DE19512633C1

DE19512633C1 - Burner control process for moving hearth furnace

Info

Publication number: DE19512633C1
Application number: DE19512633A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Schoppe
Original assignee: HEIMSOTH KERAMISCHE OEFEN und
Current assignee: LAEIS HEIMSOTH GMBH, 31137 HILDESHEIM, DE
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2015-04-06

Abstract

The burner control process comprises grouping all burners in different load stages depending on the number of burners running at full load. In the same manner, they are run up from the basic load to full load and also run down. During running up, a corresponding number of burners are run down, with the burners being set to different full load times and min. load times depending on the heat requirement. The sum of the burner power for each preselected load stage is kept constant. A specific order of burner control is set for each of the possible load stages, to provide as good a through mixture as possible to the furnace cavity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von getakteten Brennern eines Herdwagenofens, die jeweils für sich wahlweise unter Vollast oder Grundlast betrieben werden, wobei die Summe der Leistung der Brenner je nach vorgewählter Laststufe konstant gehalten wird.The invention relates to a method for controlling clocked burners of a bogie hearth furnace, each for itself optionally operated under full load or base load, the Sum of the burner output depending on the preselected load level is kept constant.

Es ist bei Herdwagenöfen üblich, die einzelnen Brenner zu takten, d. h., daß ein bestimmter Brenner zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet wird, er wird auf seiner Nennlast betrieben und zu einem späteren Zeitpunkt ausgeschaltet oder auf Kleinlast geschaltet. Durch dieses abwechselnde Ein- und Ausschalten kann das gewünschte Temperaturprofil im Ofen eingestellt werden, wobei ein Temperaturregler dafür sorgt, daß die Temperatur in bestimmten Bereichen des Ofens auf dem vorgesehenen Wert gehalten wird. Der pulsweise oder taktweise Betrieb von Brennern hat jedoch den Nachteil, daß bei den Ein- und Ausschaltvorgängen Druckstöße erzeugt werden. Diese Druckstöße haben Rückwirkungen auf den Betrieb der eingeschalteten Brenner und auf das in den Ofen einströmende Gasvolumen und dies wiederum wirkt sich nachteilig auf die Genauigkeit aus, mit der ein bestimmtes Temperaturprofil im Ofen eingestellt werden kann. Auch können sich Schwingungsvorgänge im Ofen ausbilden, so daß eine Temperaturerhöhung in einem Teil eines Ofens mit einer Temperaturveränderung in einem anderen Abschnitt des Ofens unerwünschterweise in Wechselwirkung tritt, so daß ständig gegengesteuert werden muß.It is common for bogie hearth furnaces to cycle the individual burners, d. that is, a particular burner at a particular time is switched on, it is operated at its nominal load and closed switched off later or at low load switched. This can be switched on and off alternately desired temperature profile can be set in the oven, with a Temperature controller ensures that the temperature in certain Areas of the furnace are kept at the intended value. Of the operation of burners in pulses or in cycles has the Disadvantage that pressure surges when switching on and off be generated. These pressure surges have repercussions on the Operation of the burner on and in the oven inflowing gas volume and this in turn adversely affects the accuracy with which a certain temperature profile in the Oven can be adjusted. Vibration processes can also occur train in the oven so that a temperature increase in one part one furnace with a temperature change in another Section of the furnace undesirably interacts, so that countermeasures must be constantly taken.

Es ist eine Einrichtung zum periodischen Verändern der Wärmeleistung jedes der beiden Brenner in einem Herdwagenofen bekannt (DE 19 30 691 B2), so daß bei den horizontal angeordneten und aufeinander zugerichteten Brennern die Leistungen der Einzelbrenner fortlaufend von einem Minimum auf ein Maximum mit einer Phasenverschiebung von 180° geregelt werden können. Dadurch wird aber lediglich erreicht, daß der Zusammentreffpunkt der Brenngase beider Brenner sich über die ganze Breite des Brennraumes hin- und herbewegt. Druckschwankungen im Betrieb können hierdurch nicht verhindert werden.It is a device for periodically changing the Heat output of each of the two burners in a bogie hearth furnace known (DE 19 30 691 B2), so that the horizontally arranged and directed burners the performance of the Single burner continuously from a minimum to a maximum with a phase shift of 180 ° can be regulated. Thereby the only thing that is achieved is that the meeting point of the The combustion gases of both burners spread over the entire width of the combustion chamber moved back and forth. This can cause pressure fluctuations in operation cannot be prevented.

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Steuerung von Gasimpulsbrennern eines Tunnelofens (DE 38 35 362 A1) befaßt sich mit dem Problem, die Gasimpulsbrennersteuerung für Tunnelöfen zu verbessern, wobei bei vorgegebener Leistung die Brennqualität besatzhöhenabhängig einstellbar ist. Hierzu werden die Brenner zu einzelnen Brennergruppen zusammengefaßt und in mindestens zwei Druckstufen betrieben, wobei die Brenndauer im oberen und die im unteren Brennbereich getrennt voneinander einstellbar sind. Druckstöße und Rückwirkungen auf den Betrieb der eingeschalteten Brenner und somit auf das eingestellte Temperaturprofil im Ofen müssen aber in Kauf genommen werden.Another known device for controlling Gas pulse burners of a tunnel furnace (DE 38 35 362 A1) deals with with the problem of gas pulse burner control for tunnel kilns improve, with the given performance the burning quality is adjustable depending on the stocking height. For this, the burners are too individual burner groups combined and in at least two Pressure stages operated, the burning time in the upper and in lower firing range can be set separately. Pressure surges and repercussions on the operation of the switched on Burner and thus to the set temperature profile in the furnace but must be accepted.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, Druckschläge und Druckschwankungen im Betrieb eines Herdwagenofens bei Pulsationsbetrieb der Brenner zu vermeiden und das Ausregeln von Temperaturunterschieden im Ofenraum weitgehend unabhängig von der eigentlichen Temperaturregelung durchzuführen.The invention addresses the problem of pressure surges and Pressure fluctuations in the operation of a bogie hearth furnace To avoid pulsating operation of the burner and the regulation of Temperature differences in the furnace are largely independent of the perform actual temperature control.

Das Lösungsprinzip der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art alle Brenner je nach Anzahl der unter Vollast betriebenen Brenner zu unterschiedlichen Laststufen zusammengefaßt werden; daß alle Brenner in gleicher Weise von Grundlast auf Vollast heraufgeregelt und in entgegengesetzter Richtung herabgeregelt werden; daß in der Zeitspanne des Heraufregelns einer der Laststufe entsprechenden fest vorgegebenen Anzahl von Brennern eine der Laststufe entsprechende fest vorgegebene Anzahl von anderen Brennern herabgeregelt wird und daß die Brenner je nach Wärmebedarf mit unterschiedlichen Vollastzeiten oder Grundlastzeiten betrieben werden, so daß die Brenner in gesteuerter Weise ein- und ausgeschaltet werden, d. h. sie werden von einem bestimmten Bereitstellungsniveau bzw. Grundlast beispielsweise in ganz bestimmter Weise auf den Nennwert bzw. Vollast hochgefahren und in entsprechender Weise von dem Nennwert auf den Bereitstellungsbetrieb zurückgenommen. Immer dann, wenn ein Brenner auf diese Art und Weise hochgefahren wird, wird ein anderer Brenner (oder mehrere andere Brenner) in entsprechender Weise heruntergefahren, so daß der vom System benötigte Brennstoff über die Zeit gesehen konstant ist, so daß keine Druckschläge oder Druckstöße auftreten können und ein präzises Temperaturprofil eingestellt werden kann.The principle of solution of the present invention is based on the fact that in a process of the type mentioned all burners depending on The number of burners operated under full load is different Load levels are summarized; that all burners in the same Regulated from base load to full load and in be reduced in the opposite direction; that in the Time period of the up-regulation of a load level fixed number of burners one of the load level corresponding fixed number of other burners is reduced and that the burner with depending on the heat demand different full load times or base load times operated be so that the burner in a controlled manner be turned off, d. H. they are from a certain Deployment level or base load, for example, in whole raised in a certain way to the nominal value or full load and in accordingly from the nominal value to the Provisioning operation withdrawn. Whenever a burner another burner will start up in this way (or several other burners) in a corresponding manner shut down so that the fuel required by the system is over seen the time is constant, so that no pressure surges or Pressure surges can occur and a precise temperature profile can be adjusted.

Auf diesem Prinzip basierend kann die Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Teilen des Ofens verringert werden, ohne daß - wie beim Stand der Technik - zwei oder mehrere für sich arbeitende Regelsysteme erforderlich sind. Hier wird nämlich so vorgegangen, daß die Last- bzw. Einschaltzeit eines Brenners abgekürzt wird und der Einschaltzeitpunkt eines anderen Brenners (oder mehrerer Brenner) dafür vorverlegt wird. Auf diese Weise können die einzelnen Abschnitte des Ofens in gewünscht er Weise auf Temperatur gebracht bzw. gehalten werden, indem genau die für diesen Abschnitt des Ofens erforderliche Brennstoffmenge genauestens zur Verfügung gestellt wird.Based on this principle, the temperature difference between individual parts of the furnace can be reduced without - as with State of the art - two or more working for themselves Control systems are required. Here's how it works that the load or switch-on time of a burner is shortened and the switch-on time of another burner (or several Burner) is brought forward. That way they can individual sections of the furnace in the desired manner on temperature brought or held by exactly those for this section the amount of fuel required by the stove is available precisely is provided.

Gemäß der Erfindung müssen nicht ständig fest vorgegebene Brenner in den unterschiedlichsten Bereichen des Ofens zusammenwirken, vielmehr ist möglich, daß je nach Energiebedarf ständig wechselnde unterschiedliche Brenner ein- und ausgeregelt werden. Es ist auch denkbar, den Einregelvorgang für einen Brenner mit dem Ausregelvorgang von mehr, als einem anderen Brenner zusammenfallen zu lassen, sofern dabei sichergestellt wird, daß die über die Zeit gesehen benötigte Brennstoffmenge konstant bleibt.According to the invention, there is no need for permanently predefined burners interact in different areas of the furnace, rather, it is possible that constantly changing depending on the energy requirement different burners can be adjusted and regulated. It is also conceivable, the adjustment process for a burner with the Adjustment process of more than one other burner coinciding to be provided that it is ensured that the over time seen amount of fuel remains constant.

Die Temperaturregelung des Ofens innerhalb einer Laststufe erfolgt über eine Veränderung des Gas- und Luftvordruckes für alle Brenner gemeinsam. Völlig unabhängig von dieser Temperaturregelung können die im Ofen gemessenen Temperaturunterschiede durch die Veränderung der Haltezeiten der Brenner ausgeglichen werden. Somit stehen erstmalig zwei unabhängige Parameter für die Regelung der Temperaturhöhe an sich und für die Ausregelung der Temperaturunterschiede im Ofenraum zur Verfügung. Damit wird eine neue Qualität der Regelung möglich.The temperature of the furnace is controlled within one load level about changing the gas and air admission pressure for all burners together. Can be completely independent of this temperature control the temperature differences measured in the furnace due to the change the burner stopping times can be compensated. So stand for the first time two independent parameters for the regulation of the Temperature level itself and for the regulation of the Temperature differences are available in the furnace room. So that becomes a new quality of regulation possible.

Bisher bekannte Systeme (z. B. DE 38 35 362 A1) arbeiten mit einer Zonenaufteilung des Ofens, wobei dann für die unterschiedlichen Zonen völlig unabhängige Temperaturregelsysteme zum Einsatz kommen. Die Wechselwirkungen dieser unabhängigen Systeme aufeinander und dadurch möglicherweise entstehende Schwingungseffekte sind unerwünscht und können das Brennergebnis negativ beeinflussen. Previously known systems (e.g. DE 38 35 362 A1) work with one Zone division of the furnace, then for the different Zones completely independent temperature control systems are used. The interactions of these independent systems with each other and this may result in vibration effects undesirable and can negatively affect the firing result.

Der positive Effekt der bisher bekannten Takt- oder Impulsfeuerungen bleibt bei dem Verfahren nach der Erfindung voll erhalten: Hohe Turbulenzen und gute Durchmischungen des Ofenraumes werden dadurch erzielt, daß jeder einzelne Brenner für eine gewisse Zeit nahe seiner Nennleistung arbeitet und dann auf Minimallast oder Null zurückgenommen wird. Durch diesen Wechsel wird nicht nur eine gute Durchmischung erreicht, sondern auch die punktuelle Überhitzung weitgehend vermieden.The positive effect of the previously known clock or Pulse firing remains full in the method according to the invention preserved: high turbulence and thorough mixing of the furnace chamber are achieved in that each burner for a certain Time works close to its rated power and then at minimum load or zero is withdrawn. This change will not only a good mix achieved, but also the punctual Overheating largely avoided.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Brenner so geschaltet, daß immer ein, zwei oder drei bis alle Brenner gleichzeitig in Vollast oder Minimalbetrieb sind. Für einen Herdwagenofen mit 18 Brennern ergeben sich somit 18 Leistungsstufen. Die Brenner werden so zwischen Vollast und Minimalflamme (Kleinlast und Null) hin- und hergeschaltet, daß ein kontinuierlicher Übergang von einem Zustand in den anderen innerhalb einer Übergangszeit von mehreren Sekunden erfolgt. Wenn ein Brenner in den Zustand "Minimalflamme" übergeht, wird synchron ein anderer Brenner in den Zustand "Vollast" gefahren, so daß das in den Ofen einströmende Gasvolumen konstant bleibt.According to the method according to the invention, the burners are so switched that always one, two or three to all burners are at full load or minimal operation at the same time. For one Bogie hearth furnace with 18 burners results in 18 Power levels. The burners are between full load and Minimum flame (low load and zero) switched back and forth that one continuous transition from one state to another takes place within a transition time of several seconds. If a burner changes to the "minimum flame" state is synchronized another burner in the "full load" state, so that gas volume flowing into the furnace remains constant.

Die Temperatur wird entsprechend der programmierten Brennkurve eingeregelt, entsprechend den sich daraus ergebenden Temperaturgradienten, der zu dem Zeitpunkt herrschenden Ofenraumtemperatur und dem Ofeneinsatzgewicht wird die (in einer Tabelle gespeicherte) notwendige Laststufe vorgewählt. Schrittweise werden Brenner zu- (oder ab-)geschaltet, um so von dem Istzustand in die neue Laststufe zu kommen. Um bei der Betriebsweise in einer bestimmtem Laststufe die Temperatur regeln zu können, wird für alle Brenner zusammen der Gas- und Luftvordruck verändert (zwischen + 10 und -20% z. B. der Nennleistung). Sollte diese Regelung nicht ausreichen und eine unzulässige Temperaturunterschreitung auftreten, wird automatisch die nächsthöhere Laststufe angewählt.The temperature will be according to the programmed firing curve adjusted according to the resulting Temperature gradient that prevailed at the time The furnace chamber temperature and the furnace operating weight is the (in a Preserved load level preselected in the table. Gradually burners are switched on (or down) so as to change from the actual state to get into the new load level. In order to operate in a To be able to regulate the temperature at a certain load level is for everyone Burner together the gas and air pre-pressure changed (between + 10 and -20% z. B. the nominal power). Shouldn't this scheme sufficient and an inadmissible temperature drop occur, the next higher load level is automatically selected.

Wenn die in den verschiedenen Ofenbereichen untergebrachten Thermoelemente unzulässige Temperaturunterschiede zwischen oben und unten oder dem Torbereich und der Mitte des Ofens erkennen, werden diese Unterschiede durch eine modifizierte Ansteuerung der in diesen Bereichen befindliche Brenner ausgeglichen. Dazu wird die Haltezeit dieser Brenner unter Vollast verändert. In den Laststufen, wo mehr als die Hälfte der verfügbaren Brenner in Betrieb sind, ist es sinnvoll, die Zeit unter Minimallast zu verringern.When housed in the different furnace areas Thermocouples impermissible temperature differences between above and bottom or the gate area and the center of the oven these differences through a modified control of the in burner located in these areas. For this, the Holding time of these burners changed under full load. In the Load levels where more than half of the burners available in Operation, it is useful to keep the time under minimum load to decrease.

Für jeder der möglichen Laststufen wird eine bestimmte Reihenfolge der Brenneransteuerung festgelegt. Diese Reihenfolge soll eine möglichst gute Durchmischung im Ofenraum sicherstellen.There is a specific order for each of the possible load levels the burner control. This order is said to be one Ensure the best possible mixing in the furnace chamber.

Um dem Ofenbetreiber eine weitgehend freie Programmierung der Brennkurve zu ermöglichen, muß für jeden möglichen Zustand (Temperaturgradient, Ofentemperatur und Besatzgewicht) eine Laststufe vorgegeben werden, die der Rechner dann automatisch anwählt oder errechnet.In order to provide the furnace operator with a largely free programming of the To enable the firing curve must be possible for every possible condition (Temperature gradient, furnace temperature and stocking weight) one Load level can be specified, which the computer then automatically selects or calculates.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.The invention is described below with reference to the drawings for example explained.

Fig. 1 ist das Lastdiagramm für einen Ofen mit fünf Brennern, die in der Laststufe 2 betrieben werden. Figure 1 is the load diagram for a furnace with five burners operating in load level 2 .

Fig. 2 ist die Darstellung der Vollastzeiten für die fünf Brenner in der Laststufe 2 des Systems nach Fig. 1. FIG. 2 shows the full load times for the five burners in load stage 2 of the system according to FIG. 1.

In der Fig. 1 sind in den beiden Ordinaten die Lasten angegeben, und zwar eine Grundlast, bei der es sich auch um die Nullast handeln könnte, und die Vollast. Auf den Abzissen ist die Zeit wiedergegeben, und um die Verhältnisse übersichtlicher zu gestalten, sind in der oberen Darstellung die Brenner 3 und 4 und in der unteren die Brenner 1, 2 und 5 für sich mit ihren Belastungen gezeigt.In Fig. 1, the loads are specified in the two ordinates, namely a base load, which could also be the zero load, and the full load. The time is shown on the abscissa, and to make the situation clearer, the burners 3 and 4 are shown in the upper illustration and the burners 1 , 2 and 5 are shown with their loads in the lower illustration.

Der Brenner 1 beispielsweise wird zu einem bestimmten Zeitpunkt von Grundlast auf Vollast hochgefahren, wobei diese Heraufregelung in der Zeit te stattfindet. Daran schließt sich für den Brenner 1 die Vollastzeit tx₁ und daran wiederum die Zeit des Herabregelns innerhalb der Zeitspanne ta an.The burner 1, for example, is started up from base load to full load at a certain point in time, this upward adjustment taking place in time te. This is followed by the full load time tx 1 for the burner 1 and in turn the time for the down-regulation within the time period ta.

Alle Brenner 1 bis 5 werden in der gleichen Weisen herauf- und herabgeregelt, d. h. für sie gilt, daß te gleich ta ist.All burners 1 to 5 are regulated up and down in the same way, that is to say that te is ta.

In der Fig. 1 sind die Vollastzeiten tx₁, tx₂, tx₃, tx₄ und tx₅ gleichlang gezeigt worden, was eben für diesen Fall so gemacht worden ist.In Fig. 1, the full load times tx₁, tx₂, tx₃, tx₄ and tx₅ have been shown for the same length, which has just been done for this case.

Es ist zu erkennen, daß zu irgend einem Zeitpunkt immer einer der fünf Brenner auf Vollast betrieben wird und zur gleichen Zeit zwei Brenner sich in der Phase des Heraufregelns bzw. Herabregelns befinden. Dies bedeutet, daß die fünf Brenner in der Laststufe 2 betrieben werden, nämlich daß immer zu jedem Zeitpunkt rechnerisch zwei Brenner in Vollastbetrieb sind.It can be seen that at some point in time one of the five burners is always operated at full load and at the same time two burners are in the phase of regulating up or regulating down. This means that the five burners are operated in load level 2 , namely that at any time two burners are always at full load.

Fig. 2 zeigt die Vollastzeiten der einzelnen Brenner 1 bis 5, die als Ordinate aufgetragen sind. Das Diagramm zeigt anschaulich, daß die einzelnen Vollastzeiten und auch die Ausschaltzeiten der einzelnen Brenner nicht übereinstimmen müssen, wenngleich immer die Bedingung erfüllt ist, daß gleichzeitig zwei Brenner im Vollastbetrieb sind. Fig. 2 shows the Vollastzeiten of the individual burners 1 to 5, which are plotted as ordinate. The diagram clearly shows that the individual full load times and the switch-off times of the individual burners do not have to match, although the condition is always fulfilled that two burners are in full load operation at the same time.

Claims

Method for controlling clocked burners of a bogie hearth furnace, which are operated either individually under full load or base load, the sum of the burner output being kept constant depending on the preselected load level, characterized in that all burners depend on the number of burners operated under full load be combined to different load levels; that all burners are regulated in the same way from base load to full load and regulated in the opposite direction; that in the period of up-regulation of a predetermined number of burners corresponding to the load level, a predetermined number of other burners corresponding to the load level is reduced, and that the burners are operated with different full load times or base load times depending on the heat requirement.