DE2510717B2 - Vorrichtung für Brenner zum Regem des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Gas-, öl- oder Kohlestaubbrenner zum Regeln des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der Verbrennungsprodukte, wobei zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes der Verbrennungsprodukte ein durch eine Heizung auf Betriebstempera tür gehaltener, im Rauchgaskanal angeordneter erster festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor dient.

Die abgasgesteuerten Verbundregler für Gas-, öl- oder Kohlestaubbrenner müssen bei jedem Betriebszustand eine Verbrennung gewährleisten, die über lange Zeiten hinweg auch unter wechselnden Bedingungen der Brennstoffe und der Verbrennungsluft eine Minimierung des Schadstoffgehaltes der Abgase und günstige Verhältnisse des Energieverbrauchs gewährleistet. Sie müssen außerdem sicherstellen, daß in Extrem- und Ausnahmesituationen entweder eine Zusatzsteuerung eingreifen kann oder ein vollständiges Abschalten des Brenners gewährleistet ist

Bisher sind Verbrennungsregelungen bekannt, bei denen zur Brennstoffeinsparung, Herabsetzung des Taupunktes und der Abgastemperatur von Feuergasen die Zusammensetzung der Abgase, insbesondere deren 02-Gehalt gemessen wird und mit diesem Meßwert das Brennstoff-Luft-Mengenverhältnis, das für die verschiedenen Belastungszustände des Brenners vorprogrammiert ist, korrigiert wird. Bei diesen bekannten Brennersteuerungen wird abgasseitig dem Rauchgasstrom mittels eines Rohres eine Probe entnommen, gegebenenfalls kontinuierlich abgesaugt, und einem Analysegerät, z. B. einem Sauerstoffpartialdruckmeßge rät, zugeführt Als Sauerstoffpartialdruckmeßgerät sind für diesen Zweck solche mit einem festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor vorgeschlagen worden (DE-OS 15 26 277) und auch Anordnungen mit mehre ren Entnahmerohren (DD-PS 79 096). Das aus dem Analyseergebnis abgeleitete elektrische Signal dient dann der vorstehend erwähnten Korrektur des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses. Diese Regelsysteme besitzen jedoch den Nachteil einer verhältnismäßig

ίο großen Totzeit zwischen der Änderung im Zustand des Verbrennungsgases und der Auslösung des diese Veränderung kompensierenden Steuersignals, da die Strömungsgeschwindigkeit: in den Gasentnahmerohren begrenzt ist

In den Mitteilungen der VGB 1968, Heft 5, Jj. 332—334 wird empfohlen, eine CO-Messung im Verbrennungsgrenzgebiet und eine 02-Messung im Rauchgaszug durchzuführen. Es wird jedoch nicht nahegelegt, eine Sauerstoffmeßsonde zur Bestimmung des CO-Gehaltes zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen abgasgesteuerten Verbundregier für Gas-, öi- oder Kohlestaubbrenner anzugeben, bei dem die Regelgenauigkeit durch Vermeidung der oben genannten Totzeit erheblich gesteigert werden kann und bei dem dadurch auch kurzzeitliche Abweichungen vom günstigsten Verbrennungszustand vermieden v/erden können, der daneben auch höchsten sicherheitstechnischen Anforderungen genügt sowie die Emission von Schad stoffen sicher auszuschließen gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung eines zweiten festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektors (11) im Brennraum (7) im Bereich der Flamme zur Feststellung des CO-Gehaltes in den Verbrennungsprodukten gelöst Dabei ist es zweckmäßig, den zweiten festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor im Bereich der Flammenspitze des zu steuernden Brenners anzuordnen oder ihn bei Verwendung von Kammerbrennern im Bereich des Ausganges

to der Brennkammer anzuordnen. Wenn bereits beim Anfahren eines Brenners eine Überwachung und gegebenenfalls Steuerung des Kohlenmonoxidgehaltes notwendig ist, so kann es vorteilhaft sein, auch den zweiten festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor zu beheizen. In vielen Fällen wird es genügen, den zweiten festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektor, der der Feststellung des Kohlenmonoxidgehaltes dient, lediglich als Grenzwertgeber zu benutzen, durch den bei Überschreiten einer gewissen Signalgröße ein Abschal ten des Brenners erfolgt.

Gegenüber der Anordnung mit nur einer im Rauchgaskanal angeordneten und beheizten Sonde wird an der im Flammenbereich angeordneten Sonde eine Nachoxidation des CO und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses vermieden. Die im Rauchgaskanal angeordnete erste Sonde zeigt vielmehr den Gesamtzustand des Verbrennungsgases an, während die zweite Sonde, bedingt durch den Ort ihrer Anordnung, örtlich begrenzten Sauerstoffmangel als eindeutigen Hinweis auf die Anwesenheit von CO anzeigt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht primär darin, daß die entscheidenden Funktionen der Abgasanalyse unmittelbar im Brennraum selbst erfolgen. Daher können alle Steuermaßnahmen zum Beeinflussen des Brennstoff-Luft-Mengengemisches praktisch ohne Totzeit, d. h. innerhalb von Millisekunden ausgelöst werden, so daß günstigste Verbrennungsverhältnisse über längere Zeiträume kontinuierlich aufrechterhalten wer-

den können. Dies hinwiederum ergibt die sekundären Vorteile einer erheblichen Brennstoffeinsparung, da die viel präzisere Steuerung des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses es gestattet, dieses Verhältnis erheblich näher an den günstigsten Verbrennungszustand heranzuführen, ohne in die Gefahr zu geraten, in Verbrennungszustände mit schädlicher Abgaszusammensetzung zu gelangen. Damit ist zugleich der andere sekundäre Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens genannt, nämlich die e. heblich präzisere Vermeidung von Verbrennungszuständen, bei denen umweltschädliche Verbindungen im Abgas in Mengen auftreten können, die eine merkliche Umweltbelastung darstellen. Diese Vorteile werden besonders wirksam, wenn Brenner mit unterschiedlichen Brennstoffen, z.B. Gasen unterschiedliche Herkunft oder Gasen oder ölen, die zwar dieselbe Handelsbezeichnung tragen, trotzdem jedoch in ihrer Zusammensetzung verschieden sind, verwendet werden müssen. Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Anordnung das Aufrechterhalten optimaler Verbrennungszustände bei größeren Dichteänderungen sowie bei starken Abweichungen der Lufifeuchie vom Normalwert

Ein abgasgesteuerter Verbundregler für Brenner entsprechend dieser Erfindung ist in der Figur schematisch dargestellt Darin bedeuten 1 die Brennstoffzufuhr, 2 die Luftzufuhr, 3 ein Aggregat oder eine Gruppe von Aggregaten, die der Einstellung des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses dienen, 4 und 5 die Zuleitungen von Brennstoff und Luft zum Brenner 6. Im Brennraum 7 ist der zweite festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor 8 zur Feststellung des Kohlenmonoxidgehaltes im Bereich des Flammenendes angeordnet Im Rauchgaskanal 9 ist der erste festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor 10 eingebaut Die beiden festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektoren 8 und 10 sind über die Leitungen 11 und 12 mit einem Meßwertverarbeitungsglied 13 verbunden. Dieses Meßwertverarbeitungsglied enthält alle elektrischen und elektronischen Bauteile, die zur Aufrechterhaltung und Steuerung des einwandfreien Betriebes der Sauerstoffdetektoren 10 und 11 notwendig sind. Die entsprechenden Steuerungen für die Detektoren erfolgen ebenfalls über die Leitungen 11 und IZ Diese Leitungen 11 und 12 bestehen also aus Kabelbündeln, die auch noch die Leitungen für die Zufuhr der Referenzluft an die

ίο Vergleichselektroden der festkörperelektrolytischen Sauerstoffdetektoren enthalten. Das Meßwertverarbeitungsglied 13 enthält außerdem alle an sich bekannten elektrischen Hilfsmittel, mit deren Hilfe das vom Detektor 10 gelieferte elektrische Signal in elektrische

is Steuerbefehle umgesetzt wird, die über die Leitung 14 das Brennstoff-Luft-Mengenverhältnis in den entsprechenden Aggregaten 3 beeinflussen. Außerdem enthält das Meßwertverarbeitungsglied 13 die elektrischen oder elektronischen Bestandteile, mit deren Hilfe das elektrische Signal, das über die Leitung 11 von dem den Kohlenmonoxidgehalt erfassenden Pvtektor 8 kommt, 2ur Einwirkung auf die Einstellung des B-cnnstoff-Luft-Mengenverhältnisses in den Aggregaten 3 über die Leitung 14 verarbeitet wird. Diese Verarbeitung des elektrischen Signals aus dem Detektor 8 über die Leitung 11 in dem Meßwertverarbeitungsglied 13 kann auch einfach darin bestehen, daß bei Überschreiten eines gewissen Grenzwertes der Brenner vollständig abgeschaltet wird.

Aus der Darstellung der Figur für der. abgasgesteuerten Verbundregler geht besonders deutlich hervor, daß sich die beiden Detektoren 8 und 10, die jeder völlig unabhängig voneinander arbeiten, doch gegenseitig kontrollieren. Damit weist der erfindungsgemäße Verbundregler einen erheblich höheren Grad an Sicherheit auf, als bisherige Brenner-Steuerungssysteme.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für Gas-, öl- oder Kohlestaubbrenner zum Regeln des Brennstoff-Luft-Mengenverhältnisses in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt der Verbrennungsprodukte, wobei zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes der Verbrennungsprodukte ein durch eine Heizung auf Betriebstemperatur gehaltener, im Rauchgaskanal angeordneter erster festkörperclektrolytischer Sauerstoffdetektor dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter festkörperelektrolytischer Sauerstoffdetektor (11) im Brennraum (7) im Bereich der Flamme zur Feststellung des CO-Gehaltes in den Verbrennungsprodukten angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor (11) im Bereich der Flammenspitze des zu regelnden Brenners angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dail bei Verwendung von Kammerbrennern der zweite festkörpereiektroiytische Sauerstoffdetektor (11) im Bereich des Ausgangs des Brennraums angeordnet ist

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor (11) eine Heizung aufweist

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite festkörperelektrolytische Sauerstoffdetektor als GrenzwertgeLer dient, der bei Überschreiten eines zulässigen CO-Wertes 4en Bre-ner abschaltet