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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Feuerleistung
von Verbrennungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie
eine Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen
nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Ein
derartiges Verfahren und eine Vorrichtung ist aus der
DE 198 20 038 A1 bekannt.
Diese Schrift schlägt
vor, dass zur Regelung der Feuerleistung in Anpassung an die Dampfleistungsanforderungen
eine Beeinflussung der Schür-
und Fortbewegung des Brenngutes in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit
von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt, um mit den Problemen unterschiedlicher
Brennbetthöhen
fertig zu werden. Aus dieser Schrift ist es somit bekannt, die Aufgabenmenge
des Brenngutes in Abhängigkeit
der Verbrennungsluftdurchlässigkeit
von Feuerungsrost und Brennbett zu beeinflussen.
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Die
DE 39 04 272 A1 befasst
sich mit einer Verbesserung des Verbrennungsvorganges auf dem Rost und
schlägt
zu diesem Zweck eine Detektoreinrichtung in Form von mehreren Thermographie-
bzw. Infrarot- Kameras vor, welche die der Gutbetttemperatur entsprechende
Strahlung einzelner Rostzonen erfasst und den einzelnen Rostzonen
getrennt verstellbare Stelleinrichtungen für die Zufuhr von Primärluft und/oder
für die
Geschwindigkeit des Brennstoffes im Gutbett durch einzelne Rostzonen
zugeordnet sind. Aus dieser Schrift bekannt ist somit die Regelung
bzw. Steuerung der einzelnen Rostzonen im Hinblick auf Primärluftzufuhr und/oder
für die
Geschwindigkeit in Abhängigkeit
von gemessenen Rostzonentemperaturen.
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Aus
der
DE 42 20 149 A1 ist
schließlich
bekannt, den Verbrennungsvorgang vermittels einer sogenannten Fuzzy-Logik
zu optimieren. Hierbei werden Messwerte von den einzelnen Zonen erfasst
und die den einzelnen Zonen zugeordneten Teilströmen in Abhängigkeit von einer flächenmäßigen Verteilung
der erfassten Messwerte einzeln nach der Fuzzy-Logik geregelt. Insbesondere
wird die Transport geschwindigkeit des Brennstoffes in den Zonen
nach der Fuzzy-Logik geregelt. Auch aus dieser Druckschrift ist
es somit unter anderem bekannt, die von den einzelnen Zonen ausgehende
Strahlung zu erfassen, und die Verbrennung in Abhängigkeit
von der flächenmäßigen Verteilung
der Strahlung zu regeln.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feuerführung bei Verbrennungsanlagen,
insbesondere Feststoffverbrennungsanlagen so zu optimieren, dass
die Entstehung von Schadstoffen innerhalb des Verbrennungsprozesses
reduziert oder verhindert wird, wobei die Verbrennungsbedingungen
im Feuerraum kontinuierlich so angepasst werden sollen, dass feuerungsabhängige Emissionsfrachten
beeinflusst werden können.
Ein wesentliches Ziel der Feuerleistungsregelung ist neben optimalen
Primärmaßnahmen
zur Emissionsminderung eine maximale, möglichst konstante Energieumsetzung.
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Diese
Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die
im Anspruch 11 angegebene Vorrichtung gelöst.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. der Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen,
insbesondere Feststoffverbrennungsanlagen, bei dem Brenngut am Anfang
eines Feuerungsrostes aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung
unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes die anfallende Schlacke
ausgetragen wird, ist vorgesehen, dass die Regelung der Feuerleistung im
Hinblick auf eine möglichste
Konstanthaltung der produzierten Dampfmenge einerseits und im Hinblick
auf eine möglichst
geringe Emission von Schadstoffen andererseits, sowie einer möglichst
kesselschonenden bzw. Korrosion der Kesselrohre vorbeugenden Betriebsweise
in Abhängigkeit
von wenigstens drei gemessenen oder aus Messwerten abgeleiteten
Regelgrößen A, B,
und C erfolgt, wo bei die Regelgröße A aus
der gemessenen Dampfmenge abgeleitet ist, die Regelgröße B wenigstens
einen Gastyp der emittierten Stoffe direkt oder indirekt wiedergibt,
und die Regelgröße C aus
wenigstens einer dem Brennbett oder dem Feuerraum zugeordneten Temperatur
und/oder Heizwert des Brenngutes abgeleitet ist, und die Regelung
der Stellgrößen in Abhängigkeit
der wenigstens drei gemessenen bzw. aus Messungen abgeleiteten Regelgrößen in einer
vorbestimmten, variabel einstellbaren Gewichtung dieser Regelgrößen erfolgt.
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Dem
Prinzip der Erfindung folgend ist hierbei insbesondere vorgesehen,
dass die Regelgröße B den Sauerstoffanteil
der emittierten Stoffe direkt oder indirekt wiedergibt. Die Messung
des Sauerstoffanteiles O2 im Rauchgas der
Verbrennungsanlage erfolgt vermittels einem an einer geeigneten
Stelle vorzugsweise im Gaszug der Verbrennungsanlage installierten
Gasdetektor, mit welchem neben anderen Gastypen der Sauerstoffanteil
O2 des Rauchgases gemessen und als Regelgröße weiterverarbeitet
werden kann. Da die Gesamtluftmenge lastabhängig konstant gehalten wird,
ist bei konstanter Wärmeentbindung
und gleichbleibender Brennstoffzusammensetzung der mittlere Sauerstoffgehalt
des Rauchgases konstant. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt nun die
Erkenntnis zugrunde, dass das dem Sauerstoffgehalt des Rauchgases
entsprechende O2-Signal am schnellsten auf
eine Änderung
der Feuerintensitätreagiert.
Der Sauerstoffgehalt O2 im Rauchgas ist
umgekehrt proportional zum Frischdampf-Massenstrom und kann somit
als Frühindikator
für ein sich änderndes
Dampfsignal verwendet werden.
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Die
Leistungs- und Sauerstoffregler wirken also sowohl auf die Beschickung
wie auch auf alle Rostzonen. Wichtig ist hierbei, dass der Sauerstoffregler
negativ gewichtet ist. Dies rührt
daher, dass sich ein O2-Soll- und Istwert
gegenläufig – also umgekehrt
proportional zueinander verhalten. Ein zu geringer O2-Gehalt,
also Istwert < Sollwert,
lässt auf
eine zu hohe bzw. steigende Dampfmenge schließen. Wäre der Regler positiv gewichtet,
würde er
in diesem Fall den Rost und die Beschickung schneller machen, was
aber bei einer ohnehin zu hohen bzw. steigenden Dampfmenge falsch
wäre. Aus
diesem Grund ist der O2-Regler negativ gewichtet, also
wird bei zu kleinem O2-Wert der Rost und
die Beschickung (falls gewichtet) verlangsamt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Regelgröße C aus
der Feuerlage und/oder der Feuerlänge des Brennbettes ermittelt
wird, wobei die Feuerlage aus einer oder mehreren gemessenen Temperaturen
am Rostanfang bzw. Temperaturen in der Nachbrennkammer abgeleitet wird,
und die Feuerlänge
aus einer oder mehreren gemessenen Temperaturen am ausgangsseitigen
Ende des Feuerungsrostes abgeleitet wird. Aus Versuchen ist hervorgegangen,
dass sich auch die Feuerraumtemperaturen aufgrund ihrer kurzen Totzeit
als Ersatz- bzw. Zusatzmessgrößen für das Dampfsignal
eignen. Um einen repräsentativen
Wert zu erhalten, kann der Mittelwert aus mehreren Temperaturen
gebildet und zur Regelung herangezogen werden. Dieser Temperaturmittelwert
erlaubt somit als Ersatzmessgröße THu einen
Rückschluss
auf den Brennstoffheizwert Hu. Ist diese Temperatur besonders niedrig,
so wandert die Feuerlage x in Richtung Schlackeabwurf, wie dies
insbesondere in 2 näher dargestellt
ist. Ein Pyrometer über
der Ausbrandzone misst indirekt die Schlackentemperatur. Sinkende
Temperaturen weisen auf eine Verkürzung des Feuerherdes auf dem
Rost hin, steigende Temperaturen auf eine Verlängerung. Der entsprechend gemessene Temperaturwert
kann somit auch als Ersatzmessgröße TI für
die Feuerlänge
I verwendet werden. Es ist nun in Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft,
durch eine Variation der Transportgeschwindigkeiten des Rostes auf die
Feuerlage x sowie auf die Feuerlänge
I Einfluss nehmen zu können.
Hierbei kann die Regelung der Beschickungs- und Transportgeschwindigkeiten
vollständig
automatisiert werden. Neben dem Leistungsregler der Stellgröße yF und dem O2-Regler
mit der Stellgröße yO2 ermöglicht
die Erfindung darüber
hinaus auch einen „Heizwertregler" mit der Stellgröße yHu und einen „Feuerlagereger" mit der Stellgröße YI.
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Die
zu regelnden Stellgrößen der
Verbrennungsanlage umfassen folgende Größen:
die Beschickungsgeschwindigkeit,
d.h. Geschwindigkeit, mit welcher der Brennstoff von der Beschickeinrichtung
auf den Feuerungsrost aufgegeben wird,
die Rost-Transportgeschwindigkeit,
d.h. Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut über den Verbrennungsrost gefördert wird,
die
Rost-Schürgeschwindigkeit,
d.h. Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut in den einzelnen
Rostzonen geschürt
wird,
die an der jeweiligen Rostzone beaufschlagte Primärluftmenge,
die
im vorderen und hinteren Bereich des Feuerraumes vorherrschende
Sekundärluftmenge,
die
im mittleren Bereich des Feuerraumes – soweit physikalisch vorhanden – vorherrschende
Tertiärluftmenge, sowie
die Primärlufttemperatur.,
d.h. Temperatur im Feuerraum.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass die Feuerleistungsregelung
für unterschiedliche
Brennstoffarten eingestellt werden kann, wobei für jede Brennstoffart ein eigener
Parametersatz für
die Feuerleistungsregelung vorgesehen ist, wobei das Verfahren zur
Feuerleistungsregelung während
des Betriebes der Verbrennungsanlage auf andere Brennstoffarten
umschaltbar ist bzw. umgeschaltet werden kann.
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In
einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Ausbildung der
Erfindung erfolgt die Gewichtung der Regelgrößen im Verhältnis zu den Stellgrößen in der
Form von Gewichtungsfaktoren, die in ihrer Quantität insbesondere
nach der in der
3 dargestellten
Gewichtungsmatrix vorliegen. Zahlenmässig dargestellt haben diese
Gewichtungsfaktoren zum Beispiel folgende, jeweils auf einen Normwert
von 10 bezogene Werte:
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Die
angegebenen Zahlenwerte sind ungefähre Anhaltswerte und können insbesondere
in Abhängigkeit
des verwendeteten Anlagentyps variieren.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der zeichnerischen
Darstellung eines Ausführungsbeispieles
einer Verbrennungsanlage und anhand von Betriebsergebnissen in Zusammenhang
mit dieser Verbrennungsanlage näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine schematisierte Schnittansicht
der Verbrennungsanlage mit Darstellung der Stell- und Regelgrößen der
Rostfeuerung;
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2 einen Längsschnitt
durch eine schematisch dargestellte Verbrennungsanlage;
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3 eine schematische Darstellung
des Feuerraumes mit drei unterschiedlichen Temperaturverteilungen;
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4 eine schematische Gewichtungsmatrix
zur Darstellung eines Regelschemas in Abhängigkeit der Stell- und Regelgrößen der
Verbrennungsanlage;
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5 Regelungsablauf unter
Berücksichtigung
der lastabhängigen
Luftmengen und Primärluftverteilung
sowie der gesteuerten Luftmengenverteilung; und
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6 eine schematische Darstellung
des Verfahrens- und Regelungsablaufes unter Berücksichtigung der lastabhängigen Transportgeschwindigkeiten
und Korrektur und Anpassung der Transportgeschwindigkeiten.
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Die
in 1 und 2 schematisch dargestellte Verbrennungsanlage
umfasst einen Feuerungsrost 1, eine Beschickeinrichtung 2,
einen Feuerraum 3 mit anschließendem Gaszug 4, an
den sich weitere Gaszüge und
der Verbrennungsanlage nachgeschaltete Aggregate, insbesondere Dampferzeugungs-
und Abgasreinigungsanlagen anschließen, die hier nicht näher dargestellt
und erläutert
sind.
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Der
Feuerungsrost 1 umfasst einzeln angetriebene Roststufen 5.
Besagter Antrieb gestattet es, sowohl die Transport- bzw. Fördergeschwindigkeit
wie auch die Schürgeschwindigkeit
einzustellen. Der Feuerungsrost hat neben dem Transport des Brennstoffes 16 auch
die Funktion, das Brenngut zu schüren. Unterhalb des Feuerungsrostes
sind sowohl in Längsrichtung
als auch in Querrichtung unterteilte Unterwindkammern 7.1 bis 7.5 vorgesehen,
die getrennt über
Einzelleitungen 8.1 bis 8.5 mit Primärluft L .P beaufschlagt werden. Am Ende des Feuerungsrostes 1 wird
die ausgebrannte Schlacke in einen Schlakkenfallschacht 10 ausgetragen,
von wo aus die Schlacke in einen nicht dargestellten Entschlacker
fällt.
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Die
Beschickeinrichtung 2 umfasst einen Aufgabetrichter 11,
eine Aufgabeschurre 12, einen Aufgabetisch 13 und
einen oder mehrere nebeneinander und/oder übereinander liegende, gegebenenfalls
unabhängig voneinander
regelbare Beschickkolben 14, die den in der Aufgabeschurre 12 herabrutschenden
Müll über eine Beschickkante 15 des
Aufgabetisches 13 in den Feuerraum 3 auf den Feuerungsrost 1 schieben.
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Über die
Beschickung wird der Brennstoff von der unteren Mündung des
Aufgabetrichters 11 gleichmäßig auf die gesamte Rostbreite
aufgegeben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um eine Anlage mit einer diskontinuierlichen Beschickung mit einem
viergeteilten Dosierstößel (links
oben, rechts oben, links unten, rechts unten). Durch einen langsamen
Vorwärtshub
und einen schnellen Rückhub
kann der Feuerungsrost 1 quasi kontinuierlich beschickt
werden.
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Der
auf den Feuerungsrost 1 aufgebrachte Brennstoff 16 wird
durch die aus der Unterwindzone 7.1 kommende Luft vorgetrocknet
und durch die im Feuerraum 3 herrschende Strahlung erwärmt und
gezündet. Im
Bereich der Unterwindzonen 7.2 und 7.3 ist die
Hauptbrandzone, während
im Bereich der Unterwindzonen 7.4 und 7.5 die
sich bildende Schlacke ausbrennt und dann in den Schlackenfallschacht 10 gelangt.
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In
schematischer Form sind verschiedene Stelleinrichtungen in 1 und 2 angedeutet, die zur Regelung verschiedener
Einflussgrößen oder
Vorrichtungen dienen, um die gewünschte
Regelung der Feuerleistung durchführen zu können. Dabei sind die Stelleinrichtungen
für die
Beeinflussung der Transport- und
Schürgeschwindigkeiten
wsn mit 21, für
die Ein- und Ausschaltfrequenz bzw. für die Geschwindigkeiten wB der Beschickkolben mit 23, und
für die
Primärluftmengen
LPn mit 24 bezeichnet, die in der
Lage ist, jeder einzelnen Unterwindkammer 7 die geforderten
Primärluftmengen L .Pn zuzuführen.
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Zur
Ermittlung der gewünschten
Regelgröße, die
in erster Annäherung
der freien Luftaustrittsfläche durch
den Rostbelag und das Brennbett entspricht, sind in jeder Luftzuführungsleitung 8 eine
Luftmengenmesseinrichtung 18 und in den Unterwindkammern 7.1 und 7.2 ein
Temperaturfühler 17 sowie
in der Unterwindkammer 7.1 ein Druckfühler 19 vorgesehen,
während
in Feuerraum 3 zwei weitere Temperaturfühler 20a und 20b angeordnet
sind, um die Temperaturen an zwei unterschiedlichen Stellen im Feuerraum 3 messen
zu können.
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Nachfolgend
wird unter zusätzlicher
Bezugnahme auf die 3 bis 6 das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert,
welches sich dadurch auszeichnet, dass die Regelung der Feuerleistung
in Abhängigkeit
von wenigstens drei gemessenen oder aus Messwerten abgeleiteten
Regelgrößen A, B,
und C erfolgt, wobei die Regelgröße A aus
der gemessenen Dampfmenge abgeleitet ist, die Regelgröße B wenigstens
einen Gastyp der emittierten Stoffe direkt oder indirekt wiedergibt,
und die Regelgröße C aus
wenigstens einer dem Brennbett oder dem Feuerraum zugeordneten Temperatur
und/oder Heizwert des Brenngutes abgeleitet ist, und die Regelung
der Stellgrößen in Abhängigkeit
der wenigstens drei gemessenen bzw. aus Messungen abgeleiteten Regelgrößen in einer
vorbestimmten, variabel einstellbaren Gewichtung dieser Regelgrößen erfolgt.
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Ein
Ziel einer optimalen Feuerführung
ist es, die Entstehung von Schadstoffen innerhalb des Verbrennungsprozesses
zu reduzieren oder zu verhindern. Dazu werden die Verbrennungsbedingungen
im Feuerraum kontinuierlich so angepasst, dass feuerungsabhängige Emissionsfrachten
beeinflusst werden können. Diesen
Maßnahmen
kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie die Schadstoffe nicht
verlagern, sondern deren Bildung tatsächlich reduzieren oder verhindern
können.
Es handelt sich hier also um dynamische Maßnahmen, die regelungstechnisch
in den Verbrennungsprozess eingreifen. Diese Maßnahmen werden unter dem Begriff
Feuerleistungsregelung zusammengefasst. Der entsprechend historisch
geprägte
Begriff ist aber insoweit irreführend,
weil mit der Feuerleistungsregelung eigentlich nicht nur die Feuerleistung,
also die Dampfproduktion, geregelt wird, sondern parallel dazu und
sogar vordergründig
die feuerungsabhängigen
Schadstoffe minimiert werden. Ein weiteres wesentliches Ziel der
sogenannten Feuerleistungsregelung ist neben optimalen Primärmaßnahmen
zur Emissionsminderung auch eine maximale, möglichst konstante Energieumsetzung. Die üblicherweise
herrschende Regelphilosophie besteht hierbei in einer Fixierung
auf eine garantierte Nenndampferzeugung, d.h. auf „Strich" fahren der Verbrennungsanlage
unter jederzeitiger Einhaltung des eingestellten Sollwertes.
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Für die Grundprinzipien
der Erfindung wichtig ist die Messung des Sauerstoffanteiles O2 im Rauchgas der Verbrennungsanlage. Zu
diesem Zweck ist an einer geeigneten Stelle im Gaszug 4 ein
Gasdetektor 25 installiert, mit welchem unter anderem der
Sauerstoffanteil O2 des Rauchgases gemessen
und als Regelgröße weiterverarbeitet
werden kann.
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Da
die Gesamtluftmenge lastabhängig
konstant gehalten wird, ist bei konstanter Wärmeentbindung und gleichbleibender
Brennstoffzusammensetzung der mittlere Sauerstoffgehalt des Rauchgases
konstant. Bei Versuchen hat sich nun herausgestellt, dass das O2-Signal am schnellsten auf eine Änderung
der Feuerintensität
reagiert. Der Sauerstoffgehalt O2 im Rauchgas
ist umgekehrt proportional zum Frischdampf-Massenstrom und kann somit als Frühindikator
für ein
sich änderndes
Dampfsignal verwendet werden.
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Die
Leistungs- und Sauerstoffregler wirken also sowohl auf die Beschickung
wie auch auf alle Rostzonen. Wichtig ist hierbei, dass der Sauerstoffregler
negativ gewichtet ist. Dies rührt
daher, dass sich ein O2-Soll- u. Istwert gegenläufig – also umgekehrt proportional
zueinander verhalten. Ein zu geringer O2-Gehalt,
also Istwert < Sollwert,
lässt auf
einen zu hohe bzw. steigende Dampfmenge schließen. Wäre der Regler positiv gewichtet,
würde er
in diesem Fall den Rost und die Beschickung schneller machen, was
aber bei einer ohnehin zu hohen bzw. steigenden Dampfmenge falsch
wäre. Aus
diesem Grund ist der O2-Regler negativ gewichtet, also
wird bei zu kleinem O2-Wert der Rost und
die Beschickung (falls gewichtet) verlangsamt.
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Mit
dem Temperaturfühler 20a wird
die Feuerraumtemperatur im Bereich der Nachbrennkammer, und mit
dem Temperaturfühler 20b die
Feuerraumtemperatur im Bereich des Rostendes in der Ausbranddecke
gemessen. Die beiden Temperaturfühler 20a und 20b sind
beispielsweise Strahlungspyrometer („Kameras"), welche an geeigneten Stellen in der
Nachbrennkammer bzw. in der Ausbranddecke am Rostende installiert sind.
Die beiden Strahlungspyrometer 20a und 20b sollen
dazu dienen, um Rückschlüsse auf
den Heizwert des gegenwärtigen
Brennstoffes ziehen zu können
und um gegebenenfalls darauf zu reagieren und geeignete Gegenmaßnahmen
einleiten zu können.
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Aus
Versuchen ist hervorgegangen, dass sich auch die Feuerraumtemperaturen
aufgrund ihrer kurzen Totzeit als Ersatz- bzw. Zusatzmessgrößen für das Dampfsignal eignen. Um
einen repräsentativen
Wert zu erhalten, wird der Mittelwert aus beiden Temperaturen gebildet
und zur Regelung herangezogen. Dieser Temperaturmittelwert erlaubt
somit als Ersatzmessgröße THu einen Rückschluss auf den Brennstoffheizwert
Hu.
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In
der 3 sind diese Verhältnisse
anhand dreier schematisch dargestellter Kurvenverläufe 1, 2
und 3 der Brenntemperaturen des Brenngutes in Abhängigkeit
der geometrischen Größe x („Feuerlänge") aufgezeigt. Der
Kurvenverlauf 11 zeigt die normale Temperaturverteilung. Ist der
Temperaturmittelwert THu niedriger als ein
Normalwert, so wandert das Kurvenmaximum der Feuerlage x in Richtung
Schlackeabwurf, wie dies in den Kurvenverläufen 2 und 3 in 3 näher dargestellt ist, wobei
der Kurvenverlauf 3 einen besonders niedrigen Temperaturmittelwert
THu wiedergibt. Das Pyrometer 20b über der
Ausbrandzone misst indirekt die Schlackentempe ratur. Sinkende Temperaturen
TI weisen auf eine Verkürzung
des Feuerherdes auf dem Rost in Richtung Beschickung hin, steigende
Temperaturen TI auf eine Verlängerung
der Feuerlänge
in Richtung Schlackeabwurf.
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Die
Kamera 20b liefert ein Signal, welches somit auch als Ersatzmessgröße TI für die Feuerlänge I verwendet
werden kann. Es erscheint nun sinnvoll, durch eine Variation der
Transportgeschwindigkeiten des Rostes auf die Feuerlage x sowie
die Feuerlänge
I Einfluss nehmen zu können.
Hierbei kann die Regelung der Beschickungs- und Transportgeschwindigkeiten
vollständig
automatisiert werden. Neben dem Leistungsregler der Stellgröße yF und dem O2-Regler
mit der Stellgröße YO2 ermöglicht
die Erfindung darüber
hinaus auch einen „Heizwertregler" mit der Stellgröße YHu und einen „Feuerlagereger" mit der Stellgröße YI.
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Anhand
der schematischen Darstellungen gemäß 4, 5 und 6 werden weitere Einzelheiten
des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Feuerleistungsregelung beschrieben, und zwar zeigt 4 eine schematische Gewichtungsmatrix
des Regelschemas in Abhängigkeit
der Stell- und Regelgrößen der
Verbrennungsanlage mit Gewichtungsfaktoren, und die 5 und 6 schematisch
die Regelungsabläufe,
wobei in 5 die lastabhängigen Luftmengen
und die Primärluftverteilung
sowie die gesteuerte Luftmengenverteilung, und in 6 die lastabhängigen Transportgeschwindigkeiten,
sowie Korrektur und Anpassung der Transportgeschwindigkeiten berücksichtigt
sind.
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Alle
gemessenen Größen werden
in einer in 5 und 6 zusammenfassend mit dem
Bezugszeichen 26 dargestellten Messwerterfassungseinrichtung
erfasst, und die Auswertung der gemessenen Daten und die eigentliche
Regelung erfolgt mit einer in 5 und 6 zusammenfassend mit dem
Bezugszeichen 27 bezeichneten Auswerte- und Regelschaltung.
Diese Schaltung 27 steuert unter anderem die in den 5 und 6 bezeichneten PID-Regler (PID = Proportional-Integral-Differenzial-Regler),
und umfasst bzw. steuert weitere elektronische Schaltungskomponenten
für den
Betrieb der Verbrennungsanlage, die den in den 5 und 6 dargestellten
Größen zugeordnet
sind, jedoch im einzelnen nicht näher explizit dargestellt sind.
Nach den in den 5 und 6 dargestellten Ablaufschemata
wird unterschieden zwischen einem gesteuerten Betrieb und einem
geregelten Betrieb der Verbrennungsanlage, wobei zwischen den beiden
Betriebsarten über
einen Schalter 28 (5 und 6) gewählt werden kann. Beim gesteuerten
Betrieb erfolgt keine Regelung der Verbrennungsanlage, diese Betriebsart
der zwangsweisen Steuerung kommt nur in Ausnahmefällen zur
Anwendung, beispielsweise beim Anfahren der Verbrennungsanlage oder
in Störfällen. Es
erfolgt jedoch sehr wohl eine lastabhängige automatische Anpassung
der Parameter. Die interessantere und die die Erfindung betreffende Betriebsart
ist der „geregelte
Betrieb".
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Eingangsseitig
hat jeder PID-Regler einen Anschluss w für die jeweilige entsprechende
Eingangsgröße als Sollwert
und einen Anschluss x für
den entsprechenden Ist-Wert der Regelgröße, und liefert am Ausgang
jeweils einen Stellgrößenwert
y an die Auswerte- und Regelschaltung 27. Diese liefert
unter Berücksichtigung
von Korrekturfaktoren K und vor allem unter Berücksichtigung der nach der Erfindung
vorgegebenen Gewichtungsfaktoren G die entsprechenden Steuersignale
zur Regelung der Luftmengen L . (5)
bzw. der Beschickungs-, Schür-
und Transportgeschwindigkeiten w . (6).
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Die
in den Figuren (und zugehörender
Beschreibung), insbesondere in den 5 und 6 bezeichneten Größen haben
hierbei folgende Bedeutung:
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- w .B
- Beschickungsgeschwindigkeit
(Geschwindigkeit, mit welcher der Brennstoff von der Beschickeinrichtung 2 auf
den Feuerungsrost 1 aufgegeben wird)
- w .Rn
- Rost-Transportgeschwindigkeit
(Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut durch die einzelnen Rostzonen
R1–R5
befördert
wird)
- w .Sn
- Rost-Schürgeschwindigkeit
(Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut in den einzelnen Rostzonen
R1...R5 geschürt
wird)
- L .ges
- gesamte Verbrennungsluftmenge
- L .Pn
- Primärluftmengen
(an der jeweiligen Rostzone R1...R5 beaufschlagte Primärluftmenge)
- L .Sn
- Sekundärluftmengen
(in den vorderen und hinterer Übergang
des Feuerraums zur Nachbrennzone eingebrachte Luftmenge)
- L .T
- Tertiärluftmenge
(in der linken und rechten Seitenwand des Feuerraumes eingebrachte
Luftmenge)
- TPL
- Primärlufttemperatur
- Tl
- Temperatur Feuerlänge (Temperatur
am ausgangsseitigen Ende des Feuerungsrostes)
- THu
- Temperatur Heizwert
(Temperatur am beschickungsseitigen Anfang des Verbrennungsrostes)
- m .D
- Dampfmenge (Frischdampf-Massenstrom,
Dampfmenge)
- m .D,soll
- gewählte thermische
Last, Solldampfmenge
- m .D,ist
- Ist-Dampfmenge (gemessen)
- O2
- Sauerstoffanteil (Sauerstoffgehalt
im Rauchgas)
- O2,soll
- Soll-Sauerstoffgehalt
im Rauchgas
- O2,ist
- Ist-Sauerstoffgehalt
im Rauchgas
- Xsoll,
Ysoll, Zsoll
- weitere Sollgrößen
- Xist,
Yist, Zist
- weitere Ist-Größen
- yF
- Stellgröße Festlastregler
- yO2
- Stellgröße Sauerstoffgehalt
- yX,
yY, yZ
- Stellgrößen für die Werte
X, Y, Z
- GF
- Gewichtungsfaktor
Festlast
- GO2
- Gewichtungsfaktor
Sauerstoff
- GX,
GY, GZ
- Gewichtungsfaktoren
der Größen X, Y,
Z
- KF
- Korrekturfaktor Leistung
- KO2
- Korrekturfaktor Sauerstoff
- KX,
KY, KZ
- Korrekturfaktoren
der weiteren Größen X, Y,
Z
- L .P(Z1)
- Mengenstrom Primärluftrostzone
1
- w .R1
- Geschwindigkeit Rostzone
1 usw. entsprechend den verschiedenen Indizes für jede weitere Rostzone 2,
3, 4, und 5.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird
das Zusammenspiel von Stell- und
Regelgrößen mit
unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren verdeutlicht. Durch die unterschiedlichen
Symbole sollen dabei die verschiedenen Stellgrößen dargestellt sein. Durch
die Matrixdarstellung wird verdeutlicht, dass Stell- und Regelgrößen beliebig
miteinander verknüpft
werden können.
Schließlich
wird durch die unterschiedliche Größe der Symbole der Gewichtungsfaktor
und somit der unterschiedlich parametriebare Einfluss von Stell-
und Regelgrößen zueinander
dargestellt.
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Die 4 soll eine Matrix mit zonen-
und reglerabhängigen
Einzelgewichtungsfaktoren für
die Festlast (GF), den Sauerstoffgehalt (GO2), den Heizwert (GHu)
und die Feuerlänge
(Gl) verdeutlichen, wobei ein „grosses" Symbol einen Gewichtungsfaktor
von 100 bedeutet; befindet sich in einem Schnittpunkt der Stell-
und Regelgrössen
kein Symbol, so stellt dies einen Gewichtungsfaktor von 0% dar;
es gilt also: je grösser
das Symbol, desto grösser
der Gewichtungsgfaktor. Über
die Belegung dieser Tabelle kann das gesamte Feuerleistungsregelungskonzept
für Beschickungs-
und Rostgeschwindigkeiten beeinflusst werden. Eine Gewichtung der
gesamten Gl-Zeile (Feuerlänge)
mit 0 % schaltet z.B. den Feuerlängenregler
komplett aus. Jede beliebige Zahl ungleich 0 % gewichtet den Einfluss
für die
jeweilige Zone dementsprechend im Bereich von –100 % bis +100 %. Die Luftmengen
sowie deren Verteilung und die Transportgeschwindigkeiten werden
also von allen vier Reglern beeinflusst, wohingegen die Schürgeschwindigkeit
lediglich über
den Sauerstoffgehalt verändert
wird. Die Beschickungsgeschwindigkeit wird primär über die Dampfmenge gesteuert
bzw. geregelt, sekundär über den
Sauerstoffgehalt im Rauchgas.
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Eine
genaue Betrachtung der 4 zeigt
auch, dass der Heizwert- und Feuerlängenregler für die Beschickung
mit 0% gewichtet sind – also
haben diese beiden Regler auf die Regelung der Beschickungsgeschwindigkeit
keinen Einfluss. Genausowenig haben sie Einfluss auf eine Veränderung
der Schürgeschwindigkeit.
Eine Veränderung
der Primärlufttemperatur
kann lediglich der Heizwertregler bewirken, was auch Sinn macht,
denn der Zusammenhang zwischen THu und Feuerlage
konnte bewiesen werden. Weiters gilt der Zusammenhang, dass durch
eine erhöhte
Primärlufttemperatur
TPL einem niedrigeren Heizwert und somit
einer niedrigeren THu, entgegengewirkt werden
kann.
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Formelzeichen
- w .B
- Beschickungsgeschwindigkeit
- w .Rn
- Rost-Transportgeschwindigkeit
- w .Sn
- Rost-Schürgeschwindigkeit
- L .ges
- gesamte
Verbrennungsluftmenge
- L .Pn
- Primärluftmengen
- L .Sn
- Sekundärluftmengen
- L .T
- Tertiärluftmenge
- TPL
- Primärlufttemperatur
- Tl
- Temperatur
Feuerlänge
- THu
- Feuerlage
(Temperaturmittelwert)
- m .D
- Dampfmenge
- O2
- Sauerstoffgehalt
im Rauchgas