Ofenfeuerungsleistungsregelung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ofenfeuerungsleistungsregelung mit einem ersten Modus, bei dem die Feuerungsleistung basierend auf einem mittels einer aufgestellten Wärmebilanz berechneten theoretischen Parameterwert geregelt wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feuerungsleistungsregelung eines Verbrennungsofens, vorzugsweise ein Wirbelschichtofen.

[0002] Die Feuerungsleistungsregelung dient dazu, die Wärmeleistung eines Verbrennungsofens zu regeln, beispielsweise derart, daß die Wärmeleistung des Verbrennungsofens über die Zeit konstant ist.

[0003] Verbrennungsöfen der zuvor genannten Art werden beispielsweise zur Abfall- oder Klärschlammverbrennung eingesetzt. Bei der Verbrennung im Verbrennungsofen entsteht Rauchgas, das zur Nutzung der im Rauchgas enthaltenen thermischen Energie nach dem Austritt aus dem Verbrennungsofen durch einen Abhitzekessel bzw. Dampfkessel und einen Luftvorwärmer geleitet wird. In der Abhitzenutzung, also im Dampfkessel, wird das Rauchgas abgekühlt, wobei im Gegenzug im Abhitzekessel überhitzter Dampf erzeugt wird. Ein Teil des Dampfes wird häufig für anlageneigene Verbraucher eingesetzt, wobei die Hauptmenge des Dampfes jedoch in ein Dampfnetz eingespeist wird.

[0004] Bekannte Feuerungsleistungsregelungen solcher Verbrennungsöfen regeln die Feuerungsleistung basierend auf dem Wert des in der Abhitzenutzung erzeugten "tatsächlichen" Dampfvolumenstroms, der an geeigneter Stelle mit Hilfe entsprechender Sensorik erfaßt wird. Der Begriff "tatsächlich" bedeutet in der vorliegenden Anmeldung, daß ein Parameter, hier der Dampfvolumenstrom, durch Messung erfaßt wird. Der Begriff "theoretisch", der in den nachfolgenden Ausführungen verwendet wird, bedeutet hingegen, daß die Bestimmung eines Wertes eines Parameters durch Berechnung erfolgt. Der erfaßte Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms wird dann mit einem vorbestimmten Dampfvolumenstrom-Sollwert verglichen und die Feuerungsleistung basierend auf der resultierenden Dampfvolumenstromdifferenz geregelt. Soll die Wärmeleistung des Verbrennungsofens beispielsweise konstant gehalten werden, so muß die Feuerungsleistung erhöht werden, wenn der Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms geringer als der vorbestimmte Dampfvolumenstrom-Sollwert ist. Ist der Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms hingegen größer als der vorbestimmte Dampfvolumenstrom-Sollwert, so ist die Feuerungsleistung des Ofens entsprechend zu verringern. Entsprechen der tatsächliche Dampfvolumenstrom und der vorbestimmte Dampfvolumenstrom-Sollwert einander, so ist die Feuerungsleistung des Verbrennungsofens konstant zu halten. Eine Änderung der Feuerungsleistung erfolgt durch Ansteuerung des Motors einer Fördereinrichtung, die Verbrennungsmaterial in den Ofen fördert. Je höher die Drehzahl des Motors ist, desto mehr Verbrennungsmaterial wird in den Ofen eingebracht und desto höher ist die Feuerungsleistung.

[0005] Die zuvor beschriebene bekannte Feuerungsleistungsregelung für Verbrennungsöfen hat sich in der Vergangenheit bewährt. Ein Nachteil, der insbesondere bei Verwendung von Wirbelschichtöfen zum Tragen kommt, besteht allerdings darin, daß die Leistungsregelung sehr träge ist, die Regelung also einer verhältnismäßig großen Zeitverzögerung unterliegt. Ein Grund dafür ist darin zu sehen, daß Dampfkessel und Verbrennungsofen örtlich getrennt voneinander angeordnet sind. Eine Messung des Dampfvolumenstroms im Dampfkessel läßt also nur zeitverzögerte Rückschlüsse auf die entsprechende Feuerungssituation im Verbrennungsofen zu.

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ofenfeuerungsleistungsregelung mit verringerter Verzögerungszeit zu schaffen.

[0007] Ferner ist es stets wünschenswert, alternative Regelungsverfahren zu schaffen, die bekannte Regelungsverfahren ersetzen oder ergänzen. Letzteres ist beispielsweise immer dann sinnvoll, wenn sichergestellt sein soll, daß bei Ausfall eines ersten Regelungsverfahrens die Regelung durch ein weiteres Regelungsverfahren übernommen wird.

[0008] Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Ofenfeuerungsleistungsregelungsverfahren zu schaffen.

[0009] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest eine dieser Aufgaben durch ein Verfahren zur Ofenfeuerungsleistungsregelung mit einem ersten Modus gelöst, bei dem mittels Sensorik zumindest ein Parameterwert erfaßt wird, dieser zumindest eine erfaßte Parameterwert zur Berechnung eines theoretischen Wertes in eine vorbestimmte Wärmebilanz eingesetzt wird und basierend auf diesem berechneten theoretischen Wert die Feuerungsleistung geregelt wird. Der Einsatz einer Wärmebilanz bei der Leistungsregelung ermöglicht es, den Wert des für die Leistungsregelung erforderlichen Parameters theoretisch zu ermitteln, anstatt diesen tatsächlich zu messen. Die theoretische Parameterwertermittlung nimmt gegenüber der tatsächlichen Messung weniger Zeit in Anspruch, so daß die erfindungsgemäße Leistungsregelung einer geringeren Zeitverzögerung unterworfen ist.

[0010] Vorzugsweise wird mit Hilfe der Wärmebilanz ein theoretischer Wert berechnet, der den Wert des theoretischen Dampfvolumenstroms im Dampfkessel repräsentiert. Die Berechnung des theoretischen Wertes mittels der aufgestellten Wärmebilanz kann derart genau erfolgen, daß keine wesentlichen Unterschiede zwischen dem berechneten theoretischen und dem tatsächlich gemessenen Wert des Dampfvolumenstroms bestehen. Die erfindungsgemäße Feuerungsleistungsregelung ähnelt der basierend auf dem gemessenen Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms geregelten Leistungsregelung daher sehr. Die Verzögerungszeit der erfindungsgemäßen Feuerungsleistungsregelung ist gegenüber dem Stand der Technik jedoch stark verringert.

[0011] Zwecks Berechnung des theoretischen Wertes des Dampfvolumenstroms im Dampfkessel werden in die Wärmebilanz ein oder mehrere mittels entsprechender Sensorik gemessene Parameterwerte eingesetzt. Bei diesen Parametern handelt es sich um das im Ofen erzeugte Rauchgasvolumen pro Zeiteinheit und/oder um die Rauchgastemperatur und/oder um die Rauchgaszusammensetzung oder dergleichen, da diese Parameter eine feste Beziehung zu der Feuerungsleistung aufweisen. Je höher beispielsweise die Rauchgastemperatur ist, desto höher ist auch die Feuerungsleistung.

[0012] Der berechnete theoretische Wert wird vorzugsweise mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen und die Feuerungsleistung des Verbrennungsofens basierend auf der ermittelten Differenz geregelt.

[0013] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß anstelle des theoretischen Wertes, das den Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms im Dampfkessel repräsentiert, auch andere theoretische Parameterwerte mittels einer entsprechenden Wärmebilanz berechnet werden können, auf denen basierend entsprechende Rückschlüsse auf die Regelung der Feuerungsleistung des Verbrennungsofens gezogen werden und die Regelung erfolgt. Weitere mögliche Parameter, deren jeweiliger Wert mittels einer entsprechenden Wärmebilanz berechnet werden kann, sind beispielsweise ebenfalls die in dem Verbrennungsofen erzeugte Rauchgasmenge, die Rauchgastemperatur, die Rauchgaszusammensetzung, also der H₂O-, CO₂-, O₂- oder N₂-Gehalt im Rauchgas, oder dergleichen. Auch die theoretischen Werte dieser Parameter werden dann bevorzugt mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen, woraufhin die Regelung der Feuerungsleistung des Verbrennungsofens basierend auf der durch den Vergleich ermittelten Differenz erfolgt. Mit anderen Worten kann mit Hilfe einer entsprechenden Wärmebilanz grundsätzlich jeder für die Regelung der Feuerungsleistung gemessene "tatsächliche" Parameter auch berechnet und somit durch einen "theoretischen" Parameter ersetzt werden. Wenn bei einer Regelung sowohl die direkte Messung als auch die indirekte Berechnung eines für die Regelung erforderlichen Parameters möglich und vorgesehen ist, so kann, wenn beispielsweise die Sensorik für die Messung des "tatsächlichen" Parameters ausfällt, auf die entsprechende Berechnung dieses Parameters umgeschaltet werden, bis die Sensorik wieder repariert oder ersetzt ist.

[0014] Bei der Wahl des theoretischen Wertes, der mit Hilfe der Wärmebilanz ermittelt und auf dem basierend die Feuerungsleistungsregelung des Ofens erfolgen soll, sollte grundsätzlich darauf geachtet werden, daß diejenigen Parameter, die zur Auflösung der Wärmebilanzgleichungen zu messen und in die entsprechenden Gleichungen einzusetzen sind, an einem Ort nahe des Ofens, vorzugsweise unmittelbar im Ofen gemessen werden, um Zeitverzögerungen, die sich entsprechend auf die sich anschließende Regelung auswirken, zu minimieren.

[0015] Die einzelnen in der aufgestellten Wärmebilanz verwendeten Parameter werden bevorzugt mit Hilfe entsprechender Sensoren gemessen. In Abhängigkeit von der geforderten Leistungsregelungsgenauigkeit können einzelne Parameter auch zumindest teilweise durch entsprechend gewählte Konstanten ersetzt werden.

[0016] Vorzugsweise wird die Feuerungsleistung des Verbrennungsofens über die Drehzahl zumindest einer Brennstoffeintrageinrichtung geregelt. Je höher die Drehzahl der Brennstoffeintrageinrichtung gewählt wird, desto mehr Verbrennungsmaterial wird in den Verbrennungsofen eingetragen, so daß auch die Feuerungsleistung des Verbrennungsofens entsprechend zunimmt.

[0017] Ferner ist es bevorzugt, daß die erfindungsgemäße Feuerungsleistungsregelung einen weiteren Modus aufweist, bei dem die Feuerungsleistung wie beim Stand der Technik basierend auf einem gemessenen tatsächlichen Parameter geregelt wird, wobei wahlweise zwischen den beiden Modi umgeschaltet werden kann. Kommt es beispielsweise entscheidend auf die Verhinderung der oben genannten Verzögerungszeit an, so wird der Modus gewählt, bei dem die erfindungsgemäße Feuerungsleistungsregelung durchgeführt wird. Ist hingegen die Zeitverzögerung vernachlässigbar, so kann auf den anderen Modus umgeschaltet werden, bei dem die Feuerungsleistung basierend auf dem gemessenen tatsächlichen Parameter geregelt wird.

[0018] Bei dem zweiten Modus handelt es sich bei dem zu messenden Parameter, der zur Regelung der Feuerungsleistung verwendet werden soll, vorzugsweise um den tatsächlichen Dampfvolumenstrom.

[0019] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben.

[0020] Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ofenfeuerungsleistungsregelung schematisch zeigt. Zur Ermittlung des Wertes des theoretischen Parameters, auf dem basierend die Feuerungsleistungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgen soll, wird eine entsprechende Wärmebilanz erstellt. Bei der Wärmebilanz handelt es sich um wenigstens eine mathematische Formel, die nach dem Einsetzen von Werten von zu messenden Parametern wenigstens nach einem theoretischen Parameter aufgelöst werden kann. Bei dem theoretischen Parameter, nach dem die Wärmebilanz aufgelöst wird, handelt es sich beispielsweise um den theoretischen Dampfvolumenstrom im Dampfkessel. Je genauer die in der Wärmebilanz verwendeten Gleichungen, die zur Berechnung des Wertes des theoretischen Dampfvolumenstroms dienen, den tatsächlichen Dampfvolumenstrom annähern, desto genauer kann die Regelung der Feuerungsleistung des Ofens erfolgen. Die zur Auflösung der Wärmebilanz erforderlichen Parameterwerte, die mittels geeigneter Sensorik erfaßt werden, sind beispielsweise die in dem Verbrennungsofen erzeugte Rauchgasmenge, die Rauchgastemperatur, die Rauchgaszusammensetzung, also der H₂O-, CO₂-, O₂- oder N₂-Gehalt im Rauchgas, oder dergleichen.

[0021] Der berechnete theoretische Wert wird dann mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen und die Differenz berechnet. Basierend auf dieser Differenz erfolgt die Drehzahlregelung der Brennstoffeintrageinrichtung, die zur Förderung des zu verbrennenden Materials in den Ofen dient. Bei der Brennstoffeintrageinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Schneckentrieb handeln.

[0022] Soll beispielsweise die Feuerungsleistung in dem Verbrennungsofen konstant gehalten werden, so wird die Drehzahl der Brennstoffeintrageinrichtung verringert, wenn der berechnete Wert größer als der vorbestimmte Sollwert ist. Hingegen wird die Drehzahl der Brennstoffeintrageinrichtung erhöht, wenn der berechnete Wert geringer als der vorbestimmte Sollwert ist. Ist die Differenz zwischen dem vorbestimmten Sollwert und dem berechneten Wert gleich Null, so wird die Drehzahl der Brennstoffeintrageinrichtung beibehalten.

[0023] Es sollte klar sein, daß die Frequenz, mit der die für die Wärmebilanz erforderlichen Parameter mittels der Sensorik gemessen, theoretische Werte berechnet und mit dem vorbestimmten Sollwert verglichen werden und darauf basierend eine Regelung der Brennstoffeintrageinrichtung erfolgt, frei wählbar ist. Hier kann beispielsweise eine quasi-kontinuierliche Regelung erfolgen.

[0024] Ferner sei darauf hingewiesen, daß die zur Lösung der Wärmebilanz zu messenden Parameter zumindest teilweise durch Konstanten ersetzt werden können, wenn dies die geforderte Genauigkeit der Regelung zuläßt. Bevorzugt werden diese Parameter jedoch gemessen.

[0025] Weiterhin sollten die für die Auflösung der Wärmebilanz zu messenden Parameter möglichst derart gewählt werden, daß ihre Messung in der Brennkammer des Ofens bzw. im Ofen selbst erfolgen kann, um das Auftreten von Zeitverzögerungen zu vermeiden. Das bedeutet, daß der Meßort der entsprechenden Parameter örtlich nicht von dem Ofen beabstandet sein soll, um die Bedingungen im Ofen möglichst zeitnah widerzuspiegeln.

[0026] Schließlich sollte klar sein, daß anstelle der einen Brennstoffeintrageinrichtung auch mehrere Brennstoffeintrageinrichtungen oder andere Fördermittel als der beispielhaft genannte Schneckentrieb vorgesehen sein können, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Feuerungsleistungsregelung geregelt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ofenfeuerungsleistungsregelung mit einem ersten Modus, bei dem mittels Sensorik zumindest ein Parameterwert erfaßt wird, dieser zumindest eine erfaßte Parameterwert zur Berechnung eines theoretischen Wertes in eine vorbestimmte Wärmebilanz eingesetzt wird und basierend auf diesem berechneten theoretischen Wert die Feuerungsleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete theoretische Wert den Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms im Dampfkessel repräsentiert.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete theoretische Wert mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zumindest einem Parameterwert, der mittels Sensorik erfaßt wird, um das im Ofen erzeugte Rauchgasvolumen pro Zeiteinheit und/oder um die Rauchgastemperatur und/oder die Rauchgaszusammensetzung handelt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerungsleistung über die Drehzahl zumindest einer Brennstoffeintrageinrichtung geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zweiten Modus, bei dem die Feuerungsleistung basierend auf einem mittels Sensorik erfaßten tatsächlichen Parameterwert geregelt wird, wobei wahlweise zwischen den Modi umgeschaltet werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem mittels Sensorik erfaßten tatsächlichen Parameterwert um den Wert des tatsächlichen Dampfvolumenstroms im Dampfkessel handelt.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.

1. Verfahren zur Feuerungsleistungsregelung eines Verbrennungsofens geeignet für eine Verbrennung von Abfall oder Klärschlamm, bei dem mittels Sensorik zumindest das im Verbrennungsofen erzeugte Rauchgasvolumen, die Rauchgastemperatur und die Rauchgaszusammensetzung erfaßt werden, die zur Berechnung eines theoretischen Wertes des Dampfvolumenstroms in eine vorbestimmte Wärmebilanz eingesetzt werden, der theoretische Wert des Dampfvolumenstroms mit einem vorbestimmten Dampfvolumenstrom-Sollwert verglichen und basierend auf der resultierenden Dampfvolumenstromdifferenz die Feuerungsleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerungsleistung über die Drehzahl zumindest einer Brennstoffeintrageinrichtung geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einem weiteren Modus die Feuerungsleistung basierend auf einem mittels Sensorik erfaßten tatsächlichen Dampfvolumenstrom im Dampfkessel geregelt wird, wobei wahlweise zwischen den Modi umgeschaltet werden kann.

Zeichnung