-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines
Brenners während
der Startphase in einer mit einer Rauchgasrezirkulation betriebenen
Feuerungsanlage, gemäss
Oberbegriff des Anspruchs 1 und 2.
-
Stand der
Technik
-
Gemäss Luftreinhalteverordnung
muss beim Betrieb einer Feuerungsanlage auch während der ganzen Startphase
sicher gestellt werden, dass die maximal vorgeschriebenen Emissionswerte
der aus der Verbrennung entstehenden Schadstoffe nicht überschritten
werden. Nun schreibt die Gesetzgebung aus Sicherheitsgründen des
weiteren vor, dass der Kessel vor jeder Inbetriebsetzung einer Spülung mit
Frischluft unterzogen werden muss. Bisweilen geschieht diese Spülung durch
einen natürlichen Gasaustausch,
meistens jedoch durch einen gezielten Gebläseeinsatz. Demnach, nach jeder
Wiederinbetriebsetzung herrscht bei einem mit einer Abgasrezirkulation
betriebenen Brenner-System betreffend Verbrennungsluft zunächst ein
Ueberschuss an Frischluft, dies deswegen, weil anfänglich aus
dem Brennraum anstelle des sich noch nicht gebildeten Rauchgases
die dort vorhandene Frischluft angesaugt wird. Um den Brenner in
Betrieb nehmen zu können,
ist es unabdingbar, dass es zu einer Zündung des anfänglich vorhandenen
Gemisches kommt. Da aber, wie vorne erläutert, das Gemisch zunächst nur
aus Frischluft und Brennstoff, nämlich aus
der ordentlich angesaugten Luftmenge von aussen und aus einem Anteil
rezirkulierter Luft aus der Feuerungsanlage sowie aus einer konstanten
Brennstoffmenge, besteht, ist eine Zündung, wegen dieses Frischluftüberschusses
ohnehin problematisch. Um überhaupt
eine Zündung
zu bewerkstelligen, muss demnach danach getrachtet werden, die Rezirkulationsrate
allgemein klein zu halten. Dies führt aber dazu, dass nach der
Zündung,
wenn die Frischluft in der Feuerungsanlage allmählich durch Rauchgase ersetzt
wird, zu einer Verbrennungsluft kommt, die an sich eine zu kleine
Rauchgasmenge enthält,
entsprechend der notgedrungen tiefgehaltenen Rezirkulationsrate,
um die Zündung
des Gemisches während der
Startphase nicht zu verunmöglichen.
Eine kleine Rauchgasrezirkulation erbringt aber niemals die minimal
mögliche
Schadstoff-Emissionswerte mit sich, so dass der Betrieb von Feuerungsanlagen
mit einer solchen Gemischzusammensetzung an sich den gesetzlichen
Anforderungen kaum mehr zu genügen vermag.
Zwar könnte
man ohne weiteres dazu übergehen,
die Rezirkulationsrate zu erhöhen,
allein würde
dies bedeuten, dass eine sichere Zündung des anfänglich mit
einer Ueberschussrate an Frischluft bestehenden Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisches
nicht mehr gewährleistet
bis verunmöglicht wäre, so dass
von diesem Aspekt her betrachtet nur jene Möglichkeit offen bleibt, mit
einer minimierten Rezirkulationsrate zu operieren, was wiederum
die Einhaltung der gesetzlichen Luftreinhaltevorschriften verunmöglicht wird.
-
Die
Patentschrift
DE 34
33 303 C2 offenbart ein Verfahren zum Überwachen des Zündvorgangs beim
Anfahren einer Wirbelbettfeuerung sowie eine Schaltungsanordnung
zum Durchführen
des Verfahrens.
-
Ein
Verfahren zur Begrenzung der Vorspülzeit bei Gas- und Ölbrennern
sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist aus
DE 35 02 869 C2 bekannt.
-
Die
Offenlegungsschrift
DE
38 35 158 A1 offenbart eine Einrichtung zur Verwendung
der Abgase brennerbeheizter Geräte.
-
Das
Patent
US 4,995,807
A offenbart ein Verbrennungssystem mit einem Brenner und
mit einer Rezirkulation der Abgase, um das Brenngas zu verdünnen.
-
Das
Patent
US 4,338,074
A offenbart eine Wirbelschichtverbrennung und ein Verfahren
zum Betreiben der Wirbelschicht.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Hier
will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den
Ansprüchen
gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art eine Maximierung der Rauchgasrezirkulationsrate
in Bezug auf die Schadstoffemissionen während des ganzen Betriebs der
Feuerungsanlage, inklusiv Startphase vorzusehen, ohne die Zündfähigkeit
des Gemisches, insbesondere während
der Startphase, zu beinträchtigen.
-
Der
wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass trotz
einer Maximierung der Rauchgasrezirkulationsrate, welche für eine Minimierung
der Schadstoffemissionen unterhalb der gesetzlichen Vorschriften
verantwortlich ist, die Startphase der Anlage, also die Zündung des
Brenners, unmittelbar gewährleistet
ist. Indem die gewählte
Rezirkationsrate durch eine auf die nach dem Start aufkommende Rauchgasmenge
abgestützte
Steuerung eingreift, die auf die Regelung der Brennstoffmenge oder
der Frischluftzufuhr von aussen wirkt, werden die Vorschriften der
Reinhalteverordnung bereits während
der ganzen Startphase voll erfüllt.
-
So
wird bei einer Regelungsart der Frischluftzufuhr von aussen beim
Start zunächst
gedrosselt, um die aus der Rezirkulation bereitgestellte Frischluft aus
der Feuerungsanlage zu kompensieren, dergestalt, dass das Gemisch
ab Startbeginn zündfähig ist. Damit
ist es möglich,
die Brennstoffzufuhr von Anfang an konstant zu halten, d.h. hier
ist keine Brennstoffregulierung auf die unterschiedlichen Verbrennungsluftzusammensetzungen
während
und nach der Startphase vorzusehen. Nach der Zündung wird allmählich, im
Verhältnis
zur abnehmenden rezirkulierten Frischluftmenge und zunehmenden rezirkulierten
Rauchgasmenge aus dem Brennraum, die Drosselung der Frischluftzufuhr
von aussen abnehmen, bis sich das stöchiometrische Gleichgewicht aus
rezirkuliertem Rauchgas und Frischluft von aussen in Abhängigkeit
zur konstant gehaltenen Brennstoffmenge einstellt.
-
Eine
andere Möglichkeit,
die Zündfähigkeit des
Gemisches bei hoher Rezirkulationsrate während der Startphase zu gewährleisten,
besteht darin, auf die Brennstoffmenge einzugreifen, d.h., diese während der
Startphase, ausgehend von einem höheren Niveau, allmählich zu
drosseln, dies in Abhängigkeit
zur zunehmenden rezirkulierten Rauchgasmenge, wobei dann am Ende
der Startphase jene stöchiometrisch
optimale konstante Brennstoffmenge für den anschliessenden Betrieb
der Feuerungsanlage vorliegen wird.
-
Ein
weiterer Vortetsil der Erfindung ist grundsätzlich darin zu sehen, dass
je nach Feuerungsanlage eine Frischluftregelung oder Brennstoffregelung vorgesehen
werden kann, ja es ist sogar möglich, eine
kombinierte Frischluft-/Brennstoffregelung vorzusehen.
-
Vorteilhafte
und zweckmässige
Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind
in den weiteren Ansprüchen
gekennzeichnet.
-
Im
folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläutert. Alle
für das
unmittelbare Verständnis
der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den
verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente resp. Abläufe jeweils
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Es
zeigt:
-
1 ein
typisches Verhalten der verschiedenen Medien während der Startphase bei einer Frischluftregelung
und
-
2 ein
typisches Verhalten der verschiedenen Medien während der Startphase bei einer Brennstoffregelung.
-
Wege zur Ausführung der
Erfindung, gewerbliche Verwertbarkeit
-
Aus 1 ist
ersichtlich, wie die Regelung eines Brenners auf Basis Frischluftregelung
während der
Startphase in einer mit Rauchgasrezirkulation betriebenen Feuererungsanlage,
welche vor dem Start einer Vorlüftungszeit
unterzogen wird, gehandhabt wird. Im Koordinatensystem wird auf
die Abszisse qualitativ die Zeit t ab Startbeginn der Feuerungsanlage
aufgetragen, auf der Ordinate wird der Mengenverlauf der verschie denen
Medien m, ebenfalls qualitativ, aufgezeigt. Zunächst wird festgehalten, dass die
Brennstoffmenge 5 über
die ganze Zeit der Startphase, und darüber hinaus, konstant gehalten
wird. Dies bedeutet, dass diese konstante Brennstoffmenge 5 für eine qualitativ
und quantitativ bestimmte Verbrennungsluftmenge 1 ausgelegt
wird, die auch nach einer bestimmten Zeit T am Ende der Startphase während der
weiteren Betriebsphase der Feuerungsanlage vorhanden ist. Diese
bestimmte Verbrennungsluftmenge 1 setzt sich am Ende der
Startphase, also über
die Zeit T, aus einem bestimmten Anteil Rauchgase 3 und
aus einem bestimmten von aussen zugeführten Frischluftanteil 2,
der beispielweise über ein
Gebläse
herangeführt
wird, zusammen. Für
diese Menge Verbrennungsluft in jeweiliger Zusammensetzung ist die
konstante Brennstoffmenge 5 ausgelegt, dies alles aufgrund
eines zugrundegelegten Stöchiometriegrades,
der nebst einer Maximierung des Wirkungsgrades der Feuerungsanlage
auch eine Minimierung der Schadstoffemissionen aus der Verbrennung
bewirkt. Wie aus dem Kurvenverlauf gut ersichtlich ist, herrscht
im Zeitpunkt 0 keine Rauchgasmenge 3 vor, die ansteigende
Kurve 3 zeigt aber, dass die Rauchgasmenge unmittelbar
nach der Zündung
stetig bis zu einer bestimmten Menge. ansteigt, die dann über den
Punkt T einen konstanten Charakter annimmt. Während der ganzen Startphase
wird aus der Feuerungsanlage mit voller vorgegebener Menge rezirkuliert.
Was unmittelbar nach dem Start 0 aus der Feuerungsanlage rezirkuliert
wird, ist zunächst
aber lediglich Frischluft 4, die aus der vorgängigen Spülung der
Feuerungsanlage stammt. Bei dieser Sachlage weist das Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisch zunächst ein
Ueberschuss an Frischluft, der bei konstanter Brennstoffmenge schwerlich
eine Zündung des
Gemisches zulassen würde.
Um hiergegen Abhilfe zu schaffen, erfolgt der Start mit einer reduzierten
Frischluftmenge 2 von aussen, welche allmählich im
Verlaufe der Startphase zum vorgegebenen Anteil des Verbrennungsgemisches
ansteigt wird. Gleichzeitig steigt auch mit zunehmender Brenndauer
der rezirkulierte Anteil Rauchgase 3 an, worauf sich mit Vorschreiten
der Startphase die rezirkulierten Anteile an Frischluft 4 aus
der Feuerungsanlage stetig bis auf Null abnehmen werden. Sonach
lässt sich
sagen, dass während
der Startphase die Gesamtrezirkulation 6 aus Luft und Rauchgas
annähernd
bis konstant bleibt. Sobald die rezirkulierte Menge aus der Feuerungsanlage
allein aus Rauchgase 3 besteht, gilt die Startphase als
abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird eine konstante Menge an
Frischluft 2 von aussen gefördert. Demnach, um den Stöchiometriegrad der
Verbrennung zu gewährleisten,
werden die abnehmenden Anteile der rezirkulierten Frischluft 4 aus der
Feuerungsanlage, in Abhängigkeit
der zunehmenden rezirkulierten Anteile an Rauchgas 3, mit
einer zunehmenden Frischluftzufuhr 2 von aussen kompensiert,
dergestalt, dass am Ende der Startphase nur noch eine Verbrennungsluftmischung
vorherrscht, die aus einem kostanten Anteil aus angesaugter Frischluft 2,
die ausschliesslich von aussen zugeführt wird, und einem konstanten
Anteil rezirkulierten Rauchgas 3 besteht. Eine solche Regelung
ist sehr einfach zu handhaben, auch bietet sie die Möglichkeit,
mit einfachen Mitteln das angestrebte Ziel zu erreichen. Als Mittel
zur Regelung der Frischluft von aussen bietet sich hier als Vorzugsvarianten
die Möglichkeit
an, mit einem Gebläse
oder einer Luftklappe die Frischluft in der Startphase mengenmässig zu
regulieren. Selbstverständlich
muss dieser Regeleingriff schnell vonstatten gehen. Von daher ist
es ohne weiteres angebracht, den Regelungsablauf mengenmässig fix
zu gestalten, oder ihn anhand eines bestimmten Flammensignals steuerbar
zu gestalten.
-
2 zeigt
die Möglichkeit,
die sofortige und sichere Zündung
des Gemisches während
der Startphase mit einer Brennstoffanpassung zu ermöglichen.
Steuerbar ist hier die Brennstoffmenge 5, welche sich der
anfänglich
nur aus Frischluft 2 von aussen, nämlich Gebläseluft, und rezirkulieretem
Luft 4 aus der Feuerungsanlage bestehenden Verbrennungsluft 1 anpassen
muss. Der anfängliche
Ueberschuss an Frischluft stammt sonach mengenmässig aus der Rezirkulationsrate
aus der Feuerungsanlage. Die Brennstoffmenge 5 wird im
Verlaufe der Startphase abnehmen, dies in Abhängigkeit zur Zunahme der rezirkulierten
Rauchgase 3, die allmählich
die rezirkulierte Luft 4 aus der Feuerungsanlage ersetzen werden.
Mit abgeschlossener Startphase weist dann die Brennstoffzufuhr 5 jene
konstante Menge auf, die der konstanten Frischluftzuführ 2 von
aussen und der konstanten Rauchgasrezirkulation 3 stöchiometrisch zugeordnet
ist. Die Abnahme von Frischluft 4 aus der Feuerungsanlage
und die gleichzeitige Zunahme des rezirkuliererten Rauchgases 3 im
Sinne der Gesamtrezirkulation 6 verlaufen nach demselben
Muster, wie dies unter 1 bereits beschrieben wurde.