AT413440B - Process for controlling a gas burner, especially in a heating system with a fan, uses an electronic control device that at initial start-up with a first ignition - Google Patents
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Abstract
Description
22
AT 413 440 BAT 413 440 B
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anpassung der Brenngas-Luft-Verhältnisses an die Gasart bei einem Gasbrenner vorzugsweise bei einem Heizgerät.The invention relates to a method for adjusting the fuel gas-air ratio to the gas in a gas burner, preferably in a heater.
Bei elektronischen Gas-Luftverbund-Sytemen ist es gemäß dem Stand der Technik üblich, bei 5 der Umstellung von der 2. zur 3. Gasfamilien, also von Erdgas auf Flüssiggas oder umgekehrt, zusätzlich zum Düsenwechsel einige in der Geräteelektronik hinterlegten Parameter manuell umzuprogrammieren.In the case of electronic gas / air composite systems, according to the state of the art, it is customary to manually reprogram some parameters stored in the device electronics in addition to the nozzle change when switching from the 2nd to the 3rd gas families, ie from natural gas to liquefied petroleum gas or vice versa.
Bei Gasbrennern wird ein bestimmtes Brenngas-Luft-Verhältnis benötigt. In der Praxis werden io Gasbrenner für Heizungsanlagen mit etwa 20 bis 40 % Luftüberschuss betrieben. Bei nahstöchiometrischer und unterstöchiometrischer Verbrennung verbleiben erhebliche Mengen Kohlenmonoxid, das stets bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasserdampf als Zwischenprodukt entsteht, im Abgas. Da dies den Wirkungsgrad negativ beeinflußt und vor allem, da Kohlenmonoxid giftig ist, müssen hohe Kohlenmonoxidemissionen 15 vermieden werden.Gas burners require a certain fuel gas to air ratio. In practice, gas burners for heating systems are operated with about 20 to 40% excess air. In the case of near-stoichiometric and substoichiometric combustion, considerable amounts of carbon monoxide, which always forms during the combustion of hydrocarbons to give carbon dioxide and water vapor as an intermediate, remain in the exhaust gas. Since this adversely affects the efficiency and especially since carbon monoxide is toxic, high carbon monoxide emissions 15 must be avoided.
Reduziert man den Luftüberschuss bei der Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches ausgehend von etwa 30 % Luftüberschuß, so steigen unterhalb eines Luftüberschusses von ca. 10% die Kohlenmonoxidemissionen sehr deutlich an. Der Fachmann erkennt hieraus, dass der 20 Brenner mit zu wenig Luftüberschuss betrieben wird.Reducing the excess air in the combustion of a fuel gas-air mixture, starting from about 30% excess air, so rise below an excess of air of about 10%, the carbon monoxide emissions very clearly. The expert recognizes from this that the burner is operated with too little excess air.
Bei modernen, modulierenden Heizgeräten wird der Verbrennungsluftvolumenstrom durch die Förderleistung eines modulierbaren Gebläses variabel eingestellt. Die Brenngasmenge wird entweder über einen Brenngas-Luft-Verbund, z.B. mittels einer Gasarmatur, bei der mittels 25 einer Membran der Brenngasvolumenstrom dem Luftvolumenstrom angepaßt wird, oder über ein regelbares Gasventil eingestellt.In modern modulating heaters, the combustion air volume flow is variably adjusted by the delivery rate of a modulated blower. The amount of fuel gas is supplied either via a fuel gas-air composite, e.g. by means of a gas fitting in which by means of a membrane of the fuel gas volume flow is adapted to the air flow, or adjusted via an adjustable gas valve.
Der Brenngasmassenstrom durch eine Düse wird durch den Düsenquerschnitt Q, den Druck vor der Düse (Brenngasdruck Perenngas) und dahinter, den Düsenausflußfaktor ψ, die Dichte p und 30 den Isentropenexponenten κ des Brenngases bestimmt. m = ^^Pßrenngas^Brenngas iß™ -/?(K+1)/K) 35 ß — PhinterDOse P vor DüseThe fuel gas mass flow through a nozzle is determined by the nozzle cross-section Q, the pressure in front of the nozzle (gas pressure Perenngas) and behind, the Düsenausflußfaktor ψ, the density p and 30 isentropic exponent κ of the fuel gas. m = ^^ Pßrenngas ^ fuel gas iß ™ - /? (K + 1) / K) 35 ß - PhinterDOse P before nozzle
Heizgeräte werden mit Erdgas mit einem Druck von maximal 20 * 105 Pa betrieben; bei Flüssig-40 gas sind es 50 * 105 Pa.Heaters are operated with natural gas at a maximum pressure of 20 * 105 Pa; for liquid-40 gas it is 50 * 105 Pa.
Tabelle 1: Unterschiede Methan zu PropanTable 1: Differences between methane and propane
Heizwert Dichte Mindestluft bedarf Vol.str. Brenngas pro kW Vol.str.Luft pro kW Hu P Imin dVL/dt dVß/dt kWh/m3 kg/m3 m3L/m3B m3/h m3/h Methan CH4 9,968 0,7175 9,52 0,1003 0,9551 Propan C3H8 25,893 2,0110 23,80 0,0386 0,9192Calorific value Density Minimum air requirement Vol.str. Fuel gas per kW Air flow per kW Hu P Imin dVL / dt dVf / dt kWh / m3 kg / m3 m3L / m3B m3 / h m3 / h Methane CH4 9,968 0,7175 9,52 0,1003 0,9551 Propane C3H8 25.893 2.0110 23.80 0.0386 0.9192
Erdgas besteht im Wesentlichen aus Methan. Propan ist ein typisches Flüssiggas. Aus Tabelle 55 1 wird deutlich, dass ein Heizgerät nicht ohne Änderungen von Erdgas auf Flüssiggas oder 3Natural gas consists mainly of methane. Propane is a typical LPG. It can be seen from Table 55 1 that a heater can not be switched to liquefied gas without changing natural gas
AT 413 440 B umgekehrt umgestellt werden kann. Zwar wird pro Belastungseinheit etwa die gleiche Menge Luft benötigt, doch unterscheiden sich die notwendigen Brenngasströme erheblich.AT 413 440 B can be reversed. Although approximately the same amount of air is required per load unit, the necessary fuel gas flows differ considerably.
Daher wird in der Praxis bei der Verwendung von Flüssiggas zusätzlich eine drosselnde Blende 5 in den Gasweg eingebaut, um den Brenngasstrom entsprechend zu reduzieren. Da jedoch aus oben genannten Gründen das Ausströmverhalten verschiedener Gase unterschiedlich ist, kann mittels einer Düse lediglich in einem Betriebspunkt das Brenngas-Luft-Verhältnis angepaßt werden. Für den Modulationsbereich, also den Bereich von Minimal- bis Maximallast muss zusätzlich das Verhältnis angepaßt werden. 10Therefore, in practice, when using LPG, a throttling orifice 5 is additionally installed in the gas path to correspondingly reduce the fuel gas flow. However, because of the reasons mentioned above, the outflow behavior of different gases is different, by means of a nozzle, the fuel gas-air ratio can be adjusted only in one operating point. For the modulation range, ie the range from minimum to maximum load, the ratio must also be adjusted. 10
Gemäß dem Stand der Technik muss bei der Umrüstung von Erdgas auf Flüssiggas die Drossel eingesetzt werden und zusätzlich müssen in der Elektronik Parameter umprogrammiert werden. Vergißt der Heizungsinstallateur die Umprogrammierung, so kann es zu Betriebsstörungen kommen, zumindest ist mit einer unhygienischen Verbrennung zu rechnen. 15According to the state of the art, when converting from natural gas to liquefied petroleum gas, the throttle must be used and, in addition, parameters must be reprogrammed in the electronics. If the heating engineer forgets the reprogramming, this can lead to malfunctions, at least, unhygienic combustion is to be expected. 15
Aus der DE 30 10 147 A1 ist bekannt, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis mittels einer nicht weiter dargestellten Abgas-Meßeinrichtung eingestellt werden kann. Bei einem aus der DE 35 26 384 A1 bekannten Verfahren wird mittels einer Kombination eines Sauerstoffsensors und eines Kohlenmonoxid-Sensor bei der Inbetriebnahme einer verbrennungstechnischen 20 Anlage individuell die Sauerstoffmenge an die Brennstoffmenge angepasst. Gleichzeitig werden der Sauerstoff- und Kohlenmonoxidgehalt im Abgas gemessen. Bei konstantem Luftstrom wird die Brennstoffmenge solange erhöht, bis der CO-Gehalt signifikant ansteigt. Der dann gemessene Sauerstoffüberschuss bildet den individuellen Grenzwert der Anlage bezüglich einer saueren Verbrennung. 25From DE 30 10 147 A1 it is known that the fuel-air ratio can be adjusted by means of an exhaust gas measuring device, not shown. In a method known from DE 35 26 384 A1, by means of a combination of an oxygen sensor and a carbon monoxide sensor during commissioning of a combustion plant, the oxygen quantity is adapted individually to the fuel quantity. At the same time, the oxygen and carbon monoxide levels in the exhaust gas are measured. At constant air flow, the fuel quantity is increased until the CO content increases significantly. The oxygen surplus then measured forms the individual limit value of the plant with regard to acid combustion. 25
Bei einem aus der DE 101 45 592 C1 bekannten Verfahren zur Einstellung des Brenngas-Luft-Verhältnisses wird im Abgas einer verbrennungstechnischen Anlage der Sauerstoffüberschuss gemessen. Das so gemessene Signal verändert sich bei einer unvollständigen Verbrennung nur geringfügig, so dass das Signal sehr exakt ausgewertet werden muss. Dem gegenüber steigen 30 hierbei die Kohlenmonoxidemissionen sprunghaft an, was jedoch bei aus der DE 101 45 592 C1 bekannten Verfahren nicht genutzt werden kann.In one known from DE 101 45 592 C1 method for adjusting the fuel gas-air ratio, the oxygen excess is measured in the exhaust gas of a combustion plant. The signal measured in this way changes only slightly with incomplete combustion, so that the signal must be evaluated very precisely. On the other hand, the carbon monoxide emissions increase abruptly, which however can not be used in processes known from DE 101 45 592 C1.
Ziel der Erfindung ist daher, auf den manuellen Vorgang der Umprogrammierung verzichten zu können und dennoch eine hygienische Verbrennung zu garantieren. 35The aim of the invention is therefore to be able to dispense with the manual process of reprogramming and still guarantee a hygienic combustion. 35
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren zur Anpassung der Brenngas-Luft-Verhältnisses an die Gasart bei einem Gasbrenner gemäß den Merkmalen des Anpruchs 1 dadurch erreicht, dass bei mindestens einer vorgegebenen Stellung der Mittel zur Einstellung des Verbrennungsluftvolumenstroms, zum Beispiel einer vorgegebenen Gebläsedrehzahl, und 40 der Mittel zur Einstellung des Brenngasvolumenstroms, zum Beispiel ein bestimmter Öffnungshub einer Gasarmatur, eine Messung einer bestimmten Gaskonzentration im Abgasweg des Gasbrenners, zum Beispiel Sauerstoff oder Kohlenmonoxid, vorgenommen wird und das Meßergebnis mit mindestens einem Referenzwert oder mindestens einem weiteren Meßwert verglichen wird. Die Regelung stellt - basierend auf den Meßergebnissen - das Verhältnis des Brenn-45 gasvolumenstroms zu dem Verbrennungsluftvolumenstrom entsprechend ein.According to the invention this is achieved in a method for adjusting the fuel gas-air ratio to the gas in a gas burner according to the features of Anpruchs 1 characterized in that at least one predetermined position of the means for adjusting the combustion air volume flow, for example, a predetermined fan speed, and 40th the means for adjusting the fuel gas volume flow, for example a certain opening stroke of a gas fitting, a measurement of a specific gas concentration in the exhaust path of the gas burner, for example oxygen or carbon monoxide, is performed and the measurement result is compared with at least one reference value or at least one further measured value. The control adjusts - based on the measurement results - the ratio of the combustion gas flow rate 45 to the combustion air flow rate accordingly.
Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 2 kommt im Abgasweg ein Kohlenmonoxid sensibler Sensor zum Einsatz, um ein besonders einfach auswertbares Signal zu erhalten. Während ein Sauerstoffsensor bei nahstöchiometrsicher Verbrennung ein lineares Signal mißt, so kann ein CO-Sensor ein exponentielles Signal messen.According to the features of the dependent claim 2, a carbon monoxide-sensitive sensor is used in the exhaust path in order to obtain a particularly easily evaluable signal. While an oxygen sensor measures a linear signal in near-stoichiometric combustion, a CO sensor can measure an exponential signal.
Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 3 wird beim Betrieb mit Flüssiggas eine entsprechende Drossel eingesetzt, um den Brenngasstrom zu drosseln. 55 Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 4 wird das Verfahren nach dem Betätigen 4According to the features of the dependent claim 3, a corresponding throttle is used during operation with LPG to throttle the fuel gas flow. According to the features of the dependent claim 4, the method after pressing 4
AT 413 440 B des elektrischen Hauptschalters durchgeführt. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Erstinbetriebnahme, jedoch auch bei Wartungen mit möglichem Düsenwechsei, eine automatische Anpassung erfolgt. 5 Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert.AT 413 440 B of the main electrical switch. This ensures that an automatic adjustment takes place during initial commissioning, but also during maintenance with possible Düsenwechsei. The invention will now be explained in detail with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt ein Heizgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 charakteristische Kennlinien für die Einstellung des Brenngas-Luft-Verhältnisses io Fig. 1 zeigt ein Heizgerät 1 mit einer Regeleinheit 3, einer elektrisch angesteuerten Gasarmatur 9 mit Schrittmotor 8, einem elektronisch angesteuerten Gebläse 7, einem Brenner 4, einem Wärmeaustauscher 10, und einer Abgasführung 11, in der sich ein CO-Sensor 2 befindet.FIG. 1 shows a heating device for carrying out the method according to the invention and FIG. 2 shows characteristic curves for setting the fuel gas / air ratio. FIG. 1 shows a heater 1 with a control unit 3, an electrically controlled gas fitting 9 with stepping motor 8, electronically controlled fan 7, a burner 4, a heat exchanger 10, and an exhaust gas guide 11, in which a CO sensor 2 is located.
Ein elektronisches Gas-Luft-Verbund System besteht aus einem elektronisch angesteuerten 15 Gebläse 7, einer elektrisch angesteuerten Gasarmatur 9 z.B. mit Schrittmotor 8, einer Regeleinheit 3, sowie einem CO-Sensor 2. Optional befindet sich am Ausgang der Gasarmatur 9 in Richtung Gebläse 7 eine zusätzliche Drossel 16, die bei der Verwendung von Flüssiggas eingesetzt wird. Vor dem Gebläse 7 werden Brenngas und Luft vermischt und dem Brenner 4 zugeführt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden an einem Wärmeaustau-20 scher 10 abgekühlt und anschließen über die Abgasführung 11 aus dem Heizgeräte 1 in die Umgebung geführt. Für eine saubere Verbrennung ist es erforderlich, das Brenngas-Luft-Gemisch in vorgegebenen Grenzen zu halten. Das Gemisch wird bestimmt durch die Drehzahl des Gebläse 7 im Verhält-25 nis zur Schrittzahl des Motors 8 an der Gasarmatur 9. Dieses wird als Kennlinie in der Regelelektronik 3 hinterlegt. Diesen Zusammenhang zeigt Fig. 2.An electronic gas-air-composite system consists of an electronically controlled fan 15, an electrically controlled gas fitting 9, e.g. with stepper motor 8, a control unit 3, and a CO sensor 2. Optionally located at the outlet of the gas valve 9 in the direction of blower 7, an additional throttle 16, which is used in the use of LPG. In front of the fan 7, fuel gas and air are mixed and fed to the burner 4. The resulting during combustion exhaust gases are cooled at a heat exchanger 20 shear 10 and connected via the exhaust duct 11 out of the heater 1 in the area. For a clean combustion, it is necessary to keep the fuel gas-air mixture within predetermined limits. The mixture is determined by the speed of the fan 7 in the ratio 25 to the number of steps of the motor 8 at the gas fitting 9. This is stored as a characteristic in the control electronics 3. This relationship is shown in FIG. 2.
Fig. 2 zeigt eine Kennlinie für Flüssiggas 12 unter Verwendung der zusätzlichen Drossel 15 und eine Kennlinie für Erdgas 13. 30Fig. 2 shows a characteristic for LPG 12 using the additional throttle 15 and a characteristic curve for natural gas 13. 30
Im Vergleich zwischen Erdgasen und Flüssiggasen sind bei gleicher Geräteleistung die Gasvolumenströme um den Faktor 2,6 unterschiedlich. Deshalb wird in den Gaseingang 14 oder -ausgang 15 der Gasarmatur 9 ein Drosselelement 16 eingebaut. Damit wird erreicht, dass bei maximaler Geräteleistung die Schrittzahl des Motors der Gasarmatur trotz niedriger Volumen-35 ströme die gleiche ist wie beim Erdgasbetrieb. Über die Modulationsbandbreite unterscheidet sich die Flüssiggaskennline 12 jedoch von der Erdgaskennlinie 13. Man erkennt, dass die Flüssiggaskennline 12 wesentlich flacher verläuft als die Erdgaskennline 13. Dies führt bei Systemen gemäß dem Stand der Technik dazu, dass man 40 dem Gerät "mitteilen" muss, mit welcher Gasart es betrieben wird. Diese Einstellung erfolgt meist über Tasten an der Regelelektronik 3.In comparison between natural gases and liquid gases, the gas volume flows differ by a factor of 2.6 with the same unit performance. Therefore, a throttle element 16 is installed in the gas inlet 14 or outlet 15 of the gas fitting 9. This ensures that at maximum device performance, the number of steps of the engine of the gas fitting despite low volume flows is the same as in natural gas operation. However, the liquefied petroleum gas line 12 differs from the natural gas characteristic 13 over the modulation bandwidth. It can be seen that the liquefied petroleum gas line 12 is substantially flatter than the natural gas line 13. In the case of systems according to the prior art, this means that 40 "communicate" to the device. must be with which gas type it is operated. This setting is usually via buttons on the control electronics. 3
Demgegenüber muss erfindungsgemäß lediglich oben erwähntes Drosselelement 16 eingebaut werden, die dafür sorgt, dass im Volllastpunkt unabhängig ob Erd- oder Flüssiggas das richtige 45 Mischungsverhältnis vorliegt.In contrast, according to the invention, only above-mentioned throttle element 16 must be installed, which ensures that regardless of whether natural gas or LPG is present at full load point 45 mixing ratio.
Das Heizgerät 1 wird mit Volllast in Betrieb genommen. Danach wird die Leistung reduziert, indem die Gebläsedrehzahl und die Schrittzahl des Schrittmotors 8 entsprechend der Erdgaskennlinie 13 eingestellt werden. Wird das Heizgerät 1 mit Flüssiggas bietrieben, so wird das so Brenngas-Luft-Gemisch überfettet, da das Heizgerät 1 bei Flüssiggas gemäß der Flüssiggaskennlinie 12, also das Heizgerät 1 mit weniger Öffnung der Gasarmatur 9 betrieben werden müsste. Da bei nahstöchiometrischer Verbrennung der CO-Gehalt im Abgas sprungartig ansteigt und dieser Anstieg vom CO-Sensor 2 detektiert wird, kann die Regelelektronik 3, welche das Signal des CO-Sensors 2 übermittelt bekommt, von der Erdgaskennlinie 13 auf die Flüssiges gaskennlinie 12 umschalten.The heater 1 is put into operation at full load. Thereafter, the power is reduced by adjusting the fan speed and the step number of the stepping motor 8 in accordance with the natural gas characteristic 13. If the heater 1 is operated with liquid gas, the fuel gas / air mixture is superfilled, since the heater 1 would have to be operated with liquid gas in accordance with the liquid gas characteristic 12, ie the heater 1 with less opening of the gas fitting 9. Since at near-stoichiometric combustion, the CO content in the exhaust gas increases suddenly and this increase is detected by the CO sensor 2, the control electronics 3, which receives the signal of the CO sensor 2, switch from the natural gas characteristic 13 to the liquid gas characteristic curve 12.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20130715 |