CH670877A5

CH670877A5 -

Info

Publication number: CH670877A5
Application number: CH2775/86A
Authority: CH
Inventors: Josef Wueest
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1989-07-14
Also published as: DE3712024C2; DE3712024A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Feuerungsanlagen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der CH-PS 622 085 ist eine eigensichere Reguliereinrichtung für die Grösse des Luftüberschusses in den Verbrennungsgasen einer Verbrennungsanlage bekannt. Dabei wird mittels einer Sauerstoffsonde der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen und ein Regler regelt das Verhältnis von Brennstoff und Luft derart, dass im Abgas immer ein minimaler SauerstoSüberschuss vorhanden ist.

Bekannt ist ferner aus der DE-PS 32 45 634 eine Vorrichtung, bei der die Menge der zugeführten Verbrennungsluft variiert wird in Abhängigkeit vom Zustand der Verbrennungsluft, wobei beim Unterschreiten eines Grenzwertes des Stellbereichs für die Luft-mengenvariation ein Alarm ausgelöst wird.

Solche Regelungseinrichtungen bedürfen einer regelmässigen Wartung, mit der Alterungseinflüsse, denen beispielsweise eine Sauerstoff-Messsonde unterliegt, korrigiert werden, bevor Abweichungen einer solchen Grösse auftreten, dass die Funktion der Regelungseinrichtung grundsätzlich gefährdet ist. Gleichwohl ist es nicht vermeidbar, dass unvorhergesehene Störungen auftreten, die zu einem Versagen der Regelungseinrichtung führen. Dabei ist es unter Umständen möglich, dass eine schwerwiegende Fehlfunktion auftritt und nicht erkannt wird. Von Gesetzes wegen wird aber verlangt, dass auch im Störungsfall bestimmte Gefahrenzustände nicht eintreten können. Im Rahmen der Umweltschutz-Gesetzgebung gehört zu diesen nicht akzeptablen Betriebszustän-den auch die übermässige Produktion von Kohlenmonoxid und Russ.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der einerseits Störungen der Regelungseinrichtung sicher erkannt werden und andererseits die Feuerungsanlage im Störungsfall in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Betriebszustand gesteuert oder abgeschaltet wird.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher beschrieben.

Mit 1 ist ein Brenner bezeichnet, mit 2 ein die Luftzufuhr zum Brenner 1 beeinflussender Luftklappenantrieb. Dabei kann es sich um einen einzigen Antrieb für eine einzige Luftklappe handeln, jedoch ist es auch möglich, die Beeinflussung der dem Brenner 1 zuzuführenden Luftmenge auf zwei mit separaten Antrieben versehene Luftklappen aufzuteilen, nämlich eine Hauptluftklappe für die Steuerung der Luftmenge in Funktion der Brennerlastund eine Korrekturluftklappe für die Variation der Luftmenge aufgrund der noch zu beschreibenden Einflussgrössen Zulufttempe-ratur und Sauerstoffgehalt im Abgas. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit der Verwendung einer einzigen Zuluftklappe in Kombination mit einer besonderen Abluftklappe, die in der Wirkung einer Korrekturklappe vergleichbar ist. Das Ausführungsbeispiel nach der Zeichnung beschränkt sich auf die Darstellung der Korrekturluftklappe, so dass unter dem Luftklappenantrieb 2 der Antrieb der Korrekturluftklappe zu verstehen ist.

Der Luftklappenantrieb 2 erhält Stellbefehle von einem Sauerstoffregier 3, der die Stellgrössen aus Signalen einer Sauerstoff-Messeinrichtung 4 und eines Sauerstoff-Sollwertgebers 5 bildet. Nicht separat dargestellt ist ein in der Sauerstoff-Messeinrichtung 4 enthaltener Messumformer, der die kleinen Signalwerte einer zur Sauerstoff-Messeinrichtung 4 gehörenden Sauerstoffsonde, die beispielsweise auf feststoffelektrolytischer Basis verwirklicht sein kann, in Signale einer für die nachfolgende Regelung geeigneten Grösse umsetzt. Die Funktion des Messumformers kann im Sauerstoffregler 3 integriert sein.

Um die Genauigkeit der Regelung zu verbessern, sind ausserdem ein Luftklappen-Stellungsgeber 6 und ein Zulufttemperatur-Fühler 7 vorhanden. Das vom Zulufittemperatur-Fühler 7 abgegebene Signal gelangt auf einen Temperatur-Störschalter 8, dessen Wirkung später beschrieben wird, und weiter einerseits zu einem Signalwandler 9, in dem das Signal des Zulufittemperatur-Fühlers 7 in einen unteren Grenzwert für die Stellung der Korrekturluft-klappe umgewandelt wird, und andererseits zu einer Luftklappensteuerung 10. Auf diese Weise ist es möglich, den in Abhängigkeit von der Lufttemperatur variierenden Gehalt an verbrennungswirksamem Sauerstoff zu berücksichtigen.

Das Signal des Luftklappen-Stellungsgebers 6 gelangt auf einen Luftklappen-Störschalter 11, dessen Wirkung später beschrieben wird, und weiter zu einem Pegelwandler 12, durch den das Signal des Luftldappen-Stellungsgebers 6 so umgeformt wird, dass der Öffnungsgrad 0 bis 100% der Luftklappe einem Pegel von 0 bis 10 Volt am Ausgang des Pegelwandlers 12 entspricht.

Das Signal des Pegelwandlers 12 gelangt auf einen zweiten Eingang der Luftklappensteuerung 10, damit diese eine Information über die tatsächliche Stellung der Luftklappe erhält. Die Signale des Pegelwandlers 12 und des Signalwandlers 9 gelangen auf zwei Eingänge eines Luftklappenstellungs-Komparators 13, in dem die tatsächliche Stellung der Luftklappe mit der aufgrund der Zulufttemperatur kleinstmöglichen Luftklappenstellung verglichen wird. Zeigt dieser Vergleich, dass die tatsächliche Lufitklap-penstellung den geforderten Minimalwert unterschreitet, so

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erscheint an einem Ausgang des Luftklappenstellungs-Kompara-tors 13 ein Störungssignal, das von diesem Ausgang zu einem Eingang einer nachgeschalteten Steuerlogik 14 gelangt. Vorteilhaft ist es, wenn die Vergleichsoperation im Luftklappenstellungs-Komparator 13 zweikanalig ausgeführt wird, so dass ein Fehler in einem Vergleichskanal erkannt werden kann. Es ist in diesem Fall auch zweckmässig, zwei Ausgänge am Luftklappenstellungs-Komparator 13 und zwei Eingänge an der Steuerlogik 14 vorzusehen, um die Sicherheit zu erhöhen.

Das aus der Luftklappenstellung abgeleitete Ausgangssignal des Pegelwandlers 12 gelangt ausserdem auf einen Eingang eines Grenzwertmelders 15, in dem geprüft wird, ob sich die Luftklappe in einer ihrer beiden Endstellungen befindet. Das Erreichen einer Endstellung wird über zwei Leitungen an die Steuerlogik 14 gemeldet, wobei an der einen Leitung ein Signal erscheint, wenn sich die LuftMappe in der Stellung «Öffnungsgrad 0%» befindet, und an der anderen Leitung dann ein Signal, wenn die Luftklappe voll geöffnet ist.

Das Signal der Sauerstoff-Messeinrichtung 4 gelangt einerseits an einen ersten Eingang des Sauerstoffreglers 3, andererseits an einen ersten Eingang eines Sauerstoffpegel-Störschalters 16, dessen Funktion noch beschrieben wird. Auf einen zweiten Eingang des Sauerstoffreglers 3 und auf einen zweiten Eingang des Sauerstoffpegel-Störschalters 16 gelangt das Signal des Sauerstoff-Sollwertgebers 5.

Der Sauerstoffregler 3 leitet aus den an seinen Eingängen anliegenden Signalen Stellbefehle für den Luftklappenantrieb 2 ab, derart, dass der Luftklappenantrieb 2 in Richtung «Öffnen der Luftklappe» läuft, wenn der Istwert des Sauerstoffgehaltes kleiner ist als der Sollwert, und dass der Luftklappenantrieb 2 in Richtung «Schliessen der Luftklappe» läuft, wenn der Istwert des Sauerstoffgehaltes grösser ist als der Sollwert. Das Verhalten des Sauerstoffreglers 3 berücksichtigt dabei in bekannter Weise das Zeitverhalten der Regelstrecke.

Der Sauerstoffpegel-Störschalter 16 hat zwei mit zwei Eingängen eines Sauerstoffpegel-Komparators 17 verbundene Ausgänge, auf denen die von der Sauerstoff-Messeinrichtung 4 bzw. vom Sauerstoff-Sollwertgeber 5 stammenden, durch den Sauerstoffpegel-Störschalter 16 beeinflussten Signale dem Sauerstoffpegel-Komparator 17 übermittelt werden. Dieser leitet daraus ab, ob der Sauerstoff-Istwert grösser oder kleiner ist als der Sollwert. Der Sauerstoffpegel-Komparator 17 weist zwei Ausgänge auf, die mit zugehörigen Eingängen der Steuerlogik 14 verbunden sind.

An einem dieser Ausgänge erscheint ein Signal dann, wenn der Sauerstoff-Istwert über einem durch den Sauerstoff-Sollwert-geber 5 bestimmten Grenzwert liegt, am anderen Ausgang ein Signal hingegen dann, wenn der Sauerstoff-Istwert unter einem durch den Sauerstoff-Sollwertgeber 5 bestimmten Grenzwert liegt. Liegt der Sauerstoffpegel innerhalb des vorgesehenen Toleranzbandes, so erscheint an keinem der beiden Ausgänge ein Signal.

Ein Störgenerator 18 ist mit dem Temperatur-Störschalter 8, dem Luftklappen-Störschalter 11 und dem Sauerstoffpegel-Stör-schalter 16 verbunden. Die Wirkung des Störgenerators 18 ist dabei die folgende: In bestimmten Zeitintervallen erzeugt der Störgenerator 18 Impulse, die auf die Störschalter 8,11 und 16 einwirken. Die Störschalter 8,11 und 16 unterbrechen damit die Leitungen von den zugehörigen Signalquellen (Zuluft-Tempera-turfuhler 7, Luftklappen-Stellungsgeber 6, Sauerstoff-Messeinrichtung 4 und Sauerstoff-Sollwertgeber 5) und simulieren damit einen Defekt dieser Signalquellen. Über die nachgeschalteten Steuerungsteile gelangen diese simulierten Fehlersignale an die Steuerlogik 14, an die ein Störsignalempfanger 19 angeschlossen ist. Der Störsignalempfanger 19 detektiert die mit dem Störgenerator 18 erzeugten simulierten Fehlermeldungen. Treten solche Fehlermeldungen nicht auf, so erkennt der Störsignalempfanger 19 dies und gibt der Steuerlogik 14 ein Signal ab, welches für die Steuerlogik 14 bedeutet, dass ein Fehler vorliegt, der von der Steuerlogik 14 an eine Alarmeinrichtung 20 gemeldet wird.

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Die Vorrichtung enthält somit einen Störgenerator 18, der periodisch ein Fehlersignal erzeugt, sowie Störschalter 8, 11, 16, die das Fehlersignal in die Signalpfade von Regeigrössen erzeugenden Signalgebern 4, 5, 6, 7 einspeisen, und einen Störsignalempfanger 19, der das Auftreten der periodischen Fehlersignale überwacht und bei deren Ausbleiben über die Steuerlogik 14 die Alarmeinrichtung 20 aktiviert.

Es ist zweckmässig, dass die Sauerstoff-Messeinrichtung 4 immer nur dann in Betrieb genommen wird, wenn der Brenner 2 eingeschaltet ist. Da gewisse Bauarten solcher Sauerstoff-Messeinrichtungen nach dem Einschalten eine gewisse Zeit brauchen, bis sie betriebsbereit sind, ist es zweckmässig, eine Bereitschaftsleitung 21 vorzusehen, mit deren Hilfe die Steuerlogik 14 erkennen kann, ob die Sauerstoff-Messeinrichtung 4 betriebsbereit ist. Erkennt die Steuerlogik 14, dass die Sauerstoff-Messeinrichtung 4 nicht betriebsbereit ist, so gibt die Steuerlogik 14 über eine Freigabeleitung 22 ein Signal an den Sauerstoffregler 3, durch das der Sauerstoffregler 3 veranlasst wird, seine Ausgangsleitungen zum Luftklappenantrieb 2 zu sperren. In diesem Fall wird der Luftklappenantrieb 2 allein aufgrund der Signale der Luftklappensteuerung 10 betätigt, so dass die Stellung der Korrekturluftklappe von der Temperatur der Verbrennungsluft abhängig ist, was allein schon in Verbindung mit der Überwachung der Luftklappenstellung hinsichtlich des Erreichens einer der Endstellungen Gewähr dafür bietet, dass ein unerwünschter Betriebszustand nicht auftritt. Somit erfolgt dadurch die Steuerung in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Betriebszustand.

In der Steuerlogik 14 sind mit bekannten Mitteln die folgenden Funktionen verwirklicht: Die normale Regelungsfunktion der Vorrichtung wird wirksam geschaltet, solange der Brenner 1 eingeschaltet und kein Alarm ausgelöst ist und vom Sauerstoffpegel-Komparator 17 kein Sauerstoffmangel gemeldet wird und die Bereitschaft der Sauerstoff-Messeinrichtung 4 über die Bereitschaftsleitung 21 angezeigt wird. Wenn das die Betriebsbereitschaft der Sauerstoff-Messeinrichtung 4 anzeigende Signal auf der Bereitschaftsleitung 21 fehlt, so werden, wie zuvor beschrieben, die Ausgangsleitungen des Sauerstoffreglers 3 gesperrt. Damit wird von Regelung auf Steuerung umgeschaltet.

Ein Alarm wird von der Steuerlogik 14 dann ausgelöst, wenn vom Sauerstoffpegel-Komparator 17 ein Sauerstoffmangel gemeldet wird und wenn nach dem Start des Brenners 1 einer der folgenden Zustände auftritt: Der Grenzwertmelder 15 meldet, dass sich die Luftklappe in einer der beiden Endstellungen befindet; der Luftklappen-Stellungskomparator 13 meldet, dass die tatsächliche Luftklappenstellung den geforderten Minimalwert unterschreitet; der Störsignalempfanger 19 meldet, dass ein vom Störgenerator 18 ausgelöster simulierter Fehler auf einem der nachgeschalteten Pfade über den Temperatur-Störschalter 8, über den Luftklappen-Störschalter 11 oder über den Sauerstoffpegel-Störschalter 16 nicht empfangen worden ist, was bedeutet, dass in einem dieser Pfade ein Fehler vorliegt.

Es kann zweckmässig sein, dass die Steuerlogik 14 so ausgebildet ist, dass sie im Falle des vom Störsignalempfanger 19 erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Luftklappenantrieb 2 in die Stellung «voll geöffnet» steuert. Dies ist mit bekannten logischen Schaltelementen zu verwirklichen. Damit wird erreicht, dass die Feuerungsanlage im Störungsfall in einen hinsichtlich Umweltbelastung unkritischen Betriebszustand gesteuert wird.

Beispielsweise bei nicht durchgehend von einer Überwachungsperson beaufsichtigten Feuerungsanlagen kann es zweckmässig sein, dass die Steuerlogik 14 so ausgebildet ist, dass sie im Falle des vom Störsignalempfänger 19 erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Brenner 1 verzögert oder unverzögert ausschaltet. Die dazu notwendigen logischen Schalt-elemente und der Zeitgeber zur Realisierung der Verzögerung sind bekannt. Damit wird erreicht, dass nicht nur ein hinsichtlich Umweltbelastung kritischer Betriebszustand vermieden wird, son-

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dem auch, dass ein Betriebszustand, bei dem infolge des vollständigen Öffnens der Luftklappe die Feuerungsanlage mit grossem Lufitiiberschuss unwirtschaftlich arbeitet, nicht über längere Zeit bestehen bleiben kann.

Die Anwendung des erfindungsgemässen Prinzips ist nicht auf die Beeinflussung des dem Brenner zugeführten Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft in der hier beschriebenen Weise mittels einer Korrekturluftklappe beschränkt. Der Erfindungsgedanke kann gleichfalls Anwendung finden bei der als Verbundregelung bekannten Form der direkten

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lastabhängigen Regelung des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft. Für die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens spielt es auch keine Rolle, ob als Organ zur Beeinflussung des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungs-

5 luft eine einzige Luftklappe vorhanden ist oder ob eine Hauptluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion des Lastgrades und eine Korrekturluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion der Temperatur der Verbrennungsluft und des Sauerstoffgehaltes der Abgase

10 vorhanden sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Feuerungsanlagen mit einem Regler und einem das Mengenverhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft beeinflussenden Organ, gekennzeichnet durch einen Störgenerator (18), der periodisch ein Fehlersignal erzeugt, durch Störschalter (8, 11, 16), die das Fehlersignal in die Signalpfade von Regeigrössen erzeugenden Signalgebern (4,5, 6,7) einspeisen, durch eine Steuerlogik (14), durch einen an die Steuerlogik (14) angeschlossenen Störsignalempfanger (19), der das Auftreten der periodischen Fehlersignale überwacht, und durch eine an die Steuerlogik (14) angeschlossene Alarmeinrichtung (20), die vom Störsignalempfanger (19) beim Ausbleiben der periodischen Fehlersignale über die Steuerlogik (14) aktiviert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik (14) so ausgebildet ist, dass sie im Falle des vom Störsignalempfänger (19) erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals einen Luftklappenantrieb (2) in die Stellung «voll geöffnet» steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik (14) so ausgebildet ist, dass sie im Falle des vom Störsignalempfanger (19) erkannten Ausbleibens eines periodischen Fehlersignals den Brenner (1) verzögert oder unverzögert ausschaltet.

4. Verbundregler zur direkten lastabhängigen Regelung des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält.

5. Regler mit einer Luftklappe zur Beeinflussung des Mengenverhältnisses von Brennstoff und Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält.

6. Regler mit einer Hauptluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Verbrennungsluft in Funktion des Lastgrades und einer Korrekturluftklappe zur Beeinflussung der Menge der Ver-brennungsluft in Funktion der Temperatur der Verbrennungsluft und des Sauerstoffgehaltes der Abgase, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zur Regelung des Sauerstoffgehaltes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält.