WO2019072329A1 - Einrichtung zur steuerung des verbrennungsprozesses in einer kraftwerksfeuerungsanlage - Google Patents

Einrichtung zur steuerung des verbrennungsprozesses in einer kraftwerksfeuerungsanlage Download PDF

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Hans Georg Conrads
Alexander Halm
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Promecon GmbH
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    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/10—Correlation

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the combustion process in a power plant furnace with a plurality of parallel acting, arranged in a wall of a Feuerungsraumes and powered by a common windbox with combustion air burners, wherein the individual burner combustion air over one or more concentric surrounding the burner / n annular gap / e is supplied.
  • a plurality of burners are arranged to act in parallel in a wall of a combustion chamber and are supplied via a common windbox with combustion air.
  • the combustion air is supplied to the individual burner via one or more annular gaps / e surrounding the burner concentrically.
  • the supply of the combustion air to the annular gap comprises means for influencing the amount of combustion air flowing in through the annular gap and subsequently into the firing space.
  • variable in the position or in the annular gap / en variable in position air ducts such as vanes, arranged to initiate the combustion air spirally as a swirling flow around a flame forming in front of the burner in the firing chamber, wherein the flow direction of the combustion air flow through a change the position of the vanes can be changed.
  • both the means for influencing the amount of combustion air flowing through the annular gap and subsequently into the firing space and the louvers, for example guide vanes can be designed differently in each annular gap and can be controlled separately.
  • the combustion air for the main and the post combustion can be separated, ie different combustion zones of the flame in the flow direction and combustion air amount differently, are introduced into the firing space in front of a single burner.
  • the guide vanes for generating a swirl flow of the combustion air stream and the means for influencing the amount of combustion air can be integrated as actuators in a control device for controlling the combustion process, so that the combustion process can be controlled separately for each individual burner of a power plant combustion system.
  • a determination of the amount of combustion air flowing through an annular gap is thus not possible by means of dynamic pressure probes arranged in the annular gap.
  • the combustion air is loaded in a coal fired power plant to a considerable extent with ash particles, which leads to rapid contamination of the dynamic pressure probes.
  • the Solution is thus not applicable for optimized control of the combustion process in a power plant furnace.
  • sensor assemblies there is a sensor arrangement consisting of two individual sensor rods or sensor rod groups, arranged one behind the other in the direction of flow of the combustion air flow, spaced from one another and arranged at an intersecting angle to the cross section of the windbox.
  • the signals generated on the sensor rods as a result of electrical influence which is caused by electrically charged particles carried by the sensor rods and transported in the combustion air flow, are used to determine the velocity of the combustion air flow by means of a correlation method. Based on the speed of the combustion air flow and the associated geometry of the windbox, the amount of combustion air flowing through the windbox can be calculated.
  • the amount of combustion air supplied to an individual burner can only be determined with this device in the case of special arrangements of burners in conjunction with a specially designed windbox. In practice, such arrangements of burners and windbox designs are of little importance.
  • this solution has the disadvantage that the the related measurements due to error propagation may have a significant measurement error. Also, this solution is not suitable for an optimized control of the combustion process in a power plant furnace.
  • DE 102012 014260 A1 discloses a device and a method for controlling the fuel-air ratio during the combustion of ground coal in a coal-fired power plant, in which the combustion air quantity measurement and the carrying air quantity measurement according to the correlation method are evaluated by evaluating electrical signals generated by means of obtained in the air flow sensors are carried out.
  • two sensor rods are arranged one behind the other in the air-conducting channel, in the flow direction of the air, in which electrical signals are generated by electrical induction, which is caused by passing electrically charged particles in the air stream past the sensor rods, electrical signals are fed to a correlation measuring device.
  • correlation measurement method the time is determined that the electrically charged particles need to overcome the distance between the two sensor rods.
  • the flow rate of the air flow and based on the geometry of the air duct leading the amount of air is calculated.
  • an electrode and a counter electrode are arranged, which are connected to a high voltage source with a voltage between 12 kV and 20 kV.
  • the electrode connected to the high-voltage source is arranged in the air flow in such a way that at least part of the air flow is exposed to the effect of an ion current flowing from the electrode to the counterelectrode and is thus electrically influenced.
  • the object of the invention is to provide a device for controlling the combustion process in a power plant combustion system, which enables optimized control of the combustion process, ie, which enables optimized control of the combustion process of each individual burner arranged in a power plant combustion system.
  • the device for controlling the combustion process is designed in such a way that actuating signals are generated for each means for influencing the quantity of the combustion air amount flowing through the burner or burner surrounding the combustion chamber so as to increase the quantity of combustion air flowing through each annular gap influence.
  • a means for determining the amount of combustion air flowing through an annular gap comprises at least two, a corresponding pair forming, sensor rods of electrically conductive material in the annular gap transverse to the longitudinal axis of the annular gap or at an angle ⁇ to the longitudinal axis of the annular gap with 30 ° ⁇ ⁇ 90 ° and arranged in the direction of flow of the combustion air flow one behind the other and in parallel with a distance a spaced apart, wherein the arrangement of the corresponding sensor rods is such that at least a portion of the first in the flow direction of the combustion air flow sensor rod of the corresponding pair of combustion air flowing past the second in the flow direction of the combustion air stream Sensor rod of the corresponding pair
  • the sensor rods are curved in the longitudinal direction corresponding to the curvature of the annular gap and arranged electrically isolated from the annular gap forming walls. They are thus arranged in the annular gap such that their longitudinal direction is almost transverse or at an angle between 30 ° and 90 ° to the flow direction of the combustion air flow, wherein they are preferably arranged with an equal to the two annular gap forming walls over the length I of the sensor rods uniform distance in the annular gap.
  • the sensor rods have a length I of I> 20 mm, preferably I> 200 mm.
  • a means for determining the quantity of combustion air flowing through an annular gap also comprises a correlation measuring device to which the sensor rods are electrically connected, wherein the correlation measuring device evaluates the electrically charged particles transported in the combustion air stream by electrical influence on the sensor rods passing from the sensor rods caused electrical signals, the speed of the combustion air flow is determined transversely to the longitudinal direction of the sensor rods. In this case, in the event that the sensor rods are not transverse to
  • Longitudinal axis of the annular gap are arranged, a component of the flow velocity of the combustion air flow in the direction of the longitudinal axis of the annular gap calculated and based on the component of the flow velocity of the combustion air flow in the direction of the longitudinal axis of the annular gap and based on the geometric dimensions of the cross-sectional area of the annular gap flowing through the annular gap Combustion air quantity determined. If a burner surrounds a plurality of annular gaps, as described above, sensor rods are arranged in each annular gap and are electrically connected to a correlation measuring device so that the amount of combustion luna flowing through each annular gap surrounding a burner can be determined.
  • the component of the flow velocity of the combustion air flow in the direction of the longitudinal axis of the annular gap is understood to mean that component of the flow velocity of the combustion air flow with which the combustion air flow moves in the direction of the longitudinal axis of the annular gap, that is to say the decisive speed for the transport of a specific amount of combustion air in a specific time unit through the annular gap. Due to the high degree of turbulence in the flow of the combustion air stream in the ring gap, which has a width between 20 mm and 200 mm and a circumference between 100 cm and 1500 cm in a power station
  • the corresponding one Pair forming sensor rods to be arranged displaced parallel to each other, in such a way that at least a portion of the flowing in the direction of flow of the combustion air flow first sensor rod of the corresponding pair of combustion air flowing past the second sensor rod of the corresponding pair in the flow direction of the combustion air flow.
  • the sensor rods should be dimensioned sufficiently long, ie, over approximately 1/4 of the inner circumference of the annular gap, that the condition is met that at least a portion of the am in the flow direction of the Combustion air flow first sensor rod of the corresponding pair bypassing combustion air also flows past in the flow direction of the combustion air flow second sensor rod of the corresponding pair.
  • the Sonsorstäbe are as a round rod with a diameter D with
  • the sensor rods must on the one hand be made so stable that they do not vibrate in the combustion air flow, but on the other hand they must not be dimensioned so large that they unduly diminish the effective cross section of the annular gap for the passage of the combustion air flow.
  • each segment of an electrically segmented sensor rod may be electrically connected to a separate input of the correlation measuring device.
  • the sensor rods can be formed as electrically conductive material glued to one of the two walls forming the annular gap electrically insulated from the wall film strips.
  • two pairs of corresponding sensor rods are arranged in the annular gap and electrically connected to a correlation measuring device, wherein the two pairs of corresponding sensor rods are arranged in the longitudinal direction at a different angle ⁇ to the longitudinal axis of the annular gap ,
  • the particular advantage of the invention is that the speed of the combustion air flow is determined directly and directly in the annular gap / s surrounding a burner in a power plant furnace, and thus directly and directly the amount of combustion air supplied to a burner in a power plant furnace can be determined.
  • the combustion process is optimally controlled in a power plant to pre-selected criteria.
  • FIG. 1 shows a partial section of an annular gap around a burner with a corresponding pair of sensor rods arranged in the annular gap
  • FIG. 2a shows a longitudinal section through a burner with surrounding annular gap and a corresponding pair arranged in the annular gap
  • FIG. 4a shows a partial section of an annular gap around a burner with two corresponding pairs of sensor rods arranged in the annular gap, wherein the pairs of sensor rods which are to be used are arranged at a different angle ⁇ to the longitudinal axis of the annular gap and in FIG
  • Fig. 4b a development of the annular gap with the arranged on the outer wall of the burner corresponding sensor rods.
  • Fig. 1 shows means for determining the amount of combustion air flowing through an annular gap 3 with a burner 1 which is coaxially surrounded by a pipe 2, such that between the outer wall of the burner 1 and the
  • Pipe 2 an annular gap 3 is formed.
  • the burner 1, the pipe 2 and the annular gap 3 have a common coaxial longitudinal axis 4.
  • combustion air is passed.
  • the pipe 2 has a collection 5 with a reduction of the annular gap width b to increase the flow velocity v of the combustion air flow.
  • vanes 6 are arranged in the annular gap, which cause a swirl flow of the combustion air flow in which following the recovery in the direction of the coaxial longitudinal axis 4 subsequent annular gap section 3.1.
  • This annular gap section 3.1 has a constant annular gap width b.
  • the flow direction of the combustion air flow illustrates an arrow 7.
  • the direction of rotation of the swirl flow is through an arrow 8 is illustrated.
  • the decisive for the determination of the combustion air supplied to the burner 1 component of the combustion air flow in the annular gap section 3.1 is parallel to the coaxial longitudinal axis 4 and
  • Fig. 1 illustrated by arrow 9.
  • the sensor rods 10 and 1 1 are electrically insulated in each case by means of two support blocks 12 mounted on the outer wall of the burner 1.
  • Sensor rods 10 and 1 1 are arranged transversely to the longitudinal axis 4 and in their longitudinal direction of the curvature of the annular gap portion 3.1 adapted such that they to the two the annular gap section 3.1 bounding walls, i. the outer wall of the burner 1 and the inside of the pipe 2, each have an equal distance c or d over their length.
  • the distance c between the outer wall of the burner 1 and the sensor rods 10 and 1 1 and the distance d is the distance between the inner wall of the pipe 2 and the sensor rods 10 and 1 1st
  • the two sensor rods 10 and 11 are equidistantly spaced from the walls defining the annular gap section 3.1.
  • FIGS. 2a to 2c illustrate the above-described arrangement of the sensor rods 10 and 11 in the annular gap section 3.1.
  • the sensor rods 10 and 11 are electrically connected to a correlation measuring device 13.
  • Sensor rods 10 and 1 1 in the annular gap section 3.1 correspond to those of the means shown in Fig. 1 for determining the amount of combustion air flowing through an annular gap 3.
  • the component of the flow velocity v of the combustion air flow in the annular gap section 3.1 in the direction of the longitudinal axis 4 of the annular gap section 3.1 is calculated by multiplying the component of the flow velocity v determined with the correlation measuring device 13 by sin a, ie sin 45 °. With the thus calculated component of the flow velocity v of the combustion air flow in the annular gap section 3.1 in the direction of the longitudinal axis 4 of the annular gap section 3.1, the combustion air quantity supplied to the burner 1 is then determined with the cross-sectional area of the annular gap section 3.1.
  • Fig. 4a shows an arrangement with two pairs of corresponding sensor rods 10.1 and 1 1 .1 and 10.2 and 1 1 .2.
  • the two pairs of corresponding sensor rods 10.1 and 1 1 .1 and 10.2 and 1 1 .2. are electrically connected to a correlation measuring device 13.1 and 13.2, respectively.
  • Twist angle ⁇ of a swirl flow having combustion air flow can be determined when the helix angle ⁇ satisfies the condition (90 ° - ⁇ ⁇ )> ⁇ > (90 ° - ⁇ 2 ).
  • the component v determines the flow velocity v of the combustion air flow.
  • the determination of the helix angle ⁇ of a combustion air flow having a swirl flow will be described below by way of example with reference to FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage mit in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten Brennern (1), bei denen die Zuführung der Verbrennungsluft über einen den Brenner (1) umgebenden Ringspalt (3) erfolgt und der Brenner (1) Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den Ringspalt (3) strömenden Verbrennungslusft aufweist, umfassend Mittel zur Erfassung der einem Brenner (1) zugeführten Brennstoffmenge und Mittel zur Bestimmung der durch den Ringspalt (3) strömenden Verbrennungsluftmenge. Die Mittel zur Bestimmung der durch den Ringspalt (3) strömenden Verbrennungsluftmenge umfassen zwei, ein korrespondierendes Paar bildende, Sensorstäbe (11, 12), die im Ringspalt (3.1) bevorzugt quer zur Längsachse (4) des Ringspaltes und in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes hintereinander und parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Anordnung der Sensorstäbe (11, 12) so erfolgt, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab (12) vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab (11) vorbeiströmt. Die Sensorstäbe (11, 12) sind elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung (13) verbunden, mittels derer durch Auswertung der durch elektrische Influenz erzeugten elektrischen Signale die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes ermittel und anhand der Querschnittsfläche des Ringspaltes (3.1) die durch den Ringspalt (3.1) strömende Verbrennungsluftmenge bestimmt wird. Dementsprechend wird durch Veränderung der Verbrennungsluftmenge der Verbrennungsprozess gesteuert.

Description

Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerks¬ feuerungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage mit einer Vielzahl von parallel wirkenden, in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten und über eine gemeinsame Windbox mit Verbrennungsluft versorgten Brennern, wobei dem einzelnen Brenner die Verbrennungsluft über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e zugeführt wird.
In einer Kraftwerksfeuerungsanlage sind meist eine Vielzahl von Brennern parallel wirkend in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordnet und werden über eine gemeinsame Windbox mit Verbrennungsluft versorgt. Bevorzugt wird die Verbren- nungsluft dem einzelnen Brenner über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e zugeführt. Dabei umfasst die Zuführung der Verbrennungsluft zum Ringspalt Mittel, um die durch den Ringspalt und nachfolgend in den Feuerungsraum einströmende Verbrennungsluftmenge zu beeinflussen. Des Weiteren sind in dem oder den Ringspalt/en gegebenenfalls in ihrer Stellung veränderbare Luftleiteinrichtungen, beispielsweise Leitschaufeln, angeordnet, um die Verbrennungsluft spiralförmig als Drallströmung um eine sich vor dem Brenner ausbildende Flamme kreisend in den Feuerungsraum einzuleiten, wobei die Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes durch eine Veränderung der Stellung der Leitschaufeln veränderbar sein kann. Im Falle der Anordnung mehrerer konzentrischer Ringspalte können sowohl die Mittel zur Beeinflussung der durch den Ringspalt und nachfolgend in den Feuerungsraum einströmenden Verbrennungsluftmenge als auch die Luftleiteinrichtungen, beispielsweise Leitschaufeln, in jedem Ringspalt anders ausgebildet und separat steuerbar sein. Durch die Anordnung mehrerer konzentrischer Ringspalte um einen Brenner kann die Verbrennungsluft für die Haupt- und die Nachverbrennung getrennt, d.h. in unterschiedliche Verbrennungszonen der Flamme in Strömungsrichtung und Verbrennungsluftmenge unterschiedlich, in den Feuerungsraum vor einem einzelnen Brenner eingeleitet werden. Die Leitschaufeln zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes und die Mittel zur Beeinflussung der Verbrennungsluftmenge können als Stellglieder in eine Steuerein- richtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses eingebunden sein, so dass der Verbrennungsprozess für jeden einzelnen Brenner einer Kraftwerksfeuerungsanlage getrennt gesteuert werden kann. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage ist es erforderlich, jedem einzelnen Brenner eine für eine optimale Verbrennung der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge adäquate Verbrennungsluftmenge für die Haupt- und die Nachverbrennung zuzuführen, also das Brennstoff-Luft-Verhältnis bei der Verbrennung zu steuern, was bedeutet, dass bei einer bekannten dem Brenner zugeführten Brennstoff- menge die durch jeden den Brenner umgebenden Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge bestimmt und ggf. nachfolgend verändert werden muss.
Zur Beeinflussung der einem Brenner oder einer Gruppe von Brennern zugeführten Verbrennungsluftmenge ist es bekannt, in der Windbox Luftleitbleche zur Beeinflus- sung des Verbrennungsluftstromes innerhalb der Windbox anzuordnen, um so die Aufteilung der der Windbox insgesamt zugeführten Verbrennungsluftmenge auf einzelne Brenner oder Gruppen von Brennern zu beeinflussen. Die der Windbox insgesamt zugeführte Verbrennungsluftmenge kann vergleichsweise einfach bestimmt werden. Diese Lösung ermöglicht jedoch keine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage.
Für eine Bestimmung der einem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge ist es bekannt, die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes zu messen und über die geometrischen Abmessungen der Querschnittsfläche des die Verbrennungsluft führenden Kanales die Verbrennungsluftmenge zu errechnen. Zur Messung der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes sind aus dem Stand der Technik in den Verbrennungsluftstrom einbringbare Staudrucksonden, auch Pitotrohr oder Prandtlsches Staurohr genannt, bekannt. Derartige Staudrucksonden sind jedoch nicht für eine Messung der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ring- spalt von Verbrennungsluftzuführungen zu einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage anwendbar, weil die Strömung der Verbrennungsluft im Ringspalt hochgradig turbulent ist und ggf. einen Drall mit stark gekrümmten Strömungslinien ausweist, so dass mittels einer Staudrucksonde nur eine gerichtete Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt werden kann, wenn der Verbrennungsluft - ström senkrecht auf die Sonde trifft. Bei turbulenter Strömung und nicht senkrechtem Auftreffen des Verbrennungsluftstromes auf die Staudrucksonde, insbesondere bei veränderlicher Richtung des Verbrennungsluftstromes, kann aus dem mittels der Staudrucksonde ermittelten Differenzdruck keine gerichtete Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt werden. Eine Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge ist somit mittels im Ringspalt angeordneter Staudrucksonden nicht möglich. Hinzu kommt, dass die Verbrennungsluft in einer Kohlekraftwerksfeuerungsanlage in erheblichem Maße mit Aschepartikeln beladen ist, was zu einer schnellen Verschmutzung der Staudrucksonden führt. Die Lösung ist somit für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nicht anwendbar.
Im Firmenprospekt Measuring individual burner airflow, Application Builletin ICA-06 der Firma Air Monitor Corporation, Santa Rosa, CA 95406 ist die Anordnung von Staudrucksonden in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes vor den die Verbrennungsluft zu einem Brenner leitenden Ringspalten in einer Windbox beschrieben. Staudrucksonden sind jedoch, wie beschrieben, infolge Verschmutzung erheblich störanfällig. Auch bei einer Anordnung in einer Windbox vor dem Ringspalt sind daher regelmäßige, aufwendige Wartungszyklen und ein regelmäßiges Spülen der Staudrucksonden mit gereinigter Frischluft für eine sichere Funktion notwendig. Die beschriebene Anordnung wird daher zumeist lediglich zum Einmes- sen der Brenneranordnung verwendet, ohne dass dabei ein realer Verbrennungspro- zess stattfindet. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage ist sie ebenfalls nicht anwendbar.
Aus der DE 20021 271 U1 ist eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung der einem oder einer Gruppe von Brennern einer Brenneranordnung mit gemeinsamer
Verbrennungsluftzuführung über eine Windbox zugeführten Verbrennungsluftmenge nach dem Kreuzkorrelationsmessverfahren bekannt, bei der innerhalb der Windbox, jeweils den Strömungsquerschnitt der Windbox durchspannend, Sensoranordnungen so angeordnet sind, dass der jeweils um die einem Brenner oder einer Gruppe von Brennern zugeführte Verbrennungsluftmenge reduzierte Verbrennungsluftstrom durch die Sensoranordnungen hindurchströmt. Dabei besteht eine Sensoranord- nung aus zwei in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes hintereinander, beabstandet zueinander und sich kreuzend angeordneten, den Querschnitt der Windbox durchspannenden einzelnen Sensorstäben oder Sensorstabgruppen. Aus den auf den Sensorstäben infolge elektrischer Influenz, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten, elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, generierten Signalen wird mittels Korrelationsverfahren die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes bestimmt. Anhand der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes und der zugehörigen Geometrie der Windbox kann die jeweils durch die Windbox strömende Verbrennungsluftmenge errechnet werden. Die einem einzelnen Brenner zugeführte Menge an Verbrennungsluft kann mit dieser Einrichtung jedoch nur bei speziellen Anordnungen von Brennern in Verbindung mit einer speziell ausgebildeten Windbox bestimmt werden. Für die Praxis sind derartige Anordnungen von Brennern und Ausbildungen einer Windbox kaum von Bedeutung. Außerdem hat diese Lösung den Nachteil, dass die aufeinan- der Bezug nehmenden Messungen bedingt durch Fehlerfortpflanzung einen erheblichen Messfehler aufweisen können. Auch diese Lösung ist für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nicht geeignet.
Aus der DE 102012 014260 A1 sind eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses bei der Verbrennung gemahlener Kohle in einer Kohlekraftwerksfeuerungsanlage bekannt, bei der die Verbrennungsluftmen- genmessung und die Tragluftmengenmessung nach der Korrelationsmethode durch Auswertung von elektrischen Signalen, die mittels im Luftstrom angeordneter Sensoren gewonnen werden, erfolgt. Dazu sind im luftführenden Kanal, in Strömungsrichtung der Luft hintereinander zwei Sensorstäbe angeordnet, in denen durch elektrische Induktion, die durch sich an den Sensorstäben vorbeibewegende, im Luftstrom geführte elektrisch geladene Teilchen bewirkt wird, elektrische Signale generiert werden, die einer Korrelationsmesseinrichtung zugeleitet werden. Mittels Korrelationsmessmethode wird die Zeit bestimmt, die die elektrisch geladenen Teilchen zur Überwindung des Abstandes zwischen den beiden Sensorstäben benötigen. Aus der Zeit und dem Abstand der Sensorstäbe wird die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstromes und anhand der Geometrie des luftführenden Kanales die Luftmenge errechnet. In Strömungsrichtung der Luft vor den Sensorstäben sind eine Elektrode und eine Gegenelektrode angeordnet, die mit einer Hochspannungsquelle mit einer Spannung zwischen 12 kV und 20 kV verbunden sind. Die mit der Hochspannungsquelle verbundene Elektrode ist derart im Luftstrom angeordnet, dass mindestens ein Teil des Luftstromes der Wirkung eines von der Elektrode zur Gegen- elektrode fließenden lonenstromes ausgesetzt ist und so elektrisch beeinflusst wird. Für eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses jedes einzelnen in einer Kraftwerksfeuerungsanlage angeordneten Brenners sind die in der
DE 102012 014 260 A1 beschriebene Einrichtung und das beschriebene Verfahren nicht anwendbar.
Gängige Praxis ist es, den Verbrennungsprozess in einer Kraftwerksferungsanlage anhand statischer Kennlinien zu steuern, wobei nur die allen über eine Windbox mit Verbrennungsluft versorgten Brennern zugeführte Brennstoffmenge sowie die den Brennern über die Windbox zugeführte gesamte Verbrennungsluftmenge als Steuer- großen berücksichtigt werden. Eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses ist damit nicht möglich. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage, die eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses ermöglicht, d.h., die eine optimierte Steuerung des Verbrennungsprozesses jedes einzelnen in einer Kraftwerksfeuerungsanla- ge angeordneten Brenners ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeurungsanlage mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 8 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage mit mehreren in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten Brennern, bei denen die Zuführung der Verbrennungsluft über einen oder mehrere den Brenner konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e erfolgt und der Brenner Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungslusftmenge aufweist umfasst, mindestens Mittel zur Erfassung der einem Brenner zugeführten Brennstoffmenge sowie Mittel zur Bestimmung der durch den oder die Ringspalt/e strömenden Verbrennungsluftmenge. Dabei ist die Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses derart ausgebildet, dass für jedes Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die einen Brenner umgebende/n Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungslusftmenge Stellsignale generiert werden, um so die durch jeden Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge zu beeinflussen. Ein Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge umfasst mindestens zwei, ein korrespondierendes Paar bildende, Sensorstäbe aus elektrisch leitfähigem Material, die im Ringspalt quer zur Längsachse des Ringspaltes oder in einem Winkel α zur Längsachse des Ringspaltes mit 30° < α < 90° und in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes hintereinander und parallel mit einem Abstand a beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die Anordnung der korrespondierenden Sensorstäbe so erfolgt, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares
vorbeiströmt. Dabei sind die Sensorstäbe in Längsrichtung entsprechend der Krümmung des Ringspaltes gekrümmt und gegenüber den den Ringspalt ausbildenden Wandungen elektrisch isoliert angeordnet. Sie sind also derart im Ringspalt angeordnet, dass ihre Längsrichtung nahezu quer oder in einem Winkel zwischen 30° und 90 ° zur Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes liegt, wobei sie bevorzugt mit einem zu den beiden den Ringspalt ausbildenden Wandungen über die Länge I der Sensorstäbe gleichmäßigen Abstand im Ringspalt angeordnet sind. Die Sensorstäbe weisen eine Länge I von I > 20 mm, bevorzugt I > 200 mm, auf. Ein Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge umfasst außerdem eine Korrelationsmesseinrichtung, mit der die Sensorstäbe elektrisch verbunden sind, wobei mittels der Korrelationsmesseinrichtung durch Auswertung der durch elektrische Influenz auf den Sensorstäben, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, erzeugten elektrischen Signale die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe bestimmt wird. Dabei wird für den Fall, dass die Sensorstäbe nicht quer zur
Längsachse des Ringspaltes angeordnet sind, eine Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ring- spaltes errechnet und ausgehend von der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes und anhand der geometrischen Abmessungen der Querschnittsfläche des Ringspaltes die durch den Ringspalt strömende Verbrennungsluftmenge ermittelt. Umgeben einen Brenner mehrere Ringspalte, sind, wie vorstehend beschrieben, in jedem Ringspalt Sensorstäbe angeordnet und elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung verbunden, so dass die durch jeden einen Brenner umgebenden Ringspalt strömende Verbrennungslusftmenge ermittelt werden kann. Somit ist für jeden in der Wand eines Feuerungsraumes einer Kraftwerksfeuerungsanlage ageordneten Brenner eine optimale Steuerung des Verbrennungsprozesses möglich, indem zu der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge eine für eine optimale Verbrennung adäquate Verbrennungsluftmenge zugeführt wird, indem die durch den oder die den Brenner umgebende/n Ringspalt/e strömende Verbrennungsluftmenge ermittelt und entsprechend der für die Verbrennung adäquaten Verbrennungsluftmenge mittels der Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die Ringspalt/e in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungsluftmenge beeinflusst wird .
Unter der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes wird diejenige Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes verstanden, mit der sich der Verbrennungsluftstrom in Richtung der Längsachse des Ringspaltes bewegt, die also die maßgebliche Geschwindigkeit für den Transport einer bestimmten Verbrennungsluftmenge in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Ringspalt ist. Auf Grund der hochgradigen Turbulenz der Strömung des Verbrennungsluftstromes im Ring- spalt, der in einer Kraftwerksfeuerungsanlage eine Breite zwischen 20 mm und 200 mm und einen Umfang zwischen 100 cm und 1500 cm besitzt, sowie ggf.
erzeugter Drallströmungen des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt treten in Richtung und Betrag unterschiedlichste Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt auf. Für die Bestimmung der einem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge sind diese vorgenannten unterschiedlichsten Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes nicht relevant. Hierfür maßgebend ist lediglich die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ring- spaltes, also wie beschrieben, jene Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes, mit der die Verbrennungsluft in Längsrichtung durch den Ringspalt transportiert wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass auf den, wie vorstehend beschrieben, in einem Ringspalt angeordneten, ein korrespondierendes Paar bildenden, Sensorstäben durch Influenz, die von an den Sensorstäben vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, elektrische Signale generiert werden, die mittels Korrelationsmesseinrichtung auswertbar sind, und zwar derart, dass ein Zeitversatz der korrelierenden elektrischen Signale ermittelt wird, der dividiert durch den Abstand a der korrespondierenden Sensorstäbe ein Maß für die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes im Ringspalt quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe ist. Dies ist deshalb überraschend, weil bei realen Messanordnungen der Abstand a der korrespondierenden Sensorstäbe 2 - 5 mal größer als die Breite des Ringspaltes ist und weil sich die elektrisch geladenen Partikel zwar insgesamt in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes bewegen, diese Bewegung aufgrund der hochgradigen Turbulenz des Verbrennungsuftstromes aber überlagert ist von einer überwiegend in Betrag und Richtung chaotischen Bewegung der elektrisch geladenen Partikel, wobei häufige Kollisionen mit den auf Massepotenzial liegenden Wandungen des Ringspaltes auftreten, was eine elektrische Entladung dieser Partikel zur Folge hat.
Im Falle der Anordnung einer Luftleiteinrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes ist es vorteilhaft, die korrespondierenden Sensorstäbe in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes nach der Luftleiteinrichtung im Ringspalt anzuordnen.
Es ist im Falle der Anordnung einer Luftleiteinrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes weiterhin vorteilhaft, die ein korrespondierendes Paar bildenden Sensorstäbe parallel zueinander verschoben anzuordnen, und zwar derart, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt. Dabei sollten die Sensorstäbe so ausreichend lang bemessen sein, d.h. ca. 1/4 des inneren Umfan- ges des Rinspaltes überstreichen, dass auch bei einer Veränderung des Drehwinkels der Drallströmung des Verbrennungsluftstromes die Bedingung erfüllt ist, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab des korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt.
Bevorzugt sind die Sonsorstäbe als Rundstab mit einem Durchmesser D mit
1 mm < D < 20 mm oder als Vierkantstab mit einer Kantenlänge e in Richtung der Breite b des Ringspaltes mit 1 mm < e < 20 mm ausgebildet. Dabei wird von in der Praxis realen Bedingungen ausgegangen, d.h. von einer Breite b des Ringspaltes zur Zuführung der Verbrennungsluft zu einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zwischen 20 mm < b < 200 mm und einem Umfang des Ringspaltes zwischen 100 cm < Umfang des Ringspaltes < 1500 cm. Die Sensorstäbe müssen dabei einerseits so stabil ausgebildet sein, dass sie im Verbrennungsluftstrom nicht schwingen, sie dürfen andererseits aber auch nicht so groß bemessen sein, dass sie den effektiven Querschnitt des Ringspaltes für den Durchtritt des Verbrennungsluftstromes übermäßig schmälern.
Es kann vorteilhaft sein, einen oder mehrere Sensorstäbe in Längsrichtung des Sensorstabes elektrisch und ggf. auch mechanisch segmentiert auszubilden, wobei die einen Sensorstab bildenden Segmente in Längsrichtung der Segmente fluchtend zueinander angeordnet sind. Die Segmente eines Sensorstabes können elek- trisch in Reihe geschaltet und der elektrisch segmentierte Sensorstab quasi als elektrische Einheit mit einem Eingang der Korrelationsmesseinrichtung verbunden sein. Es kann aber auch jedes Segment eines elektrisch segmentierten Sensorstabes elektrisch mit einem separaten Eingang der Korrelationsmesseinrichtung verbunden sein.
Bei einer weiteren Ausbildung können die Sensorstäbe als auf eine der beiden den Ringspalt ausbildenden Wandungen elektrisch isoliert gegenüber der Wandung aufgeklebte Folienstreifen aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sein. Bei einer anderen bevorzugten Ausbildung der Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt strömenden Verbrennungsluftmenge sind im Ringspalt zwei Paar korrespondierender Sensorstäbe angeordnet und jeweils mit einer Korrelationsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei die beiden Paare korrespondierender Sensorstäbe in Längsrichtung in einem unterschiedlichen Winkel α zur Längsachse des Ringspaltes angeordnet sind. Bevorzugt ist dabei ein Paar korrespondierender Sensorstäbe quer, d.h. in einem Winkel ax = 90° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordnet und das zweite Paar korrespondierender Sensorstäbe in einem Winkel von a2 - 45° zur Längsachse des Ringspaltes, jedoch unter der Bedingung, dass zumindest ein Teil der am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab eines korrespondierendes Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab des korrespondierenden Paares vorbeiströmt. Dabei wird durch Auswertung der Signale, die mit dem ersten, d.h. in einem Winkel λ = 90° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordneten Sensorpaar generiert werden, die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse des Ringspaltes bestimmt, während mit dem zweiten, d.h. in einem Winkel a2 = 45° zur Längsachse des Ringspaltes, angeordneten Sensorpaar eine Geschwindigkeitskomponente der in einem Winkel a2 = 45° zur Längsachse des Ringspaltes strömenden Komponente des Verbrennungsuftstromes bestimmt wird. Aus beiden Geschwindigkeiten kann mittels Triangulation der Drallwinkel γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes errechnet werden, wenn der Drallwinkel γ die Bedingung (90° - al) > > (90° - a2) erfüllt. Dabei sind die Winkel ax = 90° des einen Paares korrespondierender Sensorstäbe und 2 = 45° des zweiten Paares korrespondie- render Sensorstäbe nur beispielhaft bevorzugt benannt. Es sind selbstverständlich auch andere Winkel und a2 der Längsrichtungen der Paare korrespondierender Sensorstäbe möglich, wenn dies zur Erfüllung der Bedingung (90° - ) > γ > (90° - erforderlich ist. Für den Fall, dass im Ringspalt in ihrer Stellung veränderbare Luftleitschaufeln angeordnet sind, kann so der Drallwinkel bestimmt und über die Stel- lung der Luftleitschaufeln gezielt beeinflusst werden, wodurch der Verbrennungspro- zess zusätzlich beeinflusst, d.h. gesteuert werden kann.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstromes direkt und unmittelbar in dem/n einen Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage umgebende/n Ringspalt/e bestimmt wird und somit direkt und unmittelbar die einem Brenner in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zugeführte Verbrennungsluftmenge bestimmt werden kann. Über die Beeinflussung des Verbrennungsluftstromes, d.h. der Menge an Verbrennungsluft, die durch den Ringspalt strömt, wird derVerbrennungsprozess in einer Kraftwerksfeuerungsanlage nach vorgewählten Kriterien optimal gesteuert.
Selbstverständlich ist es auch möglich auf diese Weise eine Regelung des Verben- nungsprozesses in einer Kraftwerksfeuerungsanlage zu realisieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 : einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit einem korres- pondierenden Paar im Ringspalt angeordneter Sensorstäbe, in
Fig. 2a: einen Längsschnitt durch einen Brenner mit umgebendem Ringspalt und einem im Ringspalt angeordneten korrespondierenden Paar
Sensorstäben, in
Fig. 2b und c: zwei Querschnitte durch einen Brenner mit umgebendem Ringspalt jeweils in der Ebene der angeordneten Sensorstäbe, in
Fig. 3: einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit einem korrespondierenden Paar im Ringspalt in einem Winkel = 45° zur
Längsachse des Rinspaltes angeordneten Sensorstäben, in
Fig. 4a: einen Teilschnitt eines Ringspaltes um einen Brenner mit zwei korres- pondierenden Paaren im Ringspalt angeordneter Sensorstäbe, wobei die Paare koorespondierender Sensorstäbe jeweils in einem anderen Winkel α zur Längsachse des Rinspaltes angeordnet sind und in
Fig. 4b: eine Abwicklung des Ringspaltes mit den auf der äußeren Wandung des Brenners angeordneten korrespondierenden Sensorstäben.
Fig. 1 zeigt Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbren- nungsluftmenge mit einem Brenner 1 , der koaxial von einer Rohrleitung 2 umgeben ist, derart, dass zwischen der äußeren Wandung des Brenners 1 und der
Rohrleitung 2 ein Ringspalt 3 ausgebildet ist. Der Brenner 1 , die Rohrleitung 2 und der Ringspalt 3 besitzen eine gemeinsame koaxiale Längsachse 4. Im Ringspalt 3 wird Verbrennungsluft geführt. Die Rohrleitung 2 weist eine Einziehung 5 mit einer Verringerung der Ringspaltbreite b zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes auf. Im Bereich der Einziehung 5 sind im Ringspalt 3 Leitschaufeln 6 angeordnet, die eine Drallströmung des Verbrennungsluftstromes in dem sich nach der Einziehung in Richtung der koaxialen Längsachse 4 anschließenden Ringspaltabschnitt 3.1 bewirken. Dieser Ringspaltabschnitt 3.1 besitzt eine gleichbleibende Ringspaltbreite b. Die Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes veranschaulicht ein Pfeil 7. Die Drehrichtung der Drallströmung ist durch einen Pfeil 8 veranschaulicht. Die für die Bestimmung der dem Brenner 1 zugeführten Verbrennungsluftmenge maßgebende Komponente des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 ist die parallel zur koaxialen Längsachse 4 bzw.
orthogonal zur Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 gerichtete Kompo- nente des Verbrennungsluftstromes. Sie ist in Fig . 1 durch Pfeil 9 veranschaulicht. Innerhalb des Ringspaltabschnittes 3.1 sind zwei Sensorstäbe 10 und 1 1 angeord¬ net. Die Sensorstäbe 10 und 1 1 sind elektrisch isoliert jeweils mittels zweier Stützböcke 12 auf der äußeren Wandung des Brenners 1 montiert. Die
Sensorstäbe 10 und 1 1 sind quer zur Längsachse 4 angeordnet und in ihrer Längs- richtung der Krümmung des Ringspaltabschnittes 3.1 derart angespasst, dass sie zu den beiden den Ringspaltabschnitt 3.1 begrenzenden Wandungen, d.h. der äußeren Wandung des Brenners 1 und der Innenseite der Rohrleitung 2, über ihre Länge jeweils einen gleichen Abstand c bzw. d besitzen. Dabei ist der Abstand c der Abstand zwischen der äußeren Wandung des Brenners 1 und den Sensorstäben 10 und 1 1 und der Abstand d der Abstand zwischen der inneren Wandung der Rohrleitung 2 und den Sensorstäben 10 und 1 1 . Die beiden Sensorstäbe 10 und 1 1 sind zu den den Ringspaltabschnitt 3.1 begrenzenden Wandungen gleich beabstandet. Sie sind weiterhin so angeordnet, dass sie zueinander parallel mit dem Abstand a liegen, dabei aber radial gegeneinander verdreht sind, und zwar derart, dass der in Strö- mungsrichtung 7 des Verbrennungsluftstromes zweite Sensorstab 1 1 in Drehrichtung 8 der Drallströmung des Verbrennungsluftstromes gegenüber dem in Strömungsrichtung 7 des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab 10 parallel verschoben angeordnet ist. Die Fig. 2a bis 2c veranschaulichen die vorbeschriebene Anordnung der Sensorstäbe 10 und 1 1 im Ringspaltabschnitt 3.1 . Die Sensorstä- be 10 und 1 1 sind elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung 13 verbunden. Durch elektrische Influenz, die von an den Sensorstäben 10 und 1 1 vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, werden auf den Sensorstäben 10 und 1 1 elektrische Signale generiert, die mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13 auswertet werden, und zwar derart, dass ein Zeitversatz der korrelierenden elektrischen Signale ermittelt wird, der dividiert durch den Abstand a der Sensorstäbe 10 und 1 1 ein Maß für die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 quer zur Längsrichtung der Sensorstäbe 10 und 1 1 bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Sensorstäbe 10 und 1 1 , also in Richtung der
Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 , ist. Ausgehend von der so bestimmten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird mit der Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 die dem Brenner 1 zugeführte Verbrennungs- luftmenge bestimmt. Gleichzeitig wird mit nicht dargestellten Mitteln zur Erfassung der einem Brenner 1 zugeführten Brennstoffmenge die dem Brenner 1 zugeführte Brennstoffmenge erfasst und über die Veränderung der Verbrennungsluftmenge der Verbennungsprozess gesteuert.
Bei den in Fig. 3 gezeigten Mitteln zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge sind die korrespondierenden Sensorstäbe 10 und 1 1 in einem Winkel von α = 45° zur Längsachse 4 des Ringspaltes angeordnet. Alle übrigen Merkmale des Ringspaltes 3 und der Anordnung der
Sensorstäbe 10 und 1 1 im Ringspaltabschnitt 3.1 entsprechen denen der in Fig. 1 gezeigten Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge. Mit den in Fig. 3 dargestellten Mitteln zur Bestimmung der durch einen Ringspalt 3 strömenden Verbrennungsluftmenge wird, wie zu den Fig. 1 und 2 beschrieben, mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13 eine im Winkel von α = 45° zur Längsachse 4 gerichtete Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 bestimmt. Die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird durch Multiplikation der mit der Korrelationsmesseinrichtung 13 bestimmten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v mit sin a, also sin 45°, berechnet. Mit der so berechneten Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes im Ringspaltabschnitt 3.1 in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 wird dann mit der Querschnittsfläche des Ringspaltabschnittes 3.1 die dem Brenner 1 zugeführte Verbrennungsluftmenge bestimmt.
Fig. 4a zeigt eine Anordnung mit zwei Paaren korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. Die korrespondierenden Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sind in ihrer Längsrichtung in einem Winkel a-, = 45° zur Längsachse 4 und die korrespondierenden Sensorstäbe 0.2 und 1 1 .2 in ihrer Längsrichtung in einem Winkel a2 = 90° zur Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 auf der äußeren Wandung des Brenners 1 angeordnet. Die beiden Paare korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. sind elektrisch jeweils mit einer Korrelationsmesseinrichtung 13.1 bzw. 13.2 verbunden. Fig. 4b zeigt eine Abwicklung dieses Abschnittes des Ringspaltes 3.1 mit den auf der äußeren Wandung des Brenners 1 angeordneten zwei Paaren korrespondierender Sensorstäbe 10.1 und 1 1 .1 sowie 10.2 und 1 1 .2. Neben der Bestimmung der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse 4 des Ringspaltabschnittes 3.1 und dann folgend der Berechnung der dem Bren- ner zugeführten Verbrennungsluftmenge kann mit dieser Anordnung der
Drallwinkel γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes ermittelt werden, wenn der Drallwinkel γ die Bedingung (90° - αχ) > γ > (90° - α2) erfüllt. Dazu werden durch Auswertung der an den Sensorstäben 10.1 und 1 1 .1 generierten elektrischen Signale mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13.1 die Komponente v-, der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes und durch Auswertung der an den Sensorstäbe 10.2 und 1 .2 generierten elektrischen Signale mittels der Korrelationsmesseinrichtung 13.2 die Komponente v2 der Strömungsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes bestimmt.
Anhand von Fig. 4b wird nachfolgend beispielhaft die Ermittlung des Drallwinkels γ eines eine Drallströmung aufweisenden Verbrennungsluftstromes beschrieben. Der zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Komponente v-! der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel ß ergibt sich nach der Beziehung ß = 90° - α-ι - γ bzw. mit a-, = 45° ergibt sich ß = 45° - γ. Der zwischen der Strö- mungsgeschwindigkeit v und der Komponente v2 der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel ergibt sich nach der Beziehung 90° - α2 + γ bzw. mit a2 = 90° ergibt sich, dass der zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v und der Komponente v2 der Strömungsgeschwindigkeit v eingeschlossene Winkel gleich dem Drallwinkel γ ist. Die mit den korrespondierenden Sensorstäben 10.1 und 1 .1 und der Korrelationsmesseinrichtung 13.1 bestimmte Komponente v-, der
Strömumgsgeschwindigkeit v wird durch die Gleichung
V-, = cos (45° - γ) · v oder v-, = (cos 45° · cos γ + sin 45° · sin γ) · v (1 )
beschrieben. Die mit den korrespondierenden Sensorstäben 10.2 und 1 1 .2 und der Korrelationsmesseinrichtung 13.2 bestimmte Komponente v2 der Strömumgsge- schwindigkeit v wird durch die Gleichung
v2 = cos γ · v oder cos γ = v2 / v (2)
beschrieben. Durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (1) erhält man v-, = (cos 45° + sin 45° · sin γ / cos γ) · v2 , (3)
durch Umformung von Gleichung (3) erhält man
v-| /v2 = cos 45° + sin 45° » tan Y bzw. tan Y = (v1 / v2 - cos 45°) / sin 45°.
Der Drallwinkel kann somit aus den beiden bestimmten Komponenten v-, und v2 der Strömumgsgeschwindigkeit v des Verbrennungsluftstromes nach der Gleichung γ = arctan ((v-, / v2 - cos 45°) / sin 45°)
errechnet werden. Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 - Brenner
2 - Rohrleitung
3 - Ringspalt
3.1 - Ringspalt, Ringspaltabschnitt
4 - Längsachse
5 - Einziehung
6 - Leitschaufeln
7 - Pfeil, Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes
8 - Pfeil, Drehrichtung der Drallströmung
9 - Pfeil, Komponente des Verbrennungsluftstromes parallel zur
Längsachse 4
10 - Sensorstab
10.1 - Sensorstab
10.2 - Sensorstab
1 1 - Sensorstab
1 1 .1 - Sensorstab
1 1 .2 - Sensorstab
12 - Stützbock
13 - Korrelationsmesseinrichtung
13.1 - Korrelationsmesseinrichtung
13.2 - Korrelationsmesseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in einer Kraftwerks- feuerungsanlage mit mehreren in einer Wand eines Feuerungsraumes angeordneten Brennern (1), bei denen die Zuführung der Verbrennungsluft über einen oder mehrere den Brenner (1 ) konzentrisch umgebende/n Ringspalt/e (3) erfolgt und der Brenner (1 ) Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die Ringspalt/e (3) in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungslusftmenge aufweist, mindestens umfassend Mittel zur Erfassung der einem Brenner (1 ) zugeführten Brennstoffmenge sowie Mittel zur Bestimmung der durch den oder die Ringspalt/e (3) strömenden Verbrennungsluftmenge, wobei die Einrichtung zur Steuerung des Verbrennungsprozesses derart ausgebildet ist, dass für jedes Mittel zur Beeinflussung der Menge der durch den oder die einen Brenner (1 ) umgebende/n Ringspalt/e (3) in den Feuerungsraum strömenden Verbrennungsluftmenge Stellsignale generiert werden, um so die durch jeden Ringspalt (3) strömende Verbrennungsluftmenge zu beeinflussen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zur Bestimmung der durch einen Ringspalt (3, 3.1 ) strömenden Verbren- nungsluftmenge mindestens umfassen zwei im Ringspalt (3, 3.1) quer zur
Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1 ) oder in einem Winkel α zur Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1 ) mit 30° < < 90° und in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes hintereinander und parallel mit einem Abstand a beabstandet zueinander, ein korrespondierendes Paar bildend, aus elektrisch leitfähi- gern Material bestehende Sensorstäbe (10, 1 1 ), die elektrisch isoliert gegenüber den den Ringspalt (3, 3.1) ausbildenden Wandungen (1 , 2) angeordnet sind, wobei die Sensorstäbe (10, 1 1 ) in ihrer Form der Krümmung des Ringspaltes (3, 3.1 ) angepasst sind und eine Länge I von I > 20 mm, bevorzugt I > 200 mm, aufweisen und wobei die Sensorstäbe (10, 1 1 ) elektrisch mit einer
Korrelationsmesseinrichtung (13) verbunden sind, mittels derer durch Auswertung der durch elektrische Influenz, die von an den Sensorstäben (10, 1 1 ) vorbeifliegenden, im Verbrennungsluftstrom transportierten elektrisch geladenen Partikeln bewirkt wird, auf den Sensorstäben (10, 1 1 ) erzeugten elektrischen Signale die Strömungsgeschwindigkeit (v) des Verbrennungsluftstromes orthogonal zur Längsrichtung der Sensorstäbe (10, 1 1 ) bestimmt wird, wobei für den Fall, dass die Sensorstäbe (10, 1 1 ) nicht quer zur Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1 ) angeordnet sind, eine Komponente (v2) der Strömungsgeschwindigkeit (v) des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1 ) errechnet und ausgehend von der Komponente (v2) der Strömungsgeschwindigkeit (v) des Verbrennungsluftstromes in Richtung der Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1 ) errechnet wird und anhand der geometrischen Abmessungen der Querschnittsfläche des Ringspaltes (3, 3.1 ) die durch den Ringspalt (3, 3.1 ) strö- mende Verbrennungsluftmenge bestimmt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ein korrespondierendes Paar bildenden Sensorstäbe (10, 1 1 ) mit jeweils glei- ehern über die Länge jedes Sonsorstabes (10, 1 1 ) konstantem Abstand c, d beabstandet zu den beiden den Ringspalt (3, 3.1 ) ausbildenden Wandungen (1 , 2) im Ringspalt (3, 3.1 ) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Falle der Anordnung einer Luftleiteinrichtung (6) zur Erzeugung einer Drallströmung des Verbrennungsluftstromes die Sensorstäbe (10, 1 1 ) in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes nach der Luftleiteinrichtung (6) im
Ringspalt (3, 3.1 ) angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ein korrespondierendes Paar bildenden Sensorstäbe (10, 1 1 ) parallel zueinander verschoben angeordnet sind, derart, dass mindestens ein Teil der am in Strö- mungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes ersten Sensorstab (10) des korrespondierenden Paares vorbeiströmenden Verbrennungsluft auch am in Strömungsrichtung (7) des Verbrennungsluftstromes zweiten Sensorstab (1 1 ) des korrespondierenden Paares vorbeiströmt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Ringspalt (3, 3.1 ) zwei Paare korrespondierender Sensorstäbe (10.1 , 1 1 .1 und 10.2, 1 1 .2) angeordnet sind, wobei die beiden Paare korrespondierender Sensorstäbe (10.1 , 1 1 .1 und 10.2, 1 1 .2) in einem unterschiedlichen Winkel α zur Längsachse (4) des Ringspaltes (3, 3.1) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sonsorstäbe (10, 1 1 ) als Rundstab mit einem Durchmesser D mit
1 mm < D < 20 mm oder als Vierkantstab mit einer Kantenlänge e in Richtung der Breite b des Ringspaltes mit 1 mm < e < 20 mm ausgebildet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sonsorstäbe (10,1 1 ) durch auf eine der beiden den Ringspalt (3, 3.1 ) ausbil- denden Wandungen (1 , 2) isoliert gegenüber der Wandung (1 , 2) innerhalb des Ringspaltes (3, 3.1 ) aufgeklebte Folienstreifen aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorstäbe (10, 1 1 ) in Längsrichtung segmentiert ausgebildet sind, wobei entweder die Segmente der Sensorstäbe (10, 1 1) elektrisch als Reihenschaltung miteinander verbunden sind und die Reihenschaltungen der Sensorstäbe (10, 1 1 ) elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung (13) verbunden sind oder die Segmente der Sensorstäbe (10, 1 1) elektrisch mit einer Korrelationsmesseinrichtung (13) verbunden sind.
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