DE3100267C2

DE3100267C2 - Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer viele Brenner aufweisenden natürlichen Zugverbrennungszone

Info

Publication number: DE3100267C2
Application number: DE3100267A
Authority: DE
Inventors: Donald J. Lagunitas Calif. Leonard
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-01-08
Publication date: 1986-10-09
Also published as: NO803938L; BE887133R; GB2070745A; NL8007120A; JPS56127124A; FR2477267B1; JPH0114488B2; CA1145437A; GB2070745B; DE3100267A1; US4253404A; MX7350E; FR2477267A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsmethode und eine Vorrichtung zur Optimierung des Betriebs einer natürlichen Zugverbrennungszone, durch welche eine Leitung, die ein zu erhitzendes Verfahrensfluid enthält, führt, durch Verminderung der Zufuhr an Verbrennungsluft, bis eine oder mehrere der folgenden vorherbestimmten begrenzenden Bedingungen erreicht worden sind: maximaler CO-Wert in dem Abgas, minimaler O ↓2-Wert in dem Abgas, minimaler Zug in der Verbrennungszone, maximale Temperatur der äußeren Oberfläche der Leitung sowie Zunahme der Geschwindigkeit der Brennstoffzuführung oberhalb einer minimalen Menge. Ist eine begrenzende Bedingung erreicht, dann wird die Zufuhr von Verbrennungsluft erhöht, bis die begrenzende Bedingung nicht mehr vorliegt, worauf der Zyklus wiederholt wird.

Description

a) die Fließgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in erforderlicher Weise zur Aufrechterhaltung der CO-Konzentration in dem Abgas unterhalb eines vorherbestimmten Maximums,

zur Aufrechterhaltung der O2-Konzentration in dem Abgas oberhalb eines vorherbestimmten Minimums,

zur Aurfrechterhaltung des Zugs in der Verbrennungszone oberhalb eines vorherbestimmten Minimums, und

zur Aufrechterhaltung der Temperatur der äußeren Oberfläche der Leitung unterhalb eines vorherbestimmten Maximums und,
falls die Geschwindigkeit der Zunahme der Rate, mit welcher Brennstoff der Verbrennungszone zugeführt wird, ein vorherbestimmtes Maximum überschreitet, erhöht wird und

b) die Fließgeschwindigkeit der Verbrennungsluft vermindert wird, wenn eine Zunahme der Verbrennungsluftfließgeschwindigkeit zur Durchführung der Stufe (a) nicht erforderlich ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarm gegeben wird, wenn die CO-Konzentration oberhalb des vorherbestimmten Maximums und die 02-Konzentration oberhalb eines vorherbestimmten Maximums liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarm gegeben wird, wenn die O2-Konzentration oberhalb ihres vorherbestimmten Maximums und der Zug unterhalb seines vorherbestimmten Minimums ist, und

ein Alarm gegeben wird, wenn die 02-Konzentration unterhalb ihres vorherbestimmten Minimums ist und der Zug oberhalb seines vorherbestimmten Maximums liegt.

Die Erfindung betrifft einen Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In den vergangenen Jahren wurden Vorrichtungen zur Steuerung verschiedener Prozesse, wie chemischer Prozesse, petrochemischer Prozesse sowie Prozesse zur Durchführung von Destination, Extraktionen und Raffinationen von Erdöl oder dergleichen, entwickelt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung können bestimmte Variablen des Prozesses gemessen werden, wobei es durch bestimmte Vorgaben möglich ist, die Verfahren in der Weise gesteuert durchzuführen, daß sie in der wirtschaftlichsten und sichersten Weise ablaufen.

So wird beispielsweise in öfen zum Erhitzen von Prozeßfluids die Temperatur des erhitzten Fluids, das den Ofen verläßt, gemessen und die Menge an Brennstoff automatisch gesteuert, um das erhitzte Fluid auf der gewünschten Temperatur zu halten. Unter gegebenen Ofen-, Brennstoff- und Atmosphärenbedingungen bedarf es eines spezifischen Volumens an Verbrennungsluft, um vollständig den Brennstoff zu verbrennen. Eine unzureichende Zufuhr von Verbrennungsluft (Sauerstoff) bedingt das Zurückbleiben von nichtverbranntem Brennstoff in der Verbrennungszone, was sehr unwirtschaftlich und gefährlich ist Liegt andererseits ein Überschuß an Verbrennungsluft vor, dann ist extra Brennstoff zur Erhitzung derselben erforderlich, wobei die erhitzte überschüssige Luft gewöhnlich unverwertet aus dem Ofenkamin entweicht, so daß eine derartige Betriebsweise unwirtschaftlich ist. Es besteht daher ein Bedarf zum Steuern der Zufuhr von Verbrennungsluft zu öfen, um die Betriebszeiten unter den Bedingungen überschüssiger Luft oder überschüssigen Brennstoffs auf einem Minimum zu halten.

Im Falle vieler öfen, insbesondere natürlicher Zugöfen, wird die Luft, die für die Verbrennung erforderlich ist, manuell gesteuert, beispielsweise durch eine Drosselvorrichtung in dem eintretenden Luftstrom oder in dem Ofenkamin. Normalerweise wird zuviel Luft dem Ofen zugeführt, da eine derartige Arbeitsweise, die zwar unwirtschaftlich ist, einen sicheren Betrieb ermöglicht und nur eine minimale Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals erfordert

Ein Typ einer bekannten Kontrollvorrichtung hält ein zuvor eingestelltes Luft/Brennstoff-Verhältnis in der Weise aufrecht, daß die Fließgeschwindigkeit der Luft in Abhängigkeit von Veränderungen im Fließen des Brennstoffs variiert wird. Ein anderer Typ hält ein vorherbestimmtes Maß an Sauerstoff in dem Abgas durch Anwendung eines Sauerstoffanalysators auf.

Aus der DE-OS 29 50 646 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Dort wird die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft gesteuert, um vorgegebene Werte für die CO-Konzentration, die 02-Konzentration und die Temperatur aufrechtzuerhalten. Dieses bekannte Verfahren erlaubt keine Anpassung des Betriebs an einen maximalen Wirkungsgrad bei wechselnden Verfahrensbedingungen, atmosphärischen Bedingungen und Brennstoffzusammensetzungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine Optimierung des Betriebs einer Verbrennungs-

zone auch bei schnell wechselnden Änderungen der Verfahrensparameter erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil.

Durch die Überwachung sowohl des CO- als auch des 02-Gehaltes wird erreicht, daß jeder dieser Werte als Prüfstein für die Zuverlässigkeit des anderen dient. Wenn beispielsweise sowohl der O2-Gehalt als auch der CO-Gehalt niedrig ist, besteht die große Wahrschein-

lichkeit, daß eine der Überwachungseinrichtungen nicht richtig arbeitet. Ein Alarm wird gegeben, wenn sowohl eine hohe Cö-Konzentration ais auch eine hohe O2-Konzentration vorliegt. Ein derartiger Zustand kann eintreten, wenn einer oder mehrere der Brenner, jedoch nicht alle, unzureichend mit Sauerstoff versorgt werden. Diese Situation tritt ein, wenn ein Lüftungsschieber des Brenners verstopft oder verschlossen ist. Durch die Alarmgebung kann die verantwortliche Überwachungs-

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person das System überprüfen. Dafür ist erforderlich, vorher einen bestimmten maximalen O2-Konzentrationswert einzustellen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Alarm im Falle eines hohen vorbestimmten Sauerstoffgehaltes in Verbindung mit einem geringen Zug und ein geringer Sauerstoffgehalt in Verbindung mit einem hohen Zug signalisiert Derartige Änderungen der Verfahrensbedingungen können auftreten infolge von Veränderungen der Verfahrensheizbedingungen, so daß eine manuelle Einstellung der Brennerlüftungsschieber erforderlich ist, damit die automatische Drosselklappensteuerung in wirksamer Weise funktioniert.

Unter einer natürlichen Zugverbrennungszone ist eine Verbrennungszone zu verstehen, in welcher das Ansaugen von Verbrennungsluft dadurch gesteuert wird, daß ein negativer Druck in der Verbrennungszone in bezug auf den Umgebungsatmosphärendruck aufrechterhalten wird. Der Zug ist der Unterschied zwischen dem Druck innerhalb der Verbrennungszone und dem Umgebungsatmosphärendruck. Er nimmt gewöhnlich eine negative Zahl infolge des relativ geringen Druckes in der Verbrennungszone an. Ein hoher Zug gibt sich durch einen großen negativen Druck und ein geringer Zug durch einen niedrigen negativen Druck oder sogar einen positiven Druck zu erkennen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens wiedergibt;

F i g. 2 eine graphische Darstellung, mit der Beziehung zwischen der Zufuhr von Luft (O₂), dem Brennstoffbedarf und der CO-Bildung, und

F i g. 3 eine Darstellung, mit den Ergebnissen des Verfahrens.

F i g. 1 zeigt einen kastenförmigen natürlichen Zugofen 11 mit vielen Brennern (öl oder Gas), einer Kamindrosselvorrichtung und einer Leistung von 25 800 Kilowatt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß praktisch alle Typen natüriicher befeuerter Zugöfen nach dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren unabhängig davon betrieben werden können, ob Brennstoff in gasförmigem, flüssigem oder festem Zustand verwendet wird, sowie unabhängig von der Ofengröße und -form, der Anzahl der Brenner oder Kamine etc, wobei es jedoch zweckmäßig sein kann, das erfindungsgemäße Steuerverfahren zusätzlichen begrenzenden Bedingungen zu unterziehen.

Ein zu erhitzendes Prozeßfluid wird in den Ofen 11 über die Leitung 12 eingeführt und kreuzt das Innere des Ofens in einer Vielzahl von Durchgängen 13, bevor es über die Leitung 14 abgeführt wird. Brennstoff wird den jeweiligen Brennern 23 des Ofens 11 über die Leitung 15 mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die sich nach der Position des Steuerventils 16 in der Leitung 15 richtet. Die Position des Steuerventils 16 wird in Abhängigkeit von dem Signal 19 variiert, das von der Temperatursteuerungseinrichtung 18 erhalten wird. Die Steuerungseinrichtung 18 bestimmt die Variation von einem festgesetzten Punkt eines Temperatursignals, das von dem Geber 17 erhalten wird, welcher derartig angeordnet ist. daß er die Temperatur des erhitzten Prozeßfluids mißt, wenn dieses den Ofen 11 durch die Leitung 14 verläßt. Fällt die Temperatur des Prozeßfluids unterhalb einen bestimmten Wert, dann wird weiterer Brennstoff in die Verbrennungszone durch die Leitung 19 in der Weise abgerufen, daß das Ventil 16 geöffnet wird und weiterer Brennstoff in die Verbrennungszone strömen kann. Verbrennungsluft aus der Atmosphäre gelangt in die Verbrennungszone durch öffnungen in den Brennern 23.

Die Brennstofffließgeschwindigkeit in der Leitung 15 wird durch ein Strömungsmeßgerät 20 ermittelt Jedes geeignete Strömungsmeßgerät kann verwendet werden, beispielsweise ein Geschwindigkeitsmesser, ein Zuflußmesser oder ein Verdrängungsmesser. Das Strömungsmeßgerät 20 überträgt über die Leitung 21 ein

ίο Signal, das in einer Beziehung zu der Geschwindigkeit des Brennstoffstromes in der Leitung 15 steht

Aus dem Kamin 25 des Ofens 11 wird ein Probeabgasstrom durch die Leitung 26 abgezogen. Ein Teil des Abgasprobestroms wird dem CO-Analysator 28 zugeleitet Dieser Analysator kann jeder geeignete automatische CO-Analysator sein. Der CO-Analysator überträgt über die Leitung 29 ein Signal, das in einer Beziehung zu der Konzentration an CO und dem Abgas steht

Ein anderer Teil des Probestroms in der Leitung 26 wird dem 02-Analysator 33 zugeleitet Dieser Analysator kann jeder geeignete automatische O2-Analysator sein. Der 02-Analysator 33 überträgt über die Leitung 34 ein Signal, das in einer Beziehung zu der Konzentration an O2 in dem Abgas steht

Im Inneren des Ofens 11 sind einige Leitungen 13 näher an den Brennerflammen als andere. Temperaturfühler 36, gewöhnlich Thermoelemente, befinden sich auf der äußeren Oberfläche der Leitung 13 an der Stelle, an welcher sie am nächsten den Brennern ist und an der ein Überhitzen oder ein Auftreffen der Flammen am wahrscheinlichsten ist. Diese Temperaturen werden durch die Leitung 37 übertragen.

Die verbleibende gemessene Variable ist der Ofenzug, der mittels eines an geeigneter Stelle angebrachten Differentialdrucksensors 40 gemessen werden kann, welcher ein Signal über die Leitung 41 überträgt, das den Unterschied im Druck zwischen dem Strahlungserhitzungsabschnitt innerhalb des Ofens und der Umgebungsluft außerhalb des Ofens wiedergibt.

Signale aus den Leitungen 21, 29, 34, 37 und 41 werden von der Verbrennungskontrollvorrichtung 44 aufgenommen. Diese Kontrollvorrichtung kann eine geeignete Kontrollvorrichtung sein, die das Erreichen oder Überschreiten einer vorherbestimmten Grenze für ein gegebenes Signal angibt. Ein Beispiel für eine geeignete Steuervorrichtung ist ein Digitalcomputer, es ist jedoch vorzuziehen, einen Mikrocomputer zu verwenden.

Die Steuerungseinrichtung 44 nimmt die verschiedenen Signale auf, vergleicht sie mit den entsprechenden festgesetzten Grenzen und bestimmt, ob irgendeine Grenze erreicht worden ist. Die Steuerungsvorrichtung 44 erzeugt ein Signal, welches dazu verwendet wird, die Fließgeschwindigkeit der dem Ofen zugeführten Luft mittels einer variabel positionierbaren Drosselklappe zu steuern, die entweder in dem Abgaskamin oder in einem Einlaßluftvorratsbehälter, falls ein solcher vorhanden ist, angebracht sein kann. Gemäß F i g. 1 ist das Signal aus der Kontrolleinrichtung 44 ein Analogsignal, das über die Leitung 45 einem Betätigungselement 47 zugeleitet wird, das die Drosselklappe 48 betätigt, die sich in dem Kamin 25 des Ofens befind·?*. Wird eine oder mehrere der Grenzen erreicht, dann wird die Drosselklappe 48 geöffnet, so daß mehr Luft in die Verbrennunjszone des Ofens 11 gelangt. Ist keine der Grenzen erreicht, dann wird die Drosselklappe langsam geschlossen, so daß weniger Luft in die Verbrennungszone gelangt.
Die Folge, mit welcher die Kontrolleinrichtung 44 die

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Betriebssignale zur Bestimmung der Tatsache abtastet, ob eine der begrenzenden Bedingungen vorherrschen, kann variieren. Eine Methode besteht darin, daß die Kontrolleinrichtung kontinuierlich oder periodisch jedes der Betriebssignale in Serie überprügt. Erreicht eines der Betriebssignale seine Grenzbedingung, dann wird der Strom der Verbrennungsluft erhöht, bis der Zustand wieder beseitigt ist, worauf langsam der Verbrennungsluftstrom abnimmt, während die Einrichtung nach der gleichen oder einer anderen begrenzenden Bedingung sucht Eine andere Arbeitsweise der Kontrolleinrichtung besteht darin, den Strom der Verbrennungsluft solange zu vermindern, bis eines der Betriebssignale seine Grenzbedingungen erreicht hat, wobei kontinuierlich dieses Betriebssignal überwacht wird, um es auf seiner vorherbestimmten Grenze zu halten, während kontinuierlich oder periodisch die anderen Betriebssignale überprüft werden. Ändern sich die Bedingungen, so daß ein anderes Betriebssignal seine entsprechende vorherbestimmte Grenze erreicht hat, dann erhöht die Kontrolleinrichtung die Fließgeschwindigkeit der Verbrennungsluft solange, bis keines der Signale mehr an seiner Grenze ist, worauf der Luftstrom zur Wiederholung des Zyklus abnimmt

Ein Vorteil der Überwachung sowohl des CO- als auch des C>2-Gehaltes besteht darin, daß jeder als Prüfstein für die Zuverlässigkeit des anderen dienen kann. Sind beispielsweise der O2- und der CO-Gehalt jeweils sehr niedrig, dann funktioniert wahrscheinlich einer der Analysatoren schlecht Darüber hinaus gibt die Kontrolleinrichtung vorzugsweise einen Alarm, wenn sowohl hohe CO-Konzentrationen als auch hohe CVKonzentrationen vorliegen. Ein derartiger Zustand kann eintreten, wenn einer oder mehrere der Brenner, jedoch nicht alle, unzureichend mit Sauerstoff versorgt werden. Diese Situation tritt ein, wenn ein Lüftungsschieber des Brenners verstopft oder zufällig verschlossen worden ist Durch die Alarmgebung kann der verantwortliche Operateur der Einheit das System auf seine mangelhaften Funktionsweisen überprüfen. Für diesen Zweck ist es ebenfalls erforderlich, einen vorherbestimmten maximalen O2-Konzentrationsgrad, beispielsweise 2,5%, auszuwählen.

Die Brennstoffzuführungsgeschwindigkeit wird überwacht, so daß die Verbrennungsluftzufuhr zu der Verbrennungszone schnell vor einer vorübergehenden Zunahme der Brennstoffzuführungsgeschwindigkeit auf einen Wert oberhalb eines bestimmten Minimums erhöht werden kann, so daß auf diese Weise eine an Brennstoff reiche Verbrennungszone vermieden wird.

Vorzugsweise signalisiert die Kontrolleinrichtung auch einen Alarm im Falle eines hohen vorherbestimmten Sauerstoffgehaltes in Kombination mit einem geringen Zug und von geringen Sauerstoffgehalten zusammen mit einem hohen Zug. Diese besonderen Veränderungen können infolge von Veränderungen von Verfahrensheizbedingungen auftreten, so daß eine manuelle Einstellung der Brennerlüftungsschieber erforderlich ist, damit die automatische Drosselklappensteuerung in wirksamer Weise funktioniert Für diesen Zweck wird ein hoher Zuggrad von normalerweise — 45 Pa eingestellt

Die Grenzen der Variablen, die bezüglich der Optimierung der Arbeitsweise des Ofens 11 eingestellt werden, gehen aus der folgenden Tabelle I hervor. Natürlich schwanken die Variablen und ihre Grenzen von Ofen zu Ofen sowie von Verfahren zu Verfahren und lassen sich von einem Fachmann leicht ermitteln.

Tabelle I

Variable

Grenze

Öffnungsgeschwindigkeit
der Drosselklappe

CO im Abgas
CO im Abgas
O2 im Abgas

Zug

Oberflächentemperatur
Brennstoffzunahme
(über 30 Sekunden)

(über 6 Sekunden)

> 150 ppm normal

> 500 ppm zweifach normal
< 1,25% normal

— 12Pa normal
>510°C normal

>2,5%

normal
variabel

Die normale Geschwindigkeit der Drosselklappenöffnung beträgt 100% des gesamten Drosselklappenweges pro Stunde. Bei einer erheblichen Brennstoffzunahme in jeweils einer sechs Sekunden dauernden Zeitspanne öffnet die Steuerungseinrichtung die Drosselklappe um 1% pro Prozent Treibstoffzunahme. Ist keine Grenze erreicht worden, dann schließt die Steuerungseinrichtung die Drosselklappe mit einer normalen Verschlußgeschwindigkeit von 30% pro Stunde. Mehrere vorherbestimmte Grenzen für eine Betriebsvariable bieten eine zusätzliche Flexibilität für die Steuerungseinrichtung mit einer entsprechenden Sicherheitszunahme.
Nimmt man an, daß während des Betriebs die Steuerungseinrichtung aktiviert wird, wenn die Verbrennungszone mit überschüssiger Luft versorgt wird, dann signalisiert die Steuerungseinrichtung der Drosselklappe ein Schließen mit einer Geschwindigkeit von 30% pro Stunde und tastet periodisch die Betriebsvariablen ab, beispielsweise einmal pro Sekunde. Die Betriebsvariablen werden mit den entsprechenden festgesetzten Grenzen verglichen und die Steuerungseinrichtung fährt fort die Drosselklappe zu schließen, bis eine der Grenzen erreicht worden ist Wenn auch in diesem Falle die Steuerung der Verbrennungsluft mittels einer Drosselklappe erzielt wird, die sich in dem Ofenkamin befindet, so ist dennoch auch eine Drosselklappe in dem Einlaßluftvorratsbehälter möglich.
Wird der Strom der Verbrennungsluft durch Verschließen der Drosselklappe vermindert, dann kann eine der folgenden Bedingungen erreicht werden:

(1) ein geringer Zug, beispielsweise ein Druck in der Verbrennungszone, der höher ist als der Umgebungsaußendruck. Dies könnte zu einer Zerstörung der Bauteile des Ofens, beispielsweise der Auskleidungsbefestigungen, sowie zu einer Flammeninstabilität und möglicherweise zu explosiven Bedingungen führen, insbesondere dann, wenn die Verbrennungszone reich an Brennstoff ist;

(2) nichtverbrannter Brennstoff in der Verbrennungszone. Dieser Zustand wird durch eine brennstoffreiche oder luftarme Betriebsweise verursacht und ist unwirtschaftlich und gegebenenfalls explosiv und kann zusätzlich eine Emission von Rauch aus dem Ofen bedingen;

(3) ein geringer 02-Gehalt in dem Abgas. Dieser Zustand bedeutet einen an Brennstoff reichen Betrieb der Verbrennungszone;

(4) ein hoher CO-Gehalt Die CO-Erzeugung steigt schnell in dem Maße an, indem das Brennstoff/Luft-Verhältnis sich stöchiometrischen Verhältnissen nähert:

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(5) eine hohe Temperatur auf der äußeren Oberfläche eines oder mehrerer der Prozeßfluidleitungen. Die Temperatur muß unterhalb der Betriebssicherheitsgrenze gehalten werden. Die abnehmende Zufuhr von Verbrennungsluft bedingt, daß die Flammen aus dem Brenner langer werden und möglicherweise auf eine oder mehrere Prozeßfluidleitungen auftreffen oder an diesen enden, und zwar im Gegensatz zu dem Fall, wenn mehr Luft zu der Verbrennungszone zugeführt wird. Ist beispielsweise eine hohe Oberflächentemperatur einer Leitung die erste erreichte Grenze, dann öffnet die Steuerungseinrichtung die Drosselklappe, während kontinuierlich die anderen Betriebsvariablen überprüft werden. Ein öffnen der Drosselklappe ermöglicht, daß mehr Verbrennungsluft in den Ofen gelangt, so daß die Länge der Flammen abnimmt und auf diese Weise die Leitungsoberflächentemperatur herabgesetzt wird. Befindet sich die Temperatur auf der Leitungsoberfläche nicht mehr an der Grenze, dann schließt die Kontrolleinrichtung erneut die Drosselklappe, bis erneut eine Grenze erreicht ist, worauf der Zyklus wiederholt wird.

Das Verfahren ist in ausreichendem Maße flexibel, um den Betrieb eines Ofens bei minimalem Verbrennungsluftüberschuß unter wechselnden Betriebsbedingungen zu steuern. Beispielsweise läßt sich eine Steuerung erfolgreich unter wechselnden Atmosphärenbedingungen, Wärmeleistungen und Brennstoffzusammensetzungen aufrechterhalten, wenn der Ofen von einem 100%igen Gasbetrieb der Brenner dahingehend umgestellt wird, daß die Hälfte der Brenner mit Gas und die Hälfte mit öl versorgt werden.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Zufuhr von Luft und Brennstoff unter Bildung von CO. Eine scharfe Zunahme der CO-Produktion ist ein Hinweis, daß die Verbrennungszone sehr nahe unter stöchiometrischen Bedingungen betrieben wird. Der Punkt A repräsentiert das stöchiometrische Verhältnis von Luft zu Brennstoff, der wirksamste und sicherste Punkt des Betriebs der Verbrennungszone. Die Fläche links des Punktes A bedeutet einen Betrieb unter brennstoff reichen oder sauerstoffarmen Bedingungen, während die Fläche rechts des Punktes A einen Betrieb unter luftreichen oder an Brennstoff armen Bedingungen wiedergibt Ein Arbeiten links des Punktes A ist unsicher, da nicht-verbrannter überschüssiger Brennstoff möglicherweise explodiert. Ein Arbeiten sehr nahe rechts des Punkts A ist unzweckmäßig, da Brennstoff zum Erhitzen von überschüssiger Luft unnötig verbraucht wird. Ein Arbeiten am Punkt A und unmittelbar rechts davon ist daher der zweckmäßigste Betriebsbereich. Das Verfahren steuert die Verbrennungsluftzufuhr zur Aufrechterhaltung von Verbrennungsbedingungen von leicht sauerstoffreich bis stöchiometrisch, erlaubt jedoch keinen Übergang zu einer an Sauerstoff armen (und möglicherweise unsicheren) Betriebsweise.

Die Wirksamkeit des Verfahrens läßt sich anhand eines Vergleichs der Werte veranschaulichen, die bei einer Überprüfung des Sauerstoffgehaltes des Abgases des Brenners erhalten werden, welcher im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist. In der Anfangsperiode wird der Ofen vom Operateur unter Zuhilfenahme von Ablesungen von einem Abgas-O2-Ana]ysator, einem Zuganzeiger, einem Brennstoffströmungsaufzeichnungsgerät und Prozeßfluidleitungsoberflächentemperatursensoren gesteuert. Wie aus Fig.3 hervorgeht, schwankt der O2-Gehalt des Abgases innerhalb der Periode von April bis Juni, wenn der Ofen von einem Operateur gesteuert wird, erheblich zwischen 2 und 6%, was einem Durchschnitt von ungefähr 4% entspricht. Für den Rest des Juni und während der ersten Juli-Woche wird die Verbrennungsluftzufuhr zu dem Ofen teilweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert, während im restlichen Juli und im August die Verbrennungsluftzufuhr vollständig nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert wurde. Während der letzteren Periode variierte der Überschuß des Sauerstoffgehalts in dem Abgas zwischen 1 und 2%, was einem Durchschnitt von ungefähr 1,5% entspricht. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde damit eine 2,5°/oige Abnahme der dem Ofen zugeführten Sauerstoffmenge erreicht, was eine l,7°/oige Zunahme des Ofenverbrennungswirkungsgrades sowie einer jährlichen Brennstoffeinsparung von 31 000 Dollar entspricht. Ferner sind die NO^-Emissionen in dem Abgas erheblich reduziert, wahrscheinlich deshalb, weil die verminderte Menge an überschüssiger Luft die Sauerstoffmenge vermindert, die zur Umsetzung mit Stickstoff verfügbar ist. Daher wird nicht nur der Wirkungsgrad erhöht, sondern auch die Menge an Umweltverschmutzungssubstanzen vermindert

Mit dem Verfahren wird der Betrieb einer natürlichen Zugverbrennungszone durch Verminderung der Zufuhr von Verbrennungsluft möglich und die Verbrennungsbedingungen werden in Richtung auf ein Optimum innerhalb der Grenzen einer sicheren Betriebsweise gesteuert, wobei der Betrieb auf diesem Optimum gehalten wird, ohne daß dabei eine der Grenzen überschritten wird. Wichtig ist dabei, daß eine Betriebsweise in Richtung auf einen begrenzenden Zustand den absolut maximalen Wirkungsgrad bedeutet, der sicher unter vorherrschenden Verfahrensbedingungen erreichbar ist, und zwar trotz der Tatsache, daß sich diese Bedingungen immer verändern.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann an öfen mit erheblich schwankenden Belastungen, undichten Verbrennungszonen oder Probesystemen, Einlaßluftsteuerungen plus Kamindrosselplatten, mehr als einem Erhitzer unter Verwendung eines gemeinsamen Kamins, mehr als einem Kamin für einen Erhitzer oder ähnlichen Alternativen, angepaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO 267 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs einer viele Brenner aufweisenden natürlichen Zugverbrennungszone mit einer Brennstoffzufuhr,

einer Zufuhr für Verbrennungsluft, durch welche eine Leitung führt, die ein zu erhitzendes Prozeßfluid enthält, wobei