DE2822770A1 - Regelsystem fuer einen brenner - Google Patents

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

TEIjEGAN LTD.

Croydon, Großbritannien

P 096 37

Regelsystem für einen Brenner

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für einen Brenner, und ein Ziel der Erfindung besteht darin, Mittel zum automatischen Regeln des Brennerbetriebes vorzusehen, so daß der gemessene Luftüberschuß nahe einem gewünschten Wert gehalten wird.

Es ist üblich, Boiler oder Kessel durch Regeln der Brennstoffzufuhr und der Luftzufuhr unabhängig in stöchiometrischen Anteilen zu regeln, obwohl es erforderlich ist, einen gewissen Luftüberschuß zu haben, um sicherzustellen, daß eine vollständige Verbrennung auch dann stattfindet, wenn Luft und Brennstoff nicht perfekt vermischt sind. Überschüssige Luft muß jedoch ohne Hervorbringen irgendeiner nützlichen Wirkung aufge.wärmt . werden und führt daher zu einem Wirkungsgradverlust, und je kleiner der Luftüberschuß ist, der aber immer noch so groß sein muß, daß vollständige Verbrennung gewährleistet ist, desto höher wird der Wirkungsgrad des Kessels. Der Ausdruck "Boiler" umfaßt Geräte wie Heißluft- oder Grasgeneratoren und öfen.

Ein Regelsystem für einen Brenner gemäß der Erfindung umfaßt Mittel zum selbsttätigen Regeln der Brennstoff- und/oder Luftzufuhr

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einschließlich Mitteln, die in Abhängigkeit der Säuerstoffmenge in den Verbrennungsprodukten des Brenners eine zusätzliche Regelung schaffen.

Die zusätzliche Regelung kann zum Regeln der Luftzufuhr zum Brenner, sei es unter Verwendung der üblichen Luft-Drosselklappe oder einer zusätzlichen Drossel, eingesetzt werden, und es wurde gefunden, daß eine wirksame Regelung eines Boilers am besten erreicht wird, wenn die beiden Regelungen, nämlich die auf den Dampfbedarf oder Dampfdruck ansprechende Regelung und die auf den Sauerstoffgehalt der Verbrennungsprodukte ansprechende Regelung, nicht gleichzeitig, sondern nacheinander in kontinuierlichen Regelzyklen stattfinden.

Somit kann ein Regelzyklus eine erste Periode umfassen, während der abhängig vom Dampfdruck oder vom Dampfbedarf geregelt wird, und eine weitere Periode, während der eine Regelung abhängig vom Sauerstoffgehalt in den Abgasen stattfindet. Vorzugsweise ist eine Zeitverzögerungsperiode zwischen der ersten und der zweiten Periode vorgesehen, um zu ermöglichen, daß das Ergebnis jeglicher Einstellung.in der ersten Periode in der Abgasleitung erscheint, bevor die zweite Periode beginnt.

Um selbst bei schnellem Ansteigen des Dampfbedarfs eine ausreichend genaue Regelung zu erreichen, wurde als wünschenswert gefunden, mindestens sechs Regelzyklen in einer Minute zu realisieren; und ein Zehn-Sekunden-Zyklus, der für zahlreiche Boiler zweckmäßig ist, haV Zwei- oder Drei-Sekunden-Periode, während der die Regelung abhängig vom Dampfbedarf oder Dampfdruck stattfindet, eine Zeitverzögerung von sechs Sekunden, während der keine Regelung stattfindet, und eine weitere Periode von zwei oder drei Sekunden Dauer, während der eine Regelung abhängig vom Sauerstoffgehalt in den Abgasen stattfindet. Diese Zyklen werden selbsttätig nacheinander wiederholt. Zweckmäßig werden sie durch ein Paar elektrischer Schalter ausgelöst, die mittels einer gemeinsamen Zeitgeber-Motorwelle nockenbetätigt werden, um das entsprechende Regelsystem mit seinen Stellvorrichtungen zu verbinden. '

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Ein bestehender Kessel hat gewöhnlich seine eigene, auf den Dampfbedarf ansprechende selbsttätige Brennstoffregelung, wobei ein mechanisches Gestänge zum selbsttätigen Einstellen der Luft-Drosselklappe, wenn die Brennstoffzufuhr eingestellt ist,dient. Diese Art von Kesseln kann unter Anwendung der Erfindung dadurch modifiziert werden, daß stromaufwärts von der Luft-Drosselklappe eine Abgleichdrossel angeordnet ist, welche die Luftzufuhr zu der Drosselklappe regelt, wobei die Abgleichdrossel geöffnet wird, wenn der Sauerstoffgehalt in den Abgasen unter einen gegebenen Wert sinkt, oder geschlossen wird, wenn der Sauerstoffgehalt über einen vorher eingestellten engen Bereich hinaus ansteigt.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß ein Dampfbedarf-Signal zum Regeln der Brennstoff- und Luftzufuhr benutzt wird, bis die Luftzufuhr in die Nähe von 5 mm Abweichung von der Sollwert-Luftzufuhr gemäß dem Regelsystem mit Sollwerteinstellung kommt, und dann kann das vom Säuerstoffgeber erhaltene Signal dazu benutzt werden, die Regelung der einzigen Luft-Drosselklappe zu besorgen und eine feine Regelung zu erreichen, bis die Luftzufuhr mindestens 5 mm vom Sollwert abweicht, in welchem Palle die Regelung wieder in Abhängigkeit vom Dampfbedarf vorgenommen wird.

Auch bei diesem System wird die Regelung intermittierend vorgenommen, derart, daß nach einer vorgenommenen Einstellung eines Brennstoffventils oder einer Luft-Drosselklappe eine Periode ohne Regelung verbleibt, so daß die Einstellwirkung beobachtet werden kann, bevor eine weitere Regelung vorgenommen wird.

Diese intermittierende Regelung führt dazu, das System vor einem Schwingen bzw. Aufschaukeln zu bewahren.

Um ein schnelles .Herunterfahren zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, daß die intermittierende Regelung des Brennstoffventils nur dann stattfindet, wenn der Bedarf ansteigt, und daß die Regelung kontinuierlich stattfindet, wenn er absinkt.

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Es kann auch eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen sein, die anspricht, wenn der Dampfdruck unter einem vorbestimmten Gefahrenwert sinkt, in dem die Abgleichdrossel in volle öffnungsstellung geschaltet wird und die Regelung der Brennstoffzunahme kontinuierlich anstatt intermittierend vorgenommen wird.

Die auf den Sauerstoffgehalt ansprechenden Mittel können eine Zirkonzelle im Kessel- bzw. Brennerabzug umfassen, wobei diese Zirkonzelle ein elektrisches Signal abgibt, welches die Sauerstoffmenge in den Abgasen des Abzuges repräsentiert, was ein direktes Maß für den dem Kessel zugeführten Luftüberschuß darstellt.

Es wurde gefunden, daß für eine überaus wirksame Regelung zum Schutz der Zirkonzelle die Temperatur dieser Zelle sehr nah bei einer vorbestimmten Temperatur von etwa 700⁰G gehalten werden sollte. Eine beträchtliche Veränderung der Zellentemperatur würde das abgegebene Signal beeinflussen, das nicht langer mit ausreichender Genauigkeit die Sauerstoffmenge um die Zelle repräsentiert und die Zelle beschädigen kann.

So kann ein Heizer für die Zirkonzelle zwischen zwei Stellungen in Abhängigkeit von der Zellentemperatur schaltbar sein, um die Zelle zu heizen, wenn die Temperatur unter einen Grenzwert absinkt, und die Zelle abkühlen zu lassen, wenn sie oberhalb der genannten Temperaturgrenze oder oberhalb einer höheren Temperaturgrenze erwärmt ist.

Es ist möglich, daß die beiden Zustände einem Einschaltzustand und einem Abschaltzustand des Heizers entsprechen; bevorzugt ist jedoch, wenn bei Verwendung eines elektrischen Heizers die beiden Zustände einem ersten Heizzustand mit höherer Spannung und einem zweiten Heizzustand mit niedrigerer Spannung entsprechen, wobei die niedrigere Spannung so gewählt ist, daß die Zolle langsam abkühlt.

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Wenn die Zellentemperatur zwischen oberen und unteren Grenzen variiert, kann ein Relais ein- oder abgeschaltet werden, um den Heizer alternativ mit den beiden unterschiedlichen Speise-• spannungen zu verbinden.

Die beiden Temperaturgrenzen können sehr nahe benachbart sein, z. B. bei 695°O und 700⁰O liegen, wobei gefunden wurde, daß diese Temperaturgrenzen der Zirkonzelle ein hinreichend genaues Messen der freien Sauerstoffmenge im Abzug des zu regelnden Kessels oder Boilers ermöglichen. Das Regelsystem hat den Vorteil, daß es billig und zuverlässig ist.

Benachbart der Zirkonzelle ist vorzugsweise ein Thermopaar vorgesehen, um ein elektrisches Signal abhängig von der Zellentemperatur abzugeben; bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird dieses Signal mit einem Referenzsignal in einem Regler verglichen, um einen Schalter zu betätigen, wenn das Signal zwischen Grenzen variiert, die den beiden Temperaturgrenzen entsprechen. Vorteilhaft wird ein zweiter Grenzschalter betätigt, wenn die Zellentemperatur unter einen niedrigeren vorbestimmten Wert abfällt,- wenn z. B. ein Fehler im System auftritt, oder wenn der Kessel angefahren wird. Die Betätigung des zweiten Grenzschalters kann zum Einschalten einer Anzeigelampe oder dergleichen führen. Die Schaltung ist zweckmäßig so ausgebildet, daß in einem solchen Pall die Abgleichdrossel selbsttätig in die öffnungsstellung gefahren wird, um einen ausfallsicheren Betrieb des Boilers zu gewährleisten. Die verschiedenen beschriebenen Relais können elektro-mechanische Relais oder auch Halbleiter-Relais sein.

Wenngleich die Erfindung insbesondere anwendbar auf die Regelung der Verbrennung in einem Boiler oder Kessel beschrieben worden ist, ist sie auch auf die Temperaturregelung einer Zirkonzelle zum Messen der Menge an freiem Sauerstoff in anderem Zusammenhang anwandbar, z. B. auf die Regelung eines Prozeß-Ofens, wie er in der GB-Patentanmeldung Nr. 49004/77 beschrieben ist.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Schema eines Kessel-Regelsystems gemäß der Erfindung; Pig. 2 ein Schaltungsdiagramm des Regelsystems nach Pig. 1;

Pig. 3 ein Zeitzyklus-Diagramm des Zeitgebers in der Schaltung nach Pig. 2;

Pig. 4 eine Anordnung eines anderen Kessel-Regelsystems, bei welchem die Erfindung anwendbar ist;

Pig. 5, 6 und 7 weitere Abwandlungen des Regelsystems gemäß der Erfindung.

Das Regelsystem gemäß der Erfindung ist bei einem üblichen öl- oder gasbeheizten Schalenkessel 11 mit einem Brennraum 12, einer Brennst off -Einspritzvorrichtung 15, einer Luftleitung 16 zum Brennraum und einem saugenden Luftumwälz-Ventilator 17 angewendet. Die zur Einspritzvorrichtung 15 geförderte Brennstoffmenge hängt von der Einstellung eines Brennstoff-Ventils 18 ab, das durch eine Stellvorrichtung 19 einstellbar ist, während die über die Luftleitung zugeführte Luftmenge durch eine Drosselklappe 21 geregelt wird, welche von der Stellvorrichtung 19 über ein mechanisches Gestänge betätigt wird, wobei dieses Gestänge einen derart gestalteten Nocken aufweist, daß das Luft-/Brennstoff verhältnis über den gesamten Betriebsbereich angenähert einem gewünschten Verhältnis entspricht. Der obere Auslaß des Brennraums 12 ist über einen Kanal 23 mit einem Abzugsschacht 24 verbunden.

Ein derartiger Kessel ist bekannt. Die Stellvorrichtung 19 wird abhängig vom Dampfdruck der Auslaßleitung betätigt und wirkt somit abhängig vom Dampfbedarf, um die Brennstoffzufuhr zu erhöhen, wenn der Dampfdruck aufgrund erhöhten Dampfbedarfes absinkt.

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Das Regelsystem arbeitet wegen Veränderungen im Brennstoff, hinsichtlich Druck, Viskosität und Heizwert sowie wegen Totgangs im Gestänge 22 und sich verändernder Verbrennungsluftdichte und sich veränderndem Zug im Abzugsschacht aufgrund von Umgebungsbedingungen nicht sehr genau.

Es ist gefährlich und ungünstig hinsichtlich des Wirkungsgrades, wenn keine vollständige Verbrennung stattfindet. Demgemäß ist die übliche Praxis, einen gewissen Prozentsatz an Luftüberschuß zuzulassen. Wenn dieser Luftüberschuß jedoch beim Entweichen Wärme transportiert, sinkt der Wirkungsgrad mit zunehmendem Luftüberschuß.

Es ist nun möglich, den Luftüberschuß recht genau durch eine Zirkonzelle 25 in einer Sonde 26 zu messen, die in dem Kanal 23 angeordnet ist. Wenn die Zelle ständig bei einer Temperatur um 70O⁰G (etwa in einem Bereich von 5⁰C um diese Nenntemperatur) gehalten wird, erzeugt die Zelle eine EMK, welche genau die relativen Sauerstoffanteile auf entgegengesetzten Seiten einer Trennwand in der Zelle wiedergibt. Die Abzugsgase in dem Kanal 23 streichen über eine Seite der Trennwand, und eine Referenzquelle 27 führt atmosphärische Luft über die andere Seite. Ein Ausgangssignal 28, welches die Sauerstoffmenge im Kanal 23 representiert, wird zu einer Meßvorrichtung 29 mit einem Zeiger geführt, der sich läng einer linearen oder nichtlinearen Skala bewegt, welche die überschüssige Säuerst off menge anzeigt. An der Vorrichtung 29 können ausgewählte hohe und niedrige Luftüberschüsse eingestellt werden, und sobald der Zeiger sich aus dem gewählten Bereich zwischen den Einstellmarken herausbewegt, wird ein Kontakt 131 oder 132 (Fig. 2) geschlossen', je nachdem, ob der Luftüberschuß unterhalb des gewählten Bereiches sinkt oder darüber hinaus ansteigt.

Wenn dies eintritt, wird ein elektrisches Signal bei 31 zu einem Stellmotor 32 geliefert, welcher eine ibgleichdroseel oder -klappe 33 betätigt, um die Luftzufuhr zum Ventilator 17 zu verändern, welcher Luft

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zum Kessel speist. Wenn der Kontakt 132 schließt, weil der Luftüberschuß im Kanal zu groß wird, ist der Betätigungssinn des Signales zum Motor 32 derart, daß dieser die Abgleichdrossel 33 schließt und umgekehrt·

Natürlich kann das vorhandene Brennstoff- und Luftregelsystem über die Stellvorrichtung 19 auf sich ändernden Dampfbedarf ansprechen, ohne dazu zu führen, daß der Luftüberschuß sich aus dem gewählten Bereich herausbewegt, und dann ist es nicht nötig, daß die Abgleichdrossel 33 betätigt wird; es wurde aber gefunden, daß es wichtig ist, eine Zeitverzögerung nach jeder Betätigung der Stellvorrichtung 19 vorzusehen, so daß die Wirkung im Kanal sich bemerkbar machen kann, bevor die Zirkon-Zelle 25 wirksam wird. Demzufolge hat das Regelsystem eine Zeitgeber-Anordnung, die nun näher im einzelnen anhand der I¹Ig. 2 und 3 beschrieben werden soll.

Wenn das Regelsystem durch Schließen eines Hauptschalters 4-1 eingeschaltet wird, nachdem der Kessel oder Boiler bereits gezündet worden ist, wird ein Relais R3 erregt, das zu allererst den Kontakt R3/1 schließt, um einen Heizer 4-2 für die Zirkonzelle einzuschalten, die eine Betriebstemperatur von 70O⁰O erfordert.

Der Heizer wird von der Sekundärwicklung 43 eines Haupttransformators 44 betrieben. Die andere Sekundärwicklung 45 liefert Strom zu den übrigen Teilen des Regelsystems. Der Relais-Kontakt R3/2 schließt, und ebenso schließt auch der Kontakt R3/3 beim Einschalten, um einen Impuls-Zeitgeber T1 wirksam zu machen, was im einzelnen weiter unten beschrieben ist.

Der Heizer 42 wird bei geschlossenen Relaiskontakten R3/1 entweder mit einem 65-Volt-Anschluß der Wicklung 43 oder einem 90-Volt-Anschluß verbunden, je nachdem, ob Relais R1 nicht unter Strom ist oder erregt ist. Dieses Relais hat normalerweise geschlossene Kontakte R1/1, die in Reihe mit dem 65-Volt-Anschluß

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geschaltet sind, und normalerweise offene Kontakte R1/2, die in Reihe mit dem 90-Volt-Anschluß geschaltet sind. Genaue, am Heizer 42 anliegende Spannung ist nicht von Bedeutung, sofern sie nur ausreichen!ist, die Temperatur der Zelle 25 langsam zu steigern, während die andere Spannung nur niedrig genug sein soll, um die Temperatur der Zelle langsam abzusenken.

Die Temperatur der Zelle oder der Sonde, in welcher die Zelle aufgenommen ist, wird mittels eines Thermopaares 51 gemessen, das ein elektrisches Eingangssignal zu einem 2-Niveau-Regler 52 liefert, der ein Paar Umschalt-Kontakte aufweist. Der Hauptkontakt 53 ist geöffnet oder geschlossen, je nachdem, ob das Eingangssignal des Thermopaares 51 oberhalb eines Wertes von beispielsweise 28 mV entsprechend einer Temperatur von 700⁰C oder unterhalb eines Wertes von 27 mV entsprechend einer Temperatur von 695⁰O liegt. Wenn der Kontakt 53 geschlossen ist, wird das Relais R1 erregt, so daß der Heizer von dem 90-Volt-Anschluß der Wicklung 43 aufgeheizt wird und beginnt, die Temperatur der Zelle zu erhöhen. Wenn die Temperatur 700⁰C erreicht und das Signal des Thermopaares 28 mV erreicht, öffnet der Kontakt 53, und das Relais R1 wird unwirksam, so daß der Heizer 42 von dem Niedervolt-Anschluß weiter mit Strom versorgt wird, was die Zellentemperatur langsam absinken läßt, bis bei etwa 695⁰C der Kontakt 53 wieder schließt.

Auf diese Weise kann die Temperatur der Zelle durch wiederholtes Betätigen des Schalters 53 und der Relaiskontakte R1 sehr dicht bei ihrem Sollwert gehalten werden.

Der zweite Schalter 54 des Reglers setzt bei seinem Schließen eine Anzeigelampe 55 für niedrige Temperatur unter Strom immer dann, wenn das Eingangssignal 51 eine Temperatur von weniger als 65O⁰C anzeigt, - ein Zustand, der während der Anlaufphase des Systems eintritt oder bei einem Versagen des Heizers oder bei einem Versagen des Thermopaars. Schließen des Schalters 54 öffnet

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seine Verbindung über normalerweise offene Relais-Kontakte R3/2 und die Betätigungswicklung eines Relais R2, welche in stromlosem Zustand den Stellmotor 32 über Kontakte R2/1 und R2/2 zum Antreiben der Abgleichdrossel 33 in ihre vollständig offene Stellung aus Sicherheitsgründen betätigen läßt.

Während des Starts vor Umschalten des Kontaktes 54 bei 65O⁰C wird das Relais R2 nicht erregt und der Heizer wird über einen Kontakt R2/4 von einem 110-VoIt-Anschluß an der Wicklung 53 versorgt, um ein schnelles Aufheizen zu bewirken. Wenn der Kontakt 54 umschaltet, arbeitet R2 über Kontakte R3/2 und schaltet Kontakte R2/4 um, so daß der Heizer von dem normalen 90-Volt-Anschluß mit Strom versorgt wird.

Die andere Seite des Heizers 42 kann mit den Or» 5- oder 10-Volt-Anschlüssen der Wicklung 43 abhängig von der maximalen Abzugsverbunden werden

temperatur der jeweiligen praktischen Anordnung/ so daß die wirksamen Heizspannungen in der Anfangsphase und bei den 698⁰C- und 700°C-Zuständen alle zusammen eingestellt werden können.

Ein Relais R 4 wirkt als Einschalter, so daß bei Stellung des Schalters 47 auf "AUTO" der Meßgeber 29 mittels der Umschaltkontakte R3/1 und R4/2 umgangen wird, um den Motor 32 zum Antreiben der Abgleichdrossel 33 in ihre volle Offenstellung zu betätigen. Wenn R2 bei 65O°C unter Strom gesetzt wird, schalten die Kontakte R2/1 und tiberwachen, ob der Motor 32 über den Meßgeber 29 betätigt wird.

Auch öffnen die Kontakte R2/2 und R2/3, so daß eine Regelung über den Meßgeber 29 nur erfolgen kann, wenn der Kontakt T1/1 des Zeitgebers T.. geschlossen ist.

Die Stellungen der Kontakte T1/1 und T1/2 des Zeitgebers T₁ sind in der Pig. 1 gezeigt, und es ist ersichtlich, daß der Motor zum Antrieb der Abgleichdrossel 32 und die Brennstoff-Stellvorrichtung

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nur auf Bedarfssignale reagieren, wenn ihre entsprechenden Zeitgeber-Kontakte geschlossen sind. Während der Anlaufphase waren sie durch die Relais-Kontakte R2/2 und R2/3 kurzgeschlossen.

Bei selbsttätiger Betriebsweise arbeitet der Impuls-Zeitgeber T1 in 10-Sekunden-Zyklen, d. h. in 6 Zyklen je Minute. Die genaue Länge jedes Teils des Zyklus hängt von der besonderen Anwendung ab. Bei einem typischen Beispiel gemäß Fig. 3 ist der Kontakt T1/2 während der ersten zwei Sekunden geschlossen, so daß die Brennstoff-Stellvorrichtung 19 auf ein Dampfbedarfssignal reagieren und die Fördermenge des Brennstoffs bei 18 sowie die Luftfördermenge bei 21 über das mechanische Gestänge 22 verändern kann, wenn dies der Bedarf erforderlich macht. Es ist dann eine Zeitverzögerung von vier oder fünf Sekunden vorgesehen, während der beide Kontakte T1/2 und T1/1 offen sind, so daß keine weitere Regelung vorgenommen werden kann. Dies führt zu dem Ergebnis, daß jegliche Einstellung der Stellvorrichtung 19 in dem Kanal 23 sich in Form einer Veränderung des Luftüberschusses wiederspiegelt, der mittels des Sauerstoffdetektors in Form der Zirkonzelle 25 gemessen wird. Der Kontakt T2/1 wird durch den Impuls-Zeitgeber T1 geschlossen, so daß das Ausgangssignal der Zirkon-Zelle zum Antreiben des Stellmotors 32 für die Abgleichdrossel 32 verwendet werden kann, wenn eine veränderte Einstellung notwendig ist. Es ist klar, daß dann, wenn der Zeiger des Meßgebers 29 sich nicht über den gewünschten Luftüberschußbereich hinaus bewegt hat, keiner der beiden Schalter 131 und 132 geschlossen wird und daher keine der Wicklungen des Motors 32 unter Strom gesetzt wird.

Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt anzeigt, daß z. B. der Luftüberschuß nicht ausreichend ist, veranlaßt die Bewegung des Zeigers den Schalter 131 zum Schließen, um den Stellmotor 32 in einem solchen Sinne zu betätigen, daß er die Abgleichdrossel 33 zum Vergrößern., der Luftzufuhr öffnet. Ein solches Signal kann jedoch den Stellmotor 32 nur für ein Zeitintervall von 2 oder 3 Sekunden zugeführt werden, währenddessen der Kontakt T1/1 geschlossen ist.

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Danach wiederholt sich der Zyklus mit offenem Kontakt T1/1 und geschlossenenKontakt T1/2.

Die Regelung mittels der Stellvorrichtung 19 wirkt in Impulsen von zwei oder drei Sekunden in einem Zehn-Sekunden-Zyklus, so daß nach jeder Einstellung der Stellvorrichtung 19 für die Luft-Brennstoff regelung eine Zeitverzögerung herrscht, welche ermöglicht, daß die Einstellung wirksam wird, bevor ein Signal von der Zirkon-Zelle eine Veränderung der Einstellung der Abgleichdrossel 33 bewirken kann und bevor eine weitere Einstellung mittels der Stellvorrichtung 19 gemacht werden kann.

Diese Anordnung verhütet eine Hysterese und wurde als geeignet befunden, den Luftüberschuß in sehr feinen Grenzen zu regeln, die stets ausreichend für die Sicherheit aber niemals so groß sind, daß sie einen Brennerbetrieb bei schlechtem Wirkungsgrad zur Folge haben. Somit läßt sich durch Verwendung des Regelsystems, welches eine einfache Ergänzung eines bestehenden Boilers darstellt, eine beträchtliche Brennstoffersparnis erzielen.

Es ist nämlich nur erforderlich, die Zirkon-Zelle in ihrer Sonde in den Kanal 23 einzuführen und mit dem Meßgeber 29 zu verbinden und ferner die Abgleichdrossel 33 und den Stellmotor 32 vorzusehen und zu verbinden.

Es wurde gefunden, daß selbst dann, wenn ein sehr schneller Bedarf, an mehr Dampf herrscht, ein 10-Sekunden-Zyklus völlig ausreicht.

Bei einigen Anwendungen der intermittierenden Regelung wird die vorhandene Stellvorrichtung nur bei anwachsendem Dampfbedarf eingesetzt, weil bei abnehmendem Bedarf wünschenswert sein kann, den Boiler so schnell wie möglich abzuschalten und dann die Zeitgeberkontakte T1/2 bei 57 umgangen werden sollten. Jedoch, wurde eine intermittierende Regelung der Abgleichdrossel über den Zeitgeberkontakt T1/1 sich selbst während einer Verringerung der Brennstoffzufuhr fortsetzen.

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Wenn der Dampfdruck unter ein erkanntes Gefahrenniveau abgesenkt werden soll, wird ein Druckschalter (nicht gezeigt) vorgesehen, um Relais R2 auszulösen und dadurch den Stellmotor 32 zu veranlassen, die Abgleichdrossel kontinuierlich in ihre größte Offenstellung zu fahren, um maximale Luftzufuhr zu schaffen, wobei gleichzeitig die Brennstoff-Regelkontakte T1/1 bei 58 umgangen werden.

Die Zirkon-Zelle 25 produziert bei einer gewissen Temperatur ein Ausgangssignal in Millivolt, welches mit abnehmender Menge an freiem Sauerstoff im Abzug ansteigt, und dieses Ausgangssignal wird dem Meßgeber 29 über einen Verstärker 30 mit Umkehrcharakteristik zugeführt, so daß das Ausgangssignal des Meßgebers 29 von 20 auf 4 mA abnimmt, wenn das von der Zelle 25 eingehende Signal von 15 auf 112 mV entsprechend einer Abnahme der Sauerstoffkonzentration von 10 % auf 0,1 % ansteigt. Die Beziehung ist nicht linear, und der Meßgeber 29 hat eine logarithmische Kennung.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 30 wird zum Meßgeber 29 über die Eingänge zweier in Reihe geschalteter. Verstärker 61 und 62 geleitet. Wenn das Signal größer als 12 mA entsprechend 14 % Sauerstoff ist, löst der Verstärker 62 normalerweise geschlossene Kontakte 63 aus, die in Serie mit dem Relais R2 geschaltet sind, so daß R2/1 und R2/2 umschalten und die Abgleichdrossel 33 in ihre vollständig offene Sicherheitsstellung gefahren wird.

Dies tritt ein, wenn das von der Zelle 25 stammende Signal aufgrund eines Kurzschlusses oder öffnung des Kreises verlorengegangen ist.

Wenn die Schaltung des Heizers 42 öder des Thermopaars 51 unterbrochen wird t gibt ein Niedertemperatursignal bei 52 das Relais R2 frei.

Bei einem zu wenig Sauerstoff anzeigenden Signal, das vom Verstärker 30 geliefert wird, gibt der Verstärker 61 ein Ausgangssignal bei 14 ab, welches den Brenner abschaltet.

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Versagen der Versorgung stromabwärts des Hauptschalters 41 gibt das Relais R4 frei, so daß seine Kontakte umschalten und der Stellmotor 32 bei .65, 66 über die Versorgung .

verbunden wird und die Abgleichdrossel in ihre vollständige Offenstellung treibt.

Die Erfindung ist auch auf ein solches Boiler-Regelsystem anwandbar, das in der GB-Patentanmeldung Nr. 14091/74 beschrieben ist, von dem ein Blockschaltbild in Fig. 4 gezeigt ist.

Viele der dort verwendeten Bauteile entsprechen denjenigen gemäß Pig. 1; jedoch sind dort getrennte Brennstoffventil·- und Drossel-Stellvorrichtungen vorgesehen, die jeweils von ihren eigenen Brennstoff- bzw. Luftdruck-Meßumformer abhängen. Ein Dampfdruck-Meßumformer regelt die Brennstoff-Luftverhältnis-Vorrichtung, die ihrerseits einen den Brennstoff und den Luftstrom begrenzenden Steller zum unabhängigen ^ferändern der Stellungen des Brennstoffventils und der Luft-Drosselklappe gemäß den besonderen Erfordernissen regelt. Die vollständige Wirkungsweise ist im einzelnen in der GB-Patentanmeldung Nr. 14091/74 beschrieben, wobei diese Anmeldung jedoch nicht die Verwendung einer Zirkon-Zelle 25 für die Sauerstoffgehaltsmessung beschreibt, von der ein zusätzliches Signal abgegeben wird, das als Eingang der Stellvorrichtung der Luft-Drosselklappe dient, so daß die Betätigung der Klappen-Stellvorrichtung sowohl vom Sauerstoffgehalt im Abzug als auch vom Luftdruck im Boiler und vom Signal des den Brennstoffstrom und den Luftstrom begrenzenden Stellers abhängt. Mit dieser zusätzlichen Regelung in dem veränderten System gemäß Pig. 4 ist es nicht mehr nötig, /zusätzliche Abgleichdrossel 33 vorzusehen, weil eine einzige Drosselklappe so eingestellt werden kann, daß sie sowohl dem optimalen Brennstoff-Luftverhältnis abhängig vom Dampfbedarf als auch dem im Abzug gemessenen Ist-Luftüberschuß rechnung trägt. Es ist vorgesehen, daß auf den Soll-Luftdruck so lange geregelt wird, als der gemessene Luftdruck von dem Soll- Luftdruck mehr als 5 mm abweicht; sobald der Ist-Luftdruck näher

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an den Soll-Luftdruck herankommt, wird auf ein Regeln abhängig vom Säuerstoff-Detektor 25 im Abzug umgeschaltet.

In jedem Fall wird das Regelsignal nur periodisch mit einer Verzögerung jeder neuen Regeltätigkeit abgegeben, um die Auswirkung abzuwarten, bevor eine weitere Regelung vorgenommen wird.

In einigen Anwendungsfällen kann der Druck der Abgleichdrossel 33 stromaufwärts von der Haupt-Drosselklappe 21 die verfügbare Luftmenge verringern, z. B. für eine zweite Luftquelle zu den Brennern bei 15 von stromaufwärts der Klappe 21.

Dann kann die Drossel 33 entfallen und ein Bypass kann vorgesehen sein, der die Klappe 21 umgeht und eine in gleicher Weise wie die Drossel 33 regelbare Abgleich-Drosselklappe enthält.

So kann eine feine Regelung der Luftzufuhr erreicht werden, ohne daß eine Drosselung der verfügbaren Luft vor dem Eingang in die Drosselklappe 21 stattfindet.

Bei einer Abwandlung gemäß Fig. 5 regelt ein Stellmotor 19 das Brennstoffventil 18 direkt und die Drosselklappe 21 über einen Nocken 71 und einen Hebel 72, wobei Beziehung zwischen den beiden Regelungen durch die Gestalt des Nockens festgelegt ist, welcher die Länge des Hebelarmes bestimmt. Der Motor 32 ist so angeordnet, daß er das Ende des Hebels 72 gemäß Pig. 5 nach rechts oder links bewegt, um die wirksame Länge des Hebelarms einzustellen. Die Stellmotoren 19 und 32 arbeiten in den Zyklus gemäß Pig. 3 intermittierend.

Bei einer weiteren Abwandlung, die schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, ist das Bedarfssignal· bei 77 ein pneumatisches Signal, das dazu benutzt wird, einen pneumatischen Stellmotor 19 anzutreiben. Dieser treibt die Stellvorrichtungen für die Luft-Drosselklappe 21 und das Brennstoffventil 18 abhängig von einem bei 74

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eingegebenen pneumatischen Referenzsignal. Dieses Signal kann verändert werden, indem die Einstellung einer veränderlichen Druckmindervorrichtung 75 variiert wird, welche in einer von einer Referenzdruckquelle 76 herkommenden Leitung eingeschaltet ist. Die Druckmindervorrichtung 75 wird durch den Stellmotor 32 angetrieben.

Einige Schalen- oder Feuerrohr- Kessel haben getrennte Brenner und getrennte Kanäle für Verbrennungsgase. Hier sollten jeweils individuelle Zirkon-Zellen und Brennerregelungen für jeden Brenner vorgesehen sein.

Wenn ein solcher Kessel getrennte Brenner und eine gemeinsame Gasleitung hat, ist nicht einfach, beide Brenner abhängig vom Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsgasen zu regeln. Jedoch kann das von der Zirkonzelle stammende Signal zur Regelung einer Klappe am Kessel-Auslaß benutzt werden, die beispielsweise zwischen einem Rauchgas-Speisewasservorwärmer und dem Abzug vorgesehen sein kann.

Schließlich sind in einer Abwandlung von Pig. 2 gemäß Pig. 7 Mittel zum wirkungsvollen Variieren der Einstellung der Kontakte 131 und 132 vorgesehen, welche die ausgewählten Werte für niedrigen und hohen Luftüberschuß bestimmen, wobei die Variationen automatisch abhängig von der Einstellung der Kessel-Peuerungsleistung ist.

Bei der anhand der Pig. 2 beschriebenen Ausführung wird der Säuerst off Überschuß in den Verbrennungsprodukten mehr oder weniger innerhalb eines festen Bereiches von etwa 3 % bei voller Feuerungsleistung bis herab zu 30 % der Eeuerungsleistung bei vollständig offener Drosselklappe gehalten. Bei niedrigeren Brennerleistungen als dieser steigt der Prozentsatz an überschüssiger Luft bis zu etwa 7 % an, und dies kann hingenommen werden, weil Brenner selten bei so niedrigen Leistungen arbeiten, obwohl die Verbrennung einen schlechten Wirkungsgrad hat und weißer Bauch erzeugt wird·

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Die meisten Brenner ergeben bei niedrigen Feuerungsleistungen und niedrigen Luftüberschussen nicht eine wirkungsvolle Verbrennung. Es ist jedoch ein neuer Brenner erhältlich, der mit einem Sauerstoffüberschuß von 0,5 % "bei voller Brennerleistung und bei 1,6 % bei niedriger Brennerleistung arbeitet, und bei einem solchen Brenner ist es wünschenswert, die Werte für hohen und niedrigen Luftüberschuß abhängig von seiner Leistung und damit von der Einstellung des Brennstoffventils einstellen zu können.

Fig. 7 zeigt bestimmte Teile der Fig. 2 und die Abwandlungen, die notwendig sind, um das oben Gesagte hervorzubringen. Die Schalter 131 und 132 sind weggelassen, und statt dessen sind Relais R5 und R6 vorgesehen, die je einen einzelnen normalerweise offenen Kontakt in den offenen bzw. geschlossenen Leitungen zum Klappen-Stellmotor 32 haben. Die Relais R5 und R6 werden durch entsprechende Auslöseverstärker 78 und 79 betätigt, die in Reihe mit der Regelleitung vom Verstärker 32 zur Vorrichtung 29 über die Verstärker 61 und 62 geschaltet sind.

Der Ausgang des Verstärkers 30 ist mit der Anzeigevorrichtung 29 über die Eingänge der in Reihe geschalteten Verstärker 61 und 62 und über einen Potentiometer 81 und einen variablen Widerstand 82 verbunden, die bei jedem Verstärker 78 und 79 hintereinandergeschaltet sind. Der Strom in der Schaltung repräsentiert das Eingangssignal in die Vorrichtung 29 und die Spannungseingänge in die Verstärker 78 und 79 hängen vom Produkt dieses Stromes und dem speziellen Widerstand ab, über welchen der Verstärkereingang . angeschlossen ist. Die Potentiometer 81 werden so eingestellt, daß die Verstärker ihre entsprechenden Relais R5 und R6 bei zwei verschiedenen Stromniveaus in der Schaltung betätigen, wobei diese Stromniveaus die hohen und niedrigen Luftüberschußwerte bei einer bestimmten Brennerleistung repräsentieren. Die Abgreifer der Widerstände 82 werden von dem Brennstoffventil-Steller 18 angetrieben, so daß dann, wenn die Brennstoffventileinstellung zur Veränderung der Brennerleistung verändert wird, auch die hohen und niedrigen

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Einstellwerte für die Luftüberschüsse gemeinsam entsprechend erhöht oder herabgesetzt werden. Immer dann, wenn der Sauerstoffgehalt einen Strom im Ausgang des Verstärkers 30 außerhalb des Einstellbereiches für die jeweilige Brennerleistung erzeugt, wird das Relais R5 oder das Relais R6 betätigt, um den Stellmotor 32 zum Öffnen oder Schließen der Abgleichdrossel 33 zu veranlassen.

Auf diese Weise wird das Niveau des Sauerstoffüberschusses in den Verbrennungsprodukten recht genau nahe einem Wert geregelt, der etwa zwischen 0, 5 % und 1,6 % entsprechend einer Brennerleistung zwischen Vollast und etwa 30 % Teillast variiert.

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Claims (14)

1. 8000 München 80 Mühldorfstraße 25

   Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

   Telefon (068) «6872, Telex E215S35 Telegramme patemue münchen

   TELEGAN LTD.

   Croydon, Großbritannien

   P 096 37

   Ansprüche

   (Vy Regelsystem für einen Brenner mit Mitteln zum selbsttätigen Regeln der Brennstoff- und/oder Luftzufuhr, gekenn zeichnet durch Mittel (26,32), die auf die in den Verbrennungsprodukten des Brenners enthaltene Sauerstoffmenge reagieren, um eine zusätzliche Regelung zu ermöglichen.
2. 2. Regelsystem nach Anspruch !,gekennzeichnet durch Mittel (19) zum Regeln der Brennstoff-und Luftzufuhr in vorbestimmtem Verhältnis.
3. 3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Regelung (71,74) das vorbestimmte Verhältnis einreaelt
4. 4. Regelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Regelung (33) die Luftzufuhr zum Brenner regelt.
5. 5. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne t , daß die zusätzliche Regelung die Abfuhr von Yerbrennungsprodukten von dem Brenner regelt.

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6. 6. Regelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbsttätige Regelung der Brennstoff- und /oder Luftzufuhr und die auf die Sauerstoffmenge in den Verbrennungsprodukten ansprechende Regelung nacheinander in kontinuierlichen Regelzyklen vorgenommen werden (Fig. 3).
7. 7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitverzögerungsperiode zwischen ersten und zweiten Perioden der beiden Regel zyklenvorgesehen ist.
8. 8. Regelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination aus einem Brenner mit einer selbsttätigen Brennstoffregelung (18) in Abhängigkeit vom Bedarf oder vom Druck und aus einem Gestänge (22) zum selbsttätigen Einstellen einer Luft-Drosselklappe (21), wenn die Brennstoffzufuhr eingeregelt ist, wobei eine Abgleichdrossel (33) vorgesehen ist, welche die Luftzufuhr zu der Luft-Drosselklappe (21) steuert und durch die zusätzliche Regelung 'geöffnet oder geschlossen wird.
9. 9. Regelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

   Abgleichdrossel in einem Luftkanal stromaufwärts;von der Luft-Drosselklappevorgesehen ist.
10. 10. Regel system nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleichdrossel in einem Bypass zur Luft-Drosselklappe untergebracht ist.
11. «Regelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Regelung nur dann wirksam ist, wenn sich die Luftzufuhr in einem vorbestimmten Bereich (131,132) einer gewünschten Luftzufuhr bewegt.
12. 12. Regel system nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich in Abhängigkeit von sich verändernder Brennerlast automatisch neu eingestellt wird (bei 82).
13. 13.Regel system nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Sauerstoffmenge in den Verbrennungsprodukten ansprechenden Mittel eine Zirkon-Zelle (25) im Brennerabzug (23) aufweisen, wobei diese Zirkon-Zelle ein elektrisches Signal (28) abgibt, welches die

    Sauerstoffmenge in den Rauchgasen im Abzug repräsentiert.

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14. 14. Regelsystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Heizer (42) für die Zirkonzelle, der in einen von zwei Zuständen abhängig von der Temperatur der Zelle geschaltet werden kann, so daß er die Zelle heizt, wenn die Temperatur kleiner als eine Temperaturgrenze ist, und die Zelle abkühlen läßt, wenn sie über die genante Temperaturgrenze oder eine höhere Temperaturgrenze erwärmt ist.

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