DD283198A5 - Verfahren und einrichtung zur regelung der verbrennung an industrieoefen mit regenerativer luftvorwaermung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung an Industrieoefen mit regenerativer Luftvorwaermung, insbesondere an Glasschmelzoefen, mit einer Luft/Brennstoff-Verhaeltnisregelung und eine Einrichtung hierzu. Erfindungsgemaesz wird in beiden Regeneratorkammern in an sich bekannter Weise der O2-Gehalt im Abgas gemessen, wechselweise zwei O2-Regelgeraeten in Abhaengigkeit vom Feuerwechsel aufgeschaltet und mit zugeordneten Sollwerten verglichen. Das Ausgangssignal des aktivierten O2-Regelgeraetes wirkt auf die Fuehrungsgroesze des Kreises der Luft/Brennstoff-Verhaeltnisregelung. Der Ausgangswert der O2-Regelgeraete wird beim Feuerwechsel gespeichert. Figur{Verfahren; Einrichtung; Verbrennungsregelung; Industrieofen, insbesondere Glasschmelzofen; Luftvorwaermung, regenerativ; Luft/Brennstoff-Verhaeltnisregelung; Abgas; Sauerstoffgehalt; Feuerwechsel; zwei O2-Regelgeraete; zugeordnete Sollwerte}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichn og

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung an Industrieöfen mit regenerativer Luftvorwärmung, insbesondere an Glasschmelzöfen, wobei eine Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung angewendet wird und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für Verbrennungsprozesse ist es allgemein bekannt, daß nur mit einer nahstöchiometrischen Verbrennung ein maximaler Wirkungsgrad erreichbar ist, daß deshalb die Verbrennungsluft und der Brennstoff ständig in einem optimalen Verhältnis bereitgestellt werden soll. Bei Luftmangel entstehen Verluste durch unvollständige Verbrennung, Luftüberschuß führt durch die Erwärmung der zusätzlichen, nicht zur Verbrennung benötigten Luft zu Verlusten.

Bei großtechnischen Verbrennungsprozessen mit Luftvorwärmung, wie sie beispielsweise in Glasschmelzöfen anzutreffen sind, ist die Einstellung dos theoretisch optimalen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auch mit der üblichen Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung nicht möglich. Gründe dafür sind, daß die Verbrennungsluftmenge im erwärmten Zustand nicht gemessen werden kann und daß die vorder Erwärmung gemessene Luftmenge nicht mit der im Ofenraum für die Verbrennung verfügbaren Luftmenge übereinstimmt, da zwischen Mengenmeßstelle und Ofenraum Verluste in unbekan- ,t κ Höhe bzw. eine nicht meßbare Falschluftzufuhr eintreten.

Zur stöchiometrischen Optimierungsregelung von Verbrennungsprozessen, insbesoi dere bei der Regelung von großtechnüchen Stadtgasverbrennungssvstemen, ist es aus DD-WP 213746 bekannt, die Brenngaszufuhr durch Temperaturführung und durch Aufschaltung der Wobbezahländerung zu regeln. Änderungen des Brennstoffvolumenstromes, der Wobbezahl des Brenngases und/oder des Luftvolumenstromes führen über den Gemischregler zur Korrektur der Luftzufuhr. Da eine unterschiedliche Stadtgaszusammensetzung auch bei nahezu konstanter Wobbezahl den für die Verbrennung nötigen Sauerstoffbedarf stark schwanken läßt, ist eine Messung dss O₂-Gehalts im Abgas vorgesehen. Abweichungen vom Sollwert des O₂-Gehalts wirken korrigierend auf die Regelgröße Luftvolumenstrom ein.

Durch Berücksichtigung der Abhängigkeit des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vom Sauerstoffanteil im Abgas, führt der gesamte Regelkreis zu nahstöchiometrischen Verhältnissen.

Um bei der Verbrennung von Brennstoffen mit erheblich schwankendem Heizwert und der Verwendung der verschiedensten Brennstoffe einen besonders großen Wirkungsgrad zu erzie'en, ist es aus OE-OS 2821367 bekannt, die Verbrennungslust als Leitmedium vorzufahren und Brennstoff bis zum Erreichen (ines Regelungspunktes im Rauchgas zuzuführen. Dieser

Regelungspunkt wird durch einen vorgegebenen O₂-Gehalt im Rauchgas bestimmt, dessen Messung im Brennraum hinter der Flamme erfolgt.

Der Nachteil dieser Verfahren ist es, daß durch sie bei Industrieöfen mit regenerativer Luftvorwärmung eine optimale Verbrennung nicht erreichbar ist. Die Ursachen hierfür sind die bei Regenerativfeuerung nie vollständig auszuschließenden Seitenunterschiede zwischen rechtsseitiger und linksseitiger Beheizung. Diese Seitenunterschiede beziehen sich auf die Flammenlage infolge geringfügig ungleichmäßiger Justierung der Brennstoffdüsen und auf unterschiedliche verfügbare Verbrennungsluftmengen im Ofenraum trotz konstant gehaltener üiftmengenzufuhr ais Folge unterschiedlicher Verluste am Umsteuersystem bzw. unterschiedlicher Falschlufteintritte zwischon Luftmengenmeßstelle und Ofenraum. Die Seitenunterschiede verstärken sich im Verlaufe der Betriebsdauer des Ofens und können mit zunehmendem Ofenverschleiß sehr große Werte erreichen.

Diese Vorfahren erweisen sich als wenig geeignet, da zur Erzielung eines ständig maximalen Wirkungsgrades im Ofenraum fur rechts- und linksseitige Beheizung unterschiedliche Sauerstoffgehalte des Abgases eingestellt werden müssen und da außerdem wegen des unterschiedlichen Verbrennungsluftangebotes im Ofenraum bei rechts- und linksseitiger Beheizung der O₂-Regler nach jedem Feuerwechsel dem Luft/Brennstoff-Verhältnisregler einen anderen Verhältnissollwert vorgeben muß, der über die Dynamik des O₂-Regelkreises nur verzögert eingestellt werden kann. Das optimale Luft/Brennstoff-Verhältnis würde somit nur während eines Teils der beispielsweise halbstündigen Feuerungszeit auf einer Feuerseite eingestellt sein. Das aus DD-WP 204533 bekannte Verfahren zum Einstellen günstiger Luft/Brennstoff-Verhältnisse an Industrieöfen mit Regeneratoren berücksichtigt die Seitenunterschiede bei der Regenerativfeuerung durch getrennte Einstellung des günstigen Luft/Brennstoff-Verhäitnisses auf beiden Feuerseiten durch periodisches schrittweises Verändern dieses Verhältnisses bis zum Auffinden einer signifikanten Änderungsgeschwindigkeit der Reg ineratorkammer- Kopftemperatur und weitere Verfahrensschritte.

Bei diesem Verfahren ist es jedoch von Nachteil, daß das angewandte aufwendige Suchverfahren nur mit relativ komplizierter Prozeßrechentechnik zu bewältigen ist und .daß das Auffinden des charakteristischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf Verbrennungsprozesse mit starker Flammenrichtwirkung, also auf Ölfeuerungtn, beschränkt ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, durch optimale Luft/Brennstoff-Verhältnisse bei der Regelung de"r Verbrennung an Industrieöfen mit regenerativer Luftvorwärmung eine Verminderung des Energieverbrauchs zu erreichen und die Kosten für die Einrichtung zur Regelung der Verbrennung zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das optimale Luft/Brennstoff-Verhältnis der Industrieöfen mit regenerativer Luftvorwärmung, insbesondere der Glasschmolzöfen, sowohl bei rechts- als auch linksseitiger Feuerführung mit geringem Aufwand einzustellen und über den Feuerwechselzyklus aufrechtzuerhalten.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hinsichtlich der benötigten Speicherplatzkapazität und der erforderlichen Rechenzeit zur Durchführung von Verfahrensschritten einfach zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den beiden Regeneratorkammern in an sich bekannter Weise der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen, wechselweise zwei zugeordneten Sauerstoff-Regelgeräten in Abhängigkeit von den Feuerwechselsignalen, die deren Aktivierung bewirken, aufgeschaltet und mit jeder Feuerseite zugeordneten Sollwerten des Sauerstoffgehalts verglichen wird. Das Ausgangssignal des aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes, dessen zugeordnete Meßsonde im Abgasstrom liegt, wirkt auf die Führungsgröße des angelagerten Kreises der Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung im Sinne der Änderung der Regelgröße dieses Kreises zur Angleichung des Sauerstoffgehalts des Abgases an den Sollwerf des aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes. Der Wert des zuletzt vor dem Feuerwechsel erreichten Ausgangssignals des nicht aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes wird über die Feuerungszeit einer Feuerseite bis zur Wiederaktivierung gespeichert. Die Aktivierung des Sauerstoff-Regelgorätcis ist gegenüber dem Feuerwechselsignal bis zum Erreichen einer stabilen Verbrennung nach dem Feuerwechsel verzögert.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch zwei jeweils im Kopf der beiden Regeneratorkammern angeordnete, an sich bekannte Sauerstoff-Meßsonden, die mit je einem Aklivierungsumschalter in den beiden zugeordneten Sauerstoff-Regelgeräten verbunden sind, deren Ausgänge auf einem Umschalter anliegen; weiterhin durch ein die Führungsgröße bildendes Multiplizierglied, auf dessen Eingänge der Ausgangswert des Umschalters und des Verhält..isreglers geschaltet sind und schließlich durch ein von der Feuerwechselsteuerung beeinflußtes Steuerglied, dessen Stouerleitungen an den Aktivierungsumschaltern und am Umschalter angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Verteil, daß die Einstellung optimaler Luft/Brennstoff-Verhältnisse mittels der an sich bekannten, überlagerten Regelung des Sauerstoffgehalts im Abgas an regenerativ beheizten Industrieöfen, speziell regenerativ beheizten Glasschmelzofen, trotz der dabei auftretenden Seitenunterschiede zwischen den beiden Feuerseiten erstmalig ständig ermöglicht wird und die damit verbundenen Effekte, wie Energieeinsparung, Verringerung der Umweltbelastung bzw. Einstellung einer gewünschtun Ofenatmosphäre für derartige großtechnische Verbrennungsprozesse wirksam werden können. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei nicht auf Industrieöfen mit einem Brennerpaar, z. B. U-Flammen-Glasschmelzöfen, beschränkt, sondern kann bei Öfen mit mehreren Brennerpaaren, z.B. Querflammen-Glasschmelzöfen, für jedes Brennerpaar angewendet werden. Ebenso ist eine Temperaturregelung des Systems mit Führung des Brennstoff mengen-Sollwertes von einem Temperaturregler möglich, auf deren Darstellung aus Übersichtsgründen jedoch verzichtet wurde. Der Realisierungsaufwand ist mit der verfügbaren Gerätetechnik auf Mikrorechnerbasis gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise gering.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel einer gasbeheizten U-Flammen-Glasschmalzwanne erläutert.

In der Schmelzwanne 1 entsteht eine U-förmige Flamme 2 dadurch, daß mit der Feuerwechselsttuerung 3 die Umsteuerventile und -klappen für die Gaszufuhr 4, die Verbrennungsluftzufuhr S und die Abgasabführung 6 im dargestellten Beispiel so eingestellt sind, daß die Verbrennungsluft durch die linke Regeneratorkammer 7 strömt, dabei vorgewärmt wird und mit der dem linken Drennerzugeführten Gssmengezur Verbrennung zur Verfügung steht. Das Abgas durchströmt die rechte Regeneratorkammer8 und heizt dabei die Kammergitterung auf, die als Energiespeicher für die Luftvorwärmung der anderen Feuerseite dient. Die Gasmenge wird mittels eines Regelkreises, bestehend aus Gas-Maßblende 9, Gas-Meßumformer 10, Gasm engenregier 11 und Stellventil 12, geregelt. Entsprechend wird die Verbrennungsluftmenge mit einem aus Lufi-rv*dßblende 13, i.uft-Meßumformer 14, Luftmengenregler 15 und Stellklappe 16 bestehenden Regelkreis geregelt. Dir Luft/Gas-Verhältnisregelung wird realisiert, indem der Gasmengenistwert 17 durch den Verhältnisregler 18 bewertet wird und dieser verhältnisbewertete Istwert zunächst unverändert dem Luftmengenregler 16 als Führungsgröße 19 aufgeschaltet wird. Die überlagei te Regelung für den Sauerstoffgehalt im Abgas enthält die beiden Meßsonden 20; 21 zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Oberteil der beiden Regeneratorkammern 7; 8 und die beiden Sauerstoff-Regelgeräte 22; 22'. Diese beinhalten jeweils einen Aktivierungsumschalter 23; 23', einen Meßumformer 24; 24' und einen Regler 25; 25'. An den Reglern 25; 25' werden unabhängige Sollwerte 26; 26' eingestellt. Das Steuerglied 27 ermittelt aus den aus der Feuerwechselsteuerung 3 übernommenen Feuorseitensignalen „Feuer rechts" und „Feuer links" die Ansteuersignale für die Aktivierungsumschalter 23; 23', die die Sauerstoff-Regelgeräte 22; 22' in den aktiven bzw. passiven Zustand schalten sowie das Ansteuersignal für den Umschalter 28, der das Ausgangssignal des jeweils aktiven Reglerkanals auf die unterlagerte Luft/Gas-Verhältnisregelung schaltet. Das mit dem Steuerglied 27 realisierte Zeitregime gewährleistet dabei, daß während der Dauer des Umsteuervorganges von einer Feuerseite zur anderen beide Sauerstoff-Regelgeräte 22; 22' passiv sind und daß die Einschaltung des aktiven Zustandes für ein /tegelgerät gegenüber dem Zeitpunkt des Feuerbeginns auf der betreffenden Seite verzögert erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß bis zum Einstellen stabiler Strömungsverhältnisse in der Schmelzwanne 1 und in den Regeneratorkammern 7; 8 bzw. durch Verzögerungszeiten oder Totzeiten in den Sauerstoff-Meßstrecken keine Verfälschungen des Regelergebnisses entstehen. Das Steuersignal für den Umschalter 28 wird zweckmäßig unverzögert vom betreffenden Feuerseitensignal abf ileitet. Die Beeinflussung des Luft/Gas-Verhältnisses wird mit dem Multiplikationsglied 29 vorgenommen, indem der verhältnisbewertete Gasmengenistwert 17 mit dem Ausgangswert 30 der Sauerstoffregelung als Korrekturwert multipliziert wird und die so ermittelte Führungsgröße 19 dem Luftmengenregler 15 zugeführt wird.

Dargestellt ist der Zustand „Feuer links".

Das Abgas durchströmt die rechte Regeneratorkammor 8 und der dort mit der rechten Meßsonde 21 gemessene Sauerstoffgehalt wird als Regelgröße für das aktiv geschaltete Sauerstoff-Regelgerät 22 wirksam. Die Ausgangsgröße des Sauerstoff-Regelgerätes 22 wird über den Umschalter 28 auf das Multiplikationsglied 29 geschaltet und wirkt damit als Korrekturfaktor für die Führungsgröße 19 des Luftmengenreglers 15.

Nach Umschaltung der Anlage auf „Feuer rechts" liefert die linke Meßsonde 20 der nun vom Abgas durchströmten linken Regeneratorkammer 7 die Regelgröße für das jetzt aktiv geschaltete Sauerstoff-Regelgerät 22', deren Ausgangsgröße dann über den betätigten Umschalter 28 auf das Multipükationsglied 29 in der Luft/Gas-Verhältnisregelung wirkt. Das auf dieser Feuerseite passiv geschaltete Sauerstoff-Regelgerät 22 speichert an seinem Ausgang den in der aktiven Phase zuletzt vorhandenen Wert. Damit stellen sich aufgrund unterschiedlichen Verbrennungsluftangebotes auf beiden Feuerseiten an den Ausgängen der Sauerstoff-Regelgeräte 22; 22' unterschiedliche statische Niveaus ein. Mit jeder aktiven Phase beginnt der Regelvorgang von diesem statistischen Niveau aus ohne durch Reglerdynamik bedingte Zeitverzögerungen, so daß Seitenunterschiede im Verbrennungsluftangebot die optimale Einstellung des Gas/Luft-Verhältnisses nicht beeinträchtigen. Durch unterschiedliche Vorgabe der Sollwert 26; 26' für die beiden Sauorstoff-Regelgeräte 22; 22' v/erden außerdem unterschiedliche Strömungsausbildungen des Abgasstromes auf beiden Feuerseiten in der Umgebung der Meßsonden 20; 21 in ihrer Auswirkung auf die optimale Verbrennungseinstellung unwirksam gemacht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung der Verbrennung an Industr'döfen mit regenerativer Luftvorwärmung, insbesondere an Glasschmelzofen, mit einer Luft/Brennstoff-Verhältnisregelung, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der beiden Regenerate), kammern in an sich bekannter Weise der Sauerstoffgehalt des Abgases gernessen, wechselweise zwei zugeordneten Sauerstoff-Regelgeräten in Abhängigkeit von den die Sauerstoff-Regelgeräte aktivierenden Feuerwechselsignalen aufgeschaltet und mit jeder Feuerseite zugeordneten Sollwerten des Sauerstoffgehalts verglichen wird, daß das Ausgangssignal des aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes, dessen Meßsonde im Abgasstrom liegt, auf die Führungsgröße des angelagerten Kreises der Luft/Brennstoff-Verhältnisrsgelung im Sinne der Änderung der Regelgröße dieses Kreises zur Angleichung des Sauerstoffgehalts des Abgases an den Sollwert des aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes wirkt und daß der Wert des vor dem Feuerwechsel erreichten Ausgangssignals des nicht aktivierten Sauerstoff-Regelgerätes über die Feuerungszeit einer Feuerseite bis zur Wiederaktivierurig gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Sauerstoff-Regelgerätes gegenüber dem Feuerwechselsignal bis zum Erreichen einer stabilen Verbrennung nach dem Feuerwechsel verzögert ist.

3. Einrichtung zur Regelung der Verbrennung an Industrieöfen mit regenerativer Luftvorwärmung, gekennzeichnet durch zwei jeweils im Kopf der Regeneratorkammern (7; 8) angeordnete, an sich bekannte Sauerstoff-Meßsonden (20; 21), die mit je einem Aktivierungsumschalter (23; 23') in den beiden zugeordneten Sauerstoff-Regelgeräten (22; 22') verbunden sind, deren Ausgänge auf einem Umschalter (28) anliegen, durch ein die Führungsgröße (19) bildendes Multiplizierglied (29), auf dessen Eingänge der Ausgangswert (30) eines Umschalters (23) und eines Verhältnisreglers (18) geschaltet sind und durch ein von einer Feuerwechselsteuerung (3) beeinflußtes Steuerglied (27), dessen Steuerleitungen an Aktivierungsumschaltern (23; 23') und an einem Umschalter (28) angeschlossen sind.