Systemübersicht Lambda Transmitter LT3 Lambda Sonde LS2 Kombi-Sonde KS1D. Sensoren und Systeme für die Feuerungstechnik.

Transkript

1 Systemübersicht Lambda Transmitter LT3 Lambda Sonde LS2 Kombi-Sonde KS1D Sensoren und Systeme für die Feuerungstechnik

2 LAMTEC Lamda Transmitter LT3, Lamda Sonde LS2 I Kombi-Sonde KS1D LAMTEC Messsystem LT3 mit LS2 oder KS1D. Die kostengünstige Paketlösung für simultane CO/O 2 -Messung oder reiner O 2 Messung. Mit dem Lambda Transmitter LT3 bietet LAMTEC ein einfaches, kostengünstiges Gerät zur simultanen Messung von Sauerstoff (O 2 ) und oxidierenden Gasbestandteilen (CO e ) oder reiner Sauerstoff Messung (O 2 ). Der LAMTEC Lambda Transmitter LT3 ist in Verbindung mit den LAMTEC Kombi-Sonden ein universell einsetzbares Messgerät auf Mikroprozessorbasis. Dieser Messum former wurde speziell für die simultane Messung der O 2 -Konzentration und oxidierenden Gasbestandteilen CO e (CO/H 2 ) in Abgasen von Feuerungsanlagen im überstöchiometrischen Bereich (> 1) ent wickelt. Der Messwert CO e e = äquivalent - stellt ein Summensignal aller oxidierbaren Abgasbestandteile dar. Alternativ kann zur reinen Sauerstoffmessung (O 2 ) die LAMTEC Sonde LS2 eingesetzt werden. Der LT3 bewertet die Spannungswerte zweier Messelektroden (U O2 und U CO/H2 ). Diese Werte bilden sich zum einen aus U O2 (Sauerstoffkennlinie) und zum anderen aus dem sogenannten Mischpotenzial (U O2 + U CO/H2 ). Die Ausbildung des Mischpotenzials erfolgt sehr schnell, t 60 -Zeiten unter 3 Sekunden werden erreicht. Bereits bei geringen Konzentrationen brennbarer Gase, wie H 2 oder CO, weist der LT3 ein deutlich höheres Mischpotenzial aus, als bei einer O 2 -Messung allein. Zudem verläuft die Kennlinie des Mischpotenzials wesentlich steiler als die der O 2 -Messung, was gerade bei steigendem Gehalt an Unverbranntem zu einer schnell wachsenden Dynamik des Sensor signals führt. Vorteile: Direkte (in situ) Messung von Sauerstoff (O 2 ) und oxidierenden Abgasbestandteilen (CO/H 2 ) im Rohgas bis C O 2 -Messbereich: 0 bis 21 Vol. % CO e -Messbereich: 0 bis ppm Falschluftunabhängig (CO e ) Keine Gasaufbereitung erforderlich, Messung direkt im feuchten Rauchgas Einstellzeit auf 60 %-Wert (T60) O 2 < 3 Sekunden (ungefiltert) CO e < 3 Sekunden Niedrige Heizleistung Watt je nach Abgastemperatur Zertifizierte Flammensperre Einfache Handhabung Sondenanschluss über Steckverbindung Wartungsarm Zugelassen nach DIN EN Damit ist die simultane CO/O 2 -Messung mit dem LAMTEC LT3 der alleinigen O 2 -Messung in Sensitivität und Geschwindigkeit deutlich überlegen und liefert erstklassige Basiswerte für eine nachgeschaltete Regelung von Luftund Brennstoffzufuhr. Das Messprinzip Sensorprinzip O 2 -Elektrode: Die LAMTEC Kombi-Sonde KS1D basiert auf einer beheizten elektrochemischen Messzelle aus Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO 2 ). Sie verfügt über 3 Elektroden: O 2 -Elektrode (Platin) CO e -Elektrode (Platin/Edelmetall) Referenzelektrode (Platin) Die als einseitig geschlossenes Rohr ausgeführte Zirkoniumdioxidkeramik ragt in den Abgaskanal der Feuerungsanlage und trennt dabei den Referenzgasraum (Umgebung) gasdicht vom Messgasraum (Abgaskanal). Die Referenzelektrode befindet sich auf der Innenseite der Zirkoniumdioxidkeramik im Referenzgasraum. 2

3 U 0 = U O2 bei 21 Vol.% O 2. Eine typische Nernstsche O 2 - Kennlinie (U O2 ) bei einer typischen Sensortemperatur T = 923 [K] mit einer typischen Offsetspannung von U 0 = -5 mv ist in Nernstsche Sensorkennlinie Us = f (O 2 ) zu sehen Prinzipieller Aufbau der LAMTEC Kombi-Sonde KS1D. 1 Referenzelektrode 2 Kappe mit Gaseinlass 3 O 2 -Elektrode 4 Gehäuse 5 Heizer 6 Funktionskeramik 7 CO e -Elektrode 8 Schutzschicht. Sensorspannung U O2 [mv] U O2 [mv] O 2 -Anteil [Vol. %] Nernstsche Sensorkennlinie U s = f (O 2 ). Sensorprinzip CO e -Elektrode: Die CO e -Elektrode ist identisch zur O 2 -Elektrode, jedoch mit einem Signalmaterial mit anderer elektrochemischer und katalytischer Eigenschaft ausgeführt, was die Detektion brennbarer Bestandteile wie CO, H 2, etc. erst ermöglicht. Einfaches Ersatzschaltbild KS1D. U Heizer U O2 U CO Bei einer sauberen Verbrennung bildet sich an der CO e -Elektrode ebenfalls die Nernst- Spannung U O2 aus, und die Kennlinien beider Elektroden verlaufen identisch zueinander. Bei schlechter Verbrennung und An wesenheit brennbarer Bestandteile bildet sich an der CO e -Elektrode jedoch eine zusätzliche nicht-nernstsche Spannung U COe aus, und die Kennlinien beider Elektroden spreizen sich voneinander (siehe Typischer Signalverlauf der beiden KS1D-Sensorspannungen ). Die beiden Messelektroden für O 2 und CO/H 2 befinden sich auf der Außenseite der Keramik im Messgas. Ein integrierter Heizer heizt die Sonde auf Temperaturen von ca. 650 C und regelt diese. Bei dieser Temperatur ist die Zirkoniumdioxidkeramik sauerstoffionenleitend und die beiden Sensorsignalspannungen U O2 (zwischen Referenz- und O 2 -Elektrode) sowie U COe (zwischen Referenzund CO e -Elektrode) bilden sich und können gemessen werden. Die Sensorspannung U O2 mv entspricht der bekannten Nernst-Spannung, die von der Sensortemperatur T [K] und vom Logarithmus des O 2 -Partialdruckverhältnisses zwischen Referenz- und Messkammer abhängt, mit der Konstanten k = 0,21543 mv/k und der sensorspezifischen Offsetspannung U 0 mv gemäß der Formel: U O2 = U 0 +ktln(p O2,ref /p O2,mess ). U 0 wird durch einen Abgleich der Sonde an Umgebungsluft bestimmt: Mit p O2,ref = p O2,mess = 0,21 wird der letzte Teil der Gleichung zu Null und man misst die Offsetspannung Das Gesamtsensorsignal U CO/H2 an der CO e -Elektrode ergibt sich aus der Summe dieser beiden Spannungen zu U CO/H2 = U O2 + U COe. Zieht man von diesem Gesamtsensorsignal den bekannten Sauerstoffanteil gemessen von der O 2 -Elektrode ab, so erhält man U COe = U CO/H2 - U O2 aus der sich schließlich die Konzentration brennbarer Bestandteile CO e in ppm errechnet. In Typischer Signalverlauf der beiden KS1D-Sensorspannungen ist ein typischer Verlauf der CO e -Konzentrationen (gestrichelt) bei allmählich reduziertem O 2 -Gehalt zu sehen. Bei Eintritt ins Luftmangelgebiet kommt es an der sogenannten Emissionskante zu einem signifikanten Anstieg der CO e -Konzentration aufgrund schlechter/unvollständiger Verbrennung durch Verbrennungsluftmangel. Die beiden daraus resultierenden Signalverläufe U O2 (durchgezogen) und U CO/H2 (strichpunktiert) der KS1D sind ebenfalls dargestellt. Im Luftüberschussbereich bei sauberer CO e -freier Verbrennung liegen beide Sensorsignale U O2 und U CO/H2 identisch aufeinander und zeigen gemäß Nernst den aktuellen Sauerstoffanteil im Abgaskanal an. In der Nähe der Emissionskante steigt dann jedoch das Sensorsignal der 3

4 LAMTEC Lamda Transmitter LT3, Lamda Sonde LS2 I Kombi-Sonde KS1D CO e -Elektrode U CO/H2 durch das addierte nicht-nernstsche CO e -Signal überproportional an. Luftmangel Luftüberschuss Typischer Signalverlauf der beiden KS1D-Sensorspannungen U O2 und U CO/H2 in Abhängigkeit vom O 2 -Anteil im Abgaskanal. Zusätzlich ist der typische Verlauf brennbarer Bestandteile CO e gegeben. Luftmangel Luftüberschuss Sensorspannung U CO/H2 [mv] Signaldynamik > ± 100 mv U CO /H 2 [mv] U CO /H 2 [mv] U CO /H 2 min [mv] Emissionskante Sensorspannung U O2 und U CO/H2 [mv] O 2 -Anteil U O2 [mv] U CO /H 2 = U O2 + U COe [mv] U CO [ppm] Emissionskante Typischer Signalverlauf der beiden KS1D-Sensorspannungen. O 2 -Anteil [Vol. %] Dynamik des CO e -Elektrodensignals U CO /H 2 im Luftmangelgebiet. Für die Auffindung der Emissionskante können neben den absoluten Sensorsignalen U CO/H2 und U O2 auch die relative Sensorsignaländerung nach der Zeit du O2 /dt und du CO/H2 /dt und insbesondere die Signaldynamik der CO e -Elektrode herangezogen werden (siehe Dynamik des CO e -Elektrodensignals U CO/H2 im Luftmangel gebiet ). Systemübersicht. Mögliche Sondentypen. Sensor Sonden* Elektronik O 2 O 2 -/CO e Lambda Sonde LS2 Kombi-Sonde KS1D Lambda Sonde LS2 im Gehäuse mit MEV und SEA Kombi-Sonde KS1D im Gehäuse mit MEV und SEA Lambda Sonde LS2 und Kombi-Sonde KS1D mit Messgas-Entnahmerohr Handbedien- einheit PC- Schnittstelle Kombi-Sonde KS1D-Ex Lambda Sonde LS2 für manuelle Abreinigung Kombi-Sonde KS1D für manuelle Abreinigung Lambda Transmitter LT3 * Lambda Sonde LS2 Kombi-Sonde KS1D LSB-Module PROFIBUS Modul PBM100 * Pro LT3 ist nur eine Sonde möglich. Funktionsübersicht LT3 mit LS2 KS1D. 4

5 Basissystem. LT3 mit User-Interface. LT3 mit integrierter Bedieneinheit. Anschlüsse LT3 an Unterseite. Der LAMTEC Lambda Transmitter LT3 ist in verschiedenen Ausführungen lieferbar: mit und ohne User Interface bzw. Bedien einheit. Das User Interface (UI) ist an der Fronttür angebracht und verfügt über folgende Funktionen: Passworteingabe Ablesen O 2 - und CO-Messwerte Informationen zur Sonde und Brennstoff, zu Warnungen und Störungen, zur Softwareversion, CRC und Seriennummer Abgleich der Messung Einstellungen für Wartung, Filterzeit, Analogausgang, Sondentausch, Display, zusätzlich mit der integrierten Bedieneinheit können alle weiteren Funktionen und Parametereinstellungen vorgenommen werden. Der LT3-Ex An der Unterseite des Gerätes befinden sich folgende Anschlüsse: Versorgungsspannung Sondenanschluss KS1D (Sondensignal/Sondenheizung) Externer LSB-Anschluss für PC (Nutzung der LSB-Remote-Software) Kabeldurchführung für Anschluss LAMTEC SYSTEM BUS Kabeldurchführung zum Anschluss von LSB-Modulen Lambda Transmitter LT3-Ex Der Lambda-Transmitter LT3-Ex wird, in Verbindung mit einer Ex Sonde, zur kontinuierlichen Messung der O 2 -Konzentration und der oxidierenden Bestandteile (CO/H 2 ) in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt. 5

6 LAMTEC Lamda Transmitter LT3, Lamda Sonde LS2 I Kombi-Sonde KS1D Sonden. Die LAMTEC Sonden ermöglichen in situ eine O 2 -Messung (Lambda Sonde LS2) oder eine simultane Messung (Kombi-Sonde KS1D) von O 2 -Konzentration und brennbaren oxidierenden Gasbestandteilen (CO/H 2 ), angezeigt als CO e (CO-Äquivalent). Lambda Sonde LS2 Kombi-Sonde KS1D Messungen erfolgen direkt im feuchten Rauchgas bis C. Halbautomatischer Abgleich während des Betriebs mittels Testgas ist möglich. Schutzart ist IP65. Erdgas, Heizöl EL, Kohle, staubhaltige Brennstoffabgase (optionale Abreinigungseinrichtung lieferbar). Messungen erfolgen direkt im feuchten Rauchgas bis 300 C. Schutzart ist IP42, bei einer Montage im Freien muss die Sonde vor Wasser, Schnee, usw. geschützt werden. Lambda Sonde LS2 und Kombi-Sonde KS1D mit Messgas- Entnahmerohr Erdgas, Heizöl EL. Lambda Sonde LS2 im Standardgehäuse Kombi-Sonde KS1D im Standardgehäuse Messungen erfolgen direkt im feuchten Rauchgas bis 300 C. Schutzart ist IP42, bei einer Montage im Freien muss die Sonde vor Wasser, Schnee, usw. geschützt werden. Messungen erfolgen direkt im feuchten Rauchgas bis C. Halbautomatischer Abgleich während des Betriebs mittels Testgas ist möglich. Schutzart ist IP65. Erdgas, Heizöl EL, HFO, Sondergase Lambda Sonde LS2 und Kombi-Sonde KS1D mit Messgas- Entnahmerohr und T-Adapter Erdgas, Heizöl EL. Lambda Sonde LS2 in HT Ausführung Kombi-Sonde KS1D in HT Ausführung Hohe Abgastemperaturen bis C T-Adapter zum Schutz der Sonde Staubhaltige und andere Sonderbrennstoffe 6

7 Lambda Sonde LS2 für manuelle Abreinigung Kombi-Sonde KS1D für manuelle Abreinigung Messung direkt im feuchten Rauchgas bis 450 C. Halbautomatischer Abgleich während des Betriebs mittels Testgas möglich. Schutzart IP65. Manuelle Pressluftabreinigung. Erdgas, Heizöl EL, Heizöl S, Kohle, Sonderbrennstoffe, Biomasse. Kombi-Sonde KS1D-Ex Messung direkt im feuchten Rauchgas bis C. Halbautomatischer Abgleich während des Betriebs mittels Testgas möglich. Schutzart IP65. Atex: Ex II 2 G Ex d IIB+H 2 T3 Gb(-20 bis +60 C). Erdgas, Heizöl EL, Heizöl S, Kohle, Sonderbrennstoffe. 7

8 LAMTEC Lamda Transmitter LT3, Lamda Sonde LS2 I Kombi-Sonde KS1D Optionale Komponenten. LSB-Module Die LSB-Module sind universell einsetzbare Ein- und Ausgangsmodule, welche über LAMTEC SYSTEM BUS angesteuert werden. Dabei wird das Modul über eine einstellbare Adresse angesprochen. Die manuelle Aktivierung der Relaisausgänge erfolgt über Schalter. Zwei Pt100-Temperatureingänge zum Erfassen der Rauchgas- und Umgebungstemperatur Zwei Analogausgänge 0/4 bis 20 ma zur Ausgabe der Rauchgastemperatur und des Wirkungsgrades Versorgungsspannung 24 VDC / 50 ma Analoge Ausgänge: Für Analogausgänge gibt es zwei unterschiedliche Module: Strommodul mit 4 Analogausgängen 0/4 bis 20 ma Spannungsmodul mit 4 Analogausgängen 0/2 bis 10 VDC Digitale Ausgänge: Das digitale LSB-Modul verfügt über 4 Ausgänge. PROFIBUS-Kommunikation: Die Feldbusmodule werden über den LSB angeschlossen. Die PROFIBUS-Kommunikation bietet hinsichtlich der Einbindung in ein übergeordnetes Prozess- und Gebäudeleitsystem viele Vorteile. Einbau entweder direkt im LT3 oder extern wie z.b. im Schaltschrank Schnelle und genaue Übertragung von Prozesswerten Direktes Lesen von Ein- und Ausgängen Ferndiagnose durch Auslesen der Störhistorie Digitale Eingänge: Das digitale LSB-Modul verfügt über 4 Eingänge. Mit einem Brückenstecker ist eine schnelle Verdrahtung von zwei Modulen möglich und erweitet die Anzahl auf 8 Eingänge. Handbedieneinheit Zusätzlich oder wenn das Gerät ohne User Interface ausgeliefert wurde, kann die Bedienung über eine Handbedieneinheit erfolgen. Die Verbindung zwischen Handbedieneinheit und Lambda Transmitter LT3 wird über den LAMTEC SYSTEM BUS hergestellt. LSB-Modul zur Berechnung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades: Das Wirkungsgrad-Modul verfügt über folgende 8

9 LSB-Remote-Software Die PC-Schnittstelle LSB-USB-Modul macht die Arbeit mit dem Lambda Transmitter LT3 noch komfortabler: Über Notebook lässt sich das Gerät fernbedienen. Die eingestellte Konfiguration sowie die Kurvendaten können archiviert werden eine Datensicherung, die im Notfall neu eingespielt werden kann und so in wenigen Minuten zur Betriebsbereitschaft zurückführt. Mit Einsatz der LSB- Remote-Software lässt sich der LAMTEC Lambda Transmitter auch von Ihrem Büro aus abfragen und überwachen, ohne vor Ort sein zu müssen. Abreinigungseinheit für Kombi-Sonde KS1D. Sonden-Anschluss-Kasten SAK Der LAMTEC Sonden-Anschluss-Kasten SAK ist dafür konzipiert, längere Strecken zwischen LT3 und Sonde ohne Verlängerungskabel zu überbrücken (> 2 Meter). Dabei wird am LT3 die Sondenanschlussbuchse und die Blindabdeckung gegen mitgelieferte Kabelverschraubungen getauscht. Der SAK beinhaltet eine Anklemmleiste und die Umsetzung auf Sondenstecker. Anschlüsse der Abreinigungseinheit. Abreinigungseinheit für Kombi-Sonde KS1D Anwendungen, die eine Reinigungsvorrichtung benötigen können auf die LAMTEC Abreinigungseinheit zurück greifen. Die Einheit ist in einem separaten Wandaufbaugehäuse integriert. Die Ansteuerung erfolgt durch den LT3 oder direkt über das Prozessleitsystem. 9

10 LAMTEC Lamda Transmitter LT3, Lamda Sonde LS2 I Kombi-Sonde KS1D Eingänge. Ausgänge. LSB-Modul Analoge Ausgänge Messwert 2 C0 e -Messwert 3 nicht belegt 4 nicht belegt 1 Offset-Abgleich auflösen 2 Reset-Störung 3 Umschaltung auf CO e -Kurve Brennstoff 1 LSB-Modul Digitale Eingänge LSB-Modul Digitale Ausgänge 1 Störung 2 Warnung 3 Grenzwert 1 4 Deaktivierung Grenzwert 1 bis 4 4 Grenzwert 1 5 Reset Grenzwert 1 bis 4 6 Umschaltung auf CO e -Kurve Brennstoff 3 7 Umschaltung auf CO e -Kurve Brennstoff 4 8 Deaktivierung Abgleich 1 Erfassung Rauchgastemperatur 2 Erfassung Umgebung s- temperatur LSB-Modul zur Berechnung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades 3 Rauchgas temperatur 4 Wirkungsgrad 1, 2 Störungs-/ Warnungsreset 3 ID des Digitalmoduls 1 bis 16 4 Bitkodierung um digitale Ausgänge zu setzen PROFIBUS-Kommunikation 1, 2 CO e -Istwert 3, 4 CO e -Istwert Status 5, 6 O 2 -Istwert 7, 8 CO-Sensorspannung Roh 9, 10 O 2 -Sensorspannung Roh 11, 12 Sondenspannung U CO e 13, 14 LT3-Status 15, 16 Warnungswert 1 17, 18 Warnungswert 2 19, 20 Störungswert 1 21, 22 Störungswert 2 Versorgungsspannung+ 230 V Lambda Transmitter LT3 10

11 Notizen. 11

12 LAMTEC Lambda Transmitter LT3 Kombi-Sonde KS1D LAMTEC Meß- und Regeltechnik für Feuerungen GmbH & Co. KG Wiesenstraße 6 D Walldorf Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) info@lamtec.de Druckschrift-Nr. DLT aDE-010 Printed in Germany I Copyright 2019 LAMTEC