DE4220149A1 - Verfahren zum Regeln der Verbrennung von Brennstoff auf einem Rost einer Feuerungsanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Regeln der Verbrennung von Brennstoff auf einem Rost einer Feuerungsanlage und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der
Verbrennung in einem Feuerraum einer Feuerungsanlage, in
der Brennstoff auf ein sich längs erstreckendes Feuerrost
aufgegeben und im wesentlichen längs der Roststrecke unter
Ausbreitung zu einem das Rost im wesentlichen abdeckenden
Brennstoffbett transportiert wird und das Rost längs der
Roststrecke von Teilströmen eines Verbrennungsluftstroms
zonenweise beaufschlagt wird und bei dem zumindest die
Aufgabemenge des Brennstoffes, die Transportgeschwindigkeit
des Brennstoffbetts und/oder die Menge der Verbrennungsluft
in Abhängigkeit von mindestens einem auf die Verbrennung
beziehbaren Parameter, ggf. der Abgaszusammensetzung als
Meßwerte ggf. nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
Aus der DE-Z. "CT-Magazin für Computertechnik",
Sonderdruck, 1991, Heft 3, Aufsatz "Fuzzy-Logik - die
scharfe Theorie der unscharfen Mengen" ist die Fuzzy-Logik
an sich und die Regelung nach der Fuzzy-Logik insbesondere
die Regelung der Verbrennung von Methan in einer
Brennkammer bekannt. Des weiteren sind zu einem Fuzzy-
Regelungssystem gehörende Bauteile, wie Fuzzy-Rechner,
Fuzzy-Chips und Fuzzy-Logik-Arrays beschrieben.
Die Fuzzy-Regelung bietet eine Möglichkeit, Prozesse
automatisch zu regeln und sind dann in vorteilhafter Weise
einzusetzen, wenn aufgrund komplexer Prozeßvariablen
konventionelle Regler nicht ausreichen. Das Fuzzy-
Regelungssystem erlaubt es, einen Regel-Algorithmus zu
entwerfen und in einen arbeitenden Regler umzusetzen, der
die vom Feuerraummeßsystem bereitgestellten Daten über den
Feuerzustand analysiert und daraus Steueranweisungen
erzeugt, wie sie ohne eine automatische Regelung der
Operateur aufgrund seines Erfahrungswissens und seiner
Urteilsfähigkeit geben würde.
Aus der Z. "Elsevier Science Publishers", B.V. North-
Holland, 1989, S. 193-206, Aufsatz "Combustion control of
refuse incineration plant by Fuzzy-Logic" von H. Ono et
al., ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die
Verbrennung von Müll auf einem Feuerrost einer
Müllverbrennungsanlage nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
Dabei werden die Müllaufgabemenge, die
Transportgeschwindigkeit des Mülls auf dem Rost, die
Verbrennungsluftmenge und die Verbrennungslufttemperatur in
Abhängigkeit von der Dampfmenge, der Rauchgas
zusammensetzung der Dicke des Müllbettes auf dem Rost, die
Müllqualität und/oder der Feuerraumtemperatur geregelt. Das
Brennstoffbett wird als Ganzes von einer
Transporteinrichtung transportiert. Die Verbrennungsluft
wird in Teilströmen längs der Roststrecke durch einzelne
das Rost abdeckende Kanäle dem Brennstoffbett zugeführt.
Die Einstellung der Gesamtluftmenge erfolgt durch
Drosselorgane, die jeweils den Kanälen zugeordnet sind und
alle gleichermaßen über einen Verstellmotor verstellt
werden.
Dadurch, daß die Verbrennung des Brennstoffes längs der
Roststrecke als Ganzes definiert ist und der
Verbrennungsvorgang somit auch nur als Ganzes beeinflußbar
ist, besteht die Gefahr, daß die Verbrennungszone vom Rost
in die Müllaufgabe bzw. vom Rost in den Entascher wandert,
was letztlich zu einer unkontrollierten Verbrennung mit
hohen Schadstoffemissionen führt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
gattungsgemäßes Verfahren zum Regeln der Verbrennung in
einem Feuerraum einer Feuerungsanlage in der Brennstoff auf
ein sich längs erstreckendes Feuerrost aufgegeben wird
anzugeben, bei dem die Gefahr überhöhter Schadstoffemission
unter Einwirkung auf den Verbrennungsvorgang verringert
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
von mindestens zwei einzelnen Zonen ausgehenden Meßwerte
erfaßt und die den einzelnen Zonen zugeordneten Teilströme
in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der
erfaßten Meßwerte einzeln nach der Fuzzy-Logik geregelt
werden.
Dadurch, daß der Verbrennungsvorgang längs der Roststrecke
zonenweise definiert wird und die einzelnen den Zonen
zugeordneten Teilluftströme bezüglich ihrer Masse
unterschiedlich einstellbar sind, können die einzelnen
Teilströme in Abhängigkeit von der flächenmäßigen
Verteilung der erfaßten Meßwerte im Hinblick auf die Lage
der Verbrennungszone und der Verteilung der
Verbrennungszone auf dem Rost so geregelt werden, daß sich
automatisch eine optimale Verbrennung einstellt und die
Gefahr überhöhter Schadstoffemission verringert wird.
Zu den im Falle der vorliegenden Anmeldung in Betracht
gezogenen Rosten gehören insbesondere die einbahnigen oder
mehrbahnigen Vorschubroste, bei denen in jeder Rostbahn
feststehende und bewegliche Roststäbe abwechseln. Die
Zonenunterteilung wird hier durch unterschiedliche
Primärluftzufuhr erreicht. Weiterhin gehören hierzu die
ein- oder mehrbahnigen Stufenvorschubroste, bei denen die
Rostabstufungen ein Umstürzen und Aufbrechen der
Brennstoffschicht bewirken und bei denen jedes Rostelement
eine Rostzone bestimmt, in der die Primärluft dem
jeweiligen Verbrennungsfortschritt angepaßt werden kann.
Eine derartige Zonenaufteilung ohne Abstufung wird auch bei
den sogenannten Ausbrennrosten verwirklicht.
Die Erfindung läßt sich aber auch bei Wanderrosten,
Walzenrosten, Rückschubrosten, Gegenlaufüberschubrosten und
den Schüttelrosten einsetzen. Bei den Wanderrosten mit
einer umlaufenden Fördereinrichtung kann die
Vorschubgeschwindigkeit für alle Zonen zwar nur gemeinsam
geregelt werden, jedoch ist eine zonenweise
Primärluftzufuhr möglich.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch
erreicht, daß die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes
in den einzelnen Zonen nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
Die zonenweise getrennte Regelung der
Transportgeschwindigkeit des Brennstoffbettes bietet die
Möglichkeit, das Bett je nach Erfordernis zu dehnen oder zu
stauchen.
Die Regelung des Verbrennungsvorganges auf dem Feuerrost
nach der Fuzzy-Logik erlaubt die Berücksichtigung einer
Vielzahl unbestimmbarer und sich bedingender Faktoren, wie
das Ausbrandverhalten des Brennstoffes, unterschiedliche
Brennstoffzusammensetzung, die Brennstofftemperatur unter
Einbeziehung von Erfahrungswerten, wie sie ansonsten von
einem erfahrenen Operateur manuell zur Regelung eingebracht
werden müßten.
Da die vorgeschlagene Regelung den Verbrennungsprozeß auf
dem Rost stabilisiert und als solche einer Gesamtregelung
untergeordnet ist, kann die übergeordnete Regelung der
Dampfmenge bzw. Wärmeleistung, der Rauchgaszusammensetzung
und der Rauchgastemperatur mit den Stellgrößen
Gesamtluftmenge, Sekundärluftmenge und Brennstoffmenge von
einer billigeren, konventionellen Regelung übernommen
werden.
In vorteilhafter Weise kann die von den einzelnen Zonen
ausgehende Strahlung jeweils erfaßt und die Verbrennung in
Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der
Strahlung geregelt werden.
Die von dem Brennstoffbett ausgehende Strahlung
charakterisiert den Verbrennungsfortschritt des
Brennstoffes in den einzelnen Zonen.
Es ist ebenfalls von Vorteil, daß die Zusammensetzung des
Abgases über den einzelnen Zonen erfaßt und die Verbrennung
in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der
erfaßten Werte geregelt wird.
Die Abgaszusammensetzung insbesondere der O2, CO, CO2
und/oder NOx-Gehalt charakterisiert ebenfalls den
Fortschritt der Verbrennung des Brennstoffes in den
einzelnen Zonen.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum
Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum einer
Feuerungsanlage mit einer Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe
von Brennstoff auf das Rost, mindestens einer
Transportvorrichtung zum Transport des Brennstoffes längs
der Roststrecke und im wesentlichen längs der Roststrecke
verteilte und auf das Rost gerichtete und dieses in Zonen
abdeckende Verbrennungsluftkanäle mit Drosselorganen zur
Zuführung von Verbrennungsluft und mit einem Regelungs-
System ggf. Fuzzy-Regelungs-System zur Regelung des
Verbrennungsvorgangs in Abhängigkeit von mindestens einem
auf die Verbrennung beziehbaren Parameter mit mindestens
einer Detektoreinrichtung zur Erfassung des
Verbrennungsvorgangs, mindestens einer der
Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerte- und
Steuereinrichtung zur Auswertung und Umsetzung der Meßwerte
und mindestens einer der Auswerte- und Steuereinrichtung
nachgeschalteten Stelleinrichtung zur Beeinflussung des
Verbrennungsvorgangs.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die
Detektoreinrichtung die von den einzelnen in
Transportrichtung des Brennstoffs im wesentlichen
hintereinanderliegenden Rostzonen ausgehenden Meßwerte in
ihrer flächenmäßigen Verteilung erfaßt und den
Drosselorganen der Verbrennungsluftkanäle jeweils von der
Auswerte- und Steuereinrichtung einzeln steuerbare
Stelleinrichtungen zugeordnet sind, und die besagten
Einrichtungen Bestandteile des Fuzzy-Regelungs-Systems
sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch
gegeben, daß den Zonen jeweils eine Transportvorrichtung
mit jeweils einer von der Auswerte- und Steuereinrichtung
einzeln steuerbaren Stelleinrichtung zugeordnet sind, und
die besagten Einrichtungen Bestandteile des Fuzzy-Systems
sind.
Es ist weiterhin von Vorteil, daß die Detektoreinrichtung
mindestens eine Thermographie- bzw. Infrarotkamera zur
gleichzeitigen Erfassung der Strahlung über mehrere Zonen
aufweist.
Ebenfalls ist es von Vorteil, daß die Detektoreinrichtung
mindestens einen Gasanalysator mit einer
Gasentnahmevorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung der
Abgaszusammensetzung über mehrere Zonen aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach diesem
Verfahren betriebene Vorrichtung soll nun anhand der
beigefügten Figur, die eine Müllverbrennungsanlage im
Längsschnitt mit steuer- und regelungstechnischen
Einrichtungen zeigt, näher beschrieben werden.
Die Figur zeigt eine Feuerung 1 einer Feuerungsanlage 2 mit
einem Stufenvorschubrost 3, wie er in dem Prospekt
"Verbrennungstechnik-Vorschubrost" (P 8303-05-13/1.Dg) der
Anmelderin beschrieben ist.
Der Vorschubrost 3 weist vier Verbrennungszonen A, B, C und
D auf, wobei die Zonen B und C durch eine Stufe 4
voneinander getrennt sind. Den beweglichen Roststäben der
einzelnen Zonen A-D sind jeweils Rostschlitten A5-E5
zugeordnet. Die Rostschlitten A5-D5 sind über schematisch
dargestellte Stelleinrichtungen A6-D6 hin und her
verschiebbar.
Den Zonen A-D sind jeweils Verbrennungsluftkanäle A7-D7
zugeordnet, denen über Leitung A8-D8 Teilströme primärer
Verbrennungsluft über Regelklappen A9-D9 mit
Stelleinrichtungen A10-E10 und Durchflußmeßeinrichtungen
A10-E10 zugeführt werden können.
Die Gesamtmenge primärer Verbrennungsluft wird über eine
Leitung 8 mit einer Regelklappe 9 mit Stelleinrichtung 10
und einer Durchflußmeßeinrichtung 1 zugeführt. Den vom
Verbrennungsrost 3 aufsteigenden Rauchgasen kann noch über
eine Leitung 8′ mit Regelklappe 11′ mit Stelleinrichtung
10 und Durchflußmeßeinrichtungen 1′ Sekundärluft über
mehrere Düsen 12 zugeführt werden.
Der Brennstoff 13, insbesondere Müll, wird über einen
Aufgabetrichter 14 und einer Aufgabeeinrichtung 15 mit
Stelleinrichtung 16 dem Rost 3 im Bereich der ersten
Rostzone A aufgegeben und längs der Roststrecke unter
Ausbreitung zu einem das Rost 3 abdeckenden Brennstoff
bett 17 durch Betreiben einzelner oder mehrerer
Rostschlitten A5-D5 transportiert.
Es ist auch vorgesehen, den Rost 3 mehrbahnig auszuführen.
Dabei sind die einzelnen Bahnen parallel nebeneinander
angeordnet und in gleicher Weise ausgestaltet.
Der Verbrennungsvorgang des Brennstoffs 13 auf den Rost 3
wird wesentlich durch die Lage der Verbrennung und die
Verteilung der Verbrennung auf dem Rost 3 bestimmt.
Zur Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs bzw. der Lage
und der Verteilung der Verbrennung und des
Verbrennungsfortschritts können bei Bedarf die einzelnen
Rostzonen A-D jeweils mehr oder weniger mit primärer
Verbrennungsluft beaufschlagt werden. Zusätzlich kann durch
Betreiben der einzelnen Rostschlitten A5-D6 bei jeweils
unterschiedlicher Geschwindigkeit bzw. durch Betreiben nur
einzelner Rostschlitten A5-D6 das Brennstoffbett 17 bei
Bedarf gestaucht oder gedehnt werden. Bei mehrbahnigen
Rosten ist es möglich das Brennstoffbett quer zum Rost zu
stauchen oder zu dehnen. Durch den Betrieb der
Aufgabeeinrichtung 15 bei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten oder unterschiedlichen Intervallen oder
durch den Betrieb von nur einzelnen Stößelreihen 15′, 15′′
kann der Massendurchsatz bzw. die Bettdicke unterschiedlich
eingestellt werden.
Zur Erfassung des Verbrennungsvorgangs auf den einzelnen
Rostzonen A-D ist oberhalb der Feuerung 1 eine
Infrarotkamera 18 angebracht, die die von den einzelnen
Zonen A-D bzw. dem Brennstoffbett 17 ausgehende Strahlung
erfaßt. In einer der Kamera 18 nachgeschalteten nach der
Fuzzy-Logik arbeitenden Auswerte- und Steuereinrichtung 19
werden die einzelnen Strahlungswerte bzw. die auf die
Strahlung zurückzuführenden Temperaturen in den einzelnen
Rostzonen A-D zu einem Temperaturprofil längs oder bei
entsprechender Meßanordnung längs und quer zur Roststrecke
zusammengefaßt. Der Ist-Zustand wird sodann fuzzyfiziert,
einem Inferenzverfahren unterworfen und sodann
defuzzyfiziert.
Anstelle der die Brennstoffbettoberfläche großflächig
erfassenden Thermographiekamera ist es auch möglich, daß die
einzelne Detektoreinrichtung eine Vielzahl von
Einzeldetektoren umfaßt, die gruppenweise oder einzeln den
jeweiligen Rostzonen zugeordnet sind. Als Einzeldetektoren
kommen Fotodioden, Fotodetektoren und Gasanalysatoren mit
vorgeschalteter rechenartiger Gasentnahmevorrichtung in
Frage.
Zur Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs werden die
Stelleinrichtungen A10-D10 für die Verstellung der
primären Verbrennungsluftteilströme und/oder die
Stelleinrichtungen A6-D6 zur Bewegung der
Transporteinrichtung A5-C5 für den Transport des
Brennstoffes 13, 17 gemäß der ermittelten Sollwerte
angesteuert. Zur besseren Übersicht ist in der Figur jeweils
nur eine Signalleitung vollständig dargestellt. Die
einzelnen primären Verbrennungsluftteilströme werden
jeweils so eingestellt, daß sie stets den über den Sollwert
vorgegebenen Anteil an der gesamten primären
Verbrennungsluft entsprechen. Zur Regelung sind hierfür
jeweils ein Durchflußregler FC und ein
Durchflußverhältnisregler FFC zur Signalanpassung
zugeschaltet, die stellvertretend nur für einen
Teilluftstrom dargestellt sind.
Bei Bedarf kann auch der Betrieb der Aufgabeeinrichtung 15
ganz oder teilweise mit in die nach der Fuzzy-Logik
arbeitenden Regelung einbezogen werden. Der Grad der
Einbeziehung wird über eine der Auswerte- und
Steuereinrichtung 15 nachgeschalteten Regelungseinheit 20
festgelegt.
Die Fuzzy-Regelung zur Beeinflussung des
Verbrennungsvorgangs ist eine der Gesamtregelung
unterlagerte in sich geschlossene Teilregelung.
Da durch die Fuzzy-Regelung eine stabile kontrollierte
Verbrennung auf dem Rost erreicht wird, kann zur
Hauptregelung ein konventionelles und kostengünstigeres
Regelungssystem eingesetzt werden.
Die zur Hauptregelung vorgesehene Auswerte- und
Steuereinheit 21 erfaßt mittels symbolisch dargestellter
Detektoren 22, 23, 24 die Rauchgastemperatur und den O2-
Gehalt des Rauchgases am Ende des Feuerraums und die
Dampfmenge. Entsprechend der von der Auswerte- und
Steuereinrichtung 21 zur Hauptregelung ermittelten
Sollwerte werden über die Regelklappen 9 mit
Stelleinrichtung 10 und der Durchflußmeßeinrichtung 11 der
Primärluftstrom und über die Regelklappe 9′ mit der
Stelleinrichtung 10′ und der Durchflußmeßeinrich
tung 11′ die Sekundärluftmenge geregelt. Des weiteren ist
vorgesehen, die Regelung der Brennstoffmenge ganz oder
teilweise mittels der der Auswerte- und Steuereinrich
tung 21 zur Hauptregelung nachgeschalteten regeltechnischen
Einrichtung 21 zu regeln.
Claims (8)
1. Verfahren zum Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum
einer Feuerungsanlage, in der Brennstoff auf ein sich
längs erstreckendes Feuerrost aufgegeben und im
wesentlichen längs der Roststrecke unter Ausbreitung zu
einem das Rost im wesentlichen abdeckenden
Brennstoffbett transportiert wird und das Rost längs
der Roststrecke von Teilströmen eines
Verbrennungsluftstroms zonenweise beaufschlagt wird und
bei dem zumindest die Aufgabemenge des Brennstoffes,
die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffbetts
und/oder die Menge der Verbrennungsluft in Abhängigkeit
von mindestens einem auf die Verbrennung beziehbaren
Parameter, ggf. der Abgaszusammensetzung als Meßwerte
ggf. nach der Fuzzy-Logik geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von mindestens zwei einzelnen Zonen ausgehenden
Meßwerte erfaßt und die den einzelnen Zonen
zugeordneten Teilströme in Abhängigkeit von der
flächenmäßigen Verteilung der erfaßten Meßwerte einzeln
nach der Fuzzy-Logik geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in
den Zonen nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von den einzelnen Zonen ausgehende Strahlung
jeweils erfaßt und die Verbrennung in Abhängigkeit von
der flächenmäßigen Verteilung der Strahlung geregelt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung des Abgases über den einzelnen
Zonen erfaßt und die Verbrennung in Abhängigkeit von
der flächenmäßigen Verteilung der erfaßten Meßwerte
geregelt wird.
5. Vorrichtung zum Regeln der Verbrennung in einem
Feuerraum einer Feuerungsanlage mit einer
Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe von Brennstoff auf ein
Rost, mindestens einer Transportvorrichtung zum
Transport des Brennstoffes längs der Roststrecke
und im wesentlichen längs der Roststrecke verteilte und
auf das Rost gerichtete und dieses in Zonen abdeckende
Verbrennungsluftkanäle mit Drosselorganen zur Zuführung
von Verbrennungsluft und mit einem Regelungs-System,
ggf. Fuzzy-Regelungs-System zur Regelung des
Verbrennungsvorgangs in Abhängigkeit von mindestens
einem auf die Verbrennung beziehbaren Parameter mit
mindestens einer Detektoreinrichtung zur Erfassung des
Verbrennungsvorgangs, einer der Detektoreinrichtung
nachgeschalteten Auswerte- und Steuereinrichtung zur
Auswertung und Umsetzung der Meßwerte und mindestens
einer der Auswerte- und Steuereinrichtung
nachgeschalteten Stelleinrichtung zur Beeinflussung des
Verbrennungsvorgangs,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) die von den einzelnen
in Transportrichtung des Brennstoffs (17) im
wesentlichen hintereinanderliegenden Rostzonen (A-D)
ausgehenden Meßwerte in ihrer flächenmäßigen Verteilung
erfaßt und den Drosselorganen (A11-D11) der
Verbrennungsluftkanäle jeweils von der Auswerte- und
Steuereinrichtung (19) einzeln steuerbare
Stelleinrichtungen (A10-D10) zugeordnet sind, und die
besagten Einrichtungen (18, 19, A10-D10) Bestandteile
des Fuzzy-Regelungs-Systems sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Zonen (A-D) jeweils eine Transportvorrichtung
(A5-E5) mit jeweils einer von der Auswerte- und
Steuereinrichtung einzeln steuerbaren Stelleinrichtung
(A6-E6) zugeordnet sind, und die besagten Einrichtungen
(18, 19, A6-E6) Bestandteile des Fuzzy-Regelungs-
Systems sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) mindestens eine
Thermographie- bzw. Infrarotkamera zur gleichzeitigen
Erfassung der Strahlung über mehrere Zonen (A-D)
aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) mindestens einen
Gasanalysator mit einer Gasentnahmevorrichtung zur
gleichzeitigen Erfassung der Abgaszusammensetzung über
mehrere Zonen (A-D) aufweist.
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