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EP1510758A1 - Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners - Google Patents

Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners Download PDF

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Publication number
EP1510758A1
EP1510758A1 EP03019747A EP03019747A EP1510758A1 EP 1510758 A1 EP1510758 A1 EP 1510758A1 EP 03019747 A EP03019747 A EP 03019747A EP 03019747 A EP03019747 A EP 03019747A EP 1510758 A1 EP1510758 A1 EP 1510758A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
power
air
manipulated variable
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03019747A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Building Technologies AG
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Building Technologies AG, Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Building Technologies AG
Priority to EP03019747A priority Critical patent/EP1510758A1/de
Priority to US10/923,919 priority patent/US7335015B2/en
Publication of EP1510758A1 publication Critical patent/EP1510758A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/20—Calibrating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling or controlling a Burner according to the preamble of claim 1 and a system for Implementation of the method according to the invention according to claim 7.
  • FIG. 1 of this document shows a firing plant with a boiler 1, a burner 2, which in terms of performance or stage mudul Schlumd is switchable.
  • the burner has a fuel supply 4 and a Air supply 5, wherein in the air supply, an actuator, for example, a damper 6 for Adjustment of the amount of air supplied to the amount of fuel supplied is.
  • the resulting during combustion exhaust gases 7 are via an exhaust duct. 3 propagated.
  • a measuring probe 8 for example, the Oxygen content in the exhaust gas measures.
  • the actual O2 value measured by the probe becomes fed to a control device 9, and compared there with an O2 setpoint.
  • Dependence on the difference determined between setpoint and actual value becomes Air damper 6 controlled so that the measured oxygen content in the exhaust gas (O2 actual value) reaches the set O2 setpoint.
  • the O 2 control loop is shown schematically in Figure 2 as a function of the power of the burner.
  • the difference between the actual value of the O 2 and the desired O 2 value results in a control deviation 11, which is supplied to a controller 12.
  • the controller 12 first calculates a power-independent manipulated variable YR from the control deviation 11.
  • the power-independent manipulated variable YR is then converted by a correction member 12a into a manipulated variable 13 dependent on the output of the burner. This is then fed to the air flap 6 whose air flap position 15, a controlled system 16 influences.
  • the control parameters are obtained from measurements of step responses on the open control loop according to FIG.
  • the control parameters determined in this way can be determined and stored for each fuel used and for each power stage of the burner.
  • the prerequisite for this is that the track gain KS is substantially inversely proportional to the power of the burner.
  • the power-dependent control variable represents the absolute air volume and the O2 setpoint is the same for all power points. In practice, however, this is rarely the case. Rather, the burners can react at different power points different degrees to an air volume change.
  • the power-dependent control variable is connected directly to an air damper. As a result, for example, due to a non-linear louver characteristic, the relationship between the amount of air and the measured O2 value can not be linear. However, this is not taken into account in the known method. Also, the known method has the disadvantage that in a firing system with several air-determining actuators the power-dependent control variable must be divided accordingly. However, this is difficult and only with considerable effort to accomplish. Thus, it can be stated that the known method is only very limited in practice.
  • the invention is therefore based on the object, a method of control or propose control of a burner, which under Avoiding the disadvantages of the prior art in practice simply and versatile.
  • the inventive control is preferably designed as O2 control.
  • O2 control in a known manner by means of actuators 1 and 2, for example, louvers or gas valves, the burner 5, a certain amount of air 3 and a certain amount of fuel 4 is supplied.
  • a sensor 7 detects, for example, the O 2 content contained in the exhaust gas 6, which is referred to below as the actual value 8. This represents a current measure of the quality and efficiency of the combustion and is compared with a setpoint 9. From the difference between the setpoint and actual value, a control deviation is obtained and this is converted by a controller 10 into a power-independent manipulated variable (YR) 11, which is then fed to a pilot control 12.
  • YR power-independent manipulated variable
  • the burner power 14 and possibly also the type of fuel used is supplied as control information.
  • the pilot control continues to receive burner-specific parameters 13, which characterize the burner and boiler specific behavior of the furnace when changing the amount of combustion air for different operating points of the burner. These are determined, for example, in the burner setting for different power points of the burner and possibly also for different types of fuel and stored as parameters.
  • the precontrol 12 determines from the power-independent Manipulated variable 11 and the burner-specific parameters 13, taking into account the Control information 14 a power-dependent manipulated variable (Y) 15. This will then from a composite electronic controller 16 into a control signal 17 or 18 for implemented at least one of the actuators 1 and 2, which then the burner supplied amount of air 3 and the amount of fuel 4 controls accordingly.
  • the amount of air is dependent on the measured Oxygen content in the exhaust gas controlled by the electronic composite control.
  • the teaching of the invention is not limited to influencing the amount of air, but instead of the amount of air and the amount of fuel could be controlled or controlled accordingly. Also, the invention is not only usable in conjunction with an O2 measurement, but it can also be used a CO2 measurement.
  • the controller As soon as there is a power adjustment, the controller is disabled, so that it does not come to a comparison of an outdated actual value with the setpoint due to a delay caused by the running time of the exhaust gases.
  • the manipulated variable last generated by the controller at steady-state power is retained and used to calculate the power-dependent manipulated variable.
  • the feedforward control determines the power-dependent control variable such that, under the same ambient conditions, the controller generates the same constant power-independent control variable in the regulated state for all burner outputs.
  • the precontrol also performs a normalization of the power-independent manipulated variable generated by the controller. The normalization takes place, for example, in such a way that a percentage change in the amount of air density can be compensated for by an equally large percentage change in the magnitude of the manipulated variable.
  • the controller is only released again when the actual value is stable and thus can be measured with sufficient accuracy. This is the case if e.g. again there is a stationary power of the burner and enough time has passed that ensures that it is not due to the time delay until to capture the actual value to a wrong control deviation and thus to a from the controller incorrectly generated manipulated variable can come.
  • To a drop in the Actual value below the setpoint during the change in performance are to prevent additional control interventions possible even with locked controller.
  • the tax interventions can e.g. if the setpoint falls below the setpoint then increase the manipulated variable so that the higher actual value achieved thereby is again within the permissible range.
  • an offset can be added to the manipulated variable during power adjustment. As a result, the system moves above the setpoint during power adjustment, which prevents it from falling below the setpoint during power adjustment. If steady-state power is available again, the controller is released and the system is reset to the setpoint.
  • the inventive control or control thus has the advantage that by the when setting the burner for different power points or operating points determined burner-specific parameters, the actual behavior of the burner and boiler to a manipulated variable change will play.
  • the controller needs under real conditions in practice only with a change of Ambient conditions (air pressure, temperature, etc.) become active.
  • Figure 2 shows schematically a in the setting of the burner for different power points of the burner obtained composite curve 20.
  • fuel and air performance are preferably the same.
  • the Composite curve 20 and a corresponding setpoint curve 21 represent e.g. the percentage O2 content in the exhaust gas as a function of the burner output
  • Determination of the burner specific parameters may e.g. one on the compound curve 20 selected measured value 22 and a korresondierender to the setpoint curve Reference value 23 are used.
  • the composite or setpoint curve can be used when setting the burner also be determined and stored for different fuel types. It should be sure that they are linear between the credit points because otherwise the feedforward control does not determine the burner-specific parameters can perform correctly. It should be noted that the setting of the different performance points under the same environmental conditions (air pressure, Air temperature, etc.).
  • FIG. 3 shows, in a flowchart in method step 30, first the selection of the power point or operating point on the composite and setpoint curve.
  • method step 31 for example, the O 2 value on the composite curve is measured and displayed. If this is stable, in step 32, the manipulated variable, for example, the air flow is changed until the actual value reaches the selected setpoint.
  • method step 33 it is then checked whether the new actual value is stable and corresponds to the desired value. If this is satisfied, then in method step 34 the manipulated variable which was necessary to reach the setpoint is displayed and stored as a standardization value.
  • the normalizing value corresponds, for example, to the relative change in the air flow rate and thus, in a first approximation, to the change in the air flow rate.
  • the determination of the burner-specific parameters is then carried out. This is preferably done based on the air ratio lambda. For example, from the measured O 2 value on the composite curve, a lambda composite value and a corresponding lambda desired value can be determined. Based on this and the normalization value, a lambda factor for the respective power point of the burner can then be determined. At various operating points, the lambda factor takes into account the burner and boiler-specific properties of the combustion plant.
  • the setting process is completed and in step 36, the power-dependent manipulated variable Y can then be determined on the basis of the power-independent manipulated variable YR and the burner-specific parameters obtained in the setting. This will be described in more detail below.
  • the measured O2 value can be used to determine the burner-specific parameters be converted into lambda at different exhaust qualities as follows.
  • the air output is obtained as a function of the manipulated variable Y as follows.
  • PLuft PBrenn * Y 100%
  • the lambda compound value changes as follows.
  • the power-independent manipulated variable in formula (53) is still inverted so that a positive value means more air power and the lambda factor is used according to formula (46), whereby the power-dependent manipulated variable Y is obtained as follows.
  • dLB ⁇ Soll * 100% * 100% ⁇ V * (100% -Y-R [%]) - 100% 100% * ( ⁇ Soll- ⁇ V) * standard ⁇ V

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners (5), dem eine bestimmte Luftmenge (3) und Brennstoffmenge (4) zugeführt wird, wobei das bei der Verbrennung entstehende Abgas (6) einem Sensor (7) zugeführt wird und das der vom Sensor detektierte Istwert (8) mit einem Sollwert (9) verglichen wird und das aus der Differenz zwischen Soll- und Istwert eine Regelabweichung erhalten wird, die in eine von der Brennerleistung unabhängige Stellgrösse (11) umgesetzt wird, wobei eine leistungsabhängige Stellgrösse (15) ausgehend von der leistungsunabhängigen Stellgrösse (11) und von brennerspezifischen Parametern (13), die bei der Einstellung des Brenners für die jeweiligen Leistungspunkte des Brenners ermittelt werden, generiert wird und wobei die leistungsabhängige Stellgrösse (15) in ein Steuersignal (17,18) zur Beeinflussung des Verhältnisses der Luftmenge (3) zur Brennstoffmenge (4) umgesetzt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein System zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gemäss dem Anspruch 7.
Ein Verfahren der eingangsgenannten Art ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 644 376 B1 bekannt. Die Figur 1 dieser Druckschrift zeigt eine Feuerungsanlage mit einem Heizkessel 1, einem Brenner 2, der hinsichtlich der Leistung stufig oder mudulierend umschaltbar ist. Der Brenner hat eine Brennstoffzufuhr 4 und eine Luftzufuhr 5, wobei in der Luftzufuhr ein Stellglied, zum Beispiel eine Luftklappe 6 zur Anpassung der zugeführten Luftmenge an die zugeführte Brennstoffmenge vorhanden ist. Die bei der Verbrennung enstehenden Abgase 7 werden über einen Abgaskanal 3 fortgeleitet. Im Abgaskanal 3 befindet sich eine Messsonde 8, die zum Beispiel den Sauerstoffgehalt im Abgas misst. Der von der Messsonde gemessene O2-Istwert wird einer Regelungsvorrichtung 9 zugeführt, und dort mit einem O2-Sollwert verglichen. In Abhängigkeit von der zwischen Soll- und Istwert ermittelten Differenz wird die Luftklappe 6 so gesteuert, dass der im Abgas gemessene Sauerstoffgehalt (O2-Istwert) den eingestellten O2-Sollwert erreicht.
Da die optimale Luftzufuhr beziehungsweise der optimale Luftüberschuss für die Verbrennung leistungsabhängig ist, ist in Figur 2 der O2-Regelkreis in Abhängigkeit von der Leistung des Brenners schematisch dargestellt. Aus der Differenz zwischen O2-Istwert und O2-Sollwert ergibt sich eine Regelabweichung 11, die einem Regler 12 zugeführt wird. Der Regler 12 berechnet zunächst eine leistungsunabhängige Stellgrösse YR aus der Regelabweichung 11. Die leistungsunabhängige Stellgrösse YR wird dann von einem Korrekturglied 12a in eine von der Leistung des Brenners abhängige Stellgrösse 13 umgesetzt. Diese wird dann der Luftklappe 6 zugeführt, deren Luftklappenstellung 15, eine Regelstrecke 16 beeinflusst.
Die Regelparameter werden hierbei aus Messungen von Sprungantworten am offenen Regelkreis gemäss Figur 3 gewonnen. Die so ermittelten Regelparameter können hierbei zu jedem verwendeten Brennstoff und für jede Leistungsstufe des Brenners ermittelt und gespeichert werden.
Bei dem bekannten Verfahren ist der Zusammenhang zwischen der leistungungsabhängigen Stellgrösse und der leistungsunabhängigen Stellgrösse über die Streckenverstärkung KS definiert.
Voraussetzung hierfür ist jedoch das die Streckenverstärkung KS im wesentlichen umgekehrt proportional zur Leistung des Brenners ist.
Diese Annahme gilt zwar näherungsweise für einen ideal sich verhaltenden Brenner, wenn z.B. die leistungsabhängige Stellgrösse die absolute Luftmenge darstellt und der O2-Sollwert für alle Leistungspunkte gleich ist. In der Praxis ist dies jedoch selten der Fall. Vielmehr können die Brenner bei verschiedenen Leistungspunkten unterschiedlich stark auf eine Luftmengenänderung reagieren.
Bei dem bekannten Verfahren wird die leistungsabhängige Stellgrösse direkt einer Luftklappe aufgeschaltet. Dadurch kann zum Beispiel aufgrund einer nichtlinearen Luftklappencharakteristik der Zusammenhang zwischen Luftmenge und gemessenem O2-Wert nicht linear sein kann. Dies wird bei dem bekannten Verfahren jedoch nicht berücksichtigt. Auch hat das bekannte Verfahren den Nachteil, dass bei einer Feuerungsanlage mit mehreren luftbestimmenden Aktoren die leistungungsabhängige Stellgrösse auf diese entsprechend aufgeteilt werden muss. Dies ist jedoch schwierig und nur mit erheblichem Aufwand zu bewerkstelligen.
Somit kann festgestellt werden, dass das bekannte Verfahren für die Praxis nur sehr eingeschränkt geeignet ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners vorzuschlagen, welches unter Vermeidung der genannten Nachteile des Standes der Technik in der Praxis einfach und vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1
den erfindungsgemässen Regelkreis dargestellt als Funktionsblockbild
Figur 2
eine Verbundkurve und eine Sollwertkurve
Figur 3
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens
Die erfindungsgemässe Regelung ist vorzugsweise als O2-Regelung ausgeführt.
Dabei wird in bekannter Art und Weise mittels von Aktoren 1 und 2, beispielsweise Luftklappen beziehungsweise Gasventile, dem Brenner 5 eine bestimmte Luftmenge 3 und eine bestimmte Brennstoffmenge 4 zugeführt. Ein Sensor 7 detektiert beispielsweise den im Abgas 6 enthaltenen O2-Gehalt, der nachfolgend als Istwert 8 bezeichnet wird. Dieser stellt ein aktuelles Mass für die Qualität und den Wirkungsgrad der Verbrennung dar und wird mit einem Sollwert 9 verglichen. Aus der Differenz zwischen Soll- und Istwert wird eine Regelabweichung erhalten und diese wird von einem Regler 10 in eine leistungsunabhängige Stellgrösse (YR)11 umgesetzt, die dann einer Vorsteuerung 12 zugeführt wird. Zur Weiterverarbeitung durch die Vorsteuerung 12 wird dieser z.B. die Brennerleistung 14 und eventuell auch der verwendete Brennstofftyp als Steuerungsinformation zugeführt.
Der Vorsteuerung erhält weiterhin brennerspezifische Parameter 13, welche das brenner-und kesselspezifische Verhalten der Feuerungsanlage bei Veränderung der Verbrennungsluftmenge für verschiedene Arbeitspunkte des Brenners kennzeichnen. Diese werden beispielsweise bei der Brennereinstellung für verschiedene Leistungspunkte des Brenners und eventuell auch für unterschiedliche Brennstofftypen ermittelt und als Kenngrössen gespeichert.
Die Vorsteuerung 12 bestimmt dann ausgehend von der leistungsunabhängigen Stellgrösse 11 und den brennerspezifischen Parametern 13 unter Berücksichtigung der Steuerungsinformation 14 eine leistungsabhängige Stellgrösse (Y) 15. Diese wird dann von einer elektronischen Verbundsteuerung 16 in ein Steuersignal 17 bzw. 18 für wenigstens einen der Aktoren 1 und 2 umgesetzt, welches dann die dem Brenner zugeführte Luftmenge 3 bzw. die Brennstoffmenge 4 entsprechend steuert.
Im Ausführungsbeispiel wird die Luftmenge in Abhängigkeit von dem gemessenen Sauerstoffgehalt im Abgas von der elektronischen Verbundsteuerung gesteuert.
Vorzugsweise erfolgt dabei nur eine Reduktion der Luftmenge. Dies kann z.B.durch Verringern der Luftleistung auf einer Verbundkurve erfolgen, wodurch automatisch die Charakteristik der luftbestimmenden Aktoren mit berücksichtigt wird.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemässe Lehre nicht auf eine Beeinflussung der Luftmenge beschränkt, sondern anstelle der Luftmenge könnte auch die Brennstoffmenge entsprechend geregelt bzw. gesteuert werden. Auch ist die Erfindung nicht nur in Verbindung mit einer O2-Messung verwendbar, sondern es kann auch eine CO2-Messung eingesetzt werden.
Nachfolgend wird das Verhalten der Regelung bei Veränderung der Brennerleistung beschrieben. Sobald eine Leistungungsverstellung vorliegt, wird der Regler gesperrt, damit es nicht aufgrund einer durch die Laufzeit der Abgase bedingten Verzögerung zu einem Vergleich eines veralteten Istwertes mit dem Sollwert kommt.
Bei der Leistungsverstellung wird die vom Regler zuletzt bei stationärer Leistung erzeugte Stellgrösse beibehalten und zur Berechnung der leistungsabhängigen Stellgrösse verwendet. Die Vorsteuerung bestimmt dabei die leistungsabhängige Stellgrösse derart, dass bei gleichen Umgebungsbedingungen der Regler im ausgeregelten Zustand für alle Brennerleistungen die gleiche konstante leistungsunabhängige Stellgrösse erzeugt. Vorzugsweise führt die Vorsteuerung auch eine Normierung der vom Regler generierten leistungsunabhängigen Stellgrösse durch. Die Normierung erfolgt z.B. derart, dass eine prozentuale Änderung des Betrages der Luftdichte durch eine gleich grosse prozentuale Betragsänderung der Stellgrösse ausgeglichen werden kann.
Der Regler wird erst dann wieder freigegeben, wenn der Istwert stabil ist und somit mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden kann. Dies ist dann der Fall wenn z.B. wieder eine stationäre Leistung des Brenners vorliegt und genügend Zeit vergangen ist, dass sichergestellt ist, dass es nicht aufgrund der Zeitverzögerung bis zur Erfassung des Istwertes zu einer falschen Regelabweichung und somit zu einer vom Regler falsch erzeugten Stellgrösse kommen kann. Um ein Absinken des Istwertes unter den Sollwert während der Leistungsänderung zu verhindern, sind zusätzlich Steuereingriffe auch bei gesperrtem Regler möglich. Die Steuereingriffe können z.B. bei einem Unterschreiten des Sollwertes dann die Stellgrösse so erhöhen, dass der dadurch erzielte höhere Istwert wieder im zulässigem Bereich liegt.
Dies kann z.B. bei ungenauer Einstellung des Brenners oder bei Brennern mit über der Leistung stark schwankenden Eigenschaften erforderlich sein.
Auch kann bei einer Leistungsverstellung ein Offset zur Stellgrösse addiert werden. Dadurch fährt das System bei der Leistungsverstellung über den Sollwert, wodurch ein Unterschreiten des Sollwertes während der Leistungsverstellung vermieden wird.
Liegt wieder eine stationäre Leistung vor, so wird der Regler freigegeben und das System wird wieder auf den Sollwert geregelt.
Die erfindungsgemässe Reglung bzw. Steuerung hat somit den Vorteil , dass durch die bei der Einstellung des Brenners für verschiedene Leistungspunkte bzw. Arbeitspunkte ermittelten brennerspezifischen Parameter, das tatsächliche Verhalten des Brenners und Kessels auf eine Stellgrössenänderung wiedergeben wird. Somit muss der Regler unter realen Bedingungen in der Praxis nur noch bei einer Veränderung der Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Temperatur, etc.) aktiv werden.
Die Ermittlung der brennerspezifischen Parameter wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 näher beschrieben. Figur 2 zeigt schematisiert eine bei der Einstellung des Brenners für verschiedene Leistungspunkte des Brenners erhaltene Verbundkurve 20. Auf der Verbundkurve sind vorzugsweise Brennstoff- und Luftleistung gleich. Die Verbundkurve 20 und eine dazu korrespondierende Sollwertkurve 21 stellen z.B. den prozentualen O2-Gehalt im Abgas in Abhängigkeit von der Brennerleistung dar. Zur Bestimmung der brennerspezifischen Parameter kann z.B. ein auf der Verbundkurve 20 ausgewählter Messwert 22 und ein dazu auf der Sollwertkurve korresondierender Sollwert 23 herangezogen werden.
Selbstverständlich können auch andere Werte zur Ermittlung der brennerspezifischen Parameter verwendet werden. Beispielsweise können hierfür zwei Messwerte und die zur Aenderung vom ersten auf den zweiten Wert dafür notwendige leistungsabhängige Stellgrösse Y bei geöffnetem Regelkreis verwendet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das System mit der Verbundkurve auf den Sollwert gleich eingestellt werden kann und zur Ermittlung der brennerspezifischen Eigenschaften lediglich zwei beliebige Werte auf der Verbundkurve benötigt werden.
Die Verbund- beziehungsweise Sollwertkurve kann bei der Einstellung des Brenners auch für verschiedene Brennstofftypen ermittelt und gespeichert werden. Dabei sollte sichergestellt sein, dass diese zwischen den Leistungspunkten linear verlaufen, da ansonsten die Vorsteuerung die Bestimmung der brennerspezifischen Parameter nicht korrekt durchführen kann. Dabei ist zu beachten, dass die Einstellung der verschiedenen Leistungspunkte bei gleichen Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Lufttemperatur, etc.) erfolgt.
Figur 3 zeigt in einem Ablaufdiagramm im Verfahrensschritt 30 zunächst die Auswahl des Leistungspunktes bzw. Arbeitspunktes auf der Verbund- und Sollwertkurve.
Im Verfahrensschritt 31 wird z.B. der O2-Wert auf der Verbundkurve gemessen und angezeigt. Wenn dieser stabil ist, wird im Verfahrensschritt 32 die Stellgrösse, z.B. die Luftleistung solange verändert, bis der Istwert den ausgewählten Sollwert erreicht.
Im Verfahrenschritt 33 wird dann überprüft, ob der neue Istwert stabil ist und dem Sollwert entspricht. Wenn dies erfüllt ist, so wird im Verfahrensschritt 34 die Stellgrösse, die zum Erreichen des Sollwertes notwendig war, angezeigt und als Normierwert gespeichert. Der Normierwert entspricht z.B. der relativen Luftleistungsänderung und somit in erster Näherung auch der Luftmengenänderung. Im Verfahrensschritt 35 wird dann die Ermittlung der brennerspezifischen Parameter durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt dies basierend auf der Luftzahl Lambda. Beispielsweise kann aus dem gemessenen O2-Wert auf der Verbundkurve ein Lambda-Verbundwert und ein dazu korrespondierender Lambda-Sollwert bestimmt werden. Anhand dieser und des Normierwertes kann dann ein Lambdafaktor für den jeweiligen Leistungspunkt des Brenners bestimmt werden. Der Lambdafaktor berücksichtigt hierbei bei verschiedenen Arbeitspunkten die brenner- und kesselspezifischen Eigenschaften der Feuerungsanlage. Damit ist das Einstellverfahren beendet und im Verfahrensschritt 36 kann dann ausgehend von der leistungsunabhängigen Stellgrösse YR und den bei der Einstellung erhaltenen brennerspezifischen Parametern die leistungsabhängige Stellgrösse Y bestimmt werden. Dies wird nachfolgend näher beschrieben.
Zur Ermittlung der brennerspezifischen Parameter kann der gemessene O2-Wert bei verschiedenen Abgasqualitäten wie folgt in Lambda umgerechnet werden.
Bei Messung des O2-Werts bei trockenem Abgas erhält man Lambda wie folgt. λ = 1 + O2trO2L - O2tr * VatrNminVLNmin
Bei feuchtem Abgas ergibt sich Lambda wie folgt. λ = 1 + O2fO2L - O2f * VafNminVLNmin
Dabei entsprechen :
  • λ = Luftzahl
  • O2tr = O2 - Gehalt von trockenemAbgas
  • O2f = O2 - Gehalt von feuchtemAbgas
  • O2L = O2 - Gehaltder Umgebungsluft (20,9%)
  • VLNmin= Luftmenge für stöcheometrische Verbrennung
  • VatrNmin= trockenes Abgasvolumen bei stöcheometrischerverbrennung
  • VafNmin= feuchtes Abgasvolumenbeistöcheometrischer Verbrennung
    • Die Luftleistung erhält man in Abhängigkeit von der Stellgrösse Y wie folgt. PLuft = PBrenn * Y100%
    Bei Veränderung der Luftleistung ergibt sich das daraus resultierende neue Lambda gemäss folgender Beziehung.
    Figure 00070001
    Unter der Voraussetzung das die in Formel (43) angegebene relative Luftmengenänderung beim geöffneten Regelkreis proportional zu der Stellgrösse Y ist, ergibt sich der Zusammenhang zwischen Lambda-Sollwert und Lambda-Verbundwert wie folgt. Dabei entspricht die Stellgrösse Y dem Normierwert "Norm".
    Figure 00070002
    Da in der Praxis nicht immer für alle Brenner der in den Formeln (43) und (44) definierte Zusammenhang zwischen Luftmengenänderung bzw. Normierwert und der Lambdaänderung gilt, wird ein brennerspezifischer Lambdafaktor eingeführt. Dieser wird für jeden Leistungspunkt ermittelt und repräsentiert die brenner- und kesselspezifischen Eigenschaften der Feuerungsanlage.
    Figure 00080001
    Aus Formel (45) erhält man dann den Lambdafaktor wie folgt. dLB = 100%*(λSoll-λV)λV*Norm
    Wenn sich die Luftdichte ändert, so ändert sich der Lamda-Verbundwert wie folgt.
    Figure 00080002
    Ohne Eingreifen des Reglers erhält man den sich daraufhin einstellenden Lambda-Sollwert wie folgt.
    Figure 00080003
    Um wieder auf den ursprünglichen Lambda-Sollwert zu gelangen wird eine andere vom Normierwert abweichende Luftmengenänderung ΔPLuft benötigt.
    Figure 00080004
    Die relative Luftleistungsänderung ergibt sich dann wie folgt. ΔPLuft = λSoll*100%λV' - 100%dLB
    In Formel (50) wird der neue Lambda-Verbundwert aus Gleichung (47) eingesetzt und dadurch erhält man die Stellgrösse Y wie folgt.
    Figure 00090001
    Da die in Formel (51) angegebene Luftdichteänderung leistungsunabhängig ist, kann die Luftdichteänderung mit der leistungunabhängigen Stellgrösse "Stell" gleichgesetzt werden, wodurch diese leistungsunabhängig wird. Gleichzeitig kann auch eine Normierung der Stellgrösse in Bezug auf die korrespondierende Luftdichteänderung vorgenommen werden. Die untenstehende Formel (52) wird dann wie folgt umgestellt.
    Figure 00090002
    ΔPLuft = λSoll*100%*100%λV*(100%+Stell[%] - 100%dLB
    Anschliessend wird die leistungsunabhängige Stellgrösse in Formel (53) noch invertiert, damit ein positiver Wert mehr Luftleistung bedeutet und es wird der Lambdafaktor gemäss Formel (46) eingesetzt, womit die leistungsabhängige Stellgrösse Y wie folgt erhalten wird. Y = ΔPLuft = λSoll*100%*100%λV*-(100%-Stell[%]) - 100%dLB = λSoll*100%*100%λV*(100%-YR[%]) - 100% 100%*(λSoll-λV)λV*Norm
    Legende zu den in den Formeln verwendeten Symbolen.
  • λV = Lambda-Verbundwert
  • λSoll = Lambda-Sollwert
  • Norm = Normierwert
  • Stell =YR = leistungsunabhängige Stellgrösse
  • ΔPLuft = relative Luftleistungsänderung [%]
  • dLB = Lambdafaktor
  • ΔD = Luftdichteänderung [%]
  • Y = leistungsabhängige Stellgrösse

    • Claims (7)

    1. Verfahren zur Regelung beziehungsweise Steuerung eines Brenners (5), dem eine bestimmte Luftmenge (3) und Brennstoffmenge (4) zugeführt wird, wobei das bei der Verbrennung entstehende Abgas (6) einem Sensor (7) zugeführt wird und das der vom Sensor detektierte Istwert (8) mit einem Sollwert (9) verglichen wird und das aus der Differenz zwischen Soll- und Istwert eine Regelabweichung erhalten wird, die in eine von der Brennerleistung unabhängige Stellgrösse (11) umgesetzt wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine leistungsabhängige Stellgrösse (15) ausgehend von der leistungsunabhängigen Stellgrösse (11) und von brennerspezifischen Parametern (13), die bei der Einstellung des Brenners für die jeweiligen Leistungspunkte des Brenners ermittelt werden, generiert wird und dass die leistungsabhängige Stellgrösse (15) in ein Steuersignal (17,18) zur Beeinflussung des Verhältnisses der Luftmenge (3) zur Brennstoffmenge (4) umgesetzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer stationären Brennerleistung zuletzt vorhandene leistungsunabhängige Stellgrösse (11) bei einer Leistungsverstellung des Brenners beibehalten wird und zur Bestimmung der leistungsabhängigen Stellgrösse (15) mit berücksichtigt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungsunabhängige Stellgrösse (11) derart normiert wird, dass eine prozentuale Bertagsänderung der Luftdichte durch eine gleich grosse prozentuale Bertagsänderung der Stellgrösse (11) ausgeglichen wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die brennerspezifischen Parameter (13) bei der Einstellung des Brenners ausgehend von einem ersten gemessenen Wert (22) und einem zweiten Wert (23) und einer zur Aenderung vom ersten auf den zweiten Wert dafür notwendigen leistungsabhängigen Stellgrösse (15) bestimmt werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die brennerspezifischen Parameter (13) ein Lambdafaktor verwendet wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungsabhängige Stellgrösse (15) eine Luftleistungs- oder Brennstoffleistungsänderung darstellt, welche die zugeführte Luftmenge (3) beziehungsweise die Brennstoffmenge (4) verändert.
    7. System zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Brenner (5), dem eine bestimmte Luftmenge (3) und Brennstoffmenge (4) mittels von Aktoren (1,2) zugeführt wird, wobei das bei der Verbrennung entstehende Abgas (6) einem Sensor (7) zugeführt wird und das der von dem Sensor (7) detektierte Istwert (8) mit einem Sollwert (9) verglichen wird, wobei aus der Differenz zwischen Soll- und Istwert eine Regelabweichung erhalten wird, die vom Regler (10) in eine von der Brennerleistung unabhängige Stellgrösse (11) umgesetzt wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine leistungsabhängige Stellgrösse (15) ausgehend von der leistungsunabhängigen Stellgrösse (11) und von brennerspezifischen Parametern (13) durch eine Vorsteuerung (12) bestimmt wird,
      und dass die leistungsabhängige Stellgrösse (15) einer elektronischen Verbundsteuerung (16) zugeführt wird, die daraufhin ein Steuersignal (17,18) für wenigstens einen Aktor (1,2) zur Beeinflussung des Verhältnisses der Luftmenge (3) zur Brennstoffmenge (4) erzeugt.
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