[0001] Die Erfindung betrifft ein verfahren zum Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum
einer Feuerungsanlage, in der Brennstoff auf ein sich längs erstreckendes Feuerrost
aufgegeben und im wesentlichen längs der Roststrecke unter Ausbreitung zu einem das
Rost im wesentlichen abdeckenden Brennstoffbett transportiert wird und das Rost längs
der Roststrecke von Teilströmen eines Verbrennungsluftstroms zonenweise beaufschlagt
wird und bei dem zumindest die Aufgabemenge des Brennstoffes, die Transportgeschwindigkeit
des Brennstoffbetts und/oder die Menge der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von mindestens
einem auf die Verbrennung beziehbaren Parameter, ggf. der Abgaszusammensetzung als
Meßwerte ggf. nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
[0002] Aus der DE-Z. "CT-Magazin für Computertechnik", Sonderdruck, 1991, Heft 3, Aufsatz
"Fuzzy-Logik - die scharfe Theorie der unscharfen Mengen" ist die Fuzzy-Logik an sich
und die Regelung nach der Fuzzy-Logik insbesondere die Regelung der Verbrennung von
Methan in einer Brennkammer bekannt. Des weiteren sind zu einem Fuzzy-Regelungssystem
gehörende Bauteile, wie Fuzzy-Rechner, Fuzzy-Chips und Fuzzy-Logik-Arrays beschrieben.
[0003] Die Fuzzy-Regelung bietet eine Möglichkeit, Prozesse automatisch zu regeln und sind
dann in vorteilhafter Weise einzusetzen, wenn aufgrund komplexer Prozeßvariablen konventionelle
Regler nicht ausreichen. Das Fuzzy-Regelungssystem erlaubt es, einen Regel-Algorithmus
zu entwerfen und in einen arbeitenden Regler umzusetzen, der die vom Feuerraummeßsystem
bereitgestellten Daten über den Feuerzustand analysiert und daraus Steueranweisungen
erzeugt, wie sie ohne eine automatische Regelung der Operateur aufgrund seines Erfahrungswissens
und seiner Urteilsfähigkeit geben würde.
[0004] Aus der Z. "Elsevier Science Publishers", B.V. North-Holland, 1989, S. 193 - 206,
Aufsatz "Combustion control of refuse incineration plant by Fuzzy-Logic" von H. Ono
et al., ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die Verbrennung von Müll
auf einem Feuerrost einer Müllverbrennungsanlage nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
Dabei werden die Müllaufgabemenge, die Transportgeschwindigkeit des Mülls auf dem
Rost, die Verbrennungsluftmenge und die Verbrennungslufttemperatur in Abhängigkeit
von der Dampfmenge, der Rauchgaszusammensetzung der Dicke des Müllbettes auf dem Rost,
die Müllqualität und/oder der Feuerraumtemperatur geregelt. Das Brennstoffbett wird
als Ganzes von einer Transporteinrichtung transportiert. Die Verbrennungsluft wird
in Teilströmen längs der Roststrecke durch einzelne das Rost abdeckende Kanäle dem
Brennstoffbett zugeführt. Die Einstellung der Gesamtluftmenge erfolgt durch Drosselorgane,
die jeweils den Kanälen zugeordnet sind und alle gleichermaßen über einen Verstellmotor
verstellt werden.
[0005] Dadurch, daß die Verbrennung des Brennstoffes längs der Roststrecke als Ganzes definiert
ist und der Verbrennungsvorgang somit auch nur als Ganzes beeinflußbar ist, besteht
die Gefahr, daß die Verbrennungszone vom Rost in die Müllaufgabe bzw. vom Rost in
den Entascher wandert, was letztlich zu einer unkontrollierten Verbrennung mit hohen
Schadstoffemissionen führt.
[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren
zum Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum einer Feuerungsanlage in der Brennstoff
auf ein sich längs erstreckendes Feuerrost aufgegeben wird anzugeben, bei dem die
Gefahr überhöhter Schadstoffemission unter Einwirkung auf den Verbrennungsvorgang
verringert wird.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von mindestens zwei einzelnen
Zonen ausgehenden Meßwerte erfaßt und die den einzelnen Zonen zugeordneten Teilströme
in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der erfaßten Meßwerte einzeln nach
der Fuzzy-Logik geregelt werden.
[0008] Dadurch, daß der Verbrennungsvorgang längs der Roststrecke zonenweise definiert wird
und die einzelnen den Zonen zugeordneten Teilluftströme bezüglich ihrer Masse unterschiedlich
einstellbar sind, können die einzelnen Teilströme in Abhängigkeit von der flächenmäßigen
Verteilung der erfaßten Meßwerte im Hinblick auf die Lage der Verbrennungszone und
der Verteilung der Verbrennungszone auf dem Rost so geregelt werden, daß sich automatisch
eine optimale Verbrennung einstellt und die Gefahr überhöhter Schadstoffemission verringert
wird.
[0009] Zu den im Falle der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogenen Rosten gehören insbesondere
die einbahnigen oder mehrbahnigen Vorschubroste, bei denen in jeder Rostbahn feststehende
und bewegliche Roststäbe abwechseln. Die Zonenunterteilung wird hier durch unterschiedliche
Primärluftzufuhr erreicht. Weiterhin gehören hierzu die ein- oder mehrbahnigen Stufenvorschubroste,
bei denen die Rostabstufungen ein Umstürzen und Aufbrechen der Brennstoffschicht bewirken
und bei denen jedes Rostelement eine Rostzone bestimmt, in der die Primärluft dem
jeweiligen Verbrennungsfortschritt angepaßt werden kann. Eine derartige zonenaufteilung
ohne Abstufung wird auch bei den sogenannten Ausbrennrosten verwirklicht.
[0010] Die Erfindung läßt sich aber auch bei Wanderrosten, Walzenrosten, Rückschubrosten,
Gegenlaufüberschubrosten und den Schüttelrosten einsetzen. Bei den Wanderrosten mit
einer umlaufenden Fördereinrichtung kann die Vorschubgeschwindigkeit für alle Zonen
zwar nur gemeinsam geregelt werden, jedoch ist eine zonenweise Primärluftzufuhr möglich.
[0011] Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch erreicht, daß die Transportgeschwindigkeit
des Brennstoffes in den einzelnen Zonen nach der Fuzzy-Logik geregelt wird.
[0012] Die zonenweise getrennte Regelung der Transportgeschwindigkeit des Brennstoffbettes
bietet die Möglichkeit, das Bett je nach Erfordernis zu dehnen oder zu stauchen.
[0013] Die Regelung des Verbrennungsvorganges auf dem Feuerrost nach der Fuzzy-Logik erlaubt
die Berücksichtigung einer Vielzahl unbestimmbarer und sich bedingender Faktoren,
wie das Ausbrandverhalten des Brennstoffes, unterschiedliche Brennstoffzusammensetzung,
die Brennstofftemperatur unter Einbeziehung von Erfahrungswerten, wie sie ansonsten
von einem erfahrenen Operateur manuell zur Regelung eingebracht werden müßten.
[0014] Da die vorgeschlagene Regelung den Verbrennungsprozeß auf dem Rost stabilisiert und
als solche einer Gesamtregelung untergeordnet ist, kann die übergeordnete Regelung
der Dampfmenge bzw. Wärmeleistung, der Rauchgaszusammensetzung und der Rauchgastemperatur
mit den Stellgrößen Gesamtluftmenge, Sekundärluftmenge und Brennstoffmenge von einer
billigeren, konventionellen Regelung übernommen werden.
[0015] In vorteilhafter Weise kann die von den einzelnen Zonen ausgehende Strahlung jeweils
erfaßt und die Verbrennung in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der Strahlung
geregelt werden.
[0016] Die von dem Brennstoffbett ausgehende Strahlung charakterisiert den Verbrennungsfortschritt
des Brennstoffes in den einzelnen Zonen.
[0017] Es ist ebenfalls von Vorteil, daß die Zusammensetzung des Abgases über den einzelnen
Zonen erfaßt und die Verbrennung in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung
der erfaßten Werte geregelt wird.
[0018] Die Abgaszusammensetzung insbesondere der O₂, CO, CO₂ und/oder NO
x-Gehalt charakterisiert ebenfalls den Fortschritt der Verbrennung des Brennstoffes
in den einzelnen Zonen.
[0019] Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Regeln der Verbrennung in
einem Feuerraum einer Feuerungsanlage mit einer Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe von
Brennstoff auf das Rost, mindestens einer Transportvorrichtung zum Transport des Brennstoffes
längs der Roststrecke und im wesentlichen längs der Roststrecke verteilte und auf
das Rost gerichtete und dieses in Zonen abdeckende Verbrennungsluftkanäle mit Drosselorganenzur
Zuführung von Verbrennungsluft und mit einem Regelungs-System ggf. Fuzzy-Regelungs-System
zur Regelung des Verbrennungsvorgangs in Abhängigkeit von mindestens einem auf die
Verbrennung beziehbaren Parameter mit mindestens einer Detektoreinrichtung zur Erfassung
des Verbrennungvorgangs, mindestens einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten
Auswerte- und Steuereinrichtung zur Auswertung und Umsetzung der Meßwerte und mindestens
einer der Auswerte- und Steuereinrichtung nachgeschalteten Stelleinrichtung zur Beeinflussung
des Verbrennungvorgangs.
[0020] Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Detektoreinrichtung die von den einzelnen
in Transportrichtung des Brennstoffs im wesentlichen hintereinanderliegenden Rostzonen
ausgehenden Meßwerte in ihrer flächenmäßigen Verteilung erfaßt und den Drosselorganen
der Verbrennungsluftkanäle jeweils von der Auswerte- und Steuereinrichtung einzeln
steuerbare Stelleinrichtungen zugeordnet sind, und die besagten Einrichtungen Bestandteile
des Fuzzy-Regelungs-Systems sind.
[0021] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gegeben, daß den Zonen
jeweils eine Transportvorrichtung mit jeweils einer von der Auswerte- und Steuereinrichtung
einzeln steuerbaren Stelleinrichtung zugeordnet sind, und die besagten Einrichtungen
Bestandteile des Fuzzy-Systems sind.
[0022] Es ist weiterhin von Vorteil, daß die Detektoreinrichtung mindestens eine Thermographie-
bzw. Infrarotkamera zur gleichzeitigen Erfassung der Strahlung über mehrere Zonen
aufweist.
[0023] Ebenfalls ist es von Vorteil, daß die Detektoreinrichtung mindestens einen Gasanalysator
mit einer Gasentnahmevorrichtung zur gleichzeitigen Erfassung der Abgaszusammensetzung
über mehrere Zonen aufweist.
[0024] Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach diesem Verfahren betriebene Vorrichtung
soll nun anhand der beigefügten Figur, die eine Müllverbrennungsanlage im Längsschnitt
mit steuer- und regelungstechnischen Einrichtungen zeigt, näher beschrieben werden.
[0025] Die FIG. zeigt eine Feuerung 1 einer Feuerungsanlage 2 mit einem Stufenvorschubrost
3, wie er in dem Prospekt "Verbrennungstechnik-Vorschubrost" (P 8303-05-13/1.Dg) der
Anmelderin beschrieben ist.
[0026] Der Vorschubrost 3 weist vier Verbrennungszonen A, B, C und D auf, wobei die Zonen
B und C durch eine Stufe 4 voneinander getrennt sind. Den beweglichen Roststäben der
einzelnen Zonen A - D sind jeweils Rostschlitten A5 - E5 zugeordnet. Die Rostschlitten
A5 - D5 sind über schematisch dargestellte Stelleinrichtungen A6 - D6 hin und her
verschiebbar.
[0027] Den Zonen A - D sind jeweils Verbrennungsluftkanäle A7 - D7 zugeordnet, denen über
Leitung A8 - D8 Teilströme primärer Verbrennungsluft über Regelklappen A9 - D9 mit
Stelleinrichtungen A10 - E10 und Durchflußmeßeinrichtungen A10 - E10 zugeführt werden
können.
[0028] Die Gesamtmenge primärer Verbrennungsluft wird über eine Leitung 8 mit einer Regelklappe
9 mit Stelleinrichtung 10 und einer Durchflußmeßeinrichtung 1 zugeführt. Den vom Verbrennungsrost
3 aufsteigenden Rauchgasen kann noch über eine Leitungen 8' mit Regelklappe 11' mit
Stelleinrichtung 10 und Durchflußmeßeinrichtungen 1' Sekundärluft über mehrere Düsen
12 zugeführt werden.
[0029] Der Brennstoff 13, insbesondere Müll, wird über einen Aufgabetrichter 14 und einer
Aufgabeeinrichtung 15 mit Stelleinrichtung 16 dem Rost 3 im Bereich der ersten Rostzone
A aufgegeben und längs der Roststrecke unter Ausbreitung zu einem das Rost 3 abdeckenden
Brennstoffbett 17 durch Betreiben einzelner oder mehrerer Rostschlitten A5 - D5 transportiert.
[0030] Es ist auch vorgesehen, den Rost 3 mehrbahnig auszuführen. Dabei sind die einzelnen
Bahnen parallel nebeneinander angeordnet und in gleicher Weise ausgestaltet.
[0031] Der Verbrennungsvorgang des Brennstoffs 13 auf den Rost 3 wird wesentlich durch die
Lage der Verbrennung und die Verteilung der Verbrennung auf dem Rost 3 bestimmt.
[0032] Zur Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs bzw. der Lage und der Verteilung der Verbrennung
und des Verbrennungsfortschritts können bei Bedarf die einzelnen Rostzonen A - D jeweils
mehr oder weniger mit primärer Verbrennungsluft beaufschlagt werden. Zusätzlich kann
durch Betreiben der einzelnen Rostschlitten A5 - D6 bei jeweils unterschiedlicher
Geschwindigkeit bzw. durch Betreiben nur einzelner Rostschlitten A5 - D6 das Brennstoffbett
17 bei Bedarf gestaucht oder gedehnt werden. Bei mehrbahnigen Rosten ist es möglich
das Brennstoffbett quer zum Rost zu stauchen oder zu dehnen. Durch den Betrieb der
Aufgabeeinrichtung 15 bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder unterschiedlichen
Intervallen oder durch den Betrieb von nur einzelnen Stößelreihen 15', 15'' kann der
Massendurchsatz bzw. die Bettdicke unterschiedlich eingestellt werden.
[0033] Zur Erfassung des Verbrennungsvorgangs auf den einzelnen Rostzonen A - D ist oberhalb
der Feuerung 1 eine Infrarotkamera 18 angebracht, die die von den einzelnen Zonen
A - D bzw. dem Brennstoffbett 17 ausgehende Strahlung erfaßt. In einer der Kamera
18 nachgeschalteten nach der Fuzzy-Logik arbeitenden Auswerte- und Steuereinrichtung
19 werden die einzelnen Strahlungswerte bzw. die auf die Strahlung zurückzuführenden
Temperaturen in den einzelnen Rostzonen A - D zu einem Temperaturprofil längs oder
bei entsprechender Meßanordnung längs und quer zur Roststrecke zusammengefaßt. Der
Ist-Zustand wird sodann fuzzyfiziert, einem Inferenzverfahren unterworfen und sodann
defuzzyfiziert.
[0034] Anstelle der die Brennstoffbettoberfläche großflächig erfassenden Termographiekamera
ist es auch möglich, daß die einzelne Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Einzeldetektoren
umfaßt, die gruppenweise oder einzeln den jeweiligen Rostzonen zugeordnet sind. Als
Einzeldetektoren kommen Fotodioden, Fotodetektoren und Gasanalysatoren mit vorgeschalteter
rechenartiger Gasentnahmevorrichtung in Frage.
[0035] Zur Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs werden die Stelleinrichtungen A10 - D10
für die Verstellung der primären Verbrennungsluftteilströme und/oder die Stelleinrichtungen
A6 - D6 zur Bewegung der Transporteinrichtung A5 - C5 für den Transport des Brennstoffes
13, 17 gemäß der ermittelten Sollwerte angesteuert. Zur besseren Übersicht ist in
der FIG. jeweils nur eine Signalleitung vollständig dargestellt. Die einzelnen primären
Verbrennungsluftteilströme werden jeweils so eingestellt, daß sie stets den über den
Sollwert vorgegebenen Anteil an der gesamten primären Verbrennungsluft entsprechen.
Zur Regelung sind hierfür jeweils ein Durchflußregler FC und ein Durchflußverhältnisregler
FFC zur Signalanpassung zugeschaltet, die stellvertretend nur für einen Teilluftstrom
dargestellt sind.
[0036] Bei Bedarf kann auch der Betrieb der Aufgabeeinrichtung 15 ganz oder teilweise mit
in die nach der Fuzzy-Logik arbeitenden Regelung einbezogen werden. Der Grad der Einbeziehung
wird über eine der Auswerte- und Steuereinrichtung 15 nachgeschalteten Regelungseinheit
20 festgelegt.
[0037] Die Fuzzy-Regelung zur Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs ist eine der Gesamtregelung
unterlagerte in sich geschlossene Teilregelung.
[0038] Da durch die Fuzzy-Regelung eine stabile kontrollierte Verbrennung auf dem Rost erreicht
wird, kann zur Hauptregelung ein konventionelles und kostengünstigeres Regelungssystem
eingesetzt werden.
[0039] Die zur Hauptregelung vorgesehene Auswerte- und Steuereinheit 21 erfaßt mittels symbolisch
dargestellter Dektoren 22, 23, 24 die Rauchgastemperatur und den O₂-Gehalt des Rauchgases
am Ende des Feuerraums und die Dampfmenge. Entsprechend der von der Auswerte- und
Steuereinrichtung 21 zur Hauptregelung ermittelten Sollwerte werden über die Regelklappen
9 mit Stelleinrichtung 10 und der Durchflußmeßeinrichtung 11 der Primärluftstrom und
über die Regelklappe 9' mit der Stelleinrichtung 10' und der Durchflußmeßeinrichtung
11' die Sekundärluftmenge geregelt. Des weiteren ist vorgesehen, die Regelung der
Brennstoffmenge ganz oder teilweise mittels der der Auswerte- und Steuereinrichtung
21 zur Hauptregelung nachgeschalteten regeltechnischen Einrichtung 21 zu regeln.
1. Verfahren zum Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum einer Feuerungsanlage, in
der Brennstoff auf ein sich längs erstreckendes Feuerrost aufgegeben und im wesentlichen
längs der Roststrecke unter Ausbreitung zu einem das Rost im wesentlichen abdeckenden
Brennstoffbett transportiert wird und das Rost längs der Roststrecke von Teilströmen
eines Verbrennungsluftstroms zonenweise beaufschlagt wird und bei dem zumindest die
Aufgabemenge des Brennstoffes, die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffbetts und/oder
die Menge der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von mindestens einem auf die Verbrennung
beziehbaren Parameter, ggf. der Abgaszusammensetzung als Meßwerte ggf. nach der Fuzzy-Logik
geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von mindestens zwei einzelnen Zonen ausgehenden Meßwerte erfaßt und die den
einzelnen Zonen zugeordneten Teilströme in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung
der erfaßten Meßwerte einzeln nach der Fuzzy-Logik geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in den Zonen nach der Fuzzy-Logik
geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von den einzelnen Zonen ausgehende Strahlung jeweils erfaßt und die Verbrennung
in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der Strahlung geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung des Abgases über den einzelnen Zonen erfaßt und die Verbrennung
in Abhängigkeit von der flächenmäßigen Verteilung der erfaßten Meßwerte geregelt wird.
5. Vorrichtung zum Regeln der Verbrennung in einem Feuerraum einer Feuerungsanlage mit
einer Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe von Brennstoff auf ein Rost, mindestens einer
Transportvorrichtung zum Transport des Brennstoffes längs der Roststrecke und im wesentlichen
längs der Roststrecke verteilte und auf das Rost gerichtete und dieses in Zonen abdeckende
Verbrennungsluftkanäle mit Drosselorganen zur Zuführung von Verbrennungsluft und mit
einem Regelungs-System, ggf. Fuzzy-Regelungs-System zur Regelung des Verbrennungsvorgangs
in Abhängigkeit von mindestens einem auf die Verbrennung beziehbaren Parameter mit
mindestens einer Detektoreinrichtung zur Erfassung des Verbrennungvorgangs, einer
der Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerte- und Steuereinrichtung zur Auswertung
und Umsetzung der Meßwerte und mindestens einer der Auswerte- und Steuereinrichtung
nachgeschalteten Stelleinrichtung zur Beeinflussung des Verbrennungvorgangs,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) die von den einzelnen in Transportrichtung des Brennstoffs
(17) im wesentlichen hintereinanderliegenden Rostzonen (A-D) ausgehenden Meßwerte
in ihrer flächenmäßigen Verteilung erfaßt und den Drosselorganen (A11-D11) der Verbrennungsluftkanäle
jeweils von der Auswerte- und Steuereinrichtung (19) einzeln steuerbare Stelleinrichtungen
(A10-D10) zugeordnet sind, und die besagten Einrichtungen (18, 19, A10-D10) Bestandteile
des Fuzzy-Regelungs-Systems sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Zonen (A-D) jeweils eine Transportvorrichtung (A5-E5) mit jeweils einer von
der Auswerte- und Steuereinrichtung einzeln steuerbaren Stelleinrichtung (A6-E6) zugeordnet
sind, und die besagten Einrichtungen (18, 19, A6-E6) Bestandteile des Fuzzy-Regelungs-Systems
sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) mindestens eine Thermographie- bzw. Infrarotkamera
zur gleichzeitigen Erfassung der Strahlung über mehrere Zonen (A-D) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung (18) mindestens einen Gasanalysator mit einer Gasentnahmevorrichtung
zur gleichzeitigen Erfassung der Abgaszusammensetzung über mehrere Zonen (A-D) aufweist.