DE3890337C2 - Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses, bei dem eine vorgewählte Optimalwertsteuerbeziehung zwischen Brennstoffzufuhr und Luftzufuhr durch Vorwärtsführung aufrechterhalten wird.
Ein Optimalwertsteuerverfahren arbeitet mit dem Verhältnis von Eingangsgrößen ohne ir­ gendeine Rückführungsmodifikation auf der Basis der Ergebnisse der Eingangsgrößen. Bei­ spielsweise kann ein Brennstoffventil eingestellt werden, um eine bestimmte Belastung fest­ zulegen, und zwar mit oder ohne Rückführung, während die Lufteinlaßklappe aufgrund der Brennstoffventilposition auf eine besondere Position eingestellt werden kann. Das Brenn­ stoff/Luft-Verhältnis hat deshalb keine Rückführungsaspekte.
Systeme mit Rückführung arbeiten mit einem gemessenen Ergebnis, um die Eingangsgrö­ ßen zu modifizieren. Solche Systeme sind relativ teuer, erfordern Wartung und müssen im­ mer in Betrieb sein. In einigen Fällen kann das Ergebnis der Eingangsgrößen nicht ohne weiteres kontinuierlich meßbar sein.
Hinsichtlich des Brennstoff/Luft-Verhältnisses würde in einem herkömmlichen Rückführungs­ system der Sauerstoff im Rauchgas benutzt, um die Brennstoffzufuhr zu Brennern zu modifi­ zieren. Das kann durch Luftleckage in den Ofen durch Gehäuselecks oder Türen, die offen­ gelassen worden sind, gestört werden. Demgemäß braucht es nicht immer ein genaues Bild der Zustände an dem Brenner zu sein. Wenn mehrere Brenner vorhanden sind, kann die einzelne Rückführung aus dem Rauchgas nicht zwischen dem Betriebszustand der ver­ schiedenen Brenner unterscheiden. Wenn eine reduzierende Atmosphäre benutzt wird, bei­ spielsweise in einem Gaserzeuger oder in einem Wärmebehandlungsofen, der eine reduzie­ rende Atmosphäre erfordert, ist das Rückführungssignal nicht leicht zu erzielen.
Signale für die Optimalwertsteuerung bringen unterschiedliche Schwierigkeiten mit sich. Eine Änderung im Heizwert des Brennstoffes wird die Steuerung stören. Außerdem kann Ver­ schleiß oder ein Ansatz von Rückständen an Eingangsdüsen die tatsächliche Eingangsgröße in bezug auf die Einstellung der Eingangsvorrichtung verändern und dadurch einen Fehler hervorrufen.
Die DE 30 39 994 C2 befaßt sich mit einem Verfahren zur Einstellung von Verbundreglern für Brenner in Wärmeerzeugungsanlagen, die in Stufen auf nach Wärmebedarf unterschied­ liche Heizleistungen und Brennstoffdurchsätze einstellbar sind. Dieses bekannte Verfahren soll eine genaue Anpassung des Verbundreglers an die Eigenheiten der Wärmeerzeugungs­ anlage ermöglichen und deren optimalen Betrieb über lange Zeiträume hinweg gewährlei­ sten, ohne daß es des Einsatzes störanfälliger oder kostspieliger Sonden als Meßglieder bedarf. Dazu wird ein vorhandener Mikroprozessor zur Ermittlung und Einspeicherung der Luft:Brennstoffwertepaare bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder bei einer Inspektion der Anlage durch einen Rechner ersetzt, der programmgesteuert den Arbeitsbereich des Bren­ ners durchfährt, in jedem Arbeitspunkt mittels einer Sonde den Abgaszustand erfaßt und durch Nachstellen des Luft:Brennstoffverhältnisses den Abgaszustand auf den Sollwert bringt, worauf die in dieser Weise eingestellten Luft:Brennstoffwertepaare ermittelt und in einen Speicher eingeschrieben werden. Nachdem die Einstellung des Verbundreglers auf diese Weise erfolgt ist, findet der Betrieb unter Verwendung der beim Durchfahren der Anla­ ge durch alle Betriebszustände ermittelten, optimalen Parameter statt, ohne daß eine Über­ wachung der Anlage mittels Meßsonden erfolgt und ohne daß diese Parameter geändert werden. Bei den regelmäßigen Inspektionen, die bei Wärmeerzeugungsanlagen ohnehin unerläßlich sind, wird die Einstellung des Verbundreglers korrigiert, indem die bisher gespei­ cherten Daten für die optimalen Luft:Brennstoffwertepaare durch neue ersetzt werden, die dem inzwischen erreichten Zustand der Wärmeerzeugungsanlage besser entsprechen. So läßt sich bei dem bekannten Verfahren durch regelmäßige Wiederholung der automatisch ablaufenden Ermittlung der optimalen Werte des Luft:Brennstoffverhältnisses im gesamten Arbeitsbereich der Wärmeerzeugungsanlage ein stets optimaler Betrieb gewährleisten. Zur Ermittlung des Abgaszustandes wird eine O2-Sonde und/oder CO2-Sonde verwendet.
Bei dem bekannten Verfahren wird also ein Luft:Brennstoffverhältnis auf der Basis der Able­ sung einer Sonde in dem Abgas für jeden gewünschten Betriebszustand ermittelt. Bei jeder Nacheichung wird die Ermittlung der optimalen Werte des Luft:Brennstoffverhältnisses voll­ ständig wiederholt. Somit wird bei dem bekannten Verfahren zwar auch mit Vorwärtsführung gearbeitet, jede Nacheichung ist aber genauso aufwendig wie die Anfangseichung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu vereinfachen und insbesondere ein späteres Nacheichen des Prozesses entweder periodisch oder immer dann, wenn eine Änderung in den Zuständen vermutet wird, zu erleichtern.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Schritten gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschtes Brennstoff/Luft-Verhältnis auf der Basis eines erwünschten Ergebnisses des Verbrennungsprozesses unabhängig davon, welche Infrarotstrahlung erzeugt wird, also bei­ spielsweise in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, ausgewählt. Dann wird bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Brennstoff/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung für das für den Betrieb des Verbrennungsprozesses er­ wünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis bestimmt. Diese Beziehung wird mit der Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung nahe dem stöchiometrischen Zustand, bei dem die maxi­ male Infrarotstrahlung erzeugt wird, verglichen, und die Differenz zwischen den beiden Be­ ziehungen wird bestimmt. Der Verbrennungsprozeß wird dann auf der Basis eines Vor­ wärtsführungssignals betrieben, welches die Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung und nicht die Spitzenbeziehung darstellt.
Nach einer Betriebsperiode mit der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung wird, wenn eine Nacheichung vorgenommen werden soll, nur eine neue Spitzenbeziehung bestimmt, indem die Infrarotstrahlung benutzt wird. Die zuvor bestimmte Differenz wird mit dieser neuen Spitzenbeziehung verknüpft, um eine neue Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung festzulegen, und dann wird der Verbrennungsprozeß mit dieser neuen Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung betrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also nicht erforderlich, den Verbrennungspro­ zeß erneut zu betreiben, um erneut eine Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung auf der Basis eines Infrarotstrahlungszustandes festzulegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird in einer Ausgestaltung ein Verbren­ nungsprozeß, z. B. in einem Dampferzeuger, auf der Basis einer Optimalwertsteuerung aus­ geführt, bei der der Brennstoff so eingestellt wird, daß ein gewünschter Wärmebedarf ge­ deckt wird, und eine Lufteinlaßklappe wird auf eine Position relativ zu der Position des Brennstoffventils eingestellt. Eine Anfangseichung wird ausgeführt, bei der die Differenzposi­ tion des Gestänges, das die Luft- und die Brennstoffeinrichtung miteinander verbindet, zwi­ schen dem erwünschten Betriebszustand und dem stöchiometrischen Zustand bestimmt wird.
In jedem von mehreren Belastungszuständen wird die Brennstoffzufuhr konstant gehalten, während die Luftzufuhr auf mehrere Positionen eingestellt wird. Die Infrarotstrahlung der Flamme wird für jeden Luftzufuhrzustand gemessen. In jedem Zustand wird die Brennstoff­ zufuhr geringfügig moduliert, um eine Pulsation der Flamme mit der bekannten Frequenz der Modulation zu erzeugen. Die Infrarotstrahlung der Flamme wird gemessen und gefiltert, um nur die Frequenzen der Modulation durchzulassen, wodurch die meiste Hintergrundstrahlung herausgefiltert wird. Nachdem die Abstrahlungssignale in den verschiedenen Luftzufuhrzu­ ständen erzielt worden sind, wird eine Kurve 3. Grades aus den Daten erzeugt, und die Spit­ ze der Kurve wird ermittelt, die die Spitzeninfrarotstrahlung der Flamme darstellt. Die Positi­ on der Lufteinlaßklappe mit Bezug auf das Brennstoffventil wird an dieser Stelle ebenfalls identifiziert.
Bei derselben Belastung wird das gewünschte Luftzufuhrverhältnis bestimmt, das auf ir­ gendeinem resultierenden Zustand der gewünschten Luftzufuhr basiert, wie beispielsweise der Sauerstoffkonzentration in einem Kamin. Die Lufteinlaßklappenposition wird für diese Position festgehalten, und die Differenz zwischen der stöchiometrischen Position und der gewünschten Position wird notiert und aufgezeichnet.
Das wird für mehrere Belastungszustände wiederholt, wobei die Differenz bei jeder Bela­ stung bestimmt wird. Der weitere Betrieb der Anlage basiert auf einer Interpolation zwischen den bekannten Positionen, um die Beziehung zwischen dem Brennstoffventil und der Luft­ klappe in der gewünschten Beziehung zu halten.
Wenn die Anlage nachgeeicht werden soll, wird wieder die Lage der Infrarotstrahlungsspitze bestimmt. Diese kann sich an einer anderen Stelle als zuvor befinden, und zwar wegen Ver­ änderungen im Heizwert des Brennstoffes oder aufgrund einer Verstopfung der Ausrüstung. Der gesamte frühere Arbeitsgang, der das Bestimmen der Ergebnisse des Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Verhältnisses erfordert hat, braucht nicht erneut ausgeführt zu werden. Die bekannte Differenz zwischen der Spitzeninfrarotstrahlung und dem gewünschten Zustand wird für den neuen Spitzenzustand benutzt, wodurch neue Betriebszustände erzielt werden. Die Anlage wird anschließend auf der Basis dieser neuen Zustände betrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm einer bei einem Kessel benutzten Steuerung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm von Eichschemata.
Fig. 1 zeigt einen Kessel 10 mit einem Ofen 12. Ein oberer Brenner 14 und ein unterer Brenner 16 sind in einer Wand eines Dampferzeugers angeordnet.
Brennstoff 18 und Luft 20 werden dem Brenner 14 zugeführt, um eine Flamme 22 innerhalb des Ofens 12 zu erzeugen.
Ein Brennstoffventil 24, das durch einen Stellantrieb 26 betätigt wird, reguliert die Brenn­ stoffmenge, die zu dem Brenner 14 gelangt. Ein Lastbedarfssignal 28 ist ein Signal, das auf der verlangten Dampfströmung oder irgendeiner anderen Sollausgangsgröße basiert. Dieses Signal gelangt über eine Leitung 30 zu dem Stellantrieb 26, der die Position des Brennstoff­ ventils 24 einstellt. Eine gestrichelte Linie 32 zeigt, daß dieses Signal auch zu einem Stel­ lantrieb 34 für die Luftzufuhr gelangt. Das kann durch ein paralleles Signal erfolgen, wie es das Schema zeigt, oder dieselbe Operation kann mit einem Gestänge erzielt werden, wel­ ches den Stellantrieb 26 und demgemäß einen Positionsanzeiger des Brennstoffventils 24 mit dem Stellantrieb 34 verbindet, der deshalb die Position der Lufteinlaßklappe 36 einstellt. Ein Einsteller 38, der die Form eines Längeneinstellers in einem Verbindungsgestänge ha­ ben kann, beeinflußt die Lufteinlaßklappe 36 in bezug auf die Bewegung des Stellantriebs 34 nach Bedarf.
In einer herkömmlichen Steuerung würde der Einsteller 38 auf eine feste Position eingestellt werden und bei sämtlichen Belastungen in dieser Position bleiben. Bei der hier beschriebe­ nen Steuerung wird dieser Einsteller 38 mit der Belastung verändert, wie es weiter unten beschrieben ist.
In der folgenden Beschreibung wird der Begriff Verhältnis wie in Brennstoff/Luft-Verhältnis benutzt, um das Ist-Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Verhältnis anzugeben. Der Begriff Beziehung wie in Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung wird benutzt, um die Relativpositionen des Brennstoffventils 24 und der Lufteinlaßklappe 36 anzugeben, ohne daß der tatsächlichen Durchströmung derselben jeweils besondere Beachtung geschenkt wird. Der Begriff Brenn­ stoffzufuhrwert wird benutzt, um den Lastbedarf oder die angeforderte Leistung zu bezeich­ nen, bei der es sich um Kilogramm Dampf pro Stunde aus einem Dampferzeuger, um die erzeugte Gasströmung oder um irgendeine andere verlangte Ausgangsgröße des gesamten Verbrennungssystems handeln kann.
Der Begriff Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung bezieht sich auf die gegenseitige Beziehung des Brennstoffventils 24 und der Lufteinlaßklappe 36 in dem Spitzeninfrarot­ strahlungszustand, wogegen der Begriff Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertbeziehung sich auf die Brennstoffventil- und Lufteinlaßklappenposition in dem Sollbetriebszustand be­ zieht. Der Begriff Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz bezieht sich auf die physi­ kalische Differenz zwischen den obigen beiden Beziehungen.
Der Begriff Luftzufuhrposition bezieht sich auf die Stellung der Lufteinlaßklappe 36 zu ir­ gendeiner besonderen Zeit, wogegen sich der Begriff Scheitelposition auf die Position der Luftklappe 36 in dem Spitzeninfrarotstrahlungszustand bezieht.
Die hier beschriebene Steuerung kann zwar bei einem Verbrennungssystem mit fester Brennstoffzufuhr benutzt werden, sie wird jedoch hinsichtlich der Verwendung bei einem Kessel mit variabler Belastung, bei dem der Brennstoff über einem beträchtlichen Lastbe­ reich eingestellt wird, beschrieben. Gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 2, erfolgt das Einleiten einer Eichung durch Wählen eines ersten Brennstoffverhältnisses, z. B. 25% der Vollastein­ gangsgröße. Dieses wird konstant gehalten, und eine erste Luftzufuhrposition wird festge­ legt. Ein Modulator 42, der in der Brennstoffzufuhrleitung angeordnet ist, enthält eine Dreh­ klappe mit beträchtlicher Leckage, die in einem Rohr gedreht werden kann, um Schwankun­ gen in der Brennstoffzufuhr hervorzurufen. Sie ist so bemessen, daß sie eine Schwankung in der Größenordnung von 1 bis 5% der Brennstoffzufuhr hervorruft. Ein Computer 40 sendet ein Signal zu dem Modulator 42 über eine Steuerleitung 44 mit 30 Hz, um eine Brennstoff­ pulsation mit dieser Frequenz zu bewirken. Dieses Signal liegt vorzugsweise irgendwo in dem Bereich zwischen 20 und 50 Hz, wodurch eine Störung durch herkömmliches Flammen­ rauschen, welches von 0,1 bis 10 Hz reicht, erfolgreich vermieden wird.
Ein Infrarotdetektor 46 ist an der entgegengesetzten Wand des Ofens 12 angeordnet. Seine Linse ist auf die Flamme 22 gerichtet und fokussiert. Ein Strahlungsdetektor, der Strahlung von 4,3 Mikrometer Wellenlänge erfaßt, welches der CO2-Bereich ist, ist zufriedenstellend, obgleich diejenigen, die auch Strahlung aus Wasserdampf erfassen, akzeptabel wären. Un­ abhängig von jedweder Filterung der Strahlung ist das Signal, das den Infrarotdetektor 46 verläßt, im wesentlichen ein ungefiltertes Signal, denn es enthält sämtliche Schwankungen, die der Detektor erfaßt. Das ungefilterte Signal aus dem Infrarotdetektor gelangt über eine Leitung 48 zu einem Signalformer 50. Dieses Signal wird hier verstärkt und durch ein 20-Hz- Filter mit hohem Q geleitet, um die Mehrheit der Strahlung zu eliminieren, die nicht der Fre­ quenz entspricht, welche durch den Modulator 42 und die Flamme 22 festgelegt wird. Band­ paßfilter von 20 bis 30 Hz wären verwendbar. Demgemäß wird die Hintergrundstrahlung im wesentlichen unterdrückt, und das Signal, das über eine Leitung 52 zu dem Computer 40 gelangt, stellt nur das Signal aufgrund der Infrarotstrahlung der Flamme dar.
Die Brennstoffmodulation und das Infrarotsignal sollten für einen richtigen Betrieb in der Phase koordiniert sein. Ein Rechtecksignal, das durch einen Photodetektor an dem Modu­ lator 42 erzeugt wird, dient als ein Frequenzreferenzsignal. Die Periode des Referenzsi­ gnals, welches durch den Computer 40 asynchron aufgefangen und in einem Array gespei­ chert wird, wird bestimmt durch Erfassen der Vorderflanke dieses Signals und dann Vorver­ legen eines voreingestellten Umfangs von Arrayindizes und anschließendes Erfassen der nächsten Vorderflanke. Die Periode des Referenzsignals wird bestimmt durch Mitteln der Indexdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Vorderflanken. Der Minimalwert in dem Infrarotdetektordatenarray wird bestimmt und dann von sämtlichen Werten in dem Detektor­ datenarray subtrahiert. Dieser Prozeß beseitigt jede Differenz. Die Phasenanpassung erfolgt, indem das Minimum einer Sinusschwingung, deren Periode gleich der des gemessenen Referenzsignals ist, gezwungen wird, mit dem Minimum des Detektorsignals zusammenzu­ fallen. Die phasengleiche Sinusschwingung wird dann mit dem Infrarotdetektorsignal multi­ pliziert. Dieses Produkt wird integriert, um eine Zahl zu erzeugen, die in direkter Beziehung zu der modulierten Infrarotintensität steht.
Für diese Anfangsbestimmung ist eine besondere Luftzufuhrposition eingestellt worden, und demgemäß gibt es eine besondere Position des Einstellers 38. Dieser legt demgemäß eine Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehung fest, welches die Beziehung zwischen der Position des Brennstoffventils 24, die durch den Stellenantrieb 26 festgelegt wird, und der Lufteinlaß­ klappe 36, die durch den Stellantrieb 34 festgelegt und durch den Einsteller 38 modifiziert wird, ist. Diese Daten werden in einem Array gespeichert, und eine neue Luftzufuhrposition wird festgelegt. Die entsprechende Infrarotstrahlung wird gemessen und gespeichert. Nach­ dem das mit derselben festen Brennstoffzufuhr und mehreren Luftzufuhrzuständen ausge­ führt worden ist, werden die gespeicherten Daten durch eine kubische Anpassung modifi­ ziert. Die sich ergebende Gleichung wird dann differenziert und auf null gestellt, um den Ma­ ximalpunkt der Infrarotstrahlungskurve in bezug auf die Position der Lufteinlaßklappen 36 zu finden.
Wenn das die Anfangseichung ist, muß der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerzustand ermittelt werden. Das erfolgt durch Betreiben der Anlage und Bestimmen des gewünschten resultierenden Ausgangszustands. Das kann der Gesamtwir­ kungsgrad der Anlage sein, das Aussehen der Flamme, die durch einen geschulten Kessel­ bediener beobachtet wird, der Umfang einer reduzierenden Atmosphäre oder irgendein an­ deres Ziel, welches durch die Steuerung erreicht werden soll und eine Funktion des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist. Die Luftzufuhrposition und demgemäß die Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung wird bestimmt. Das ist die physikalische Bezie­ hung zwischen dem Brennstoffventil 24 und der Luftklappe 36 in diesem Optimalwertsteuer­ zustand. Die Differenz zwischen dem Optimalwertsteuerzustand und der oben bestimmten Position in dem Spitzeninfrarotzustand wird gemessen und als die Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz aufgezeichnet.
Die oben beschriebene Eichung wird bei 50%, 75% und 100% Belastung ausgeführt, um die gewünschten Betriebszustände über dem gesamten Lastbereich zu bestimmen. Bei dem weiteren Betrieb wird die Relativposition des Brennstoffventils 24 und der Luftklappe 36 ge­ mäß der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung über dem Lastbereich durch Interpolieren zwischen den bekannten Daten eingestellt.
Dazu empfängt der Computer 40 ein Signal aus dem Stellantrieb 26 über eine Steuerleitung 54, welches ein Maß für die Brennstoffventilposition ist. Er sendet demgemäß ein Signal über eine Steuerleitung 56 zu dem Einsteller 38, um die verlangte Position der Lufteinlaß­ klappe 36 einzustellen. Ein Signal, das zu dem Computer 40 über eine Steuerleitung 58 zu­ rückkehrt, repräsentiert die Ist-Position der Lufteinlaßklappe 36. Nachdem in diesem Zustand für einige Zeit gearbeitet worden ist, kann die Anlage geeicht werden, entweder periodisch, beispielsweise einmal bei jeder Verschiebung, oder immer dann, wenn eine Änderung ver­ mutet wird, beispielsweise eine Änderung im Heizwert des Brennstoffes, den die Anlage empfängt. In einem solchen Fall wird die Belastung wieder konstant bei mehreren Belastun­ gen eingestellt, und die Luftzufuhr wird verändert, wobei die Infrarotstrahlung wie zuvor ge­ messen wird. Es ist jedoch nicht notwendig, wieder die Operation des Bestimmens der Soll­ zustände auf der Basis der Ausgangsgröße der Anlage zu durchlaufen. Statt dessen wird die bekannte Differenz, die früher bestimmt worden ist, auf die Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Spitzenbeziehung angewandt, die neu festgelegt wird. Das Anwenden der bekannten Brenn­ stoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz auf diese neue Spitzenbeziehung führt zu einer neuen Brennstoff/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung. Der weitere Betrieb der Anlage wird auf der Basis dieser modifizierten neuen Beziehung fortgesetzt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses, bei dem eine vorgewählte Op­ timalwertsteuerbeziehung zwischen Brennstoffzufuhr und Luftzufuhr durch Vorwärtsfüh­ rung aufrechterhalten wird, in folgenden Schritten:
Festlegen einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung nahe dem stöchiometri­ schen Zustand, bei dem eine maximale Infrarotstrahlung erzeugt wird;
Wählen eines für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschten Brennstoff/Luft- Verhältnisses auf der Basis eines erwünschten Ergebnisses des Verbrennungsprozesses unabhängig davon, welche Infrarotstrahlung erzeugt wird;
Bestimmen einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung für das für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis;
Bestimmen einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz zwischen der Brenn­ stoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung und der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung;
Betreiben des Verbrennungsprozesses auf der Basis eines Vorwärtsführungssignals, das die Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung darstellt;
Nacheichen des Prozesses durch späteres Festlegen einer neuen Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung nahe dem stöchiometrischen Zustand, bei dem die ma­ ximale Infrarotstrahlung erzeugt wird;
Festlegen einer neuen Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung durch Anwenden der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz auf die neue Brennstoff­ zufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung; und
Betreiben des Verbrennungsprozesses mit der neuen Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Betreiben des Verbrennungsprozesses mit mehreren Belastungen entsprechenden Brennstoffzufuhrwerten;
Festlegen einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung nahe dem stöchiometri­ schen Zustand, welche die maximale Infrarotstrahlung für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung erzeugt;
Wählen eines für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschten Brennstoff/Luft­ verhältnisses auf der Basis eines erwünschten Ergebnisses des Verbrennungsprozes­ ses unabhängig davon, welche Infrarotstrahlung erzeugt wird, für den Brennstoffzufuhr­ wert bei jeder Belastung;
Bestimmen der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung für das für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung;
Bestimmen einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz zwischen der Brenn­ stoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung und der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung;
Betreiben des Verbrennungsprozesses bei irgendeiner Belastung auf der Basis eines Optimalwertsteuersignals, welches ein interpoliertes Signal für den entsprechenden Brennstoffzufuhrwert der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung darstellt;
Nacheichen des Prozesses durch späteres Festlegen einer neuen Brennstoffzu­ fuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung nahe dem stöchiometrischen Zustand, bei dem die maximale Infrarotstrahlung für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung erzeugt wird;
Festlegen einer neuen Brennstoff-Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung durch An­ wenden der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehungsdifferenz zwischen der neuen Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung und der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung für den Brennstoffzufuhrwert bei jeder Belastung; und
Betreiben des Verbrennungsprozesses mit den neuen Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehungen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Bestimmens der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehung umfassen: Positionieren einer Lufteinlaßklappe aufgrund einer Position eines Brennstoffventils.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festlegens einer Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Spitzenbeziehung beinhaltet:
Halten der Brennstoffzufuhr im wesentlichen konstant;
Einstellen der Luftzufuhr auf mehrere Brennstoff/Luft-Verhältnisse;
Messen der Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehung für jedes Verhältnis;
Messen der Infrarotstrahlung für jedes Verhältnis;
Speichern von Rohdaten, welche die Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Beziehung und die In­ frarotstrahlung darstellen;
Gewinnen von modifizierten Daten durch Anpassen der Rohdaten an eine Kurve 3. Ord­ nung; und
Differenzieren der Kurve 3. Ordnung und Bestimmen der Spitze.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Messens der Infrarotstrahlung für jedes Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Verhältnis beinhaltet:
Modulieren der Brennstoffzufuhr mit einer bekannten Frequenz;
Erfassen des ungefilterten Signals der Infrarotstrahlung, die von der Flamme emittiert wird;
Filtern des ungefilterten Signals mit einem Bandpaßfilter, welches die bekannte Fre­ quenz durchläßt, wodurch die Flammenemission von der Hintergrundemission getrennt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die bekannte Frequenz eine Frequenz zwischen 20 und 50 Hertz gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daß der Schritt des Wählens eines für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschten Brennstoff/Luft-Verhältnisses auf der Basis eines erwünschten Ergebnisses des Verbrennungsprozesses unabhängig davon, welche Infrarotstrahlung erzeugt wird, beinhaltet, eine Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr- Optimalwertsteuerbeziehung auf der Basis der Sauerstoffkonzentration in einem Kamin zu wählen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Wählens eines für den Betrieb des Verbrennungsprozesses erwünschten Brenn­ stoff/Luft-Verhältnisses auf der Basis eines erwünschten Ergebnisses des Verbren­ nungsprozesses unabhängig davon, welche Infrarotstrahlung erzeugt wird, beinhaltet, eine Brennstoffzufuhr/Luftzufuhr-Optimalwertsteuerbeziehung auf der Basis des Wir­ kungsgrades der Anlage, in der das Verfahren benutzt wird, zu wählen.
DE3890337A 1987-04-27 1988-04-12 Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsprozesses Expired - Fee Related DE3890337C2 (de)

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