Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Feuerungsleistung von Verbrennungsanlagen

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 unterschhiedlichen 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.

[0003] 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 O₂-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.

[0004] 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.

[0005] In der, eine ältere Priorität beanspruchenden, jedoch nicht vorveröffentlichten EP-A 0 317 731 ist ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung von Brennstoff mit stark schwankendem Heizwert beschrieben, bei welchem die Primärluftzuführung nicht nur in Längsrichtung, sondern auch in Querrichtung zonenweise unterschiedlich erfolgt. Als Leitgröße für die Regelung einzelner Parameter dient der in der Verdampfungs- und Entgasungszone gemessene Wassergehalt, der als Hauptgröße für sämtliche Parameter entlang des gesamten Rostes beibehalten wird, wobei weitere Messungen an anderen Stellen, beispielsweise der Temperatur und der Gasstrahlung nur zur Feinkorrektur herangezogen werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß die Grundgröße für die Regelung der einzelnen, die Verbrennung beeinflussenden Parameter, in einem Bereich erfaßt wird, der zwar weitgehend, aber nicht ausschließlich durch den vom Brennstoff abgegebenen Wassergehalt beeinflußt ist.

[0006] Weiterhin wird als nachteilig empfunden, daß diese so ermittelte Grundgröße, die im vorderen Bereich der Verbrennungsanlage ermittelt wird, als Hauptgröße für alle nachfolgenden Verbrennungszonen herangezogen wird, auch wenn in den nachfolgenden Verbrennungszonen eine Nachkorrektur erfolgt.

[0007] Aus der JP-A-61-36612 geht eine Überwachung des Verbrennungszustandes auf dem Feuerungsrost mittels einer Fernsehkamera hervor, wobei die Fernsehkamera die Aufgabe hat, jenen Bereich des Verbrennungszustandes zu extrahieren, welcher sich im Wellenbereich der Farbe Blau und im kürzeren Wellenbereich befindet, wobei in diesem Bereich dann die Temperatur der Verbrennungsluft, die dem Feuerungsrost von unten zugeführt wird, verringert wird. Hierdurch wird auf der Grundlage von Bildinformationen die Position und Fläche eines Verbrennungsbereiches mit abnormaler Temperatur bestimmt, wonach die Temperatur nur jener Verbrennungsluft herabgesetzt wird, die diesem Bereich zugeführt wird, um Brandschäden und hohe Giftgasanteile NO_x durch eine abnormal hohe Temperatur zu verhindern. Die Primärluftmenge wird durch eine bekannte Regelungseinheit C eingestellt. Nähere Angaben hierzu fehlen jedoch.

[0008] Aus der JP-A-36611 ist es bekannt, die Luftmengen für die einzelnen Verbrennungszonen, die Aufgabegeschwindigkeit des Brennstoffes unterschiedlicher Qualität und die Rostgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem erzeugten Dampfmassenstrom für eine gleichmäßige Wärme- und Dampferzeugung zu regeln. Um wegen der sich aus dem unterschiedlichen Abbrandverhalten ergebenden Gefahr einer erhöhten NO_x-Erzeugung aufgrund einer starken Temperaturerhöhung entgegenzuwirken, ist eine Fernsehkamera vorgesehen, die die Verschiebungen der Ausbrandgrenze beobachtet, die in erster Linie von der Aufgabegeschwindigkeit und der wechselnden Qualität des Brennstoffes abhängt. Bei kritischen Verschiebungen derselben wird auf die Aufgabegeschwindigkeit und auf die Luftmenge für die einzelnen Zonen eingewirkt. Deren Regelung hängt also vom erzeugten Dampfmassenstrom und von der Verschiebung der Ausbrandgrenze ab. Unterschiedliche Brennstoffqualitäten und Brennstoffmengen in Querrichtung des Verbrennungsrostes werden nicht berücksichtigt.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, die Feuerleistungsregelung so zu verbessern, daß unabhängig von der jeweils vorliegenden Brennstoffqualität und Brennstoffmenge auf der gesamten Verbrennungsrostfläche ein optimales Abbrandverhalten und damit geringere Emissionswerte, das heißt eine geringere Umweltbelastung und ein möglichst hoher gleichbleibender thermischer Wirkungsgrad, das heißt eine gleichmäßige Dampfproduktion, erzielt werden.

[0010] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Primärluftzuführung auch in Querrichtung des Verbrennungsrostes zur Erzielung eines gleichmäßig optimalen Temperaturprofils bei der Verbrennung von Brennstoffen mit örtlich unterschiedlichem Abbrandverhalten zonenweise unterschiedlich geregelt wird und daß die einzelnen Verbrennungszonen überwacht und die Primärluftmengen den einzelnen Verbrennungszonen entsprechend dem in den jeweiligen Zonen herrschenden, durch Thermographiekamera festgestellten Abbrandverhalten des Brennstoffes zugeführt wird.

[0011] Die Verwendung einer Thermographiekamera ist aus der JP-A-59-52105 bekannt. Allerdings handelt es sich dort um einen Verbrennungsofen mit einem fluidisierten Bett, bei welchem inertes Material durch Luftzuführung in einen fluidisierten Zustand überführt wird, wobei Brennstoff in dieses Bett eingeführt und gezündet wird. Zum Zwecke der Leistungs-steuerung dieser Ofenanlage werden getrennt betreibbare Bereiche des fluidisierten Bettes abgeschaltet oder neu gezündet. Diese getrennt abschaltbaren Bereiche werden mittels der Thermographiekamera beobachtet, um einerseits eine zu starke Unterkühlung des abgeschalteten Bereiches des fluidisierten Bettes unter die Zündtemperatur für die Wiederinbetriebnahme, und andererseits eine zu hohe Temperatur eines Bereiches des fluidisierten Bettes zu vermeiden. Ein brennstoffmaterialbedingtes örtlich unterschiedliches Abbrandverhalten liegt dort nicht vor.

[0012] 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.

[0013] 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, daß eine Thermographiekamera für die Erfassung des Abbrandverhaltens des Brennstoffes über den einzelnen, den jeweiligen Unterwindzonen zugeordneten Verbrennungszonen vorgesehen ist und daß Regeleinrichtungen zur individuellen Bemessung der Luftzufuhr auf die einzelnen Unterwindzonen in Längs- und Querrichtung vorgesehen sind.

[0014] Vorzugsweise ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Thermographiekamera an einen Monitor und einen freiprogrammierbaren Rechner angeschlossen, der das empfangene Bild in einzelne Bildzeilen und Bildpunkte auflöst und die so erhaltenen Digitalwerte, die ein Maß für die Brennbett-Temperatur 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.

[0015] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

[0016] In der Zeichnung zeigen:

Figur 1:

einen Längsschnitt durch einen Verbrennungsrost mit einzelnen Unterwindzonen;

Figur 2:

eine Draufsicht auf den Verbrennungsrost nach Figur 1; und

Figur 3:

einen teilweisen Längsschnitt durch eine Verbrennungsanlage mit Anordnung einer Thermographiekamera.

[0017] Die schematische Darstellung gemäß Figur 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 1 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.

[0018] 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 Figur 1 aufgeteilt sind, sondern auch wie aus Figur 2 ersichtlich, in Querrichtung des Verbrennungsrostes in einzelne Unterwindzonen unterteilt 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 des dort vorhandenen Abbrandverhaltens des Brennstoffes möglich.

[0019] Um eine solche Regelung durchführen zu können, bedarf es einer Thermographiekamera, um das Abbrandverhalten auf dem Verbrennungsrost zu überwachen.

[0020] Figur 3 zeigt die Anordnung einer Thermographiekamera 18, die in der Decke 19 des Gaszuges 20 vorgesehen ist. Die Thermographiekamera 18 ist so ausgerichtet, daß sie durch den Feuerraum 6 hindurch den Verbrennungsrost 1 von oben beobachten kann. Sie 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.

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 zur Erzielung eines gleichmäßig optimalen Temperaturprofils bei der Verbrennung von Brennstoffen mit örtlich unterschiedlichem Abbrandverhalten zonenweise unterschiedlich geregelt wird und daß die einzelnen Verbrennungszonen überwacht und die Primärluftmengen den einzelnen Verbrennungszonen entsprechend dem in den jeweiligen Zonen herrschenden, durch Thermographiekamera festgestellten Abbrandverhalten des Brennstoffes zugeführt wird.

2. 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, daß eine Thermographiekamera (18) für die Erfassung des Abbrandverhaltens des Brennstoffes auf den einzelnen, den jeweiligen Unterwindzonen zugeordneten Verbrennungszonen vorgesehen ist, und daß Regeleinrichtungen (17) zur individuellen Bemessung der Luftzufuhr auf die einzelnen Unterwindzonen in Längs- und Querrichtung vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermographiekamera (18) an einen Monitor (21) und einen frei programmierbaren Rechner (22) angeschlossen ist, der das empfangene Bild in einzelne Bildzeilen und Bildpunkte auflöst und die so erhaltenen Digitalwerte, die ein Maß für die Brennbett-Temperatur auf der jeweiligen Verbrennungszone darstellen, mit vorgegebenen Richtwerten vergleicht und bei Abweichung einen entsprechenden Regelvorgang auslöst.

Claims

1. Method for regulating the furnace performance of combustion plants having a combustion grate, in which the primary air supply is regulated differently in zones over the length of the grate, characterised in that the primary air supply is also regulated variably in zones in the transverse direction of the combustion grate for the achievement of a uniformly optimum temperature profile during the combustion of fuels having a locally variable combustion behaviour and that the individual combustion zones are monitored and the quantities of primary air are supplied to the individual combustion zones in accordance with the combustion behaviour of the fuel prevailing in the respective zones established by thermal imaging camera.

2. Device for carrying out the method according to Claim 1, with a combustion grate in which the supply of primary air takes place through under-grate draught zones subdivided in the longitudinal direction of the combustion grate, characterised in that the under-grate draught zones (11 to 15) are also subdivided (11 - 11b; 12 - 12b; 13 - 13b; 14 - 14b; 15 - 15b) in the transverse direction of the combustion grate (1), that a thermal imaging camera (18) is provided for the recording of the combustion behaviour of the fuel on the individual combustion zones associated with the respective under-grate draught zones and that regulating devices (17) are provided for the individual proportioning of the air supply to the individual under-grate draught zones in the longitudinal and transverse direction.

3. Device according to Claim 2 for carrying out the method according to Claim 1, characterised in that the thermal imaging camera (18) is connected to a monitor (21) and a freely programmable computer (22) which resolves the received image into individual scanning lines and picture elements and compares the digital values thus obtained, which represent a measure of the temperature of the combustion bed on the respective combustion zone, with specified standard values and in the event of deviation triggers a corresponding regulating process.

Revendications

1. Méthode de régulation de la puissance de combustion d'installations de combustion ayant une grille de combustion, selon laquelle l'alimentation en air primaire est réglée différemment en fonction de la zone selon la direction longitudinale de la grille, caractérisée en ce que l'alimentation en air primaire est aussi réglée différemment en fonction de la zone selon la direction transversale de la grille de combustion pour obtenir un profil de température régulier et optimal lors de la combustion de combustibles dont le comportement de combustion varie localement, et en ce que les zones de combustion séparée sont surveillées, et les quantités d'air primaire alimentant ces différentes zones de combustion sont réglées en fonction du comportement de combustion qu'elles présentent et qui a été relevé par une caméra thermographique.

2. Dispositif pour la mise en ouvre de la méthode selon la revendication 1, comportant une grille de combustion à travers laquelle l'alimentation en air primaire est réalisée par des zones de soufflage par le dessous séparées et réparties sur la direction longitudinale de la grille de combustion, caractérisé en ce que les zones de soufflage par le dessous (11 à 15) sont aussi subdivisées (11-11b; 12-12b; 13-13b; 14-14b; 15-15b;) selon la direction transversale de la grille de combustion (1), en ce qu'il comprend une caméra thermographique (18) pour la surveillance du comportement de combustion du combustible dans les différentes zones de combustion correspondantes à chacune des zones de soufflage par le dessous, et en ce qu'il comporte des moyens de réglage (17) pour le réglage individuel de la quantité d'air soufflée dans les différentes zones de soufflage par le dessous selon les directions longitudinale et transversale.

3. Dispositif selon la revendication 2 pour la mise en ouvre de la méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra thermographique (18) est reliée à un moniteur (21) et a un calculateur (22) librement programmable, qui décompose l'image reçue en lignes et points distincts, les transforme en données numériques représentant une valeur de la température du lit de combustion dans chaque zone de combustion, compare ces valeurs à des valeurs de consigne et déclenche, en cas de divergence, une opération de régulation appropriée.

Zeichnung