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EP1489355B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen Download PDF

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Publication number
EP1489355B1
EP1489355B1 EP04013325A EP04013325A EP1489355B1 EP 1489355 B1 EP1489355 B1 EP 1489355B1 EP 04013325 A EP04013325 A EP 04013325A EP 04013325 A EP04013325 A EP 04013325A EP 1489355 B1 EP1489355 B1 EP 1489355B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grate
incineration
regulated
variables
derived
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04013325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1489355A1 (de
Inventor
Michael Dr. Maurer
Martin H. Dipl.-Ing. Zwiellehner
Lothar Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAR Elektronic GmbH
Original Assignee
SAR Elektronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAR Elektronic GmbH filed Critical SAR Elektronic GmbH
Publication of EP1489355A1 publication Critical patent/EP1489355A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1489355B1 publication Critical patent/EP1489355B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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    • F23G5/50—Control or safety arrangements
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    • F23G2207/20—Waste supply

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the fire performance of incinerators.
  • the DE OS 39 04 272 A1 deals with an improvement of the combustion process on the grate and proposes for this purpose a detector device in the form of several thermographic or infrared cameras, which detects the corresponding good bed temperature radiation of individual grate zones and the individual grate zones separately adjustable adjusting devices for the supply of Primary air and / or for the speed of the fuel in the good bed by individual grate zones are assigned. From this document is thus known the regulation or control of the individual grate zones with respect to primary air supply and / or for the speed as a function of measured grate zone temperatures.
  • EP 0 661 500 A discloses a method and a device for controlling the performance of the fire in which firing is abandoned at the beginning of a Feuerungsrostes, subjected to this on a locomotion and at the end of the Feuerungsrostes, the slag is discharged, the control of the fire performance is done in response to control variables.
  • the controlled variables used are oxygen content and / or CO content in the exhaust gas, furnace temperature, fuel bed height, and / or dust concentration.
  • the manipulated variables include the primary air quantity, the grate speed, the quenching speed and the secondary air quantity.
  • a radar device allows a three-dimensional detection of the fuel distribution on the furnace grate.
  • an infrared camera provides information about the combustion behavior of the fuel on the combustion grate.
  • the invention has for its object to optimize the fire control in incinerators, especially solid fuel combustion systems so that the formation of pollutants is reduced or prevented within the combustion process, the combustion conditions in the furnace should be continuously adjusted so that combustion-dependent emission loads can be influenced.
  • An essential goal of the fire performance control is in addition to optimal primary measures for emission reduction a maximum, as constant as possible energy conversion.
  • the control of the fire performance with regard to a possible constant maintenance of the produced amount of steam on the one hand and with regard to the lowest possible emission of pollutants on the other hand, and a possible boiler-preserving or corrosion of the boiler pipes preventive operation as a function of at least three measured or from measured values derived control variables A, B, and C, wherein the controlled variable A is derived from the measured amount of steam, the controlled variable B at least one gas type of the emitted substances directly or indirectly, and the controlled variable C from at least one of the fuel bed or the firebox associated temperature and / or calorific value of the combustible material is derived, and the control of the manipulated variables as a function of at least three measured or derived from
  • the controlled variable B to reproduce the oxygen content of the emitted substances directly or indirectly.
  • the measurement of the oxygen content O 2 in the flue gas of the incinerator takes place by means of a gas detector installed at a suitable location preferably in the flue of the incinerator gas detector with which, among other types of gas, the oxygen content O 2 of the flue gas can be measured and processed as a controlled variable. Since the total amount of air is kept constant depending on the load, the average oxygen content of the flue gas is constant with constant heat release and constant fuel composition.
  • the method according to the invention is based on the finding that the O 2 signal corresponding to the oxygen content of the flue gas reacts the fastest to a change in the intensity of the fire.
  • the oxygen content O 2 in the flue gas is inversely proportional to the live steam mass flow and can thus be used as an early indicator for a changing steam signal.
  • the power and oxygen regulators thus affect both the feed and all rust zones. It is important that the oxygen regulator is negatively weighted. This is due to the fact that an O 2 setpoint and actual value behave in opposite directions, ie inversely proportional to each other. A too low O 2 content, ie actual value ⁇ setpoint value, cancels close a too high or increasing amount of steam. If the regulator were weighted positively, it would make the grate and the charge faster in this case, which would be wrong if the amount of steam was already too high or increasing anyway. For this reason, the O 2 controller is negatively weighted, so if the O 2 value is too low, the rust and feed (if weighted) slows down.
  • the controlled variable C is determined from the firing position and / or the firing length of the firing bed, wherein the firing position is derived from one or more measured temperatures at the beginning of the grate or temperatures in the afterburning chamber, and the firing length one or more measured temperatures at the output end of the furnace grate is derived. From experiments it has emerged that the furnace temperatures are also suitable as substitute or additional measured variables for the vapor signal due to their short dead time. In order to obtain a representative value, the mean value can be formed from several temperatures and used for regulation. This average temperature value thus allows as a substitute measured value THu a conclusion on the Brennstoffehrpian Hu.
  • the firing position x moves in the direction of slag discharge, as in particular in Fig. 2 is shown in more detail.
  • a pyrometer above the burnout zone indirectly measures the slag temperature. Falling temperatures indicate a shortening of the fire on the grate, rising temperatures on an extension. The correspondingly measured temperature value can thus also be used as a substitute measured variable T I for the fire length I. It is now advantageous in a further development of the invention to be able to influence the firing position x as well as the fire length I by a variation of the transport speeds of the grate. Here, the regulation of the loading and transport speeds can be fully automated.
  • a particular advantage of the invention consists in the fact that the fire power control can be set for different types of fuel, with a separate parameter set for the fire performance control is provided for each type of fuel, the method for controlling the fire power during operation of the combustion system to other types of fuel is switched or switched can be.
  • the weighting of the controlled variables takes place in relation to the manipulated variables in the form of weighting factors, the quantity of which in particular according to the FIG. 3 present weighting matrix.
  • these weighting factors have, for example, the following values, each related to a standard value of 10: feed rate transport speed stoking Air volumes u. -distribution Primary air temperature Amount of steam ⁇ D 9 - 10 9 - 10 0 9 - 10 0 Oxygen O 2 7 - 9 7 - 9 9 - 10 5 - 7 0 Fire position T Hu 0 2 - 4 0 4 - 6 9 - 10 Fire length T I 0 7 - 9 0 3 - 5 0
  • a fourth controlled variable D is provided which is derived from the layer thickness and / or the air permeability of the combustion material located on the firing grate.
  • the measurement of the controlled variable D is preferably carried out by a pressure sensor.
  • FIG. 1 and 2 schematically illustrated combustion system comprises a Feuerungsrost 1, a charging device 2, a combustion chamber 3 with subsequent throttle cable 4, to which connect further throttle cables and the incinerator downstream units, in particular steam generation and emission control systems, which are not shown and explained in detail here.
  • the grate 1 comprises individually driven grate stages 5. Said drive makes it possible to adjust both the transport or conveying speed and the quenching speed.
  • the firing grate has, in addition to the transport of the fuel 16 and the function to stoke the kiln. Below the firing grate divided subwind chambers 7.1 to 7.5 are provided both in the longitudinal direction and in the transverse direction, which are acted upon separately via individual lines 8.1 to 8.5 with primary air L ⁇ P. At the end of the firing grate 1, the burned slag is discharged into a slag chute 10, from where the slag falls into a non-slag chaff.
  • the loading device 2 comprises a feed hopper 11, a feed chute 12, a feed table 13 and one or more juxtaposed and / or superimposed, optionally independently controllable feed piston 14, which slips down in the feed chute 12 via a garbage feed 15 feeder table 13 in the Push combustion chamber 3 onto the combustion grate 1.
  • a discontinuous feed with a four-part Dosierst Congressel (top left, top right, bottom left, bottom right). Through a slow forward stroke and a fast return stroke of the furnace grate 1 can be quasi fed continuously.
  • the fuel 16 applied to the furnace grate 1 is pre-dried by the air coming from the underwinding zone 7.1 and heated and ignited by the radiation prevailing in the furnace 3 radiation.
  • the main fire zone is located, while in the area of the underwinding zones 7.4 and 7.5 the forming slag burns out and then reaches the slag chute 10.
  • various actuators are in FIG. 1 and 2 indicated that serve to control various factors or devices to perform the desired control of the fire performance can.
  • the adjusting devices for influencing the transport and speeding speeds wsn with 21, for the on and off frequency or for the speeds w B of the feed piston with 23, and designated for the primary air quantities L Pn with 24, which is able to each individual sub-wind chamber 7 to supply the required primary air quantities L ⁇ Pn .
  • each air supply line 8 an air flow meter 18 and in the underwinding chambers 7.1 and 7.2, a temperature sensor 17 and in the underwinding chamber 7.1 a pressure sensor 19 is provided while two further temperature sensors 20a and 20b are arranged in the combustion chamber 3 in order to be able to measure the temperatures at two different locations in the combustion chamber 3.
  • the inventive method which is characterized in that the control of the fire performance in dependence on at least three measured or derived from measured values controlled variables A, B, and C, wherein the controlled variable A is derived from the measured amount of steam, the controlled variable B at least one Gas type of emitted substances directly or indirectly reproduces, and the controlled variable C derived from at least one of the fuel bed or the firebox associated temperature and / or calorific value of the fuel is, and the control of the manipulated variables as a function of at least three measured or derived from measurements controlled variables in a predetermined, variably adjustable weighting of these control variables.
  • One goal of optimal fire control is to reduce or prevent the formation of pollutants within the combustion process.
  • the combustion conditions in the combustion chamber are continuously adjusted so that combustion-dependent emission loads can be influenced.
  • These measures are of particular importance, as they do not displace the pollutants but can actually reduce or prevent their formation. These are therefore dynamic measures that intervene in the combustion process in terms of control technology.
  • combustion control the historically coined term is misleading insofar as not only the fire performance, ie the steam production, is regulated by the fire power control, but in parallel and even superficially the combustion-dependent pollutants are minimized.
  • Another key objective of the so-called "fire performance control” is, in addition to optimal primary measures for emission reduction, a maximum, as constant as possible energy conversion.
  • the usually prevailing rule philosophy here consists in a fixation on a guaranteed nominal steam generation, i. to "dash" drive the incinerator under any time compliance with the set value.
  • a gas detector 25 is installed at a suitable location in the throttle cable 4, with which, inter alia, the oxygen content O 2 of the flue gas can be measured and processed further as a controlled variable.
  • the average oxygen content of the flue gas is constant with constant heat release and constant fuel composition.
  • O 2 signal reacts the fastest to a change in the fire intensity.
  • the oxygen content O 2 in the flue gas is inversely proportional to the live steam mass flow and can thus be used as an early indicator for a changing steam signal.
  • the power and oxygen regulators thus affect both the feed and all rust zones. It is important that the oxygen regulator is negatively weighted. This is due to the fact that a 02-Soll- u. Actual value in opposite directions - ie inversely proportional to each other. Too low an O 2 content, ie actual value ⁇ set value, indicates an excessive or increasing steam quantity. If the regulator were weighted positively, it would make the grate and the charge faster in this case, which would be wrong if the amount of steam was already too high or increasing anyway. For this reason, the O 2 controller is negatively weighted, so if the O 2 value is too low, the rust and feed (if weighted) slows down.
  • the temperature sensor 20a measures the combustion chamber temperature in the area of the afterburning chamber
  • the temperature sensor 20b measures the combustion chamber temperature in the area of the end of the rust in the combustion ceiling.
  • the two temperature sensors 20a and 20b are, for example, radiation pyrometers ("cameras"), which are installed at suitable locations in the afterburner chamber or in the burnout ceiling at the grate end.
  • the two radiation pyrometers 20a and 20b are intended to be able to draw conclusions about the calorific value of the current fuel and, if necessary, to react to it and to be able to initiate suitable countermeasures.
  • furnace temperatures are also suitable as substitute or additional measured variables for the vapor signal due to their short dead time.
  • the mean value of both temperatures is formed and used for regulation. This average temperature value thus allows as a substitute measured variable T Hu a conclusion on the Brennstoffikiwert H u .
  • FIG. 3 These relationships are shown with reference to three schematically illustrated curves 1, 2 and 3 of the firing temperatures of the fuel as a function of the geometric size x ("fire length").
  • Curve 1 shows the normal temperature distribution. If the mean temperature value T Hu is lower than a normal value, the curve maximum of the firing position x moves in the direction of slag discharge, as shown in curves 2 and 3 in FIG Fig. 3 is shown in more detail, wherein the curve 3 represents a particularly low average temperature T Hu .
  • the pyrometer 20b above the burnout zone indirectly measures the slag temperature. Falling temperatures TI indicate a shortening of the hearth on the grate towards the feed, increasing temperatures TI on an extension of the fire length towards slag discharge.
  • the camera 20b supplies a signal, which can thus also be used as a substitute measured variable TI for the fire length I. It now makes sense to be able to influence the firing position x and the firing length I by varying the transport speeds of the grate. Here, the regulation of the loading and transport speeds can be fully automated.
  • the invention also allows a "calorific value" with the manipulated variable Y Hu and a “Feuerlagereger” with the manipulated variable Y I.
  • FIG. 4 shows Fig. 4 a schematic weighting matrix of the control scheme as a function of the control variables of the incinerator with weighting factors
  • FIG. 5 and 6 schematically the regulatory processes
  • FIG. 5 the load - dependent air volumes and the primary air distribution as well as the controlled air volume distribution
  • FIG. 6 the load-dependent transport speeds, as well as correction and adjustment of the transport speeds are taken into account.
  • Fig. 2 summarized by the reference numeral 26 shown measured value detection device, and the evaluation of the measured data and the actual control is done with a in Fig. 1 summarized by the reference numeral 27 designated evaluation and control circuit.
  • PID controller proportional-integral-differential controller
  • each PID controller On the input side, each PID controller has a connection w for the respective corresponding input variable as setpoint and a connection x for the corresponding actual value of the controlled variable, and supplies at the output in each case a manipulated variable value y to the evaluation and control circuit 27.
  • This supplies, taking into account Correction factors K and, above all, taking into account the weighting factors G predetermined according to the invention, the corresponding control signals for regulating the air quantities L ⁇ (FIG. Fig. 5 ) or the loading, purging and transport speeds ⁇ ( Fig. 6 ).
  • Fig. 4 the interaction between manipulated variables and controlled variables with different weighting factors is clarified.
  • the various symbols are intended to represent the various manipulated variables.
  • the matrix representation clarifies that manipulated variables and controlled variables can be linked to one another at will.
  • the different size of the symbols shows the weighting factor and thus the different parametric influence of manipulated variables and controlled variables.
  • the Figure 4 is intended to illustrate a matrix with zonal and controller-dependent single weighting factors for the fixed load (GF), the oxygen content (GO2), the calorific value (GHu) and the firing length (G1), where a "big” symbol means a weighting factor of 100%; if there is no symbol in an intersection of the controlled variables, this represents a weighting factor of 0%; Therefore, the bigger the symbol, the bigger the weighting factor.
  • the occupancy of this table can be used to influence the overall control of firing capacity for feed and rust velocities.
  • the air volumes and their distribution and transport speeds are thus influenced by all four controllers, whereas the quenching speed is only changed by the oxygen content ,
  • the feed rate is controlled or regulated primarily via the amount of steam, secondarily via the oxygen content in the flue gas.
  • a fourth controlled variable D is provided, which is derived from the layer thickness and / or the air permeability of the combustion material located on the firing grate ( Fig. 2 / 16).
  • the measurement of the controlled variable D is preferably carried out by a in Fig. 2
  • the measurement of the controlled variable D by the pressure sensor 19 can also take place in any zone 1-x or in each zone 1-x.
  • one can also detect, for example, if there is on the side of the feed a Pouching or similar disorders, and react accordingly.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen.
  • Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung ist aus der DE OS 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.
  • Die DE OS 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.
  • Aus der DE OS 42 20 149 A1 ist schließlich bekannt, den Verbrennungsvorgang vermittels einer sogenannten Fuzzy-Logik zu 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 Transportg eschwindigkeit 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.
  • EP 0 661 500 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung bei denen Brenngut am Anfang eines Feuerungsrostes aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes, die anfallende Schlacke ausgetragen wird, wobei die Regelung der Feuerleistung in Abhängigkeit von Regelgrößen erfolgt. Als Regelgrößen werden Sauerstoffgehalt und/oder CO-Gehalt im Abgas, Feuerraumtemperatur, Brennbetthöhe, und/oder Staubkonzentration verwendet. Als Stellgröße dienen u.a. die Primärluftmenge, die Rostgeschwindigkeit, die Schürgeschwindigkeit und die Sekundärluftmenge. Eine Radareinrichtung erlaubt eine dreidimensionale Erfassung der Brennstoffverteilung auf dem Feuerungsrost. Zusätzlich gibt eine Infrarotkamera Auskunft über das Abbrandverhalten des Brennstoffs auf dem Feuerungsrost.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die im Anspruch 11 angegebene Vorrichtung gelöst.
  • 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, 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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 Fig. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Figur 3 dargestellten Gewichtungsmatrix vorliegen. Zahlenmässig dargestellt haben diese Gewichtungsfaktoren zum Beispiel folgende, jeweils auf einen Normwert von 10 bezogene Werte:
    Beschickungsgeschwindigkeit Transportgeschwindigkeit Schürgeschwindigkeit Luftmengen u. -verteilung Primärlufttemperatur
    Dampfmenge ṁD 9 - 10 9 - 10 0 9 - 10 0
    Sauerstoff O2 7 - 9 7 - 9 9 - 10 5 - 7 0
    Feuerlage THu 0 2 - 4 0 4 - 6 9 - 10
    Feuerlänge TI 0 7 - 9 0 3 - 5 0
  • Die angegebenen Zahlenwerte sind ungefähre Anhaltswerte und können insbesondere in Abhängigkeit des verwendeteten Anlagentyps variieren.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine vierte Regelgröße D vorgesehen, welche von der Schichtdicke und/oder der Luftdurchdurchlässigkeit des auf dem Feuerungsrost befindlichem Brenngutes abgeleitet ist. Die Messung der Regelgröße D erfolgt vorzugsweise durch einen Druckfühler. Durch eine Messung der Regelgröße D im Primärläftkanal kann der Druck gemessen werden, welcher der Primärluft durch das auf dem Rost liegende Brenngut entgegengesetzt wird. Dadurch kann man Rückschlüsse ziehen, welche Art von Material sich auf dem Rost befindet (nasser, schwerer Müll = hohe Primärluftpressung, Sperrmüll = geringe Primärluftpressung) und/oder in welcher Schichtdicke dies vorliegt. Somit kann man z.B. auch detektieren, ob es auf Seiten der Beschickung eine Vestopfung oder ähnliche Störungen gibt, und entsprechend darauf reagieren.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • 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:
    • FIG. 1
    eine schematisierte Schnittansicht der Verbrennungsanlage mit Darstellung der Stell- und Regelgrößen der Rostfeuerung;
    FIG. 2
    einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Verbrennungsanlage;
    FIG. 3
    eine schematische Darstellung des Feuerraumes mit drei unterschiedlichen Temperaturverteilungen;
    FIG. 4
    eine schematische Gewichtungsmatrix zur Darstellung eines Regelschemas in Abhängigkeit der Stell- und Regelgrößen der Verbrennungsanlage;
    FIG. 5
    Regelungsablauf unter Berücksichtigung der lastabhängigen Luftmengen und Primärluftverteilung sowie der gesteuerten Luftmengenverteilung; und
    FIG. 6
    eine schematische Darstellung des Verfahrens- und Regelungsablaufes unter Berücksichtigung der lastabhängigen Transportgeschwindigkeiten und Korrektur und Anpassung der Transportgeschwindigkeiten.
  • Die in FIG. 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.
  • 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 L̇P beaufschlagt werden. Am Ende des Feuerungsrostes 1 wird die ausgebrannte Schlacke in einen Schlackenfallschacht 10 ausgetragen, von wo aus die Schlacke in einen nicht dargestellten Entschlacker fällt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In schematischer Form sind verschiedene Stelleinrichtungen in FIG. 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 L̇Pn zuzuführen.
  • 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.
  • Nachfolgend wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Figuren 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 02-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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Figur 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 1 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 Fig. 3 näher dargestellt ist, wobei der Kurvenverlauf 3 einen besonders niedrigen Temperaturmittelwert THu wiedergibt. Das Pyrometer 20b über der Ausbrandzone misst indirekt die Schlackentemperatur. 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.
  • 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.
  • Anhand der schematischen Darstellungen gemäß FIG. 4, 5 und 6 werden weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens der Feuerleistungsregelung beschrieben, und zwar zeigt Fig. 4 eine schematische Gewichtungsmatrix des Regelschemas in Abhängigkeit der Stell- und Regelgrößen der Verbrennungsanlage mit Gewichtungsfaktoren, und die FIG. 5 und 6 schematisch die Regelungsabläufe, wobei in FIG. 5 die lastabhängigen Luftmengen und die Primärluftverteilung sowie die gesteuerte Luftmengenverteilung, und in FIG. 6 die lastabhängigen Transportgeschwindigkeiten, sowie Korrektur und Anpassung der Transportgeschwindigkeiten berücksichtigt sind.
  • Alle gemessenen Größen werden in einer in Fig. 2 zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 26 dargestellten Messwerterfassungseinrichtung erfasst, und die Auswertung der gemessenen Daten und die eigentliche Regelung erfolgt mit einer in Fig. 1 zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 27 bezeichneten Auswerte- und Regelschaltung. Diese Schaltung 27 steuert unter anderem die in den Fig. 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 Fig. 5 und 6 dargestellten Größen zugeordnet sind, jedoch im einzelnen nicht näher explizit dargestellt sind. Nach den in den Fig. 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 (Fig. 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".
  • 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 L̇ (Fig. 5) bzw. der Beschickungs-, Schür- und Transportgeschwindigkeiten ẇ (Fig. 6).
  • Die in den Figuren (und zugehörender Beschreibung), insbesondere in den Fig. 5 und 6 bezeichneten Größen haben hierbei folgende Bedeutung:
    • ẆB
    Beschickungsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit, mit welcher der Brennstoff von der Beschickeinrichtung 2 auf den Feuerungsrost 1 aufgegeben wird)
    ẆRn
    Rost-Transportgeschwindigkeit (Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut durch die einzelnen Rostzonen R1 - R5 befördert wird)
    ẇSn
    Rost-Schürgeschwindigkeit (Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut in den einzelnen Rostzonen R1...R5 geschürt wird)
    L̇ges
    gesamte Verbrennungsluftmenge
    L̇Pn
    Primärluftmengen (an der jeweiligen Rostzone R1 ... R5 beaufschlagte Primärluftmenge)
    L̇Sn
    Sekundärluftmengen (in den vorderen und hinteren Ubergang des Feuerraums zur Nachbrennzone eingebrachte Luftmenge)
    L̇T
    Tertiärluftmenge (in der linken und rechten Seitenwand des Feuerraumes eingebrachte luftmenge)
    TPL
    Primärlufttemperatur
    TI
    Temperatur Feuerlänge (Temperatur am ausgangsseitigen Ende des Feuerungsrostes)
    THu
    Temperatur Heizwert (Temperatur am beschickungsseitigen Anfang des Verbrennungsrostes)
    ṁD
    Dampfmenge (Frischdampf-Massenstrom, Dampfmenge)
    ṁD,soll
    gewählte thermische Last, Solldampfmenge
    ṁD,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
    L̇P(Z1)
    Mengenstrom Primärluftrostzone 1
    ẆR1
    Geschwindigkeit Rostzone 1
    usw. entsprechend den verschiedenen Indizes für jede weitere Rostzone 2, 3, 4, und 5.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 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.
  • Die Fig.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.
  • Eine genaue Betrachtung der Fig. 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.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine vierte Regelgröße D vorgesehen, welche von der Schichtdicke und/oder der Luftdurchdurchlässigkeit des auf dem Feuerungsrost befindlichem Brenngutes abgeleitet ist (Fig. 2 / 16).
  • Die Messung der Regelgröße D erfolgt vorzugsweise durch einen in Fig. 2 dargestellten Druckfühler 19. Die Messung der Regelgröße D durch den Druckfühler 19 kann jedoch auch in jeder beliebigen Zone 1-x erfolgen bzw. in jeder Zone 1-x. Durch eine Messung der Regelgröße D im Primärläftkanal kann der Druck gemessen werden, welcher der Primärluft durch das auf dem Rost liegende Brenngut entgegengesetzt wird. Dadurch kann man Rückschlüsse ziehen, welche Art von Material sich auf dem Rost befindet (nasser, schwerer Müll = hohe Primärluftpressung, Sperrmüll = geringe Primärluftpressung) und/oder in welcher Schichtdicke dies vorliegt. Somit kann man z.B. auch detektieren, ob es auf Seiten der Beschickung eine Vestopfung oder ähnliche Störungen gibt, und entsprechend darauf reagieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Feuerungsrost
    2
    Beschickeinrichtung
    3
    Feuerraum
    4
    Gaszug
    5
    Roststufen
    6
    Antrieb
    7
    Unterwindkammern
    8
    Einzelleitungen
    9
    Schlackenwalze
    10
    Schlackenfallschacht
    11
    Aufgabetrichter
    12
    Aufgabeschurre
    13
    Aufgabetisch
    14
    Beschickkolben
    15
    Beschickkante
    16
    Brennstoff
    17
    Temperaturfühler
    18
    Luftmengenmesseinrichtung
    19
    Druckfühler
    20a, 20b
    Temperaturfühler
    21
    Stelleinrichtung Schürgeschwindigkeit
    22
    Stelleinrichtung Drehzahl der Schlackenwalze
    23
    Stelleinrichtung Ein- und Ausschaltfrequenz
    24
    Stelleinrichtung Primärluftmenge
    25
    Gasdetektor
    26
    Messwerterfassungseinrichtung
    27
    Auswerte- und Regelschaltung
    28
    Schalter
    Formelzeichen
    • ẇB
    Beschickungsgeschwindigkeit
    ẇRn
    Rost-Transportgeschwindigkeit
    ẇSn
    Rost-Schürgeschwindigkeit
    L̇ges
    gesamte Verbrennungsluftmenge
    L̇Pn
    Primärluftmengen
    L̇Sn
    Sekundärluftmengen
    L̇T
    Tertiärluftmenge
    TPL
    Primärlufttemperatur
    Tl
    Temperatur Feuerlänge
    THu
    Feuerlage (Temperaturmittelwert)
    ṁD
    Dampfmenge
    O2
    Sauerstoffgehalt im Rauchgas

Claims (11)

  1. Verfahren zum Regeln 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 von Verbrennungsanlagen, insbesondere Feststoffverbrennungsanlagen, bei dem Brenngut (16) am Anfang eines Feuerungsrostes (1) aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes (1) die anfallende Schlacke ausgetragen wird,
    in welchem Verfahren 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 ṁD,ist 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 (3) zugeordneten Temperatur und/oder Heizwert des Brenngutes (16) 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße B den Sauerstoffanteil der emittierten Stoffe direkt oder indirekt wiedergibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 (1) abgeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Regelgröße C entsprechenden Temperaturmesswerte vermittels Strahlungspyrometer gemessen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu regelnden Stellgrößen der Verbrennungsanlage die Beschickungsgeschwindigkeit ẇB, d.h. Geschwindigkeit, mit welcher der Brennstoff (16) von der Beschickeinrichtung (2) auf den Feuerungsrost (1) aufgegeben wird, die Rost-Transportgeschwindigkeit ẇRN, d.h. Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut (16) über den Verbrennungsrost gefördert wird, die Rost-Schürgeschwindigkeit ẇSN, d.h. Geschwindigkeit, mit welcher das Brenngut (16) in den einzelnen Rostzonen geschürt wird, die an der jeweiligen Rostzone beaufschlagte Primärluftmenge L̇Pn, die in den vorderen und hinteren Übergang des Feuerraums (3) zur Nachbrennzone (4) eingebrachte Sekundärluftmenge L̇Sn, die in der linken und rechten Seitenwand des Feuerraumes (3) eingebrachte Tertiärluftmenge L̇T, und die Primärlufttemperatur TPL aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der Regelgrößen im Verhältnis zu den Stellgrößen in der Form von in einer Gewichtungsmatrix vorbestimmten Gewichtungsfaktoren dargestellt wird, wobei die Gewichtungsfaktoren in ihrer Quantität insbesondere nach der in der Figur 3 dargestellten Gewichtungsmatrix vorliegen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfaktoren der Gewichtungsmatrix folgende auf einen Normwert von 10 bezogene Werte besitzen: Beschickungs-geschwindigkeit Transport-geschwindigkeit Schürgeschwin-digkeit Luftmengen u. -verteilung Primärlufttemperatur Dampfmenge ṁD 9 - 10 9 - 10 0 9 - 10 0 Sauerstoff O2 7 - 9 7 - 9 9 - 10 5 - 7 0 Feuerlage THU 0 2 - 4 0 4 - 6 9 - 10 Feuerlänge Tl 0 7 - 9 0 3 - 5 0
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerleistungsregelung für unterschiedliche Brennstoffarten eingestellt wird, 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.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Luftmengen und Luftverteilung in der Verbrennungsanlage vollständig getrennt erfolgt von der Regelung der Beschickungs- und Transportgeschwindigkeiten des Brenngutes.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben den drei Regelgrößen A, B und C weitere Regelgrößen D, E, F, ... vorgesehen sind, wobei alle Regelgrößen beliebig miteinander kombinierbar sind, wobei insbesondere eine vierte Regelgröße D vorgesehen ist, welche von der Schichtdicke und/oder der Luftdurchdurchlässigkeit des auf dem Feuerungsrost befindlichem Brenngutes abgeleitet ist, wobei die vierte Regelgröße D Rückschlüsse auf die Art und/oder der Schichtdicke des Materiales erlaubt, welches sich auf dem Rost befindet.
  11. Vorrichtung zur Regelung der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen, insbesondere Feststoffverbrennungsanlagen, bei welcher Brenngut (16) am Anfang eines Feuerungsrostes (1) aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes (1) die anfallende Schlacke ausgetragen wird, die Vorrichtung aufweisend,
    eine Dampfmesseinrichtung zur Messung der produzierten Dampfmenge ṁD,ist, wobei aus der gemessenen Dampfmenge ṁD,ist eine Regelgröße A abgeleitet wird,
    eine Gasdetektoreinrichtung zur Bestimmung des Gastyps der emittierten Stoffe, wobei aus der Gastypbestimmung eine Regelgröße B abgeleitet wird, welche wenigstens einen Gastyp der emittierten Stoffe direkt oder indirekt wiedergibt,
    eine Temperaturmesseinrichtung, die eine Regelgröße C liefert, welche aus wenigstens einer dem Brennbett oder dem Feuerraum zugeordneten Temperatur und/oder Heizwert des Brenngutes (16) abgeleitet wird, und
    eine der Dampfmesseinrichtung, der Gasdetektoreinrichtung und der Temperaturmesseinrichtung zugeordnete Regelungseinrichtung, welche eine Regelung der Feuerleistung im Hinblick auf eine möglichste Konstanthaltung der produzierten Dampfmenge ṁD,ist einerseits und im Hinblick auf eine möglichst geringe Emission von Schadstoffen andererseits, sowie einer möglichst kesselschonenden bzw. Korrosion der Kesselrohre vorbeugenden Betriebsweise in Abhängigkeit der wenigstens drei gemessenen oder aus Messwerten abgeleiteten Regelgrößen A, B, und C steuert, wobei die Steuerung 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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