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Anordnung zur Überwachung des Betriebes einer Feuerungsanlage Das
Hauptpatent 812 336 hat ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes einer
Feuerungsanlage zum Gegenstand, wonach die Regelung wenigstens eines der an der
Verbrennung beteiligten Medien (Brennstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Luftüberschuß
durchgeführt wird. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, daß der als
Leitgröße dienende Luftüberschuß n durch Messung der Nutzwärme E2 und der Rauchgasmenge
Go in Nms je Sekunde sowie der Temperatur der Abgase tg nach der Beziehung .
ermittelt wird; hierin bezeichnet k1 den Anteil der Abgaswärme Ei und der Nutzwärme
EZ an der in Wärme umgesetzten Brennstoffenergie, k2 einen Faktor, der dem Quotienten
aus dem unteren Heizwert
.des Brennstoffs Hu und der zur Verbrennung
benötigten spezifischen Luftmenge entspricht
wobei tgo die mittlere Rauchgastemperatur (eine konstante Bezugstemperatur der Rauchgase;
sie wird für jeden Kessel besonders bestimmt, und zwar bei einer mittleren Belastung
des Kessels in Verbindung mit der Eichung der Rauchgasdüse), tl die Lufttemperatur,
- Cpm die mittlere spezifische Wärme der Rauchgase zwischen o° und tg in kcal/Nm3
Rauchgas, [(i -f- k3 (tg-tgo1 den Einfluß von Änderungen der Rauchgastemperatur
tg auf die Rauchgasmenge G, und schließlich V, und L, die spezifischen Volumen von
Rauchgas und Luft für den Luftüberschuß n = i,o bedeuten.
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Zur Vereinfachung wurde mit dem Hauptpatent in Verbindung mit Dampfkesselfeuerungen
vorgeschlagen, daß zur Messung der Nutzwärme E2 die Dampferzeugungswärme durch Messung
der Dampfmenge mit Hilfe eines Differenzdruckmessers ohne Temperaturberichtigung
unter Zugrundelegung einer konstanten mittleren Dampftemperatur berücksichtigt wird.
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Zum Gegenstand des Hauptpatents gehört des weiteren eine Anordnung
für die Durchführung des vorgenannten Verfahrens, bei welcher zur Vereinfachung
der Messungen eine konstante mittlere Rauchgastemperatur unterstellt wird und welche
einerseits selbständige Meßeinrichtungen für die' Rauchgasmenge G, und die Nutzwärme
E2 umfaßt und andererseits eine Hilfseinrichtung in Form eines Schaubildes enthält,
welches mittels eines Koordinatensystems die Beziehung zwischen Rauchgasmenge Ga
und Nutzwärme E2 veranschaulicht und eine durch den Nullpunkt des Koordinatensystems
gehende Schar von Linien aufweist, die jeweils die Punkte gleichen Luftüberschusses
bzw. gleichen CO2-oder 02 Gehaltes angeben. Nach einer besonderen Ausführung der
Hilfseinrichtung kann diese Linienschar durch-einen schwenkbaren Meßfaden und eine
außerhalb des Schaubildes liegende Skala, welche die Werte für den Luftüberschuß
bzw. den C02 oder OZ Gehalt angibt, ersetzt sein. Es empfiehlt sich, in das Schaubild
eine Kennlinie einzutragen, welche die Sollwerte für die Rauchgasmenge G, und Nutzwärme-E2
bei dem jeweils optimalen Wert des Luftüberschusses bzw. des C02- oder 02 Gehaltes
angibt.
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Bei der vereinfachenden Unterstellung, daß die Rauchgastemperatur
konstant- bleibt, kommt das Glied in der Formel (a) [i -i- k3 - (tg-tgo)]
in Fortfall, da es gleich i wird. Die Formel für den Luftüberschuß lautet infolgedessen
Die Erfindung hat zum Ziel, die aus den Meßeinrichtungen für G, und' E2 sowie der
erwähnten Hilfseinrichtung bestehende Anordnung so umzustellen, daß der Wirkungsgrad
77 als Leitgröße für die Überwachung des Betriebes verfügbar gemacht wird..
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Die Erfindung empfiehlt .dazu, daß neben den selbständigen Meßeinrichtungen
für Rauchgas G, und Nutzwärme E2 eine Meßeinrichtung für die Differenz zwischen
Rauchgastemperatur tg und Lufttemperatur tl vorgesehen ist und daß das als Hilfseinrichtung
dienende Schaubild,für die Veranschaulichung der Beziehung zwischen G, und E2 außer
einer durch den Nullpunkt gehenden Schar von aus Punkten gleicher Werte von n bzw.
C02 oder 02 bestehenden Linien eine Schar von Linien gleicher ii-Werte bei unterschiedlicher
Temperaturdifferenz aufweist in solcher Lage und Ausführung, daß jeder Schnittpunkt
zwischen Linien der -beiden Linienscharen der folgenden Beziehung entspricht
worin a den Verlust der Feuerungsanlage durch Leitung-Strahlung . und Unverbranntes
bezeichnet.
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Wie beim Gegenstand des Hauptpatents kann die Linienschar der n-Werte
bzw. der C 02 oder 02 Werte durch einen schwenkbaren Meßfaden und eine außerhalb
des Schaubildes liegende Skala, welche die Werte für n bzw. CO, oder 02 angibt,
ersetzt sein.
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Der Erfindung liegt folgende Überlegung zugrunde: Wenn 17, Va und
a den Kesselwirkungsgrad, den Abgasverlust und die Restverluste eines Kessels durch
Leitung und Strahlung und Unverbranntes in Prozent bedeuten, so besteht die Beziehung
21 + Va + a = ioo. Bezeichnet man mit E die gesamte zugeführte Brennstoffenergie
in kcal/s und mit El die Abgaswärme in kcal/s, so ist der Abgasverlust Va
Die Summe aus Nutz- und Abgaswärme entspricht stets (ioo-a) Prozent der gesamten
zugeführten Brennstoffenergie E in kcal/s; das bedeutet
Hieraus ergibt sich als Wert für die zugeführte Brennstoffenergie E
Damit wird
oder
Hieraus folgt
Die oben aufgeführte Gleichung (b) für den Luftüberschuß n läßt sich umformen in
Durch Erweiterung der rechten Seite mit (tg - tl) - CPm und unter
Berücksichtigung, daß El = G - (tg - tl) - CPm ist, erhält
man
Führt man hierin für
den Wert
ein, so erhält man schließlich
Da aber Va = (zoo - a) - 21 ist, ist
Löst man diese Gleichung nach 71 auf, so erhält man
oder
wie es der Gleichung (c) entspricht.
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Diese Beziehung für #I zeigt, daß der Kesselwirkungsgrad als eine
Funktion zweier Variablen, nämlich der Differenz von Rauchgas- und Lufttemperatur
und dem Luftüberschuß n dargestellt werden kann. Die Werte (zoo - a), Cpm,
k1, k2 und k, sind bei gleichem Brennstoff konstant.
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Eine praktische Auswertung der .erläuterten Beziehung für r ist in
der Zeichnung veranschaulicht, welche ein Hilfsschaubild zeigt. Dieses Hilfsschaubild
bildet zusammen mit den Meßeinrichtungen für die Rauchgasmenge Ga, die Nutzwärme
EZ und die Temperaturdifferenz (tg - 1l) die Anordnung gemäß der Erfindung.
Das Hauptkoordinatensystem der Hilfseinrichtung ist für die Darstellung der Beziehung
zwischen Rauchgasmenge und Nutzwärme bzw. Dampfmenge eingerichtet, wobei ein durch
den Nullpunkt gehender Meßfaden a und eine Skala b als Ergänzung vorgesehen
sind. Die Skala b ist als Doppelskala ausgeführt, welche auf der rechten Seite die
Werte für den Luftüberschuß und auf der linken Seite die C02 Werte angibt. Mit Hilfe
des Meßfadens a und der Skala b.läßt sich für jede Messung der Rauchgasmenge und
der Dampfmenge ein zugehöriger Wert für den Luftüberschuß oder den C 02 Gehalt feststellen,
der die Beurteilungsgrundlage für die Feuerführung bildet. Zur Erleichterung der
Beurteilung empfiehlt es sich, in das Hauptschaubild eine Kennlinie c einzutragen,
welche die Sollwerte für die Rauchgasmenge bei jeder Kesselbelastung angibt und
daher eine Kontrolle des jeweils an der Skala b abgelesenen Weites erlaubt.
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Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist das Hauptschaubild der Hilfseinrichtung
durch ein zusätzliches Schaubild ergänzt, welches Kurven gleicher 77-Werte bei unterschiedlicher
Rauchgastemperatur bzw. Temperaturdifferenz enthält. Dieses zusätzliche Schaubild
ist so angeordnet und ausgeführt, daß jeder Schnittpunkt zwischen seiner Linienschar
und dem Meß-, faden a der weiter oben entwickelten Beziehung der Formel (c) entspricht.
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Die Hilfseinrichtung wird wie folgt gehandhabt: Nach Ablesung der
Meßwerte für G, und E2 wird der Meßfaden a. eingestellt, der mit Hilfe der Sollwertkurve
c und der Skala b die Feststellung erlaubt, ob der angezeigte n-Wett dem Sollwert-
entspricht. Der 27-Wert ergibt sich aus dem Schnittpunkt des Meßfadens p mit derjenigen
Ordinate des zusätzlichen Schaubildes, welche der gemessenen 'Rauchgastemperatur
bzw. Temperaturdifferenz entspricht. Das zusätzliche
Schaubild
gibt dabei an, ob der optimale Wirkungsgrad erreicht ist oder nicht. Für den letztgenannten
Fall bietet das Schaubild eine Beurteilungsgrundlage für die zur Wirkungsgradsteigerung
verfügbaren Möglichkeiten.
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Die aus Linien gleicher2i-Werte bestehende Linienschar ist zugleich
ein Schaubild für die gleichen Va-Werte, d. h. für gleiche Werte des Abgasverlustes.
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Dies- ergibt sich aus der weiter oben angegebenen Beziehung 77 + ha
+ a-= roo. Das aus der Linienschar bestehende Schaubild ermöglicht daher sowohl
die Beurteilung der Feuerführung nach -dem erwünschten Wirkungsgrad als auch hinsichtlich
des erwünschten Abgasverlustes.