Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Feuerungsleistung von Verbrennungsanlagen

Abstract

 Zur Regelung der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen mit einem Verbrennungsrost (1) wird die Primärluftzufuhr sowohl über die Rostlänge als auch in Querrichtung des Verbrennungs­rostes zonenweise unterschiedlich geregelt. Hierzu dient eine Überwachungseinrichtung in Form einer Videokamera (17), die das unterschiedliche Abbrandverhalten in den einzelnen Verbren­nungszonen überwacht. Dabei wird das aufgenommene und auf einem Monitor (21) aufgezeigte Bild mittels eines frei program­mierbaren Rechners (22) in einzelne Bildzeilen und Bildpunkte aufgelöst und die so erhaltenen Digitalwerte, die ein Maß für die Brenntemperatur, die Flammenstrahlung oder die Helligkeit auf der jeweiligen Verbrennungszone darstellen, mit vorgegebenen Richtwerten verglichen. Bei Abweichung wird über einen Regler (23) eine entsprechende Regelung durchgeführt, wobei zu diesem Zwecke Regelklappen (17) in Luftzuführungsrohren (16) verstellt werden, welche die Verbrennungsluft zu den einzelnen Verbrennungs­zonen leiten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen mit einem Verbrennungsrost, bei welchem die Primärluft­zuführung über die Rostlänge zonenweise unterschied­lich geregelt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Der Verbrennungsablauf auf einem Verbrennungsrost ist über die Länge des Rostes gesehen unterschiedlich. In der Nähe der Aufgabe wird der Brennstoff getrocknet und gezündet. In einem daran sich anschließenden Bereich befindet sich der Brennstoff im intensiven Abbrand, dessen Intensität gegen das Rostende hin abnimmt, bis kurz vor dem Rostende nur noch ausgebrannte und abgekühlte Schlacke übrig bleibt, die in einen entsprechend ausgebildeten Austrag fällt. Aufgrund dieser unterschiedlichen Phasen, die der Brennstoff auf dem Wege entlang des Rostes durchläuft, ist es erforderlich, die Primärluftzuführung unterschiedlich zu regeln. Dies erfolgt bisher dadurch, daß unterhalb des Rostes in Längsrichtung desselben unterteilte Unterwindzonen vorgesehen sind, denen unterschied­liche Luftmengen zugeführt werden, um den verschiedenen Abbrandphasen Rechnung zu tragen. Die Regelung der Primärluftzuführung zu den einzelnen Unterwindzonen wird dabei nach vorausberechneten Verteilungskurven vorgenommen und kann zusätzlich durch Beobachtung des Feuerbettes den jeweils herrschenden Verhältnissen angepaßt werden. Es ist auch bekannt, die Feuerleistungs­regelung in Abhängigkeit von dem in den Verbrennungsgasen gemessenen O_2-feucht-Gehalt und/oder der Feuerraumtempe­ratur und/oder dem Dampfmassenstrom zu regeln. Auch hier ist man auf eine rechnerisch und empirisch gewonnene Verteilung der Primärluftmenge, bezogen auf die einzelnen Unterwindzonen, angewiesen.

[0003] Nachteilig bei dieser Art der Feuerleistungsregelung ist die Tatsache, daß die Einstellung und Verteilung der Primärluft bezogen auf die Rostbreite nach einem Mittelwert der Brennstoffqualität erfolgte und daß breitenbezogen keine Berücksichtigung unterschiedlicher Brennstoffqualitäten und Brennstoffmengen vorgenommen wurde. Die Folge hiervon sind örtlich unterschied­liches Abbrandverhalten und wechselnde Luftüberschuß­zahlen, die dem Bestreben entgegenstehen, ein gleich­mäßiges Temperaturprofil im Feuerraum der Verbrennungs­anlage zu erreichen. Dies kann sich nicht nur auf das thermische Verhalten (Wirkungsgrad) sondern auch auf den Ausstoß von Schadgasen nachteilig auswirken.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, die Feuerleistungsregelung so zu verbessern, daß über die gesamte Verbrennungsrost­fläche unabhängig von der jeweils vorliegenden Brenn­ stoffqualität und Brennstoffmenge ein optimales Abbrand­verhalten und damit geringere Emissionswerte, d. h. eine geringere Umweltbelastung und ein möglichst hoher gleichbleibender thermischer Wirkungsgrad, d. h. eine gleichmäßige Dampfproduktion, erzielt wird.

[0005] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Primärluftzufüh­rung auch zonenweise in Querrichtung des Verbrennungs­rostes unterschiedlich geregelt wird und daß die einzelnen Verbrennungszonen überwacht und die Primärluft­mengen den einzelnen Verbrennungszonen entsprechend dem in den jeweiligen Verbrennungszonen herrschenden Abbrandverhalten des Brennstoffes zugeführt werden.

[0006] Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren können unter­schiedliche Brennstoffqualitäten und unterschiedliche Brennstoffverteilungen so berücksichtigt werden, daß an allen Stellen des Verbrennungsrostes ein optimaler Verbrennungszustand herrscht. Die Folge hiervon sind geringere Emissionswerte und ein hoher thermischer Wirkungsgrad der Anlage.

[0007] Die Überwachung der einzelnen Verbrennungszonen kann durch Temperaturmessung an entsprechend vielen Stellen oberhalb der Verbrennungszonen im Feuerraum erfolgen.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs­gemäßen Verfahrens kann die Überwachung der einzelnen Verbrennungszonen mittels Video- oder Thermographiekamera erfolgen.

[0009] Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Verbrennungsrost, bei dem die Primärluftzuführung über in Längsrichtung des Verbrennungsrostes unterteilte Unterwindzonen erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterwindzonen auch in Querrichtung des Verbren­nungsrostes unterteilt sind und daß eine Überwachungs­einrichtung für die Erfassung des Abbrandverhaltens des Brennstoffes über den einzelnen, den jeweiligen Unterwindzonen zugeordneten Verbrennungszonen vorge­sehen ist.

[0010] Die Überwachungseinrichtung kann den einzelnen Verbren­nungszonen zugeordnete Thermoelemente umfassen, wodurch es möglich ist, ein Temperaturprofil im Feuerraum aufzunehmen und die Primärluftzufuhr in den einzelnen Verbrennungszonen entsprechend zu beeinflussen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Thermoelemente zwischen 5 und 15 m oberhalb der Verbrennungszonen angeordnet sind.

[0011] Vorzugsweise umfaßt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Überwachungseinrichtung eine Thermographie- oder Videokamera, einen Monitor und einen freiprogram­mierbaren Rechner, der das empfangene Bild in einzelne Bildzeilen und Bildpunkte auflöst und die so erhaltenen Digitalwerte, die ein Maß für die Brennbett-Temperatur, die Flammenstrahlung oder die Helligkeit auf der jeweiligen Verbrennungszone darstellen, mit vorgegebenen Richtwerten vergleicht und bei Abweichung einen entspre­chenden Regelvorgang auslöst. Diese Art der Überwachung ist besonders vorteilhaft, weil die Überwachung auf jeden einzelnen Punkt des Verbrennungsrostes gerichtet werden kann, wodurch eine äußerst feinfühlige Regelung möglich ist.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

[0013] In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verbrennungsrost mit einzelnen Unterwindzonen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Verbrennungsrost nach Fig. 1;

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Verbrennungsanlage mit Anordnung einer Video- bzw. Thermographiekamera;

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Verbrennungsanlage mit Anordnung von Thermo­elementen; und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V - V in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab.

[0014] Die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Verbrennungsrost, der insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Zur Aufgabe des Brennstoffes ist eine Aufgabeschurre 2 über einem Aufgabetisch 3 vorgesehen, auf dem Beschickkolben 4 zur Förderung des Brennstoffes auf den Verbrennungsrost vorgesehen sind. Auf diesem wird der Brennstoff gezündet, im weiteren Verlauf verbrannt und schließlich wird am Rostende die Schlacke mittels eines Schlackenfall­schachtes 5 ausgetragen, der in eine nicht dargestellte Austragvorrichtung mündet. Der Feuerraum über dem Verbrennungsrost 1 ist mit 6 bezeichnet.

[0015] Die Zuführung der Verbrennungsluft als Primärluft erfolgt mittels eines Gebläses 7 über einen mit 8 bezeichneten Kanal zu einem insgesamt mit 9 bezeichneten Unterwindverteiler. Von hier führen einzelne, insgesamt mit 10 bezeichnete Luft-Zuführungsrohre in einzelne Unterwindzonen 11 bis 15, die nicht nur in Längsrich­tung des Verbrennungsrostes gemäß Fig. 1 aufgeteilt sind, sondern auch wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Querrichtung des Verbrennungsrostes in einzelne Unter­windzonen unterteit und mit den Buchstaben a und b bezeichnet sind. Entsprechend der Anzahl der Unterwind­zonen 11a bis 15b weist das Kanalsystem 10 entsprechend viele Luftzuführungsrohre 16 auf, in denen der Luft­durchsatz mittels Regeleinrichtungen, die schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 17 versehen sind, geregelt werden kann. Durch diese Maßnahme ist der Verbrennungsrost in einzelne Verbrennungs­zonen, die mit den Unterwindzonen übereinstimmen, unterteilt. Hierdurch ist eine Regelung jeder einzelnen Verbrennungszone entsprechend der dort vorhandenen Brennstoffmenge und der gerade anzutreffenden Brennstoff­qualität und des Abbrandverhaltens des Brennstoffs möglich.

[0016] Um eine solche Regelung durchführen zu können, bedarf es einer das Abbrandverhalten auf dem Verbrennungsrost überwachenden Überwachungseinrichtung. Hierzu sind in den Fig. 3 bzw. 4 und 5 zwei verschiedene Möglichkei­ten aufgezeigt.

[0017] Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Video- bzw. Thermo­graphiekamera 18, die in der Decke 19 des Gaszuges 20 vorgesehen ist. Die Videokamera oder Thermographie­kamera 18 ist so ausgerichtet, daß sie durch den Feuerraum 6 hindurch den Verbrennungsrost 1 von oben beobachten kann. Diese Videokamera ist mit einem Monitor 21 und mit einem frei programmierbaren Rechner 22 verbunden, der das empfangene Bild entsprechend auflöst und die so erhaltenen Digitalwerte, die ein Maß für die Helligkeit auf der jeweiligen Verbrennungs­zone darstellen, mit vorgegebenen Richtwerten vergleicht und bei Abweichung einen entsprechenden Regelvorgang über einen Regler 23 auslöst, der die Regeleinrichtungen, die als Klappen oder Schieber 17 ausgebildet sind, in den Luftverteilungsrohren 16 verstellt.

[0018] Die Fig. 4 und 5 zeigen eine andere Überwachungseinrich­tung, die von einzelnen Thermoelementen 24 gebildet ist, welche die gemessenen Werte an einen frei program­mierbaren Rechner 22 abgeben, der über einen Regler 23, wie in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, eine Einstellung der jeweiligen Regel einrichtungen 17 in den Luftzuführungsleitungen 16 bewirkt. Fig. 5 gibt einen Überblick über die Verteilung der einzelnen Thermoelemente 24. Hieraus sieht man, daß die Thermo­elemente gleichmäßig auf den Umfang des Gaszuges verteilt sind, um möglichst viele Verbrennungszonen überwachen zu können. Sowohl die Thermoelemente 24 als auch die Videokamera 18 sind in Höhen zwischen 5 und 15 m angeordnet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Feuerleistung von Verbren­nungsanlagen mit einem Verbrennungsrost, bei welchem die Primärluftzuführung über die Rostlänge zonenweise unterschiedlich geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftzuführung auch in Querrichtung des Verbrennungsrostes zonenweise unterschiedlich geregelt wird und daß die einzelnen Verbrennungszonen überwacht und die Primärluftmengen den einzelnen Verbrennungszonen entsprechend dem in den jeweiligen Zonen herrschenden Abbrandverhalten des Brennstoffes zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der einzelnen Verbrennungszonen durch Temperaturmessung oberhalb dieser Verbrennungs­zonen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der einzelnen Verbrennungszonen mittels Video- oder Thermographiekamera erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Verbrennungsrost, bei dem die Primärluftzuführung über in Längsrichtung des Verbrennungsrostes unterteilte Unterwindzonen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterwind­zonen (11 bis 15) auch in Querrichtung des Verbren­nungsrostes (1) unterteilt (11 - 11b; 12 - 12b; 13 - 13b; 14 - 14b; 15 - 15b) sind und daß eine Überwachungseinrichtung (18; 24) für die Erfassung des Abbrandverhaltens des Brennstoffes auf den einzelnen den jeweiligen Unterwindzonen zugeordneten Verbrennungszonen vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Überwachungseinrichtung den einzelnen Verbrennungszonen (11 bis 15b) zugeordnete Thermo­elemente (24) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (24) zwischen 5 und 15 m oberhalb der Verbrennungszonen (11 - 15b) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung eine Thermographie- oder Videokamera (18), einen Monitor (21) und einen freiprogrammierbaren Rechner (22) umfaßt, der das empfangene Bild in einzelne Bildzeilen und Bildpunkte auflöst und die so erhalte­nen Digitalwerte, die ein Maß für die Brennbett-Tempe­ratur, die Flammenstrahlung oder die Helligkeit auf der jeweiligen Verbrennungszone darstellen, mit vorgegebenen Richtwerten vergleicht und bei Abweichung einen entsprechenden Regelvorgang auslöst.

Zeichnung