Lösungen für Sicherheit und Effizienz von Industriebrennern

Sicherheitsabsperrventile für Brennstoff schalten den Brenner ein und aus und verhindern den Durchfluss von Brennstoff (Gas oder Öl) in die Verbrennungskammer, wenn der Brenner, Ofen, Kessel, Thermooxidator oder andere Heizgeräte heruntergefahren werden. Sicherheitsabsperrventile für Brennstoff können elektrisch (mit Motor oder Magnet) oder pneumatisch betätigt werden und werden in nationalen Vorschriften und Normen vorgeschrieben.

Weitere Ventileigenschaften:

•Öffner:

•Wichtige Lebensdauertests müssen durchgeführt werden.

•Sie müssen strenge Anforderungen an Dichtheit und Leckage erfüllen.

•Das Gerät schaltet im Falle eines Ausfalls der Energieversorgung in weniger als 1 Sekunde ab.

•Meistens werden zwischen dem Brenner und der Brennstoffzufuhr zwei Ventile benötigt. 

Ein Absperrventil ist ein Ventil, das geschlossen werden kann, um den Durchfluss eines Mediums zu stoppen („Abschalten“)

•Dies kann manuell oder automatisch geschehen. Bei einem Automatikventil kann die Ansteuerung elektrisch, pneumatisch (Druckluft + Strom) oder hydraulisch (Drucköl + Strom) erfolgen.  

•Automatische Absperrventile sind so genannte Öffner. Das bedeutet, dass der Stellantrieb in geschlossener Stellung ausfallsicher ist (meistens mit HIlfe einer Federrückstellung), sodass das Ventil automatisch sperrt, wenn es stromlos wird.   

Eine für die Sicherheit bestimmende Komponente von Brennern ist das sogenannte „automatische Sicherheitsabsperrventil“. Ein solches Absperrventil wird stromlos, wenn ein unsicherer Zustand festgestellt wird, sodass der Brennstofffdurchluss zum Brenner unterbrochen wird und die Sicherheit gewährleistet ist.  

•Diese Ventile wurden speziell für Brenneranwendungen mit sehr geringer Leckagerate sowie hoher Schließgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit entwickelt.  

•Zum Standard hat sich in der Brennerindustrie die Installation von zwei Ventilen hintereinander entwickelt. Dadurch wird sichergestellt, dass, wenn ein Ventil ausfällt oder leckt, das andere Ventil in die Absperrposition wechselt.

1. Wenn der motorisierte Stellantrieb mit Energie versorgt wird, drückt die Spindel die Ventilspindel nach unten und öffnet das Ventil.

2.Bei einem Ausfall der Energieversorgung wird der Stellantrieb entspannt, eine Feder im Stellantrieb drückt die Spindel des Antriebs wieder zurück und eine Feder im Ventil drückt den Ventilteller nach oben, sodass das Ventil schließt.

3.Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, zieht sie den Eisenkern an, sodass die Ventilscheibe angehoben wird und das Ventil öffnet.

4.Wenn die Spule stromlos wird, zieht sie die Scheibe nicht mehr hoch, und die Feder kann die Scheibe nach unten drücken, um den Durchfluss abzusperren.

Zum Brennstoffstrang gehören verschiedene Komponenten für die Fluidsteuerung, die von der Brennstoffversorgung bis zum Brenner führen. Aufgabe des Systems ist es, den Brennstoffdurchfluss in den Brenner sicher zu regeln und bei Bedarf eine sichere Absperrung sicherzustellen. Die Baugruppen des Brennstoffstrangs bestehen aus vielen Komponenten, für die verschiedene Normen gelten. Zum Beispiel:

•NFPA 85: Sicherheitsbestimmungen für Kessel- und Verbrennungssysteme.

•NFPA 86: Normen für Öfen und Brenner.

•NFPA 87: Normen für Fluidheizungen.

•EN 676: Zwangsluftbrenner für gasförmige Brennstoffe.

•EN 746-2: Industrielle Anlagen für Wärmebehandlungen.

Große Brenner werden mit einer Kombination von Brennersteuerungssystem (BMS) und Verbrennungssteuerungssystem (CCS) gesteuert.

Das BMS gewährleistet die Sicherheit bei der Inbetriebnahme, im Betrieb und beim Abschalten von Brennern. 

•Das manchmal auch als Flammenschutzsystem bezeichnete BMS sorgt dafür, dass der Brenner in der richtigen Reihenfolge angefahren wird. Es wird also zunächst etwaiges Gas aus der Brennkammer entfernt, dann die Zündflamme entzündet (sofern eine solche vorhanden ist) und anschließend die HauptBrennstoffstrang geöffnet. 

•Im Betrieb überwacht das BMS die Flamme des Hauptbrenners. Wenn es keine Flamme oder einen unsichere Zustand feststellt, trennt es die Stromversorgung der Sicherheitsabsperrventilen. Zusätzlich prüft das BMS beim Anlaufen auf sichere Betriebsbedingungen. Wenn die Sicherheit nicht gewährleistet ist, stoppt das BMS die Startsequenz und warnt den Bediener.

Das CCS besteht aus einer Ausrüstung zur Steuerung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses und der Brennrate. Zu diesen mechanischen und elektronischen Komponenten können Stellantriebe, Durchflussventile, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Frequenzumrichter (VFD) und Durchflusssensoren gehören. Unter bestimmten Bedingungen können BMS und CCS in ein und dieselbe Steuerung integriert werden.

Das Messspannverhältnis von Heizanlagen ist das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Wärmeleistung der Anlage. Es hängt von der verwendeten Brennertechnologie ab. Ein Brenner mit einem Messspannenverhältnis von 10:1 kann mit einer Wärmeleistung von 10 % seines Maximums betrieben werden. Das Messspannverhältnis ist für den Heizanlagenmarkt wichtig, da ein hohes Messspannenverhältnis bedeutet, dass es für die Anlage ein größeres Modulationszeitfenster gibt. Tatsächlich bedeutet ein Verhältnis von 10:1, dass der Brenner zwischen 10 % und 100 % seiner Kapazität betrieben werden kann, sodass er beispielsweise mit 20 %, 30 % oder 40 % laufen kann, wenn der Wärmebedarf schwankt. Dies bewirkt eine erhebliche Reduktion von Brennstoffverbrauch und Emissionen, da dadurch die Möglichkeiten verbessert wird, nur die Leistung abzurufen, die benötigt wird.

Zu den Brennstoffarten für Brenner und Kessel gehören:

•Erdgas

•Heizöl (Diesel)

•Biodiesel

•Koksgas

•Biogas

•Wasserstoff

•LPG (hauptsächlich Butan und Propan)

Manche Verbrennungssysteme verwenden feste Brennstoffe (z. B. feste Biomasse oder Kohle). Diese Systeme sind anders konstruiert und für sie gibt es andere Regeln und Herausforderungen, die Emerson ebenfalls lösen kann.

NFPA verlangt, dass Sicherheitsabsperrventile in Brennstoffsystemen mit einem Schließnachweis versehen sind. Diese Anforderung kann auf zwei Weisen erfüllt werden.

Bei der ersten wird ein Schalter mit Schließnachweis implementiert.

Die zweite Methode, um die Forderung nach einem Schließnachweis zu erfüllen, ist der Einsatz eines Nachweissystems für das Ventil.  

Viele Normen, darunter FM, NFPA und UL, verlangen, dass angezeigt wird, ob ein Sicherheitsabsperrventil für den Brennstoff offen oder geschlossen ist. So können Bediener in Sicherheit handeln, wenn das Ventil aus Sicherheitsgründen geschlossen werden muss.

Die Anzeigen sind in der Regel mechanischer Art. Einige Normen schreiben vor, dass, wenn stattdessen eine Leuchte oder LED verwendet wird, das Fehlen von Licht nicht als Positionsanzeige verwendet werden darf. Aufgrund dieser Anforderung ist eine Leuchtanzeige für die geschlossene Stellung komplizierter, da die Stromversorgung des Ventils getrennt ist, nachdem die Komponente geschlossen wurde.