DE102012105558A1 - Method for operating firing device, involves pneumatically controlling amount of gas flow-limiting effect by differential pressure resulting from difference between gas pressure on gas valve and pressure of suction nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Feuerungseinrichtung, insbesondere auch zum Betrieb einer Feuerungseinrichtung unterhalb ihres Modulationsbereichs. Als Feuerungseinrichtung werden erfindungsgemäß insbesondere Gas-Brennwertgeräte definiert.The invention relates to a method for operating a firing device, in particular also for operating a firing device below its modulation range. As firing device according to the invention in particular gas condensing units are defined.
Der übliche Modulationsbereich eines Gas-Brennwertgeräts liegt im Bereich von 50–100% (1:5) der Wärmebelastung bzw. Nennwärmeleistung. Da der gewünschte Modulationsbereich in den letzten Jahren stetig ausgeweitet wurde, sind mittlerweile Größen von 10–100% (1:10) Wärmebelastung ebenfalls im Einsatz.The usual modulation range of a gas condensing boiler is in the range of 50-100% (1: 5) of the heat load or nominal heat output. Since the desired modulation range has been steadily expanded in recent years, sizes of 10-100% (1:10) heat load are now also in use.
Bei einem Aufbau der Feuerungseinrichtung für einen Modulationsbereich von 1:10 mit einer geometrisch festgelegten Unterdrückdüse (z. B. Venturidüse), in die das Gas an deren engsten Stelle eingeleitet wird, ist jedoch problematisch, dass der Venturidruck (Druck an der Venturiüse) von dem Modulationswert 1:10 hin zu dem Volllastwert (1:1) um das 100-fache ansteigt. Die Formel zur Berechnung des Druckunterschieds lautet
Es wurden deshalb verschiedene Anstrengungen unternommen, die Venturidüse über den Modulationsbereich in ihrer Geometrie anpassbar zu gestalten, so dass der Druckanstieg hin zur Volllast geringer ausfällt. Derartige Lösungen beschäftigen sich fast ausschließlich mit der Anpassung der Strömung im Luftbereich, teilweise wird die Gaszufuhr im Modulationsbereich angepasst.Various efforts have therefore been made to make the Venturi nozzle adaptable in geometry over the modulation range so that the pressure increase towards full load is less. Such solutions deal almost exclusively with the adaptation of the flow in the air, sometimes the gas supply is adjusted in the modulation range.
Beispielsweise offenbart die
Bei dem in der
Bei anderen Lösungsansätzen wird versucht, über verschiedene Einstellmechanismen die Geometrie der Venturidüse über den Modulationsbereich anpassbar zu gestalten, so dass der Druckanstieg bis zur Volllast bei einem Modulationsbereich 1:10 nicht den 100-fachen Wert des Minimaldrucks im Teillastbereich einnimmt, sondern durch Vergrößern des Strömungsquerschnitts der Venturidüse in Richtung Volllast hin hinsichtlich seines Anstiegs beschränkt ist.Other approaches attempt to adapt the geometry of the venturi over the modulation range via various adjustment mechanisms so that the pressure rise to full load does not exceed 100 times the minimum pressure in the partial load range with a 1:10 modulation range, but by increasing the flow area the Venturi nozzle is limited towards full load towards its rise.
Ein genereller Nachteil bei der Anpassung der Luftströmung liegt darin, dass der CO2-Wert des Abgases der Feuerungseinrichtung im untersten Teillastbereich (Modulationsbereich in etwa 1:6 bis 1:10) deutlich abnimmt und somit der Wirkungsgrad der Verbrennung sinkt. Ferner kommt es bei der Verwendung von Grenzgas, z. B. G231, in diesem Teillastbereich zu erheblichen Verbrennungsschwingungen, die aufgrund ihrer Geräuschentwicklung von den Verbrauchern im Haushalt nicht akzeptiert würden.A general disadvantage in the adaptation of the air flow is that the CO 2 value of the exhaust gas of the firing device in the lowest part-load range (modulation range in about 1: 6 to 1:10) decreases significantly and thus the efficiency of the combustion decreases. Furthermore, it comes with the use of limit gas, z. B. G231, in this part-load range to considerable combustion vibrations that would not be accepted by consumers in the household due to their noise.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Druckunterschied an der Venturidüse über den Modulationsbereich weniger stark ansteigt, so dass der maximale Druck bei Volllast an der Venturidüse geringer ist, ohne dass es hierbei zu einer Absenkung des CO2-Werts im Abgas der Feuerungseinrichtung im unteren Modulationsbereich kommt.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method with which the pressure difference across the Venturi nozzle increases less over the modulation range, so that the maximum pressure at full load at the Venturi nozzle is lower, without this leading to a lowering of the CO 2 values in the exhaust gas of the firing device in the lower modulation range comes.
Eine weitere Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Feuerungseinrichtung im Betrieb unterhalb ihres Modutationsbereichs, d. h. außerhalb ihres Betriebsbereichs, im Vergleich zu bisher verwendeten Feuerungseinrichtungen eine reduzierte Kohlenmonoxidmenge im Abgas erzeugt. Somit erfüllt die Feuerungseinrichtung die Voraussetzungen des unter anderem in der
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.It is another object of the present invention to provide a device with which the method according to the invention can be carried out.
Zur Lösung der obengenannten Aufgaben wird ein Verfahren zum Betrieb einer Feuerungseinrichtung bereitgestellt, wobei bei der Feuerungseinrichtung Gas von mindestens einem Gasventil in einem Gasweg zu einer Unterdruckdüse strömt, wobei in Gasströmungsrichtung vor der Unterdruckdüse ein pneumatisch steuerbares Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses vorgesehen ist, das in einem Betriebszustand der Feuerungseinrichtung unterhalb ihres Modulationsbereichs in seiner den Gasmengendurchfluss beschränkenden Wirkung pneumatisch über einen Differenzdruck gesteuert wird, der sich aus der Differenz des Gasdrucks am Gasventil (p_offset) und des Drucks der Unterdruckdüse (p_venturi) ergibt.To achieve the abovementioned objects, a method is provided for operating a firing device, wherein in the firing device gas from at least one gas valve in a gas path to a vacuum nozzle, wherein in the gas flow direction in front of the vacuum nozzle, a pneumatically controllable means for limiting the Gasmengendurchflusses is provided which is controlled in an operating condition of the firing device below its modulation range in its gas flow restricting effect pneumatically via a differential pressure resulting from the Difference between the gas pressure at the gas valve (p_offset) and the pressure of the vacuum nozzle (p_venturi).
Als Unterdruckdüse wird vorzugsweise eine Venturidüse verwendet, es kann jedoch auch eine andere Art der Unterdruckerzeugung beispielsweise in Form einer Blende eingesetzt werden. Als „Gasdruck am Gasventil” wird der Druck verstanden, der nach dem Druckregler des Gasventils anliegt, der in Fachkreisen als Offset-Druck bekannt ist. Als „Druck der Unterdruckdüse” ist der Druck definiert, der auf den Gasweg bzw. das Gasventil wirkt. Der „Betriebszustand unterhalb des Modulationsbereichs” ist definiert als der Bereich unterhalb des minimalen, zum Modulationsbereich gehörenden Teillastwerts.As a vacuum nozzle, a Venturi nozzle is preferably used, but it can also be another type of vacuum generation are used for example in the form of a diaphragm. The term "gas pressure at the gas valve" is understood to mean the pressure which is present after the pressure regulator of the gas valve, which is known in the trade as offset pressure. The term "pressure of the vacuum nozzle" defines the pressure which acts on the gas path or the gas valve. The "operating state below the modulation range" is defined as the range below the minimum partial load belonging to the modulation range.
Das pneumatisch steuerbare Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses hat auf den Gasstrom innerhalb des Modulationsbereichs der Feuerungseinrichtung keine den Durchfluss beschränkende Wirkung, sondern erst, wenn in einem absichtlich zu Prüfzwecken oder tatsächlich durch äußere Umstände eintretenden Fehlerfall ein Betriebszustand unterhalb des Modulationsbereichs erreicht wird. Dieser Zustand wird erreicht, wenn der Schlot der Feuerungseinrichtung beispielsweise durch ein Vogelnest oder absichtlich im oben beschriebenen Abschiebeversuch verschlossen wird. Um zu gewährleisten, dass in einem solchen Fehlerfall die Flamme erlischt, ohne eine übermäßige und in den Prüfnormen hinsichtlich der ppm-Werte absolut beschränkte Menge an Kohlenmonoxid zu erzeugen, und nach Erlöschen der Flamme kein unverbranntes Gas in die Venturidüse gedrückt wird, wurde bislang stets ein negativer Gasdruck am Gasventil (p_offset) von üblicherweise –10 Pa festgesetzt. Der üblicherweise verwendete Druck der Unterdruckdüse (p_venturi) am untersten Ende des Modulationsbereichs (1:10) liegt zur Gewährleistung eines ausreichenden Toleranzverhaltens im Stand der Technik üblicherweise bei –50 Pa. Der auf das pneumatisch steuerbare Mittel zur Stärkung des Gasmengendurchflusses und auf das Gasventil wirkende Differenzdruck beträgt somit 40 Pa.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Modulationsbereich der Feuerungseinrichtung mindestens 1:10 umfasst und der Gasdruck am Gasventil (p_offset) für den geringsten Modulationswert auf einen Wert größer 0 Pa vorbestimmt wird. Durch die Anhebung des Gasdrucks am Gasventil (p_offset) in einen Bereich von größer 0 Pa verringert sich, wenn man denselben Differenzdruck von 40 Pa erreichen möchte, der notwendige Druck an der Unterdrucküse (p_venturi). Bei einem bevorzugten Gasdruck am Gasventil (p_offset) für einen Modulationswert der Feuerungseinrichtung von 1:10 von +10 Pa beträgt der Druck der Unterdruckdüse (p_venturi) nur noch –30 Pa, bei einer weiter bevorzugten Ausführung mit einem Druck am Gasventil von +20 Pa beträgt der Druck an der Unterdruckdüse p_venturi nur mehr –20 Pa.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the modulation range of the firing device comprises at least 1:10 and the gas pressure at the gas valve (p_offset) for the lowest modulation value is predetermined to a value greater than 0 Pa. By raising the gas pressure at the gas valve (p_offset) to a range of greater than 0 Pa, if one wishes to reach the same differential pressure of 40 Pa, the necessary pressure at the vacuum nozzle (p_venturi) is reduced. At a preferred gas pressure at the gas valve (p_offset) for a modulation value of the firing device of 1:10 of +10 Pa, the pressure of the vacuum nozzle (p_venturi) is only -30 Pa, in a further preferred embodiment with a pressure at the gas valve of +20 Pa the pressure at the vacuum nozzle p_venturi is only more than -20 Pa.
Lag bei einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik der notwendige absolute Druck bei Volllast an der Venturidüse noch bei 5000 Pa (50 Pa × 102), kann der notwendige Druck an der Unterdruckdüse bei Volllast mit dem erfindungsgemäßen Anheben des Gasdrucks am Gasventil wertemäßig deutlich angehoben und somit absolut reduziert werden. Im Fall von einem Gasdruck am Gasventil von +10 Pa läge der maximal notwendige absolute Druck an der Unterdruckdüse bei 3000 Pa (30 Pa × 102), bei einem Wert des Gasdrucks am Gasventil von +20 Pa läge der maximale notwendige absolute Druck für Volllast an der Unterdruckdüse bei nur 2000 Pa (20 Pa × 102). Durch die Anhebung des Druckwerts am Gasventil (p_offset) hin zu positiven Werten reduziert sich der an der nachfolgenden Unterdruckdüse benötigte maximale Unterdruck, so dass die einmal festgelegte Unterdruckdüse geometrisch unverändert über den gesamten Modulationsbereich verwendet werden kann. Die notwendigen Drehzahlen des angeschlossenen Gebläses, die damit einhergehende Geräuschentwicklung und Leistungsaufnahme bleiben gering.Lag in a design according to the prior art, the necessary absolute pressure at full load on the venturi still at 5000 Pa (50 Pa × 10 2 ), the necessary pressure at the vacuum nozzle at full load with the lifting of the gas pressure according to the invention at the gas valve in terms of value significantly raised and thus be absolutely reduced. In the case of a gas pressure at the gas valve of +10 Pa, the maximum required absolute pressure at the vacuum nozzle would be 3000 Pa (30 Pa × 10 2 ), and at a gas pressure value at the gas valve +20 Pa would be the maximum absolute pressure required for full load at the vacuum nozzle at only 2000 Pa (20 Pa x 10 2 ). Increasing the pressure value at the gas valve (p_offset) to positive values reduces the maximum negative pressure required at the downstream vacuum nozzle, so that the once defined vacuum nozzle can be used geometrically unchanged over the entire modulation range. The necessary speeds of the connected fan, the associated noise and power consumption remain low.
Ferner ist bevorzugt, die Feuerungseinrichtung innerhalb ihres Modulationsbereichs vor ihrem Eintreten in den Betriebsbereich unterhalb ihres Modulationsbereichs zumindest in einem an den geringsten Modulationswert angrenzenden Teillastbereich gegenüber einem Volllastbereich mit einem fetteren Gas-Luft-Gemisch zu betreiben. Bei einem Modulationsbereich von 1:10 kann somit vorgesehen werden, dass beispielsweise im Bereich von 1:6 bis 1:10 das Gemisch angefettet wird, so dass die CO2-Kennlinie des Abgases der Feuerungseinrichtung frei wählbar ist, der Wirkungsgrad in dem Teillastbereich erhöht wird, und ein besseres Brennverhalten mit magerem Grenzgas ohne Erzeugung von Verbrennungsschwingungen erzielbar ist.Furthermore, it is preferred to operate the firing device within its modulation range before its entry into the operating range below its modulation range, at least in a partial load range adjacent to the lowest modulation value, with respect to a full-load range with a richer gas-air mixture. With a modulation range of 1:10 it can thus be provided that, for example, in the range from 1: 6 to 1:10, the mixture is enriched, so that the CO 2 characteristic of the exhaust gas of the firing device is freely selectable, the efficiency increases in the part load range is, and a better burning behavior with lean boundary gas without generating combustion oscillations can be achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet das Problem, dass der Unterdruckdüse und dem Brenner in einem Betriebszustand unterhalb des Modulationsbereichs bei positiven Werten des Gasdrucks am Gasventil (p_offset) zu viel Gas zugeführt wird, wodurch es kurz vor dem Erlöschen zu einer stark erhöhten Kohlenmonoxidkonzentration im Abgas kommen kann dadurch, dass bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten in der Unterdruckdüse der auf das Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses wirkende Differenzdruck so gering ist, dass dieses im Bereich unterhalb des Modulationsbereichs die Gaszufuhr pneumatisch gesteuert beschränkt. Hierzu ist das Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses vorzugsweise im Gasweg oder im Gasventil angeordnet, so dass ausschließlich die Gasmenge im Gasbereich der Feuerungseinrichtung beschränkt, nicht jedoch die Luftführung in irgend einer Weise beeinflusst wird.The inventive method overcomes the problem that the vacuum nozzle and the burner in an operating state below the modulation range at positive values of the Gas pressure is supplied to the gas valve (p_offset) too much gas, which can occur shortly before extinction to a greatly increased carbon monoxide concentration in the exhaust gas in that at low flow rates in the vacuum nozzle of acting on the means for restricting the gas flow rate differential pressure is so low, that this limited in the area below the modulation range, the gas supply pneumatically controlled. For this purpose, the means for limiting the gas flow rate is preferably arranged in the gas path or in the gas valve, so that only the amount of gas in the gas range of the firing device limited, but not the air flow is influenced in any way.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Mittel zur Beschränkung des Gasmitteldurchflusses in einer Schließstellung eine vorbestimmte Menge passieren lässt, d. h. dass dieses nicht dicht ausgebildet sein muss, sondern stets ein minimales Maß an Gas zur Unterdruckdüse strömen kann, solange das Gasventil geöffnet ist. Ein nicht dicht ausgebildetes Durchflussbeschränkungsmittel ist konstruktiv einfach und kostengünstig zu realisieren.Furthermore, the invention provides that the means for restricting the gas medium flow in a closed position can pass a predetermined amount, d. H. that this need not be dense, but always a minimum amount of gas can flow to the vacuum nozzle, as long as the gas valve is open. A non-dense flow restrictor is structurally simple and inexpensive to implement.
In vorteilhaften Ausführungen ist das Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses als eine Klappe oder ein federgesteuerter Drosselkörper ausgebildet, wobei die Klappe schwerkraftgesteuert oder federgesteuert sein kann. Innerhalb des Modulationsbereichs der Feuerungseinrichtung wirkt ausreichend Unterdruck auf die Klappe bzw. den Drosselkörper, sodass diese in diesem Betriebsbereich in einer vollständigen Öffnungsstellung verweilen. Im Bereich unterhalb des Modulationsbereichs verringert sich der auf die Klappe bzw. die Drossel wirkende Druck, so dass diese pneumatisch gesteuert in eine Schließstellung übergehen. Bei einer schwerkraftgesteuerten Klappe kann über die Einflussgröße ihres Gewichts Einfluss auf die Schließfunktion genommen werden, bei einem federgesteuerten Drosselkörper erfolgt dies beispielsweise über die Federrate.In advantageous embodiments, the means for restricting the Gasmengendurchflusses is designed as a flap or a spring-controlled throttle body, wherein the flap may be gravity-controlled or spring-controlled. Within the modulation range of the firing device, sufficient negative pressure acts on the flap or the throttle body, so that they remain in a complete open position in this operating range. In the area below the modulation range, the pressure acting on the flap or the throttle decreases, so that they are pneumatically controlled in a closed position. In the case of a gravity-controlled flap, the influencing variable of its weight can influence the closing function; in the case of a spring-controlled throttle body, this takes place, for example, via the spring rate.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Flamme der Feuerungseinrichtung durch Schließen der Klappe gelöscht wird oder dass das Gasventil abgeschaltet wird, sobald der CO2-Wert des Abgases der Feuerungseinrichtung unter einen vorbestimmten Wert fällt. Der CO2-Wert des Abgases wird über eine Ionisationsmessung an der Brennerflamme mittelbar bestimmt.According to the invention, it is further provided that the flame of the firing device is extinguished by closing the flap or that the gas valve is switched off as soon as the CO 2 value of the exhaust gas of the firing device falls below a predetermined value. The CO 2 value of the exhaust gas is determined indirectly via an ionization measurement at the burner flame.
Eine Feuerungseinrichtung, mit der die oben genannten Verfahrensschritte ausführbar sind, umfasst ein Gasventil, eine Unterdruckdüse, und einen Brenner, wobei das Gasventil über einen Gasweg mit der Unterdruckdüse verbunden ist und eine Gasströmungsrichtung von dem Gasventil zu der Unterdruckdüse verläuft, wobei in Gasströmungsrichtung vor der Unterdruckdüse und zu dieser beabstandet ein Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses angeordnet ist. Die für das Verfahren zum Betrieb der Feuerungseinrichtung offenbarten Vorrichtungsmerkmale sind vollständig und in beliebiger, soweit technisch sinnvoller Kombination in der erfindungsgemäßen Feuerungseinrichtung einsetzbar.A firing device, with which the above-mentioned method steps are executable, comprises a gas valve, a vacuum nozzle, and a burner, wherein the gas valve is connected to the vacuum nozzle via a gas path and a gas flow direction from the gas valve to the vacuum nozzle, wherein in the gas flow direction before the Vacuum nozzle and spaced therefrom a means for limiting the Gasmengendurchflusses is arranged. The device features disclosed for the method for operating the firing device can be used completely and in any combination that is technically appropriate in the firing device according to the invention.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Ohne hierauf beschränkt zu sein, werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten beispielhaft schematischen Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen zeigen:Preferred embodiments of the invention are defined in the subclaims and will become apparent from the following description. Without being limited thereto, exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the attached exemplary schematic drawings. These drawings show:
In
In
In
In
Durch den großen Modulationsbereich 1:10 ist der Druck an der Venturidüse im Volllastbereich Qmax 100-fach größer als im minimalen Teillastbereich Qmin. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird erreicht, dass der Ausgangsdruck Qmin erhöht wird, und sich der benötigte absolute Maximaldruck an der Venturidüse über 50% reduziert wird. Auf das Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses im Gasbereich der Feuerungseinrichtung
Die für die Erfindung dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere hinsichtlich der Mittel zur Beschränkung des Gasmengendurchflusses sind nicht abschließend. Vielmehr werden alle Ausführungen umfasst, die geeignet sind, pneumatisch gesteuert die vom Gasventil gelieferte Gasmenge zu beschränken. Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf einen bestimmten positiven Druck am Gasventil (p_offset) festgelegt, gleichwohl kann der positive Effekt der Erfindung bei größeren Werten des Drucks am Gasventil eine besonders große Reduzierung des Drucks an der Venturidüse erzielen.The embodiments shown and described for the invention, in particular with regard to the means for limiting the gas flow rate are not exhaustive. Rather, all embodiments are included which are suitable pneumatically controlled to limit the amount of gas supplied by the gas valve. Also, the method of the present invention is not limited to a particular positive pressure on the gas valve (p_offset), however, the greater the positive effect of the invention, the greater the pressure at the gas valve can provide for a particularly large reduction in venturi pressure.
Ferner ist die Erfindung nicht auf einen Modulationsbereich von 1:10 festgelegt, sondern funktioniert auch bei geringeren Modulationsbereichen, wie beispielsweise 1:5. Gleichwohl ist der erfindungsgemäße positive Effekt bei höheren Modulationsbereichen besonders günstig, weil das angeschlossene Gebläse bei Volllast niedrigere maximale Drehzahlen benötigt, ohne die Geometrie der Unterdruckdüse bzw. Venturidüse anpassen zu müssen.Furthermore, the invention is not fixed to a modulation range of 1:10, but also works at lower modulation ranges, such as 1: 5. Nevertheless, the positive effect according to the invention is particularly favorable at higher modulation ranges, because the connected blower requires lower maximum speeds at full load, without having to adapt the geometry of the vacuum nozzle or Venturi nozzle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20150101 |