EP4058727B1 - Method for controlling the combustion in furnace systems - Google Patents
Method for controlling the combustion in furnace systemsInfo
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- EP4058727B1 EP4058727B1 EP20804255.6A EP20804255A EP4058727B1 EP 4058727 B1 EP4058727 B1 EP 4058727B1 EP 20804255 A EP20804255 A EP 20804255A EP 4058727 B1 EP4058727 B1 EP 4058727B1
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23B60/00—Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving
- F23B60/02—Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving with combustion air supplied through a grate
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L13/00—Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23N3/00—Regulating air supply or draught
- F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
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- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N3/00—Regulating air supply or draught
- F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
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- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples
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- F23N2235/10—Air or combustion gas valves or dampers power assisted, e.g. using electric motors
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- F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
- F24B1/00—Stoves or ranges
- F24B1/02—Closed stoves
- F24B1/028—Closed stoves with means for regulating combustion
Definitions
- the invention relates to a method for controlling the combustion of solid fuels in combustion plants, for example in single-room combustion plants or manually fed single-room combustion plants
- Various measures are known for improving combustion and emissions performance in single-room combustion systems.
- Combustion-related, design-related, and control-related measures, as well as integrated technologies based on catalytic and thermal effects, can be used to improve combustion and emissions performance in single-room combustion systems.
- the combustion principle in single-room combustion systems plays a major role in combustion and emission behavior. Optimization of combustion and emission behavior can be achieved through automatic feeding, where the fuel throughput and the corresponding combustion air quantity can be precisely and accurately adjusted. Automatic feeding of logs is technically possible, but due to the The framework, application, and operating conditions of single-room combustion systems cannot be implemented. Manual feeding through a lock system without opening the combustion chamber door, thus abruptly cooling the combustion chamber, is technically feasible and can also be implemented in single-room combustion systems.
- the lock system not only keeps the combustion chamber warm but also stabilizes the pressure conditions there so that no flue gas or pollutant contamination can occur in the installation room, regardless of the pressure and flow conditions in the combustion system. Furthermore, the lock system enables uniform feeding (loading regime), which significantly reduces emissions.
- combustion process takes place differently depending on the type of combustion air supply to the combustion chamber and its flow direction and shape to the fuel.
- a combustion process can be described as favorable if it produces a fuel gas with favorable combustion properties and sufficient heat for oxidation.
- Both high-energy (strong) and low-energy (weak) fuel gases lead to unfavorable combustion with numerous pollutants.
- supplying combustion air to the lower area of the ember bed leads to uncontrolled gasification, which requires a regulated, precise supply of secondary air. Without an appropriately regulated secondary air supply, incomplete combustion occurs.
- a better design of the combustion process also includes staging the combustion air, so that not only controlled gasification but also rapid cooling of the active reaction zone can be avoided.
- the design and flow-related measures are measures that ensure favorable flow conditions with optimal oxidation conditions in the active reaction zone over a longer period of time during the burnup.
- the shape, volume, and geometry of the combustion chamber and the afterburner chamber with the downstream exhaust flues play a major role.
- the correct positioning and distribution of the primary and secondary air openings contributes significantly to stabilization and, consequently, to improving combustion quality.
- An optimal design can be calculated and determined using flow simulation.
- Combustion can also be controlled by control engineering measures.
- the combustion process in single-room combustion systems is controlled exclusively by regulating the combustion air, which must ensure controlled thermal conversion of the fuel with proper combustion.
- the control is intended to prevent the combustion process from experiencing either oxygen deficiency or excess oxygen. Furthermore, it is intended to ensure more controlled heat release, thus achieving high heat utilization efficiency with a high level of thermal comfort.
- Integrated technologies are also known. These are usually installed in the combustion plant upstream of the heat exchanger or heat dissipation system. Their main function is to support the oxidation process. Integrated technologies can be divided into thermal and catalytic processes: In the catalytic oxidation process, the exhaust gas is fed into the catalytically coated structure (granulate bed, foam structure made of oxide and non-oxide ceramics, honeycomb, wire mesh or wire mesh). The combustible pollutants contained in the exhaust gas, such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (C n H m , VOCs, PAHs), come into contact with the catalytically active surface of the catalyst. In the presence of oxygen, the oxidation reactions can take place through the catalyst at temperatures exceeding 300°C.
- CO carbon monoxide
- hydrocarbons C n H m , VOCs, PAHs
- Catalytic oxidation processes when used in biomass combustion, have the disadvantage that catalytic poisoning occurs during the combustion of unsuitable fuels due to high levels of undesirable pollutants (such as halogens, sulfur, polymers, tar, soot, and other aerosols). This steadily reduces the catalytic effect and eventually completely eliminates it. Furthermore, the catalytic coating (including the washcoat) is damaged during operation or after several hours of operation due to high thermal and mechanical stress (erosion by dust or high exhaust gas velocities) as well as significant temperature changes (from approximately 250°C to approximately 900°C).
- pollutants such as halogens, sulfur, polymers, tar, soot, and other aerosols
- controllers in manually operated single-room heating systems leads to a corresponding increase in acquisition costs and requires a new warranty concept.
- controllers prone to failure lead to adverse economic consequences.
- sensitive sensors such as lambda sensors should therefore be avoided.
- a key consideration for controllers is the need for a power supply.
- the dependence of manually operated single-room heating systems on electricity has so far been undesirable for both manufacturers and users. Therefore, for marketing reasons, such fireplaces should be independent of electricity or supply themselves with the necessary electricity.
- Current technology offers two technical options. The first option generates electricity (up to 250 watts) using thermal energy (thermoelectrics), while the second option uses solar panels. Both options require a storage unit. When using lambda sensors or similar sensors with high power consumption, the use of household electricity is unavoidable.
- the EP 2 208 938 A2 discloses measuring the ember bed temperature, the exhaust gas temperature and the residual oxygen in the exhaust gas and then regulating primary and secondary combustion air by a control module depending on the measured values.
- the EP 0 624 756 A1 shows the measurement of the exhaust gas temperature and the control of the combustion so that a specified target value of the exhaust gas temperature is reached and maintained.
- the invention is therefore based on the object of providing a method for controlling combustion in a single-room combustion system and a device therefor, which does not have the disadvantages of the prior art and with which, in particular, a safe and sustainable reduction of pollutant emissions, heat production suitable for mining and an increase in efficiency can be achieved.
- a method for controlling the combustion of solid fuels in combustion plants for example single-room combustion plants, such as manually fed single-room combustion plants, is proposed, which is characterized in that an oxygen co-value is determined from the temperature in a combustion chamber area and/or in the exhaust gas flues of the combustion plant and possibly in the exhaust gas as well as via an energy balance of the combustion process in the combustion plant, the combustion air and the exhaust gas, with which the primary and secondary combustion air flows and thus the thermal Performance and combustion quality can be regulated.
- This regulation can be done quickly.
- an oxygen coefficient is to be defined as a value that provides direct information about the oxygen content in the active oxidation zone or the oxygen requirement for proper combustion.
- the optimal temperature measurement area for control purposes is the first flue after the flue baffle plate in the combustion chamber. This reduces the influence of the ember bed's heat radiation on the temperature measurement and protects the temperature sensors from thermal stress, especially when using unsuitable fuels.
- control concept is technically designed to serve as a cross-manufacturer standard application or a universal standard solution. It can therefore be used not only for new but also for existing single-room heating systems with reasonable effort.
- the method according to the invention achieves a safe and sustainable reduction of pollutant emissions, an increase in the efficiency of the thermal conversion of the fuel, and an improvement in the efficiency through demand-oriented heat production by permanently monitoring the ambient temperature:
- By controlling the combustion process low-pollutant and efficient combustion is ensured through a more precise supply of combustion air.
- By presenting and Operational monitoring allows operators to digitally explain optimal operation of the combustion system in an intuitive and simple way, and combustion quality can be detected and evaluated.
- the optimal operation of the combustion system is determined by evaluating combustion quality thanks to the intelligent control system. It is possible to collect statistical data and evaluate the functionality of the combustion systems in practice.
- the method according to the invention is based on an energy balance method. This involves comparisons of the energies of the components before and after combustion. A detailed description follows below.
- robust temperature sensors can be used in the combustion chamber area and, if applicable, in the exhaust gas system. With these sensors, an oxygen signal and thus an oxygen coefficient can be generated via an energy balance in the combustion chamber with the aid of parameterizable algorithms. This signal can be used for rapid/immediate control of the combustion process.
- the method according to the invention it is advantageous to record the temperatures in the combustion chamber area and/or in the first exhaust gas flue of the first exhaust gas baffle plate at at least one point for the energy balance and in the installation room for demand-oriented heat production in order to increase utilization efficiency and to use this for control purposes.
- the signals generated by the temperature sensor can be used to generate a virtual signal (the so-called emissions reference value: ERW signal) using additional intelligent algorithms, which is used to evaluate operation.
- ERW signal the so-called emissions reference value:
- the integral and differential development of the ERW value over time describes a process behavior that can be used to draw conclusions about combustion quality and the causes of both negative and positive cases.
- the temperature in the combustion chamber can be measured at at least one, for example two different locations.
- the The temperature in the combustion chamber and, if necessary, the temperature in the flue gas can also be measured at two locations.
- the temperature sensors mentioned above can be used for these measurements. This makes it possible to determine the temperatures particularly reliably.
- the regulation of primary air can be adjusted in relation to the desired combustion output or to set favorable temperatures in the combustion chamber area for efficient and low-emission combustion.
- the amount of primary air supplied to the combustion process determines the intensity of the thermal conversion of the fuel and thus the thermal output of the combustion system.
- Grate air can be supplied in addition to the glass purge air if the latter is insufficient for combustion, such as when burning damp or very thick logs or when burning coal.
- the secondary air can be supplied in such a way that the oxygen content in the combustion chamber area is as close to a favorable range as possible, such as approximately 7 vol.% to approximately 10 vol.%, for example, approximately 8 vol.% to approximately 9 vol.% for optimal post-oxidation.
- the virtual oxygen signal can be used for control, which can be generated every second by the algorithms based on the measured temperatures.
- temperature-based control includes not only low production costs and longevity, but also the parameterizable algorithms, which allow for easy programming adjustments and universal use of the controller without any software changes.
- the parameterization factors take all relevant process specifications into account.
- a combustion can be represented schematically as follows: C + O 2 -> CO 2 + heat
- the fuel can be described as follows: m ⁇ A ⁇ H u + m ⁇ B ⁇ c B ⁇ ⁇ L
- the combustion air can be represented as follows: V ⁇ L ⁇ c P , L ⁇ ⁇ L
- the exhaust gas can be represented by the following formula: V ⁇ R ⁇ c P , R ⁇ ⁇ R
- ⁇ A fuel mass flow [kg/s]
- H u calorific value of the fuel
- V ⁇ L specific combustion air quantity [Nm 3 /kg fuel]
- ⁇ L temperature of the combustion air
- V ⁇ R specific flue gas quantity [Nm 3 /kg]
- c P,L specific heat capacity of the air under constant pressure
- c P,R specific heat capacity of the flue gas under constant pressure
- ⁇ R flue gas or combustion chamber temperature after completion of combustion
- c B specific heat capacity of the fuel
- ⁇ m fuel temperature during feeding.
- the combustion chamber or exhaust gas temperature ⁇ v described in formula 1 represents the maximum temperature that can be achieved in the combustion chamber area during the thermal conversion or combustion of the fuel, which is produced under adiabatic conditions or without any heat losses and with the supply of stoichiometric combustion air quantity (lambda: 1).
- V R V R , min + ⁇ ⁇ 1 ⁇ L min
- the calculation in formula 5 can also be done using the elemental composition of the fuel.
- the combustion air supply can be controlled directly by the oxygen coefficient. Determining or calculating the oxygen excess or oxygen coefficient is not mandatory in this case.
- CO 2 CO 2max - O 2 CO 2max : 19 vol.% to 21 vol.% (depending on the carbon content of the fuel)
- the calculations or factors for the mathematical function are determined by the system limits (maximum achievable temperature during real, proper combustion, temperature trends and changes during operation).
- Non-adiabatic combustion conditions in the furnace can be taken into account using the correction factor k F :
- the correction factor k F is defined, which calculates the heat dissipation. (unwanted heat losses) through the fireplace during the thermal conversion of fuel are taken into account.
- this factor can have a value between one and four. This value is determined by a function. The greater the heat emission or heat losses in the combustion chamber area (from the flame zone to the end of the post-oxidation chamber) before oxidation is complete, the higher the value of this factor.
- the functional parameters of the factor kF can, for example, be automatically determined in the software of a control unit by simply entering the technical data of the fireplace type.
- the correction factor k B takes into account the variation in fuel properties.
- the value of this factor varies and is calculated during combustion by an integrated function analogous to the factor k F , for example in an appropriately programmed control device, and changed in the control algorithms.
- the function of the correction factor k F is based on the combustion behavior or the changes in temperature over time in the combustion chamber area (d ⁇ F /dt). In large order, the faster the combustion chamber temperature rises, the higher the value of the factor k B . Furthermore, the slower the combustion chamber temperature rises, the lower the value of the factor k B . k B can have values from 0.80 to 1.2.
- the factors k F and k B are also dependent on each other. This dependency is also determined and taken into account, for example by being integrated into the software of a control device.
- the factor k q plays only a minor role in regulating the combustion air supply and is not relevant for calculating the excess oxygen in the combustion chamber.
- the values of this factor are variable and result from an integral calculation or temporal change in the combustion chamber temperature with respect to a specific combustion operating point (d ⁇ F /dt)/d ⁇ ), where ⁇ describes a point in time or a time range from which or in which the evaluation of the combustion chamber temperature change d ⁇ F /dt takes place.
- the factor k q provides direct conclusions about the feeding regime (fuel quantity, number of logs fed, fineness of the fuel, etc.).
- formula 11 results, with which the excess air factor can be calculated parameterized by the factors k F and k B or by the temperature measurement in the combustion chamber area.
- ⁇ 1 + 17.000 ⁇ k B / 0 , 995 + 0 , 0002 ⁇ ⁇ R ⁇ k F ⁇ ⁇ R ⁇ k F ⁇ 0 , 241 ⁇ 17.000 ⁇ k B / 1.000 + 0 , 5 ⁇ 0 , 217 ⁇ H u ⁇ k B / 1.000 + 1 , 67 / 0 , 241 ⁇ H u ⁇ k B / 1.000 + 0 , 5
- Equation 12 can be supplemented by the correction factor k s . It takes into account the ratio of primary air (SSL-PL) to Secondary air (SSL-SL), which is generated from the pane purge air and generally depends on the height of the viewing pane H s . The following applies: the higher the viewing pane of the fireplace (H s ), the more the pane purge air can act as primary air.
- Formula 11 and formula 12 respectively form the basis for controlling combustion plants using temperature measurement in the combustion chamber area and the energy balance method according to the method according to the invention.
- the parameters specified above are used to determine the oxygen demand and supply it accordingly to the process, as well as to adjust the optimal oxidation temperatures in the active reaction zone so that proper combustion and consequently operation of the combustion plant can be ensured.
- the calculation of the oxygen coefficient by the energy balance method can be carried out not only for the secondary air supply, but is also useful for identifying the limits of the primary air actuator and reducing the primary air (gasification air regardless of how it is supplied to the fireplace - through the grate, from the side, or via the fuel)) accordingly and in a timely manner, thus preventing the combustion from falling into oxygen deficiency.
- the normative combustion calculations can be taken into account or used for the regulations.
- the method according to the invention can be carried out automatically.
- the control interventions can therefore be carried out automatically. This can be done, for example, by means of a control unit in which the above formulas are stored in appropriate software, including the correction parameters that may need to be entered.
- the temperature values from the combustion chamber area and/or the exhaust gas are then transmitted to this control unit.
- the supply of primary and/or secondary air can be automatically regulated by a controller.
- the present invention further provides a device with which this control of the supply of primary and/or secondary air can be carried out in a particularly advantageous manner, in particular with which the advantages described above can be achieved in a particularly favorable manner.
- the device according to the invention for supplying combustion air into the combustion chamber of a single-room combustion system is characterized in that it has a chamber which, on a first side, has a main duct for supplying ambient air and/or air from the chimney system and, on a second side, a pane purge air duct and a secondary air duct through which primary and/or secondary air can be conducted into the combustion chamber, wherein both the pane purge air duct and the secondary air duct are provided with a flap so that the pane purge air duct and the secondary air duct can be closed independently of one another, wherein the flaps are connected to a stepless motor so that the flaps can be moved continuously.
- the window purge air functions as primary (SSL-PL) and secondary air (SSL-SL).
- the first side of the chamber can be located opposite the second side of the chamber.
- Other configurations are also possible.
- the flaps can be designed as discs mounted at the air inlet of the primary duct and/or the secondary air duct.
- the flaps can regulate both the window purge air via the window purge air duct and the grate air via the grate air duct.
- the window purge air can be regulated, and from 100% to x%, the grate air can be regulated, where x is the percentage. Opening width of the flaps and is generally between 70% and 90% for an adequate design of the air supply ducts.
- the device can comprise at least one solar panel and/or a device for thermoelectric power generation and/or a regular power supply via a household socket.
- an intermediate power storage device e.g., a rechargeable battery, can be provided to ensure a secure power supply for the entire control system. In this way, the required power requirement of the device can be provided without great effort.
- the device may further comprise a control or regulating unit adapted to automatically control or regulate the air supply.
- Air dampers with stepless motors can be used to regulate the combustion air supply.
- the dampers regulate defined opening widths via two dampers, which can be designed, for example, as discs, installed at the air inlet of the separate air chambers or ducts.
- the two dampers are installed in a box or pipe system, which draws all combustion air via a main duct from the environment or, in the case of room-air-independent operation, from the chimney system.
- the negative pressure and boiler temperature in single-room combustion systems with water-bearing components, as safety-relevant variables, can be recorded using a built-in pressure switch or temperature sensor and integrated into the software accordingly.
- the primary air damper In the event of a power failure or technical defect, the primary air damper is technically rotated to the zero position, where the primary air opening is 100% closed.
- a mechanism for regulating the combustion air is provided. With this mechanism, when the primary air damper is moved back from a 40% position to 0% position, a mechanically locked safety air damper is simultaneously actuated. This creates a correspondingly large opening and thus supplies the combustion process with a sufficient amount of combustion air for safe combustion. This is only an example description of a technical possibility. It can also be implemented with other technical possibilities.
- the primary air damper can be controlled in normal operation over 60% (between 40% and 100%) of the total opening width of the primary air, while the secondary air can be controlled from 0% to 100% of the opening width.
- Fig. 1 shows a manually fed single-room combustion system 10. It has a combustion chamber area 11 in which a fuel is burned.
- a pane purge air (SSL) and/or grate air (RL) can be introduced into the combustion chamber area 11 via a pane purge air duct 3
- secondary air (SL) can be introduced into the combustion chamber area 11 via a secondary air duct 4.
- the air flows are in Fig. 1 shown with arrows.
- Grate air can be introduced if the oxygen content of the pane purge air is not sufficient to initiate combustion sufficiently intensively to reach favorable temperatures for the oxidation reactions, such as in the case of the combustion of moist and/or thick logs or coal.
- the grate air can enter the combustion chamber area 11 from below through the grate.
- Fig. 1 The path of the grate air is in Fig. 1 shown with an arrow.
- Both the window purge air duct 3 and the secondary air duct 4 can be closed independently of one another using flaps 5, whereby these flaps can be continuously adjusted using motors 6, 7 to ensure precise control of the air supply.
- T 1 , T 2 In the combustion chamber area 11 there are two temperature sensors T 1 , T 2 , which can be provided, for example, on the baffle plate.
- temperature sensors can be mounted in the first flue after the flue baffle plate. However, this is only an example of a location where the temperature sensors T 1 , T 2 can be provided. They can of course also be located at other points in the combustion chamber area, such as in the flue pass.
- T Ab can also be another temperature sensor T Ab in the flue gas area, which measures the temperature in the flue gas.
- the ambient temperature T U in the installation room can be measured and taken into account for the control. Measuring the temperature of the flue gas provides more information, but it is not mandatory; it is optional.
- the measured temperature values are transmitted to the control unit 12 (control unit/microcontroller) (see dashed lines). Formulas and parameters are used to calculate the oxygen.
- the supply of primary air and/or secondary air can then be regulated by issuing appropriate commands to motors 6 and 7.
- the combustion air flows are as follows: SSL-SL: window purge air as secondary air; SSL-PL: window purge air as primary air; RL-PL: grate air as primary air; SL: secondary air.
- Fig. 2 The device according to the invention is shown in plan view, with which the supply of primary and/or secondary air into the combustion chamber area can be controlled.
- the device has a chamber 1, which has on a first side a main duct 2 for the supply of air and/or air from the chimney system (combustion air) (shown as an arrow) and on a second side a pane purge air duct 3 (SSL: pane purge air) and a secondary air duct 4 (SL: secondary air, such as O 2 ), wherein both the pane purge air duct 3 and the secondary air duct 4 are provided with a flap 5 (in Fig.
- the windshield scavenging air duct 3 and the secondary air duct 4 can be closed independently of one another, with the flaps 5 each being connected to a stepless motor 6, 7 so that the flaps 5 can be moved continuously. Furthermore, a grate air duct 13 is provided, with the grate air being regulated via the flap 5, which is connected to the motor 6 for the windshield scavenging air duct 3.
- the device further comprises a solar panel 8 with which the required power for operating the device can be generated.
- FIG. 3 The oxygen concentrations calculated according to the model equation and measured with a paramagnetic oxygen analysis during the combustion of beech logs in a prototype of a single-room combustion system from Hase are shown. Fig. 3 It can be seen that the oxygen concentrations in the exhaust gas calculated and measured on the basis of the model equation correlate and Thus, the model equation is very well suited for determining the oxygen content in the exhaust gas.
- the targeted control of the secondary air is carried out by an oxygen coefficient calculated using the energy balance method.
- the oxygen coefficient can be used to operate the primary air actuator within its optimal limits, thus preventing combustion from experiencing oxygen deficiency. This means that if the secondary air actuator reaches its maximum limit (flap 5 of stepper motor 6 (or secondary air actuator) 90% open; here, 10% as a reserve) and the calculated oxygen coefficient is still below the oxygen setpoint stored in the program, the primary air (RL-PL + SSL-PL) is reduced in time to prevent oxygen deficiency and thus incomplete combustion.
- a servo motor can also be used.
- the targeted control of the primary air is carried out to set a favorable temperature in the active reaction zone (combustion chamber + post-oxidation chamber) for an effective implementation of the oxidation reactions or a complete combustion.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung von festen Brennstoffen in Feuerungsanlagen, beispielsweise in Einzelraumfeuerungsanlagen bzw. handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlagen
Es sind verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung des Verbrennungs- und Emissionsverhaltens in Einzelraumfeuerungsanlagen bekannt. Zur Verbesserung des Verbrennungs- und Emissionsverhaltens in Einzelraumfeuerungsanlagen können sowohl verbrennungstechnische, konstruktive und regelungstechnische Maßnahmen als auch integrierte Technologien auf Basis der katalytischen und thermischen Wirkung eingesetzt werden.The invention relates to a method for controlling the combustion of solid fuels in combustion plants, for example in single-room combustion plants or manually fed single-room combustion plants
Various measures are known for improving combustion and emissions performance in single-room combustion systems. Combustion-related, design-related, and control-related measures, as well as integrated technologies based on catalytic and thermal effects, can be used to improve combustion and emissions performance in single-room combustion systems.
Das Verbrennungsprinzip bei den Einzelraumfeuerungsanlagen spielt eine große Rolle für das Verbrennungs- und Emissionsverhalten. Die Optimierung des Verbrennungs- und Emissionsverhaltens lässt sich durch eine automatische Beschickung erreichen, bei der der Brennstoffdurchsatz sowie die dazu passende Verbrennungsluftmenge genau und präzise eingestellt werden können. Eine automatische Beschickung von Scheithölzern ist zwar technisch möglich, lässt sich aber aufgrund der Rahmen-, Einsatz- und Betriebsbedingungen der Einzelraumfeuerungsanlagen nicht umsetzen. Eine manuelle Beschickung durch ein Schleusensystem, ohne die Feuerraumtür zu öffnen und somit den Feuerraum schlagartig zu kühlen ist technisch möglich und lässt sich auch in Einzelraumfeuerungsanlagen praktizieren. Durch das Schleusensystem wird nicht nur der Feuerraum warmgehalten, sondern die Druckverhältnisse dort so stabilisiert, dass kein Rauchgas bzw. keine Schadstoffbelastung im Aufstellraum unabhängig von den Druck- und Strömungsverhältnissen in der Feuerungsanlage auftreten können. Außerdem lässt sich durch das Schleusensystem eine einheitliche Beschickung (Auflageregime) realisieren, wodurch eine bedeutsame Minderung der Emissionen zu erreichen ist.The combustion principle in single-room combustion systems plays a major role in combustion and emission behavior. Optimization of combustion and emission behavior can be achieved through automatic feeding, where the fuel throughput and the corresponding combustion air quantity can be precisely and accurately adjusted. Automatic feeding of logs is technically possible, but due to the The framework, application, and operating conditions of single-room combustion systems cannot be implemented. Manual feeding through a lock system without opening the combustion chamber door, thus abruptly cooling the combustion chamber, is technically feasible and can also be implemented in single-room combustion systems. The lock system not only keeps the combustion chamber warm but also stabilizes the pressure conditions there so that no flue gas or pollutant contamination can occur in the installation room, regardless of the pressure and flow conditions in the combustion system. Furthermore, the lock system enables uniform feeding (loading regime), which significantly reduces emissions.
Je nach Art der Verbrennungsluftzufuhr in den Feuerraum und ihrer Strömungsrichtung und -form zu dem Brennstoff findet der Verbrennungsvorgang (Trocknung, Entgasung, Vergasung, Verbrennung vom Brenngas) unterschiedlich statt. Ein Verbrennungsvorgang darf als günstig bezeichnet werden, wenn dabei ein Brenngas mit günstigen verbrennungstechnischen Eigenschaften und ausreichend Wärme für die Oxidation entsteht. Sowohl energiereiche (starke) als auch energiearme (schwache) Brenngase führen zu einer ungünstigen Verbrennung mit zahlreichen Schadstoffen. Beispielsweise führt die Zufuhr der Verbrennungsluft in den unteren Bereich des Glutbetts zu einer unkontrollierten Vergasung, welche eine regulierte präzise Zufuhr der Sekundärluft erfordert. Ohne entsprechende geregelte Sekundärluftzufuhr entsteht eine unvollständige Verbrennung. Zu einer besseren Gestaltung des Verbrennungsvorgangs gehört außerdem die Stufung der Verbrennungsluft, so dass nicht nur kontrollierte Vergasung, sondern auch eine schnelle Abkühlung der aktiven Reaktionszone vermieden werden kann.Depending on the type of combustion air supply to the combustion chamber and its flow direction and shape to the fuel, the combustion process (drying, degassing, gasification, combustion of the fuel gas) takes place differently. A combustion process can be described as favorable if it produces a fuel gas with favorable combustion properties and sufficient heat for oxidation. Both high-energy (strong) and low-energy (weak) fuel gases lead to unfavorable combustion with numerous pollutants. For example, supplying combustion air to the lower area of the ember bed leads to uncontrolled gasification, which requires a regulated, precise supply of secondary air. Without an appropriately regulated secondary air supply, incomplete combustion occurs. A better design of the combustion process also includes staging the combustion air, so that not only controlled gasification but also rapid cooling of the active reaction zone can be avoided.
Bei den konstruktiven und strömungstechnischen Maßnahmen handelt es sich um Maßnahmen, mit denen günstige Strömungsverhältnisse mit optimalen Oxidationsbedingungen in der aktiven Reaktionszone über längere Zeit während des Abbrands sichergestellt werden können. Bei der Oxidation spielen die Form, das Volumen und die Geometrie des Feuerraums sowie der Nachbrennkammer mit den nachgeschalteten Abgaszügen eine große Rolle. Außerdem trägt eine richtige Positionierung und Verteilung der Primär- und Sekundärluftöffnungen zur Stabilisierung und folglich zur Verbesserung der Verbrennungsqualität massiv bei. Eine optimale Konstruktion lässt sich mit einer Strömungssimulation berechnen und festlegen.The design and flow-related measures are measures that ensure favorable flow conditions with optimal oxidation conditions in the active reaction zone over a longer period of time during the burnup. During the oxidation, the The shape, volume, and geometry of the combustion chamber and the afterburner chamber with the downstream exhaust flues play a major role. Furthermore, the correct positioning and distribution of the primary and secondary air openings contributes significantly to stabilization and, consequently, to improving combustion quality. An optimal design can be calculated and determined using flow simulation.
Die Verbrennung kann auch durch regelungstechnische Maßnahmen gesteuert werden.Combustion can also be controlled by control engineering measures.
Die Regelung des Verbrennungsprozesses in Einzelraumfeuerungsanlagen erfolgt ausschließlich durch die Regelung der Verbrennungsluft, wodurch eine kontrollierte thermische Umsetzung des Brennstoffs mit einer sachgemäßen Verbrennung gewährleistet werden muss. Durch die Regelung soll vermieden werden, dass der Verbrennungsprozess weder in Sauerstoffmangel noch in Sauerstoffüberschuss gerät. Außerdem soll dadurch die Wärmefreisetzung geregelter stattfinden, so dass ein hoher Wärmenutzungswirkungsgrad mit einer hohen thermischen Behaglichkeit erreicht werden kann.The combustion process in single-room combustion systems is controlled exclusively by regulating the combustion air, which must ensure controlled thermal conversion of the fuel with proper combustion. The control is intended to prevent the combustion process from experiencing either oxygen deficiency or excess oxygen. Furthermore, it is intended to ensure more controlled heat release, thus achieving high heat utilization efficiency with a high level of thermal comfort.
Ferner sind auch sogenannte integrierte Technologien bekannt. Diese werden in der Regel in der Feuerungsanlage vor dem Wärmetauscher bzw. der Wärmeabgabe eingebaut. Ihre Hauptaufgabe besteht in der Unterstützung des Oxidationsprozesses. Bei den integrierten Technologien ist zwischen thermischen und katalytischen Verfahren zu unterscheiden:
Bei den katalytischen Oxidationsverfahren wird das Abgas in die katalytisch beschichtete Struktur (Granulat-Schüttung, Schaumstruktur aus Oxid- und Nichtoxidkeramik, Waben, Drahtgewebe bzw. Drahtgestrick) geleitet. Die im Abgas enthaltenen, brennbaren Schadstoffe wie z. B. Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (CnHm, VOCs, PAKs) kommen mit der katalytisch-aktiven Oberfläche des Katalysators in Kontakt. In Anwesenheit von Sauerstoff können die Oxidationsreaktionen durch den Katalysator bereits bei einer Temperatur größer als 300°C stattfinden. Diese Schadstoffe werden durch Oxidation in Stoffe wie Wasser und Kohlenstoffdioxid überführt und dadurch toxikologisch gemildert. Der Katalysator wird im Zuge der Oxidation nicht verbraucht. Er sorgt ausschließlich dafür, dass die Reaktionen bei einem niedrigeren Temperaturniveau (schon bei 300°C statt bei 500°C) stattfinden.So-called integrated technologies are also known. These are usually installed in the combustion plant upstream of the heat exchanger or heat dissipation system. Their main function is to support the oxidation process. Integrated technologies can be divided into thermal and catalytic processes:
In the catalytic oxidation process, the exhaust gas is fed into the catalytically coated structure (granulate bed, foam structure made of oxide and non-oxide ceramics, honeycomb, wire mesh or wire mesh). The combustible pollutants contained in the exhaust gas, such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (C n H m , VOCs, PAHs), come into contact with the catalytically active surface of the catalyst. In the presence of oxygen, the oxidation reactions can take place through the catalyst at temperatures exceeding 300°C. These pollutants are converted into Substances such as water and carbon dioxide are converted into oxidizing agents, thereby reducing their toxicity. The catalyst is not consumed during the oxidation process. It simply ensures that the reactions take place at a lower temperature (as low as 300°C instead of 500°C).
Katalytische Oxidationsverfahren haben beim Einsatz in Biomassefeuerungen den Nachteil, dass eine katalytische Vergiftung bei der Verbrennung ungünstiger Brennstoffe aufgrund hoher Belastung durch unerwünschte Schadstoffe (wie z. B. Halogene, Schwefel, Polymere, Teer, Ruß und sonstige Aerosole) auftritt. Dadurch wird die katalytische Wirkung stetig verringert und mit der Zeit komplett aufgehoben. Außerdem wird die katalytische Beschichtung (auch das Washcoat) aufgrund hoher thermischer und mechanischer (Erosion durch die Stäube bzw. hohe Abgasgeschwindigkeiten) Belastung sowie starker Temperaturwechsel (von ca. 250 °C bis ca. 900 °C) während des Betriebs bzw. nach mehreren Betriebsstunden beschädigt. Wesentlich ist, dass ein Teil der katalytischen Beschichtung und Schwermetalle wie Platin, Rhodium und Palladium mit der Zeit abgetragen und über das Abgas in die Umgebung gelangen und Gesundheits- sowie Umweltprobleme verursachen können [nach
Die Einbautentechnik (für thermische Oxidationsverfahren) stellt eine Technologie dar, welche vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP im Rahmen eines von FNR geförderten Projekts entwickelt wurde. Das Wirkungsprinzip der Einbautentechnik beruht auf der Bereitstellung günstiger Oxidationsbedingungen während der Verbrennung innerhalb eines definierten Einbautenmoduls. Dieses Modul speichert während der Verbrennung ausreichend Energie in Form von Wärme und stellt sie automatisch für die thermische Oxidation zur Verfügung, wenn die Temperaturen während der Verbrennung unter bestimmte Grenzen (Abgastemperatur < Modultemperatur) absinken. Durch seine spezielle Architektur gewährleistet das Einbautenmodul eine intensive Durchmischung der brennbaren Abgasbestandteile mit der Verbrennungsluft sowie eine Verlängerung der aktiven Verweilzeit durch eine Mehrfachumlenkung bzw. Verwirbelung der Abgase. Die gespeicherte Energie (Wärme) soll die Oxidation nicht verbrannter Bestandteile im Abgas in den ungünstigen Betriebsphasen wie z. B. beim Auflegen von Holz ermöglichen sowie zu einem stabilen Verbrennungsvorgang unabhängig von der Dynamik des Verbrennungsprozesses führen. Die Einbautentechnik hat im Vergleich zu den derzeit eingesetzten Technologien zur Schadstoffminderung in Kleinfeuerungsanlagen eine Reihe von technischen und konzeptionellen Vorteilen, wodurch die Umsetzbarkeit in der Praxis gewährleistet werden kann. Zu diesen Vorteilen gehören vor allem die Gewährleistung eines sicheren Betriebs ohne Bedarf an intensiver Wartung (einmal alle zwei Jahre), Langlebigkeit (mind. 5 Jahre), niedrige spezifische Kosten (weniger als 1,5 € pro Kilowatt Anlagenleistung), hohe technische Integrationsfähigkeit sowie technische Flexibilität hinsichtlich des Aufbaus und des Betriebs und kein Bedarf an Betriebsenergie. Die Einbautentechnik hat eine besonders stabile Funktion sowohl im Bereich der Einzelraumfeuerungsanlagen als auch im Bereich von Biomasseheizkesseln gezeigt. Ausführliche Ergebnisse über diese Technik sind zu finden in: in Aleysa, M.; Weclas, M.; Leistner, Ph.: Korrelation der Filter-Reaktor-Architektur mit thermophysikalischen Funktionsbedingungen zur Erforschung und Entwicklung eines nichtkatalytischen 3D-porösen Filter-Reaktor-Systems für biomassebetrieben Kleinfeuerungsanlagen, Abschlussbericht eines von der deutschen Bundesstiftung (DBU) geförderten Projekts, AZ 30550, Stuttgart 2015, 59 S;
- Aleysa, M.; Leistner, Ph.: Verbesserung des Verbrennungs- und Emissionsverhaltens in biomassebetriebenen Einzelraumfeuerungsanlagen durch den Einsatz spezieller Einbauten, Abschlussbericht eines von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) geförderten Projekts, FKZ: 13NR104, Stuttgart 2016, 162 S;
- Aleysa, M., Leistner, Ph.: Low-Emission-Verbrennungssystem (LEVS) für die Verbrennung von festen Brennstoffen in Vergaserkesseln, Abschlussbericht über ein Forschungsprojekt gefördert vom Bundesministerium für Wirtshaft und Energie, FKZ: 03KB093A, Stuttgart 2017, 168 S; und
- Aleysa, M.: Konzeptionelle, konstruktive und regelungstechnische Maßnahmen zur Schadstoffminderung und Effizienzerhöhung von Scheitholzfeuerungen im Praxisbetrieb, Vortrag im 7. Fachkolloquium Maßnahmen und Technologien zur Feinstaubminderung aus Biomassefeuerungen, Stuttgart, 18. Mai 2017.
- Aleysa, M.; Leistner, Ph.: Improvement of combustion and emission behavior in biomass-fired single-room combustion systems through the use of special internals, final report of a project funded by the Agency for Renewable Resources (FNR), FKZ: 13NR104, Stuttgart 2016, 162 pp.
- Aleysa, M., Leistner, Ph.: Low-Emission Combustion System (LEVS) for the combustion of solid fuels in Gasification boilers, final report on a research project funded by the Federal Ministry of Economics and Energy, FKZ: 03KB093A, Stuttgart 2017, 168 p.; and
- Aleysa, M.: Conceptual, constructive, and control-related measures for pollutant reduction and efficiency improvement of log-fired combustion systems in practical operation, presentation at the 7th Expert Colloquium on Measures and Technologies for Particulate Matter Reduction from Biomass Combustion Systems, Stuttgart, May 18, 2017.
Verbrennungstechnische Regelung von handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlagen stellt ein aktuelles und forschungsbedürftiges Thema dar. Die Regelung des Verbrennungsprozesses in solchen Feuerungsanlagen ist aufgrund der primitiven Konstruktion und der nicht automatisierbaren Brennstoffbeschickung sehr schwierig und erfordert die Entwicklung neuartiger Regelphilosophien.Combustion control of manually fired single-room combustion systems is a current topic requiring further research. Controlling the combustion process in such combustion systems is very difficult due to their primitive design and the non-automatable fuel feeding, and requires the development of novel control philosophies.
Die Ausgangssituation zum Einsatz von Reglern in Einzelraumfeuerungsanlagen wird hier aus einer normativen, technischen und vertrieblichen Sicht dargestellt, welche zu einer erfolgreichen Entwicklung und Umsetzung von Reglern in der Praxis von großer Bedeutung sind.The initial situation for the use of controllers in single-room heating systems is presented here from a normative, technical and sales perspective, which are of great importance for the successful development and implementation of controllers in practice.
Bisher gibt es keine normativen Regelungen zur Prüfung von handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlagen mit Reglern gemäß DIN EN 13240, DIN EN 13229, DIN EN 15250 usw. Für die Entwicklung der Regelung soll erst das Mutterverfahren bzw. die EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG herangezogen werden. Die Zulassung von Einzelraumfeuerungsanlagen mit Reglern kann in Prüflaboren wie z. B. dem Prüflabor Feuerstätten und Abgasanlagen des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP durchgeführt werden, welche über eine flexible Akkreditierung im Bereich der Feuerstätten verfügen. Im Rahmen der flexiblen Akkreditierung (Kategorie II) sind die Prüflabore ohne jegliche weitere Abstimmung mit der deutschen Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) berechtigt, neue Prüfverfahren zu entwickeln und den Herstellern anzubieten. Es ist zu erwähnen, dass sich die Grundlage für die normative Regelung des Einsatzes von Reglern in Einzelraumfeuerungsanlagen in der Bearbeitung befindet und in der neuen Serie der Norm DIN EN 16510 berücksichtigt werden soll.To date, there are no normative regulations for the testing of manually fired single-room combustion systems with controllers in accordance with DIN EN 13240, DIN EN 13229, DIN EN 15250, etc. For the development of the control system, the parent procedure or the EC Machinery Directive 2006/42/EC will be used first. The approval of single-room combustion systems with controllers can be carried out in testing laboratories such as the Test Laboratory for Fireplaces and Flue Gas Systems of the Fraunhofer Institute for Building Physics IBP, which have flexible accreditation in the field of fireplaces. Within the framework of flexible accreditation (Category II), the testing laboratories are authorized to develop new test procedures and offer them to manufacturers without any further coordination with the German Accreditation Body (DAkkS). It should be noted that the The basis for the normative regulation of the use of controllers in single-room combustion systems is currently being developed and is to be taken into account in the new series of the DIN EN 16510 standard.
Aus technischer Sicht ist die Umsetzung der Regelung in Einzelraumfeuerungsanlagen möglich. Die sicherheitstechnischen Einsatz- und Rahmenbedingungen sind noch festzulegen. Um eine hohe Umsetzbarkeit in der Praxis zu erreichen, sollen Konzepte für die einheitliche Verbrennungsluftzufuhr entwickelt werden, welche unabhängig von der Konstruktion und dem Design der Einzelraumfeuerungsanlagen eingesetzt werden können. Individuelle Entwicklungen von Reglern sind nicht wirtschaftlich bzw. von vielen mittleren und kleinen Unternehmen nicht finanzierbar.From a technical perspective, the implementation of the control system in single-room combustion systems is feasible. The safety-related application and framework conditions still need to be determined. To achieve high practical feasibility, concepts for a uniform combustion air supply should be developed that can be used regardless of the construction and design of the single-room combustion systems. Individual controller developments are not cost-effective or, for many medium-sized and small companies, cannot afford them.
Die Integration von Reglern in handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlagen führt zu einer entsprechenden Erhöhung der Anschaffungskosten und erfordert ein neues Konzept für die Gewährleistungsgarantien. Bei hoher Stückzahl an Einzelraumfeuerungsanlagen führen defektanfällige Regler zu ungünstigen wirtschaftlichen Konsequenzen. Der Einsatz von empfindlichen Sensoren wie z. B. Lambda-Sonden sollte daher vermieden werden.The integration of controllers in manually operated single-room heating systems leads to a corresponding increase in acquisition costs and requires a new warranty concept. For large numbers of single-room heating systems, controllers prone to failure lead to adverse economic consequences. The use of sensitive sensors such as lambda sensors should therefore be avoided.
Ein wichtiger Punkt bei den Reglern stellt die Notwendigkeit für die Stromversorgung dar. Die Abhängigkeit der handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlagen vom Strom ist bisher sowohl bei den Herstellern als auch bei den Nutzern nicht erwünscht. Daher sollten solche Feuerstätten aus vermarktungstechnischen Gründen unabhängig vom Strom sein bzw. sich selbst mit der nötigen Elektrizität versorgen. Gemäß dem Stand der Technik bieten sich zwei technische Möglichkeiten an. Bei der ersten Möglichkeit wird die Elektrizität (bis 250 Watt) durch die Thermik (Thermoelektrik) erzeugt, wobei bei der zweiten Möglichkeit Solarpanel verwendet werden. Bei beiden Möglichkeiten wird eine Speichereinheit benötigt. Beim Einsatz von Lambda-Sonden oder ähnlichen Sensoren, mit einem hohen Stromverbrauch, ist der Einsatz vom Hausstrom nicht vermeidbar.A key consideration for controllers is the need for a power supply. The dependence of manually operated single-room heating systems on electricity has so far been undesirable for both manufacturers and users. Therefore, for marketing reasons, such fireplaces should be independent of electricity or supply themselves with the necessary electricity. Current technology offers two technical options. The first option generates electricity (up to 250 watts) using thermal energy (thermoelectrics), while the second option uses solar panels. Both options require a storage unit. When using lambda sensors or similar sensors with high power consumption, the use of household electricity is unavoidable.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung in einer Einzelraumfeuerungsanlage und eine Vorrichtung dazu bereit zu stellen, das nicht die Nachteil des Standes der Technik aufweist und mit dem insbesondere eine sichere nachhaltige Reduktion der Schadstoffemission, eine bergbaugerechte Wärmeproduktion sowie eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden können.Based on the prior art, the invention is therefore based on the object of providing a method for controlling combustion in a single-room combustion system and a device therefor, which does not have the disadvantages of the prior art and with which, in particular, a safe and sustainable reduction of pollutant emissions, heat production suitable for mining and an increase in efficiency can be achieved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method according to claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung fester Brennstoffe in Feuerungsanlagen, beispielsweise Einzelraumfeuerungsanlagen, wie handbeschickte Einzelraumfeuerungsanlagen, vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass aus der Temperatur in einem Feuerraumbereich und/oder in den Abgaszügen der Feuerungsanlage und ggf. im Abgas sowie über eine Energiebilanz des Verbrennungsprozesses in der Feuerungsanlage, der Verbrennungsluft und des Abgases ein Sauerstoffbei-Wert ermittelt wird, mit dem die Primär- und Sekundär-Verbrennungsluftströme und somit die thermische Leistung sowie die Verbrennungsqualität geregelt werden. Diese Regelung kann schnell erfolgen.According to the invention, a method for controlling the combustion of solid fuels in combustion plants, for example single-room combustion plants, such as manually fed single-room combustion plants, is proposed, which is characterized in that an oxygen co-value is determined from the temperature in a combustion chamber area and/or in the exhaust gas flues of the combustion plant and possibly in the exhaust gas as well as via an energy balance of the combustion process in the combustion plant, the combustion air and the exhaust gas, with which the primary and secondary combustion air flows and thus the thermal Performance and combustion quality can be regulated. This regulation can be done quickly.
Ein Sauerstoffbeiwert ist in diesem Zusammenhang als ein Wert zu definieren, welche direkte Rückschlüsse auf den Sauerstoffgehalt in der aktiven Oxidationszone bzw. auf dem Sauerstoffbedarf für eine sachgemäße Verbrennung gibt.In this context, an oxygen coefficient is to be defined as a value that provides direct information about the oxygen content in the active oxidation zone or the oxygen requirement for proper combustion.
Für die Messung der Temperatur gilt, dass je früher und je weiter weg von dem Strahlungsbereich die Temperatur gemessen wird, umso genauer und reproduzierbarer erfolgt die Berechnung des Sauerstoffwertes. Der optimale Bereich zur Messung der Temperatur für die Regelung ist der erste Abgaszug nach der Abgasprallplatte im Feuerraum. Dadurch wird der Einfluss der Glutbett-Wärmestrahlung auf die Temperaturmessung vermindert sowie die Temperaturfühler vor der thermischen Belastung vor allem beim Einsatz ungünstiger Brennstoffe geschützt.When measuring temperature, the earlier and further away from the radiation zone the temperature is measured, the more accurate and reproducible the oxygen value calculation will be. The optimal temperature measurement area for control purposes is the first flue after the flue baffle plate in the combustion chamber. This reduces the influence of the ember bed's heat radiation on the temperature measurement and protects the temperature sensors from thermal stress, especially when using unsuitable fuels.
Das Regelkonzept ist technisch so aufgebaut, dass es als herstellerübergreifende Standardanwendung bzw. als universelle Standardlösung dienen kann. Es kann somit nicht nur für neue, sondern auch für bestehende alte Einzelraumfeuerungsanlagen mit vertretbarem Aufwand eingesetzt werden.The control concept is technically designed to serve as a cross-manufacturer standard application or a universal standard solution. It can therefore be used not only for new but also for existing single-room heating systems with reasonable effort.
Regelprinzip und Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wie folgt veranschaulicht werden: Für eine erfolgreiche Entwicklung einer universell einsetzbaren Regelung verfügt der Verbrennungsprozess über standardisierte Verbrennungsluftzufuhr (Primär- (SSL-PL + RL_PL) + Sekundärluft SL).The control principle and function of the method according to the invention can be illustrated as follows: For the successful development of a universally applicable control system, the combustion process has a standardized combustion air supply (primary (SSL-PL + RL_PL) + secondary air SL).
Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sichere nachhaltige Reduzierung der Schadstoffemissionen sowie eine Erhöhung des Wirkungsgrads bei der thermischen Umwandlung des Brennstoffs sowie Verbesserung des Nutzungsgrades durch eine bedarfsgerechte Wärmeproduktion durch die permanente Erfassung der Umgebungstemperatur erreicht: Durch die Regelung des Verbrennungsprozesses wird eine schadstoffarme und effiziente Verbrennung durch eine genauere Zufuhr der Verbrennungsluft gewährleistet. Ferner kann durch Darlegung und Monitoring des Betriebs bei den Betreibern eine optimale Bedienung der Feuerungsanlage digital auf eine intuitive einfache Weise erklärt sowie die Qualität der Verbrennung erkannt und bewertet werden. Die optimale Bedienungsweise der Feuerungsanlage ergibt sich aus der Bewertung der Verbrennungsqualität dank der Intelligenz der Regelung. Die Erhebung statistischer Daten und Bewertung der Funktionalität der Feuerstätten in der Praxis ist möglich.In particular, the method according to the invention achieves a safe and sustainable reduction of pollutant emissions, an increase in the efficiency of the thermal conversion of the fuel, and an improvement in the efficiency through demand-oriented heat production by permanently monitoring the ambient temperature: By controlling the combustion process, low-pollutant and efficient combustion is ensured through a more precise supply of combustion air. Furthermore, by presenting and Operational monitoring allows operators to digitally explain optimal operation of the combustion system in an intuitive and simple way, and combustion quality can be detected and evaluated. The optimal operation of the combustion system is determined by evaluating combustion quality thanks to the intelligent control system. It is possible to collect statistical data and evaluate the functionality of the combustion systems in practice.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer Energiebilanzmethode. Dabei werden Vergleiche der Energien der Komponenten vor und nach der Verbrennung angestellt. Eine detaillierte Beschreibung erfolgt nachfolgend. Im Gegensatz zu den Reglern gemäß dem Stand der Technik (siehe vorstehen) können robuste Temperaturfühler im Feuerraumbereich sowie ggf. in der Abgasanlage verwendet werden, mit denen über eine Energiebilanz im Feuerraum ein Sauerstoffsignal und somit Sauerstoffbeiwert mit Hilfe von parametrierbaren Algorithmen generiert werden können, welches für eine schnelle/unmittelbare Regelung des Verbrennungsprozesses eingesetzt werden kann. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es günstig, die Temperaturen im Feuerraumbereich und/oder im ersten Abgaszug der ersten Abgasprallplatte an mindestens einer Stelle für die Energiebilanz sowie in dem Aufstellraum für eine bedarfsgerechte Wärmeproduktion zwecks Erhöhung der Nutzungseffizienz erfasst und für die Regelung eingesetzt wird.The method according to the invention is based on an energy balance method. This involves comparisons of the energies of the components before and after combustion. A detailed description follows below. In contrast to the controllers according to the prior art (see above), robust temperature sensors can be used in the combustion chamber area and, if applicable, in the exhaust gas system. With these sensors, an oxygen signal and thus an oxygen coefficient can be generated via an energy balance in the combustion chamber with the aid of parameterizable algorithms. This signal can be used for rapid/immediate control of the combustion process. For the method according to the invention, it is advantageous to record the temperatures in the combustion chamber area and/or in the first exhaust gas flue of the first exhaust gas baffle plate at at least one point for the energy balance and in the installation room for demand-oriented heat production in order to increase utilization efficiency and to use this for control purposes.
Außerdem kann durch die von dem Temperaturfühler generierten Signale ein virtuelles Signal (sogenannter Emissionsreferenzwert: ERW-Signal) über weitere intelligente Algorithmen erzeugt werden, welches für die Bewertung des Betriebs eingesetzt wird. Die integrale und differenziale Entwicklung des ERW-Werts mit der Zeit beschreibt ein Prozessverhalten, mit dem Rückschlüsse auf die Verbrennungsqualität mit den Ursachen im negativen und positiven Fall gezogen werden können.In addition, the signals generated by the temperature sensor can be used to generate a virtual signal (the so-called emissions reference value: ERW signal) using additional intelligent algorithms, which is used to evaluate operation. The integral and differential development of the ERW value over time describes a process behavior that can be used to draw conclusions about combustion quality and the causes of both negative and positive cases.
In einer Ausführungsform kann die Temperatur im Feuerraum an mindestens einer, beispielsweise zwei verschiedenen Stellen gemessen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Temperatur im Feuerraum an zwei Stellen und ggf. weiterhin die Temperatur im Abgas gemessen werden. Bei diesen Messungen können die vorstehend angesprochenen Temperaturfühler eingesetzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, in besonders zuverlässiger Weise die Temperaturen zu ermitteln.In one embodiment, the temperature in the combustion chamber can be measured at at least one, for example two different locations. In another embodiment, the The temperature in the combustion chamber and, if necessary, the temperature in the flue gas can also be measured at two locations. The temperature sensors mentioned above can be used for these measurements. This makes it possible to determine the temperatures particularly reliably.
In einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Verbrennung über die Zufuhr von Primärluft (die Primärluft aus der Rostluft und Primärluft aus der Scheibenspülluft umfassen oder daraus bestehen kann (PL = RL-PL + SSL-PL)) und/oder über die Zufuhr von Sekundärluft.In one embodiment, the combustion is controlled by supplying primary air (which may include or consist of primary air from the grate air and primary air from the window purge air (PL = RL-PL + SSL-PL)) and/or by supplying secondary air.
Die Regelung der Primärluft, wie Rostluft und/oder Scheibenspülluft, kann in Bezug auf die gewünschte Feuerungsleistung bzw. die Einstellung günstiger Temperaturen im Feuerraumbereich für eine effiziente und emissionsarme Verbrennung erfolgen. Die dem Verbrennungsprozess zugeführte Primärluftmenge bestimmt die Intensität der thermischen Umsetzung des Brennstoffs und somit die thermische Leistung der Feuerungsanlage. Bei der Einstellung der Primärluft kann zusätzlich der Wärmebedarf des Aufstellraums berücksichtigt und die Primärluft entsprechend eingestellt werden, wodurch eine bedarfsgerechte Wärmeproduktion erfolgen kann und folglich die Wärme nicht nur effizient produziert, sondern auch effizient genutzt werden kann. Rostluft kann zusätzlich zur Scheibenspülluft zugeführt werden, wenn diese für die Verbrennung nicht ausreichend ist, wie im Fall der Verbrennung von feuchten oder sehr dicken Holzscheiten oder bei der Verbrennung von Kohle.The regulation of primary air, such as grate air and/or glass purge air, can be adjusted in relation to the desired combustion output or to set favorable temperatures in the combustion chamber area for efficient and low-emission combustion. The amount of primary air supplied to the combustion process determines the intensity of the thermal conversion of the fuel and thus the thermal output of the combustion system. When adjusting the primary air, the heat requirement of the installation room can also be taken into account and the primary air adjusted accordingly, allowing heat to be produced according to demand. Consequently, the heat can be not only produced but also used efficiently. Grate air can be supplied in addition to the glass purge air if the latter is insufficient for combustion, such as when burning damp or very thick logs or when burning coal.
Die Sekundärluft kann in einer Ausführungsform so zugeführt, dass der Sauerstoffgehalt im Feuerraumbereich möglichst in einem günstigen Bereich, wie etwa 7 Vol.-% bis etwa 10 Vol.- %, beispielsweise etwa 8 Vol.-% bis etwa 9 Vol.-% für eine optimale Nachoxidation beträgt. Für die Regelung kann das virtuelle Sauerstoffsignal eingesetzt, welche sekündlich durch die Algorithmen auf Basis der gemessenen Temperaturen generiert werden kann.In one embodiment, the secondary air can be supplied in such a way that the oxygen content in the combustion chamber area is as close to a favorable range as possible, such as approximately 7 vol.% to approximately 10 vol.%, for example, approximately 8 vol.% to approximately 9 vol.% for optimal post-oxidation. The virtual oxygen signal can be used for control, which can be generated every second by the algorithms based on the measured temperatures.
Vorteile der temperaturbasierten Regelung bestehen nicht nur in den geringen Produktionskosten sowie der Langlebigkeit sondern auch in den parametrierbaren Algorithmen, die eine einfache Handhabung bei der Anpassung der Programmierung sowie einen universellen Einsatz vom Regler ohne jegliche Software-änderungen ermöglichen. In den Parametrierfaktoren sind alle relevanten Prozessspezifikationen berücksichtigt.The advantages of temperature-based control include not only low production costs and longevity, but also the parameterizable algorithms, which allow for easy programming adjustments and universal use of the controller without any software changes. The parameterization factors take all relevant process specifications into account.
Nachfolgend erfolgt eine ausführliche Beschreibung der Energiebilanzmethode zur Ermittlung vom Sauerstoffüberschuss im Feuerraumbereich sowie des parametrierbaren Algorithmus:
Eine Verbrennung kann schematisch wie folgt dargestellt werden:
C + O2 -> CO2 + Wärme
The following is a detailed description of the energy balance method for determining the oxygen surplus in the combustion chamber area as well as the parameterizable algorithm:
A combustion can be represented schematically as follows:
C + O 2 -> CO 2 + heat
Dabei entstehen Abgase. Ferner können Wärmeverluste auftreten. Unter adiabatischen Bedingungen sind diese gleich Null.This process produces exhaust gases. Heat losses may also occur. Under adiabatic conditions, these losses are zero.
Der Brennstoff kann wie folgt beschrieben werden:
Die Verbrennungsluft kann wie folgt dargestellt werden:
Das Abgas kann durch folgende Formel repräsentiert werden:
Vorstehend ist eine vereinfachte Energiebilanz bei einem Verbrennungsprozess angegeben. Die über den Brennstoff dem Verbrennungsprozess zugeführte Energie ist gleich der Energie, die bei der thermischen Umwandlung entsteht und über das Abgas als Wärme getragen wird. Adiabatisch bedeutet, dass die thermische Umwandlung ohne jegliche Wärmeverluste erfolgt. Aus dieser Annahme ergibt sich die Formel 1:
Wobei:
ṁA : Brennstoffmassenstrom [kg/s], Hu: Heizwert des Brennstoffs, V̇L : spezifische Verbrennungsluftmenge [Nm3/kg Brennstoff], ϑ L : Temperatur der Verbrennungsluft, V̇R : spezifische Abgasmenge [Nm3/kg], cP,L :spezifische Wärmekapazität der Luft unter konstantem Druck, cP,R : spezifische Wärmekapazität des Abgases unter konstantem Druck, ϑ R : Abgas- bzw. Feuerraumtemperatur nach der Vervollständigung der Verbrennung, cB: spezifische Wärmekapazität des Brennstoffs, ϑ m : Brennstofftemperatur bei der Beschickung.Where:
ṁ A : fuel mass flow [kg/s], H u : calorific value of the fuel, V̇ L : specific combustion air quantity [Nm 3 /kg fuel], ϑ L : temperature of the combustion air, V̇ R : specific flue gas quantity [Nm 3 /kg], c P,L : specific heat capacity of the air under constant pressure, c P,R : specific heat capacity of the flue gas under constant pressure, ϑ R : flue gas or combustion chamber temperature after completion of combustion, c B : specific heat capacity of the fuel, ϑ m : fuel temperature during feeding.
Die in der Formel 1 beschriebene Feuerraum- bzw. Abgastemperatur ϑv stellt die maximale zu erreichende Temperatur im Feuerraumbereich bei der thermischen Umwandlung bzw. Verbrennung des Brennstoffs dar, die unter adiabatischen Bedingungen bzw. ohne jegliche Wärmeverluste und unter Zufuhr stöchiometrischer Verbrennungsluftmenge (Lambda: 1) produziert wird.The combustion chamber or exhaust gas temperature ϑ v described in formula 1 represents the maximum temperature that can be achieved in the combustion chamber area during the thermal conversion or combustion of the fuel, which is produced under adiabatic conditions or without any heat losses and with the supply of stoichiometric combustion air quantity (lambda: 1).
Die mit der Verbrennungsluft sowie mit dem Brennstoff übertragene Energie ist im Vergleich zu der während der Verbrennung produzierten Energie sehr gering und kann vernachlässigt werden. Das heißt, die Formel 1 lässt sich in die folgende Form kürzen:
Die spezifische Abgasmenge VR [Nm3/kg Brennstoff] berechnet sich aus der Formel 3:
Beim Einsetzen der Formel 3 in die Formel 2 ergibt sich die Formel 4:
Die spezifische minimale Rauchgasmenge VR,min sowie die minimale spezifische stöchiometrische Verbrennungsluftmenge Lmin lassen sich approximativ gemäß der Formel 5 und der Formel 6 bzw. gemäß den Näherungen nach Rosin-Fehling berechnen:
Die Berechnung in Formel 5 kann auch durch die elementare Zusammensetzung des Brennstoffs erfolgen.The calculation in formula 5 can also be done using the elemental composition of the fuel.
Beim Einsetzen der Formel 5 und der Formel 6 in die Formel 3 ergibt sich die Formel 7 für die Berechnung der spezifischen Abgasmenge [Nm3/kg Brennstoff):
Bei der Umschreibung der Formel 4 nach Lambda ergibt sich die Formel 8 zur Ermittlung von Lambda bzw. der Luftüberschusszahl:
Die spezifische Wärmekapazität cP,R des Abgases hängt von der Abgastemperatur ab und ergibt sich approximativ aus der Formel 9:
Beim Einsatz der Formel 5 der Formel 6 und der Formel 9 in die Formel 8 ergibt sich Formel 10 zur Ermittlung von Lambda bzw. der Luftüberschusszahl:
Die Zufuhr der Verbrennungsluft kann direkt durch den Sauerstoffbeiwert geregelt werden. Die Ermittlung bzw. Berechnung des Sauerstoffüberschusses bzw. Sauerstoffbeiwert ist hier nicht obligatorisch.The combustion air supply can be controlled directly by the oxygen coefficient. Determining or calculating the oxygen excess or oxygen coefficient is not mandatory in this case.
Lambda ist eine Funktion von u.a. Hu, KB, KF und KS:
Lmin: die minimale Luftmenge, die für eine stöchiometrisch Verbrennung benötigt wird und:
Vr, min: die minimale Rauchgas- bzw. Abmenge, die bei einer stöchiometrischen Verbrennung bzw. bei Lambda = 1 produziert ist. Lmin sowie Vr, min hängen von den Brennstoffeigenschaften vor allen der elementaren Zusammensetzung ab und werden durch sie direkt berechnet.Lambda is a function of, among others, H u , K B , K F and K S :
L min : the minimum amount of air required for stoichiometric combustion and:
V r, min : the minimum flue gas or off-gas quantity produced during stoichiometric combustion or at lambda = 1. L min and V r, min depend on the fuel properties, especially the elemental composition, and are calculated directly from them.
Lambda (nach der Integration der Korrekturfaktoren KB, KF und KS kann Lambda als Lambda-Beiwert bezeichnet werden) ist eine Funktion von drei Korrekturfaktoren kB, kF und ks:
- KB: Korrekturfaktor des Brennstoffs. Dieser Faktor berücksichtigt die Abweichung des eingesetzten Brennstoffs von dem Idealbrennstoff.
- kF: Korrekturfaktor zur Hochrechnung der bei der Verbrennung existierten nicht adiabatischen Energieumwandlungsbedienungen zu adiabatischen Energieumwandlungsbedienungen. Der Faktor kF berücksichtigt also die thermischen Verluste durch die Feuerstätte bis zur Temperatur Messstelle im Feuerraumbereich. kS berücksichtigt das Verhältnis: Primärluft (SSL-PL)/Sekundärluft (SSL-SL), welches sich aus der Scheibenspülluft einstellt und in der Regel von der Höhe der Sichtscheibe Hs abhängt. Hier gilt, je höher die Sichtscheibe der Feuerstätte bzw. Hs ist, umso mehr kann die Scheibenspülluft als Primärluft wirken. In der Regel nimmt kS einen Wert zwischen 0,93 und 1,07 und wird in der Berechnungsgleichung des Sauerstoffs und nicht von Lambda wie folgt in der Gleichung eingesetzt:
- K B : Fuel correction factor. This factor takes into account the deviation of the fuel used from the ideal fuel.
- k F : Correction factor for extrapolating the non-adiabatic energy conversion conditions existing during combustion to adiabatic energy conversion conditions. The factor k F therefore takes into account the thermal losses through the fireplace up to the temperature measuring point in the combustion chamber area. k S takes into account the ratio: primary air (SSL-PL) / secondary air (SSL-SL), which is established from the pane purge air and generally depends on the height of the viewing pane H s . Here, the higher the viewing pane of the fireplace or H s , the more the window purge air can act as primary air. Typically, k S takes a value between 0.93 and 1.07 and is used in the oxygen calculation equation, not lambda, as follows:
Es ist zu erwähnen, dass die oben dargestellt Berechnung auf den CO2-Wert umgestellt werden kann. Die verbrennungstechnische Abhängigkeit zwischen CO2 und O2 ergibt sich aus der folgenden Formel:
CO2 = CO2max - O2
CO2max: 19 Vol.-% bis 21 Vol.-% (es hängt von dem Kohlenstoffgehalt des Brennstoffs ab)It should be noted that the calculation presented above can be converted to the CO2 value. The combustion-related relationship between CO2 and O2 is derived from the following formula:
CO 2 = CO 2max - O 2
CO 2max : 19 vol.% to 21 vol.% (depending on the carbon content of the fuel)
Nachfolgend werden die Korrekturfaktoren kf, kb und ks näher erläutert. Die konkreten Werte sind nicht fest vorgegeben, sie können durch die folgenden mathematischen Funktionen berechnet werden:
- kb: y = f (x) [xmin = 500, xmax = 1000, ymin = 0,75, ymax = 1,2]
- kf: y = f (x) [xmin = 50, xmax = 1000, ymin = 1, 0, ymax = 2,5]
- ks: y = f(x) [xmin = <20, xmax = >60, ymin < 0,93, ymax = 1,07]
- k b : y = f (x) [x min = 500, x max = 1000, y min = 0.75, y max = 1.2]
- k f : y = f (x) [x min = 50, x max = 1000, y min = 1, 0, y max = 2.5]
- k s : y = f(x) [x min = <20, x max = >60, y min < 0.93, y max = 1.07]
Die Berechnungen bzw. die Faktoren für die mathematische Funktion sind durch die Systemgrenzen (maximal erreichbare Temperatur während einer realen sachgemäßen Verbrennung, Temperaturtendenzen und -änderungen während des Betriebs) vorgegeben.The calculations or factors for the mathematical function are determined by the system limits (maximum achievable temperature during real, proper combustion, temperature trends and changes during operation).
Eine weitere Erläuterung dieser Korrekturfaktoren erfolgt nachfolgend. Nicht adiabatische Bedingungen bei der Verbrennung in der Feuerstätte können durch den Korrekturfaktor kF berücksichtige werden:
Bei der Verbrennung in Feuerstätten treten Wärmeverluste durch die Wärmeabgabe durch die Feuerstätte in den Aufstellraum auf und es herrschen somit keine adiabatischen Bedingungen. Zur Anpassung der nicht adiabatischen zu adiabatischen Bedingungen wird der Korrekturfaktor kF definiert, welcher die Wärmeabgabe (unerwünschte Wärmeverluste) durch die Feuerstätte bei der thermischen Umsetzung von Brennstoff berücksichtigt. Er kann in Abhängigkeit von dem Typ der Einzelraumfeuerungsanlage und Betriebszustand einen Wert von eins bis vier aufweisen. Dieser Wert wird durch eine Funktion ermittelt. Hier gilt, je größer die Wärmeabgabe bzw. Wärmeverluste im Feuerraumbereich (von der Flammenzone bis zum Ende der Nachoxidationskammer) vor der Vervollständigung der Oxidation sind, umso höher ist der Wert dieses Faktors.A further explanation of these correction factors is provided below. Non-adiabatic combustion conditions in the furnace can be taken into account using the correction factor k F :
During combustion in fireplaces, heat losses occur due to the heat dissipation through the fireplace into the room, and therefore no adiabatic conditions exist. To adjust the non-adiabatic to adiabatic conditions, the correction factor k F is defined, which calculates the heat dissipation. (unwanted heat losses) through the fireplace during the thermal conversion of fuel are taken into account. Depending on the type of single-room combustion system and operating condition, this factor can have a value between one and four. This value is determined by a function. The greater the heat emission or heat losses in the combustion chamber area (from the flame zone to the end of the post-oxidation chamber) before oxidation is complete, the higher the value of this factor.
Die Funktionsparameter des Faktors kF können beispielsweise automatisch in einer Software eines Steuerelementes durch eine einmalige Eingabe von technischen Daten des Typs der Feuerstätte festgelegt werden. Hier spielen die Größe (Fläche und Höhe) des Feuerraums, Auskleidung der Feuerstätte, Größe und Art der Verglasung der Feuerraumtür usw. eine entscheidende Rolle.The functional parameters of the factor kF can, for example, be automatically determined in the software of a control unit by simply entering the technical data of the fireplace type. The size (area and height) of the combustion chamber, the fireplace lining, the size and type of glazing of the combustion chamber door, etc., play a crucial role here.
Ferner kann die Art und Eigenschaften des Brennstoffs sowie der Qualität der Bedingung durch den Korrekturfaktor kB wie folgt berücksichtigt werden:
Der Korrekturfaktor k B berücksichtigt die Variation der Brennstoffeigenschaften. Der Wert dieses Faktors variiert und wird während der Verbrennung durch integrierte Funktion in Analogie zum Faktor kF berechnet, beispielsweise in einer entsprechend programmierten Steuereinrichtung, und in den Regelalgorithmen geändert. Die Funktion des Korrekturfaktors kF basiert auf dem Verbrennungsverhalten bzw. den Änderungen der Temperaturen mit der Zeit im Feuerraumbereich (dϑF/dt). In großer Ordnung gilt, je schneller der Anstieg der Feuerraumtemperatur ist, umso höher ist der Wert des Faktors kB . Außerdem gilt, je langsamer der Anstieg der Feuerraumtemperatur ist, umso geringer ist der Wert des Faktors kB. Dabei kann kB Werte von 0,80 bis 1,2 aufweisen. Die Faktoren kF und kB hängen auch voneinander ab. Die Abhängigkeit wird ebenfalls ermittelt und berücksichtigt, beispielsweise indem sie in die Software einer Steuereinrichtung entsprechend integriert wird.Furthermore, the type and properties of the fuel as well as the quality of the condition can be taken into account by the correction factor k B as follows:
The correction factor k B takes into account the variation in fuel properties. The value of this factor varies and is calculated during combustion by an integrated function analogous to the factor k F , for example in an appropriately programmed control device, and changed in the control algorithms. The function of the correction factor k F is based on the combustion behavior or the changes in temperature over time in the combustion chamber area (dϑ F /dt). In large order, the faster the combustion chamber temperature rises, the higher the value of the factor k B . Furthermore, the slower the combustion chamber temperature rises, the lower the value of the factor k B . k B can have values from 0.80 to 1.2. The factors k F and k B are also dependent on each other. This dependency is also determined and taken into account, for example by being integrated into the software of a control device.
Weiterhin kann die Qualität der Bedienungsqualität der Feuerstätte durch den Korrekturfaktor kq wie nachfolgend beschreiben berücksichtigt werden:
Der Faktor kq spielt bei der Regelung der Verbrennungsluftzufuhr nur eine untergeordnete Rolle bzw. ist für die Berechnung des Sauerstoffüberschusses im Feuerraumbereich nicht relevant. Die Werte dieses Faktors sind variierbar und ergeben sich aus einer integralen Berechnung bzw. zeitlichen Änderung der Feuerraumtemperatur bezüglich eines bestimmten Betriebspunkts der Verbrennung (dϑF/dt)/dτ), wobei τ einen Zeitpunkt bzw. einen Zeitbereich beschreibt, ab dem bzw. in dem die Bewertung der Feuerraumtemperaturänderung dϑF/dt erfolgt. Im Gegensatz zum Faktor kB, welcher ausschließlich den Energiegehalt des Brennstoffs berücksichtigt, gibt der Faktor kq direkte Rückschlüsse über das Beschickungsregime (Brennstoffmenge, Anzahl der beschickten Scheite, Feinheit des Brennstoffs usw.).Furthermore, the quality of the operation of the fireplace can be taken into account by the correction factor k q as described below:
The factor k q plays only a minor role in regulating the combustion air supply and is not relevant for calculating the excess oxygen in the combustion chamber. The values of this factor are variable and result from an integral calculation or temporal change in the combustion chamber temperature with respect to a specific combustion operating point (dϑ F /dt)/dτ), where τ describes a point in time or a time range from which or in which the evaluation of the combustion chamber temperature change dϑ F /dt takes place. In contrast to the factor k B , which exclusively takes the energy content of the fuel into account, the factor k q provides direct conclusions about the feeding regime (fuel quantity, number of logs fed, fineness of the fuel, etc.).
Gemäß der oben eingeführten Betrachtung und beim Einsatz der oben definierten Korrekturfaktoren bzw. einen durchschnittlichen Wert des unteren Heizwertes von 17.000 [kJ/kg] ergibt sich die Formel 11, mit der die Luftüberschusszahl parametrierbar durch die Faktoren kF und kB bzw. durch die Temperaturmessung im Feuerraumbereich berechnet werden kann.
Der Sauerstoffüberschuss im Feuerraumbereich ergibt sich aus der Formel 12 Sauerstoff im Feuerraumbereich:
Gleichung 12 kann durch den Korrekturfaktor ks ergänzt werden. Er berücksichtigt das Verhältnis von Primärluft (SSL-PL) zu Sekundärluft (SSL-SL), welches sich aus der Scheibenspülluft einstellt und in der Regel von der Höhe der Sichtscheibe Hs abhängt. Hier gilt: je höher die Sichtscheibe der Feuerstätte (Hs)ist, umso mehr kann die Scheibenspülluft als Primärluft agieren. ks kann einen Wert von 0,93 bis 1,07 aufweisen und er kann in der Gleichung 12 wie folgt eingesetzt werden:
Die Berechnung des Sauerstoffbeiwertes durch die Energiebilanzmethode kann nicht nur für die Sekundärluftzufuhr erfolgen, sondern ist auch günstig, um die Grenzen des Primärluft-Aktors zu erkennen und die Primärluft (Vergasungstreibende Luft unabhängig davon wie der Feuerstätte zugeführt wird bzw. durch den Rost, seitlich, oder über den Brennstoff)) entsprechend bzw. rechtzeitig zu reduzieren und dadurch zu vermeiden, dass die Verbrennung in den Sauerstoffmangel gerät.The calculation of the oxygen coefficient by the energy balance method can be carried out not only for the secondary air supply, but is also useful for identifying the limits of the primary air actuator and reducing the primary air (gasification air regardless of how it is supplied to the fireplace - through the grate, from the side, or via the fuel)) accordingly and in a timely manner, thus preventing the combustion from falling into oxygen deficiency.
Für die Regelungen können die normativen Verbrennungsrechnungen berücksichtigt bzw. eingesetzt werden.The normative combustion calculations can be taken into account or used for the regulations.
In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren automatisch durchgeführt werden. Die Regeleingriffe können also automatisch erfolgen. Dies kann beispielsweise mittels einer Steuereinheit erfolgen, in die die vorstehenden Formeln in einer entsprechenden Software einschließlich der Korrekturparameter, die ggf. einzugeben sind, hinterlegt sind. An diese Steuereinheit werden ferner dann die Temperaturwerte aus dem Feuerraumbereich und/oder dem Abgas übermittelt. Nach Berechnung des Sauerstoffs im Feuerraum kann durch eine Steuerung die Zufuhr von Primärluft und/oder Sekundärluft automatisch geregelt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung, mit der diese Steuerung der Zufuhr von Primär- und/oder Sekundärluft in besonders günstiger Weise durchgeführt werden kann, insbesondere womit die vorstehend beschriebenen Vorteile besonders günstig erreicht werden können.In one embodiment, the method according to the invention can be carried out automatically. The control interventions can therefore be carried out automatically. This can be done, for example, by means of a control unit in which the above formulas are stored in appropriate software, including the correction parameters that may need to be entered. The temperature values from the combustion chamber area and/or the exhaust gas are then transmitted to this control unit. By calculating the oxygen in the combustion chamber, the supply of primary and/or secondary air can be automatically regulated by a controller. The present invention further provides a device with which this control of the supply of primary and/or secondary air can be carried out in a particularly advantageous manner, in particular with which the advantages described above can be achieved in a particularly favorable manner.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft in der Feuerraum einer Einzelraumfeuerungsanlage zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Kammer aufweist, die an einer ersten Seite einen Hauptkanal zur Zufuhr von Umgebungsluft und/oder Luft vom Schornsteinsystem und an einer zweiten Seite einen Scheibenspülluftkanal und einen Sekundärluftkanal aufweist, über die Primär- und/oder Sekundärluft in den Feuerraum geleitet werden können, wobei sowohl der Scheibenspülluftkanal als auch der Sekundärluftkanal mit einer Klappe versehen ist, so dass der Scheibenspülluftkanal und der Sekundärluftkanal unabhängig voneinander verschließbar sind, wobei die Klappen mit einem schrittlosen Motor verbunden sind, so dass die Klappen stufenlos bewegt werden können.The device according to the invention for supplying combustion air into the combustion chamber of a single-room combustion system is characterized in that it has a chamber which, on a first side, has a main duct for supplying ambient air and/or air from the chimney system and, on a second side, a pane purge air duct and a secondary air duct through which primary and/or secondary air can be conducted into the combustion chamber, wherein both the pane purge air duct and the secondary air duct are provided with a flap so that the pane purge air duct and the secondary air duct can be closed independently of one another, wherein the flaps are connected to a stepless motor so that the flaps can be moved continuously.
Die Scheibenspülluft fungiert je nach Höhe der Sichtscheibe der Feuerungsanlage als Primär- (SSL-PL) und Sekundärluft (SSL-SL).Depending on the height of the viewing window of the combustion plant, the window purge air functions as primary (SSL-PL) and secondary air (SSL-SL).
Dabei kann sich beispielsweise die erste Seite der Kammer gegenüber der zweiten Seite der Kammer befinden. Es sind auch andere Ausgestaltungen möglich.For example, the first side of the chamber can be located opposite the second side of the chamber. Other configurations are also possible.
In einer Ausführungsform können die Klappen als Scheiben ausgestaltet sein, welche am Lufteintritt des Primärkanals und/oder des Sekundärluftkanals montiert sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Klappen sowohl die Scheibenspülluft über den Scheibenspülluftkanal als auch die Rostluft über den Rostluftkanal regeln. Für eine Öffnung von 0 % bis x % kann die Scheibenspülluft geregelt und von 100 % - x % kann die Rostluft geregelt werden, wobei x die prozentuale Öffnungsweite der Klappen bezeichnet und in allgemeinen für eine adäquate Auslegung der Luftzufuhrkanäle bei 70 % bis 90 % liegt.In one embodiment, the flaps can be designed as discs mounted at the air inlet of the primary duct and/or the secondary air duct. In another embodiment, the flaps can regulate both the window purge air via the window purge air duct and the grate air via the grate air duct. For an opening of 0% to x%, the window purge air can be regulated, and from 100% to x%, the grate air can be regulated, where x is the percentage. Opening width of the flaps and is generally between 70% and 90% for an adequate design of the air supply ducts.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens ein Solarpanel und/oder eine Vorrichtung zur thermoelektrischen Stromerzeugung und/oder eine reguläre Stromversorgung über die häusliche Steckdose aufweisen, wobei bei den drei erwähnten Varianten ein Stromzwischenspeicher, z.B. ein aufladbarer Akku, für eine sichere Versorgung der gesamten Regelung vorgesehen sein kann. Auf diese Wiese kann der erforderliche Strombedarf der Vorrichtung ohne großen Aufwand bereitgestellt werdenIn a further embodiment, the device can comprise at least one solar panel and/or a device for thermoelectric power generation and/or a regular power supply via a household socket. In the three variants mentioned, an intermediate power storage device, e.g., a rechargeable battery, can be provided to ensure a secure power supply for the entire control system. In this way, the required power requirement of the device can be provided without great effort.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung weiterhin eine Steuer- bzw. Regeleinheit aufweisen, die dazu angepasst ist, die Luftzufuhr automatisch zu steuern bzw. zu regeln.In one embodiment, the device may further comprise a control or regulating unit adapted to automatically control or regulate the air supply.
Nachfolgend erfolgt eine detaillierte Darstellung der Vorrichtung: Zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr können Luftklappen mit schrittlosen Motoren eingesetzt werden. Die Klappen regeln definierte Öffnungsweiten über zwei Klappen, die beispielsweise als Scheiben ausgestaltet sein können, welche an dem Lufteintritt der voneinander getrennten Luftkammern bzw. -kanäle gebaut sind. Die beiden Klappen sind in einem Kasten oder Rohrsystem verbaut, welche die gesamte Verbrennungsluft über einen Hauptkanal von der Umgebung oder vom Schornsteinsystem im Fall des raumluftunabhängigen Betriebs bezieht. Der Unterdruck und die Kesseltemperatur bei Einzelraumfeuerungen mit wasserführenden Bauteilen als sicherheitsrelevante Größen können anhand eines verbauten Druckwächters bzw. Temperaturfühlers erfasst und in die Software entsprechend integriert werden.The following is a detailed description of the device: Air dampers with stepless motors can be used to regulate the combustion air supply. The dampers regulate defined opening widths via two dampers, which can be designed, for example, as discs, installed at the air inlet of the separate air chambers or ducts. The two dampers are installed in a box or pipe system, which draws all combustion air via a main duct from the environment or, in the case of room-air-independent operation, from the chimney system. The negative pressure and boiler temperature in single-room combustion systems with water-bearing components, as safety-relevant variables, can be recorded using a built-in pressure switch or temperature sensor and integrated into the software accordingly.
Für den Betrieb des Regelsystems wird aufgrund des sehr niedrigen Energieverbrauchs der Hardware und den Regelakteuren (Regelklappen) keine häusliche Energieversorgung benötigt. Der Stromverbrauch ist im Gegensatz zu anderen Systemen sehr gering und liegt im Wattbereich. Dieser Strombedarf kann durch ein Solarpanel, thermoelektrisch während der Verbrennung, oder mit einer häuslichen Stromdose, jeweils ggf. mit einer entsprechenden einfachen Stromspeichereinheit bereitgestellt werden (vgl. auch vorstehend).Due to the very low energy consumption of the hardware and the control actuators (control valves), no domestic power supply is required to operate the control system. In contrast to other systems, the power consumption is very low and lies in the wattage range. This power consumption can be a solar panel, thermoelectric during combustion, or with a domestic power socket, each possibly with a corresponding simple power storage unit (see also above).
Bei Stromausfall oder bei einem technischen Defekt dreht sich die Primärluftklappe technisch bedingt zum Null-Stand, bei dem die Primärluftöffnung zu 100 % geschlossen ist. Um gefährliche Zustände wie z. B. starke Rauchbildung im Wohnraum oder Verpuffungen aufgrund des Sauerstoffmangels im Feuerraum wie z. B. bei der Beschickung bei Anwesenheit von Glutbett zu vermeiden, ist ein Mechanismus zur Regelung der Verbrennungsluft vorgesehen. Bei diesem Mechanismus wird beim Zurückfahren der Primärluftklappe von einem 40 %-Stand auf 0 %-Stand eine mechanisch mitverriegelte Sicherheitsluftklappe gleichzeitig mechanisch betätigt, wodurch eine entsprechend große Öffnung bereitgestellt und somit dem Verbrennungsprozess eine ausreichende Verbrennungsluftmenge für eine sichere Verbrennung zugeführt wird. Hierbei handelt es sich nur um eine beispielhafte Beschreibung einer technischen Möglichkeit. Sie kann auch mit anderen technischen Möglichkeiten realisiert werden.In the event of a power failure or technical defect, the primary air damper is technically rotated to the zero position, where the primary air opening is 100% closed. In order to prevent dangerous conditions such as heavy smoke formation in the living space or deflagrations due to a lack of oxygen in the combustion chamber, as can occur when feeding the fire in the presence of a bed of embers, a mechanism for regulating the combustion air is provided. With this mechanism, when the primary air damper is moved back from a 40% position to 0% position, a mechanically locked safety air damper is simultaneously actuated. This creates a correspondingly large opening and thus supplies the combustion process with a sufficient amount of combustion air for safe combustion. This is only an example description of a technical possibility. It can also be implemented with other technical possibilities.
Die Regelung der Primärluftklappe im Normalbetrieb kann über 60 % (zwischen 40% bis 100 %) der gesamten Öffnungsweite der Primärluft erfolgen, wobei die Sekundärluft von 0 % bis 100 % der Öffnungsweite geregelt werden kann.The primary air damper can be controlled in normal operation over 60% (between 40% and 100%) of the total opening width of the primary air, while the secondary air can be controlled from 0% to 100% of the opening width.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden eine Reihe von Vorteilen erreicht:
- Die Regelung kann mit preiswerten, robusten und langlebigen Sensoren durchgeführt werden, welche stabile Signale liefern bzw. keine Wartung und Kalibrierung im Praxisbetrieb benötigen. Hier können beständige Temperaturfühler eingesetzt werden, die eine einfache Elektronik für die Verwertung der Signale benötigen.
- Die automatische und mit der Einstellung von Parametern anpassbare Steuerung ermöglicht es, eine schnelle Anpassung der Regelung an alle Arten von Feuerungsanlagen unabhängig von ihrer Konstruktion ohne Bedarf einer Änderung der Software ermöglicht wird.
- Die Soft- sowie die Hardware mit dem Verbrennungsluftverteilungssystem sind universell einsetzbar und berücksichtigen alle normativen Anforderungen sowie Zulassungsregelungen des DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) für eine technische Zulassung bzw. einen sicheren Betrieb in der Praxis.
- Die Hardwarekomponenten mit den Sensoren sowie den Regelakteuren können so ausgesucht werden, dass sich das Regelungssystem ohne jeglichen Starkstrom bzw. häusliche Stromversorgung betreiben lässt. Dabei liegt der gesamte Stromverbrauch im Wattbereich. Ein einfaches Solarmodul kann das Regelungssystem mit dem nötigen Strom versorgen.
- Die technische Kombination aus dem Luftverteilungssystem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht einen universellen Einsatz in neuen Feuerungsanlagen sowie eine sichere Nachrüstbarkeit von vielen in der Praxis bestehenden Einzelraumfeuerungsanlagen.
- Durch die intelligente Regelung wird die Wärme nicht nur effizient produziert, sondern auch effizient genutzt, wodurch nicht nur Ressourcen- sondern bedeutsame CO2-Ersparnisse erreicht werden können.
- Control can be implemented using inexpensive, robust, and durable sensors that provide stable signals and require no maintenance or calibration during operation. Durable temperature sensors can be used here, requiring simple electronics for signal processing.
- The automatic control system, which can be adjusted by setting parameters, enables rapid adaptation of the control system to all types of combustion plants regardless of its design without the need to change the software.
- The software and hardware with the combustion air distribution system are universally applicable and take into account all normative requirements and approval regulations of the DIBt (German Institute for Building Technology) for technical approval and safe operation in practice.
- The hardware components, including the sensors and control actuators, can be selected so that the control system can be operated without any high-voltage current or household power supply. The total power consumption is in the wattage range. A simple solar module can supply the control system with the necessary power.
- The technical combination of the air distribution system with the method according to the invention enables universal use in new combustion systems as well as safe retrofitting of many existing single-room combustion systems.
- Thanks to intelligent control, heat is not only produced efficiently but also used efficiently, which not only saves resources but also significantly reduces CO2 emissions.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei ist
-
Fig. 1 eine Darstellung einer handbeschickten Einzelraumfeuerungsanlage. -
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung. -
Fig. 3 stellt die paramagnetisch gemessene und mit der Modellgleichung berechnete Sauerstoffkonzentration in einer Einzelraumfeuerungsanlage dar. -
Fig. 4 stellt Sauerstoff, Feuerraumtemperatur und Kohlenstoffmonoxid beim Betrieb einer Einzelraumfeuerungsanlage dar.
-
Fig. 1 a representation of a manually fired single-room heating system. -
Fig. 2 shows a plan view of the device according to the invention. -
Fig. 3 represents the oxygen concentration measured paramagnetically and calculated using the model equation in a single-room combustion system. -
Fig. 4 represents oxygen, combustion chamber temperature and carbon monoxide during operation of a single-room combustion system.
In
Die Vorrichtung weist weiterhin ein Solarpanel 8 auf, mit dem der erforderliche Strom zum Betrieb der Vorrichtung erzeugt werden kann.The device further comprises a solar panel 8 with which the required power for operating the device can be generated.
In der
Anhand einer einfachen Versuchsanlage wurde das Regelkonzept auf Basis der Energiebilanzmethode des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP auf Basis einer SPS-Regelung (speicherprogrammierbare Steuerung) umgesetzt. Dabei wurden die Schadstoffemissionen wie z. B. Kohlenstoffmonoxid um 62 % und Feinstaub um ca. 43 % im Vergleich zum Betrieb ohne Regelung reduziert (vgl.
Dem Diagramm der
Erfindungsgemäß erfolgt die gezielte Reglung der Sekundärluft (SSL-SL + SL) durch einen anhand der Energiebilanzmethode berechneten Sauerstoffbeiwert.According to the invention, the targeted control of the secondary air (SSL-SL + SL) is carried out by an oxygen coefficient calculated using the energy balance method.
Ferner kann mit dem Sauerstoffbeiwert außerdem der Primärluft-Aktor in seinem günstigen Grenzen betrieben werden, wodurch vermieden werden kann, dass die Verbrennung in Sauerstoffmangel gerät. Das heißt, wenn der Sekundärluftaktor seine maximale Grenze (Klappe 5 der Schrittmotor 6 (bzw. Sekundärluftaktor) zu 90 % geöffnet; hier 10 % als Reserve) erreicht und trotzdem der berechnete Sauerstoff-Beiwert unter dem im Programm hinterlegten Sauerstoff-Sollwert liegt, wird die Primärluft (RL-PL + SSL-PL) rechtzeitig reduziert, um Sauerstoffmangel und somit unvollständige Verbrennung zu vermeiden. Alternativ zum Schrittmotor 6 kann auch ein Stellmotor eingesetzt werden.Furthermore, the oxygen coefficient can be used to operate the primary air actuator within its optimal limits, thus preventing combustion from experiencing oxygen deficiency. This means that if the secondary air actuator reaches its maximum limit (flap 5 of stepper motor 6 (or secondary air actuator) 90% open; here, 10% as a reserve) and the calculated oxygen coefficient is still below the oxygen setpoint stored in the program, the primary air (RL-PL + SSL-PL) is reduced in time to prevent oxygen deficiency and thus incomplete combustion. As an alternative to stepper motor 6, a servo motor can also be used.
Die gezielte Regelung der Primärluft (SSL-PL + RL-PL) erfolgt für die Einstellung einer günstigen Temperatur in der aktiven Reaktionszone (Feuerraum + Nachoxidationskammer) zu einer effektiven Durchführung der Oxidationsreaktionen bzw. einer vollständigen Verbrennung.The targeted control of the primary air (SSL-PL + RL-PL) is carried out to set a favorable temperature in the active reaction zone (combustion chamber + post-oxidation chamber) for an effective implementation of the oxidation reactions or a complete combustion.
Die Beschreibung und Bewertung der Verbrennungsqualität (Vollständigkeit der Verbrennung) sowie der Betriebsqualität der Feuerstätte erfolgt durch eine differenzielle und integrale Bewertungen der erfassten Temperaturen, berechneten Sauerstoffbeiwert sowie durch das Verhalten der Regelaktoren bzw. die Schrittmotoren bzw. Stellmotoren (6 und 7) zu Regelung der Verbrennungsluftzufuhr. Dabei werden folgende Kenntnisse gewonnen und die Nutzer entsprechend informiert bzw. zur besseren Bedienung der Feuerstätte digital geschult:
- Verwendung von feuchten Brennstoffen
- Verwendung von trocknen Brennstoffen in großen Mengen
- Beschickung großer Brennstoffmenge
- Illegale Verbrennung von Abfällen wie z. B. Plastik, Altöl usw.
- Erkennung von ungünstigem bzw. sehr hohem oder sehr niedrigem Kaminzug.
- Use of wet fuels
- Use of dry fuels in large quantities
- Feeding large quantities of fuel
- Illegal burning of waste such as plastic, waste oil, etc.
- Detection of unfavorable or very high or very low chimney draft.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Beschreibung oder die Ansprüche ,erste' und ,zweite' Merkmale definieren, so dient dies der Unterscheidung gleichartiger Merkmale ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments illustrated in the figures. The above description is therefore not to be considered restrictive, but rather explanatory. The following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. Where the description or the claims define "first" and "second" features, this serves to distinguish similar features without establishing a priority.
Claims (8)
- Method for controlling the combustion process of solid fuels in a single-room furnace, characterized in that an oxygen coefficient is determined from a temperature in a combustion chamber and/or a temperature in a waste gas flue of the single-room furnace, an energy balance of the combustion process in the single-room furnace, an amount of combustion air and an amount of waste gas, wherein said oxygen coefficient is used to control a primary combustion air flow and/or a secondary combustion air flow and thus a thermal output and a combustion quality.
- Method according to claim 1, characterized in that an oxygen demand for the combustion is determined using an oxygen surplus in the combustion chamber area, the oxygen surplus being calculated according to the following formula
where λ is determined as follows where kB has a value of 0.80 to 1.2, ϑR is the waste gas and/or combustion chamber temperature, kF has a value of 1 to 4, and HU is the calorific value of the fuel.λ = 1 + [17.000 × kB /[[0,995 + 0,0002 × ϑR × kF ] × ϑR × kF × [0,241 × 17.000 × kB / 1.000] + 0,5 ]] = [0,217 × Hu × kB /1.000 + 1,67] / [0,241 × Hu × kB / 1.000 + 0,5 ]] - Method according to any one of the preceding claims,
characterized in that the temperature in the combustion chamber and/or in the waste gas flue is measured at least at one point. - Method according to any one of the preceding claims,
characterized in that the temperature in an installation room of the furnace system is measured for a heat production in accordance with demand. - Method according to any one of the preceding claims,
characterized in that the primary air is pane-flushing air and/or grate air. - Method according to any one of the preceding claims,
characterized in that the supply of secondary air is effected in such a way that the oxygen content in the combustion chamber area is about 7 vol.% to about 10 vol.% or about 8 vol.% to about 9 vol.%. - Method according to any one of the preceding claims,
characterized in that the control of the combustion takes place automatically. - Use of the method according to any one of claims 1 to 7 for monitoring the operation of a single-room furnace system for its optimum operation and for ensuring the quality of the combustion.
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