DE1551984B2 - Einrichtung zur flammenueberwachung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung von Flammen in Feuerräumen von Dampfkesseln, in Gasturbinen-Brennkammern und ähnlichen Anlagen, in denen bei Erlöschen der Flamme die Brennstoffzufuhr zu unterbinden ist.

Als Flammenwächter hat man bei derartigen Feuerungen meist neben photoelektrischen Anordnungen, deren Betriebssicherheit aber nicht immer befriedigt, vielfach auch mechanische, auf thermischen Verformungen beruhende Einrichtungen verwendet. Die Erfindung macht von solchen Anordnungen Gebrauch, bei denen zur Signalgabe für die Steuerung der Brennstoffzufuhr thermische Verformungen eines der Flammcnhitze ausgesetzten Fühlerkörpers herangezogen sind.

Wenn man zur Überwachung von Flammen thermische Verformungen von Fühlerkörpern ausnutzen will, ist das entsprechende Fühlorgan meist als Bimetallkörper od. dgl. ausgebildet. Je größer ein Brenner bemessen wird, um so größer werden auch die hierfür notwendigen Absperrorgane in der Brennstoffzuführung, und um so größere Stellkräfte werden zum Schließen solcher Abschlußorgane benötigt. Wenn man im Interesse eines betriebssicheren Arbeiten» der Einrichtung unmittelbar durch Formveränderung des sich erwärmenden und abkühlenden Körpers das Schließen der Brennstoffzuleitung bewirken will, so müssen jetzt die Körper, die eine thermische Verformung erfahren und mittels dieser thermischen Verformung die unmittelbare Betätigung des Abschluß- 6$ organs bewirken, stark und robust ausgebildet sein. Sie müssen vor allem auch hinsichtlich ihrer Masse so dimensioniert werden, daß im Hinblick auf die erforderlichen hohen Verstellkräfte die Steifigkeit der Anordnung gewahrt bleibt. Das bedeutet hinsiclul-h des thermischen Verhaltens eine entsprechend große Wärmekapazität, so daß bei Erlöschen der Flamme und ivoch offener Brennstoffzufuhr ein verhältnismäßig großer Zeitraum eingerechnet werden müßte, bis der Körper sich endlich so weit abgekühlt hat, daß das Abschlußorgan völlig geschlossen wird.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß eine Bimetallanoidnung darüber hinaus eine einwandfreie Flammenüberwachung nicht gewährleistet, da durch Ermüdungserscheinungen im Material und alterungsbedingter Änderung der Materialeigenschaften z. B. der Elastizität usw. die einwandfreie Funktion in Frage gestellt wird. Der Fiihlerkörper soll daher so gestaltet sein, daß man ihn auch ohne Beeinträchtigung seiner Funktionsfähigkeit aus einem einheitlichen Werkstoff herstellen kann. Wichtig ist dabei, daß man den Körper mit geringer Wärmekapazität auszubilden vermag und daß man dabei in ganz bestimmter Weise neben einer Erwärmung auch eine Kühlung des Fühlerkörpers herbeiführt.

Demgemäß .besteht die Erfindung darin, daß bei einer Einrichtung der geschilderten Art als Fühlerkörper ein einen offenen, die Flamme ganz oder teilweise umschließenden Ring bildendes Rohr verwendet wird, das zumindest auf der der Flamme abgewandten Seite ständig gekühlt ist.

An sich ist es bereits bekanntgeworden, eine Sonoe zur Flammenüberwachung innerhalb des Kanals für die Verbrennungsluft so anzuordnen, daß bei Erlöschen der Flamme und noch weiter zuströmender Verbrennungsluft möglicherweise eine Kühlung der durch einen Transistor gebildeten Sonde zustande kommt. Der bei dieser bekannten Anordnung verwendete Transistor liefert e^;ne elektrische Größe als Signal, um damit gegebenenfalls unter weiterer Verstärkung ein Relais zu betätigen. Im Interesse einer möglichst betriebssicher arbeitenden überwachung vermeidet die Erfindung bewußt aber eine elektrische Signalgabe und nutzt die mechanische Formveränderung des sich erwärmenden und abkühlenden Fühlerkörpers aus. Durch die Verwendung eines Rohres als Fühlerkörper ergeben :ich geringe Wärmekapazitäten, so daß in Verbindung mit der stetigen Kühlung nach Erlöschen der Falmme ein schnelles Schließen des Brennstoffventils durchgeführt werden kann. Weiterhin ergibt die Ausbildung des Fülllerkörpers als Ringrohr so große Verstellkräftc, daß es möglich ist. ohne Zwischenschaltung von Hilfsmitteln auch größere Brennstoffabsperrventile unmittelbar zu betätigen.

Als Kühlmedium kann in an sich bekannter Weise Luft, insbesondere Verbrennungsluft, herangezogen oder mit herangezogen sein. Das die Flamme ganz oder teilweise umschließende Ringrohr kann einseitig beheizt sein, wobei die Wärmedehnung an einem freien Ende zu einer Wegänderung führt, die zur Signalgabe benutzt wird. Auf diese Weise bezieht der Flammenwächter die Energie zum Schalten aus der Flamme und aus der für den Brenner ohnehin notwendigen Frischluftmenge, so daß keine weiteren Hilfsenergiequellen erforderlich sind.

Die Wegänderung kann zur Betätigung von Schaltkontakten herangezogen werden, um auf diese Weise z.B. ein Magnetventil zur Absperrung der Brennstoffleitung zu steuern. Man kann aber auch eine hydraulische Übermittlung der Steuersignale bewerk-

stelligen. Schließlich könnte man auch daran denken, unmittelbar durch mechanische Zwischenglieder ein entsprechend gestaltetes Ventil zu betätigen, so daß keine äußere Hilfsenergiequellen erforderlich werden. Bei Verwendung von Magnetventilen können diese nach dem Arbeitsstrornprinzip betrieben werden, so daß damit Fehlauslösungen zu vermeiden sind.

Bei rohrförmiger Ausbildung des Fühlerkörpers können gestreckte oder gebogene Rohrformen zur Anwendung kommen. Es ist günstig, den Fühlerkörper so zu gestalten, daß er die Flamme ganz oder teilweise umschließt. Zur intensiven Materialkühlung kann das Rohr gelocht oder geschlitzt sein, wobei das Kühlmedium über diese Öffnungen in Richtung zur Flamme austritt.

Die Erfindung kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden, daß am Brennermaul ein ringförmiges offenes Rohr mit Zu- und Ableitungen angebracht ist. Das Rohr wird von außen her, z. B. auf der Innenseite des Ringes, durch die Flamme beheizt und im Innern durch das Kühlmittel, z. B. Frischluft oder Preßluft, gekühlt. Unter dem Einfluß der Flammenhitze weitet sich der Ring auf und zieht sich dann bei Erlöschen der Flamme durch die intensive Luftkühlung wieder zusammen. Die dabei entstehende Wegänderung läßt sich zum Schalten des Brennerventils heranziehen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

F i g. 1 veranschaulicht einen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe geeigneten Brenner, wie er im Feuerraum eines Dampfkessels Verwendung findet. Die Darstellung ist dabei so gewählt, daß die Brenneröffnung in der Ebene der Rohrwand liegt, wobei angenommen wird, daß die Berohrung die Wand des Feuerraumes verkleidet oder bildet.

Fig. 2 veranschaulicht einen senkrechten Schnitt zur Darstellung gemäß Fig. 1.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind die Verdampferrohre 1. 2, 3 und 4 eines Dampfkessels so ausgebogen, daß eine runiio Brenneröffnung entsteht. Der Brennstoff wird, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, durch ein Zentralrohr 5 zugeführt und über einen Impeller 6 verteilt. Die Verbrennungsluft strömt parallel zum Rohr 5 im Ringraum 7 des Brenners zu.

Um das Brennermaul 8 herum ist ein Ringrolr9 gelegt, von dem das eine Ende 10 festgelegt ist, wahrend das andere Ende 11 Wärmebewegungen auszuführen gestattet. Durch das festgelegte Ende 10 des Ringrohres 9 strömt über ein Zuführungsrohr 12 ein Kühlmittel, z. B. Luft, ein und tritt dementsprechend durch ein am anderen Ende 11 befindliches Austrittsrohr 13 wieder aus. Das Austrittsrohr ist beweglich innerhalb eines Führungsrohres 14 angeordnet, das in der Kesselwand fest eingemauert ist.

F i g. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine solche Anordnung, wobei darüber hinaus noch schematisch die Betätigung eines Brennstoffabsperrventils veranschaulicht ist. Hier ist neben der ausgezogen gezeichneten Lage des beweglichen Schenkelrohres 13 bei erloschener Flamme au..' die Lage dieses Rohres eingezeichnet, wenn die Flamm-- eingeschaltet ist. In diesem Falle biegt sich das Ringrohr 9, wie durch die gestrichelte Darstellung angedeutet ist, nach außen, wobei das Austrittsrohr die gestrichelte Lage 15 einnimmt. Zwischen dem Führungsrohr 14 und dem Austrittsrohr in seiner Lage 13 oder 15 kann an geeigneter Stelle noch ein Asbestkompensator 16 zur Rauchgasabdichtung vorgesehen sein.

Mit 17 ist ein hydraulisch gesteuertes Brennstoff-Schnellschlußventil veranschaulicht, wobei der Brennstoff in Richtung des Pfeiles 18 von unten her in das Rohr 19 eindringt und bei geöffnetem Ventilkegel 20 das Ventil über die Leitung 21 in Richtung des Pfeiles 22 verläßt. Oberhalb des Ventilkegels 20 befindet sich eine Druckfeder 23.

Mit Hilfe des Gestänges 24, 25 und 26 wird ein Steuerkolben 27 betätigt. Als Arbeitsmittel für den Steuerkolben und das hydraulisch gesteuerte Brennstoff-Schnellschlußventil kann ein abgezweigter Teil des Brennstoffes selbst, wie durch die Verbindungsleitung 28 veranschaulicht ist, herangezogen werden. Beim Zünden der Flamme muß zunächst die Taste 29 in Richtung des Pfeiles 30 gedrückt und damit über den Hebel 31 der Steuerkolben bewegt und so lange gehalten werden, bis das Ringrohr 9 erwärmt ist und dessen Austrittsrohr die gestrichelt gezeichnete Lage 15 eingenommen hat. Im übrigen kann die Kühlluft für das Ringrohr auch so geführt, werden, daß die Luft in Richtung des Pfeiles 32 ein- und in Richtung des Pfeiles 33 austritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentanspruchs:

1. Einrichtung zur Überwachung von Flammen

in Feuerräumen von Dampfkessel^ in Gasturbinenbrennkammern und ähnlichen Anlagen, in denen bei Erlöschen der Flamme die Brennstoffzufuhr unterbunden ist, wobei zur Signalgabe für die Steuerung der Brennstoffzufuhr thermische Verformungen eines der Flammenhitze ausgesetzten Fühlerkörpers herangezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühlerkörper ein einen offenen, die Flamme ganz oder teilweise umschließenden Ring bildendes Rohr verwendet wird, das zumindest auf der der Flamme abgewandten Seite ständig gekühlt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium in an sich bekannter Weise Luft, insbesondere Verbrennungsluft herangezogen oder mit herangezogen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerkörper zur intensiven Materialkühluug gelocht oder geschlitzt ist und das Kühlmedium durch diese öffnungen in Richtung der Flamme austritt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Verformung des Fühlerkörpers unmittelbar ein Abschlußorgan in der Brennstoffzuführung betätigt.

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