorgen.

[0014] Vorzugsweise wird der Meßwert der den Verbrennungszustand repäsentierenden Flammeneigenschaft zur Flammenüberwachung verwendet, d. h. zum Abstellen des Brenners im Falle eines Erlöschens der Flamme.

[0015] Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung besteht darin, als für den Verbrennungszustand repäsentative Flammeneigenschaft die Lichtintensität zu messen. Es wurde gefunden, daß die Standardabweichungen der Lichtintensität insbesondere an der Flammenstabilitätsgrenze einen prägnanten Verlauf in exakt erfaßbarer Zuordnung zum Mittelwertsignal aufweisen. Hinzu kommt, daß die Lichtintensität ein sofortiges Abstellen des Brenners beim Erlöschen der Flamme bewirkt. Auch läßt sich die Lichtintensität in apparativ einfacher Weise erfassen und in entsprechende Meßsignale umwandeln. Vor allen Dingen ermöglicht die Messung der Lichtintensität eine zuverlässige Erkennung der jeweiligen Gasart. Die Messung ist trägheitslos und läßt die Erfassung eines integralen Flammenbereichs zu. Schließlich wurde gefunden, daß die Lichtintensität nur in vergleichsweise geringem Umfang leistungsabhängig ist. Dies kommt vor allen Dingen dem kennfeldlosen, adaptiven Regelkonzept zugrunde.

[0016] Die Erfassung der Strahlung einer Flamme mittels eines Sensor und Verwendung des Ausgangssignals des Sensors zu Regelungszwecken ist an sich bekannt, beispielsweise aus der EP 0 408 846 A1.

[0017] Besonders vorteilhaft ist es, als für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft die Lichtintensität über ein oder mehrere Strahlungsbänder zu messen. Durch geeignete Auswahl der Strahlungsbänder können Störeinflüsse durch strahlende Systemkomponenten vermieden werden. Insbesondere können die verschiedenen Strahlungscharkteristika der einzelnen Gasarten bei der Auswahl der Strahlungsbänder mitberücksichtigt und somit ein für die Gasart optimales Meßsignal erzeugt werden. Es ist auch möglich, anhand der Meßwerterfassung über ein oder mehrere Strahlungsbanden Gasarten zu erkennen.

[0018] Vorzugsweise wird bei der Messung der Lichtintensität die Infrarotstrahlung ausgeschlossen. Die Messung wird also nicht durch aufgeheizte Teile in der Umgebung der Flamme verfälscht.

[0019] Als vorteilhafter Meßaufnehmer hat sich ein Fotomultipler oder auch ein Halbleiter erwiesen.

[0020] Vorzugsweise erfolgt die Messung der Lichtintensität innerhalb eines einstellbaren Blickfeldes auf den Flammenbereich. Am Einlaß des Lichtleiters eine Optik zur Bestimmung der Blickfeldgröße vorgesehen sein. Das Blickfeld soll so groß sein, daß ein repräsentativer Flammenbereich erfaßt wird. Im Falle von Vormischbrennern beispielsweise kann mit einem relativ kleinen Winkel gearbeitet werden, da die Flamme eine sehr gleichmäßige Struktur aufweist. Dies gilt umso mehr, je intensiver die Vormischung ist. Bei mündungsmischenden Brennern hingegen muß ein relativ großer Flammenbereich erfaßt werden.

[0021] Die Optik kann gleichzeitig als Wärmeschild ausgebildet sein, so daß der Lichtleiter entsprechend dicht an die Flamme herangeführt werden kann.

[0022] Vorteilhaft ist es, außerdem Mittel zum Kühlen des Lichtleiters vorzusehen. Der Lichtleiter kann so beliebig nahe an die Flamme angenähert werden. Desweiteren wird durch den Einsatz von Kühlmitteln die Lebensdauer der Lichtleiter weiter optimiert. Es ist auch möglich kostengünstigere Lichtleiter mit niedrigerer Temperaturrestistenz zu verwenden.

[0023] Der Lichtleiter kann in einer Weiterbildung der Erfindung mit einem Gasschleier, vorzugsweise mit einem Luftschleier zum Schutz vor Verschmutzungen umgeben sein.

[0024] Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den vorstehend diskutierten Verknüpfungen abweichen.

[0025] Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 bis 8

Diagramme der erfindungsgemäß maßgeblichen Kennwerte.

[0026] Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen überstöchiometrisch vormischenden Gasbrenner 1 mit einer Brennkammer 2 und einer dieser vorgeschalteten Mischkammer 3. Zur Mischkammer 3 führt eine Gasleitung 4, in der ein Stellglied 5 in Form einer motorgetriebenen Gasdrosselklappe angeordnet ist. Ferner enthält die Gasleitung 4 ein Sicherheitsventil 6. Zur Mischkammer 3 führt außerdem eine Luftleitung 7, in der ein Stellglied 8 in Form einer motorgetriebenen Luftdrosselklappe angeordnet ist.

[0027] Der Brenner 1 ist ferner mit einem Lichtleiter 9 versehen, der die Lichtintensität innerhalb der Brennkammer 2 erfaßt. Im vorliegenden Fall beobachtet der Lichtleiter 9 die Brennkammer 2 durch eine zentrale Öffnung in einer Brennerplatte 10. Das Blickfeld, das von einer nicht dargestellten, ein Wärmeschild bildenden Optik bestimmt wird, ist schmal, da der Brenner mit intensiver Vormischung arbeitet. Der Haupttransmissionsbereich liegt zwischen 200 und 600 nm, schließt Infrarotstrahlung also aus.

[0028] Der Lichtleiter 9 ist unter Zwischenschaltung eines Meßwertaufnehmers 11 in Form eines Fotomultipliers oder Halbleiters an einen als Rechner ausgebildeten Regler 12 angeschlossen. Dieser steht über eine Relaisstufe 13 mit den Stellgliedern 5 und 8 sowie mit dem Sicherheitsventil 6 in Verbindung. Ferner nimmt der Regler die Rückmeldungen der Stellglieder auf.

[0029] Im übrigen ist der Regler 12 mit einer Bedienungseinrichtung 14, einer Digital-Analog-Stufe 15 und einer Ausgabeeinrichtung 16 für die Prozeßkontrollgrößen versehen.

[0030] Die Lichtintensität stellt eine Flammeneigenschaft dar, die den Verbrennungszustand innerhalb der Brennkammer 2 des Gasbrenners 1 repräsentiert. Die Lichtintensität wird von dem Lichtleiter 9 erfaßt und als Meßsignal dem Regler 12 zugeleitet. Dieser bildet aus dem Meßsignal ein Mittelwertsignal Um sowie ein Signal SN für die gemittelten Standardabweichungen. Das Diagramm in Fig. 2 zeigt den Verlauf dieser beiden Signale, aufgetragen über der Luftzahl λ, und zwar für eine vorgegebene Gasart und eine vorgegebene Leistung. Mit steigender Luftzahl fällt das Mittelwertsignal ab, während die Standardabweichungen ansteigen. Der anfänglich allmähliche Anstieg geht bei Erreichen der Flammenstabilitätsgrenze in einen hierfür charakteristischen steilen Verlauf über. Die beiden in Fig. 2 gezeigten Kurven repräsentieren gleichzeitig die Schadstoffemissionen, und zwar Um den NO_x-Verlauf und SN den CO-Verlauf, siehe das Diagramm nach Fig. 3.

[0031] Der Verlauf der Kurven in dem Diagramm nach Fig. 2 ist gasart- und leistungsabhängig. Für jede Gasart läßt sich ein Diagramm erstellen mit Kurvenscharen für die beiden Signale, deren Parameter die Leistung ist.

[0032] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine gasartabhängige Beziehung zwischen dem Mittelwertsignal und den Standardabweichungen vorhanden ist. Wird also ein bestimmter Wert der Standardabweichungen definiert, so sind diesem Wert je nach Gasart unterschiedliche Mittelwertsignale zugeordnet. Aus dieser Beziehung erkennt der Regler die momentane Gasart und gibt für die weitere Regelung einen entsprechenden Sollwert für das Mittelwertsignal vor.

[0033] Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung kann der Brenner mit einer grob vorgegebenen Leistung und einer im sicheren Bereich liegenden Luftzahl gestartet werden. Sodann wird durch Erhöhung der Luftzahl die Flammenstabilitätsgrenze angefahren, die als Schwellwert der Standardabweichungen definiert ist. Sobald dieser Schwellwert erreicht ist, erfaßt der Regler den zugehörigen Istwert des Mittelwertsignals und gibt, ausgehend hiervon, einen Sollwert vor, der um einen bestimmten Betrag höher ist als der erfaßte Istwert. Da der erfaßte Istwert an der Flammenstabilitätsgrenze gleichzeitig die momentane Gasart repräsentiert, kann der Abstand des Sollwertes vom Istwert gasartabhängig variiert werden, ggf. unter gasartabhängiger Verstellung des Schwellwertes.

[0034] Das Anfahren der Flammenstabilitätsgrenze führt der Regler bedarfsabhängig durch, beispielsweise bei einem Gasartwechsel, bei einer Erhöhung der Lufttemperatur oder beim Auftreten sonstiger Störungen. Den Bedarf erkennt er beispielsweise daran, daß sich der Wert der Standardabweichungen gegenüber dem bei jeder Sollwertadaption gespeicherten Wert signifikant ändert. Genauso kann das Verhältnis der Istwerte der Standardabweichung und des Mittelwertsignals überwacht werden. Eine signifikanten Abweiung dieses Verhältnisses von dem Verhältnis zwischen dem einen bei der Sollwertadaption gespeicherten Wert der Standardabweichung und dem Sollwert selbst kann genauso als Indiz für den Bedarf genommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein periodisches Anfahren der Flammenstabilitätsgrenze vorgesehen sein.

[0035] Damit das System nicht auf jede kurzzeitige Überschreitung des die Flammenstabilitätsgrenze definierenden Schwellwertes der Standardabweichungen anspricht, wird die zeitliche Häufigkeit der Schwellwertüberschreitungen erfaßt und hierfür ein entsprechender Grenzwert festgelegt, beispielsweise 1000 Überschreitungen pro Sekunde. Die Höhe dieses Grenzwertes ist unkritisch.

[0036] Nach einer zweiten Weiterbildung der Erfindung wird mit Kennfeldern gearbeitet, wie sie in den Figuren 4 bis 8 dargestellt sind. Dabei werden die Standardabweichungen als Langzeit-Standardabweichungen LSN erfaßt, um zu verhindern, daß der Regler kurzzeitige Störungen als Gasartwechsel betrachtet.

[0037] Für jede Gasart wird eine Sollwertkennlinie des Mittelwertsignals Um vorgegeben, und zwar aufgetragen über der Leistung. Das entsprechende Diagramm ist in Fig. 4 dargestellt. Die Leistung wird hier und auch in den folgenden Diagrammen wiedergegeben als Luftmassenstrom.

[0038] Zusätzlich zu dem Diagramm nach Fig. 4 wird für jede Gasart ein Kennfeld für die Langzeit-Standardabweichungen LSN vorgegeben, und zwar ebenfalls aufgetragen über der Leistung, hier über dem Luftmassenstrom. Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen entsprechende Diagramme, und zwar Fig. 5 für Butan, Fig. 6 für Erdgas und Fig. 7 für ein unter der Bezeichnung G 110 bekanntes Prüfgas, das zu 51 % aus Wasserstoff, zu 24 % aus Stickstoff und zu 25 % aus Methan besteht.

[0039] Für die nähere Erläuterung der Regelvorgänge sei angenommen, daß der Brenner mit Erdgas arbeitet, siehe Fig. 8, die insoweit mit Fig. 6 übereinstimmt. Dabei liegt der LSN-Wert auf dem Punkt A, während der Regler den Um-Wert bei dieser Leistung auf der Kennlinie nach Fig. 4 hält. Erfolgt nun ein Übergang auf Butan, so führt dessen höherer Brennwert dazu, daß das Mittelwertsignal Um eine ansteigende Tendenz erhält. Dieser Tendenz wirkt der Regler durch Reduzierung der Gaszufuhr entgegen. Um wird also konstant gehalten. Dadurch steigt zwangsläufig der LSN-Wert an und bewegt sich in Richtung auf den Punkt B in Fig. 8. Bereits im Punkt C verläßt er den Kennfeldbereich. Dieser Übergang wird vom Regler erfaßt und zu einer Umschaltung auf das Kennfeld nach Fig. 5 benutzt.

[0040] Wird andererseits bei einem Betrieb mit Erdgas auf das Prüfgas G 110 umgeschaltet, so sinkt der LSN-Wert ab und verläßt den Kennfeldbereich gemäß Fig. 8 an der unteren Grenze. Dies führt dazu, daß der Regler auf das Kennfeld nach Fig. 7 umschaltet.

[0041] Beide beschriebenen Konzepte haben ihre Vorteile. Der des ersten Konzeptes liegt darin, daß keine Kennfelder für die Standardabweichungen erforderlich sind. Dafür besteht beim Anfahren der Flammenstabilitätsgrenze die Gefahr, daß es zu einem starken Anstieg der CO-Emissionen kommt. Diese Gefahr ist um so größer, je brennwertärmer die Gasart und je höher die Leistung ist. Der die Flammenstabilitätsgrenze definierende Schwellwert der Standardabweichungen darf nicht zu niedrig gewählt werden, da er sonst bei unterschiedlichem Gas nicht vom normalem Brennerbetrieb unterschieden werden kann. Legt man ihn andererseits nahe an die Flammenstabilitätsgrenze, so ist ein entsprechender Pegel der CO-Emissionen die Folge. Der Anstieg der CO-Emission tritt allerdings nur kurzzeitig auf und kann unter Umständen toleriert werden, da er den Gesamtausstoß nicht wesentlich erhöht. Im übrigen entfällt dieser Nachteil, sofern für eine Nachverbrennung gesorgt ist.

[0042] Im Hinblick auf die Vorgabe der Kennfelder ist das zweite Regelungskonzept aufwendiger. Dafür kann es ständig in sicherem Abstand von der Flammenstabilitätsgrenze arbeiten. Die vorgegebenen Sollwerte können bei jeder Gasart und jeder Leistungsstufe die zulässigen CO-Werte berücksichtigen.

[0043] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann der von der Auswerteeinrichtung 11 gelieferte Meßwert der Lichtintensität auch zur Flammenüberwachung dienen, nämlich zum Abschalten des Sicherheitsventils 6.

[0044] Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann an Stelle der Lichtintensität auch eine andere den Verbrennungszustand repräsentierende Flammeneigenschaft gemessen werden, sofern die gasartabhängige Beziehung zwischen dem Mittelwertsignal und den Standardabweichungen ausreichend deutlich erfaßt werden kann. Ferner ist die Anordnung nicht auf eine zentrale Ausrichtung des Meßwertaufnehmers beschränkt. Vielmehr kann dieser in beliebiger Weise der Brennkammer zugeordnet werden. Theoretisch möglich ist auch ein Konzept, bei dem der Regler nach einem beispielsweise die Flammenstabilitätsgrenze repräsentierenden Wert der Standardabweichungen arbeitet, sofern die entsprechenden CO-Emissionen toleriert werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, einen Abstand von dieser Grenze vorzugeben. Dieser kann, ebenso wie der Abstand des Mittelwertsignals im Falle des adaptiven Regelkonzeptes, mechanisch vorgegeben werden, beispielsweise als Anzahl der Stellschritte der Luft- und/oder der Gasdrosselklappe.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines überstöchiometrisch arbeitenden Gasbrenners, wobei eine für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft gemessen, eine Meßgröße gewonnen, hieraus ein Mittelwertsignal gebildet und dieses zum Regeln des Gas- und/oder Luftmassenstroms verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Standardabweichung der Meßgröße erfaßt, dem Mittelwertsignal zur Bestimmung des Verbrennungszustandes zugeordnet und zusätzlich zur Einstellung und Regelung verwendet werden, wobei

a) der Gas- und/oder Luftmassenstrom solange variiert wird, bis ein vorgegebener Schwellwert der Standardabweichung erreicht ist;

b) der Istwert des Mittelwertsignals bei Erreichen des Schwellwertes der Standardabweichung erfaßt wird;

c) ein Sollwert des Mittelwertsignals in einem vorgegebenen Abstand von dem in Schritt b) erfaßten Istwert des Mittelwertsignals vorgegeben wird;

d) der Gas- und/oder Luftmassenstrom unter Verwendung des in Schritt c) gewonnenen Sollwertes des Mittelwertsignals geregelt wird; und

e) die Schritte a) bis d) bedarfsabhängig und/oder periodisch wiederholt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

f) der im Schritt c) gewonnene Sollwert des Mittelwertsignals gespeichert wird;

g) ein bei Erreichen des Sollwertes des Mittelwertsignals einmalig erfaßter Wert der Standardabweichung'gespeichert wird;

h) das Verhältnis der Istwerte des Mittelwertsignals und der Standardabweichung überwacht wird;

i) das Verhältnis gemäß h) mit dem Verhältnis der in den Schritten f) und g) gespeicherten Werte verglichen wird; und

k) die Schritte a) bis d) wiederholt werden, wenn die im Schritt i) verglichenen Verhältnisse signifikant voneinander abweichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

ein bei Erreichen des Sollwertes des Mittelwertsignals einmalig erfaßter Wert der Standardabweichung gespeichert wird;

der Istwert der Standardabweichung überwacht wird;

der Istwert der Standardabweichung mit dem gespeicherten Wert der Standardabweichung verglichen wird; und

die Schritte a) bis d) wiederholt werden, wenn sich die miteinander verglichenen Werte signifikant unterscheiden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gasartabhängige Kennwerte für den Schwellwert der Standardabweichungen, den diesem Schwellwert zugeordneten Istwert des Mittelwertsignals und den Abstand des Sollwertes des Mittelwertsignals von diesem Istwert vorgegeben werden, daß beim Anfahren des Schwellwertes der Standardabweichungen aus dem zugeordneten Istwert des Mittelwertsignals die Gasart erkannt wird und daß in Abhängigkeit von der Gasart der zugehörige Schwellwert und der zugehörige Abstand des Sollwertes des Mittelwertsignals von dem diesem Schwellwert zugeordneten Istwert des Mittelwertsignals gewählt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des Schwellwertes der Standardabweichungen die zeitliche Häufigkeit der Schwellwertüberschreitungen erfaßt wird, daß nur dann der Schwellwert der Standardabweichung als erreicht gilt, wenn die Schwellwertüberschreitungen mit einer vorgegebenen Häufigkeit auftreten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert der den Verbrennungszustand repräsentierenden Flammeneigenschaft zur Flammenüberwachung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft die Lichtintensität gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als für den Verbrennungszustand repräsentative Flammeneigenschaft die Lichtintensität über ein oder mehrere Strahlungsbanden gemessen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung der Lichtintensität Infrarotstrahlung ausgeschlossen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Lichtintensität innerhalb eines einstellbaren Blickfeldes auf den Flammenbereich erfolgt.

Claims

1. Method for controlling an excess-air premix gas burner, wherein a flame property representative of the state of combustion is measured, a measured quantity is obtained, a mean-value signal is formed therefrom and used to control the gas and/or air mass flow,
characterised in that
the standard deviation of the measured quantity is recorded, assigned to the mean-value signal for determining the state of combustion and additionally used for adjustment and control, whereby

a) the gas and/or air mass flow is varied until a specified threshold of the standard deviation is reached;

b) the actual value of the mean-value signal is recorded on reaching the threshold of the standard deviation;

c) a setpoint of the mean-value signal is specified at a specified distance from the actual value of the mean-value signal recorded in step b);

d) the gas and/or air mass flow is controlled using the setpoint of the mean-value signal obtained in step c); and

e) steps a) to d) are repeated as required and/or periodically.

2. Method according to claim 1, characterised in that

f) the setpoint of the mean-value signal obtained in step c) is stored:

g) a value of the standard deviation recorded once on reaching the setpoint of the mean-value signal is stored;

h) the ratio between the actual values of the mean-value signal and the standard deviation is monitored;

i) the ratio according to h) is compared with the ratio of the values stored in steps f) and g); and

k) steps a) to d) are repeated if the ratios compared in step i) diverge significantly.

3. Method according to claims 1 and 2, characterised in that

a value of the standard deviation recorded once on reaching the setpoint of the mean-value signal is stored;

the actual value of the standard deviation is monitored;

the actual value of the standard deviation is compared with the stored value of the standard deviation; and

steps a) to d) are repeated if the values compared with each other diverge significantly.

4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterised in that characteristic values as a function of the type of gas are specified for the threshold of the standard deviations, for the actual value of the mean-value signal assigned to said threshold and for the distance of the setpoint of the mean-value signal from said actual value, that on approaching the threshold of the standard deviations the type of gas is identified from the assigned actual value of the mean-value signal, and that, as a function of the type of gas, the associated threshold and the associated distance of the setpoint of the mean-value signal from the actual value of the mean-value signal assigned to said threshold are selected.

5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterised in that on approaching the threshold of the standard deviations the frequency of threshold overruns is recorded, and that the threshold of the standard deviation is considered to have been reached only if the threshold overruns occur with a specified frequency.

6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the measured quantity of the flame property representing the state of combustion is used for flame supervision.

7. Method according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the light intensity is measured as the flame property representative of the state of combustion.

8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the light intensity is measured over one or more radiation ranges as the flame property representative of the state of combustion.

9. Method according to claim 7 or 8, characterised in that infra-red radiation is excluded when measuring the light intensity.

10. Method according to any one of claims 7 to 9, characterised in that measurement of light intensity occurs within an adjustable field of view of the flame range.

Revendications

1. Procédé de commande d'un brûleur à gaz avec prémélange et excès d'air où une propriété de flamme représentative pour l'état de la combustion est mesurée, où une grandeur mesurée est obtenue, et où un signal de valeur moyenne en est formé et utilisé pour la commande du débit massique du gaz et/ou de l'air, caractérisé par le fait que l'écart quadratique moyen de la grandeur mesurée est saisi, attribué au signal de valeur moyenne pour la détermination de l'état de combustion et utilisé en plus pour l'ajustage de la commande, par quoi

a) le débit massique de gaz et/ou d'air est varié jusqu'à ce qu'il atteint le seuil fixé pour l'écart quadratique moyen;

b) la valeur actuelle du signal de valeur moyenne est saisie quand le seuil est atteint;

c) une valeur de consigne du signal de valeur moyenne est fixée à une distance prédéterminée de la valeur actuelle du signal de valeur moyenne saisie suivant l'étape b);

d) le débit massique de gaz et/ou d'air est réglé moyennant la valeur de consigne du signal de valeur moyenne suivant l'étape c);

e) les étapes a) à d) sont répétées en fonction du besoin et/ou périodiquement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait

f) que la valeur de consigne du signal de valeur moyenne saisie suivant l'étape c) est mise en mémoire;

g) qu'une valeur de l'écart quadratique moyen saisie une seule fois est mise en mémoire quand la valeur de consigne du signal de valeur moyenne est atteinte;

h) que le rapport entre les valeurs actuelles du signal de valeur moyenne et de l'écart quadratique moyen sont surveillées;

i) que le rapport suivant l'étape h) est comparé avec le rapport entre les valeurs mises en mémoire suivant les étapes f) et g); et

k) que les étapes a) à d) sont répétées quand les rapports comparés suivant l'étape i) présentent des écarts significatifs.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait

qu'une valeur de l'écart quadratique moyen saisie une seule fois est mise en mémoire quand la valeur de consigne du signal de valeur moyenne est atteinte;

que la valeur actuelle de l'écart quadratique moyen est surveillée;

que la valeur actuelle de l'écart quadratique moyen est comparée avec la valeur mise en mémoire de l'écart quadratique moyen; et

que les étapes a) à d) sont répétées quand les valeurs comparées les unes avec les autres présentent des écarts significatifs.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des valeurs d'identification en fonction du type de gaz sont fixées pour le seuil des écarts quadratiques moyens, pour la valeur actuelle attribuée à ce seuil du signal de valeur moyenne et pour la distance du seuil du signal de valeur moyenne de ladite valeur actuelle, que lors de l'approche du seuil de l'écart quadratique moyen le type du gaz est déterminé à partir de la valeur actuelle attribuée du signal de valeur moyenne, et que, en fonction du type de gaz, le seuil correspondant et la distance correspondante du seuil du signal de valeur moyenne sont choisis à partir de la valeur actuelle du signal de valeur moyenne attribuée audit seuil.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lors de l'approche du seuil de l'écart quadratique moyen la fréquence des dépassements du seuil est saisie, et que le seuil de l'écart quadratique moyen n'est considéré comme atteint que si une fréquence prédéterminée pour les dépassements du seuil est atteinte.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la valeur mesurée de la propriété de flamme représentative pour l'état de la combustion est utilisée pour la surveillance de la flamme.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'intensité lumineuse est mesurée comme propriété de flamme représentative pour l'état de la combustion.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'intensité lumineuse est mesurée comme propriété de flamme représentative pour l'état de la combustion sur une ou plusieurs bandes de rayonnement.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que lors de la mesure de l'intensité lumineuse le rayonnement infrarouge est exclu.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la mesure de l'intensité lumineuse s'effectue à l'intérieur d'un champs visuel réglable de la flamme.

Zeichnung