DE10031058A1 - Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen - Google Patents
Verfahren zur Prozessregelung von HochtemperaturschmelzanlagenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen durch optische Erfassung von ausgewählten Temperaturfeldern im Ofenraum, Vergleich der Messdaten mit Sollwerten in gleichartig definierten Rastersystemen sowie Sofortauswertung und Umwandlung der Daten in Regelsignale mit Hilfe eines rechnergestützten Auswertesystems. Eingebunden in das Prozessleitsystem der Schmelzanlage erfolgt die Online-Regelung der Prozesstemperatur.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Prozessregelung von
Hochtemperaturschmelzanlagen durch optische Erfassung von Temperatur
feldern im Ofenraum. Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich dazu
eines Systems aus optischer Hochleistungssonde mit thermografischer Bild
auswertung zur Visualisierung von Temperaturfeldverteilungen in Verbren
nungsräumen und Umformung der aufgenommenen Bildinformationen in ein
Regelsignal. Die Erfindung findet vorzugsweise in Schmelzöfen der
Glasindustrie Anwendung. In Verbindung mit einem Prozessregelsystem ist
diese Temperaturvergleichsmessung ein sofort nutzbarer Sollwert für eine
optimierte Verbrennungsregelung im Ofenraum.
Mit der DE 42 31 777 ist die Lösung eines Verfahrens zur spektralen Analyse
von technischen Flammen durch optische Emissionsmessung nebst
Anordnung hierzu bekannt. Bei diesem Verfahren wird die spektrale Analyse
technischer Flammen und ihrer Abgase realisiert. Dabei werden die
Flammen durch die gleichzeitige und voneinander unabhängige optische
Emissions-, beziehungsweise Absorptionsmessung zumindest zweier Gas
komponenten einer Flamme vermessen. Mit dieser Methode ist die spektrale
Emissionsanalyse zur Feststellung von Schadstoffkonzentrationen zur Ver
brennungsoptimierung möglich.
Diesem Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, dss eine visuelle Erfassung
von Temperaturfeldern im Sinne des beschriebenen Verfahrens und die
direkte Einbindung der Messergebnisse in das Prozessregelsystem von
Hochtemperaturanlagen nicht möglich ist.
Ferner ist mit der Schrift B 09.06.93 eine weitere Lösung bekannt, bei der
ein spektraler pyroelektrischer Infrarotsensor zur besseren Erfassung von
Daten über die laufende Zusammensetzung der Abgase während der Fahrt
eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird und Anwendung findet.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, dass sich dieses lediglich
auf Verbrennungsmotoren anwenden lässt. Es werden lösungsgemäß keine
Temperaturfelder visualisiert, weshalb auch keine Anwendung in Hochtem
peraturanlagen erfolgen kann.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur verbesserten
Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen durch optische
Erfassung von Temperaturfeldern im Ofenraum unter Verwendung eines
Systems aus optischer Hochleistungssonde mit thermografischer
Bildauswertung und Umformung der aufgenommenen Bildinformationen in
ein Regelsignal zu schaffen, mit dem keine Punktmessung, sondern ein
definiertes Temperaturfeld für die Prozessführung möglich ist. Wird eine
derartige totzeitlose stabile Temperaturvergleichsmessung dem Temperatur-
Sollwert als Führungsgröße übergeordnet, ist es möglich, lange bevor die
Wirkung aller Einflussgrößen der Temperaturveränderungen am
Führungsthermoelement erfasst wird, Veränderungen in bestimmten Zonen
sofort zu erkennen und auszugleichen.
Schmelzleistungsänderungen, Rohstoffeinflüsse, regenerative Feuerwech
selphasen und ähnliche instationäre Temperaturzustände im Ofenraum von
Hochtemperatur-Schmelzanlagen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren auf ein verbessertes Betriebsverhalten optimieren. Energie
einsparungen, Emissionsminderungen, Leistungssteigerungen und Qualitäts
sicherung des Endproduktes sind weitere Aufgabenstellungen dieser Online-
Prozessregelung.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 aufgezeigten technischen Merkmale.
Beim Wesen der Erfindung wird lösungsgemäß davon ausgegangen, dass
die Prozessregelung von fossilbeheizten Hochtemperaturanlagen
insbesondere der Glasindustrie nach der Schmelztemperatur erfolgt, die als
Punktmessung mit Thermoelementen vorzugsweise im Bereich des
Gewölbescheitels gemessen wird. Die Interpretation der
Temperaturverteilung im Ofenraum und damit die Prozessregelung erfolgt
ausschließlich über eine dieser Meßstellen. Eine Auswertung der
Temperaturfelder des Ofenraumes für Gewölbe-, Seiten- und Stirnwände,
Schmelzbad beziehungsweise Gemengeoberfläche und Flammen ist nicht
möglich. Daraus resultiert, daß auf bereits vollzogene, möglicherweise
unerwünschte schmelztechnologische Veränderungen lediglich mit zum Teil
erheblicher zeitlicher Verzögerung reagiert werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Online-Regelung werden deshalb
Temperaturfeldverteilungen im Ofenraum erfasst, die über ein Rastersystem
in Form einer Temperaturfeldmatrix für einzelne Zonen im Ofenraum
ausgewertet werden. Die Ofenzonen werden dafür mit Sollwerten in einer
gleichartig definierten Matrix belegt. Der Soll/Ist-Vergleich der
Matrixpositionen ermöglicht über die Einbindung von eigens dafür
eingesetzter Software eine Sofortauswertung mit Trendprognose über den
jeweiligen Zustand der Temperaturverteilung im Ofenraum. Die Messung der
Temperaturfelder wird mit einem optischen Sondensystem realisiert, welches
die Temperaturverteilungen im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich unter
Berücksichtigung der jeweiligen Emissionsverhältnisse erfasst. Dieses
System umfasst eine wasser-/luftgekühlte optische Ofenraumsonde zur
messtechnischen Visualisierung der Temperaturfelder an den Ofenwänden
des Schmelzbades sowie ein rechnergestütztes Erfassungs- und
Auswertungssystem, das eingebunden in die Systemsteuerung des
Ofenaggregates durch ein Regelsignal die Prozesstemperatur online regelt.
Die vorhandenen Regelkreise für die Temperaturerfassung als
Punktmessung und Regelgrößen der Verbrennung bleiben stand-by
unverändert erhalten und übernehmen als Sicherheitsregelung ihre
ursprüngliche Funktion bei Grenzüberschreitungen beziehungsweise Ausfall
der Online-Regelung.
Als Nebeneffekt werden mit dem optischen System der bautechnische
Zustand und etwaige Veränderungen der gesamten Anlage, aber auch von
einzelnen Ofenbauteilen erfaßt. Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, die
Brennereinstellung durch die meßtechnische Erfassung von Lage und
Ausbildungsform der Flamme im Ofenraum wunschgemäß zu optimieren.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 Blockschaltbild als Wirkschema
In einer fossilbeheizten U-Flammenwanne für Behälterglas 1 erfolgt die
Prozessführung über die Temperaturmessung eines im Bereich des
Gewölbescheitels in der Läuterzone eingebrachten Thermoelementes 4.
Über das Prozessregelsytem 7 wird mit diesem Messwert die
Oberofentemperatur und damit die Brennstoffzufuhr an die Brenner 2 und
letztlich die Schmelzleistung geregelt. In das bestehende System wird die
optische Ofenraumsonde 5 mit einem Rohrdurchmesser von 32 mm über
eine Bohrung im Bereich des Gewölbescheitels beziehungsweise der
Seitenwand in den Oberofen eingeführt, ausgerichtet und fixiert. In das
Prozeßregelsystem der Schmelzanlage 7 wird die Steckkarte der Online-
Regelung 6 eingesetzt. Die wasser- und luftgekühlte optische
Ofenraumsonde 5; 8 wird so ausgerichtet, dass sie die Temperaturfelder
von definierten Bereichen im Ofenraum sowie als Kontrollaufnahme das der
Flamme 3 erfasst. Die ausgewählten Bereiche sind mit Sollwerten in
gleichartig definierten
theoretischen Matrizen belegt. Als Soll/Ist-Vergleich der Matrixpositionen
erfolgt im Online-Regelsystem 6 eine Sofortauswertung mit Trendprognose
des gegenwärtigen Zustandes der Temperaturverteilung im Ofenraum.
Durch die Einbindung in das Prozessregelsystem der Schmelzanlage 7
übernimmt das Online-Regelsystem 5, 6 die Aufgabe der
Temperaturmessung des Thermoelementes 4. Damit. wird die
Prozessführung als Temperatur-Online-Regelung realisiert. Veränderungen
in bestimmten Zonen werden erkannt und korrigiert, noch bevor das
Thermoelement 4 im Ofengewölbe die Temperaturänderung als Wirkung
aller Einflussfaktoren wahrnehmen kann. Prinzipiell hat beim Vergleich des
Verhaltens der bisherigen Thermoelement-Regelung mit der neuen Online-
Regelung letztere eine deutlich geringere Regelamplitude für die Ofenraum-
Temperaturen aufzuweisen.
Die vorhandene, herkömmliche Ofenregelung bleibt erhalten und übernimmt
ihre ursprüngliche Funktion bei Grenzwertüberschreitungen, beziehungs
weise bei Ausfall der Online-Regelung.
1
Feuerraum einer U-Flammenwanne
2
Brenner
3
Flamme
4
Thermoelement
5
Optische Ofenraumsonde
6
Steckkarte der Online-Regelung
7
Prozeßregelsystem
8
Kühlsystem für optische Ofenraumsonde
Claims (6)
1. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen
durch optische Erfassung der Temperaturfelder im Ofenraum dadurch
gekennzeichnet, dass definierte Temperaturfeldverteilungen im
Ofenraum erfasst, über ein Rastersystem und Temperaturfeldmatrix im
Ofenraum dargestellt werden, wozu ausgewählte Ofenzonen mit
vorgegebenen Sollwerten gleichartig definierter Matrizen belegt werden
und durch Soll/Ist-Vergleich der Matrixpositionen das
Prozessregelsystem der Anlage eine Sofortauswertung mit
Trendprognosen über den Zustand der Temperaturverteilung im
Ofenraum realisiert, was mittels einer optischen Ofenraumsonde (5)
erfolgt, und über ein Erfassungs- sowie Auswertesystem, bestehend aus
einer Steckkarte (6) eingebunden in die Systemsteuerung der
Hochtemperatur Schmelzanlage den Prozess online regelt.
2. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen
nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
Temperaturfeldverteilungen im Feuerraum (1) durch eine optische
Ofenraumsonde (5) als Temperaturfeldmatrizen optisch erfasst werden.
3. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen
nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen
Temperaturfeldmatrizen in einem Erfassungs- und Auswertesystem,
bestehend aus einer Steckkarte (6) der Online-Regelung
mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden.
4. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen nach
Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungs- und
Auswertesystem in das Prozessregelsystem (7) der Hochtemperatur
schmelzanlage eingebunden wird und die Prozessführung dadurch online
geregelt wird.
5. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen
nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei
Systemausfall der Online-Regelung oder aber Überschreitung eines
definierten Grenzwertes die herkömmliche Thermoelement-
Ofenregelung automatisch für diesen Zeitraum die Regelung wieder
übernimmt.
6. Verfahren zur Prozessregelung von Hochtemperaturschmelzanlagen
nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass für die
Platzierung der optischen Ofenraumsonde (5) eine Bohrung von
vorzugsweise 35 mm gewählt wird.
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- 2000-06-26 DE DE10031058A patent/DE10031058B4/de not_active Expired - Fee Related
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