EP1036984A1 - Vormischbrenner fuer gasförmige Brennstoffe - Google Patents

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EP1036984A1
EP1036984A1 EP00104614A EP00104614A EP1036984A1 EP 1036984 A1 EP1036984 A1 EP 1036984A1 EP 00104614 A EP00104614 A EP 00104614A EP 00104614 A EP00104614 A EP 00104614A EP 1036984 A1 EP1036984 A1 EP 1036984A1
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burner
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ionization
mixture
premix
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Ulrich Niemeyer
Martin Petersmann
Sascha Rothenberger
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Elster Kromschroeder GmbH
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G Kromschroeder AG
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    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/22—Pilot burners

Definitions

  • the invention relates to a premix burner for gaseous Fuels, with an ionization electrode attached to a Control device is connected.
  • the burner works according to the so-called SCOT process, in which the ionization signal supplied by the ionization electrode is electronically processed to make a statement about the flame temperature and thus about the air ratio to deliver.
  • the process aims to keep the air ratio constant to keep and thus a low-pollution combustion of gases with changing composition.
  • the quality of the regulation depends on the straightness the course of the ionization signal over the burner output from.
  • the invention has for its object the burner control to improve that you have an ionization signal is supplied, whose linearity over the burner output is increased.
  • the invention is based on the knowledge that the Quality of the ionization signal from the area load of the Brenners depends. The lower the wing load, deste the weaker the ionization signal and the earlier its drop begins with a decrease in burner output. On the other hand the general technical trend is heading in the direction low wing loads in order to minimize pollutant emissions to achieve.
  • the invention creates a local increase in wing loading and, in many cases, enables use of the SCOT process by appropriate improvement the quality of the ionization signal. Under all circumstances the usable power range of the burner is down expanded. The increase in wing loading is local limited and therefore leads to none, in the worst case only to an insignificant influence on the emission values.
  • the premix burner is one, who works with a flame holder or mixture distributor, which has a plurality of mixture outlet openings has, it is proposed in a development of the invention the mixture passage area of the flame holder in the area to enlarge the ionization electrode. The additional The effort for a pilot burner is therefore replaced by a minor constructive redesign of the flame holder.
  • the mixture passage openings in the area the ionization electrode can be enlarged. More advantageous for a stable burner operation it can be in critical area the density of the mixture passage openings to increase.
  • the premix burner 1 according to FIG. 1 is connected to an air line 2 and connected to a gas line 3.
  • a blower 4 works while in the gas line a pressure regulator 5 is arranged.
  • the pressure regulator 5 works depending on additional electronics 6, which in turn connected to a customer-specific boiler electronics 7 is. The latter also controls the blower 4.
  • An ionization electrode 8 indicated as a line delivers their signal to the additional electronics 6, in which this signal is processed so that it is the air ratio of the premix burner 1 represents.
  • the ionization electrode 8 is in the area of a pilot burner 9 arranged, both with the air line 2 as is also connected to the gas line 3 and therefore a The mixture burns, as does the burner head 1 ' becomes.
  • the pilot burner 9 is at a higher wing loading as the burner head 1 '.
  • the additional electronics 6 thus generates a higher ionization signal Quality.
  • this signal is plotted against the boiler output, in comparison to the signal that results when the ionization electrode in the region of burner head 1 'working with a low surface load, is arranged.
  • the ionization signal then clearly drops decreases significantly with decreasing burner output, including the The quality of the scheme suffers, with the result that the air ratio of the premix burner 1 does not change when the gas changes can be kept more constant.
  • FIG. 3 shows a mixture distributor 10 of a premix burner in the form of a burner plate with a plurality is provided by mixture passage openings 11. About that The largest surface area of the burner plate is the density of the Mixture passage openings 11 selected so that the burner works with low wing loading and therefore cheap Emission values achieved.
  • the ionization electrode 8 is on the left edge of the burner plate arranged and extends in their area inside. As shown, the density of the mixture passage openings is here 11 increased. The mixture passage area is so enlarged that the burner in this area works with increased wing loading. The effect corresponds that of the pilot burner 9 according to FIG. 1. Since the increase the area load is locally limited, the emission values hardly affected.
  • the Pilot burner can be coupled directly to the burner head.
  • the type of control electronics is arbitrary, but under the Prerequisite that from the ionization current of the electrode a signal representing the air ratio can be derived can.

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Abstract

Der Vormischbrenner (1) weist eine Ionisationselektrode (8) auf, die an eine Regeleinrichtung angeschlossen ist. Im Bereich der Ionisationselektrode (8) arbeitet der Vormischbrenner (1) mit erhöhter Flächenbelastung. Dabei ist der Ionisationselektrode ein Pilotbrenner (9) zugeordnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe, mit einer Ionisationselektrode, die an eine Regeleinrichtung angeschlossen ist.
Der Brenner arbeitet nach dem sogenannten SCOT-Verfahren, bei den das von der Ionisationselektrode gelieferte Ionisationssignal elektronisch aufbereitet wird, um eine Aussage über die Flammentemperatur und damit über die Luftzahl zu liefern. Das Verfahren zielt darauf ab, die Luftzahl konstant zu halten und damit eine schadstoffarme Verbrennung von Gasen mit wechselnder Zusammensetzung zu ermöglichen.
Allerdings hängt die Güte der Regelung von der Geradlinigkeit des Verlaufs des Ionisationssignals über der Brennerleistung ab.
Insbesondere im unteren, häufig aber auch bereits im oberen Leistungsbereich ist eine starke Verminderung des Signals zu beobachten. Die Brenner sind aufgrund ihrer technischen Konzeption und ihrer Materialeigenschaften nicht in der Lage, der Regelung ein Ionisationssignal zur Verfügung zu stellen, welches über der Leistung weitgehend linear verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennerregelung dahingehend zu verbessern, daß ihr ein Ionisationssignal geliefert wird, dessen Linearität über der Brennerleistung erhöht ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Vormischbrenner erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenbelastung des Vormischbrenners im Bereich der Ionisationselektrode erhöht ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Qualität des Ionisationssignals von der Flächenbelastung des Brenners abhängt. Je niedriger die Flächenbelastung ist, deste schwächer ist das Ionisationssignal und desto früher beginnt sein Abfall mit sinkender Brennerleistung. Andererseits geht der allgemeine technische Trend in Richtung auf niedrige Flächenbelastungen, um möglichst geringe Schadstoffemissionen zu erzielen.
Die Erfindung schafft eine örtliche Erhöhung der Flächenbelastung und ermöglicht in vielen Fällen erst den Einsatz des SCOT-Verfahrens durch entsprechende Verbesserung der Qualität des Ionisationssignals. Unter allen Umständen wird der nutzbare Leistungsbereich des Brenners nach unten hin erweitert. Die Erhöhung der Flächenbelastung ist lokal begrenzt und führt daher zu keiner, im schlimmsten Falle nur zu einer unerheblichen Beeinflussung der Emissionswerte.
Häufig ist es vorteilhaft, den Vormischbrenner mit einem Pilotbrenner zu versehen, der der Ionisationselektrode zugeordnet wird und mit höherer Flächenbelastung als der eigentliche Brenner arbeitet.
Handelt es sich bei dem Vormischbrenner um einen solchen, der mit einem Flammenhalter oder Gemischverteiler arbeitet, welcher eine Mehrzahl von Gemischaustrittsöffnungen aufweist, so wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Gemischdurchtrittsfläche des Flammenhalters im Bereich der Ionisationselektrode zu vergrößern. Der zusätzliche Aufwand für einen Pilotbrenner wird also ersetzt durch eine geringfügige konstruktive Umgestaltung des Flammenhalters.
Dabei können dessen Gemischdurchtrittsöffnungen im Bereich der Ionisationselektrode vergrößert werden. Vorteilhafter für einen stabilen Brennerbetrieb kann es sein, im kritischen Bereich die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen zu erhöhen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners samt Regeleinrichtung;
  • Fig. 2 ein zu Fig. 1 gehörendes Diagramm;
  • Fig. 3 einen Teil eines abgewandelten Brenners.
    • Der Vormischbrenner 1 nach Fig. 1 ist an eine Luftleitung 2 sowie an eine Gasleitung 3 angeschlossen. In der Luftleitung arbeitet ein Gebläse 4, während in der Gasleitung ein Druckregler 5 angeordnet ist. Der Druckregler 5 arbeitet in Abhängigkeit von einer Zusatzelektronik 6, die ihrerseits an eine kundenspezifische Kesselelektronik 7 angeschlossen ist. Letztere steuert außerdem das Gebläse 4.
    Eine als Linie angedeutete Ionisationselektrode 8 liefert ihr Signal an die Zusatzelektronik 6, in der dieses Signal derart verarbeitet wird, daß es die Luftzahl des Vormischbrenners 1 repräsentiert.
    Die Ionisationselektrode 8 ist im Bereich eines Pilotbrenners 9 angeordnet, der sowohl mit der Luftleitung 2 als auch mit der Gasleitung 3 in Verbindung steht und daher ein Gemisch verbrennt, wie es auch dem Brennerkopf 1', zugeführt wird. Allerdings ist der Pilotbrenner 9 auf eine höhere Flächenbelastung als der Brennerkopf 1', eingestellt. Die Zusatzelektronik 6 erzeugt also ein Ionisationssignal hoher Qualität.
    In Fig. 2 ist dieses Signal über der Kesselleistung aufgetragen, und zwar im Vergleich zu demjenigen Signal, das sich ergibt, wenn die Ionisationselektrode im Bereich des mit niedriger Flächenbelastung arbeitenden Brennerkopfes 1', angeordnet ist. Ersichtlich fällt dann das Ionisationssignal mit sinkender Brennerleistung sehr stark ab, worunter die Qualität der Regelung leidet, und zwar mit der Folge, daß die Luftzahl des Vormischbrenners 1 bei Gasänderungen nicht mehr konstant gehalten werden kann.
    Fig. 3 zeigt einen Gemischverteiler 10 eines Vormischbrenners in Form einer Brennerplatte, die mit einer Mehrzahl von Gemischdurchtrittsöffnungen 11 versehen ist. Über dem größten Flächenbereich der Brennerplatte ist die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen 11 so gewählt, daß der Brenner mit niedriger Flächenbelastung arbeitet und daher günstige Emmissionswerte erzielt.
    Die Ionisationselektrode 8 ist am linken Rand der Brennerplatte angeordnet und erstreckt sich in deren Bereich hinein. Wie dargestellt, ist hier die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen 11 erhöht. Die Gemischdurchtrittsfläche ist also vergrößert, so daß der Brenner in diesem Bereich mit erhöhter Flächenbelastung arbeitet. Der Effekt entspricht dem des Pilotbrenners 9 nach Fig. 1. Da die Erhöhung der Flächenbelastung lokal begrenzt ist, werden die Emmissionswerte kaum beeinflußt.
    Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So besteht die Möglichkeit, im Bereich der Ionisationselektrode die Größe der Gemischdurchtrittsöffnungen zu erhöhen. Auch kann abweichend von Fig. 1 der Pilotbrenner direkt mit dem Brennerkopf gekoppelt sein. Die Art der Regelelektronik ist beliebig, allerdings unter der Voraussetzung, daß aus dem Ionisationsstrom der Elektrode ein die Luftzahl repräsentierendes Signal abgeleitet werden kann.

    Claims (4)

    1. Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe, mit einer Ionisationselektrode (8), die an eine Regeleinrichtung angeschlossen ist,
         dadurch gekennzeichnet,
         daß die Flächenbelastung des Vormischbrenners (1) im Bereich der Ionisationselektrode (8) erhöht ist.
    2. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisationselektrode (8) ein Pilotbrenner (9) zugeordnet ist.
    3. Vormischbrenner nach Anspruch 1, mit einem Gemischverteiler (10), der eine Mehrzahl von Gemischdurchtrittsöffnungen (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischdurchtrittsfläche des Gemischverteilers (10) im Bereich der Ionisationselektrode vergrößert ist.
    4. Vormischbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Gemischdurchtrittsöffnungen (11) des Gemischverteilers (10) im Bereich der Ionisationselektrode (8) erhöht ist.
    EP00104614A 1999-03-18 2000-03-03 Vormischbrenner für gasförmige Brennstoffe Expired - Lifetime EP1036984B3 (de)

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    EP1036984A1 true EP1036984A1 (de) 2000-09-20
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