Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Kennlinien von Brennern bzw. Feuerungsanlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Verfahren zur Einstellung von Kennlinien von Brennern sind bekannt, wobei für jeden Leistungswert des Brenners unterschiedliche Luft-, Brennstoff- oder weitere Einstellparameter bzw. - werte und/oder Hilfswerte für Hilfsantriebe der Feuerungsanlage in einem Computer abgespeichert werden, so daß bei einer bestimmten Leistungsanforderung der Computer die entsprechenden Stellglieder wie Pumpen, Aggregate und Ventilatoren derart einstellt, daß der Brenner die entsprechende Leistungsstufe erreicht. Dabei ist insb. bei modernen Feuerungsanlagen darauf zu achten, daß für jeden Leistungswert möglichst optimale, d.h. vordefinierte Abgaswerte eingehalten werden.

Da für jeden einzelnen Leistungswert des Brenners sowohl mindestens ein Luftwert als auch ein Brennstoffwert festgelegt werden muß, um entsprechend definierte Abgaswerte zu erhalten, sind Verfahren zur Einstellung derartiger Kennlinien von Brennern bekannt, d.h. Verfahren zur Festlegung der entsprechenden Luft- bzw. Brennstoffwerte für jede einzelne Leistungsstufe des Brenners, wobei sukzessive oder iterativ die Luft- bzw. Brennstoffzufuhr solange verändert wird, bis sich für die entsprechende Leistungsstufe ein optimaler Abgaswert einstellt. Die Leistung wird dabei entsprechend der Luft- bzw. Brennstoffzufuhr "nachgeführt". Aus der DE 30 39 994 C2 oder der EP 0209 771 A1 ist beispielsweise bekannt, daß bei der Erstinbetriebnahme eines Brenners die optimale Luftzufuhr über den interessierenden Lastbereich durch die Wahl einzelner Brennstoffwerte mittels Messung der entsprechenden Abgaswerte punktweise aufgenommen wird, um dann in einem Computer abgespeichert zu werden.

Darüber hinaus ist aus der DE 197 49 506 C1 bekannt, während des Betriebes einer Feuerungsanlage Zeitpunkte konstanter Brennstoffdurchflüsse abzuwarten, um dann mittels der Variation der Luftzufuhr die Kennlinie des Brenners derart zu optimieren, daß die minimal notwendige Luftzufuhr anhand des Auftretens von beispielsweise Rauchgas im Abgas festgelegt wird.

Diese bekannten Verfahren erlauben jedoch die Festlegung von Kennlinien von Brennern nur bei ganz bestimmten Brennstoff-durchflüssen, da die optimale Verbrennungsluftzufuhr in einem nichtlinearen Zusammenhang zu dem entsprechenden Brennstoffdurchfluß steht. Je nach Brennerkonstruktion, Art des Brennstoffes, Auslegung der Heizungsanlage bzw. der Feuerungsanlage ergeben sich unterschiedliche Luft-, Brennstoffverhältnisse bei einzelnen Leistungsstufen bzw. Leistungswerten des Brenners.

Die bekannten Verfahren zur Einstellung der entsprechenden Kennlinien haben den Nachteil, daß durch die sukzessive Festlegung der einzelnen Punkte die Einstellung derartiger Kennlinien äußerst langwierig und kostenintensiv ist, während die werksseitige Voreinstellung solcher Kennlinien meist beim konkreten Einsatz der Feuerungsanlage zu nicht optimalen Verbrennungsverhältnissen bzw. Abgaswerten führt. Auch hier ist der Betreiber bzw. der Installateur der Heizungsanlage genötigt, sukzessive die Kennlinien des Brenners einzeln, d.h. punktweise zu optimieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zur Einstellung von Kennlinien von Brennern derart zu verbessern, daß die entsprechenden Kennlinien schnell und kostengünstig festgelegt werden können.

Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben und beansprucht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung von Luft- bzw. Brennstoffkennlinien oder anderen Kennlinien von Stellgliedern von Brennern gliedert sich in folgende Schritte:

Zunächst wird die Leistung des Brenners ausgehend von einem ersten Leistungswert mit einem ersten Luftwert, einem ersten Brennstoffwert und ggf. einem ersten Hilfswert verändert, wobei durch die Änderung der Leistung der Luftdurchfluß und/oder der Brennstoffdurchfluß und/oder Hilfsantriebe in jeweils erste Richtungen verändert werden. Diese jeweils erste Richtungen entsprechen einem Verfahren des gesamten Verbundes (aller Einstellglieder) längs grob definierter Kennlinien (Kurvenpunkten), bis sich die Abgaswerte bei einem nächsten Leistungswert verändern. Als unabhängiger Parameter dient hierbei lediglich die Leistungsverstellung, während die einzelnen Luft-/Brennstoff- und/oder Hilfswerte anhand der ersten Richtungen automatisch verändert werden. Der Installateur verändert also nicht sukzessive die einzelnen Werte iterativ sondern nur die entsprechende Leistung des Brenners.

Im Anschluß daran wird bei diesem nächsten Leistungswert der entsprechende Luftdurchfluß bzw. der entsprechende Brennstoffdurchfluß oder andere Werte für Hilfsantriebe derart verändert, daß sich wieder definierte Abgaswerte einstellen, d.h. daß die entsprechenden Luft-bzw. Brennstoffwerte bei diesem Leistungswert so verändert werden, daß sich ein nächster Luftwert und ein nächster Brennstoffwert einstellen, bei welchem sich wieder definierte Abgaswerte ergeben.

Im Anschluß daran werden bei erneuter Verstellung der Leistung des Brenners der Luftdurchfluß und der Brennstoffdurchfluß und ggf. die Werte für weitere Hilfsantriebe nicht mehr (automatisch) in der ersten Richtung verändert, sondern (automatisch) in einer entsprechenden anderen, d.h. nächsten Richtung, die die Ergebnisse dieser und mindestens einer weiteren, bsp. vorherigen Abgasmessung berücksichtigt. Diese drei Schritte werden dann sukzessive wiederholt, bis ein Leistungs-Endwert, bsp. der max. Leistungswert, d.h. die Nennleistung des Brenners erreicht ist.

Bsp. wird die Zündposition des Brenners für den ersten Kurvenpunkt verwendet, solange kein anderer Wert bsp. für eine Kleinlast bekannt ist. Als Leistungswert wird provisorisch der Brennstoffwert verwendet, der durch die Zündposition definiert ist. Dieser Punkt kann zunächst auch als Kleinlastpunkt verwendet werden. Als ersten Leistungswert empfiehlt es sich aber auch die minimale Last (Kleinlast) des Brenners zu verwenden, falls dieser bekannt ist, wobei dann der Luftdurchfluß und der Brennstoffdurchfluß und ggf. weitere Hilfsantriebe zu Beginn der Einstellung linear in Richtung maximaler Werte (maximalen Luft- bzw. Brennstofdurchflusses) bei maximaler Brennerleistung verändert werden, wenn die Leistung entsprechend erhöht wird. In einem entsprechenden Leistungs-, Luft-, Brennstoffdiagramm wird also bei Leistungserhöhung der Luft- bzw. Brennstoffdurchfluß längs einer Geraden linear erhöht, die ausgehend von den ersten, beispielsweise minimalen Luft- bzw. Brennstoffwerten oder ausgehend von den Werten der Zündposition durch entsprechend maximale Luft- bzw. Brennstoffwerte führt (Öffnungswinkel der Stellglieder 90°; Leistung bei 100%). Ausgehend vom ersten Kurvenpunkt wird also der Leistungswert erhöht (Erhöhung des Luft- bzw. Brennstoffdurchflusses), bis sich die Abgaswerte verändern. An dieser Stelle (Zwischenpunkte) werden neue Werte für den Brennstoff, die Luft oder auch Hilfswerte eingestellt und abgespeichert.

Nach der Ermittlung der nächsten Luft- bzw. Brennstoffwerte wird der Luft- bzw. Brennstoffdurchfluß bei Leistungsveränderung dann längs einer anderen Richtung verändert, die sich beispielsweise durch die Extrapolation einer Geraden ergibt, die durch die jeweils letztdefinierten Luft- bzw. Brennstoffwerte führt. Diese Gerade verläuft dann meist nicht mehr durch den vorher angenommenen Endpunkt, d.h. den Schnittpunkt von maximaler Leistung bei maximalem Brennstoff- und Luftdurchfluß, sondern längs einer anderen Geraden.

Es ist jedoch auch möglich, daß nach der Ermittlung des nächsten Luftwerts und/oder des nächsten Brennstoffwerts bzw. nächster Hilfswerte der Luftdurchfluß und/oder der Brennstoffdurchfluß bzw. entsprechende Hilfsantriebe jeweils längs einer Richtung zu maximalen oder minimalen Luft- und Brennstoffdurchflüsse bzw. maximalen oder minimalen Stellwerte der Hilfsantriebe bei maximaler oder minimaler Brennerleistung verändert werden, je nach dem, ob die Einstellung, d.h. die Veränderung der Leistung in Richtung größerer oder kleinerer Leistungswerte vorgenommen wird. Dabei dienen die ermittelten jeweils letzten Werte zur Festlegung der Kennlinien zwischen diesen und vorangegangenen, bereits festgelegten Werten.

Bei dem Verfahren zur Einstellung der Luft-bzw. Brennstoffkennlinie von Brennern können zusätzliche Kennlinien gleichermaßen festgelegt werden. Dies können beispielsweise Hilfsantriebe sein, Zusatzpumpen oder weitere Einstellglieder für die optimale Einstellung des Brenners. Sämtliche Parameter, d.h. Einstellmöglichkeiten können gleichzeitig beim Anfahren eines jeden (d.h. neuen) Leistungswertes ermittelt werden. Für die Festlegung entsprechender Leistungswerte, an welchen die Luft- Brennstoff- oder andere Werte neu eingestellt werden, um auch die neue Richtung des zukünftigen Kennlinienverlaufs festzulegen, kann folgendes Kriterium herangezogen werden.

Es ist möglich, zulässige Intervalle unterschiedlicher Verbrennungswerte als definierte Abgaswerte zu verwenden, so daß das Über- und/oder Unterschreiten eines oder mehrerer Intervallgrenzen unterschiedlicher Verbrennungswerte die Ermittlung eines nächsten Brennstoffwertes bzw. eines nächsten Luftwertes oder anderer Werte auslöst.

Die Luftkennlinic bzw. Brennstoffkennlinie oder andere Kennlinien ergibt sich dann durch das sukzessive Aneinanderfügen der einzelnen Strecken zwischen den vorher festgelegten Luft-bzw. Brennstoffwerten. Diese Einstellung der Kennlinie erfolgt vor der ersten Inbetriebnahme oder auch bei Wartungsarbeiten zur Optimierung des Brenners. Auch wenn ein Teil des Brenners oder die Brennerapparatur selbst ausgewechselt wird, lassen sich die entsprechenden Kennlinien anhand des erfindungsgemäß geschilderten Verfahrens schnell und einfach erneut festlegen, ohne daß werksseitig Eingriffe an der entsprechenden Steuerung bzw. Regelungsanlage vorgenommen werden müssen.

Nach der ersten Einstellung der Kennlinie des Brenners bzw. der einzelnen Brennstoff- oder Luftkennlinien können die zulässigen Intervalle der unterschiedlichen Verbrennungswerte verkleinert bzw. verringert werden, so daß sich strengere Anforderungen an den Verlauf der Kennlinien ergeben. Durch erneutes "Optimieren" der Kennlinie, d.h. durch erneutes Durchfahren der einzelnen Leistungsbereiche des Brenners ergeben sich durch das Über- bzw. Unterschreiten der nun kleineren Intervalle erneute "Optimierungspunkte", d.h. Leistungswerte des Brenners, an welchen die einzelnen Luft-, Brennstoff- oder anderen Werte derart optimiert, d.h. neueingestellt werden, daß sich die Abgaswerte wieder innerhalb der nun verkleinerten Intervalle befinden.

Dadurch läßt sich der Brenner durch das sukzessive Aneinanderreihen einzelner gerader Stücke beliebig genau optimieren.

Zu diesem Zweck ist es nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, bereits eingestellte Leistungswerte entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt anzufahren, um neue Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte derart zu ermitteln, daß sich wieder definierte Abgaswerte einstellen. Die neuen Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte dienen dann zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien.

Es ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls möglich, daß bestimmte Leistungswerte entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt angefahren werden, und daß anhand der Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte bei diesem Leistungswert oder mittels einer Leistungsmessung ein neuer Leistungswert (P_i*) bestimmt und zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien herangezogen wird, falls sich herausstellt, daß der ursprünglich definierte Leistungswert nicht stimmte.

Auch ist die Kombination beider o.a. Verfahren möglich, wobei bestimmte Leistungswerte entlang bereits eingestellter Kennlinien gezielt angefahren werden, neue Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte derart ermittelt werden, daß sich wieder definierte Abgaswerte einstellen, und wobei diese neuen Luftwerte und/oder Brennstoffwerte bzw. Hilfswerte bei diesem Leistungswert oder mittels einer Leistungsmessung zur Bestimmung eines neuen Leistungswerts und zur Justierung oder neuen Festlegung der Kennlinien herangezogen werden.

Die entsprechenden Antriebe für Luft-, Brennstoff- oder Hilfsstellglieder werden mittels einer vorbestimmten Rampengeschwindigkeit verändert. Die Rampengeschwindigkeit ist dabei die maximale Geschwindigkeit zur Veränderung der Stellglieder und liegt bevorzugt zwischen 30 und 120 Sekunden für eine Verstellung von 90°. Je nach "Steigung" der einzelnen Kennlinien, bzw. Kennlinienabschnitte zwischen zwei Werten für Luft, Brennstoff oder Hilfsantrieb werden die Stellglieder derart mit einer individuellen Rampengeschwindigkeit verändert, daß die Durchflüsse den Kennlinien, d.h. der Kennliniensteilheit folgen. Bei einer Leistungsänderung von bsp. 5%, einem Luftkennlinienabschnitt zwischen 30° und 40°, einem Brennstoffkennlinienabschnitt zwischen 25° und 30° und einer eingestellten Rampengeschwindigkeit von 30s/90° wird der Luftantrieb mit voller und der Brennstoffantrieb mit halber Rampengeschwindigkeit verstellt. Die dafür benötigte Zeit beträgt dann 3,33s. Dadurch wird der gesamte Verbund während einer Leistungsverstellung entlang den Kennlinien verfahren, ohne daß es zu zwischenzeitlichen Abweichungen von den Kennlinien, schlechterer Verbrennung und damit höheren Schadstoffausstößen kommt.

Darüber hinaus ist es möglich, die einzelnen gefundenen "Stützpunkte", d.h. die entsprechenden Luft- oder auch Brennstoffwerte bei den einzelnen Leistungswerten durch Funktionen 2., 3. oder höheren Grades zu verbinden, in dem drei, vier oder mehr Punkte der jeweiligen Kennlinie herangezogen werden, um die entsprechende Funktion zu bestimmen. Je nach Interpolationsalgorithmus lassen sich dabei bestimmte Anforderungen an die Genauigkeit der einzelnen Kennlinien erfüllen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

die schematische Darstellung einer Feuerungsanlage,

Figur 2

die Darstellung des ersten Schrittes zur Einstellung dreier Kennlinien,

Figur 3

die Darstellung des zweiten Schrittes zur Einstellung dreier Kennlinien,

Figur 4

die endgültige Darstellung dreier Kennlinien des Brenners, und

Figur 5

eine alternative Kennlinieneinstellung.

Figur 1 zeigt schematisch die Darstellung eines Brenners 1, dem Brennstoff 3 und Luft 2 zugeführt wird. Für die Regelung der Luftzufuhr bzw. der Brennstoffzufuhr ist ein Brennerregler 7 vorgesehen, der auf entsprechende Brennstoffstellglieder 4 bzw. Luftstellglieder 5 einwirkt. Zur Regelung der Luftzufuhr bzw. der Brennstoffzufuhr erhält der Brennerregler 7 Signale von einer Abgassonde 6, die eine Vielzahl von Abgas- bzw. Verbrennungswerten der Abgase 8 an den Brennerregler 7 schickt. Um für jede Leistungsstufe bzw. Leistungswert Pl..n des Brenners 1 entsprechende Luftwerte A_i und Brennstoffwerte F_i zu erhalten, die dann dem Brennerregler 7 zur optimalen Einstellung des Verbrennungsvorganges dienen, dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Kennlinien.

Eine bevorzugte Vorgehensweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren 2 bis 4 nachfolgend erläutert:

Nach der Einstellung entsprechender Sonderpositionen der Stellglieder 4 bzw. 5 oder weiterer Hilfsantriebe für die entsprechenden Kennlinien 2, 3, H des Brenners wird zunächst die Einstellung der Zündpositionen Z der einzelnen Kennlinien vorgenommen. Wie in Figur 2 gezeigt, ergeben sich drei unterschiedliche Positionen für den Brennstoff, die Luft und eines evtl. vorgesehenen Hilfsantriebs.

Nach erfolgter Einstellung der Zündpositionen Z wird der Brenner 1 nach Inbetriebsetzung auf den ersten Leistungswert P₁ gefahren, der beispielsweise die Kleinlastposition darstellt, falls dieser bekannt ist. Andernfalls wird die Zündposition herangezogen, wobei als Leistungswert der erste Brennstoffwert verwendet wird. Dabei ergeben sich ein Luftwert A₁, ein Brennstoffwert F₁ und ein Wert für den Hilfsantrieb, nachfolgend Hilfswert H₁ genannt. Falls dieser erste Leistungswert als Kleinlastposition nicht vorher schon explizit eingegeben worden ist, übernimmt das Steuergerät, d.h. der Brennerregler 7 zunächst die für die Zündung eingegebenen Positionen Z auch für die erste Leistungsposition, d.h. den ersten Leistungswert P₁.

Danach beginnt die eigentliche Einstellung der Kurven des Brenners. Eingestellt werden soll die Kennlinie des Brenntoffs 3, die Kennlinie der Luft 2 und eine Hilfskennlinie H. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verstellt der Betreiber zur Einstellung der Kennlinien des Brenners inkremental die Leistungswerte. Ausgangspunkt ist dabei der o.g. erste Leistungswert P₁, wie beispielsweise der Kleinlastpunkt. Von diesem aus wird im Handbetrieb oder auch im Automatikbetrieb der Brenner 1 in Richtung größerer Leistung gefahren, wobei für diese erste Richtung die einzelnen Werte wie Brennstoff oder Luft längs solcher Geraden verändert werden, die jeweils durch die erstgenannten Punkte und durch den Maximalpunkt bei Maximalleistung und maximaler Verstellung der Stellglieder 4 bzw. 5 (in Figur 2 als 90° dargestellt) bewegt werden; die Brennstoff-, Luft-, oder auch Hilfswerte werden also entlang inter-/ oder extrapolierter Geraden verfahren. Dieser Hilfspunkt X dient also zunächst als Orientierungshilfe für die Richtung der einzelnen Kennlinien ausgehend von dem ersten Luftwert A₁, Brennstoffwert F₁ und Hilfswert H₁. Diese erste Richtung ist in Figur 2 für die Hilfsantriebskurve H als R₁ bezeichnet.

In Figur 3 ist ein zweiter Leistungswert P₂ dargestellt, bei welchem die Verbrennungswerte, d.h. die zuvor definierten Abgaswerte nicht mehr erreicht werden bzw. sich derart verändern, daß sie nicht mehr innerhalb festvorgegebener Intervalle liegen. An diesem Leistungswert P₂ werden nun neue Luft-, Brennstoff- und Hilfswerte festgelegt, die wieder zu dem definierten Abgaswert führen. Nach der Neueinstellung des entsprechenden Luftwertes A₂, Brennstoffwertes F₂ und Hilfswertes H₂ ergeben sich jeweils neue Richtungen R₂ für die Kennlinie der Luft 3, die Kennlinie des Brennstoffes 2 und die Hilfskennlinie H. Diese neue Richtung R₂ ergibt sich durch die Extrapolation der entsprechenden Geraden durch die jeweils zwei letztdefinierten Punkte A₁, A₂ bzw. F₁, F₂ oder auch H₁, H₂.

Auf diese Weise gelangt der Installateur der Heizungsanlage, der Betreiber des Brenners oder auch der Wartungsdienst bis zu dem Punkt an dem der Brenner seine maximale Leistung, d.h. seine Nennleistung P_max erreicht hat.

Wie in Figur 4 dargestellt, ergeben sich damit Kennlinien, die sich durch das sukzessive Aneinanderfügen von einzelnen geraden Teilen ergeben, wobei die unterschiedlichen Richtungen als R₁, R₂ bzw. R₄ dargestellt sind.

Nach Festlegung der einzelnen Kennlinien des Brenners anhand des erfindungsgemäßen Verfahren und wie in Figur 4 dargestellt, ist es nun erfahrungsgemäß möglich, beispielsweise ausgehend von Luftwert A₅, rückwärts entlang der definierten Kennlinie zu fahren, um den Brenner weiter fein einzustellen. Dieses "von oben nach unten" Fahren ermöglicht die Feinjustierung durch die Vorsehung kleinerer Intervallgrenzen der Verbrennungswerte. Dabei können jedoch auch gezielt einzelne Leistungswerte innerhalb (beispielsweise mittig) der zuvor definierten Werte angefahren werden, um so die Kennlinien weiter zu optimieren.

Zur Definition der einzelnen Stützpunkte der Kennlinien eignet sich die entsprechende Leistungsangabe, d.h. der Leistungswert sowie die Positionsangabe des benutzten Stellantriebes, wie beispielsweise der Brennstoffantrieb 4 oder der Luftantrieb 5.

Figur 5 zeigt eine alternative Kennlinieneinstellung, wobei nach der Ermittlung des nächsten Luftwerts A_i+1 und/oder des nächsten Brennstoffwerts F_i+1 bzw. nächster Hilfswerte H_i+1 der Luftdurchfluß und/oder der Brennstoffdurchfluß bzw. entsprechende Hilfsantriebe jeweils längs einer Richtung R_x, R₀ maximaler oder minimaler Luft- und Brennstoffdurchflüsse bzw. maximaler oder minimaler Stellwerte der Hilfsantriebe bei maximaler oder minimaler Brennerleistung P_max, P₀ verändert werden. Dabei dient bsp. der dritte Luftwert A₃ zur Einstellung der Luftkennlinie zwischen dem zweiten Luftwert A₂ und dem dritten Luftwert A₃, während in Richtung größerer Leistung der Luftdurchfluß entlang einer Geraden verändert wird, die zwischen dem dritten Luftwert A₃ und dem Hilfswert X festgelegt wird.