Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen

Abstract

 Das Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungs­anlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-­Gehalt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regelgröße (10) für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, sieht nach einer ersten Variante vor, daß der vorgegebene O_2-feucht-Sollwert (7) in Abhängigkeit von der im Rauchgas gemessenen Feuerraumtemperatur (6) verändert wird. Diese veränderte Regelgröße (9) wird einem Regler (13) zugeführt, der Einfluß auf die Brennstoffbeschickung und/oder den Rostantrieb nimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und wahlweise der gemessene Dampfmassenstrom oder die im Verbrennungsgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird.

[0002] Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ermöglicht die Verbindung von thermischen Meßwerten, z. B. Feuer­raumtemperatur und Dampfmassenstrom, und stofflichen Meßwerten, z. B. O_2-feucht-Gehalt, das Konstanthalten der Feuerleistung einerseits, d. h. das Konstanthalten des Dampfmassenstromes und das Minimieren von Schadstoff­emissionen andererseits, d. h. die Herabsetzung der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe wie Kohlenmonoxyd, Staub, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Durch die Verwendung des O_2-feucht-Gehaltes als übergeordnete Regelgröße innerhalb eines solchen Regelkonzeptes ergibt sich eine schnell ansprechende Regelung.

[0003] Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß der O_2-feucht-Gehalt keine definierte Aussage über den O_2-trocken-Gehalt und somit über den wahren Luftüberschuß ergibt. Die Messung des O_2-trocken-Gehaltes des Verbrennungsgases ist jedoch zu träge und bei den vorhandenen Betriebsverhältnissen zu unsicher.

[0004] Bei Konstanthalten des O_2-feucht-Gehaltes als übergeord­neten Sollwert und Konstanthalten des Dampfmassenstromes ergibt sich bei Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase eine Verschiebung der Feuerraumtemperatur. Diese Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase können aufgrund der sich stark ändernden Brennstoff­zusammensetzung bei Abfallverbrennungsanlagen jedoch nicht vermieden werden. Dies kann zu einer Ver­schlechterung der Emissionswerte bei der eingestellten und gewünschten Leistung führen.

[0005] Wird dagegen die Feuerraumtemperatur bei konstant gehaltenem O_2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollgröße konstant gehalten, so ergibt sich bei Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase eine Veränderung des Dampfmassenstromes, was zu einer Verschlechterung der thermischen Ausnutzung der Gesamtanlage führen kann.

[0006] Wegen der Bedeutung niedriger Emissionswerte für die Umwelt dominiert die stoffliche Größe, d. h. der O_2-feucht-Gehalt über die thermischen Größen, nämlich den Dampfmassenstrom und die Feuerraumtemperatur.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von den beiden eingangs erwähnten Varianten der bekannten Verfahren sowohl die Emissionswerte als auch die Feuerleistung zu optimieren.

[0008] Diese Aufgabe kann auf zweierlei Weise gelöst werden.

[0009] Ausgehend von einem Verfahren, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollwert-­Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß der vorgegebene O_2-feucht-Sollwert in Abhängig­keit von der im Rauchgas gemessenen Feuerraumtemperatur verändert wird.

[0010] Geht man dagegen von einem Verfahren aus, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-Gehalt als übergeord­nete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoff­zufuhr und die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, so besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß der vorgegebene O_2-feucht-­Sollwert in Abhängigkeit von dem gemessenen Dampfmassen­strom verändert wird.

[0011] Bei der Durchführung der ersten Variante des Verfahrens werden zwei Temperaturpunkte als Grenzwerte festgelegt, wobei bei Überschreiten des oberen Temperaturwertes der O_2-feucht-Sollwert erhöht wird, während bei Unter­schreiten des unteren Temperatur-Grenzwertes der O_2-feucht-Sollwert abgesenkt wird. Im ersten Falle wird also der "scheinbare" Luftüberschuß erhöht, während im zweiten Falle der "scheinbare" Luftüberschuß abgesenkt wird. Solange sich die Feuerraumtemperatur jedoch innerhalb der gewählten Grenzwerte befindet, erfolgt keine Beeinflussung des O_2-feucht-Sollwertes.

[0012] In ähnlicher Weise wird bei der zweiten Variante verfahren, wobei an Stelle von zwei Temperatur-Grenz­werten zwei Dampfmassenstrom-Grenzwerte gewählt werden, bei deren Überschreitung bzw. Unterschreitung der O_2-feucht-Sollwert erhöht bzw. abgesenkt wird. Wegen der besonderen Bedeutung der Emissionswerte für die Umwelt wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den stofflichen Werten, d. h. dem O_2-feucht-Sollwert die Priorität zugemessen.

[0013] Eine noch bessere Regelgenauigkeit wird nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erzielt, daß bei Veränderung des O_2-feucht-Sollwertes die Änderungsgeschwindigkeit des gemessenen Temperatur- bzw. Dampfmassenstrom-Wertes berücksichtigt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird also das Differenzial der Temperaturänderung bzw. der Dampfmassenstromänderung über der Zeit berücksichtigt, so daß bereits vor Erreichen der Grenzwerte eine Änderung des O_2-feucht-­Sollwertes durchgeführt werden kann, wodurch der Betrieb der Verbrennungsanlage noch gleichmäßiger erfolgt, weil die Regelung feinfühliger ist.

[0014] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung beispielsweise dargestellter Schemata erläu­ tert.

[0015] In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Regelschema bekannter Art;

Fig. 2 eine erste Regelvariante nach der Erfindung; und

Fig. 3 eine zweite Regelvariante nach der Erfindung

[0016] Fig. 1 erläutert das eingangs beschriebene bekannte Verfahren. Danach wird zur Regelung der Feuerleistung einer aus Feuerung und Kessel bestehenden Verbrennungs­anlage 1 der im Rauchgas 2 gemessene O_2-feucht-Gehalt als übergeordnete Regelgröße 7 verwendet, die einem Regler 3 zugeführt wird, welcher bei Abweichen dieser Regelgröße von einer bestimmten Richtwertbandbreite auf die Aufgabevorrichtung zur Beschickung der Feuerung mit Brennstoff und/oder auf den Schürrostantrieb einwirkt.

[0017] Gleichzeitig wird bei 4 der aus dem Kessel austretende Dampfmassenstrom ṁ_D gemessen und diese Regel größe 10 einem weiteren Regler 5 zugeführt, der bei Abweichung des gemessenen Wertes von einer vorgegebenen Richtwert­bandbreite des Dampfmassenstromes auf die zur Einstellung der Verbrennungsluftmenge vorgesehenen Einrichtungen wie z. B. Ventilatorantrieb und Steuerklappen im Luftverteilungssystem einwirkt.

[0018] Die Nachteile dieses Regelverfahrens sind eingangs erläutert worden.

[0019] Bei einer ersten Variante des Regelverfahrens nach der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird in dem aus der Feuerungsanlage 1 austretenden Rauchgas 2 sowohl die Feuerraumtemperatur als Regelgröße 6 als auch der O_2-feucht-Gehalt, der als Meßwert 7 bezeichnet ist, festgestellt. Beide Werte 6 und 7 werden einem Regler 8 zugeführt. Ausgehend von einer als besonders günstig bzw. optimal anzusehenden Betriebs­weise wird der gemessene O_2-feucht-Gehalt als Sollwert angesehen. Tritt nun eine Veränderung der Feuerraum­temperatur ein, wobei diese Änderung über einer vorge­gebenen Toleranzgrenze liegen muß, so wird durch den Regler 8 der O_2-feucht-Sollwert verändert. Dabei wird bei Überschreiten der oberen Toleranzgrenze des Temperaturwertes der O_2-feucht-Sollwert erhöht, während bei Unterschreiten der unteren Temperatur­toleranzgrenze der O_2-feucht-Sollwert abgesenkt wird. Dieser abgeänderte O_2-feucht-Sollwert wird dann als Regelgröße 9 dem Regler 3 zugeleitet, der eine Verände­rung der Brennstoffzufuhr durch Einwirkung auf die Aufgabevorrichtung und/oder eine Veränderung der Rostgeschwindigkeit durch Einwirkung auf den Schürrost­antrieb vornimmt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 darge­stellten bekannten Verfahren wird also der Regler 3 nicht mit dem gemessenen O_2-feucht-Wert, sondern mit einem in Abhängigkeit von der Feuerraumtemperatur korrigierten O_2-feucht-Sollwert beaufschlagt.

[0020] Gleichzeitig wird bei 4, wie dies auch in dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren der Fall ist, der gemessene Dampfmassenstrom ṁ_D als Regelgröße 10 dem Regler 5 zugeführt, der, wie bei dem bekannten Verfahren die Verbrennungsluftzufuhr überwacht.

[0021] Bei der zweiten Variante des Regelverfahrens nach der Erfindung, die in Fig. 3 erläutert ist, wird ebenfalls ausgehend von einem als optimal angesehenen Betriebszustand der gemessene O_2-feucht-Meßwert als Sollwert herangezogen. Dieser Meßwert wird ebenfalls im Rauchgas 2 erfaßt, welches die aus Feuerung und Kessel bestehende Verbrennungsanlage 1 verläßt. Dieser Meßwert 6 wird dem Regler 8 zugeführt. Gleichzeitig erhält der Regler 8 den bei 4 gemessenen Dampfmassenstrom ṁ_D als Regelgröße 10 zugeführt. Der Regler 8 verändert nun die Regel größe 6, wenn der Dampfmassenstrom eine vorgegebene Richtwertbandbreite verläßt, und zwar wird bei Überschreitung des oberen Dampfmassenstrom-­Grenzwertes der O_2-feucht-Sollwert erhöht und bei Unterschreitung des unteren Dampfmassenstrom-Grenzwertes der O_2-feucht-Sollwert abgesenkt und als korrigierte Regel größe 11 dem Regler 3 zugeführt, der bei entspre­chender Abweichung des O_2-feucht-Sollwertes eine Veränderung der Brennstoffzufuhr und/oder der Verbren­nungsrostgeschwindigkeit vornimmt. Die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur wird als untergeordnete Regel größe 12 dem Regler 5 zugeführt, der die Menge der zugeführten Verbrennungsluft überwacht.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbren­nungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-Ge­halt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regel­größe für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene O_2-feucht-Sollwert in Abhängigkeit von der im Verbrennungsgas gemessenen Feuerraumtemperatur verändert wird.

2. Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbren­nungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O_2-feucht-Ge­halt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluft­zufuhr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene O_2-feucht-Sollwert in Abhängig­keit von dem gemessenen Dampfmassenstrom verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß bei der Veränderung des O_2-feucht-Soll­wertes die Änderungsgeschwindigkeit des gemessenen Temperatur- bzw. Dampfmassenstrom-Wertes berück­sichtigt wird.

Zeichnung