Regeleinrichtung für ein Elektrofilter

Abstract

 Bei einem Elektrofilter mit mehreren Filterkammern ist für jede Kammer ein Zustandsregler vorgesehen, dessen jeweilige Führungsgröße von der gemessenen Rauchgasdichte und der Streckenverstärkung der betreffenden Kammer abhängig ist und dessen Istwert anhand eines Filtermodells geschätzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für ein Elektrofilter mit mehreren hintereinandergeschalteten Filterkammern, bei der

a) Filtersteuerungen mit zugeordneten Stellgliedern für die einzelnen Filterkammern vorgesehen sind und

b) ein Leitrechner, der abhängig von der Differenz zwischen gewünschten und gemessenen Rauchgasdichte-Istwert die Stellgrößen für die einzelnen Filtersteuerungen ändert, den Filtersteuerungen überlagert ist.

[0002] Eine Steuerung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 35 209 beschrieben. Hierbei ist jedem Filter bzw. jeder Filterkammer als Steuerung ein Mikrocomputersystem zugeordnet, das über ein Koppelglied und einen Datenbus mit einem übergeordneten Leitrechner in Verbindung steht. Dieser kann übergeordnete Optimierungsstrategien berechnen, z.B. kann durch ein Staubbeladungsmeßgerät die Abscheideleistung erfaßt und die Abscheidung so auf die einzelnen Filter verteilt werden, daß sich bei minimalem Energieaufwand ein optimaler Abscheidungsgrad ergibt (vgl.z.B. DE-OS 29 49 797).

[0003] Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf die Ausgestaltung des Leitrechners bzw. Leitreglers.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Leitrechner so auszubilden, daß sich eine möglichst genaue Führung der Rauchgasdichte nach einem vorgegebenen Sollwert ergibt, wobei ein Einsatz für alle praktisch vorkommenden Betriebsarten möglich sein soll.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

c) im Leitrechner ist einem die Differenz zwischen Soll-und Istwert der Rauchgasdichte bildenden Hauptregler ein Zustandsregler für die Rauchgasdichten der einzelnen Filterkammern unterlagert, der die Stellgrößen für die einzelnen Filtersteuerungen bildet,

d) die FührungsgröBen für den Zustandsregler sind von der durch den Hauptregler erfaßten Differenz und der Streckenverstärkung der betreffenden Filterkammer abhängig und

e) die IstwertgröBen der Rauchgasdichte für den Zustandsregler sind mit einem adaptiven Beobachter anhand eines Modells des Filters geschätzt.

[0006] Um das Modell sich ändernden Verhältnissen anzupassen, wird dabei der geschätzte Istwert der letzten Kammer, der ja mit dem dort gemessenen Istwert'übereinstimmen müßte, mit diesem verglichen und abhängig davon die Modellparameter des Modells geändert.

[0007] Der Gesichtspunkt der Energieoptimierung kann dabei vorteilhafterweise dadurch berücksichtigt werden, daß die Führungsgrößen für den Zustandsregler zusätzlich noch in diesem Sinne geändert werden.

[0008] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher beschrieben; es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Prinzipschaltbild der gesamten Anlage und

Figur 2 das Steuerungs- und Regelungskonzept im Leitregler bzw. Leitrechner.

[0009] Das zu reinigende Rohgas 4 durchströmt in Richtung des Pfeiles 8 nacheinander die einzelnen Filterkammern 1 bis 3. Die Transportzeit T_o des Gases 4 von einer Kammer zur nächsten Kammer ist dabei - bei Baugleichheit der Kammern - durch die Beziehung V : V definiert, wobei V (m³) das Volumen einer Filterkammer und V (m³:sec) der zeitliche Volumenstrom des Gases sind. Jeder Filterkammer 1 bis 3 ist ein Stellglied 6 und eine Filtersteuerung 5 zugeordnet, wie beispielsweise aus der eingangs genannten DE-OS 29 49 797 ersichtlich.

[0010] Der jeweilige Filterstromsollwert u (k), wobei k die jeweilige Kammer ist, und damit die Stellgröße Filterstrom, d.h. die Abscheideleistung jeder Kammer, ist durch einen übergeordneten Leitrechner 7 - gestrichelt umrandet dargestellt - veränderbar, der die entsprechenden Befehle u (k) auf dem Bussystem 71 an die einzelnen Steuerungen 5 ausgibt.

[0011] Der Leitrechner 7 umfaßt einen Hauptregler 72 (PI bzw. Abtastregler), der in einem zeitlichen Abstand T₁= n₁·T_o den gewünschten Rauchgasdichtesollwert W (k) am Ausgang der Filterkammer 3 mit dem durch einen Rauchgasdichtemeßgeber 9 erfaßten Rauchgasdichteistwert Y(k) vergleicht. Die vom Hauptregler 72 verarbeitete RegelabT weichung E_(k) wird in einem Führungsgrößenverteiler 73 (Führungsgrößenmodell) in entsprechende Filterstromsollwerte w (k) (Stellgrößen) für die einzelnen Filtersteuerungen 5 umgesetzt. Wenn diese Sollwerte direkt den Filtersteuerungen 5 zugeführt werden, wie durch die gestrichelte Linie 76 angedeutet, so kann die Regelabweichung dahingehend ausgewertet werden, daß alle Filterstromsollwerte für die Filtersteuerungen 5-um den gleichen, von der Differenz abhängigen Betrag verändert werden.

[0012] Ein wesentliches Charakteristikum des Leitrechners 7 ist jedoch darin zu sehen, daß im Regelfall eine zweistufige Regelstrategie verwendet wird, bei derdem Hauptregler 72 ein Zustandsregler 74 unterlagert ist. Dieser Zustandsregler 74 vergleicht die Rauchgaszustände, die an den Ausgängen der einzelnen Kammern 1 bis 3 erreicht werden sollen, mit den entsprechenden Istzuständen und leitet hieraus die Stellbefehle für die einzelnen Filtersteuerungen 5 ab. Durch die Doppellinien ist dabei angedeutet, daß die betreffenden Rechnungsvorgänge sukzessive für die einzelnen Steuerungen durchgeführt werden.

[0013] Die jeweiligen Führungsgrößen für die Rauchgasdichte werden dabei im Führungsgrößengeber 73 z.B. dadurch ermittelt, daß zum vorhergehenden Wert für die betreffende Kammer 1 bis 3 jeweils ein sich aus dem Produkt der Regelabweichung mit einem Bewertungsfaktor ergebenden Wert addiert wird, wobei dieser Bewertungsfaktor von der Streckenverstärkung, d.h. Reinigungswirkung der jeweiligen Filterkammer abhängig ist.

[0014] Da der Rauchgasdichteistwert am Ausgang der einzelnen Filterkammern nicht meßbar ist, werden die einzelnen Istwerte mit einem adaptiven Beobachter 75 anhand eines Prozeßmodells geschätzt. Aus den dann im Zustandsregler 74 festgestellten Zustandsabweichungen bestimmt der Zustandsregler die Stellgrößen, d.h. die Filterstromsollwerte u (k) für die Steuerungen 5 der Kammern 1 bis 3.

[0015] Wie dabei durch den Pfeil 77 angedeutet, wird das Modell des adaptiven Beobachters 75 abhängig vom tatsächlich gemessenen Rauchgasdichteistwert 7 am Ausgang der Strecke, der mit dem Ausgangswert der Kammer 3 übereinstimmen muß, korrigiert.

[0016] Hinsichtlich des Modells einer Filterkammer wird dabei von folgender Beziehung ausgegangen:

wobei C_E = Eingangsstaubkonzentration, C_A = Ausgangsstaubkonzentration [^mg/_m3] I_F = Filterstrom [A] ,q, = spez. Raumladun

bedeuten.

[0017] Aus diesen Beziehungen ist der zu erwartende Ausgangsistwert der betreffenden Kammer schätzbar, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Ausgangswert der vorhergehenden Kammer gleich dem Eingangswert der folgenden Kammer ist.

[0018] Die Führungsgrößenaufteilung läßt sich ebenfalls anhand der zu erwartenden Rauchgasdichteänderung je Kammer bei einer Änderung des Filterstroms dahingehend treffen, daß entsprechend den vorstehend genannten Beziehungen die Werte so aufgeteilt werden, daß an der Stelle verstellt wird, an der eine Verstellung im Hinblick auf die Gesamtreinigung die größte Wirkung hervorruft.

[0019] Wie aus dem im Figur 2 gezeigten Regelungs- und Optimierungskonzept ersichtlich, werden mit dem Hauptregler 72 in zyklischen Abständen Soll- und Istwert der Rauchgasdichte miteinander verglichen. Das Ausgangssignal des Abtastreglers, eine Stellgröße, wird in einem Führungsgrößengeber 73 in entsprechende FUhrungsgrößen w (k) für die einzelnen Filterkammern 1 bis 3 umgerechnet. Diese Führungsgrößen w (k) entsprechen dem Rauchgassollzustand am Ausgang der einzelnen Kammern. Diese Werte werden mit dem vom adaptiven Beobachter 75 - gestrichelt angedeutet - geschätzten Rauchgasdichteistwert w (k) an den Ausgängen der einzelnen Filterkammern 1 bis 3 verglichen. Der Zustandsregler 74 bildet hieraus die Führungsgrößen u (k), d.h. Eingangsgrößen oder Stellgrößen für die einzelnen Filterkammern 1 bis 3 des Elektrofilters - wie ebenfalls gestrichelt umrandet angedeutet -.

[0020] Der Prozeß ist dabei durch die Eingangsströme, durch Störungen am Streckeneingang und durch Begrenzungen gekennzeichnet. Zu der mit B bezeichneten Filterwirkung der einzelnen Filter kommen dann noch Störgrößen r_(k) hinzu. Hieraus ergeben sich dann die jeweiligen Zustandsgrößen x (k), d.h. die Rauchgasdichten. Die Rauchgasdichte am Ende der Strecke wird dann mit dem Rauchgasdichtegeber 9 erfaßt und als Istwert Y_(k) an den Eingang des Hauptreglers 72 geliefert. Störungen, wie z.B. Begrenzungen und Durchschläge werden durch eine Größe V (k) in Verbindung mit den Filterströmen berücksichtigt.

[0021] Der am Ausgang der jeweiligen Filterkammer zu erwartende Rauchgasdichteistwert wird in der Weise geschätzt, daß aus dem jeweiligen Stellsignal u (k), d.h. der Eingangsgröße für die Kammer, unter Berücksichtigung der Streckenverstärkung K in einen Baustein 751 zusammen mit dem durch den Faktor A_m bewerteten Ausgangswert der vorhergehenden Kammer ein neuer Wert x̂ (k+1) gebildet wird und dann jeweils dem Zustandsregler 74 zur Verfügung gestellt wird. Zur Anpassung des Modells an sich ändernde Verhältnisse wird der für die letzte Kammer 3 berechnete Wert mittels eines Ausgangsmodells 753 des Rauchgasdichtemeßgebers 9 mit dem tatsächlichen Ausgangssignal des Rauchgasdichtemeßgebers 9 verglichen und hieraus über eine Korrekturstufe 754 ein Korrekturwert für den geschätzten Rauchgasdichteistwert bestimmt. Zusätzlich können auch noch, wie durch den Baustein 755 angedeutet, die einzelnen Streckenparameter A_m und B_m verändert werden.

[0022] Die am Eingang der Strecke, d.h. der jeweiligen Filterkammer auftretenden Störgrößen z.B. Durchschläge, sind noch durch eine Größe v (k) berücksichtigbar. Die jeweils errechneten Filterströme u (k) werden zusammen mit den Filterspannungen U_F auch einem Energieoptimierungsglied 78 zugeführt, das dann entsprechend im Takt

[0023] T₂=T_o. n₂ auf die Bildung der Führungsgrößen w (k) zusätzlich einwirkt.

Ansprüche

1. Regeleinrichtung für ein Elektrofilter mit mehreren hintereinandergeschalteten Filterkammern, bei der

a) Filtersteuerungen mit zugeordneten Stellgliedern für die einzelnen Filterkammern vorgesehen sind, und

b) ein Leitrechner, der abhängig von der Differenz zwischen gewünschten und gemessenen Rauchgasdichteistwert die Stellgrößen für die einzelnen Filterströme ändert, den Filtersteuerungen überlagert ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

c) im Leitrechner (7) ist einem die Differenz bildenden Hauptregler (72) ein Zustandsregler (74) für die Rauchgasdichte an den Ausgängen der einzelnen Filterkammern (1, 2, 3) unterlagert, der die Stellgrößen für die Filtersteuerungen (5) bildet,

d) die Führungsgrößen für den Zustandsregler (74) sind von der mit dem Hauptregler (72) erfaßten Differenz und der Streckenverstärkung der betreffenden Filterkammer (1, 2, 3) abhängig und

e) die Istwerte für den Zustandsregler (74) sind mit einem adaptiven Beobachter (75) anhand eines Modells des Elektrofilters geschätzt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der geschätzte Istwert der letzten Filterkammer (3) und der dort gemessene Istwert miteinander vergleichbar sind und abhängig davon die Modellparameter des Modells veränderbar sind.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgrößen für den Zustandsregler (74) im Sinne einer Energieoptimierung zusätzlich veränderbar sind.

Zeichnung