DK146267B - Fremgangsmaade og apparat til regulering af forbraendingen i et fyr - Google Patents

Description

146267 i 1 Opfindelsen angår en fremgangsmåde til regulering af forbrændingen i et fyr med kedel* afgangsrør og skorsten og et apparat til udøvelse af fremgangsmåden som angivet i indledningen til krav 1 henholdsvis krav 4.

5

Det er velkendt, at tilførslen af forbrændingsluft til fyr eller kedler, som arbejder under forskellige arbejdsbetingelser, kan styres af spjæld og lignende, som kan indstilles. Ved oliefyr er det endvidere nor-10 mal praksis at tilføre luft til en forstøvningszone ved hjælp af en blæser, som drives af en elektrisk motor, der kører med et bestemt omdrejningstal uafhængigt af belastningen og derfor uafhængigt af mængden af den tilførte brændstof. Det samme er tilfældet ^ i fyr, der bruger andre brændstoffer, d.v.s. at forbrændingsluften tilføres ved hjælp af en blæser, der i i det væsentlige kører med konstant hastighed. Under disse forhold vil blæserens strømforbrug være konstant og uafhængigt af belastningen. Strømforbruget 2Q vil således blive unødvendig stort ved lave belastninger, og det bemærkes, at der i disse kendte systemer normalt ikke er taget hensyn til variationen i brændstoffets brændværdi eller luftens tryk og temperaturforhold.

25

Fra dansk patentskrift nr. 145.685 kendes en fremgangsmåde og et apparat af nævnte art, hvor man når frem til den optimale forbrænding uden at anvende overflødig elektricitet til blæsermotoren, endda en optimal forbrænding ved enhver termisk belastning af fyret. Det har imidlertid i praksis vist sig, at når man tager hensyn til luftens tilstand, herunder tryk og temperatur, eller til brændstoffets brændværdi ved at måle iltindholdet eller kuldioxidindholdet i røggassen og anvender denne målestørrelse som yderlige reguleringsstørrelse, støder man på rent praktiske 2 146267 1 vanskeligheder, fordi sådanne målinger er forholdsvis langsomme at foretage, og man kan derfor risikere at få en dårlig forbrænding med røgudvikling i en periodej hvor brændselskvaliteten svinger meget.

5

Formålet med opfindelsen er at angive en fremgangsmåde og et apparatj hvor man undgår at reguleringssystemet foretager for store udsving, hvilket kan resultere i dårlig forbrænding med røgudvikling, især 10 når brændselskvaliteten varierer meget.

Dette opnås ved at gå frem som angivet i krav 1' kendetegnende del, fx under anvendelse af et apparat som angivet i krav 4' kendetegnende del. Man sikrer 15 hermed, at ilt- eller kuldioxidmåleresultaterne,, kun bruges indenfor visse fastsatte grænser, hvilket i praksis er finreguleringen af forbrændingen. Hermed får man altid hurtigt bragt forbrændingen ind i et fornuftigt område med hensyn til indblæsning af for-20 brændingsluft, hvorefter finreguleringer træder i funktion.

Hvis man går frem som angivet i krav 2, fx under anvendelse af et apparat som angivet,i krav 53 sikrer 25 man sig, at finreguleringen altid tilbageholdes længe nok. Det tidsrum, hvor ilt- eller kuldioxidmålingen skal undertrykkes er selvfølgelig afhængig af det enkelte fyrsteds konstruktion, men for mange store kedelanlæg er en forsinkelse på 10-20 sek. passende.

30

Hvis man går frem som angivet i krav 3» fx under anvendelse af et apparat som angivet i krav 6, opnår man, at forsinkelsen af indkoblingen af finreguleringen ikke bliver længere end nødvendigt, idet forsin- 3 146267 1 kelsen kun varer indtil røgen igen er passende sodfri.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til 5 tegningen, hvor fig. 1 viser et blokskematisk diagram, der viser et fyr, som udnytter et reguleringsapparat konstrueret ifølge opfindelsens 10 . .

principper.

fig. 2 a og b, set sammen, viser et detaljeret, skematisk diagram af en udførelsesform for 15 det programmerede styreprogram 15 i fig. 1 med en ændring i brændstof- og luftaffølingsindretningerne vist i fig.l.

20 fig. 3 viser et detaljeret skematisk diagram af en udførelsesform for et iltregulator-kredsløb 50 i fig. 2, fig. 4 25 a og b, set sammen, viser et detaljeret, skematisk diagram af en udførelsesform for et røgfarve konverterkredsløb 86 i fig. 2, og 30 fig. 5 viser et detaljeret, skematisk diagram af en udførelsesform for en røgalarm i fig. 4.

Fig. 4 viser skematisk et komplet kedelsystem, der udnytter et forbrændingsreguleringsapparat konstrue- 146267 4 1 ret ifølge opfindelsens principper. En kedel 1 er beregnet til opvarmning af vand, som tilføres gennem et rør 2 og aftages fra kedlen gennem et rør 3.

Afgangsrøret 4 forbinder kedlen 1 med en skorsten 5, 5 således at de udstødte røggasser føres fra kedlen gennem afgangsrøret til skorstenen 5· Nødvendig forbrændingsluft tilføres kedlen ved hjælp af et blæseranlæg bestående af en ventilator 6 drevet af en motor 7.

10 Brændstof, i dette tilfælde olie, tilføres til forbrændings-kammeret i fyret gennem et brændstofrør 8.

Mængden af brændstof, som tilføres, styres automatisk efter kendte principper ved hjælp af en temperaturmåler 9 placeret i vandafgangsrøret 3. Temperaturmå-15 leren 9 styrer en motor 10, som indstiller en brændstofventil 11 i røret 8. Mængden af brændstof tilført til fyret er således direkte afhængig af fyrets belastning. Som nævnt er dette princip til styring af brændstofstrømningen i afhængighed af belastningen 20 kendt.

En konventionel iltmåler 12 placeret i røggasafgangsrøret 4 måler iltindholdet i røggasserne. En iltana-lyseenhed 13, ligeledes af konventionel konstruktion, 25 leverer et elektrisk signal med en værdi i afhængighed af det målte iltindhold eller udgangssignalet fra måleren 12. Iltanalyseenheden 13 kan være af typen Taylor Servomex, fremstillet af Sybion Corporation, Crowborough, Sussex, England. Signalet fra ilt-30 analyseenheden 13 overføres gennem en ledning 14 til et programstyreorgan 15, som vil blive beskrevet i mere detaljeret form nedenfor. Samtidig modtager dette programstyreorgan gennem en ledning 16 fra en 5 1 transducer 17 et signal, der viser stillingen af en brændstofventil 11. I tilfælde af denne udførelses-form måles den øjeblikkelige indstilling af brændstofventilen 11 ved hjælp af et skyde- eller dreje-5 potentiometer 17, som tilvejebringer et elektrisk signal svarende hertil. En anden måde at måle brændstof-strømningen vil blive beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. 2.

10 På grundlag af de således modtagne data, og det indeholdte foreskrevne program, tilvejebringer program-styreenheden 15 et styresignal gennem en ledning 18 til en motorhastighedsstyreenhed 19, som er konstrueret til at styre omdrejningshastigheden af en blæser- 15 motor 7. I stedet for iltmåleren 12 beskrevet herover, kan der anvendes en måler for kuldioxid til frembringelse af et signal til en enhed svarende til iltana-lyseenheden 13, men som er konstrueret til at arbejde på grundlag af kuldioxidindholdet i røggasserne.

20 Mængden af kuldioxid i røggasserne er direkte afhængig af iltindholdet, således at der i virkeligheden tilvejebringes den samme måling.

Fig. 2 består af fig. 2a og 2b, som skal ses sammen.

25 Figuren viser i større detaljer konstruktionen og virkemåden af den foretrukne udførelsesform for programstyreenheden 15 med dets forbindelse til iltmåleren 12, og brændstofstrømningsmåleren 17.

30 Som nævnt ovenfor styres blæsermotoren 7, som driver en blæser til tilførsel af forbrændingsluft til fyret, ved hjælp af en motorhastighedsstyreenhed 19 af kendt konstruktion. Denne beskrivelse drejer sig om appara-tet og fremgangsmåden til frembringelse af et reguleringssignal til motorhastighedsstyringen, idet sig- 6 146287 1 nalet er afhængigt af mængden af brændstofstrømningen til fyret og iltindholdet i røggasserne fra fyret.

Reguleringssignalet til motorhastighedsstyreenheden ændres kontinuerligt i afhængighed af ændringerne i 5 de foregående parametre for derved at ændre omdrejningshastigheden af blæsermotoren 7 i afhængighed af ændringerne i de sidste parametre.

I udførelsesformen ifølge fig. 2 er brændstofstrøm-10 ningsmåleren 17 vist som en fotoelektrisk måler 22, som måler bevægelsen af et kalibreret hjul 23, hvis omdrejningshastighed er en funktion af brændstofstrømningshastigheden. Alternativt kan der bruges en induktiv måler af kendt konstruktion. Den fotoelektriske 15 måler 22 genererer således et signal med en frekvens, der er proportional med rumfanget af oliestrømmen. En firkantgenerator 24 af en konventionel konstruktion modtager frekvenssignalet fra måleren 22 og danner deraf et firkantsignal (bølgeform T) med en frekvens, 20 som er proportional med frekvensen af signalet fra måleren 22. Et konventionelt flip-flop kredsløb 26 danner et signal ved udgangen Q (bølgeform Q), med en frekvens som er halvdelen af frekvensen af udgangssignalet T fra firkantgeneratoren 24. Udgangssignalet 25 Q fra flip-flop kredsløbet 26 påtrykkes en indgang mærket F^n på en frekvens/spændingskonverter 28, som danner et jævnspændingssignal, hvis værdi er proportional med frekvensen af signalet Q.

30 på dette sted skal det bemærkes, at signalet T fra firkantgeneratoren 24 påtrykkes gennem en konventionel tællerstyreenhed 30 til 8 bit digitale tællere 31 og 32 til overvågningsformål. På samme måde påtrykkes udgangssignalet fra frekvens/spændingskonverteren 28 7 146267 1 gennem et delekredsløb 34 til et digitalt panelmeter til visning af DC-spændinger til overvågningsformål.

5 Udgangssignalet fra frekvens/spændingskonverteren 28 påtrykkes gennem ledningen 35 til en operationsforstærker 36, som er indstillet på kendt måde til dannelse af et maksimumudgangssignal på fx 10 V for maksimal oliestrømning. Dette spændingssignal fra forstærkeren 10 36 påtrykkes direkte ved indgangen på en summations forstærker 40 via ledningen 37. Det samme udgangssignal fra forstærkeren 36 påtrykkes kompensationskredsløbet 42, som er konstrueret, som vist i fig. 2, og som på kendt måde frembringer et signal til at påtryk-15 kes en anden indgang på summationsforstærkeren 40 til indførelse af et signal, som kompenserer for de ikke-lineære forhold mellem luftstrøm og blæserhastigheden, d.v.s. et ikke-lineært signal lægges til det lineære oliestrømssignal, så at reguleringen af fyret 20 opnår et rigtigere forhold til fyrets belastning.

Luftstrømssignalet er, som nævnt, ikke lineært med arbejdskarakteristikken for blæseren, som skal ændres, hvad enten omdrejningshastigheden eller blad-2^ vinklen af blæseren 6 varieres. Kompensationskredsløbet 4-2 danner, i afhængighed af fyrets belastning et ikke-lineært signal ud fra signalet fra forstærkeren 36 til påtrykning af summationsforstærkeren 4-0.

Når oliestrømmen er forholdsvis lav, d.v.s. at omdrejningshastigheden af blæseren 6 er lav, leverer kompensationskredsløbet 4-2 et signal, som trækkes fra oliestrømssignalet. Signalet fra forstærkeren 36 146267 8 1 leveres gennem ledningen 421 og påtrykkes en operationsforstærker 424. Transistoren 423 arbejder i dette tilfælde som en variabel modstand, der shunter modstanden 425. Når det inverterede signal ved punk-5 tet 422 nærmer sig 0, svarende til en lav oliestrømningshastighed og derved et lille signal på 421, vil transistoren 423 blive ikke-ledende og vil derfor ikke shunte modstanden 425. -Dette vil så frembringe den maksimale kompensationsspænding på modstanden 10 426 og ved bufferforstærkeren 427. Når oliestrøm ningen stiger, vil signalværdien på ledningen 421 også stige, og derved falder udgangsspændingen fra operationsforstærkeren 424; Transistoren 423 begyn-j-der så at lede, idet den shunter modstanden 425 og 15 reducerer værdien af signalspændingen på modstanden 426 mod 0. Kompensationssignalet falder således, når oliestrømningen til fyret stiger.

Det sidste indgangssignal til summationsforstærke-20 ren. 40 er et signal, der svarer til iltindholdet i røggasserne. Kredsløbet, som frembringer dette signal, forklares mere detaljeret nedenfor i forbindelse med fig. 3 og 4, 25 Summationsforstærkeren 40, som modtager indgangssignaler med værdier svarende til oliestrømingen og iltindholdet i røggasserne samt et kompensationssignal, som forklaret ovenfor, frembringer et udgangssignal, som er den algebraiske sum af disse 30 signaler, hvilket udgangssignal påtrykkes en inverter 44. Det inverterede sumsignal føres via en ledning 45 til et startrelæ 46. Det lukkede startrelæ kobler det inverterede signal til et buffertrin 48, som· omfatter en bufferforstærker 49. Udgangssignalet 9 146267 1 fra bufferforstærkeren 49 aktiverer et analogvoltmeter 47 til overvågning af signalværdierne dette sted i kredsløbet. Signalet til bufferforstærkeren 49 ledes også, som vist i tegningen, til motorhastighedsstyre-5 enheden 19, som regulerer arbejdshastigheden af blæsermotoren 7.

Som vist i fig. 2, frembringer iltmåleren 12 et udgangssignal med en amplitude, der er proportional med 10 iltindholdet i røggasserne, til en iltanalyseenhed 13, som i dette tilfælde frembringer et udgangssignal, 0-20 mA, svarende til mængden af ilt i røggasserne.

Det sidste signal kobles til iltregulatorkredsløbet 50 som frembringer iltindgangssignalet til summations-15 forstærkeren 40.

Pig. 3 beskriver i større detaljer iltregulatorkredsløbet 50.

20 Det ovenfor nævnte iltsignal er et vigtigt middel til finjustering af rotationshastigheden af blæsermotoren 7. Som nævnt påtrykkes dette signal summationsforstærkeren 40 og bevirker, at oliestrømningshastigheden varieres i afhængighed af den øjeblikkeligt eksisteren-25 de luftkarakteristik.

Som nævnt ovenfor, frembringer iltanalyseenheden 13 et signal, som svarer til iltindholdet i røggasserne fra fyret. Som vist i fig. 3, påtrykkes dette signal fra 30 analyseenheden 13 en operationsforstærker 52. En vin- due-komperator 54, konstrueret som vist i fig. 3, modtager udgangssignalet fra forstærkeren 52 og sammenligner værdien af dette signal med forud bestemte øvre og nedre værdier i komeratorforstærkerne 54a og 54b.

146267 ίο 1 Hvis signalet fra forstærkeren 52 ligger indenfor vinduets begrænsninger, vil udgangssignalerne på ledningerne 55a og 55b være på et lavt niveau, medens der, hvis et signal fra forstærkeren 52 ligger udenfor vin-5 duets begrænsninger, vil dannes et højt udgangssignal fra en af forstærkerne i vindue-komperatoren.

Udgangssignalet fra vindue-komperatoren 54 påtrykkes et logikkredsløb 56, konstrueret som vist i fig. 3, og 10 som omfatter fire OG porte 56a-d. Dette logikkredsløb påtrykkes ligeledes signaler fra en astabil multivibrator 58 og et signal fra en kondensator 60, som er på lavt niveau, når modstanden 59 modtager et signal på højt niveau (stopsignal) fra en røgdetektor 84, 86 sva-15 rende til mørk røg (se fig. 2), Den ovenfor nævnte røgdetektor er beskrevet i større detaljer nedenfor i forbindelse med fig. 4.

I det øjeblik vindue-komperatoren 54 modtager et signal 20 som ligger udenfor vinduets begrænsninger, vil en af de analoge koblere 62 eller 64, som er felteffekttransisto-rer, påtrykkes et signal på højt niveau fra logikkredsløbet 56. Et sådant signal kan påtrykkes, når røgdetektoren afgiver et signal på lavt niveau svarende til lys 25 røg. Når en af de analoge koblere aktiveres, vil det bevirke, at der tilføres enten positiv eller negativ ladning via enten modstanden 66 eller modstanden 68 til en holdekondensator 74, og denne ladning påtrykkes en indgang på forstrækeren 76. Et udgangssignal, som der-30 ved dannes af forstærkeren 76, holdes ved hjælp af kondensatoren 74 efter at den astabile multivibrator 58 via logikkredsløbet 56 har slukket den tidligere aktiverede, analoge kobler. Udgangssignalet fra forstærkeren 76 påtrykkes så som iltsignalet til den behørige 11 146267 1 indgang ' på summationsforstærkeren 40,. som forklaret ovenfor i forbindelse med fig. 2.

Når fyret startes, kobles iltreguleringen fra i ca.

5 20 sek. ved hjælp af et signal, som påtrykkes på led ningen 79 til modstanden 78. Dette aktiverer så den analoge kobler 82, i form af en felteffekttransistor, og signalet kobles ved hjælp af en optisk kobler 83 til et monostabilt kredsløb 80, som afleverer et højt 10 signal i ca. 20 sek., og derved tænder den analoge kobler 85, hvorved kondensatoren 74 afledes til nul, således at der i denne tid ikke ledes et iltreguleringssignal til summationsforstærkeren 4o.

1-5 Fig 4. består af figurerne 4a og 4b, som skal ses sammen. Figuren viser i detaljer røgfarvekonverterkreds-løbet 86, som skematisk er vist i fig. 2.

Røgdetektoren 84, som er kendt, frembringer et signal 20 med en værdi mellem 0 og 20 mA, svarende til lysheden eller mørkheden af røgen fra fyret. Dette signal kobles til røgfarvekonverteren 86 via ledningen 93, hvor det påtrykkes en operationsforstærker 94. Udgangssignalet fra operationsforstærkeren 94 påtrykkes en ind-25 gang 1 i en digital/analog konverter 92, konstrueret af integrerede kredsløb 92a og 92b, som i den foretrukne udførelsesform har typebetegnelserne henholdsvis MC1405L og MC14435FL. Signalet fra røgdetektoren konverteres derved fra et analogt signal til et binært, 30 digitalt (BCD) signal. Dette BCD signal påtrykkes gennem et logisk kredsløb 95, konstrueret af OG portene 95a-d til en BCD/decimal konverter 96, som kan være et integreret kredsløb med typebetegnelsen MC14028BCP.

Den sidste konverter omdanner det binære, decimale sig- 146267 12 1 nal svarende til røgfarvesignalet til et decimalt signal, således at værdien af dette signal "nu repræsenteres ved et decimalt tal, dannet af signaldisplays, svarende til udgangssignalerne Al til A10.

5 Når disse udgangssignaler fremkommer, aktiverer de tilsvarende lysdioder i et LED-display 90 til frembringelse af en visuel visning af røgkarakteristikken.

10 Udgangssignalerne Al og A2 fra konverteren 96, som svarer til de to mindst betydende cifre, kobles til en reset-indgang på D-flip-flop 100, og A3 udgangssignalet fra konverteren 96 kobles til clockindgan-gen på flip-flop 100. Hvis signalerne på Al eller A2 15 er på højt niveau, vil udgangssignalet på ledning 105 til iltregulatorkredsløbet 50 svare til en binær værdi på 1.

Endvidere indeholder røgfarvekonverteren 86, som vist 20 i fig. 5s et alarmkredsløb, som aktiveres af en af de programmerede koblere 108. Skulle røgfarven således ændres til dannelse af et forud bestemt udgangssignal fra konverteren 96, vil signalet fra konverteren påtrykkes gennem de aktiverede koblerdele af den programmerede 25 kobler 108 til et forsinkelseskredsløb 110, konstrueret som vist i fig. 5. Dette aktiverer en alarm af enhver ønsket type, fx kan der anvendes visuelle eller auditive alarmer.

30 på grund af de i øjeblikket almindelige miljøbestemmelser kan det være mere ønskeligt at regulere forbrændingen ved at lade røgfarven være den dominerende reguleringsfaktor. I denne situation kan udførelsesformen beskrevet i fig. 3~5 let modificeres på føl- 13 146267 1 gende måde.

I fig. 3 forbindes modstanden 51 i iltreguleringskredsløbet til spændingskilden V i stedet for til ud-5 gangen af forstærkeren 52. Dette bevirker, at der til vindue-komperatoren 54 tilføres et signal svarende til et signal, som ville fremkomme hvis iltindholdet i røggasserne var for højt. Et negativt signal tilføres så via PET kobleren 64 til holdekondensatoren 74, indtil 10 et "stopsignal" fra røgdetektoren forekommer. Signalet fra iltregulatorkredsløbet 50 har da en konstant værdi og summeres til signalet fra kompensationskredsløbet 42 på den ovenfor beskrevne måde. Hvis røgfarven i denne opbygning bliver for mørk, d.v.s. hvis røgdetek-15 torsignalet er over en forud bestemt værdi, aflades holdekondensatoren 74 gennem FED 82. Dette bevirker en stigning i luftstrømningen til forbrændingen ved en stigende blæserhastighed. Ledningen 111 i fig. 5 kan forbindes til ledningen 79 i fig. 3. Forsinkelses-20 kredsløbet 110 sikrer, at en forbigående ændring i røgfarven ikke aktiverer det monostabile kredsløb 80. I denne udførelsesform vælges forsinkelsestiden til at være to sek.

25 I den ovenfor givne beskrivelse er beskrevet et komplet system til forbrændingsregulering på grundlag af oliestrømning, ikke-liniær kompensation, iltindhold og røgfarve. Til andre og måske mindre strenge anvendelser kan der konstrueres simplere systemer. Det er fx muligt 30 at danne et signal fra summationsforstærkeren 40, som kun er summen af oliestrømnings- og kompensationssignalet. Iltreguleringen kan yderligere tilføres på den ovenfor beskrevne måde, men uden anvendelse af røgfarve-reguleringskredsløbet. På lignende måde kan ilt sig- 148267 14 1 nalet gøres til en konstant værdi, som tillader røg-farvereguleringen at. være dominerende. Opfindelsen kan udøves på mange forskellige typer fyr, og er ikke begrænset til anvendelsen af en bestemt type brændstof.

5 Opfindelsen kan fx anvendes med lige stor succss til et fyr med vandrerist eller et fyr med kulstøvforstøver. Endvidere kan kuldioxidindholdet i røggasserne, som nævnt ovenfor, kontrolleres i stedet for iltindholdet til aktivering af et kredsløb svarende til ilt-10 reguleringskredsløbet. Opfindelsen kan generelt anvendes uden hensyn til typen af fyrets belastning.

Claims (4)

146267

1. Fremgangsmåde til regulering af forbrændingen i et fyr med kedel, afgangsrør og skorsten, hvortil der tilføres luft ved hjælp af en blæser, hvis omløbstal reguleres trinløst, og hvor brændstoftilførslen regu-5 leres i afhængighed af belastningen af fyret, og hvor blæserens omløbstal reguleres som funktion af den tilførte brændstofmængde, og hvor denne funktion korrigeres for blæserens karakteristik og for gennemstrømningsmodstanden i kedlen og til ked-10 len hørende afgangsrør og skorsten, samt at der yderligere foretages en måling af iltindholdet eller kuldioxidindholdet i røggasserne til dannelse af en yderligere reguleringsstørrelse, som anvendes til korrektion af den funktion, der regulerer blæserens omløbs-15 tal, kendetegnet ved, at den yderligere reguleringsstørrelse anvendes til korrektion af den funktion, der regulerer blæserens omløbstal, når resultatet af ilt- eller kuldioxidmålingen ligger uden for fastsatte grænseværdier, og ellers undertrykkes. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at måleresultatet af ilt- eller kuldioxidmålingen altid undertrykkes i et forud fastlagt tidsrum efter hver start af fyret. 25

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at det også omfatter en røgfarvemåling, hvorhos røgfarvemålesignalet kan undertrykke ilteller kuldioxidmåleresultatet, når røgfarvemåleresul-50 tatet overstiger en bestemt værdi. 1 Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 på et fyr med en kedel (1) med afgangsrør (4) og skorsten (5), hvilket apparat omfatter en blæser(6)