AT512353A1

AT512353A1 - Verfahren zur regelung einer verbrennungs- und/oder vergasungseinrichtung

Info

Publication number: AT512353A1
Application number: ATA19/2012A
Authority: AT
Inventors: Manfred Haselgruebler; Wolfgang Madlsperger
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-15
Also published as: BR112014017087A2; CA2863911C; WO2013104464A3; US20150000573A1; CA2863911A1; RU2596686C2; BR112014017087B1; WO2013104464A2; RU2014132874A; CN104254737A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung (VB) für kleinstückige, feste Brennstoffe (BS) mit Wurfbeschickung (WB). Dabei weist diese Einrichtung (VB) zumindest eine Brennkammer (BK) und einen Rost (R) mit zumindest zwei Rostzonen - insbesondere einer Verbrennungs- bzw. Vergasungszone und einer Ausbrandzone - auf, welche in Längsrichtung des Rosts (R) angeordnet sind. In einer der Rostzonen - insbesondere in der Ausbrandzone - wird eine so genannte Glutkante (GK) ausgebildet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Ist-Position der Glutkante (GK) mit zumindest einer optischen Kamera (K) überwacht (1). Bei einer Abweichung der Ist-Position der Glutkante (GK) von einer Sollposition wird eine geregelte Veränderung einer Luftzufuhr (LV1, LV2), insbesondere einer so genannten Primärluftmenge (PL1, PL2) und/oder einer primären Rezirkulationsmenge (RL1, RL2), in die Brennkammer (BK) durchgeführt (2, 3). Dieses Verfahren weist damit den Vorteil auf, dass eine für einen vollständigen Ausbrand einer Asche (A) in der Brennkammer (BK) erforderlich Luftmenge automatisch geregelt und optimiert wird. Von der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung (VB) kann damit automatisch und auf einfache Weise auf wechselnde Ausbrandeigenschaften bei sich ändernden Brennstoffeigenschaften reagiert werden.

Description

1 201103621 « · • * • · • · ·*#· «*·· • · · «Ml ·

Beschreibung

Verfahren zur Regelung einer Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtungen, insbesondere zur thermischen Verwertung von unterschiedlichen Festbrennstoffen. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Regelung einer Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtung für kleinstückige, feste Brennstoffe mit einer Wurfbeschickung. Eine Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung weist dabei zumindest eine Brennkammer bzw. Vergasungskammer sowie einen Rost mit zumindest zwei Rostzonen (z.B. als erste Zone eine Verbrennungs- oder Vergasungszone, als zweite Zone eine Ausbrandzone) auf, welche in Längsrichtung des Rostes angeordnet sind. Dabei wird in einer der Rostzonen, insbesondere in der so genannten Ausbrandzone, eine so genannte Glutkante ausgebildet.

Stand der Technik

Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtungen zur thermischen Verwertung von unterschiedlichen Festbrennstoffen werden beispielsweise zur Kraft-Wärme-Kopplung im Industriebereich und/oder bei Kommunen eingesetzt. Dabei werden z.B. Reststoffe (z.B. Holz, Rejekt, Papierfaserstoffe, aufbereiteter Abfall, getrockneter Klärschlamm, Sonder-(Öko)-brennstoffen, etc.) als Festbrennstoffe verwertet, welche sonst beispielsweise als Abfälle in Massenverbrennungsanlagen entsorgt würden. Zum Einsatz kommen derartige Einrichtungen beispielsweise in der Papierindustrie zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Dampf zur Trocknung von Karton, in Kommunen zur Erzeugung von Ökoenergie aus Biomasseabfällen bzw. zur Klärschlammentsorgung von Kläranlagen oder bei Bio-masseverbrennungs- bzw. -Vergasungsanlagen. 201103621 r

• * ·

Die Verbrennung oder Vergasung der Festbrennstoffe, welche beispielsweise in kleinstückiger Form durch Einschleudern -d.h. durch so genannte Wurfbeschickung - in die Verbrennungs bzw. Vergasungseinrichtung eingebracht werden, erfolgt üblicherweise auf einem Rost. Bei der Wurfbeschickung wird der meist kleinteilige, feste Brennstoff mit Hilfe eines so genannten Wurfbeschickers bzw. mit einem im Wurfbeschicker angeordneten Schleuderrad in eine Brennkammer bzw. in eine Vergasungskammer eingeschleudert und dadurch gleichmäßig über den Rost verteilt.

Auf dem Rost werden dabei zumindest zwei Zonen, welche in Längsrichtung des Rostes angeordnet sind, ausgebildet. Es entstehen beispielsweise eine so genannte Verbrennungszone oder Vergasungszone, welche ca. 4/5 der Rostfläche einnimmt, und eine so genannte Ausbrandzone, welche 1/5 der Rostfläche beansprucht. Die Verbrennungs- bzw. Vergasungszone ist durch eine gleichmäßige, großflächige Verbrennung gekennzeichnet. Der Brennstoff wird in dieser von oben nach unten verbrannt bzw. vergast. Es wird immer neuer Brennstoff eingestreut, welcher in eine brennende Umgebung fällt und sofort zündet. Auf die Ausbrandzone wird kein Brennstoff aufgeworfen. Die Ausbrandzone ist dadurch durch eine so genannte Glutkante gekennzeichnet, nach welcher die Glut erlischt, wobei die Temperatur und die Farbe der Asche nach der Glutkante rasch abnehmen. Dort erfolgt nur mehr der Ausbrand der Asche, welche dann in einen so genannten Ascheaustrag befördert wird.

Eine Regelung einer derartigen Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung erfolgt beispielsweise in Form einer Regelung einer zugeführten Luftmenge - z.B. in Form von so genannter Primär-, Sekundär- und Tertiärluft. Eine einzubringende Luftmenge wird z.B. in Abhängigkeit von einer Leistungsvorgabe, eines Wassergehalts des Brennstoffs und gemessener Reaktionsparameter (z.B. Temperatur über dem Rost, Temperatur am Ende der Ausbrandzone, etc.) gesteuert. Zusätzlich wird mit Hilfe dieser Parameter auch ein Verhältnis der so genannten Primär- 201103621 • · »« Φ* ·♦· luft zu einer so genannten primären Rezirkulationsluftmenge und zu der Menge einer so genannten sekundären Rezirkulati-onsluft geregelt. Unter der so genannten Primärluft wird dabei jene Luftmenge verstanden, welche unmittelbar unter eine Rostzone zugeführt wird. Bei einer Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung (wie z.B. einer Bettvergasungseinrichtung) erfolgt die Zufuhr der Primärluft üblicherweise von unterhalb des Rosts und hat damit wesentlichen Einfluss auf die Verbrennung bzw. Vergasung auf dem Rost und damit auf den Ausbrand. Die so genannte Sekundärluft wird üblicherweise von oberhalb zugeführt und dient z.B. einer so genannten Nachoxidation der am Rost entstandenen Gase. Als Rezirkulationsluftmenge wird z.B. jene Menge an Abgasen bzw. Rauchgasen (z.B. von eingeleiteter Primärluft, etc.) bezeichnet, durch welche mittels Rezirkulation Verbrennungs- bzw. Vergasungsvorgänge weiter optimiert werden können. Die gesamte Luftmenge (z.B. Primärluft, primäre Rezirkulationsluft) für die Regelung der Verbrennung bzw. der Vergasung kann dabei beispielsweise in einer einzigen Zone unter dem Rost abgegeben werden. Es ist aber auch möglich, die Luft (z.B. Primärluft, primäre Rezirkulationsluft) zonenspezifisch einzubringen - z.B. wenn der Rost physisch in Längsrichtung in zumindest zwei Zonen unterteilt ist, können diese Zonen getrennt damit beaufschlagt werden.

Durch eine Regelung der Luftzufuhr sollen beispielsweise gleichmäßige Verbrennungsverhältnisse in der Verbrennungszone bzw. gleichmäßige Vergasungsverhältnisse in der Vergasungszone des Rostes sowie ein vollständiger Ausbrand der Asche (z.B. ein Restkohlenstoffgehalt von unter 1%) erzielt werden. Weiters soll durch die entsprechende Regelung der Luftzufuhr verhindert werden, dass glühende Asche in den Aschenaustrag befördert wird. Um eine Beförderung von glühender Asche in den Aschenaustrag zu verhindern, ist eine laufende Beobachtung und Kontrolle einer Position der Glutkante notwendig. Derzeit erfolgt diese Glutkanten-Kontrolle üblicherweise z.B. manuell. Das heißt, die Position wird durch Bedienpersonal z.B. bei regelmäßigen Rundgängen beobachtet und dann entspre- 201103621 ** *· · ι ·· «··* ···· · » * * · * ·♦ · φ φ ft Φ ft I Μ* · ft · · * ft1 ♦ · * chend dieser Position der Glutkante z.B. die Luftzufuhr entsprechend nachgeregelt. Eine derartige Vorgehensweise ist allerdings sehr aufwendig, arbeitsintensiv und gegebenenfalls ungenau, da das Bedienpersonal die Glutkante genau beobachten muss und dann entsprechende Maßnahmen teilweise manuell eingeleitet werden müssen, wobei danach wieder die Glutkante genau kontrolliert werden muss.

Bei herkömmlicher Rostverbrennung bzw. Rostfeuerung, bei welcher der Brennstoff z.B. über ein Einschubsystem eingebracht und auf dem Rost liegend - üblicherweise ohne Ausbildung einer eindeutigen Glutkante - verbrannt wird, werden beispielsweise Systeme zur Beobachtung des Brennraums eingesetzt. Bei diesen Systemen muss der Brennstoff erst aufgewärmt werden, bevor er etwa in der Mitte des Rostes zündet und zu brennen beginnt. Durch die Verbrennung auf relativ engem Raum entstehen örtlich hohe Temperaturen, dadurch werden allerdings grobe Schlacken am Rost gebildet, welche dann - teilweise im Inneren noch glühend - im Schlackenaustrag in einem Wasserbett gelöscht werden.

Bei derartigen Systemen wird z.B. mit Hilfe einer Wärmekamera (z.B. via Infrarotmessung) ein Temperaturprofil über dem Rost gemessen und aus diesem Temperaturprofil dann entsprechende Regelvorgänge, insbesondere für eine örtliche Luftzufuhr, abgeleitet. Diese Systeme weisen damit aber den Nachteil auf, dass derartige Wärme- bzw. Infrarotkameras relativ teuer sind und ihr Einsatz, insbesondere für eine Bestimmung bzw. Steuerung der Glutkantenposition, sehr aufwendig ist, da eine Glutkantenposition durch entsprechend aufwendige Nachbearbeitung aus dem. Temperaturprofil abgeleitet werden muss.

Weiters können in industriellen Verbrennungseinrichtungen wie z.B. Müllverbrennungsanlagen zur Beobachtung einer Temperaturverteilung bzw. eines Flammenbildes und damit einer Glutkante so genannte Ofenraum- oder Feuerraumkameras eingesetzt werden. Durch diese Feuerraumkameras kann über entsprechende Auswerteeinheiten eine Glutkante bestimmt werden bzw. festge- 201103621 • · ··«· « * · · * ··

• · stellt werden, ob sich die Glutkante innerhalb eines Sollbereichs befindet. Derartige Kameras sind allerdings speziell für die Bedingungen in einer Verbrennungseinrichtung ausgelegte (Infrarot-)Kameras. Allerdings ist ein Einsatz von diesen (Infrarot-)Kameras zur Bestimmung der Glutkantenposition ebenfalls kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtung für Festbrennstoffe anzugeben, bei welchem auf einfache und kostengünstige Weise eine Position einer Glutkante bestimmt und für eine entsprechende Regelung herangezogen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, durch ein Verfahren der eingangs angeführten Art, bei welchem eine Ist-Position einer Glutkante mit zumindest einer optischen Kamera überwacht wird. Bei einer Abweichung der Ist-Position der Glutkante von einer Sollposition wird dann eine geregelte Veränderung der Luftzufuhr, insbesondere einer so genannten Primärluftmenge und/oder einer so genannten primären Rezirkulationsmenge, in eine Brennkammer der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung durchgeführt.

Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass auf einfache Weise eine Ist-Position der Glutkante festgestellt wird. Je nach festgestellter Ist-Position der Glutkante bzw. Abweichung der Glutkante von der Sollposition wird dann eine entsprechende Veränderung der Luftzufuhr durchgeführt. Dabei kann beispielsweise die gesamte Luftzufuhr - d.h. Primär- und primäre Rezirkulationsluft-menge - erhöht oder erniedrigt werden bzw. es kann auch z.B. eine Rücknahme der Primärluftmenge bei Erhöhung der Rezirku-lationsluftmenge oder eine Erhöhung der Primärluftmenge bei Reduktion der Rezirkulationsluftmenge durchgeführt werden, um die Glutkante in Richtung Sollposition zu verschieben. Damit wird auf einfache und kostengünstige Weise ein Ausbrand der 201103621 « β • * *·« ft ···♦

Asche automatisiert, die entsprechend dafür erforderliche Luftmenge (z.B. Primärluft, Rezirkulationsluft) optimiert und ein vollständiger Ausbrand der Asche (z.B. Restkohlenstoffge-halt kleiner 1%) sichergestellt. Zusätzlich wird verhindert, dass glühende Asche in den Aschenaustrag gelangt. Von der Verbrennungseinrichtung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren automatisch auf wechselnde Ausbrandeigenschaften z.B. aufgrund von sich ändernden Brennstoffeigenschaften reagiert. Für Bildaufnahmen zur Bestimmung der Ist-Position der Glutkante kann die optische Kamera beispielsweise in die Brennkammer der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung eingeführt werden. Auf diese Weise wird ein optimaler Blickwinkel erreicht, bei welchem gleichzeitig eine Aufnahme von Flammen, Glutkante und Rost in der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung möglich ist. Damit werden von der optischen Kamera auf einfache Weise aussagekräftige Bilder bzw. Bildaufnahme eines Feuerraums der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung für eine Auswertung bzw. Bestimmung einer Glutkantenposition geliefert. Die Kamera bzw. die Optik für die Aufnahme kann dabei idealer Weise in einem besonders gekühlten Gehäuse untergebracht bzw. mit einer Kühlung versehen sein, um Schäden durch Erwärmung bzw. Hitze zu verhindern.

Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, die Kamera außerhalb der Brennkammer der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung anzubringen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn eine Bildaufnahme der Glutkante durch eines der so genannten Schaulöcher, insbesondere durch das Schauloch in einer so genannten Feuerboxtür, erfolgt. Die optische Kamera wird dabei z.B. auf einem Stativ außerhalb der Brennkammer angebracht. Bei Bildaufnahmen durch ein Schauloch (z.B. in der Feuertür) wird von der Kamera ein Blickwinkel erreicht, bei welchen ebenfalls gleichzeitig eine Aufnahme von Flammen, Glutkante und Rost möglich sind.

Da es bei den Schaulöchern der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung zu Ascheablagerungen kommen kann, von welchen die 201103621 • ι > * * · *

Bildaufnahmen behindert werden können, kann zum Freihalten eines Blickfeldes der optischen Kamera eine Druckluftdüse verwendet werden. Mit Hilfe von Druckluft kann z.B. ein Fenster jenes Schaulochs von Asche gesäubert, durch welches mit der Kamera Bildaufnahmen gemacht und dadurch sehr einfach Sichteinschränkungen z.B. durch Asche behoben werden.

Idealer Weise wird für eine Bildanalyse ein Prozessor eingesetzt, welcher mit der Kamera verbunden ist. Auf diese Weise kann die Kamera sehr einfach z.B. mit Hilfe von entsprechender Software für eine Bildanalyse und damit für eine Bestimmung der Glutkantenposition programmiert werden. Die Verbindung des Prozessors mit der Kamera kann dabei beispielsweise je nach Position der Kamera ausgestaltet sein. Wird die Kamera beispielsweise im Brennraum untergebracht bzw. eingeführt, so kann der Prozessor außerhalb des Brennraums bzw. der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung angebracht sein. Befindet sich die Kamera außerhalb des Brennraums der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung, so kann der Prozessor z.B. in die Kamera integriert werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Analyse der Bildaufnahmen und damit eine Analyse der Ist-Position der Glutkante mittels so genannter Farbauswertung durchgeführt werden. Bei der so genannten Farbauswertung werden kleine Bildausschnitte einer Bildaufnahme analysiert und eine Farbdifferenz zu vorher definierten Referenzfarben ausgegeben. Auf diese Weise kann durch die unterschiedlichen Farbewerte in der Brennkammer von z.B. Flammen, Glutkante, Rost, etc. sehr leicht und relativ genaue eine Position der Glutkante bestimmt werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die Farbauswertung virtuelle Sensoren eingesetzt werden, von welchen je nach festgestellten Ist-Farbwerten zumindest drei Zustände, insbesondere einen Gutzustand, einen Warnzustand und einen Fehlerzustand, angenommen werden, und welche in Reihen angeordnet werden. 5 ♦ ·· 201103621

Die virtuellen Sensoren, welche auch als Softsensoren bezeichnet werden, sind mittels Software realisierte Sensoren. In der Kamera bzw. für die Bildauswertung können die virtuellen Sensoren im Kameraprozessor mit Hilfe von Programmierung sehr einfach realisiert werden. Von virtuellen Sensoren werden Werte gemessen bzw. berechnet, welche aus Messwerten realer Sensoren mit Hilfe eines empirisch erlernten oder physikalischen Modells abgeleitet werden. Virtuelle Sensoren werden idealer Weise bei Anwendungen eingesetzt, bei welchen reale Sensoren entweder zu teuer sind, oder aufgrund von z.B. Umgebungsbedingungen {z.B. Hitze der Verbrennungseinrichtung, Staubbelastung durch Asche, etc.) nicht bestehen können oder zu schnell verschleißen würden. Damit kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Farbauswertung der Bildaufnahmen der Kamera und eine Bestimmung der Glutkantenposition durchgeführt werden.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dabei vor, dass durch die virtuellen Sensoren die Ist-Farbwerte kleiner Bildausschnitte mit vorgegebenen Referenzfarbwerten für diese Bildausschnitte verglichen werden, dass dann bei Überschreiten eines frei definierbaren Grenzwertes durch eine Farbdifferenz zwischen Ist-Farbwert und Referenzfarbwert der entsprechende Sensor in den Fehlerzustand versetzt wird, und dass durch eine Auswertung der einzelnen Sensorzustände eine Ist-Position der Glutkante bestimmt wird. Die Sensorzustände können sehr einfach beispielsweise mit Hilfe eines Prüfprogramms ausgewertet und daraus eine aktuelle Glutkantenposition abgeleitet werden. Insbesondere durch eine Anordnung der virtuellen Sensoren in Reihen können beispielsweise den Sensoren-Reihen Glutkantenpositionen zugeordnet werden, welche dann z.B. durch das Prüfprogramm ausgegeben werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend schematisch in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur 1 erläutert. Figur 1 zeigt 5 201103621 ··«« *·* ·· dabei schematisch einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer beispielhaften Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung für kleinstückige, feste Brennstoffe mit WurfbeSchickung.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine beispielhafte Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB für fest, klein-10 teilige Brennstoffe BS, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Einrichtung VB umfasst zumindest eine Brennkammer BK sowie einen Rost R, auf welchen eine Verbrennung bzw. Vergasung der Brennstoffe BS durchgeführt wird. Die Brennstoffe BS werden für die Verbren-15 nung bzw. Vergasung mit Hilfe einer so genannten Wurfbeschickung WB in die Brennkammer BK eingeschleudert und dadurch auf dem Rost R gleichmäßig verteilt.

Der Rost R, auf welchen sich verbrennende Brennstoffe BS und 20 Asche A befinden, kann in zumindest zwei RostZonen unterteilt werden, welche in Längsrichtung des Rosts R angeordnet sind. Derartigen Rostzonen sind insbesondere eine so genannte Verbrennungs- oder Vergasungszone, von welcher z.B. ca. 4/5 der Rostfläche eingenommen wird, und eine so genannte Aus-25 brandzone, von welcher ca. 1/5 der Rostfläche umfasst wird. Die Verbrennungs- oder Vergasungszone des Rosts R ist durch die großflächige Verbrennung bzw. Vergasung der Brennstoffe BS gekennzeichnet, welche von oben nach unten verbrannt und durch die Wurfbeschickung WB gleichzeitig immer neu aufge-30 streut werden. In der Ausbrandzone werden keine Brennstoffe BS mehr aufgeworfen. Die Ausbrandzone ist daher gekennzeichnet durch eine so genannte Glutkante GK. An dieser Glutkante GK erlischt die Glut, die Temperatur nimmt rasch ab und Farbe der Asche A ändert sich, da dort nur mehr ein so genannter 35 Ausbrand und ein Abkühlen der Asche A erfolgt. Die ausgebrannte Asche A wird dann in einen Aschenaustrag AS befördert . 201103621

Eine Regelung der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB erfolgt in Form der Regelung einer Luftversorgung LVl, LV2 in Abhängigkeit von Eingangsparametern wie z.B. Leistungsvorgabe, BrennstoffWassergehalt, Verbrennungsparametern, etc., wo-5 bei zwischen Primär- PLI, PL2, Sekundär- und gegebenenfalls Tertiärluft unterschieden werden kann, wobei eine Zufuhr der Primärluft PLI, PL2 direkt für die Verbrennung bzw. Vergasung von unterhalb des Rosts R erfolgt. Als Reaktionsparameter können beispielsweise an verschiedenen Temperaturmesspunkten 10 T Temperaturwerte in der Brennkammer BK gemessen werden - wie z.B. in Figur 1 dargestellt oberhalb des Rosts R in der Verbrennungs-/Vergasungszone bzw. in der Ausbrandzone, in einem Abgasaustritt AB, etc. Über die Eingangsparameter wird ebenfalls ein Verhältnis von Primärluft PLI, PL2 zu einer so 15 genannten primären Rezirkulationsluft RLl, RL2 sowie zu einer so genannten sekundären Rezirkulationsluft geregelt.

Bei der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Verbrennungs bzw. Vergasungseinrichtung VB ist der Einfachheit halber nur 20 eine Primärluftversorgung PLI, PL2 bzw. primäre Rezirkulationsluft RLl, RL2 dargestellt, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt werden.

In einer Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB mit 25 Wurfbeschickung WB kann z.B. die gesamte Luftversorgung LVl, LV2 mit Primär- und Rezirkulationsluft in einer einzigen Zone unterhalb des Rosts R aufgegeben werden. In weiterentwickelten Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtungen VB - wie der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Einrichtung VB - werden 30 die zumindest zwei Zonen wie z.B. Verbrennungs-/Vergasungs- zone, Ausbrandzone, etc. getrennt mit Luft beaufschlagt. Über eine erste Luftversorgung LVl bestehend aus einer ersten Primärluft PLI und einer ersten Rezirkulationsluft RLl wird die Verbrennungs- bzw. Vergasungszone mit Luft versorgt. Für die 35 Ausbrandzone wird eine zweite Luftversorgung LV2 mit einer zweiten Primärluft PL2 und einer zweiten Rezirkulationsluft RL2 eingesetzt. Über eine entsprechende Regelung der Luftversorgung LVl, LV2 soll verhindert werden, dass glühende Asche 201103621 ·« «··· ··*·

A in den Aschenaustrag AS gelangt. Das bedeutet, dass eine Position einer Glutkante GK laufend kontrolliert werden muss. Für eine derartige Überwachung ist zumindest eine optische Kamera K vorgesehen. Mit dieser Kamera K werden in einem ersten Verfahrensschritt 1 z.B. durch eines der so genannten Schaulöcher der Verbrennungseinrichtung VB Bildaufnahmen der Brennkammer BK, insbesondere der Glutkante GK, gemacht werden und derart eine aktuelle Position bzw. Ist-Position der Glutkante GK laufend überwacht. Auf diese Weise sind Veränderungen der Ist-Position der Glutkante GK einfach feststellbar. Für die Bildaufnahme kann die Kamera K z.B. auf einem Stativ befestigt oder beispielsweise in die Brennkammer BK eingeführt werden.

Wird die Kamera K beispielsweise außerhalb der Brennkammer BK angebracht, so können Bildaufnahmen durch ein so genanntes Schauloch, insbesondere das Schauloch in der so genannten Feuerboxtür, erfolgen. Dieses Schauloch bietet z.B. einen geeigneten Blickwinkel auf Flammen, Glutkante GK und Rost R, um eine aktuelle Position bzw. Ist-Position der Glutkante GK zu beurteilen. Um durch ein Fenster eines Schauloches Bildaufnahmen durchzuführen, muss das Blickfeld der Kamera K z.B. von Ascheablagerungen, Staubpartikel, etc. freigehalten werden. Dazu wird beispielsweise eine Druckluftdüse eingesetzt. Bei dauerndem Einsatz muss die Kamera K eine Kühlung aufweist, da es durch eine starke Wärmestrahlung der Verbren-nungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB zu einer Erhitzung und damit Schädigung der Kamera K kommen kann.

Alternativ dazu ist es beispielsweise möglich, die Kamera K in den Brennraum BK der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB einzuführen. Die Kamera K wird dazu z.B. durch ein speziell gekühltes Gehäuse oder eine Kühlung geschützt. Durch das Einbringen in die Brennkammer BK bzw. in den Feuerraum wird ein optimaler und ausreichend großer Blickwinkel für eine Aufnahme von Flammen, Glutkante GK und Rost R ermöglicht, 201103621 •L2. welche eine noch bessere Beurteilung einer Glutkantenposition ermöglicht als ein Blickwinkel durch ein Schauloch.

In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird anhand der Bildaufnahmen festgestellt, ob und inwieweit die Ist-Position der Glutkante GK von einer Sollposition abweicht. Dazu kann die Kamera K beispielsweise, wenn sie außerhalb der Brennkammer BK angebracht ist, einen integrierten Prozessor P für eine Analyse von Bildaufnahmen umfassen. Wird die Kamera K in die Brennkammer BK eingeführt, so wird der Prozessor P - wie in Figur 1 beispielhaft dargestellt - getrennt von der Kamera K außerhalb der Brennkammer BK angebracht und ist mit der Kamera K verbunden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Kamera K und/oder der Prozessor P über eine Netzverbindung (z.B. ein Netzkabel) beispielsweise mit einer Auswerte- und/oder Ausgabeeinheit (z.B. eine Personal Computer, etc.) verbunden ist, über welche die Glutkante GK vom Bedienpersonal der Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung VB laufend beobachtet werden kann. Für die Analyse der Bildaufnahmen und damit der Ist-Position der Glutkante GK im zweiten Verfahrensschritt 2 wird eine so genannte Farbauswertung eingesetzt. Dabei werden mit Hilfe von virtuellen Sensoren kleine Bildausschnitte - insbesondere Farbwerte dieser Bildausschnitte - der jeweiligen Bildaufnahme analysiert. Die virtuellen Sensoren sind dabei idealer Weise in Reihen angeordnet, wobei beispielsweise jeder Reihe eine Glutkantenposition zugeordnet werden kann, welche dann ausgegeben bzw. dem Bedienpersonal angezeigt werden kann. Durch definierte Referenzfarbwerte für die jeweiligen Positionen der virtuellen Sensoren kann beispielsweise die Sollposition der Glutkante GK vorgegeben werden.

Ein virtueller Sensor kann beispielsweise drei Zustände annehmen: einen Gutzustand, wenn der analysierter Bildfarbwert einem vorgegebenen Referenzfarbwert entspricht, einen Warnzustand, wenn eine Farbdifferenz zu einem vorher definierten Referenzfarbwert aufgetreten ist, aber z.B. noch innerhalb 201103621 ♦ · ·· ·«·* ·*** * · · » « «Lj « * * « · ♦ * · einer definierbaren Grenze bzw. unterhalb eines frei definierbaren Grenzwerts liegt, und einen Fehlerzustand, wenn die Farbdifferenz zu einer vorher definierten Referenzfarbwert über den frei definierbaren Grenzwert angestiegen ist. Durch eine Auswertung der jeweiligen Sensorzustände (z.B. über ein Prüfprogramm, etc.) kann dann die aktuelle Ist-Position der Glutkante GK bzw. eine Abweichung der Glutkante GK von der Sollposition in der jeweiligen Bildaufnahme ermittelt werden. Durch Analyse von mehreren, hintereinander mit der Kamera K gemachten Bildaufnahmen können dann Veränderungen der Ist-Position der Glutkante GK (z.B. in welche Richtung sich die Glutkante verschiebt, etc.) festgestellt werden.

Zusätzlich müssen von den virtuellen Sensoren auch schwankende Helligkeiten z.B. durch ein kurzzeitiges Aufflammen in der Brennkammer BK berücksichtigt werden, damit von den virtuellen Sensoren nicht fälschlicherweise einen Fehlerzustand ausgegeben wird. Um dies zu verhindern, können beispielsweise für verschiedene Brennstoffe BS (z.B. Holz, Rejekt, Papierfaserstoffe, aufbereiteter Abfall, getrockneter Klärschlamm, Sonder-(öko)-brennstoffen, etc.) verschiedene Toleranzbereichte eingestellt werden. Zusätzlich kann z.B. durch einen Puffer bei einer Ausgabe der ermittelten Glutkantenposition verhindert werden, dass ein Aufflammen das Bildanalyse-Ergebnis verfälscht bzw. eine falsche Ist-Position der Glutkante GK ausgegeben wird. Durch den Puffer werden Werte bzw. Änderungen der Glutkantenposition erst nach einem längeren, definierbaren Zeitraum übernommen. D.h. durch den Puffer wird eine Ist-Position der Glutkante GK z.B. erst dann ausgegeben, wenn ein bestimmter Zustand (z.B. Fehlerzustand, Gutzustand, etc.) bei den jeweiligen, virtuellen Sensoren für einen bestimmten Zeitraum (z.B. einige Minuten) anliegt.

In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird dann in Abhängigkeit von einer Abweichung der Glutkante GK von der Sollposition bzw. aufgrund festgestellter Veränderungen der Ist-Position der Glutkante GK eine geregelte Veränderung einer Luftzufuhr über die Luftversorgung LV1, LV2 in die Brennkam- 201103621 « · • · ··»· ·*·· SA* mer BK durchgeführt. Dabei werden insbesondere Primärluft bzw. Primärluftmenge PLI, PL2 und/oder die primäre Rezirkula-tionsluft(-menge) RL1, R2L, welche von unterhalb des Rosts R zugeführt werden, entsprechend verändert. 5

Wird beispielsweise im zweiten Verfahrensschritt 2 bei der Analyse der Bildaufnahmen festgestellt, dass sich die Glut-kante GK von der Kamera K weg in Richtung Verbrennungs- bzw. Vergasungszone bewegt, so wird z.B. im dritten Verfahrens-10 schritt 3 die Primärluftmenge PLI, PL2 reduziert und die Re-zirkulationsluftmenge RL1, RL2 erhöht. Wird im zweiten Verfahrensschritt 2 allerdings festgestellt, dass sich die Glutkante GK in Richtung Ascheaustrag AS - also auf die Kamera K zu - bewegt, so wird beispielweise im dritten Verfahrens-15 schritt 3 die Primärluftmenge PLI, PL2 erhöht und die Rezir-kulationsluftmenge RL1, RL2 zurückgenommen. Ergibt die Analyse der Bildaufnahmen im zweiten Verfahrensschritt 2 z.B., dass die Glutkante GK stabil bleibt, sich allerdings nicht auf der Sollposition befindet, so kann z.B. im dritten Ver-20 fahrensschritt 3 die Gesamtluftmenge (Primär- und Reduktionsluft) PLI, PL2, RLl, RL2 erniedrigt werden, wenn die Glutkante GK in Richtung Verbrennungs- bzw. Vergasungszone verschoben ist, oder die Gesamtluftmenge (Primär- und Reduktionsluft) PLI, PL2, RLl, RL2 erhöht und zusätzlich eine Vorschub-25 bewegung des Rosts R verlangsamt werden, wenn die Glutkante GK in Richtung Ascheaustrag AS verschoben ist. Nur wenn die Bildaufnahmen ergeben, dass sich die Glutkante GK auf Sollposition befindet, erfolgt kein Eingriff in der Luftversorgung LV1, LV2 der Verbrennungseinrichtung VB. 30

Durch einen entsprechenden Eingriff in der Luftversorgung LVl, LV2 im dritten Verfahrensschritt 3 wird verhindert, dass beispielsweise glühende Asche in den Ascheaustrag AS gelangt und damit eine Temperaturbelastung der Austragseinrichtungen 35 verringert. Zusätzlich wird ein vollständiger Ausbrand der

Asche A sichergestellt und von der Verbrennungseinrichtung VB kann automatisch auf wechselnde Ausbrandeigenschaften z.B. aufgrund sich ändernder Brennstoffeigenschaften reagiert wer- 201103621 ·· ·· ··♦* ··*·

IV ► »·** den. Weiterhin kann durch entsprechende Logik-Änderungen/-Anpassungen der Auswertung der Bildaufnahmen bzw. der jeweiligen Sensorzustande (z.B. über ein Prüfprogramm, etc.) auch eine so genannte Glutzunge erkannt werden, welche beispielsweise in Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtungen VB mit mehr als einem Schleuderrad bei der Wurfbeschickung WB auf-treten kann. 201103621 • « ♦·*· ·*·· • I » * * • I · ♦ · • * » · · »* ·· 16.

Bezugszeichenliste VB Verbrennungs- bzw. Vergasungseinrichtung AB Abgasaustritt 5 BK Brennkammer BS Brennstoffe WB Wurfbeschickung K Kamera (optisch) P Prozessor für Bildanalyse 10 GK Glutkante R Rost A Asche LV1 Luftversorgung der Verbrennungszone PLI Primärluft für die Verbrennungszone 15 RLl primäre Rezirkulationsluft für die Verbrennungszone LV2 Luftversorgung der Ausbrandzone PL2 Primärluft für die Ausbrandzone RL2 primäre Rezirkulationsluft für die Ausbrandzone AS Ascheaustrag T Temperaturmesspunkte 1, 2, 3 Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens 20

Claims

»

201103621 PatentanSprüche 1. Verfahren zur Regelung einer Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtung {VB) für kleinstückige, feste Brennstoffe (BS) mit Wurfbeschickung (WB), wobei die Verbrennungs- und/oder Vergasungseinrichtung (VB) zumindest eine Brennkammer (BK) und einen Rost (R) mit zumindest zwei Rostzonen aufweist, welche in Längsrichtung des Rosts (R) angeordnet sind, und wobei in einer der Rostzonen eine so genannte Glutkante (GK) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Position der Glutkante (GK) mit zumindest einer optischen Kamera (K) überwacht wird (1), und dass bei einer Abweichung der Ist-Position der Glutkante (GK) von einer Sollposition eine geregelte Veränderung einer Luftzufuhr (LVl, LV2), insbesondere einer so genannten Primärluftmenge (PLl, PL2) und/oder einer so genannten primären Rezirkulationsmenge (RLl, RL2), in die Brennkammer (BK) durchgeführt wird (2, 3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Analyse der Bildaufnahmen ein Prozessor (P) eingesetzt wird (2), welcher mit der Kamera (K) verbunden ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Bildaufnahmen und damit eine Analyse der Ist-Position der Glutkante (GK) mittels so genannter Farbauswertung durchgeführt werden (2).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Farbauswertung virtuelle Sensoren eingesetzt werden, von welchen je nach festgestellten Ist-Farbwerten zumindest drei Zustände, insbesondere einen Gutzustand, einen Warnzustand und einen Fehlerzustand, angenommen werden, und welche in Reihen angeordnet werden (2) 201103621 ·« ·· ·· • · · * # • · · » « • 4 · · · • · · · * Φ* ·· ·· »· «9#Φ ···· φ · · Φ * * · ·«· * ia· : 91·· ··♦ *·
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die virtuellen Sensoren die Ist-Farbwerte kleiner Bildausschnitte mit vorgegebenen Referenzfarbwerten für diese Bildausschnitte vergli-5 chen werden, dass dann bei Überschreiten eines frei defi nierbaren Grenzwertes durch eine Farbdifferenz zwischen Ist-Farbwert und Referenzfarbwert der entsprechende Sensor in den Fehlerzustand versetzt wird, und dass durch eine Auswertung der einzelnen Sensorzustände eine Ist-10 Position der Glutkante (GK) bestimmt wird (2).