DE102020008001B4 - BURNER ASSEMBLY, METHOD OF OPERATING A BURNER ASSEMBLY AND WIND FUNCTION - Google Patents
BURNER ASSEMBLY, METHOD OF OPERATING A BURNER ASSEMBLY AND WIND FUNCTION Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung mit einem Brenner (1), der ein Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt. In einem Schritt des Verfahrens wird ein Sollwert für einen Ionisationsstrom vorgegeben. Der Brenner (1) wird in einem ersten Betriebszustand bei einer ersten vorgegebenen Leistungsstufe betrieben. Der Ionisationsstrom (9) wird mittels einer lonisationselektrode (5) gemessen. Der gemessene Ionisationsstrom (9) wird mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen und eine Abweichung wird ermittelt. Falls die Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet wird der Brenner (1) in einen zweiten Betriebszustand bei einer zweiten Leistungsstufe überführt. Die zweite Leistungsstufe ist höher als die erste Leistungsstufe. Die zweite Leistungsstufe wird in Abhängigkeit der Abweichung bestimmt.The present disclosure relates to a method for operating a burner arrangement with a burner (1) that burns an air-fuel mixture. In one step of the method, a target value for an ionization current is specified. The burner (1) is operated in a first operating state at a first predetermined power level. The ionization current (9) is measured using an ionization electrode (5). The measured ionization current (9) is compared with the specified target value and a deviation is determined. If the deviation exceeds a predetermined limit value, the burner (1) is switched to a second operating state at a second power level. The second power level is higher than the first power level. The second power level is determined depending on the deviation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenneranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung. Insbesondere realisiert die vorliegende Erfindung eine Windfunktion, die einen Flammenabriss aufgrund von durch Wind verursachten Druckschwankungen verhindern kann.The present invention relates to a burner arrangement and a method for operating a burner arrangement. In particular, the present invention realizes a wind function that can prevent flameout due to pressure fluctuations caused by wind.
Eine Brenneranordnung weist im Allgemeinen einen Brenner auf, der über ein Abgassystem mit der Atmosphäre verbunden ist. Starke Windböen, wie sie beispielsweise bei Sturm auftreten, können schnell wechselnden Zug oder Überdruck im Abgassystem verursachen. Hierdurch können Druckstöße im Brenner hervorgerufen werden. Solche Druckstöße können zu einem Flammenabriss im Brenner führen, bei dem giftige Emissionen auftreten können. Außerdem muss nach einem Flammenabriss beim folgenden Neustart des Brenners zwingend eine Kalibration durchgeführt werden. Eine Kalibration ist im Falle des Flammenabrisses notwendig, um ein Funktionieren der Brennerregelung festzustellen, da die Ursache des Flammenabrisses nicht immer eindeutig ist. Eine Kalibration bedingt ein Zwangsführen des Brenners auf einem hohen Lastniveau. Hierbei muss eine entsprechende Wärmeabnahme im Heizungssystem sichergestellt werden, was weitere Maßnahmen der Regelung erforderlich machen kann.A combustor assembly generally includes a combustor that is connected to atmosphere through an exhaust system. Strong gusts of wind, such as those that occur during storms, can cause rapidly changing drafts or excess pressure in the exhaust system. This can cause pressure surges in the burner. Such pressure surges can lead to a flameout in the burner, which can result in toxic emissions. In addition, after a flame failure, a calibration must be carried out when the burner is restarted. In the event of a flame failure, calibration is necessary in order to determine whether the burner control is functioning, since the cause of the flame failure is not always clear. A calibration requires the burner to be forced to run at a high load level. Appropriate heat consumption in the heating system must be ensured here, which may necessitate further control measures.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Probleme zu überwinden und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brenneranordnung für einen Heizungskessel bereitzustellen und ein Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung anzugeben. Insbesondere soll ein Flammenabriss aufgrund von Druckstößen verhindert werden, um giftige Emissionen und eine zwingende Kalibration zu vermeiden. Die Maßnahmen zum Vermeiden des Flammenabrisses werden im Folgenden auch als „Windfunktion“ bezeichnet.The object of the present invention is to overcome the problems known in the prior art and to provide a burner arrangement for a heating boiler which is improved compared to the prior art and to specify a method for operating a burner arrangement. In particular, a flame failure due to pressure surges should be prevented in order to avoid toxic emissions and mandatory calibration. The measures for avoiding the flameout are also referred to below as the "wind function".
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung nach Anspruch 1. Die Lösung gelingt ferner durch eine Brenneranordnung nach Anspruch 8.The object is achieved by a method for operating a burner arrangement according to claim 1. The solution is also achieved by a burner arrangement according to claim 8.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung mit einem Brenner, der ein Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt, umfasst die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte. Die Reihenfolge der Schritte kann je nach Anwendung variiert werden. Einige Schritte können auch gleichzeitig ausgeführt werden. Als Brennstoff kann insbesondere ein fluider, also gasförmiger oder flüssiger Brennstoff verwendet werden, beispielsweise Erdgas oder Heizöl.A method for operating a burner arrangement with a burner that burns an air-fuel mixture comprises the method steps described below. The order of the steps can be varied depending on the application. Some steps can also be executed simultaneously. In particular, a fluid, ie gaseous or liquid, fuel can be used as the fuel, for example natural gas or fuel oil.
In einem ersten Betriebszustand wir der Brenner bei einer ersten vorgegebenen Leistungsstufe betrieben. Insbesondere wird der Brenner im ersten Betriebszustand in Teillast betrieben. Ein bevorzugter Teillastbereich der ersten Leistungsstufe kann beispielsweise zwischen 3% und 10% der Maximallast liegen, weiter bevorzugt zwischen 4% und 8% und besonders bevorzugt zwischen 5% und 7%.In a first operating state, the burner is operated at a first predetermined power level. In particular, the burner is operated at partial load in the first operating state. A preferred partial load range of the first power stage can be, for example, between 3% and 10% of the maximum load, more preferably between 4% and 8% and particularly preferably between 5% and 7%.
In einem Schritt des Verfahrens wird ein Sollwert für einen Ionisationsstrom vorgegeben. Der Ionisationsstrom kann mittels einer lonisationselektrode gemessen werden, die so angeordnet ist, dass sie in die Flamme eintaucht.In one step of the method, a target value for an ionization current is specified. The ionization current can be measured using an ionization electrode placed so that it is immersed in the flame.
Der gemessene Ionisationsstroms wird dann mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen und eine Abweichung zwischen gemessenen Ionisationsstrom und vorgegebenen Sollwert wird ermittelt. Hierzu kann beispielsweise eine elektronische Regeleinrichtung der Brenneranordnung verwendet werden, die insbesondere einen Prozessor und einen Speicher aufweist.The measured ionization current is then compared with the specified target value and a deviation between the measured ionization current and the specified target value is determined. For this purpose, for example, an electronic control device of the burner arrangement can be used, which in particular has a processor and a memory.
Wenn die Abweichung klein ist, wird der Brenner weiter im ersten Betriebszustand betrieben. Eine kleine Abweichung liegt insbesondere dann vor, wenn die Abweichung kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Falls die Abweichung den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann der Brenner in einen zweiten Betriebszustand bei einer zweiten Leistungsstufe überführt werden.If the deviation is small, the burner will continue to operate in the first operating mode. A small deviation is present in particular when the deviation is less than a predetermined limit value. If the deviation exceeds the specified limit value, the burner can be switched to a second operating state at a second power level.
Die zweite Leistungsstufe liegt bei einem höheren Teillastbereich als die erste Leistungsstufe. Die zweite Leistungsstufe wird daher auch als „angehobene Teillast“ bezeichnet. Ein bevorzugter Teillastbereich der zweiten Leistungsstufe kann beispielsweise zwischen 20% und 40% der Maximallast liegen, weiter bevorzugt zwischen 25% und 35% und besonders bevorzugt zwischen 28% und 33%.The second power level is in a higher partial load range than the first power level. The second power stage is therefore also referred to as "raised partial load". A preferred partial load range of the second power level can be, for example, between 20% and 40% of the maximum load, more preferably between 25% and 35% and particularly preferably between 28% and 33%.
Insbesondere kann die zweite Leistungsstufe in Abhängigkeit der Abweichung bestimmt werden. Dies kann zum Beispiel derart erfolgen, dass die zweite Leistungsstufe bei einer höheren Abweichung auf eine höhere Teillast angehoben wird als bei einer geringeren Abweichung. In der Regeleinrichtung können entsprechend Werte oder ein Algorithmus hinterlegt sein, gemäß der die zweite Leistungsstufe in Abhängigkeit der Abweichung bestimmt wird.In particular, the second power level can be determined as a function of the deviation. This can be done, for example, in such a way that the second power stage is raised to a higher partial load when the deviation is greater than when the deviation is smaller. Correspondingly, values or an algorithm can be stored in the control device, according to which the second power level is determined as a function of the deviation.
Durch das Anheben der Leistungsstufe auf die zweite Leistungsstufe, also durch Betreiben des Brenners in einem höheren Lastbereich, wird eine stabile Verbrennung erreicht, selbst wenn Druckschwankungen auf die Flamme einwirken. Hierdurch kann ein Flammenabriss verhindert werden. Da die Leistungsstufe in Abhängigkeit der gemessenen Abweichung bestimmt wird, kann eine herkömmliche Brenneranordnung mit lonisationselektrode ohne weitere Sensorik auf Druckschwankungen reagieren, um den Flammenabriss zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch bei älteren Geräten implementiert werden.By raising the power level to the second power level, i.e. by operating the burner in a higher load range, stable combustion is achieved even if pressure fluctuations affect the flame. This can prevent flame failure. Since the power level depends on the measured If the deviation is determined, a conventional burner arrangement with an ionization electrode can react to pressure fluctuations without additional sensors in order to avoid the flameout. The method according to the invention can therefore also be implemented in older devices.
Nach Ablaufen eines vorgegebenen Zeitraums kann die Brenneranordnung zurück in den ersten Betriebszustand überführt werden. Der Zeitraum kann beispielsweise in Abhängigkeit der gemessenen Abweichung bestimmt werden oder ein festgelegter Wert sein. Hierdurch kann vermieden werden, dass über längere Zeit ein Betrieb bei unnötig hoher Leistungsstufe stattfindet. Da Windböen eher von kurzer Dauer sind, kann beispielsweise ein Zeitraum von mehreren Sekunden oder wenigen Minuten ausreichend sein. Insbesondere wird die Regeleinrichtung des Brenners versuchen, den Brenner in die unter den Bedingungen niedrigste mögliche Laststufe zu überführen, wobei die Bedingungen aus der Abweichung von gemessenem Ionisationsstrom zu Sollwert bestimmt werden kann.After a predetermined period of time has elapsed, the burner arrangement can be switched back to the first operating state. The period of time can be determined, for example, as a function of the measured deviation, or it can be a fixed value. In this way it can be avoided that operation takes place at an unnecessarily high power level over a longer period of time. Since gusts of wind tend to be of short duration, a period of several seconds or a few minutes may be sufficient, for example. In particular, the control device of the burner will try to transfer the burner to the lowest possible load stage under the conditions, with the conditions being able to be determined from the deviation of the measured ionization current from the setpoint.
Das Überführen vom ersten in den zweiten Betriebszustand beziehungsweise vom zweiten in den ersten Betriebszustand kann stufenweise über eine Leistungsstufe oder mehrere Leistungsstufen zwischen erster und zweiter Leistungsstufe ausgeführt werden. Durch das schrittweise Anheben der Leistungsstufe, kann die Brenneranordnung auf Druckschwankungen reagieren, ohne gleich auf eine hohe Leistungsstufe zu modulieren. Nach jedem Schritt des Anhebens, kann erneut ein Ionisationsstrom gemessen und mit dem Sollwert verglichen werden. Sofern die Abweichung kleiner als der Grenzwert ist, kann auf ein weiteres Anheben der Leistungsstufe verzichtet werden oder sogar wieder auf eine niedrigere Leistungsstufe zurück moduliert werden.The transition from the first to the second operating state or from the second to the first operating state can be carried out in stages over one power level or multiple power levels between the first and second power level. By gradually increasing the power level, the burner arrangement can react to pressure fluctuations without immediately modulating to a high power level. After each increase step, an ionization current can be measured again and compared with the target value. If the deviation is smaller than the limit value, there is no need to raise the power level further or it can even be modulated back to a lower power level.
Beim Überführen vom zweiten in den ersten Betriebszustand können in jeder Leistungsstufe zwischen erster und zweiter Leistungsstufe jeweils die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- Zunächst wird der Brenner bei der aktuellen Leistungsstufe betrieben und der Ionisationsstrom wird gemessen. Der gemessene Ionisationsstroms wird erneut mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen und die Abweichung wird ermittelt. Falls die Abweichung den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann der Brenner in die nächsthöhere Leistungsstufe überführt werden. Überschreitet die Abweichung den Grenzwert nicht, so kann der Brenner in der aktuellen Leistungsstufe weiterbetrieben werden, oder nach einem vorgegebenen Zeitraum in eine nächstniedrigere Leistungsstufe überführt werden.
- First, the burner is operated at the current power level and the ionization current is measured. The measured ionization current is again compared with the specified target value and the deviation is determined. If the deviation exceeds the specified limit value, the burner can be switched to the next higher power level. If the deviation does not exceed the limit value, the burner can continue to be operated at the current power level, or be transferred to the next lower power level after a specified period of time.
Der Sollwert des Ionisationsstroms kann in Abhängigkeit von der aktuellen Leistungsstufe vorgegeben werden. Da der in der lonisationselektrode erzeugte Ionisationsstrom von Eigenschaften der Flamme, insbesondere der Temperatur, abhängt, ist der Sollwert des Ionisationsstroms im Allgemeinen abhängig von der Leistungsstufe, auf die geregelt werden soll.The target value of the ionization current can be specified depending on the current power level. Since the ionization current generated in the ionization electrode depends on the properties of the flame, in particular the temperature, the target value of the ionization current is generally dependent on the power level to which regulation is to be carried out.
Eine Modulationsgeschwindigkeit des Brenners kann beim Überführen des Brenners in eine höhere Leistungsstufe mittels eines Koeffizienten beschleunigt werden. Da ein Flammenabriss vermieden werden soll, ist es vorteilhaft, den Brenner möglichst schnell bei höherer Leistung zu betreiben. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Regelgeschwindigkeit erhöht wird, was beispielweise mittels eines Koeffizienten zum Beschleunigen der Modulationsgeschwindigkeit erreicht werden kann.A modulation speed of the burner can be accelerated by means of a coefficient when the burner is transferred to a higher power level. Since a flame failure is to be avoided, it is advantageous to operate the burner as quickly as possible at a higher output. This can be achieved by increasing a control speed, which can be achieved, for example, by means of a coefficient for accelerating the modulation speed.
Ferner kann eine zeitliche Dauer der Abweichung zwischen gemessenen Ionisationsstrom und dem Sollwert ermittelt werden, insbesondere um die zweite Leistungsstufe in Abhängigkeit der Dauer der Abweichung zu bestimmen. Eine größere Dauer der Abweichung ist ein Hinweis für stärkere Windböen, zum Beispiel bei Sturm. Da bei Sturm mit häufigerem Auftreten starker Windböen zu rechnen ist, wird der Brenner vorzugsweise in eine höhere zweite Leistungsstufe überführt, um einen Flammenabriss zu vermeiden.Furthermore, a time duration of the deviation between the measured ionization current and the target value can be determined, in particular in order to determine the second power level as a function of the duration of the deviation. A longer duration of the deviation is an indication of stronger gusts of wind, for example during a storm. Since strong gusts of wind can be expected to occur more frequently during storms, the burner is preferably switched to a higher second power level in order to avoid a flame failure.
Die oben beschriebene Windfunktion kann somit bei drohendem Flammenabriss die Leistungsstufe des Brenners auf ein stabiles Niveau regulieren. Höhere Leistungsstufen bedingen einen höheren Druck im Brennraum, wodurch die Flamme stabiler gegen Flammenabriss wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher effektiv einem Flammenabriss vorbeugen.The wind function described above can thus regulate the output level of the burner to a stable level if the flame is about to die out. Higher power levels require higher pressure in the combustion chamber, which makes the flame more stable against flame loss. The method according to the invention can therefore effectively prevent flame failure.
Figurenlistecharacter list
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.Further advantageous configurations are described in more detail below with reference to an exemplary embodiment which is illustrated in the drawings and to which the invention is not restricted, however.
Es zeigen schematisch:
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1 zeigt eine Brenneranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. -
3 zeigt ein Diagramm, das ein typisches Brennerverhalten unter Windeinfluss illustriert.
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1 shows a burner arrangement according to an embodiment of the invention. -
2 shows an embodiment of a method according to the invention. -
3 shows a diagram that illustrates typical burner behavior under the influence of wind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION ON THE BASIS OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. In the following description of a preferred embodiment of the present invention, the same reference symbols designate the same or comparable components.
Die Brenneranordnung weist einen Brenner 1 auf, der über eine erste Stelleinrichtung 2 für Luft und eine zweite Stelleinrichtung 3 für Gas mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgt wird. Die erste Stelleinrichtung 2 kann beispielsweise ein Luftgebläse sein. Die zweite Stelleinrichtung 3 kann als Proportionalventil ausgeführt sein. Bei dem Brenner 1 handelt es sich beispielsweise um einen 35kW-Gasbrenner. Der Brenner 1 verbrennt das Gas-Luft-Gemisch. Der Betrieb des Brenners 1 wird durch eine Regeleinrichtung 6 mit einem Feuerungsautomaten geregelt bzw. gesteuert.The burner arrangement has a burner 1 which is supplied with a gas-air mixture via a first adjusting device 2 for air and a second adjusting device 3 for gas. The first adjusting device 2 can be an air blower, for example. The second adjusting device 3 can be designed as a proportional valve. The burner 1 is, for example, a 35 kW gas burner. The burner 1 burns the gas-air mixture. The operation of the burner 1 is regulated or controlled by a control device 6 with an automatic firing device.
Eine Ionisationselektrode 5 ist in der Nähe des Brenners 1 angeordnet und dazu ausgelegt, einen Ionisationsstrom 9 zu messen und über eine geeignete Signalleitung an die Regeleinrichtung 6 bzw. den Feuerungsautomaten auszugeben. Beim Betrieb des Brenners 1, also während der Verbrennung, ragt die Ionisationselektrode 5 in die Flamme hinein. Die Ionisationselektrode 5 wird üblicherweise zur Flammenüberwachung in Gasbrennern verwendet, da erst das Vorliegen einer Flamme das Fließen des Ionisationsstroms 9 verursacht.An
Ferner kann eine Lambdasonde 4 im Abgasstrom des Brenners 1 angeordnet sein. Eine Lambdasonde 4 wird verwendet, um den Restsauerstoffgehalt im Abgas zu messen. Auf eine genauere Beschreibung der Lambdasonde 4 und deren Funktion wird im Folgenden verzichtet. Darüber hinaus kann der Brenner 1 weitere Komponenten, wie zum Beispiel eine Zündung, Abgaswege und Temperatursensoren umfassen, die hier nicht dargestellt sind, da sie für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig sind.Furthermore, a lambda probe 4 can be arranged in the exhaust gas flow of the burner 1 . A lambda sensor 4 is used to measure the residual oxygen content in the exhaust gas. A more detailed description of the lambda probe 4 and its function is omitted below. In addition, the burner 1 can include other components, such as an ignition, exhaust gas paths and temperature sensors, which are not shown here since they are not necessary for the description of the present invention.
Der Feuerungsautomat 6 gibt Steuersignale 7 und 8 für Luft und Gas an die erste 2 und zweite 3 Stelleinrichtung aus, so dass die für die jeweilige Anwendung gewünschte Luftzahl λ während einer Betriebsphase eingestellt und gegebenenfalls konstant gehalten werden kann. Die Luftzahl λ ist eine dimensionslose Kennzahl, die das Massenverhältnis aus Luft und Brennstoff in einem Verbrennungsprozess charakterisiert. Das Verbrennungsluftverhältnis setzt die tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmasse mL,tαts ins Verhältnis zur mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse mL,st, die für eine vollständige Verbrennung benötigt wird:
Ist λ = 1, so liegt ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis vor. Dies ist der Fall, wenn alle Brennstoffmoleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren, so dass kein Sauerstoff im Abgas und kein unverbrannter Brennstoff übrigbleiben. Der Fall λ < 1 bedeutet Luftmangel. Hierbei spricht man auch von einem fetten Gemisch. Es ist mehr Brennstoff als mit dem vorhanden Luftsauerstoff reagieren kann im Luft-Gas-Gemisch vorhanden. Der Fall λ > 1 bedeutet Luftüberschuss und wird auch als mageres Gemisch bezeichnet.If λ = 1, the combustion air ratio is stoichiometric. This is the case when all of the fuel molecules react completely with the oxygen in the air, leaving no oxygen in the exhaust gas and no unburned fuel. The case λ < 1 means lack of air. This is also referred to as a rich mixture. There is more fuel in the air-gas mixture than can react with the oxygen in the air. The case λ > 1 means excess air and is also referred to as a lean mixture.
Die in
Der Feuerungsautomat 6 erfasst die Ausgangssignale der Lambdasonde 4 und der lonisationselektrode 5 und verarbeitet sie weiter, um die Verbrennung zu regeln. Der Feuerungsautomat 6 bestimmt also die Steuersignale 7 und 8 für die erste 2 und zweite 3 Stelleinrichtung in Abhängigkeit der Signale 9 und 10. Insbesondere kann der Feuerungsautomat 6 eine Laststufe mittels der Steuersignale steuern bzw.The automatic firing device 6 records the output signals from the lambda probe 4 and the
Zum Erkennen eines gefährlichen Windeinflusses wird das lonisationssignal 9 von der Ionisationselektrode 5 ausgewertet. Windböen können hohe Abweichungen des Messwerts des lonisationssignals 9 zu dem durch die Regeleinrichtung 6 vorgegebenen Sollwert bewirken.The ionization signal 9 is evaluated by the
Im Folgenden wird anhand des in
Im ersten Betriebszustand BZ1 wird der Brenner 1 in einer ersten Leistungsstufe bei Teillast von beispielsweise 5,8% der Maximallast betrieben. Die lonisationselektrode 5 misst den Ionisationsstrom Iist und gibt ein entsprechendes lonisationssignal 9 an den Feuerungsautomaten 6 aus, der gleichzeitig als Regeleinrichtung zum Regeln der Verbrennung dient und eine Auswertung des Ionisationsstroms durchführt.In the first operating state BZ1, the burner 1 is operated in a first power level at part load of, for example, 5.8% of the maximum load. The
Das lonisationssignal 9 wird mit einem vorgegebenen Sollwert Isoll verglichen und eine Abweichung δ = |Iist - Isοll 1 zwischen gemessenen Ionisationsstrom Iist und Sollwert Isoll wird bestimmt. Der Grad der Abweichung δ wird anhand eines vorgegebenen Grenzwerts δmax bewertet, um hieraus eine erforderliche Anhebung der Brennerlaststufe zu ermitteln. Druckschwankungen aufgrund von Wind haben einen negativen Einfluss auf die Verbrennung und der gemessene Ionisationsstrom kann deshalb vom Sollwert abweichen.The ionization signal 9 is compared with a specified desired value I setpoint and a deviation δ=|I actual −I setpoint 1 between the measured ionization current I actual and the setpoint I setpoint is determined. The degree of deviation δ is evaluated using a specified limit value δ max in order to determine from this a required increase in the burner load stage. Pressure fluctuations due to wind have a negative impact on combustion and the measured ionization current can therefore deviate from the target value.
Ist die Abweichung kleiner als der Grenzwert (nein in
Der Leistungsbereich von der ersten Leistungsstufe bis zur angehobenen Teillast (zweite Leistungsstufe) kann beispielsweise in fünf Zwischenstufen unterteilt sein (in
Die angehobene Teillast beträgt zum Beispiel 30% der Maximallast. Die erfindungsgemäße Windfunktion kann zudem eine zeitliche Dauer der Überschreitung des Grenzwertes in der Abweichung des Ionisationsstroms bestimmen. Dabei wird ein Bereich einer unteren zeitlichen Schwelle, beispielsweise 0,1 Sekunden, bis zu einer oberen zeitlichen Schwelle linear unterteilt. Die obere zeitliche Schwelle kann anhand einer Prozesstaktung bestimmt werden, die durch den Feuerungsautomaten 6 vorgegeben wird. Beispielsweise kann als obere zeitliche Schwelle eine Dauer von zwanzig Umläufen des Feuerungsautomaten 6 vorgegeben werden.The raised partial load is, for example, 30% of the maximum load. The wind function according to the invention can also determine the duration of the exceeding of the limit value in the deviation of the ionization current. In this case, a range of a lower time threshold, for example 0.1 seconds, is subdivided linearly up to an upper time threshold. The upper time threshold can be determined on the basis of a process cycle that is specified by the automatic firing device 6 . For example, a duration of twenty revolutions of the automatic firing device 6 can be specified as the upper time threshold.
Somit hebt die Windfunktion die untere Grenze der Brennerleistung an. Diese bleibt für eine definierte Zeitspanne aktiv, nach Ablauf kann der Brenner 1 wieder auf niedrigere Laststufen modulieren. Die Freigabe der niedrigeren Teillast kann ebenfalls stufenweise erfolgen. Beim Auftreten eines weiteren Windereignisses kann die Regeleinrichtung 6 den Brenner 1 wieder auf eine höhere Laststufe regeln, bis ein Niveau mit stabiler Verbrennung (Abweichung kleiner als der Grenzwert) erreicht wird. Somit kann der Brenner 1 selbstständig auf die unter Windeinfluss niedrigste mögliche Teillast geregelt werden.Thus, the wind function raises the lower limit of the burner capacity. This remains active for a defined period of time, after which burner 1 can modulate to lower load levels again. The lower partial load can also be released in stages. If another wind event occurs, the control device 6 can regulate the burner 1 again to a higher load level until a level with stable combustion (deviation smaller than the limit value) is reached. The burner 1 can thus be automatically regulated to the lowest possible partial load under the influence of the wind.
Eine Modulationsgeschwindigkeit beim Anfahren des stabilen zweiten Lastniveaus kann mit einem Koeffizienten beschleunigt werden, der beispielsweise ein Faktor von 3 sein kann. Somit wird ein schnelleres Überführen des Brenners 1 in eine höhere Laststufe erreicht, um effizient den Flammenabriss zu verhindern.A modulation speed when approaching the stable second load level can be accelerated with a coefficient, which can be a factor of 3, for example. In this way, the burner 1 is transferred more quickly to a higher load level in order to efficiently prevent the flameout.
In der Praxis kann eine höhere Laststufe zu einem früheren Erreichen von Sollwerten einer Vorlauftemperatur eines Heizungssystems führen.In practice, a higher load level can lead to setpoint values for a flow temperature of a heating system being reached earlier.
Nach ca. 10 Sekunden wird dem Brenner eine Laststufe von 30% vorgegeben. Die Verbrennung wird gestartet und bei ca. 30 Sekunden erreicht der Brenner einen Ionisationsstrom von ca. 100%. Nun wird die vorgegebene Laststufe auf eine erste Laststufe von 8%, die dem ersten Betriebszustand BZ1 entspricht heruntergefahren und bei ca. 60 Sekunden wird der erste Betriebszustand BZ1 erreicht. Bei ca. 75 Sekunden tritt ein erstes Windereignis A ein und die Verbrennung wird gestört, so dass eine große Abweichung zwischen gemessenen Ionisationsstrom und vorgegebenen Sollwert ermittelt wird. Infolgedessen überführt die Regeleinrichtung den Brenner in den zweiten Betriebszustand BZ2 mit einer Laststufe von 17,5%.After approx. 10 seconds, a load level of 30% is specified for the burner. Combustion is started and after about 30 seconds the burner reaches an ionization current of about 100%. The specified load level is now reduced to a first load level of 8%, which corresponds to the first operating state BZ1, and the first operating state BZ1 is reached in approximately 60 seconds. At about 75 seconds, a first wind event A occurs and the combustion is disrupted, so that a large deviation between the measured ionization current and the specified target value is determined. As a result, the control device transfers the burner to the second operating state BZ2 with a load level of 17.5%.
Der zweite Betriebszustand BZ2 bleibt für ca. 90 Sekunden aktiv. Wie man im Diagramm erkennt bleibt die Abweichung zwischen gemessenem Ionisationsstrom und vorgegebenen Sollwert relativ klein, so dass die Regeleinrichtung eine stufenweise Absenkung der Laststufe zurück zum ersten Betriebszustand vornimmt.The second operating state BZ2 remains active for approximately 90 seconds. As can be seen in the diagram, the deviation between the measured ionization current and the specified target value remains relatively small, so that the control device gradually reduces the load level back to the first operating state.
Die zwei hier illustrierten Laststufen zwischen der ersten Laststufe des ersten Betriebszustands BZ1 und der zweiten Laststufe des zweiten Betriebszustands BZ2 sind jeweils für ca. 110 Sekunden aktiv und betragen 13% beziehungsweise 10,5%. Bei ca. 400 Sekunden auf der Zeitachse wird der Brenner wieder in den ersten Betriebszustand BZ1 bei einer Laststufe von 8% überführt.The two load levels illustrated here between the first load level of the first operating state BZ1 and the second load level of the second operating state BZ2 are each for about 110 seconds active and amount to 13% and 10.5% respectively. At around 400 seconds on the time axis, the burner is switched back to the first operating state BZ1 at a load level of 8%.
Bei ca. 430 Sekunden auf der Zeitachse tritt ein zweites Windereignis B ein und der beschriebene Prozess des Überführens des Brenners in den zweiten Betriebszustand BZ2 wird erneut durchgeführt. Im Ergebnis kann somit ein Flammenabriss im Brenner verhindert werden. Für die beschriebene Regelung ist ein Auswerten des Ionisationsstroms von der lonisationselektrode ausreichend. Da eine solche lonisationselektrode in den meisten Brennern vorhanden ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei den meisten Brenner angewendet werden, ohne dass eine Nachrüstung mit besonderer Sensorik notwendig wäre.At about 430 seconds on the time axis, a second wind event B occurs and the described process of transferring the burner to the second operating state BZ2 is carried out again. As a result, flameout in the burner can be prevented. An evaluation of the ionization current from the ionization electrode is sufficient for the regulation described. Since such an ionization electrode is present in most burners, the method according to the invention can be used with most burners without it being necessary to retrofit them with special sensors.
Die Ausführungsbeispiele wurden zwar im Zusammenhang mit einem Gaskessel für eine Heizungsanalage beschrieben, das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen und Kalibrieren einer Lambdasonde kann aber auch in anderen Anwendungen, bei denen ein Brennstoff verbrannt wird, eingesetzt werden. Auch die erfindungsgemäße Brenneranordnung ist nicht ausschließlich auf die Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffes limitiert. Die Erfindung kann in analoger Weise auch im Zusammenhang mit einem Ölbrenner oder einem Heizkessel, bei dem Holz als Brennstoff verwendet wird, eingesetzt werden. Durch entsprechende Modifizierung wäre auch ein Einsatz der Erfindung in einem Verbrennungsmotor denkbar.Although the exemplary embodiments have been described in connection with a gas boiler for a heating system, the method according to the invention for testing and calibrating a lambda probe can also be used in other applications in which a fuel is burned. The burner arrangement according to the invention is also not limited exclusively to the combustion of a gaseous fuel. The invention can also be used in an analogous manner in connection with an oil burner or a heating boiler in which wood is used as fuel. Appropriate modification would also make it possible to use the invention in an internal combustion engine.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the claims and the drawings can be important both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various configurations.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Brennerburner
- 22
- erste Stelleinrichtung für Luftfirst adjusting device for air
- 33
- zweite Stelleinrichtung für Gassecond control device for gas
- 44
- Lambdasondelambda probe
- 55
- lonisationselektrodeionization electrode
- 66
- Feuerungsautomat (Regeleinrichtung)Burner control (control device)
- 77
- Steuersignal für LuftControl signal for air
- 88th
- Steuersignal für GasGas control signal
- 99
- Ionisationsstromionization current
- 1010
- Stromsignal der LambdasondeLambda sensor current signal
Claims (7)
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-
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