Industrielle Brennerlösungen für Sicherheit und Effizienz

Die Sicherheitsabschaltventile für Brennstoff schalten den Brenner ein und aus und verhindern den Durchfluss von Brennstoff (Gas oder Öl) in die Verbrennungskammer, wenn der Hochofen, der Ofen, der Kessel, der thermische Oxidationsautomat oder andere Heizgeräte abgeschaltet werden. Sicherheitsabschaltventile für Brennstoff können elektrisch (motorisiert oder magnetisch) oder pneumatisch betrieben werden und sind gemäß nationalen Vorschriften und Normen vorgeschrieben.

Weitere Ventilmerkmale:

• Normal geschlossen.

• Wichtige Lebensdauertests werden durchgeführt.

• Muss strengen Anforderungen für Dichtigkeit und Leckagen entsprechen.

• Abschaltung in weniger als 1 Sekunde im Falle von Energieverlust.

• Meistens werden zwei Ventile zwischen Brenner und Brennstoffversorgung benötigt.

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

• Es kann manuell oder automatisch sein, wenn das Ventil automatisch ist, dann kann die Betätigung elektrisch, pneumatisch (Luftdruck + elektrisch), hydraulisch (Drucköl + elektrisch) erfolgen.

• Ein automatisches Abschaltventil ist ein normal geschlossenes Ventil, was bedeutet, dass der Antrieb in geschlossener Stellung ausfallsicher ist (meistens über eine Federrückstellung), sodass das Ventil bei stromfreier Energie automatisch abgeschaltet wird.

Eine kritische Sicherheitskomponente für Verbrennungsbrenner ist das sogenannte „automatische Sicherheitsabschaltventil“, ein Abschaltventil, das stromlos wird, wenn unsichere Bedingungen erkannt werden, wodurch sichergestellt wird, dass der Brennstofffluss zum Brenner ausgeschaltet und sicher ist.

• Diese Ventile wurden speziell für Brenneranwendungen mit sehr geringer Leckagerate, hoher Verschlussgeschwindigkeit und guter Zuverlässigkeit entwickelt.

• Ein Standard in der Brennerindustrie besteht darin, zwei In-Line-Installationen anzubringen, um sicherzustellen, dass bei Versagen oder Leckagen der andere dafür sorgt, den Brenner in eine Abschaltstellung zu bringen.

1. Bei Strom drückt die Spindel des Stellmotors die Spindel des Ventils nach unten und öffnet das Ventil.
2. Bei einem Stromausfall gibt der Antrieb seine Kraft ab, eine Feder im Antrieb bringt die Spindel des Antriebs zurück und eine Feder im Ventil lässt das Ventil aufspringen und das Ventil abschalten.
3. Wenn die Spule unter Spannung ist, zieht sie die Stopfenmutter an, wodurch die Ventilscheibe angehoben und das Ventil geöffnet wird.
4. Wenn die Spule nicht mehr unter Spannung ist und die Scheibe nicht mehr nach oben zieht, kann die Feder die Scheibe dann nach unten drücken, um den Fluss abzuschalten.

Ein Brennstoffzug ist der Satz an Flüssigkeitsregelungskomponenten, die von der Brennstoffversorgung bis zum Brenner führen. Das Ziel des Systems ist es, den Brennstofffluss in den Brenner sicher zu regeln und bei Bedarf eine sichere Abschaltung zu gewährleisten. Die Baugruppen eines Brennstoffzugs bestehen aus vielen Komponenten, die durch verschiedene Normen geregelt werden. Zum Beispiel:

• NFPA 85: Gefahrencode für Kessel- und Verbrennungssysteme.

• NFPA 86: Standard für Öfen und Hochöfen.

• NFPA 87: Standard für Medienerhitzer.

• EN 676: Gebläsebrenner für gasförmige Brennstoffe.

• EN 746-2: Industrielle Thermoprozessanlagen.

Große Brenner werden über eine Kombination aus einem Brennermanagementsystem (BMS) und einem Verbrennungssteuerungssystem (CCS) gesteuert.

Das BMS gewährleistet die sichere Inbetriebnahme, den Betrieb und die Abschaltung von Brennern.

• Manchmal wird das BMS auch als Flammenschutzsystem bezeichnet, da es den Brenner in der richtigen Reihenfolge startet, indem zunächst Gas aus der Verbrennungskammer entfernt, die Zündflamme (falls vorhanden) entzündet und dann die Hauptbrennstoffleitung geöffnet wird.

• Während des Betriebs überwacht das BMS die Hauptbrennerflamme und unterbricht die Spannungsversorgung der Sicherheitsabschaltventile, wenn keine Flamme erkannt wird oder wenn ein unsicherer Zustand ermittelt wird. Darüber hinaus prüft das BMS das System bei der Inbetriebnahme auf sichere Betriebsbedingungen. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, stoppt das BMS die Inbetriebnahmesequenz und benachrichtigt den Bediener.

Das CCS besteht aus Geräten zur Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses und der Feuerungsleistung. Diese mechanischen und elektronischen Komponenten können Antriebe, Durchflussregelventile, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Frequenzumrichter (VFD) und Durchflusssensoren umfassen. Unter bestimmten Bedingungen können BMS und CCS in dieselbe Steuerungsanlage integriert werden.

Das Stellverhältnis von Heizgeräten ist das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Wärmeleistung des Geräts. Es hängt von der verwendeten Brennertechnologie ab.Ein Brenner mit einem Stellverhältnis von 10:1 bedeutet, dass er mit einer Wärmeleistung von 10 % seines Maximums betrieben werden kann. Das Stellverhältnis ist für den Markt für Heizgeräte von Bedeutung. Ein hohes Stellverhältnis bedeutet, dass es ein größeres Zeitfenster für die Modulation gibt. Ein Verhältnis von 10:1 bedeutet, dass der Brenner zwischen 10 % und 100 % seiner Kapazität arbeiten kann, um ihn bei unterschiedlichem Wärmebedarf mit 20 %, 30 % oder 40 % zu betreiben. Dies führt zu erheblichen Steigerungen beim Kraftstoffverbrauch und den Emissionen, da es die Möglichkeiten erhöht, nur das zu verwenden, was benötigt wird.

Zu den Brennstoffarten für Brenner und Kessel gehören:

• Erdgas

• Heizöl (Diesel)

• Biodiesel

• Koksofengas

• Biogas

• Wasserstoff

• LPG (hauptsächlich Butan und Propan)

Einige Verbrennungssysteme verwenden feste Brennstoffe (wie feste Biomasse oder Kohlen). Diese Systeme sind unterschiedlich ausgelegt und haben unterschiedliche Regeln und Herausforderungen, für die Emerson ebenfalls Lösungen bereitstellen kann.

Die NFPA gibt Anforderungen an den nachweislichen Verschluss von Sicherheitsabschaltventilen für Brennstoff vor, die auf zwei Arten erfüllt werden können.

Die erste Option ist die Implementierung eines Schalters zum Nachweis des Verschlusses.

• Diese vom Hersteller im Ventil installierte Verriegelung überprüft, ob das Sicherheitsabschaltventil für Brennstoff vollständig geschlossen ist, bevor die Spül- und Zündzyklen des Systems beginnen können.

• Ein Schalter zum Nachweis des Verschlusses muss werkseitig eingestellt sein. Er darf nicht einstellbar sein und darf erst aktiviert werden, wenn das Ventil die geschlossene Position erreicht hat. Dies bedeutet, dass eine Regelung für einen zu großen Drehwinkel eingerichtet werden muss.

Die zweite Option zur Erfüllung der Anforderungen für den nachgewiesenen Verschluss ist der Einsatz eines Ventilprüfsystems.

• Dieses System kann aktiv oder passiv sein. Ein aktives System verwendet eine Pumpe, um die Rohrleitungen zwischen zwei Sicherheitsabschaltventilen für Brennstoff unter Druck zu setzen und überwacht das druckbeaufschlagte Gas auf Leckagen, bevor das System in Betrieb genommen wird. Ein passives System weist den Verschluss jedes Ventil separat nach, indem es eine spezifische Sequenzierung des Öffnens und Schließens des Ventils vorsteuert, während mit Druckschaltern individuell auf Leckagen geprüft wird.

• Je nach Wärmeleistung kann in Europa ein Ventilprüfsystem für Brennstoffzüge in Brennern eingesetzt werden. In NFPA-Systemen kann das Prüfsystem für Ventile in bestimmten Fällen die Notwendigkeit von Schaltern für den Nachweises des Verschlusses ersetzen.

Visuelle Anzeigen, die in vielen Normen wie FM, NFPA und UL erforderlich sind, zeigen an, ob ein Sicherheitsabschaltventil für Brennstoff offen oder geschlossen ist. Dies ermöglicht es dem Bediener, in Situationen, in denen das Ventil aus Sicherheitsgründen geschlossen werden muss, mit voller Sicherheit zu handeln.

Optische Anzeigen sind normalerweise mechanischer Art. Einige Normen schreiben vor, dass bei der Verwendung von Licht oder einer LED das Fehlen von Licht keine Position anzeigen darf. Diese Anforderung macht die Anzeige der geschlossenen Position mittels einer Leuchte komplizierter, da die Spannungsversorgung zum Ventil beim Schließen des Bauteils gestoppt wird.

Durch jährliche oder häufigere Leckageprüfungen kann sichergestellt werden, dass die Sicherheitsabschaltventile für Brennstoff im Falle einer Abschaltung zuverlässig funktionieren. Da die Ventilsitze mit der Zeit verschleißen, stellen diese Tests sicher, dass kein Gas durch das Ventil austritt.

Emerson Ventile für Industriebrenner verfügen über eine spezielle Druckentnahme, die dieses Prüfverfahren erleichtert, sodass das Ventil während der Prüfung an der Rohrleitung installiert bleiben kann. Diese Druckentnahmen erleichtern auch die Installation von Druckschaltern für die Druckgrenzwertüberwachung und die automatische Leckageerkennung bei Verwendung mit einem Ventilprüfsystem.