DE10220774A1

DE10220774A1 - Fuel burner regulating device for a burner fed with fuel and air via fuel and air feeds has valves for controlling fuel power to the burner and for adjusting fuel-air mixture

Info

Publication number: DE10220774A1
Application number: DE10220774A
Authority: DE
Inventors: Bernulf Goesling; Juergen Stoschek; Datong Wu; Silva Pedro Da
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-05-11
Also published as: DE10220774B4

Abstract

Fuel and air are fed to a burner (10) via fuel (14) and air feeds respectively. A fuel control valve (16) fits in the fuel feed and acts as a power controller for the burner. An additional adjusting valve (36) is downstream to the fuel control valve in a direction of flow to adjust fuel-air proportions at a preset air ratio.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines Brenners nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for controlling a Burner according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Eine Einrichtung zur Regelung eines Gasbrenners, dem Brenngas über ein Gasventil und Luft über ein Gebläse zugeführt wird und bei dem ein die Flamme überwachender Fühler ein Steuersignal an eine Regelungsschaltung liefert und die Stellung des Gasventils und die Drehzahl des Gebläses steuert, ist aus der DE 196 01 517 A1 bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass die Regelungsschaltung bei im Brennerbetrieb sinkendem Gasnetzdruck zunächst das Gasventil weiter öffnet und bei Erreichen der maximalen Öffnungsstellung des Gasventils und weitersinkendem Gasnetzdruck die Gebläsedrehzahl reduziert. Die Regelungsschaltung ist so konzipiert, dass im Brennerbetrieb bei normalem Gasdruck das Regelventil und/oder die Gebläsedrehzahl so geregelt wird, dass sich ein Sollwert der Luftzahl bei der Leistungssteuerung des Brenners einstellt. Zur Regelung der Luftzahl ist somit sowohl die Nachführung des Gasventils als auch die Nachführung der Drehzahl des Gebläses notwendig. A device for regulating a gas burner, the Fuel gas is supplied via a gas valve and air via a fan and with a flame monitoring sensor Control signal to a control circuit and supplies Position of the gas valve and the speed of the fan controls, is known from DE 196 01 517 A1. It is provided that the control circuit when in burner operation falling gas network pressure, the gas valve opens further and when the maximum opening position of the Gas valve and further decreasing gas network pressure the fan speed reduced. The control circuit is designed so that in Burner operation with normal gas pressure the control valve and / or the fan speed is regulated so that a Setpoint of the air ratio in the power control of the Brenners sets. To regulate the air ratio is therefore both the tracking of the gas valve as well as the tracking of the Fan speed required.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine präzise und robuste Regelung der Verbrennung möglich ist. Durch Trennung der Leistungssteuerung, die auf das vorhandene Gasventil einwirkt, und der Verbrennungsregelung, die insbesondere zur Kompensation von schwankenden Gasqualitäten und von sich variierenden pneumatischen Widerständen im Zuluft- Abgas-System dient, reagiert die Regelung schnell auf Veränderungen, so dass ebenfalls eine luftzahlgeregelte Verbrennung möglich ist. Durch die Feinabstimmung der Brennstoff zufuhr mittels des zusätzlichen Stellventils können die üblichen Gasventile zur Leistungssteuerung verwendet werden. Das die Leistungssteuerung übernehmende Gasventil benötigt daher keinen zusätzlichen Eingang für ein zusätzliches Regelsignal. The device according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage of being precise and robust control of the combustion is possible. By Separation of power control based on the existing one Acts on the gas valve, and the combustion control that especially to compensate for fluctuating gas qualities and varying pneumatic resistances in the supply air Serves the exhaust system, the control reacts quickly Changes, so that also an air number controlled Combustion is possible. By fine-tuning the fuel supply by means of the additional control valve usual gas valves can be used for power control. The the power control gas valve therefore requires no additional entrance for an additional one Control signal.

Durch die beschriebene Einrichtung wird über die Regelung der Luftzahl gleichzeitig eine Stabilisierung des Verbrennungsprozesses und eine Beseitigung von Brennkammerschwingungen, die durch eine instabile Flamme hervorgerufen werden, erzielt. Through the described device is about the regulation the air ratio also stabilizes the Combustion process and elimination of Chamber vibrations caused by an unstable flame are achieved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Advantageous further developments of the invention Facility arise from the subclaims.

Besonders vorteilhaft ist es, die Feineinstellung in einem Bypasskanal durchzuführen, wobei eine zusätzliche Einstellmöglichkeit, die eine leistungsbedingte Maximaleinstellung liefert, in einem zum Bypasskanal parallel verlaufenden Hauptbrennstoffkanal vorgenommen wird. Die im Hauptbrennstoffkanal untergebrachte Einstellung dient der Anpassung an die Gasart bzw. Gasfamilie, z. B. Erdgas oder Propan bzw. Butan. It is particularly advantageous to do the fine adjustment in one Bypass channel perform, an additional Setting option that is a performance-related maximum setting supplies, in a parallel to the bypass channel Main fuel channel is made. The in Main fuel duct accommodated setting is used for adjustment the gas type or gas family, e.g. B. natural gas or propane or Butane.

Mit einer Ionisationselektrode lässt sich somit ebenfalls eine instabile Flamme erfassen und damit ein instabiler Betriebszustand des Heizgerätes frühzeitig erkennen, so dass Gegenmaßnahmen durch die Veränderung des Brennstoff-Luft- Verhältnisses ergriffen werden können. An ionization electrode can also be used detect an unstable flame and thus an unstable Recognize the operating status of the heater early so that Countermeasures by changing the fuel-air Relationship can be taken.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Gasheizgerätes mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung eines Brenners. An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below explained. The single figure shows a block diagram of a Gas heater with a device according to the invention Regulation of a burner.

embodiment

Das in der Figur dargestellte Regelsystem für ein Heizgerät weist einen Brenner 10 mit einer dargestellten Flammenfront 11 auf. Dem Brenner 10 wird über eine Brenngas-Luftgemisch- Leitung 12 ein Brenngas-Luft-Gemisch mit Hilfe eines Gebläses 13 zugeführt. Dem Gebläse 13 ist eine Mischdose 17 vorgeschaltet, in die Verbrennungsluft 15 und über eine Brenngasleitung 14 Brenngas eingeleitet wird. Die Brenngasleitung 14 ist über eine weitere Brenngasleitung 14' und ein Brenngasregelventil 16, das beispielsweise als eine mit der Mischdose 17 zusammenwirkende pneumatische Verbund- Gasarmatur arbeitet, an ein Gasnetz 22 angeschlossen. Das Gebläse 13 saugt das Brenngas-Luft-Gemisch an und drückt es über die Brenngas-Luftgemisch-Leitung 12 zum Brenner 10, wo das Brenngas-Luft-Gemisch als Flammenfront 11 verbrennt. The control system for a heater shown in the figure has a burner 10 with a flame front 11 shown . A fuel gas-air mixture is fed to the burner 10 via a fuel gas-air mixture line 12 with the aid of a fan 13 . The blower 13 is preceded by a mixing can 17 into which combustion air 15 and fuel gas is introduced via a fuel gas line 14 . The fuel gas line 14 is connected to a gas network 22 via a further fuel gas line 14 ′ and a fuel gas control valve 16 , which works, for example, as a pneumatic composite gas fitting which interacts with the mixing can 17 . The fan 13 draws in the fuel gas-air mixture and presses it via the fuel gas-air mixture line 12 to the burner 10 , where the fuel gas-air mixture burns as a flame front 11 .

Die weiterer Brenngasleitung 14' verzweigt sich in Strömungsrichtung des Brenngases hinter dem Gasventil 16 in einen Hauptgaszufuhrkanal 18 und einen als Bypass ausgeführten, verstellbaren Gaszufuhrkanal 19. Vor der Einmündung in die Mischdose 17 vereinigen sich die beiden Gaszufuhrkanäle 18, 19 wieder zur Brenngasleitung 14. The further fuel gas line 14 ′ branches in the flow direction of the fuel gas behind the gas valve 16 into a main gas supply channel 18 and an adjustable gas supply channel 19 designed as a bypass. Before flowing into the mixing can 17 , the two gas supply channels 18 , 19 combine again to form the fuel gas line 14 .

Im Hauptgaszufuhrkanal 18 befindet sich eine Verstelleinrichtung 35, mit der beispielsweise eine Anpassung der Brenngaszufuhr an die entsprechende Gasart bzw. Gasfamilie erfolgt, wobei die Einstellung werksseitig vorgenommen wird. Im verstellbaren Gaszufuhrkanal 19 ist ein Stellventil 36 angeordnet, das beispielsweise von einem Schrittmotor 37 betätigt wird. In the main gas supply duct 18 there is an adjusting device 35 with which, for example, the fuel gas supply is adapted to the corresponding gas type or gas family, the setting being carried out at the factory. A control valve 36 is arranged in the adjustable gas supply channel 19 and is actuated, for example, by a stepper motor 37 .

In die Flammen 11 des Brenners 10 ragt als Messfühler beispielsweise eine als passive Elektrode wirkende Ionisationselektrode 20, die üblicherweise zur Flammenüberwachung eingesetzt wird. Die Ionisationselektrode 20 dient hierbei als Messfühler zum Erfassen des Verbrennungszustandes der Flamme, wobei über den Verbrennungszustand auf die Luftzahl (Lambda-Wert) des Abgases geschlussfolgert werden kann. Die Ionisationselektrode 20 kann dabei gleichzeitig zur Flammenüberwachung dienen. An Stelle der Ionisationselektrode 20 ist auch die Verwendung eines optischen oder akustischen Sensors denkbar. In the flames 11 of the burner 10 , for example, an ionization electrode 20 , which acts as a passive electrode and which is usually used for flame monitoring, projects as a measuring sensor. The ionization electrode 20 serves as a sensor for detecting the combustion state of the flame, it being possible to draw conclusions about the air ratio (lambda value) of the exhaust gas via the combustion state. The ionization electrode 20 can simultaneously serve for flame monitoring. Instead of the ionization electrode 20 , the use of an optical or acoustic sensor is also conceivable.

Die Ionisationselektrode 20 ist über eine Signalleitung 21 mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 23 verbunden, die beispielsweise drei Signalverarbeitungsanordnungen 25, 26, 27 aufweist. Der Ausgang jeder Signalverarbeitungsanordnung 25, 26, 27 ist jeweils über Signalleitungen 25', 26', 27' an ein Steuergerät 30 angeschlossen. Die Signalverarbeitungsanordnungen 25, 26, 27 enthalten an sich bekannte analoge oder digitale Bandpassfilter zur Signalverarbeitung des über die Ionisationselektrode 20 gewonnenen Ionisationssignals. Dadurch werden für das Steuergerät 30 verarbeitbare Regelsignal 41, 42, 43 erzeugt, die über die jeweiligen Signalleitungen 25', 26', 27' an eine Luftzahl-Regelung 31 im Steuergerät 30 übermittelt werden. The ionization electrode 20 is connected via a signal line 21 to a signal processing device 23 which has, for example, three signal processing arrangements 25 , 26 , 27 . The output of each signal processing arrangement 25 , 26 , 27 is connected to a control device 30 via signal lines 25 ', 26 ', 27 '. The signal processing arrangements 25 , 26 , 27 contain known analog or digital bandpass filters for signal processing of the ionization signal obtained via the ionization electrode 20 . Be generated 43 for the control unit 30 processible control signal 41, 42, which are ', 26', transmitted via the respective signal lines 25 27 'at an air ratio control 31 in the control unit 30th

Durch die in den Signalverarbeitungsanordnungen 25, 26, 27 stattfindende Signalverarbeitung werden aus einem storastischen Flammensignal die für die Regelung notwendigen Regelsignale 41, 42, 43 gewonnen. Die Verwendung von drei Regelsignalen hat sich als zweckmäßig erwiesen, da diese drei Regelsignale 41, 42, 43 unterschiedliche Signalverläufe in dem zu regelnden Luftzahl-Bereich aufweisen. Dadurch ist eine präzisere und schnelle Regelung bei einer Änderung der Luftzahl möglich. By means of the signal processing taking place in the signal processing arrangements 25 , 26 , 27 , the control signals 41 , 42 , 43 necessary for the control are obtained from a storm flame signal. The use of three control signals has proven to be expedient since these three control signals 41 , 42 , 43 have different signal profiles in the air ratio range to be controlled. This enables more precise and quick control when the air ratio changes.

Das Steuergerät 30 ist ferner über eine Signalleitung 33 mit dem Gebläse 12 und über eine weitere Signalleitung 34 mit dem Schrittmotor 37 des Stellventils 36 verbunden. Die im Steuergerät 30 integrierte Luftzahl-Regelung 31 vergleicht ständig die aktuellen Regelsignale 41, 42, 43 mit entsprechenden Sollwerten. Wird ein Abweichen des aktuellen Regelsignals 41, 42, 43 vom jeweiligen Sollwert festgestellt, wird von der Luftzahl-Regelung 31 des Steuergerätes 30 eine Stellgröße y generiert, die über die Signalleitung 34 dem Schrittmotor 37 zugeführt wird. Es ist aber genauso denkbar, die Regelsignale 41, 42, 43 mittels eines Extremwert- Suchalgorithmus zu bearbeiten und als Sollwert den Extremwert des Regelsignals 41, 42, 43 heranzuziehen. The control unit 30 is also connected to the blower 12 via a signal line 33 and to the stepper motor 37 of the control valve 36 via a further signal line 34 . The air ratio control 31 integrated in the control device 30 constantly compares the current control signals 41 , 42 , 43 with corresponding target values. If a deviation of the current control signal 41 , 42 , 43 from the respective desired value is determined, the manipulated variable y is generated by the air ratio control 31 of the control device 30 and is fed to the stepper motor 37 via the signal line 34 . However, it is also conceivable to process the control signals 41 , 42 , 43 using an extreme value search algorithm and to use the extreme value of the control signal 41 , 42 , 43 as the target value.

Durch die Aktivierung des Schrittmotors 37 erfolgt eine Verstellung des Stellventils 36, so dass je nach Größe der Stellgröße y die über den Gaszufuhrkanal 19 zugeführte Gasmenge erhöht oder reduziert wird. Dadurch erfolgt eine Anpassung der Luftzahl an einen vorgegebenen Sollwert. By activating the stepping motor 37 , the control valve 36 is adjusted so that, depending on the size of the control variable y, the amount of gas supplied via the gas supply channel 19 is increased or reduced. This adjusts the air ratio to a specified setpoint.

Im Steuergerät 30 ist ferner eine Leistungssteuerung und/oder eine Leistungsregelung für die vom Wärmebedarf abhängige Leistungssteuerung des Brenners 10 integriert. Dabei wird in Abhängigkeit von einer Ist-Temperatur und einer Solltemperatur das Gasventil 16 und/oder die Drehzahl des Gebläses 12 gesteuert bzw. geregelt. Zur Einstellung der Soll-Temperatur ist beispielsweise ein Sollwertsteller vorgesehen, der mit der Leistungssteuerung bzw. Leistungsregelung des Steuergerätes 30 zusammenwirkt. A power control and / or a power control for the power control of the burner 10 which is dependent on the heat requirement is also integrated in the control unit 30 . The gas valve 16 and / or the speed of the fan 12 is controlled or regulated as a function of an actual temperature and a target temperature. To set the setpoint temperature, a setpoint adjuster is provided, for example, which interacts with the power control or power regulation of the control unit 30 .

Es ist auch denkbar, dass bei zu starken Abweichungen der Regelsignale 41, 42, 43 von den jeweiligen Sollwerten das Heizgerät ausgeschaltet und ein Neustart erfolgt. It is also conceivable that if the control signals 41 , 42 , 43 deviate too much from the respective target values, the heater is switched off and the system is restarted.

Mit der beschriebenen Luftzahl-Regelung ist es ebenso möglich, die Flammenstabilität des Brenners zu überwachen. Die Flammeninstabilität in einem Heizkessel kann direkt zu hörbaren und lästigen Schwingungsgeräuschen (Dröhnen, Pfeifen) in der Brennkammer führen. Für die Flammeninstabilität spielt die Luftzahl die entscheidende Rolle. Die Wechselwirkung des Brenners 10 mit dessen Abgasweg kann bei ungünstigen Fällen zusätzlich die Brennkammerschwingungen verstärken. With the air ratio control described, it is also possible to monitor the flame stability of the burner. The flame instability in a boiler can directly lead to audible and annoying vibration noises (roaring, whistling) in the combustion chamber. The air ratio plays a decisive role in flame instability. The interaction of the burner 10 with its exhaust gas path can additionally amplify the combustion chamber vibrations in unfavorable cases.

Mit dem von der Ionisationselektrode 20 gelieferten Ionisationssignal lässt sich ebenso eine instabile Flamme erfassen und damit ein instabiler Betriebszustand des Heizgerätes frühzeitig erkennen, so dass Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Durch die beschriebene Verstellung der Brenngaszufuhr mittels des Stellventils 36 wird über die Bestimmung der Luftzahl gleichzeitig eine Brennkammerschwingung detektieren. Insofern bewirkt die Luftzahl-Regelung 31 gleichzeitig eine Stabilisierung des Verbrennungsprozesses und eine Beseitigung von Brennkammerschwingungen, die durch eine instabile Flamme hervorgerufen werden. An unstable flame can also be detected with the ionization signal supplied by the ionization electrode 20 and an unstable operating state of the heater can thus be recognized at an early stage, so that countermeasures can be taken. By the described adjustment of the fuel gas supply by means of the control valve 36 , a combustion chamber oscillation is detected at the same time by determining the air ratio. In this respect, the air ratio control 31 simultaneously stabilizes the combustion process and eliminates combustion chamber vibrations caused by an unstable flame.

Claims

1. Device for controlling a burner, the fuel is supplied via a fuel supply and air via an air supply, with a fuel adjusting valve arranged in the fuel supply and with a control that adjusts the fuel-air ratio to a desired value, characterized in that in an additional control valve ( 36 ) is connected downstream of the fuel feed valve ( 14 , 14 ') and the fuel control valve ( 16 ) in the flow direction of the fuel.

2. Device according to claim 1, characterized in that the fuel-air ratio is adjustable to a predetermined air ratio by means of the additional control valve ( 36 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel supply ( 14 , 14 ') in the flow direction of the fuel behind the fuel control valve ( 16 ) has a branching into at least one main supply channel ( 18 ) and an adjustable supply channel ( 19 ), wherein the additional control valve ( 36 ) is arranged in the adjustable feed channel ( 19 ).

4. Device according to claim 1, characterized in that the control valve ( 36 ) is operatively connected to a stepper motor ( 37 ) and that the stepper motor ( 37 ) can be supplied with a control variable y generated by the control for adjusting the control valve ( 36 ).

5. Device according to claim 4, characterized in that the manipulated variable y for adjusting the control valve ( 36 ) can be derived from a flame signal.

6. Device according to claim 5, characterized in that a signal processing device ( 23 ) is provided with which the false signal undergoes signal processing and at least one control signal ( 41 , 42 , 43 ) is generated.

7. Device according to claim 6, characterized in that the control variable y can be generated in the control by means of the control signal ( 41 , 42 , 43 ).

8. Device according to claim 7, characterized in that in the air ratio control ( 31 ) the control signal ( 41 , 42 , 43 ) can be subjected to a target-actual comparison.

9. Device according to claim 7, characterized in that in the air ratio control ( 31 ) the control signal ( 41 , 42 , 43 ) can be subjected to an extreme value search algorithm.

10. Device according to claim 1, characterized in that an adjusting device ( 35 ) for presetting the fuel supply is integrated in the main feed channel ( 18 ).