Einführung in Brenner

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von lyyifeng am 30.3.2016 um 11:49 bearbeitet. Als hochgradig automatisiertes mechatronisches Gerät lässt sich der Brenner in fünf Systeme einteilen: das Lufteinlasssystem, das Zündsystem, das Überwachungssystem, das Kraftstoffsystem sowie das elektronische Steuerungssystem. 1. Lüftungssystem: Die Funktion des Lüftungssystems besteht darin, Luft mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Menge in die Brennkammer zu leiten. Zu den wichtigsten Komponenten gehören: Gehäuse, Lüftermotor, Lüfterrad, Luftröhren, Steuergerät für die Luftklappen, Klappenelemente sowie Diffusionsplatte. Gehäuse: Es ist der Hauptbestandteil, der die Befestigungspunkte für die verschiedenen Komponenten des Brenners sowie die Eingangskanäle für Frischluft bereitstellt. Nach ihrem Aussehen lassen sie sich in Box- und Pistolenarten einteilen. Boxbrenner haben meist eine Hülle aus Spritzgussmaterial und eine geringere Leistung. Hochleistungs-Brenner verwenden in der Regel getrennte Gehäuse und sind meist von der Pistolenart. Die Materialien, aus denen der Gehäusekörper besteht, sind in der Regel hochfeste, leichte Legierungsgussteile. Lüftermotor: Er liefert hauptsächlich die Energie für den Betrieb des Lüfterrads und der Hochdruckölpumpe. Einige Brenner verwenden außerdem einen separaten Motor, um die Ölpumpe anzutreiben. Einige Brenner mit geringer Leistung verwenden Einphasenmotoren; ihre Leistung ist relativ gering. Die meisten Brenner hingegen verwenden Dreiphasenmotoren. Der Motor muss in einer bestimmten Richtung drehen, damit der Brenner ordnungsgemäß funktionieren kann. Lüfterrad: Durch die hohe Drehzahl entsteht ein ausreichender Luftdruck, um den Widerstand im Ofenraum sowie im Schornstein zu überwinden. Zudem wird so genügend Luft in die Brennkammer geleitet, um die Bedürfnisse der Verbrennung zu erfüllen. Es besteht aus zylindrischen Rädern mit Blättern, die in einem bestimmten Winkel geneigt sind. Die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, sind in der Regel hochfestes, leichtes Legierungsstahl. Es gibt auch Produkte, die durch Spritzgießen hergestellt werden. Alle qualitativ hochwertigen Lüfterräder weisen eine gute Dynamische Ausrichtung auf. Luftkanal und Feuerrohr: Sie dienen dazu, den Luftstrom zu lenken und den Luftdruck zu stabilisieren. Zudem sind sie Teil des Luftzufuhrkanals. In der Regel gibt es eine äußere Flanschverbindung, die mit dem Ofeneingang verbunden ist. Die verwendeten Materialien sind in der Regel hochfestes und hitzebeständiges Legierungsstahl. Lüftungsklappensteuerer: Es handelt sich um eine Antriebseinheit, die durch mechanische Verbindungen die Drehung der Lüftungsklappen steuert. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Steuerungen: solche, die hydraulisch angetrieben werden, und solche, die von Servomotoren angetrieben werden. Die erstgenannten arbeiten zuverlässig und neigen nicht dazu, auszufallen. Die zweiten bieten eine präzise Steuerung sowie eine gleichmäßige Veränderung der Luftmenge. Lüftungsschalter: Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Größe des Luftzuführungskanals zu regulieren, um so die Menge der zugeführten Luft zu steuern. Die verwendeten Materialien sind Spritzgussteile und Legierungen. Spritzgussteile bestehen in der Regel aus einem einzigen Teil, während Legierungssteile in verschiedenen Kombinationen vorliegen – als Einzelteil, als Doppelteil oder als Dreiteil. Diffusionsplatte: Ihre besondere Struktur erzeugt einen rotierenden Luftstrom, der zur vollständigen Vermischung von Luft und Treibstoff beiträgt und gleichzeitig die Menge an Sekundärluft reguliert. 2. Zündsystem: Die Funktion des Zündsystems besteht darin, eine Mischung aus Luft und Kraftstoff in Brand zu setzen. Zu den wichtigsten Komponenten gehören der Zündtransformator, die Zündelektroden sowie die Hochspannungskabel für die Zündung. Zündtransformator: Es handelt sich um einen Wandler, der eine hohe Spannung erzeugt. Die Ausgangsspannungen liegen in der Regel bei 2×5 KV, 2×6 KV oder 2×7 KV. Der Ausgangsstrom beträgt in der Regel 15–30 mA. Zündelektrode: Sie wandelt elektrische Energie hoher Spannung in Form einer Entladung in Licht- und Wärmeenergie um, um das Brennstoff zu entzünden. Es gibt im Allgemeinen zwei Arten: Einzelne Einheiten und getrennte Einheiten. Hochspannungskabel für elektrische Energie: Ihre Funktion besteht darin, elektrische Energie zu übertragen. 3. Überwachungssystem: Die Funktion des Überwachungssystems besteht darin, einen sicheren Betrieb des Brenners zu gewährleisten. Zu seinen wichtigsten Komponenten gehören Flammenüberwacher, Drucküberwacher sowie Temperaturüberwacher. Flammenmonitor: Seine Hauptfunktion besteht darin, den Entstehungsprozess der Flamme zu überwachen und Signale an den Steuergerät zu senden. Es gibt hauptsächlich drei Arten von Flammendetektoren: Lichtwiderstände, UV-Strahlungssensoren und Ionisationselektroden. A. Lichtempfindlicher Widerstand: Er wird häufig in Brennern für Leichtöl und Schweröl eingesetzt. Seine Funktion und Arbeitsweise sind folgende: Der Lichtempfindliche Widerstand ist mit einem Flammenrelais mit drei Kontakten verbunden. Der Widerstandswert des Lichtempfindlichen Widerstands ändert sich je nach Menge des einfallenden Lichts – je mehr Licht einfällt, desto niedriger ist der Widerstandswert. Wenn die Spannung an den Enden des Lichtempfindlichen Widerstands konstant bleibt, steigt der Stromfluss im Schaltkreis. Wenn dieser Stromwert einen bestimmten Wert erreicht, wird das Flammenrelais aktiviert, wodurch der Brenner weiterhin arbeiten kann. Wenn der Lichtwiderstand nicht ausreichend Licht wahrnimmt, funktioniert der Flammenschalter nicht und der Brenner wird stillstehen. Lichtempfindliche Widerstände eignen sich nicht für Gasbrenner, da die Flamme beim Verbrennen von Gasen nicht hell genug ist. B. Ionisierungs elektrode: Wird häufig in Gasbrennern verwendet. Der Steuergerät versorgt den Zündtransformator mit einer Spannung von 220 V. Eine der beiden Hochspannungsleitungen wird an Masse gelegt, die andere Leitung wird mit dem Zündelektroden verbunden. Zwischen der Elektrode und der Erde entsteht dadurch eine Entladung, die einen Funken erzeugt – dieser zündet wiederum die Mischung aus Gas und Luft. Das Steuergerät versorgt außerdem die Ionisierungs elektroden mit Strom. Falls keine Flamme entsteht, wird die Stromversorgung der Elektroden unterbrochen. Wenn hingegen eine Flamme entsteht, wird das Gas durch seine eigene hohe Temperatur ionisiert. Der Ionenstrom fließt zwischen den Elektroden, der Flamme sowie dem Brennerkopf. Der Ionenstrom wird in Gleichstrom umgewandelt und über den an Masse gelegten Brennerkörper zum Flammenschalter geleitet, damit dieser funktionieren kann. Dadurch wird sichergestellt, dass der Brenner ordnungsgemäß weiterarbeiten kann. Wenn die Ionisationselektroden mit dem Boden in Berührung kommen, dann ist der entstehende Strom Wechselstrom und nicht Gleichstrom. In diesem Fall wird der Flammenschalter nicht funktionieren und der Steuergerät wird blockiert. Außerdem fließen der Ionisierungsstrom und der Zündstrom über denselben Erdungskreis. Da der Zündstrom um ein Vielfaches stärker ist als der Ionisierungsstrom, wird dieser durch den Zündstrom blockiert, wenn die beiden Ströme in entgegengesetzte Richtungen fließen. Dadurch entsteht eine Unterbrechung im Verbrennungsprozess, nachdem eine Flamme entstanden ist. Dieses Problem kann durch eine umgekehrte Eingangsverbindung des Zündtransformators behoben werden. Durch die Umkehrung der Anschlüsse ändert sich die Richtung des Wechselstroms im Zündtransformator um 180° – dadurch ändert sich auch die Richtung des Zündstroms um 180°. Infolgedessen fließen beide Ströme in derselben Richtung, wodurch das oben beschriebene Problem beseitigt wird. Außerdem kann eine instabile Flamme im Ionisationsbereich dazu führen, dass der Brenner bereits während des Brennvorgangs unterbrochen wird. Dies kann daran liegen, dass das Verhältnis von Luft zu Gas nicht geeignet ist – dieses Problem lässt sich durch Anpassung der Menge an Luft oder Gas beheben. Es kann auch daran liegen, dass die Verteilung von Luft und Gas am Brennerkopf ungleichmäßig ist – dieses Problem lässt sich durch Anpassung der Position des Brennerkopfs lösen. C. UV-Sensor: Wird in der Regel in Brennern für Öl und Gas verwendet. Dieser Sensor kann nur die Ultraviolettstrahlung im Flammenlicht wahrnehmen (Spektralbereich 190–270 Nanometer). Der UV-Lampen reagiert nicht auf das Licht der feuerfesten Materialien im Ofen, auf normales Licht oder auf das Glühen innerhalb des Ofens. Die Lebensdauer der UV-Lampe beträgt bei einer Umgebungstemperatur von bis zu 50 °C etwa 10.000 Stunden. Eine zu hohe Umgebungstemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf ihre Lebensdauer. Wenn es ausreichend UV-Strahlung erhält, kann es einen Strom erzeugen. Dieser Strom wird anschließend durch geeignete Verstärkungsgeräte oder Relais so verstärkt, dass der Schalter geschlossen werden kann. Wenn die Energie im UV-Röhrenakku aufgebraucht ist, gibt sie weiterhin an, dass UV-Strahlung vorhanden ist – obwohl in Wirklichkeit keine UV-Strahlung da ist. Um dieses Problem zu beheben, setzt der Steuergerät vor jedem Betrieb eine angemessene Spannung an beiden Enden der Röhre an. Dadurch wird signalisiert, dass es keine Flamme gibt – und das Steuergerät stoppt seine Arbeit. Um die Wirksamkeit der UV-Beobachtungskamera zu überprüfen, wird sie nach dem Zünden mindestens eine Minute lang aus ihrer ursprünglichen Position entfernt. Sobald die UV-Beobachtungskamera entfernt ist, kann das von der Flamme abgegebene Ultraviolettlicht nicht mehr erfasst werden. Daraufhin schaltet sich der entsprechende Relais aus und der Brenner hört auf zu arbeiten. Selbst eine geringe Menge an Öl kann den Weg für das UV-Licht in den Phototropen blockieren, wodurch die inneren Sensorelemente nicht genügend UV-Licht erhalten und daher nicht funktionieren können. Deshalb muss der Phototropf gründlich gereinigt werden. UV-Röhren reagieren nicht auf das Licht der Sonne oder von herkömmlichen Leuchten. Ihre Empfindlichkeit kann durch eine Flamme oder einen Funken zwischen den beiden Elektroden eines herkömmlichen Zündtransformators überprüft werden. Um zu gewährleisten, dass der Brenner ordnungsgemäß funktioniert, muss seine Stromstärke konstant sein und darf nicht unter den vom Steuergerät erforderlichen Wert sinken. Der Strom kann mit einem Mikroampemeter gemessen werden; sein Wert darf nicht unter einen bestimmten Schwellenwert fallen. Der Druckmonitor wird in der Regel in Gasbrennern verwendet – er dient hauptsächlich zur Überwachung des Hoch- und Niedrigdrucks des Gases sowie des Luftdrucks. Wenn der Brenner in Dampfkesseln eingesetzt wird, dient der Monitor außerdem zur Überwachung des Dampfdrucks. Temperaturüberwachung: Hauptsächlich umfasst dies die Überwachung und Steuerung der Temperatur der Rauchgase, die Überwachung und Steuerung der Temperatur des Kraftstoffs (Schweröl) sowie die Überwachung und Steuerung der Temperatur des Systemwassers und des Mediumwassers. 4. Kraftstoffsystem: Die Funktion des Kraftstoffsystems besteht darin, den für das Verbrennen im Brenner erforderlichen Kraftstoff bereitzustellen. Das Kraftstoffsystem eines Brenners für Brennstoffe umfasst hauptsächlich: Kraftstoffleitungen und Anschlüsse, Kraftstoffpumpe, Elektromagnetventile, Düsen sowie einen Vorheizer für Schweröl. Gasthermen bestehen hauptsächlich aus Filtern, Druckreglern, Elektromagnetventilen sowie Zündelektromagnetventilen. Ölleitungen und Anschlüsse: Zum Transport von Kraftstoff. Ölpumpe: Ein Mechanismus, der Drucköl erzeugt. Der Öldruck liegt in der Regel bei über 10 Bar, um die Anforderungen an die Verdunstung und das Einspritzvolumen zu erfüllen. Es gibt Varianten mit einem Auslassrohr sowie mit zwei Auslassrohren. Einige Brennerölpumpen sind koaxial mit dem Lüftermotor verbunden, andere werden von einem separaten Ölpumpenmotor angetrieben. Häufige Ölpumpentypen sind die Typen J, E und TA; sie eignen sich für Ein- und Zweirohr-Ölsysteme. In den Ölpumpen befinden sich Filter, Druckregelventile sowie Absperrventile. Der Filter dient hauptsächlich zum Schutz der Antriebseinheit. Der Filter der E-Typ-Pumpe hat ein größeres Maschennetz; wenn der Filter verstopft ist, kann das zu einem zu hohen Vakuum führen. Der Filter muss regelmäßig gereinigt werden. Nach der Reinigung oder dem Austausch des Filters muss sichergestellt werden, dass die Pumpenabdeckung fest verschlossen ist. Vor dem Betrieb muss Öl über den Saugrohranschluss in den Überlauf der Pumpe gefüllt werden. Andernfalls kann die Pumpe durch Trockenbetrieb beschädigt werden. Der Saugwiderstand am Eingang der Ölpumpe darf 0,4 Bar nicht überschreiten, der Druck am Ausgang liegt in der Regel bei 10–24 Bar. Der maximale Öldruck der Pumpe vom Typ J beträgt 20 Bar, bei den Pumpen der Typen E und TA liegt er bei 40 Bar. Die maximale Öltemperatur beträgt 90 °C. Elektromagnetische Ventile: Zum Steuern des Ölflusses, meist Zweigang- und Dreigangventile. Düse: Ihre Hauptfunktion ist es, Öltropfen zu vernebeln. Die wichtigsten Parameter der Kraftstoffdüse sind der Einspritzwinkel (30°, 45°, 60°, 80°), die Einspritzart (voll, hohl, halbhohl) sowie die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Bei gleicher Druckbelastung erzielt eine Düse mit geringerem Spritvolumen eine bessere Verneblung. Häufig verwendete Düsen sind die einfachen mechanischen Verneblerdüsen sowie die Düsen mit Rückflussmechanismus zur Vernebelung des Öls. Die ersten haben eine einfache Konstruktion sowie ein einfaches System – außerdem sind sie ziemlich zuverlässig. Sie werden in der Regel in Brennern mit geringerer Last eingesetzt. Die zweiten Arten von Düsen weisen eine komplexere Konstruktion sowie ein komplexeres System auf; doch ihre Regelungseigenschaften sind gut. Sie eignen sich daher für Fälle, in denen die Last der Heizanlage häufig in einem größeren Bereich angepasst werden muss. Die Düsen für die Vernebelung mit einfachen Maschinen gibt es in Form von tangentialen Rillen und tangentialen Löchern; bei den ersten ist der Vernebelungswinkel größer und die vernebelten Partikel kleiner. Schwerölkatalysator: Ein spezielles Gerät für Schwerölverbrenner, das dazu dient, das Schweröl auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen, um seine Viskosität zu verringern und so die Vernebelungseffekte des Schweröls zu verbessern. Die Temperaturregelungseinheit ist mit der Steuerelektronik des Verbrenners verbunden. Filter: Seine Funktion ist es, zu verhindern, dass Verunreinigungen in die Elektromagnetventile und den Brenner gelangen. Spannungsregler: Seine Hauptfunktion besteht darin, den Druck zu senken und zu stabilisieren. Er wird in der Regel in Hochdruck-Gasversorgungssystemen eingesetzt, wobei der Eingangsdruck mindestens 100 mbar betragen muss. Elektromagnetventilgruppe: Sie besteht in der Regel aus einem Sicherheitselektromagnetventil und einem Hauptelektromagnetventil. Es gibt getrennte sowie integrierte Varianten; bei den integrierten Elektromagnetventilgruppen sind in der Regel auch ein Druckregelventil sowie ein Filter enthalten. Sichere Elektromagnetventile sind in der Regel schnell öffnend und schnell schließend. Die Hauptelektromagneten sind in der Regel zweistufig und unterscheiden sich in Varianten mit schnellem Öffnen und Schließen sowie mit langsamen Öffnen und Schließen. Elektromagnetventil-Leckdetektor: Seine Funktion besteht darin, zu überprüfen, ob die Elektromagnetventile ordnungsgemäß geschlossen sind. Es wird in der Regel in Brennern mit einer Leistung von mehr als 1400 kW verwendet. Zündventilgruppe: Sie besteht in der Regel aus einem manuellen Kugelventil, einem Regler und einem Elektromagnetventil. Wird hauptsächlich in Brennern mit hoher Leistung verwendet. Dabei: 1–Handventil, 2–Filter, 3–Druckregler, 4–Druckschalter, 5–Elektromagnetventil, 6–Leckdetektor, 7–Regler für das Gleichgewicht zwischen Luft- und Gasdruck, 8–Düse, 9–Regler für die Lufzufuhr, 10–Luftkompressor, 11–Zündventil.
Kraftstoffversorgungssystem: Gasversorgungssystem: 5. Elektronisches Steuerungssystem: Das elektronische Steuerungssystem ist das Kontroll- und Kommunikationszentrum aller oben genannten Systeme. Die wichtigsten Steuerelemente sind Programmsteuerer. Für verschiedene Brenner werden unterschiedliche Programmsteuerer verwendet. Zu den gängigen Programmsteuerern gehören die Serien LFL, LAL, LOA und LGB. Der Hauptunterschied zwischen diesen Programmsteuerern liegt in der Dauer der einzelnen Programmschritte.