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Verbrennungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, sind oftmals das primäre Mittel, um Industrieöfen Energie zuzuführen.

Die zunehmende Konzentration auf die Senkung von Energiekosten hat die Hersteller dazu gebracht, sich auf neue Designs für Verbrennungsanlagen zu konzentrieren. In den letzten Jahren konnten wichtige Fortschritte in der Effizienzsteigerung erzielt werden. Management und Regelsystem der Verbrennungsanlage müssen gleichermaßen anpassungsfähig sein.

Eurotherm® bietet eine effiziente, gut implementierte Regelungstechnik, die Betriebskosten reduziert und gleichzeitig Ressourcen für mehr Flexibilität im Anlagenmanagement und der Regelung bereitstellen kann. Die Verbrennungsregelung umfasst in der Regel eine oder mehrere der folgenden Methoden:

  • Regulierung überschüssiger Luft
  • Sauerstoffabgleich
  • Brennermodulierung
  • Cross-Limiting Luft/Brennstoff
  • Regelung der Gesamtwärme

Regelung der überschüssigen Luft

In der Praxis können weder Gas noch Öl, brennende Kohle oder andere Systeme den Brennstoff und die Luft unter den best-möglichen Umständen optimal vermischen. Darüber hinaus kann eine vollständige Durchmischung ein langwieriger Prozess sein. Abbildung 1 zeigt, dass überschüssige Luft auf eine angemessene Menge beschränkt werden muss, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten und Wärmeverlust zu verhindern.

Die Regulierung von Luft bietet:

  • Eine bessere Wärmeübertragung im Ofen
  • Eine „Warnung im Voraus“ über Abgasprobleme (zu hoher Luftaustritt aus der Zone maximaler Effizienz)
  • Beträchtliche Einsparungen an Kraftstoff

Sauerstoffabgleich

Wenn eine Messung des Sauerstoffgehaltes im Brenngas verfügbar ist, kann der Verbrennungsregelungsmechanismus deutlich verbessert werden (da der Prozentsatz des Sauerstoffs im Abgas in engem Verhältnis zur Menge der überschüssigen Luft steht). Es wird ein Regelmodul zum Sauerstoffabgleich hinzugefügt, um folgendes zu ermöglichen:

  • Engmaschigere Regelung der überschüssigen Luft auf den Sauerstoffsollwert für mehr Effizienz
  • Schnellere Rückkehr zu Sollwerten nach Störungen
  • Engmaschigere Regelung von Abgasen
  • Konformität mit Emissionsnormen
  • Einfache Integration von Kohlenmonoxid- oder Opazitäts-Override

Brennermodulierung

Modulierungsregelung ist eine einfache Verbesserung der Verbrennungsregelung. Dafür erzeugt ein Regler, der die Ofenatmosphäre überwacht, ein kontinuierliches Bedarfssignal.

Senkungen der Temperatur führen zu einer höheren Befeuerungsrate. Brennermodulierung bei der Verbrennungsregelung bietet folgende Vorteile:

  • Brennstoff- und Luftanforderungen werden ständig an den Verbrennungsbedarf angepasst
  • Die Ofentemperatur wird innerhalb enger Toleranzwerte gehalten
  • Höhere Ofeneffizienz
  • Die gewichtete durchschnittliche Abgastemperatur ist niedriger

Eng gekoppelte Regelung

Die meisten Wärmebehandlungsverfahren erfordern eine präzise Regelung der Werkstoff-temperatur. Seit der Entwicklung von schnell wirkenden Brenner und Brennerregelungs-systemen ist es leicht, eine sehr empfindliche Kaskadenreglung für den Ofen zu implemen-tieren.

In diesem Betriebsmodus wird der Brenner einer engmaschigen Temperaturregelung durch einen Sensor unterworfen, der sehr eng an die zugeführte Energie gekoppelt ist. Der eng gekoppelte Slave-Regelkreis reagiert auf den Bedarf des Master-Regelkreises, in dem der Sensor sich innerhalb des Werkstückes befindet. Auf diese Weise kann der Ofen komplett für die Bedürfnisse der Brennerdynamik und Werkstückanforderungen optimiert werden. Dies wiederum resultiert in maximaler Effizienz und garantierter thermischer Verarbeitung.

Cross-Limiting Luft/Brennstoff

Eine Cross-Limiting-Strategie zur Verbrennungsregelung gewährleistet, dass es in einem Verbrennungsprozess nie ein gefährliches Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff geben kann. Eine solche Strategie wird umgesetzt, indem der Luftstrom stets vor dem Brennstoffdurchsatz erhöht wird, wie in Abbildung 2 dargestellt, oder indem der Brennstoffdurchsatz vor dem Luftstrom gesenkt wird.

Cross-Limiting-Verbrennungsregelung ist äußerst effektiv und kann folgendes bewirken:

  • Optimierung des Brennstoffverbrauchs
  • Sicherere Betriebsbedingungen durch geringeres Explosionsrisiko
  • Schnelle Anpassung an Schwankungen in der Brennstoff- und Luftzufuhr
  • Befriedigung des Dampfbedarfs für die Anlage

Abbildung 3 zeigt ein vereinfachtes Regel-Blockdiagramm des Cross-Limiting-Verbrennungskreislaufs. Kombinierte Befeuerung mehrerer Brennstoffe gleichzeitig ist bei diesem Ablauf ebenfalls problemlos möglich.

Erweitertes Cross-Limiting

Als Erweiterung der oben beschriebenen Möglichkeit steht die Cross-Limiting-Verbrennungs-regelung zur Verfügung. Sie wird durch die Anwendung zusätzlicher, dynamischer Grenzwer-te für die Luft- und Brennstoffsollwerte erreicht. Auf diese Weise wird das tatsächliche Luft/Brennstoff-Verhältnis während und nach dem Übergang innerhalb einer vorgegebenen Spanne gewahrt. Diese Methode schützt davor, dass das Bedarfssignal das Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff zu sehr verschlankt und reduziert damit Wärmeverluste.

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