DE102006050078A1 - Systeme und Methoden zur Steuerung eines Multibrennstoffdampferzeugungssystem - Google Patents

Systeme und Methoden zur Steuerung eines Multibrennstoffdampferzeugungssystem Download PDF

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John Duncan Jr. Honey Brook Rennie
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Abstract

Systeme, Verfahren und Herstellungsgegenstände zur Steuerung eines Multibrennstoff-Dampferzeugungssystems werden offenbart. Ein beispielhaftes Verfahren erhält eine Vielzahl von Eingangswerten in Zusammenhang mit der Dampferzeugung und verwendet eine modellprädiktive Steuerung, um einen ersten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs und einen zweiten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge zu bestimmen. Brennstoffzufuhrraten des ersten und des zweiten Brennstoffs werden anschließend auf der Grundlage der ersten und zweiten Bahnführungswerte gesteuert.

Description

  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Diese Erfindung betrifft generell Prozesssteuersysteme und insbesondere Prozesssteuersysteme und -verfahren zur Steuerung eines Multibrennstoff-Dampferzeugungssystems.
  • HINTERGRUND
  • Prozesssysteme wie die bei der Papierproduktion oder in anderen Herstellungsprozessen eingesetzten Systeme verwenden häufig Dampferzeugungsprozesse zur Erzeugung von Dampf für die Energieversorgung von Subsystemen und für die Stromerzeugung vor Ort. Zur Erzeugung von Dampf ist ein Dampferzeugungs-Prozesssystem mit einer Energiequelle wie z. B. einem Brennmaterial bereitgestellt. Einzelbrennstoff-Dampferzeugungssysteme werden normalerweise unter Verwendung von raffiniertem Öl oder Erdgas betrieben. Zur Reduzierung der Kosten in Zusammenhang mit Brennstoff haben Unternehmen mit mehreren Brennstoffen betriebene Dampferzeugungssysteme implementiert. Ein Dampferzeugungssystem mit mehreren Brennstoffen (d. h. mit Multibrennstoff) stellt eine kosteneffiziente Dampferzeugung durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (z. B. Gas, Öl, hohle usw.) zusätzlich zu alternativen kostengünstigeren Brennstoffen bereit, wie z. B. Abfallholz und zerkleinerten Reifen. Durch die ausgewo gene Verteilung der Brennstoffanteile, der Zufuhranteile, des Durchsatzes usw. von fossilem Brennstoff und kostengünstigerem Brennstoff kann ein Multibrennstoff-Dampferzeugungssystem durch stärkere Fokussierung auf den kostengünstigeren Brennstoff, wann immer dies möglich ist, unter Beibehaltung der erforderlichen Dampfausgabe mit relativ geringeren Kosten betrieben werden als bei dem kostspieligeren fossilen Brennstoff.
  • Die Erhaltung eines ausgewogenen Verhältnisses der Brennstoffe in einem Multibrennstoff-Dampferzeugungssystem stellt wegen der Änderungen des Energiegehalts, der Konzentrationen oder der mit jedem Brennstofftyp verbundenen Ausgabe eine Herausforderung dar. Während beispielsweise raffinierte fossile Brennstoffe normalerweise einen konstanten Energiegehalt pro Volumen bereitstellen (z. B. eine Energiemenge pro Volumen, die z. B. in Joule oder in British Thermal Units (BTU) gemessen wird), ändert sich die Energiemenge pro Volumen bei kostengünstigeren Brennstoffen wie Abfallholz oder zerkleinerten Reifen (oder anderem Abfallmaterial) mit jeder Charge und einzelnen Chargen bei der Zufuhr oder Einspeisung von alternativem kostengünstigeren Brennstoff in das Dampferzeugungssystem.
  • Die Dampfausgabe kann inkompatibel werden oder den gewünschten oder erforderlichen Betriebsbereich verlassen, wenn sich der Energiegehalt pro Volumen innerhalb einer Charge oder zwischen Chargen von alternativen Brennstoffen ändert. Beispielsweise können Einstellungen (z. B. Brennstoffanteile) eines Dampferzeugungssystems gemäß eines bestimmten Energiegehalts eines zuvor eingespeisten alternativen Brennstoffs (z. B. einer vorherigen Abfallholzcharge) vorgegeben werden, wenn eine spätere Zufuhr von alternativem Brennstoff mit einem unterschiedlichen Energiegehalt eingespeist wird. Wenn in diesem Fall der geänderte Energiegehalt pro Volumen im alternativen Brennstoff abnimmt, nimmt die Menge des erzeugten Dampfes ab und erfordert somit eine Erhöhung des raffinierten fossilen Brennstoffs, der zum Ausgleich des verringerten Energiegehalts im alternativen Brennstoff benötigt wird.
  • Zur Kompensation für die veränderlichen Stufen des Energiegehalts pro Volumen bei alternativen kostengünstigeren Brennstoffen erfordern einige traditionelle Dampf erzeugungssysteme einen ausgebildeten Bediener, um verschiedene Aspekte des Dampferzeugungsprozesses zu überwachen, um sicherzustellen, dass eine ausgewogene Verteilung zwischen der Menge des zugeführten raffinierten fossilen Brennstoffs und der Menge des zugeführten alternativen Brennstoffs beibehalten wird, um die Dampferzeugung in einem akzeptablen Betriebsbereich zu halten. Diese traditionellen Systeme erfordern, dass ein Bediener konstant Messeinrichtungen und Alarmmeldungen beobachtet und als Reaktion auf nicht kompatible Messablesungen oder auf Alarmmeldungen, die eine unsachgemäße Verteilung zwischen der Zufuhr fossiler Brennstoffe und der Zufuhr alternativer Brennstoffe angeben, Einstellungen der Brennstoffzufuhrverhältnisse vornimmt. Traditionelle Dampferzeugungssysteme, die manuell von einem ausgebildeten Bediener gesteuert werden, sind wegen des eingeschränkten Wissens oder der begrenzten Ausbildung der Bediener, der Reaktionszeiten der Bediener und der Interpretation der Messeinrichtungen und der Alarmmeldungen durch die Bediener oft ineffizient. Ferner sind die Wirkungsgrade und der Brennstoffverbrauch dieser traditionellen Systeme normalerweise nicht deterministisch, da die Reaktionen der Bediener im Zeitverlauf und unter unterschiedlichen Bedienern abweichen können.
  • Zur Automatisierung der Prozedur der Erhaltung einer ausgewogenen Verteilung (z. B. von Brennstoffanteilen) zwischen fossilen Brennstoffen und alternativen Brennstoffen verwenden andere traditionelle Dampferzeugungssysteme eine oder mehrere Proportional-Integral-Differential-(PID)-Steuerungen, die die Dampferzeugungsmengen überwachen, um die Dampfausgabe dynamisch zu bestimmen und die Vorgabe der Brennstoffanteile automatisch einzustellen. Diese traditionellen Systeme verwenden zur Anpassung der Brennstoffanteile jedoch Messungen des aktuellen Betriebs in reaktiver bzw. verzögerter Weise, sodass sich Effizienzverluste ergeben zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung, dass die Ausgabe der Dampferzeugung nicht vorgabegerecht ist (z. B. außerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs), und dem Zeitpunkt, zu dem die PID-Steuerung die Brennstoffanteile zur Korrektur der nicht vorgabegerechten Ausgabe erzeugten Dampfs anpasst.
  • Die Effizienzverluste in Zusammenhang mit bereits bekannten manuell gesteuerten und PID-gesteuerten Dampferzeugungssystemen können zu höheren Betriebskosten führen, da übermäßige Mengen von relativ kostspieligeren fossilen Brennstoffen verwen det werden. Diese bereits bekannten Systeme können auch zu geringeren Produkterträgen bei der Herstellung führen (z. B. Papierherstellungserträgen), wenn die Ausgaben der Dampferzeugung wegen unsachgemäßer Brennstoffanteile unter Mindestschwellwerte fallen.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Beispielhafte Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Multibrennstoff-Dampferzeugungssystems werden offenbart. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst den Erhalt einer Vielzahl von Eingabewerten in Zusammenhang mit der Erzeugung von Dampf und die Verwendung einer modellprädiktiven Steuerung zur Bestimmung eines ersten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge ersten Brennstoffs und eines zweiten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge. Brennstoffzufuhrraten der ersten und zweiten Brennstoffe werden auf der Grundlage der ersten und zweiten Werte gesteuert.
  • Gemäß einem anderen Beispiel umfasst ein beispielhaftes System eine modellprädiktive Steuerung zur Bestimmung eines ersten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs und eines zweiten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge. Das beispielhafte System umfasst auch erste und zweite Brennstoffzufuhrsteuerungen zur Steuerung der Brennstoffzufuhrraten der ersten und zweiten Brennstoffe auf der Grundlage der ersten und zweiten Werte.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst ein beispielhaftes maschinell zugängliches Medium darauf gespeicherte Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass eine Maschine einen ersten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs und einen zweiten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge bestimmt. Zusätzlich bewirken die Anweisungen, dass die Maschine die Brennstoffzufuhrraten der ersten und zweiten Brennstoffe auf der Grundlage der ersten und zweiten Werte steuert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 gibt ein beispielhaftes Multibrennstoff-Dampferzeugungssystem wieder.
  • 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm des in 1 wiedergegebenen beispielhaften Steuerungssystems, das zur Implementierung der hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren verwendet werden kann.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren wiedergibt, das zur Steuerung des in 1 dargestellten beispielhaften Dampferzeugungssystems verwendet werden kann.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung eines beispielhaften Verfahrens, das zur Bestimmung vorausgesagter Ausgabewerte der Bahnführungseinstellung bzw. Trajektorieneinstellungen im Zusammenhang mit den Brennstoffzufuhrraten zu einem Kesselofen verwendet werden kann.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das zur Bestimmung der Energiekompensationswerte als Reaktion auf veränderlichen Brennstoffenergiegehalt in Zusammenhang mit der Einstellung von Brennstoffzufuhrraten in dem in 1 wiedergegebenen beispielhaften Dampferzeugungssystem verwendet werden kann.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das zur Bestimmung erforderlicher Brennstoffmengen für den Betrieb des in 1 dargestellten Dampferzeugungssystems im Rahmen der vorgegebenen Betriebsbedingungen verwendet werden kann.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das zur Bestimmung und Steuerung der erforderlichen Luftströmungen des in 1 wiedergegebenen beispielhaften Dampferzeugungssystems verwendet werden kann.
  • 8 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessorsystems, das zur Implementierung der hier beschriebenen beispielhaften Systeme, Verfahren und Herstellungsgegenstände verwendet werden kann.
    •
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Obwohl im Folgenden beispielhafte Systeme offenbart werden, die neben anderen Komponenten auf Hardware ausgeführte Software und/oder Firmware umfassen, ist festzuhalten, dass derartige Systeme rein veranschaulichenden Charakter haben und nicht einschränkend ausgelegt werden dürfen. Beispielsweise wird berücksichtigt, dass beliebige einzelne oder auch sämtliche dieser Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausschließlich als Hardware, ausschließlich als Software oder als beliebige Kombination von Hardware und Software ausgeführt sein können. Dementsprechend ist es für Fachleute auf diesem Gebiet sofort ersichtlich, dass, obwohl im Folgenden beispielhafte Systeme beschrieben sind, die bereitgestellten Beispiele nicht die einzige Art der Implementierung derartiger Systeme sind.
  • Im Gegensatz zu einigen bereits bekannten Multibrennstoff-Dampferzeugungssystemen, die Proportional-Integral-Differential-(PID)-Steuerungen zur automatischen Steuerung der Brennstoffanteile verwenden, die eingesetzt werden, um unterschiedliche Brennstoffe unter Verwendung von reaktionsorientierten Verfahren in Dampfkessel einzuführen oder einzuspeisen, können die hier beschriebenen beispielhaften Systeme, Verfahren und Herstellungsgegenstände zur automatischen Steuerung von Brennstoffanteilen unter Verwendung von prädiktiven Analysen und Steuerungen eingesetzt werden. Bei einigen bereits bekannten Multibrennstoff-Dampferzeugungssystemen analysieren automatische Prozesssteuerungen die Messung der aktuellen Betriebsbedingungen, und sie reagieren auf diese Betriebsbedingungen, wobei sie beispielsweise die Brennstoffanteile nur dann anpassen, wenn die Betriebsbedingungen sich an eine vorgabegerechte Betriebsbedingung angenähert oder diese überschritten haben. Bereits bekannte Systeme verwenden üblicherweise PID-Regelkreise, die nur auf einen vorliegenden bzw. aktuellen Betriebszustand reagieren können. Demzufolge geraten diese bereits bekannten Systeme häufig in nicht vorgabegerechte Betriebszustände, bevor eine automatische Korrekturanpassung erfolgt bzw. wirksam wird. Somit arbeiten bereits bekannte Dampferzeugungssysteme oft ineffizient wegen der Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das System beginnt, in einem nicht vorgabegerechten Zustand zu arbeiten, und dem Zeitpunkt, zu dem eine Prozesssteuerung den Zustand erkennt und durch die Vornahme von Korrekturanpassungen reagiert.
  • Im Gegensatz zu den vorstehend erwähnten bereits bekannten Systemen verwenden die hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren prädiktive Techniken zur Bestimmung der Weise, in der ein Dampferzeugungssystem gesteuert werden sollte, um Ereignisse zu reduzieren oder zu verhindern, bei denen (bzw. während derer Zeitdauer) das Dampferzeugungssystem außerhalb bestimmter Betriebsschwellen oder – bereiche arbeitet, sodass die Effizienz des Dampferzeugungssystems erhöht wird. Eine beispielhafte Implementierung verwendet eine modellprädiktive Steuerung und Fuzzy Logic, um verschiedene Messdaten zu überwachen und zu verarbeiten (z. B. Energiegehalt von Brennstoff(en), Brennstoffzufuhranteil(e), Dampfströmung, Dampfdruck, Brennstoffkosten usw.), die mit dem Dampferzeugungssystem in Zusammenhang stehen, um zukunftsorientierte bzw. prädiktive Steuerungsparameter zu bestimmen, die zur Konfiguration des Dampferzeugungssystems verwendet werden sollten, um den effizienten und vorgabegerechten Betrieb aufrechtzuerhalten.
  • Bei einigen beispielhaften Implementierungen umfasst der effiziente Betrieb die Aufrechterhaltung einer gewünschten Dampferzeugungsausgabe durch stärkere Fokussierung auf alternative kostengünstigere Brennstoffe (z. B. Abfallholz, zerkleinerte Reifen usw.) statt auf relativ kostspieligere fossile Brennstoffe (z. B. Kohle, Gas, Öl). Multibrennstoff-Dampferzeugungssysteme können ineffizient werden, wenn ein Verhältnis von fossilem Brennstoff zu alternativem Brennstoff größer als notwendig ist. Der vorgabegerechte Betrieb umfasst normalerweise die Ausgabe einer Dampfmenge, die innerhalb eines gewünschten oder eines erforderlichen Betriebsbereichs liegt (z. B. eine ausgegebene Dampfmenge, die für den Betrieb anderer Herstellungssubsysteme oder zur Erzeugung einer gewünschten Elektrizitätsmenge über dampfbetriebene Turbinen erforderlich ist), sodass andere Subsysteme einer Herstellungsstätte die zum Betrieb oder zum effizienten Betrieb erforderliche Dampfenergie (oder elektrische Energie) erhalten können.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, verwenden die beispielhaften Systeme und Verfahren modellprädiktive Steuerungen und Fuzzy Logic in Multibrennstoff-Dampferzeugungssystemen, um Brennstoffzufuhrraten in Bezug auf alternative kostengünstigere Brennstoffe mit veränderlichem Energiegehalt pro Volumen und in Bezug auf fossile Brennstoffe zu bestimmen, um eine gewünschte oder erforderliche Dampferzeugungsausgabe zu produzieren, wobei relativ geringe Betriebskosten beibehalten werden. Da der Ölpreis kontinuierlich fluktuiert, ist der Ölpreis ein Faktor, den die hier beschriebenen beispielhaften Verfahren und Systeme verwenden können, um Brennstoffzufuhrraten zu bestimmen, sodass ein Dampferzeugungssystem eine gewünschte oder erforderliche Dampfmenge erzeugt, aber dennoch im Rahmen festgesetzter Budgetgrenzen bleibt.
  • 1 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Dampferzeugungssystem 100 wiedergibt. Das beispielhafte Dampferzeugungssystem 100 ist ein Multibrennstoffsystem, das in einer Herstellungsstätte (wie z. B. einer Papierfabrik) implementiert werden kann, um Dampf zu erzeugen, der zum Betrieb verschiedener Herstellungssubsysteme und/oder zur Erzeugung von Elektrizität vor Ort (z. B. über Dampfturbinen) und/oder für beliebige andere Zwecke verwendet wird. Die hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren können vorteilhaft zur Steuerung eines Dampferzeugungssystems (wie z. B. des beispielhaften Dampferzeugungssystems 100) eingesetzt werden, das unterschiedliche Brennstoffarten verbrennt, von denen mindestens eine Art mit einer veränderlichen Energiegehaltscharakteristik (z. B. einem veränderlichen BTU-Wert pro Volumen) in Verbindung gebracht werden kann. Insbesondere ist das beispielhafte Dampferzeugungssystem 100 im Folgenden beschrieben für die Verwendung von einem fossilen Brennstoff und einem alternativen kostengünstigeren Brennstoff. Bei alternativen Implementierungen können die hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren jedoch zur Steuerung von Dampferzeugungssystemen eingesetzt werden, die beliebige andere Kombinationen aus zwei oder mehr Brennstofftypen verwenden. Beispielsweise können die hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Dampf erzeugungssystems verwendet werden, das einen ersten Brennstofftyp mit einer besonderen Charakteristik verwendet (z. B. Kostencharakteristik, Energiegehaltscharakteristik, Nebenproduktcharakteristik usw.) sowie einen zweiten Brennstofftyp mit einer im Vergleich zum ersten Brennstofftyp unterschiedlichen Charakteristik (z. B. mit unterschiedlichen Kosten, unterschiedlichem Energiegehalt, unterschiedlichen Nebenprodukten usw.).
  • Entsprechend der Darstellung in 1 umfasst das beispielhafte Dampferzeugungssystem 100 einen Dampfkessel 102, der Wasser von einer Wasserzufuhr 104 erhält. Der Dampfkessel 102 umfasst einen Brenner 106, der zur Erzeugung von Dampf mehrere Brennstofftypen verbrennt. Insbesondere erhält der Brenner 106 fossilen Brennstoff (z. B. einen ersten Brennstoff) von einem Behälter 108 für die Zufuhr von fossilem Brennstoff (z. B. einem Behälter für die Zufuhr des ersten Brennstofftyps), und er erhält alternativen Brennstoff (z. B. einen zweiten Brennstoff) von einem Behälter 110 für die Zufuhr von alternativem Brennstoff (z. B. einem Behälter für die Zufuhr des zweiten Brennstofftyps). Der fossile Brennstoff kann beispielsweise Kohle, Öl, Gas usw. sein, und der alternative Brennstoff kann ein kostengünstigerer Brennstoff sein, wie beispielsweise Holzabfall, zerkleinerte Reifen usw.
  • Das beispielhafte Dampferzeugungssystem 100 umfasst auch ein beispielhaftes Steuerungssystem 112 zur Erfassung und Überwachung von verschiedenen Betriebsbedingungen (z. B. Energiegehalt des Brennstoffs, Brennstoffkosten, Dampfströmung, Dampfdruck usw.) des Dampferzeugungssystems 100, um Konfigurationseinstellungen zu bestimmen (z. B. Brennstoffzufuhrraten), die verwendet werden sollten, um die Dampferzeugungsausgabe in einem vorbestimmten, erforderlichen oder gewünschten Betriebsbereich zu halten (z. B. Ausgabe einer bestimmten Dampfmenge), während andere Betriebscharakteristika (z. B. Brennstoffverbrauchskosten, Emissionen, Dampfdruck usw.) innerhalb vorbestimmter, erforderlicher oder gewünschter Betriebsbereiche gehalten werden. Wie im Folgenden in Zusammenhang mit 2 ausführlicher beschrieben wird, verwendet das beispielhafte Steuerungssystem 112 modellprädiktive Steuerungen und Fuzzy Logic, um Konfigurationseinstellungen vorauszusagen, um Ereignisse (oder Zeiten) wesentlich zu reduzieren oder auszuschließen, in denen das beispielhafte Dampf erzeugungssystem 100 in einem nicht vorgabegerechten (und möglicherweise ineffizienten) Zustand arbeitet. Insbesondere verwendet das Steuerungssystem 112 Messungen aktueller und/oder vorangegangener Betriebsbedingungen, um Analysen zur Voraussage durchzuführen, wie das Dampferzeugungssystem 100 in der nahen oder späteren Zukunft arbeiten könnte, und um auf der Grundlage dieser Analysen zukunftsorientierte Konfigurationseinstellungen zu erzeugen, um zu verhindern, dass das Dampferzeugungssystem 112 [sic] außerhalb des/der vorbestimmten, erforderlichen oder gewünschten Betriebsbereichs/Betriebsbereiche arbeitet.
  • Entsprechend der Darstellung in 1 kommuniziert das beispielhafte Steuerungssystem 112 mit einem Wasserzufuhrventil 114, um die Zufuhr- oder Einspeisungsrate des Wassers in den Kessel 102 zu steuern; mit einem Zufuhrventil 116 für fossilen Brennstoff, um die Zufuhr- oder Einspeisungsrate des fossilen Brennstoffs in den Brenner 106 zu steuern; mit einem Zufuhrventil 118 für alternativen Brennstoff, um die Zufuhr- oder Einspeisungsrate des alternativen Brennstoffs in den Brenner 106 zu steuern; und mit einem Luftzufuhrventil 120, um die Zufuhr- oder Einspeisungsrate von Luft über einen Lufteinlass 121 in den Brenner 106 zu steuern. Zur Messung der Einspeisungsraten oder Strömungsgeschwindigkeiten von jeder der zugeführten Substanzen (z. B. Brennstoff, Wasser oder Luft) kann das Steuerungssystem 112 kommunikativ mit einer Vielzahl von Sensoren 122, 124, 126 und 128 verbunden sein.
  • Obwohl das in 1 wiedergegebene Beispiel die Verwendung des Zufuhrventils 116 für fossilen Brennstoff und des Zufuhrventils 118 für alternativen Brennstoff zur Steuerung der Einspeisungsrate für jeden der Brennstoffe darstellt, können in anderen beispielhaften Implementierungen die Einspeisungsraten von fossilem Brennstoff oder von alternativem Brennstoff oder von beiden Brennstoffen unter Verwendung einer Förderband- und einer Förderbandgeschwindigkeitsregelung gesteuert werden. Falls der fossile Brennstoff beispielsweise Kohle ist, kann die Kohle unter Verwendung eines Förderbandsystems aus dem Behälter 108 für fossilen Brennstoff zum Brenner 106 gebracht werden, und die Geschwindigkeit des Förderbandsystems kann unter Verwendung einer Förderbandgeschwindigkeitsregelung gesteuert werden, um die Einspeisungsrate des fossilen Brennstoffs zu erhöhen oder zu reduzieren. Zusätzlich kann das Abfallholz, falls der alternative Brennstoff Abfallholz ist (z. B. Baumrinden), unter Verwendung eines Förderbandsystems und einer Förderbandgeschwindigkeitsregelung vom Behälter 110 für alternativen Brennstoff zum Brenner 106 gebracht werden.
  • Das Steuerungssystem 112 ist auch kommunikativ mit einem Dampfströmungssensor 130 verbunden, um die Strömungsgeschwindigkeit des vom Kessel 102 bereitgestellten Dampfs zu messen. Selbstverständlich kann der Dampfströmungssensor 130 in alternativen Implementierungen an einer beliebigen anderen Stelle positioniert sein, wie z. B. an einem mit einer Sammelleitung verbundenen Dampfzufuhrrohr.
  • Das Steuerungssystem 112 ist auch kommunikativ mit einem Drucksensor 132 verbunden, um den Dampfdruck im Kessel 102 zu messen. Für Fachleute auf diesem Gebiet ist sofort ersichtlich, dass der Drucksensor 132 in alternativen Implementierungen an einer beliebigen anderen Stelle in einem anderen als dem in 1 wiedergegebenen Dampferzeugungssystem positioniert sein kann, wie z. B. an einer Sammelleitung oder an einem Dampfzufuhrrohr.
  • Zur Messung der vom Brenner 106 erzeugten Ablassemissionen ist das Steuerungssystem 112 kommunikativ mit einem an einem Emissionsauslassventilator 136 positionierten Emissionssensor 134 verbunden.
  • Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann das Steuerungssystem 112 kommunikativ mit anderen Sensoren verbunden sein (z. B. mit Temperatursensoren, Fluss/Zufuhrsensoren, Drucksensoren usw.), die im gesamten beispielhaften Dampferzeugungssystem 100 angeordnet sind, um Messwerte zur Verwendung bei der Implementierung der hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren zu erhalten.
  • 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm des in 1 wiedergegebenen beispielhaften Steuerungssystems 112. Das Steuerungssystem 112 kann prädiktive Steuerungstechniken verwenden, um den Betrieb des beispielhaften Dampferzeugungssystems 100 zu steuern, indem auf der Grundlage von zum aktuellen Zeitpunkt überwachten Bedingungen zukunftsorientierte bzw. prädiktive Konfigurationseinstellungen bestimmt wer den. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem 100 proaktiv auf die überwachten Bedingungen reagieren, indem erforderliche Konfigurationseinstellungen geändert oder angepasst werden, um den Umstand wesentlich zu verringern oder zu verhindern, dass das Dampferzeugungssystem 100 außerhalb von vorbestimmten, gewünschten oder erforderlichen Betriebsbedingungen arbeitet (z. B. in Bezug auf eine Dampfströmung, einen Dampfdruck, Brennstoffverbrauchskosten usw.). Das Steuerungssystem 112 ist für den Betrieb in einem Überwachungsmodus der Dampfströmung und in einem Überwachungsmodus des Dampfdrucks konfiguriert. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 112 den Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 auf der Grundlage der Überwachung der Dampfströmung steuern, die beispielsweise durch den Dampfströmungswächter 130 (1) gemessen wird. Alternativ dazu kann das Steuerungssystem 112 beispielsweise den Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 auf der Grundlage der Überwachung des Dampfdrucks steuern, der beispielsweise durch den Dampfdrucksensor 132 (1) gemessen wird. Ob das Steuerungssystem 112 in einem Überwachungsmodus der Dampfströmung oder in einem Überwachungsmodus des Dampfdrucks arbeitet, kann manuell von einem Bediener oder automatisch, beispielsweise auf der Grundlage eines Plans und/oder anderer Kriterien, gesteuert werden.
  • Die in 2 mit der Darstellung des beispielhaften Steuerungssystems 112 wiedergegebenen beispielhaften Strukturen können unter Verwendung einer beliebigen gewünschten Kombination aus Hardware und/oder Software implementiert sein. Beispielsweise können eine oder mehrere integrierte Schaltungen, diskrete Halbleiterkomponenten oder passive elektronische Komponenten verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können einige oder alle der in 2 wiedergegebenen beispielhaften Strukturen oder Teile davon unter Verwendung von Anweisungen, Code oder anderer Software und/oder Firmware usw. implementiert werden, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, das bei der Ausführung, beispielsweise durch ein Prozessorsystem (z. B. das in 8 wiedergegebene Prozessorsystem 810) die hier beschriebenen Verfahren ausführt.
  • Zum Betrieb im Dampfströmungsmodus umfasst das Steuerungssystem 112 einen MPC-Master (Model Predictive Controller) 202 für die Dampfströmung. In einer bei spielhaften Implementierung kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung unter Verwendung einer im DeltaV-Steuerungssystem verfügbaren und durch Emerson Process Management, Austin (US-Bundesstaat Texas) vertriebenen MPC-Steuerung implementiert sein. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung ist konfiguriert zur Steuerung einer Menge von Dampfströmung in Abhängigkeit von, neben weiteren Eingaben oder Parametern, Dampfströmungsmessungen und/oder Änderungen der Dampfströmungsanforderungen, die beispielsweise von einem Bediener bereitgestellt werden. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung bestimmt die beiden separaten Ausgänge in Zusammenhang mit Sollwerten für die Zufuhrrate von alternativem Brennstoff (z. B. den Anteil, in dem fossiler Brennstoff aus dem in 1 wiedergegebenen Behälter 108 für fossilen Brennstoff zum Brenner 106 geführt wird) und die Zufuhrrate von fossilem Brennstoff (z. B. den Anteil, in dem alternativer Brennstoff aus dem in 1 wiedergegebenen Behälter 110 für alternativen Brennstoff zum Brenner 106 geführt wird).
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung verwendet gemessene Dampfströmungswerte und eine Vielzahl anderer Eingabewerte, um einen vorausgesagten Ausgabewert 204 für die Bahnführungsanpassung zu bestimmen, um eine vorgegebene Zufuhrrate von fossilem Brennstoff zu erhalten, sowie um einen vorausgesagten Ausgabewert 206 für die Bahnführungsanpassung zu bestimmen, um eine vorgegebene Zufuhrrate von alternativem Brennstoff zu erhalten. Der Ausgabewert 204 für die Anpassung von fossilem Brennstoff gibt eine erforderliche Änderung an (z. B. eine Zunahme oder eine Abnahme) in Bezug auf den Bedarf an fossilem Brennstoff, um ein bestimmtes Energieniveau (z. B. ausgedrückt als BTU-Werte) zur Erhöhung bzw. Senkung der Dampfströmung zu erreichen. Der Ausgabewert 206 für die Anpassung von alternativem Brennstoff gibt eine erforderliche Änderung der Zufuhrrate von alternativem Brennstoff an, um ein bestimmtes Energieniveau zu erreichen. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung kann auf der Grundlage von Analysen historischer Daten und von Reaktionsdaten in Bezug auf Systembedingungen einen beispielhaften vorausgesagten Ausgabewert für die Bahnführung bestimmen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der beispielhafte vorausgesagte Ausgabewert für die Bahnführung auch unter Verwendung von Kurvenanpassungstechniken oder Dateninterpolationstechniken bestimmt werden. In jedem Fall stellen die beispielhaften vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 zukunftsorientierte Einstellungen in Zusammenhang mit Brennstoffzufuhranteilen (z. B. Zufuhranteilen von alternativem und/oder fossilem Brennstoff) dar, die auf der Grundlage von aktuellen Werten der Betriebsbedingungen und/oder anderen vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung erhaltenen Werten den Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 für eine bestimmte oder Mindestzeitdauer in der Zukunft aufrechterhalten können.
  • Bei dem wiedergegebenen Beispiel arbeiten die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung zusammen, um ein geeignetes Brennstoffzufuhrverhältnis von fossilem Brennstoff zu alternativem Brennstoff bereitzustellen, dass es dem Dampferzeugungssystem 100 ermöglicht, im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen zu arbeiten (z. B. eine vorgegebene Dampfströmung zu erzeugen, innerhalb von Dampfdruckbegrenzungen zu arbeiten, im Rahmen von Kostengrenzen zu arbeiten usw.). Beim Betrieb in einem Steuerungsmodus der Dampfströmung werden die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung z. B. kaskakierend für entsprechende Eingänge eines Gesamtenergiemoduls 240 für fossilen Brennstoff und eines Gesamtenergiemoduls 250 für alternativen Brennstoff bereitgestellt, die im Folgenden detaillierter beschrieben werden. Insbesondere ist der Ausgabewert 204 für die Anpassung von fossilem Brennstoff ein Sollwert für das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff, und der Ausgabewert 206 für die Anpassung von alternativem Brennstoff ist ein Sollwert für das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff.
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung kann für die Verwendung von relativ mehr alternativem Brennstoff, der kostengünstigerer als fossiler Brennstoff ist, konfiguriert werden, um wirtschaftliche oder budgettechnische Betriebsbedingungen einzuhalten. Zur Einstellung bzw. Anpassung des bevorzugten Brennstofftyps (z. B. unter Verwendung eines relativ höheren Anteils eines Brennstofftyps im Vergleich zum anderen) verfügt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung über einen Brennstoffkosteneingang 208 und (nicht dargestellte) Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung. Auf diese Weise kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die Verwendung von Brennstofftypen bedarfsgerecht in Abhängigkeit auf Änderungen der Brennstoffpreise und auf der Grundlage der Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung anpassen. Ein Bediener kann bestimmte Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung für den MPC-Master 202 für die Dampfströmung bereitstellen, um den MPC-Master 202 für die Dampfströmung für die Verwendung eines relativen höheren Anteils (z. B. maximierte Verwendung) oder eines relativ niedrigeren Anteils (z. B. minimierte Verwendung) eines bestimmten Brennstoffs zu konfigurieren (z. B. des fossilen Brennstoffs oder des alternativen Brennstoffs), und zwar beispielsweise auf der Grundlage des Brennstoffkosteneingangs 208. Beispielsweise können die Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung Mindest- und/oder Höchstschwellwerte der Brennstoffkosten für fossilen Brennstoff und für alternativen Brennstoff enthalten, die den MPC-Master 202 für die Dampfströmung konfigurieren, um einen relativ höheren oder niedrigeren Anteil der Brennstofftypen zu verwenden, wenn die diesbezüglichen Brennstoffkosten entsprechende Mindest- oder Höchstschwellwerte der Brennstoffkosten übersteigen (z. B. geringer oder größer werden). Falls z. B. unter bestimmten Betriebsbedingungen die über den Brennstoffkosteneingang 208 bereitgestellten Kosten von fossilem Brennstoff größer werden als der Höchstschwellwert der Kosten von fossilem Brennstoff (der über die Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung bereitgestellt wird), kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die Zufuhrrate von fossilem Brennstoff, wann immer dies möglich ist, weitestgehend reduzieren und die Zufuhrrate von alternativem Brennstoff erhöhen (z. B. die Brennstoffverwendung optimieren), bis die Kosten für fossilen Brennstoff beispielsweise unter den Höchst- und/oder Mindestschwellwert der Kosten für fossilen Brennstoff sinken.
  • Entsprechend der Darstellung in 2 erhält der MPC-Master 202 für die Dampfströmung Messwerte der Dampfströmung vom Dampfströmungswächter 130 und einen Eingabewert 212 für den Sollwert der Dampfströmung (d. h. einen vorgegebenen oder vorbestimmten, gewünschten oder erforderlichen Wert für die Dampfströmung). Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung oder ein anderes Gerät oder Modul, um die Effekte von Druck und Temperatur auf die Messwerte der Dampfströmung wesentlich zu reduzieren oder zu eliminieren, Druck- und Temperaturmessungen in Zusammenhang mit dem Kessel 102 erhalten, um temperatur- und druckkompensierte Dampfströmungswerte auf der Grundlage der vom Dampfströmungswächter 130 erhaltenen Messwerte der Dampfströmung zu erzeugen. Der Eingabewert 212 für den Sollwert der Dampfströmung kann von einem Bediener bereit gestellt werden, und er kann auf der Dampfmenge basieren, die für den Betrieb dampfbetriebener Subsysteme von beispielsweise einer Herstellungsstätte benötigt wird.
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung bestimmt die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung, indem ein Fehler oder eine Abweichung zwischen den Messwerten der Dampfströmung und dem Eingabewert 212 für den Sollwert der Dampfströmung bestimmt wird und indem die erforderliche Änderung des Brennstoffbedarfs (z. B. alternativer Brennstoff und/oder fossiler Brennstoff) bestimmt wird, um den Fehler oder die Abweichung wesentlich zu reduzieren oder zu eliminieren. Um die Messwerte der Dampfströmung im Wesentlichen gleich dem Eingabewert für den Sollwert der Dampfströmung zu halten, erzeugt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung, um eine Zunahme oder Abnahme der Brennstoffzufuhranteile zu bewirken. Falls der Energiegehalt des alternativen Brennstoffs z. B. im Zeitverlauf abnimmt, beispielsweise wegen einer Qualitätsänderung beim Abfallholz, kann der Brenner 106 möglicherweise keine für die Erzeugung der erforderlichen Dampfströmung ausreichende Hitze erzeugen. In diesem Fall kann ein Ausgabewert 204 oder 206 für die Anpassung oder beide Werte erhöht werden, um die zum Brenner geleitete Brennstoffmenge zu erhöhen, um den Kessel 102 zu veranlassen, die Dampfströmungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung erzeugt die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung entsprechend einem Verhältnis der Zufuhranteile von fossilem Brennstoff gegenüber alternativem Brennstoff, das z. B. dem Brennstoffkosteneingang 208, den Präferenzeinstellungen (z. B. Maximierung, Minimierung oder sonstiger Optimierung der Verwendung des fossilen Brennstoffs oder des alternativen Brennstoffs) und der erforderlichen Energie zur Erzeugung der benötigten Dampfströmung entspricht.
  • Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung Höchstgrenzen für die Zufuhrrate für einen oder beide Brennstofftyp(en) umfassen. Entsprechend der Darstellung in 2 hat der MPC-Master 202 für die Dampfströmung beispielsweise einen Sollwert 213 für alternativen Brennstoff, der die maximale Menge oder Zufuhrrate für alternativen Brennstoff angibt. Unter bestimmten Bedingungen können die Höchstgrenzen der Zufuhrrate verhindern, dass der MPC-Master 202 für die Dampfströmung ein Verhältnis der Zufuhranteile von fossilem Brenn stoff gegenüber alternativem Brennstoff aufrechterhält, das dem Brennstoffkosteneingang 208 und den Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung entspricht. Falls der Energiegehalt des alternativen Brennstoffs beispielsweise, selbst wenn die Zufuhranteile alternativen Brennstoffs auf die Höchstgrenze (d. h. gleich dem Sollwert 213) eingestellt oder erhöht wurden, nicht hoch genug ist, um die erforderliche Dampfströmung zu erzeugen, erhöht der MPC-Master 202 für die Dampfströmung den Ausgabewert 204 zur Anpassung des fossilen Brennstoffs, um unabhängig von dem sich ergebenden Verhältnis der Zufuhranteile von fossilem Brennstoff gegenüber alternativem Brennstoff die erforderliche Energie bereitzustellen.
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung bestimmt die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung in periodischen oder nicht periodischen Zeitintervallen. Insbesondere bestimmt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung, nachdem der MPC-Master 202 für die Dampfströmung seine Vielzahl von Eingangswerten analysiert und geeignete Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung bestimmt hat, wann er anschließend die Eingangswerte analysieren muss, um zu bestimmen, ob unterschiedliche Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung erzeugt werden sollen. Da insbesondere das Steuerungssystem 112 das Dampferzeugungssystem in einer proaktiven, prädiktiven, zukunftsorientierten Weise steuert, werden die vom Steuerungssystem 112 bereitgestellten Ausgabewerte oder Steuerwerte (z. B. die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung) erzeugt, sodass das Dampferzeugungssystem 100 künftig über mindestens einen bestimmten oder Mindestzeitraum (tf) innerhalb vorgegebener Betriebsbedingungen arbeitet. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung kann einen Zeitpunkt vorgeben, der vor dem Ablauf des zukünftigen Zeitraums (tf) liegt, an dem die Messung der Dampfströmung erneut analysiert werden soll.
  • Um den Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 in instabilen oder unerwünschten Bedingungen zu verhindern, verfügt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung auch über eine Vielzahl von Begrenzungswerten 214. Die Begrenzungswerte 214 sind Messvariablen in Zusammenhang mit vorgegebenen Grenzschwellwerten, die beispielsweise von einem Bediener bereitgestellt werden können. Wenn die Begrenzungswerte 214 sich an ihre jeweiligen Grenzschwellenwerte annähern, bestimmt der MPC- Master 202 für die Dampfströmung Anpassungswerte (z. B. die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung), um die Begrenzungswerte 214 freizugeben (z. B. zu erhöhen oder zu senken).
  • Entsprechend der Darstellung in 2 umfassen die Begrenzungswerte 214 einen Behälterpegel für alternativen Brennstoff, eine Saugzug-(ID)-Dämpferposition bzw. Induzierte Luftstrom(ID)-Dämpfer-, Schiebeposition, eine ID-Ventilator-Stromstärkebewertung, einen Wasserpegel der Kesseltrommel, einen Dampfdruck-Messwert (z. B. einen Kesselsammlerdruck), einen Emissionsausgabepegel und einen Sauerstoffeinlass. Der Behälter für alternativen Brennstoff gibt die Menge des im Behälter 110 für alternativen Brennstoff (1) verbleibenden alternativen Brennstoffs an. Der gemessene Dampfdruck kann vom Dampfdrucksensor 132 (1) erhalten werden. Der Emissionsausgabepegel kann vom Emissionssensor 134 (1) erhalten werden. Der Sauerstoffeinlass kann vom Luftströmungssensor 128 (1) erhalten werden.
  • Jeder der Begrenzungswerte 214 ist einer Vielzahl von Begrenzungsprioritäten 216 zugeordnet. Ein Bediener kann die Begrenzungsprioritäten 216 bereitstellen, um alle Werte der Vielzahl von Begrenzungswerten 214 nach ihrer Priorität zu ordnen. Die Prioritätsanordnung der Begrenzungswerte 214 gibt die Reihenfolge an, in der der MPC-Master 202 für die Dampfströmung jeden der Begrenzungswerte 214 berücksichtigt (bzw. einhält). Ein Bediener kann beispielsweise dem Begrenzungswert für den Wasserpegel der Kesseltrommel erste Priorität (z. B. die höchste Priorität) zuweisen, um sicherzustellen, dass der MPC-Master 202 für die Dampfströmung Werte für die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung bestimmt, die nicht bewirken, dass der Wasserpegel der Kesseltrommel einen Schwellenwert zur Begrenzung des Wasserpegels der Kesseltrommel nicht überschreitet. Um sicherzustellen, dass Begrenzungswerte mit höherer Priorität (z. B. der Begrenzungswert des Wasserpegels der Kesseltrommel) keine dazugehörigen Schwellenwerte zur Begrenzung verletzen, kann in einigen Fällen der MPC-Master 202 für die Dampfströmung Werte für die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung bestimmen, die zufällig oder absichtlich bewirken, dass Begrenzungswerte mit niedrigerer Priorität entsprechende Schwellenwerte zur Begrenzung verletzen.
  • Zur Überwachung des Effekts in Bezug auf Dampfmengen oder -volumen, die von dampfbetriebenen Maschinen oder Subsystemen eines Prozesssystems benötigt werden, das mindestens teilweise durch das Dampferzeugungssystem 100 (1) angetrieben wird, verfügt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung über eine Vielzahl von Störwerten 218. Die Störwerte 218 können von Feldgeräten, Feldsensoren oder Feldmonitoren bereitgestellt werden, die den Betrieb von Subsystemen oder Maschinen überwachen, die vom Dampferzeugungssystem 100 erzeugten Dampf verwenden. Auf diese Weise kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung, wenn ein beliebiges Subsystem oder eine beliebige Maschine, die eine bestimmte Dampfmenge benötigt, abschaltet, den Betrieb startet, den Betrieb verlangsamt, den Betrieb erhöht usw., eine Zunahme oder Abnahme des Dampfbedarfs voraussagen und die Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung entsprechend bestimmen, um sicherzustellen, dass das Dampferzeugungssystem 100 die Dampferzeugung erhöht oder senkt, um eine beliebige darauf folgende Zunahme oder Abnahme des Dampfbedarfs zu übernehmen, die durch die Änderung im Betrieb des Dampf erfordernden Subsystems bzw. der Maschine verursacht wurde. Statt abzuwarten, bis Änderungen des Dampfbedarfs sich wesentlich auf die Betriebsbedingungen des Dampferzeugungssystems (z. B. auf den Dampfdruck) auswirken, stellt die proaktive Bestimmung (z. B. die Voraussage) der Ausgabewerte 204 und 206 zur Anpassung, um beliebige spätere Änderungen des Dampfbedarfs auf der Grundlage der Störwerte 218 zu berücksichtigen, sicher, dass die Änderungen des Dampfbedarfs die Betriebsbedingungen des Dampferzeugungssystems 100 nicht wesentlich beeinflussen (z. B. nicht nachteilig beeinflussen).
  • Zum Betrieb in einem Dampfdruckmodus umfasst das Steuerungssystem 112 einen MPC-Master 222 für den Dampfdruck. In einer beispielhaften Implementierung kann der MPC-Master 222 für den Dampfdruck unter Verwendung einer im DeltaV-Steuerungssystem verfügbaren und durch Emerson Process Management, Austin (US-Bundesstaat Texas) vertriebenen MPC-Steuerung implementiert sein. Der MPC-Master 222 für den Dampfdruck ist konfiguriert zur Steuerung eines Betrags des Dampfdrucks in Abhängigkeit von, neben weiteren Eingaben oder Parametern, Dampfdruckmessungen und/oder Änderungen der Dampfdruckanforderungen, die beispielsweise von einem Bediener bereitgestellt werden. Der MPC-Master 222 für den Dampfdruck führt die Steuerung des Betrags des vom Kessel 102 (1) erzeugten Dampfdrucks aus, wenn der MPC-Master 202 für die Dampfströmung wie im Folgenden beschrieben die Steuerung eines Betrags der Dampfströmung ausführt. Beispielsweise bestimmt der MPC-Master 222 für den Dampfdruck zwei separate Ausgänge in Zusammenhang mit Sollwerten für die Zufuhrrate von alternativem Brennstoff und die Zufuhrrate von fossilem Brennstoff. Insbesondere verwendet der MPC-Master 222 für den Dampfdruck gemessene Dampfdruckwerte und eine Vielzahl anderer Eingabewerte, um einen vorausgesagten Ausgabewert 224 für die Bahnführungsanpassung zu bestimmen, um eine vorgegebene Zufuhrrate von fossilem Brennstoff zu erhalten, sowie um einen vorausgesagten Ausgabewert 226 für die Bahnführungsanpassung zu bestimmen, um eine vorgegebene Zufuhrrate von alternativem Brennstoff zu erhalten. Die Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung arbeiten zusammen, um ein geeignetes Brennstoffzufuhrverhältnis von fossilem Brennstoff zu alternativem Brennstoff bereitzustellen, dass es dem Dampferzeugungssystem 100 ermöglicht, im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen zu arbeiten. Das Steuerungssystem 112 verwendet die Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung im Wesentlichen auf die gleiche Weise, die vorstehend in Zusammenhang mit den Ausgabewerten 204 und 206 für die Anpassung beschrieben ist.
  • Ein Unterschied zwischen dem MPC-Master 222 für den Dampfdruck und dem vorstehend beschriebenen MPC-Master 202 für die Dampfströmung ist, dass der MPC-Master 222 für den Dampfdruck die Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung bestimmt, indem ein Fehler oder eine Abweichung zwischen vom Drucksensor 132 (1 und 2) erhaltenen Dampfdruckmesswerten und einem beispielsweise von einem Bediener bereitgestellten Eingabewert 228 für den Sollwert des Dampfdrucks bestimmt wird.
  • Um den Betrieb des Dampferzeugungsprozesses in instabilen oder unerwünschten Bedingungen zu verhindern, verfügt der MPC-Master 222 für den Dampfdruck auch über eine Vielzahl von Begrenzungswerten 230, die in Bezug auf die vorstehend in Zusammenhang mit dem MPC-Master 202 für die Dampfströmung beschriebene Vielzahl von Begrenzungswerten 214 im Wesentlichen ähnlich oder identisch sein können. Da der MPC-Master 222 für den Dampfdruck jedoch Dampfdruckmesswerte vom Drucksensor 132 erhält, verfügt der MPC-Master 222 für den Dampfdruck nicht über einen separat gemessenen Dampfdruckbegrenzungswert wie der MPC-Master 202 für die Dampfströmung, sondern er verfügt stattdessen über einen gemessenen Dampfströmungsbegrenzungswert als Teil der Vielzahl von Begrenzungswerten 230.
  • Der MPC-Master 222 für den Dampfdruck verfügt auch über eine Vielzahl von Begrenzungsprioritäten 232, die der MPC-Master 222 für den Dampfdruck auf eine Weise einsetzt, die in Bezug auf die Weise, in der der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die vorstehend beschriebene Vielzahl von Begrenzungsprioritäten 216 verwendet, im Wesentlichen ähnlich oder identisch ist. Zusätzlich verfügt der MPC-Master 222 für den Dampfdruck über eine Vielzahl von Störwerten 233, die in Bezug auf die vorstehend beschriebene Vielzahl von Störwerten 218 im Wesentlichen ähnlich oder identisch ist.
  • Während des Betriebs kann das Steuerungssystem 112 für den Betrieb in einem Dampfströmungsmodus, einem Dampfdruckmodus oder einem manuellen Modus konfiguriert werden. Der manuelle Modus kann einen Bediener einbeziehen, der auf der Grundlage von Dampfströmung und/oder Dampfdruck Brennstoffzufuhranteile regelt. In jedem Fall kann das Steuerungssystem 112 zur Ermöglichung eines sanften nahtlosen Umschaltens zwischen den Modi so konfiguriert werden, dass die Ausgabewerte 204, 206, 224 und 226 für die Anpassung untereinander und/oder in Zusammenhang mit einer Steuerung der Brennstoffzufuhranteile im manuellen Modus erfasst bzw. verfolgt werden. Zur Verhinderung abrupter Änderungen im Betrieb, wenn beispielsweise ein Bediener das Steuerungssystem 112 zum Umschalten vom Dampfströmungsmodus in den Dampfdruckmodus konfiguriert, wird beispielsweise jeder der Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung des MPC-Masters 222 für den Dampfdruck über mindestens einen Umschaltzeitraum so eingestellt, dass er einen entsprechenden Wert der vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung bestimmten Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung erfasst (und z. B. kontinuierlich damit gleichgesetzt wird).
  • Zur Verhinderung abrupter Betriebsänderungen, wenn der Bediener das Steuerungssystem 112 vom Dampfströmungsmodus in den manuellen Modus umschaltet, erfassen die Werte der Brennstoffzufuhranteile unter manueller Steuerung (mindestens über einen Umschaltzeitraum) die vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung bestimmten Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung. In jedem Fall wird durch die Erfassung der Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung im Wesentlichen verhindert, dass das Steuerungssystem 112 abrupte Betriebsänderungen verursachen kann, da die Brennstoffzufuhranteile bei der Vornahme der Modusänderungen gleich bleiben. Beim Betrieb im Dampfdruckmodus erfassen die Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung und die Werte der Brennstoffzufuhranteile unter manueller Steuerung auf ähnliche Weise die Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung. Auch beim Betrieb in einem manuellen Modus verfolgen die Ausgabewerte 204, 206, 224 und 226 für die Anpassung die entsprechenden Werte der Brennstoffzufuhranteile unter manueller Steuerung.
  • Zur Bestimmung der Unterschiede des Energiegehalts beispielsweise bei alternativem Brennstoff verfügt das Steuerungssystem 112 über einen Energiekompensator 234, der auf der Grundlage von berechneten Unterschieden im Energiegehalt des alternativen Brennstoffs Energiekompensationswerte für die Steuerung 240 für fossilen Brennstoff und die Steuerung 250 für alternativen Brennstoff bereitstellt. Der Energiekompensator 234 kann unter Verwendung einer PID-Steuerung implementiert sein, die mit Umkehrsteuerungsvorgängen auf eine berechnete Abweichung beim Energiegehalt des alternativen Brennstoffs reagiert. Der Energiekompensator 234 führt eine entsprechende Energieberechnung aus, wenn sich die Qualität des alternativen Brennstoffs (z. B. der Energiegehalt pro Brennstoffvolumen) im Zeitverlauf ändert. Insbesondere bestimmt die diesbezügliche Energieberechnung den Energiegehalt einer aktuellen Charge oder Zufuhr von alternativem Brennstoff mit Bezug auf eine zuvor überwachte oder analysierte Charge von alternativem Brennstoff auf der Grundlage eines gemessenen Sauerstoffverbrauchs und eines gemessenen Luftverbrauchs. Falls der entsprechende Energiegehalt einer aktuellen Charge oder Zufuhr von alternativem Brennstoff relativ geringer ist, geben die Energiekompensationswerte eine erforderliche Zunahme der Menge von alternativem Brennstoff und/oder von fossilem Brennstoff zur Aufrechterhaltung der Abgabe oder einer relativ konstanten Energiemenge für den Brenner 106 an. Der Energiekompensator 234 kann die Energiekompensationswerte beispielsweise auf der Grundlage von historischen Daten zu Unterschieden bei der Brennstoffqualität, einer Brennstoff-Energie-Funktionskurve und/oder einem erforderlichen Verhältnis von alternativem Brennstoff zu fossilem Brennstoff heraufsetzen oder herabsetzen.
  • Der Energiekompensator 234 ist konfiguriert, um sicherzustellen, dass die Zufuhrraten von alternativem Brennstoff und fossilem Brennstoff ausreichend sind, um unabhängig von Änderungen der Brennstoffqualität (z. B. dem Energiegehalt pro Brennstoffvolumen) einen Ansaugluft-Index von beispielsweise 100 % aufrechtzuerhalten. Die Beibehaltung eines Ansaugluft-Index von 100 % stellt sicher, dass 100 % der in den Brenner 106 eingezogenen oder zugeführten Luft von den Brennstoffen bei einer gegebenen Kessellast (d. h. einer gegebenen Dampferzeugungsanforderung) verbrannt werden. Auf diese Weise wird unabhängig von Änderungen der Brennstoffqualität die gleiche Energiemenge verbrannt, sodass für den Kessel 102 die erforderliche Energie (z. B. Hitze) bereitgestellt wird, um eine erforderliche Dampfmenge (z. B. Kessellast) zu erzeugen. Der Energiekompensator 234 gibt die Energiekompensationswerte zum Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff und zum Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff aus bzw. stellt sie bereit.
  • Zur Bestimmung der Gesamtmenge von fossilem Brennstoff, die zum Erreichen einer gewünschten Betriebsbedingung erforderlich ist (z. B. eines bestimmten Dampfdrucks, einer bestimmten Dampfströmung, von Brennstoffverbrauchskosten, einem Brennstoffverhältnis usw.), verfügt das Steuerungssystem 112 über das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff. Das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff erhält (beim Betrieb in einem Dampfströmungsmodus) den Ausgabewert 204 für die Anpassung von fossilem Brennstoff vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung oder (beim Betrieb in einem Dampfdruckmodus) den Ausgabewert 224 für die Anpassung von fossilem Brennstoff vom MPC-Master 222 für den Dampfdruck. Das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff erhält auch einen Energiekompensationswert vom Energiekompensator 234 und bestimmt auf der Grundlage des Energiekompensationswerts und von einem der Ausgabewerte 204 oder 224 für die Anpassung von fossilem Brennstoff die Gesamtmenge von fossilem Brennstoff, die zur Erzeugung einer erforderlichen Dampfströmung oder eines erforderlichen Dampfdrucks benötigt wird.
  • Zur Steuerung der Zufuhrrate von fossilem Brennstoff verfügt das Steuerungssystem 112 über eine Zufuhrsteuerung 242 für fossilen Brennstoff. Die Zufuhrsteuerung 242 für fossilen Brennstoff erhält einen Wert der erforderlichen Menge von fossilem Brennstoff vom Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff und regelt beispielsweise das Zufuhrventil 116 für fossilen Brennstoff auf die erforderliche Zufuhrrate für die Einspeisung in den Brenner 106, wobei die erforderliche Menge von fossilem Brennstoff vom Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff bestimmt wird.
  • Zur Bestimmung der Gesamtmenge von alternativem Brennstoff, die zum Erreichen einer gewünschten Betriebsbedingung erforderlich ist (z. B. eines bestimmten Dampfdrucks, einer bestimmten Dampfströmung, von Brennstoffverbrauchskosten, einem Brennstoffverhältnis usw.), verfügt das Steuerungssystem 112 über das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff. Das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff erhält (beim Betrieb in einem Dampfströmungsmodus) den Ausgabewert 206 für die Anpassung von alternativem Brennstoff vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung oder (beim Betrieb in einem Dampfdruckmodus) den Ausgabewert 226 für die Anpassung von alternativem Brennstoff vom MPC-Master 222 für den Dampfdruck. Das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff erhält auch einen Energiekompensationswert vom Energiekompensator 234 und bestimmt auf der Grundlage des Energiekompensationswerts und von einem der Ausgabewerte 206 oder 226 für die Anpassung von alternativem Brennstoff die Gesamtmenge von alternativem Brennstoff, die zur Erzeugung einer erforderlichen Dampfströmung oder eines erforderlichen Dampfdrucks benötigt wird.
  • Zur Steuerung der Zufuhrrate von alternativem Brennstoff verfügt das Steuerungssystem 112 über eine Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff. Die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff erhält einen Wert der erforderlichen Menge von alternativem Brennstoff vom Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff und regelt beispielsweise das Zufuhrventil 118 für alternativen Brennstoff auf die erforderliche Zufuhrrate für die Einspeisung in den Brenner 106, wobei die erforderliche Menge von alternativem Brennstoff vom Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff bestimmt wird.
  • Zur Steuerung der für den Kessel 102 bereitgestellten Menge von Verbrennungsluft für alternativen und fossilen Brennstoff verfügt das Steuerungssystem 112 über ein Luftsystem, das die zugeführte Luft in Unterwindluft (Undergrate Air, d. h. unterhalb eines Brennstoff tragenden Rosts bereitgestellte Luft) und Overfire-Luft bzw. Oberwindluft (d. h. oberhalb des Brennstoffs bereitgestellte Luft) spaltet. Das Luftsystem ist konfiguriert, um auf der Grundlage der Ausgabewerte 204 und 206 für die Anpassung vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung oder der Ausgabewerte 224 und 226 für die Anpassung vom MPC-Master 222 für den Dampfdruck einen Gesamtluftbedarf für den alternativen Brennstoff und einen Gesamtluftbedarf für den fossilen Brennstoff zu bestimmen.
  • Das Luftsystem umfasst ein Gesamtluftbedarfsmodul 260, das (beim Betrieb in einem Dampfströmungsmodus) den Ausgabewert 206 zur Anpassung von alternativem Brennstoff vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung oder (beim Betrieb in einem Dampfdruckmodus) den Ausgabewert 226 zur Anpassung von fossilem [sic] Brennstoff vom MPC-Master 222 für den Dampfdruck erhält und die Gesamtmenge der erforderlichen Luftströmung im Kessel bestimmt, die die Summe der Unterwindluftströmung und der Overfire-Luftströmung ist. Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 kann unter Verwendung einer PID-Steuerung implementiert sein, um unter Verwendung von Rückwärtssteuervorgängen auf eventuelle Abweichungen zwischen der gemessenen Luftzufuhr und den Luftströmungsanforderungen zu reagieren.
  • Die Ausgabe des Gesamtluftbedarfsmoduls 260 wird für eine Luftgebläse-(FDF)-Steuerung 262 und ein Luftverhältnis-Funktionsmodul 264 bereitgestellt. Die Luftgebläse-(FDF)-Steuerung 262 steuert einen Luftgebläsedämpfer, um auf der Grundlage der Ausgabe des Gesamtluftbedarfsmoduls 260 die erforderliche Unterwindluftströmung für den Brenner 106 (1) bereitzustellen. Das Luftverhältnis-Funktionsmodul 264 kann unter Verwendung einer Funktionskurve für Unterwindluft gegenüber Overfire-Luft implementiert werden, um auf der Grundlage der erforderlichen Unterwindluftströmung die erforderliche Menge von Overfire-Luftströmung zu bestimmen. Die Ausgabe der Luftverhältnisfunktion 264 wird für eine Overfire-Ventilatorsteuerung 266 bereitgestellt, die einen Overfire-Ventilatordämpfer steuert, um die erforderliche Menge von Overfire-Luftströmung für den Brenner 106 bereitzustellen.
  • Um sicherzustellen, dass die von der Overfire-Ventilatorsteuerung 266 zugeführte eingespeiste Overfire-Luftströmung bei Änderungen oder Unterschieden der Brennstoffqualität (z. B. des Energiegehalts pro Brennstoffvolumen) im Zeitverlauf ausreichend ist, verfügt das Steuerungssystem 112 über eine Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272. Die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 kann unter Verwendung einer „Fuzzy Logic Engine" (FLE) mit mehreren Variablen und einer 5×5-Fuzzy-Matrix implementiert werden, die auf einen Wert des Geschwindigkeitsverhältnisses von Dampfströmung gegenüber Gesamtzufuhr in Zusammenhang mit dem alternativen Brennstoff (d. h. auf ein Dampf-Zufuhr-Verhältnis) verweist, sowie auf ein Saugluftverhältnis (Verhältnis von Overfire-Luft gegenüber Unterwindluft) und auf eine diesbezügliche Reaktion der Energiesteuerung (d. h. die Ausgabe des Energiekompensators 234).
  • Das Dampf-Zufuhr-Verhältnis und das Saugluftverhältnis müssen sich gegenseitig erfassen und können somit als Test und Ausgleich für die Fuzzy-Logic-Berechnung verwendet werden. Die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 überwacht das Saugluftverhältnis und die Änderungsrate des Saugluftverhältnisses über beispielsweise eine Minute und erzeugt einen Tendenzwert 274 der Overfire-Luft, um das Saugluftverhältnis wie erforderlich zu ändern. Die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 stellt den Tendenzwert 274 der Overfire-Luft für die Overfire-Ventilatorsteuerung 266 bereit, um das Verhältnis bzw. die Spaltung von Unterwindluft gegenüber Overfire-Luft zu ändern. Zusätzlich vergleicht die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 die Ausgabe des Energiekompensators 234 mit dem Tendenzwert 274 der Overfire-Luft, um zu ermitteln, ob es inkrementelle Zunahmen der Brennstoffqualität (z. B. des Energiegehalts) ohne eine inkrementelle Abnahme der Overfire-Luft gibt, oder um zu ermitteln, ob es inkrementelle Abnahmen der Brennstoffqualität ohne inkrementelle Zunahmen der Overfire-Luft gibt. Falls ein Ungleichgewicht zwischen der Brennstoffqualität und der Overfire-Luft vorliegt, passt die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 den Tendenzwert 274 der Overfire-Luft an. Über die Überwachung des Saugluftverhältnisses und der Änderungsrate im Saugluftverhältnis und über den Vergleich der Ausgabe des Energiekompensators 234 mit dem Tendenzwert 274 der Over fire-Luft kann die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 auf diese Weise kontinuierlich und inkrementell den Tendenzwert 274 der Overfire-Luft anpassen, wenn sich die Brennstoffqualität im Zeitverlauf ändert.
  • Zusätzlich zur Anpassung des Tendenzwerts 274 der Overfire-Luft kann die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 auch einen Tendenzwert 276 des Sauerstoffsollwerts anpassen, wodurch eine Zunahme oder Abnahme der gesamten zum Brenner 106 geleiteten Luft bewirkt wird. Normalerweise passt die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 den Tendenzwert 276 des Sauerstoffsollwerts nur an, wenn die Änderung des Tendenzwerts bzw. Bias-Werts 274 der Overfire-Luft für eine aktuelle Brennstoffqualität kein korrektes Verhältnis von Unterwindluft gegenüber Overfire-Luft bereitstellt.
  • Um zu verhindern, dass zu viel Luft zum Brenner 106 geführt wird, wenn kein Brennstoff mehr in den Brenner 106 eintritt, verfügt die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 über einen (nicht dargestellten) Begrenzungswert zur Freigabe/Sperre, der die Brennstoffmenge angibt, die in den Brenner 106 eintritt.
  • Jeder Abschnitt (z. B. der MPC-Master 202 für die Dampfströmung, der MPC-Master 222 für den Dampfdruck, der Energiekompensator 234, das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff, das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff, die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff, das Gesamtluftbedarfsmodul 260, die Luftgebläsesteuerung 262, die Luftverhältnisfunktion 264, die Overfire-Ventilatorsteuerung 266 und die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272) der vorstehend beschriebenen Systemsteuerung 112 kann in einem automatischen Modus oder in einem manuellen Modus betrieben werden. Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann jeder Abschnitt der Systemsteuerung 112 jeweils unabhängig für den Betrieb in einem automatischen Modus oder in einem manuellen Modus ausgewählt werden.
  • Zur Ermöglichung eines sanften bzw. nahtlosen Übergangs zwischen den automatischen und manuellen Betriebsarten, sodass das Dampferzeugungssystem 100 keine abrupten Änderungen der Betriebsbedingungen durchläuft, kann jede der Ausgaben der Abschnitte der Systemsteuerung 112 zwischen den Steuervorgängen des manuellen Modus und den Steuervorgängen des automatischen Modus erfasst werden. Beim Übergang zwischen den einzelnen Modi bleiben die Ausgaben auf diese Weise gleich, bis sie durch einen automatischen Steuervorgang oder durch einen Bediener über einen manuellen Steuervorgang geändert werden. Wenn der Betrieb beispielsweise im automatischen Modus ist, werden die Ausgaben jedes Abschnitts der Systemsteuerung 112 durch entsprechende Steuerungswerte des manuellen Modus erfasst bzw. verfolgt (z. B. gleichgesetzt), sodass ein später erfolgender Übergang vom automatischen zum manuellen Modus keine abrupten Änderungen im Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 bewirkt.
  • 3 bis 7 sind Ablaufdiagramme, die beispielhafte Verfahren darstellen, die zur Implementierung der hier beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren verwendet werden können. Die in 3 bis 7 wiedergegebenen beispielhaften Verfahren können in Software, in Hardware und/oder in einer Kombination daraus implementiert sein. Beispielsweise können die beispielhaften Verfahren in Software implementiert sein, die über das in 1 und 2 dargestellte Steuerungssystem 112 und/oder über das in 8 wiedergegebene beispielhafte Prozessorsystem 810 ausgeführt wird. Obwohl die beispielhaften Verfahren im Folgenden als bestimmte Sequenz von Vorgängen beschrieben sind, können einzelne oder mehrere Vorgänge umgeordnet, hinzugefügt und/oder entfernt werden, um das gleiche oder ein ähnliches Ergebnis zu erzielen.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung eines beispielhaften Verfahrens, das zur Steuerung des in 1 wiedergegebenen beispielhaften Dampferzeugungssystems 100 verwendet werden kann. Das in 3 dargestellte beispielhafte Verfahren wird im Folgenden anhand des Beispiels einer Implementierung unter Verwendung des vorstehend in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Steuerungssystems 112 beschrieben. Obwohl das in 3 wiedergegebene beispielhafte Verfahren vom Steuerungssystem 112 in einem automatischen oder manuellen Dampfströmungsmodus oder Dampfdruckmodus implementiert sein kann, wird das beispielhafte Verfahren zum Zweck der Verdeutlichung mit Bezug auf einen automatischen Dampfströmungsmodus beschrieben.
  • Zunächst bestimmt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung, ob eine vorgegebene Betriebszeitbegrenzung abgelaufen ist (Block 302). Die vorgegebene Betriebszeit begrenzung wird vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung nach jeder Erzeugung der vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung angegeben, und sie steht in Zusammenhang mit der Zeitdauer, in der das Dampferzeugungssystem 100 innerhalb der Betriebsbegrenzungen (z. B. einem benötigten Betrag der Dampfströmung) arbeiten kann, ohne Aktualisierungen der vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung zu erfordern, um den Betrieb im Rahmen der Betriebsbeschränkungen aufrechtzuerhalten. Die Betriebszeitbegrenzung kann auf einem Timer oder auf einer Tageszeit basieren (z. B. auf einer Echtzeit-Uhr).
  • Falls der MPC-Master 202 für die Dampfströmung ermittelt, dass die Betriebszeitbegrenzung nicht abgelaufen ist, prüft der MPC-Master 202 für die Dampfströmung weiterhin, ob die Betriebszeitbegrenzung abgelaufen ist (Block 302), bis die Zeitbegrenzung abläuft oder bis das Steuerungssystem 112 einen Interrupt oder eine Anweisung zu einem anderen Vorgehen erhält. Falls der MPC-Master 202 für die Dampfströmung in Block 302 ermittelt, dass die Betriebszeitbegrenzung abgelaufen ist, bestimmt der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung (Block 304) für den fossilen Brennstoff und für den alternativen Brennstoff entsprechend der im Folgenden in Zusammenhang mit dem in 4 dargestellten Ablaufdiagramm wiedergegebenen detaillierten Beschreibung.
  • Der Energiekompensator 234 bestimmt anschließend entsprechend der im Folgenden in Zusammenhang mit 5 wiedergegebenen detaillierten Beschreibung die Energiekompensationswerte (Block 306) in Zusammenhang mit der Energiemenge (z. B. dem Energiegehalt des Brennstoffs), die zum Brenner 106 geleitet wird. Das Gesamtenergiemodul für alternativen Brennstoff 250 und das Gesamtenergiemodul 260 [sic] für fossilen Brennstoff bestimmen anschließend die erforderlichen Brennstoffmengen (Block 308) auf der Grundlage der vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung, die vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung erhalten wurden, sowie auf der Grundlage der vom Energiekompensator 234 erhaltenen Energiekompensationswerte entsprechend der im Folgenden in Zusammenhang mit 6 wiedergegebenen detaillierten Beschreibung.
  • Die Zufuhrsteuerung 242 für fossilen Brennstoff und die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff steuern anschließend die Zufuhrrate von fossilem Brennstoff bzw. von alternativem Brennstoff (Block 310). Beispielsweise kann die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff einen Anforderungswert für alternativen Brennstoff vom Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff erhalten und eine Brennstoffzufuhrrate erzeugen, die die Zufuhr der erforderlichen Menge von alternativem Brennstoff zum Brenner 106 (1) veranlasst. Die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff kann anschließend auf der Grundlage des erzeugten Werts der Brennstoffzufuhrrate das Zufuhrventil für alternativen Brennstoff 118 (1) regeln oder steuern (wobei dies unter Verwendung einer Förderbandgeschwindigkeitssteuerung zur Geschwindigkeitsregelung eines Förderbands für Abfallholz implementiert sein kann).
  • Das Steuerungssystem 112 bestimmt anschließend entsprechend der im Folgenden in Zusammenhang mit 7 wiedergegebenen detaillierten Beschreibung eine erforderliche Luftströmungsmenge und führt sie zu (z. B. Unterwindluftströmung und Overfire-Luftströmung) (Block 312).
  • Das Steuerungssystem 112 bestimmt anschließend, ob der Steuerungsprozess beendet werden soll (Block 314). Falls beispielsweise ein Bediener oder ein anderes Steuerungssystem (z. B. ein Sicherheitssteuerungssystem) eine Stoppanforderung für das Steuerungssystem 112 bereitstellt, beendet das Steuerungssystem 112 als Reaktion auf die Stoppanforderung den Steuerungsprozess und/oder gibt die Kontrolle an einen aufrufenden Prozess oder eine Funktion zurück, wie z. B. einen Abschaltprozess, einen Leerlaufprozess usw. Falls die Systemsteuerung 112 dagegen bestimmt, dass sie den Steuerungsprozess nicht beenden soll, wird die Kontrolle an den Block 302 zurückgegeben.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung eines beispielhaften Verfahrens, das zur Implementierung der Arbeitsweise des in 3 wiedergegebenen Blocks 304 verwendet kann, um die vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 (3) für die Bahnführungsanpassung zu bestimmen. Zunächst erhält der MPC-Master 202 für die Dampfströmung Sollwerte (Block 402) in Zusammenhang mit der Bestimmung der Mengen von erforderlichen Brennstoffen. Entsprechend der Darstellung in 2 erhält der MPC- Master 202 für die Dampfströmung beispielsweise den Sollwert 212 der Dampfströmung und den Sollwert 213 für alternativen Brennstoff. Der Sollwert 212 der Dampfströmung gibt eine erforderliche Dampfmenge an, und der Sollwert 213 für alternativen Brennstoff gibt die maximale Menge oder Zufuhrrate von alternativem Brennstoff an.
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung erhält anschließend einzelne oder mehrere Brennstoffkosten 208 (2) (Block 204) und Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung (z. B. Maximierung oder Minimierung der Verwendung bestimmter Brennstoffe auf der Grundlage der Brennstoffkosten 208) (Block 404). Beispielsweise können die Brennstoffkosten 208 die Kosten des alternativen Brennstoffs und/oder des fossilen Brennstoffs umfassen. Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung verwendet die kosten des alternativen Brennstoffs und/oder des fossilen Brennstoffs in Verbindung mit der Brennstoffpriorität, um ein geeignetes Brennstoffverhältnis zu bestimmen.
  • Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung erhält anschließend einen oder mehrere Begrenzungswerte (Block 408), wie z. B. die Begrenzungswerte 214 (2). Der MPC-Master 202 für die Dampfströmung verwendet anschließend einen modellprädiktiven Steuerungsalgorithmus, um die vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung für die Zufuhr von alternativem und fossilem Brennstoff zu bestimmen (Block 410). Beispielsweise kann der MPC-Master für die Dampfströmung die in den Blöcken 402, 404, 406 und 408 erhaltenen Werte verwenden, um Änderungen der Mengen von fossilem und/oder alternativem Brennstoff zu bestimmen, um den Betrieb des Dampferzeugungssystems im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen zu halten, um den vom Sollwert 212 der Dampfströmung angegebenen Betrag der Dampfströmung aufrechtzuerhalten. Zur Bestimmung der vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 zur Bahnführungsanpassung kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung einen oder mehrere der modellprädiktiven Algorithmen verwenden, die in dem von Emerson Process Management, Austin (US-Bundesstaat Texas), entwickelten und vertriebenen DeltaV-Steuerungssystem zur Verfügung stehen.
  • Bei einer beispielhaften Implementierung kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung bei Block 410 die Brennstoffkosten 208 und die Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung benutzen, um ein kostenbasiertes Verhältnis von alternativem Brennstoff zu fossilem Brennstoff zu bestimmen, das auf der Grundlage von einigen oder allen der bei den Blöcken 402 und 408 erhaltenen Werte (z. B. des Sollwerts 212 für die Dampfströmung, des Sollwerts 213 für alternativen Brennstoff und der Begrenzungen 214) den Betrieb des Dampferzeugungssystems 100 im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen aufrechterhält. Bei einigen Implementierungen kann der MPC-Master 202 für die Dampfströmung das Brennstoffverhältnis und die vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung auf der Grundlage von historischen Daten mit der Angabe zurückliegender ähnlicher Bedingungen und entsprechender Ausgangswerte für die Anpassung bestimmen. Nachdem der MPC-Master 202 für die Dampfströmung die vorausgesagten Ausgabewerte 204 und 206 für die Bahnführungsanpassung bestimmt hat, wird die Kontrolle beispielsweise an eine aufrufende Funktion oder einen Prozess wie z. B. den Prozess des in 3 wiedergegebenen beispielhaften Verfahrens zurückgegeben.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das zur Implementierung der Funktionsweise des in 3 wiedergegebenen Blocks 306 verwendet werden kann, um (über den Energiekompensator 234) als Reaktion auf die Änderung von Energiegehalten beim alternativen Brennstoff Energiekompensationswerte in Zusammenhang mit der Anpassung von Brennstoffzufuhrraten zu bestimmen. Zunächst erhält der Energiekompensator 234 eine gemessene Gesamtluftströmung (Block 502), die den gesamten Lufteinlass in den Brenner 106 (1) angibt. Der Energiekompensator 234 erhält anschließend einen gesamten Luftbedarf (Block 504). Der Gesamtluftbedarf (oder die Gesamtluftanforderung) kann von einem Bediener oder vom Gesamtluftbedarfsmodul 260 bereitgestellt werden und steht in Zusammenhang mit der gesamten Luftmenge, die für den Brenner 160 bereitgestellt werden muss.
  • Der Energiekompensator 234 erhält anschließend einen gemessenen Sauerstoffwert (Block 506). Der Energiekompensator 234 kann beispielsweise den gemessenen Sauerstoffwert von einem (nicht dargestellten) Sauerstoffsensor erhalten, der am Lufteinlass 121 (1) angeordnet sein kann. Der Energiekompensator 234 erhält anschließend einen Sauerstoffsollwert (506), der beispielsweise von einem Bediener bereitgestellt wird oder durch die Begrenzungswerte 214 und/oder durch einen von der Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 (2) bereitgestellten Tendenzwert für den Sauerstoffsollwert.
  • Der Energiekompensator 234 bestimmt anschließend einen Prozentsatz des Gesamtzielwerts für den Luftüberschuss (Block 510), indem beispielsweise der bei Block 508 erhaltene Sauerstoffsollwert von dem bei Block 504 erhaltenen Wert des Gesamtluftbedarfs abgezogen wird. Der Gesamtzielwert für den Luftüberschuss ist die Zielmenge von Luft, die nicht im Brenner 106 verbrannt wird. Der Energiekompensator 234 bestimmt anschließend einen gesamten vorliegenden Luftüberschuss (Block 512), indem beispielsweise der bei Block 506 erhaltene gemessene Sauerstoffwert von dem bei Block 502 erhaltenen gesamten gemessenen Luftwert abgezogen wird.
  • Der Energiekompensator 234 bestimmt anschließend, beispielsweise unter Verwendung der im Folgenden wiedergegebenen Gleichung 1, einen relativen Brennstoffenergiewert (Block 514).
  • Figure 00330001
  • Der Energiekompensator 234 verwendet die vorstehende Gleichung 1, um eine in BTU-Werten ausgedrückte relative Brennstoffenergie (z. B. ENERGY(BTU)) zu bestimmen. Wie in Gleichung 1 dargestellt ist, bestimmt der Energiekompensator 234 die relative Energie, indem die bei Block 502 erhaltene gesamte gemessene Luftströmung (TAF) durch den bei Block 504 erhaltenen gesamten Luftströmungsbedarf (TAD) geteilt wird, um einen Quotienten
    Figure 00330002
    zu ergeben. Die gesamte gemessene Luftströmung (TAF) und der gesamte Luftströmungsbedarf (TAD) können als in Kilopond pro Stunde (kp/h) gemessene Werte bereitgestellt sein. Der Energiekompensator 234 multipliziert anschließend den Quotienten
    Figure 00330003
    mit einer Einheitenkonversion „100", um ein Produkt
    Figure 00330004
    zu erzeugen. Der Energiekompensator 234 subtrahiert anschließend den bei Block 512 bestimmten aktuellen Luftüberschuss (AEA) von dem bei Block 510 bestimmten Zielwert des Luftüberschusses (TEA). Der aktuelle Luftüberschuss (AEA) und der Zielwert des Luftüberschusses (TEA) können als Luftüberschuss-Prozentwerte bereitgestellt sein. Der Energiekompensator 234 bestimmt anschließend die relative Brennstoffenergie durch die Addition des Produkts
    Figure 00340001
    und des Subtraktionsergebnisses (TEA-AEA).
  • Nachdem der Energiekompensator 234 bei Block 514 einen relativen Energiewert bestimmt hat, bestimmt der Energiekompensator 234 Energiekompensationswerte (Block 516) auf der Grundlage des relativen Energiewerts. Beispielsweise gibt der bei Block 514 bestimmte relative Energiewert Anderungen der Brennstoffqualität im Zeitverlauf an, beispielsweise bei alternativem Brennstoff. Falls die Brennstoffzufuhrrate von alternativem Brennstoff im Zeitverlauf relativ konstant bleibt, wobei aber der Energiegehalt des alternativen Brennstoffs abnimmt, gibt der relative Energiewert die Abnahme des Energiegehalts an. Dementsprechend kann der Energiekompensator 234 auf der Grundlage der durch den relativen Energiewert angegebenen Abnahme des Energiegehalts Energiekompensationswerte erzeugen, um zu veranlassen, dass das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff und/oder das Gesamtenergiemodul 240 für fossilen Brennstoff die entsprechenden Brennstoffzufuhrraten erhöhen, um die Abnahme der Qualität des alternativen Brennstoffs zu kompensieren. Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann der Energiekompensator 234 Energiekompensationswerte erzeugen, die die Gesamtenergiemodule 240 und 250 veranlassen, die entsprechenden Brennstoffmengen auf der Grundlage von Brennstoffverhältnissen, die durch einen Bediener oder den MPC-Master 202 für die Dampfströmung entsprechend den Brennstoffkosten 208 und den Präferenzeinstellungen zur Brennstoffverwendung bestimmt wurden, unterschiedlich zu erhöhen oder zu senken. Der Energiekompensator 234 kann die Energiekompensationswerte auch auf der Grundlage des Sollwerts 213 für alternativen Brennstoff (2) erzeugen, der die maximal zulässige Menge von alternativem Brennstoff definiert. Nachdem der Energiekompensator 234 bei Block 516 die Energiekompensationswerte bestimmt hat, kehrt die Kontrolle beispielsweise zu einem aufrufenden Prozess oder zu einer Funktion zurück, wie z. B. zu dem vorstehend in Zusammenhang mit 3 beschriebenen beispielhaften Prozess.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann zur Implementierung des Betriebs des in 3 wiedergegebenen Blocks 308 zur Bestimmung von Brennstoffmengen, die für den Betrieb des in 1 dargestellten Dampferzeugungssystems 100 innerhalb vorgegebener Betriebsbedingungen erforderlich sind. Obwohl das in 6 dargestellte beispielhafte Verfahren anhand eines Beispiels in Verbindung mit dem Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff (2) beschrieben ist, kann das in 6 wiedergegebene beispielhafte Verfahren auch in einer Weise verwendet werden, die in Bezug auf die im Folgenden beschriebene Weise im Wesentlichen ähnlich oder identisch ist. Zunächst erhält das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff den vorausgesagten Ausgabewert 206 zur Bahnführungsanpassung vom MPC-Master 202 für die Dampfströmung (2) (Block 602) sowie einen Energiekompensationswert vom Energiekompensator 234 (2) (Block 604). Das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff kann beispielsweise den bei dem in 4 wiedergegebenen Block 410 bestimmten vorausgesagten Ausgabewert 206 zur Bahnführungsanpassung und einen bei dem in 5 wiedergegebenen Block 516 bestimmten Energiekompensationswert erhalten.
  • Das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff bestimmt anschließend auf der Grundlage des bei Block 602 erhaltenen vorausgesagten Ausgabewerts 206 zur Bahnführungsanpassung und des bei Block 604 erhaltenen Energiekompensationswerts einen kompensierten Sollwert des Brennstoffbedarfs (Block 606). Falls der Energiekompensationswert beispielsweise angibt, dass die Brennstoffqualität (z. B. der Energiegehalt) des alternativen Brennstoffs abgenommen hat, bestimmt das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff einen kompensierten Sollwert des Brennstoffbedarfs, um die Zufuhrrate von alternativem Brennstoff aufgrund der reduzierten Brennstoffqualität zu kompensieren.
  • Das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff bestimmt anschließend eine Abweichung zwischen dem kompensierten Sollwert des Brennstoffbedarfs und einer aktuellen Brennstoffzufuhrrate (Block 608). Die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff passt anschließend die aktuelle Brennstoffzufuhrrate an, um die durch das Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff bei Block 608 bestimmte Abweichung im Wesentlichen zu eliminieren (Block 610). Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann die Zufuhrsteuerung 252 für alternativen Brennstoff die Brennstoffzufuhrrate im Zeitverlauf inkrementell oder graduell erhöhen bzw. senken, bis die Energiekompensationswerte, die kontinuierlich vom Energiekompensator 234 erzeugt werden können, eine Änderung von null bzw. keine Änderung der Brennstoffqualität angeben. Nach der Anpassung der Brennstoffzufuhrraten kehrt die Kontrolle beispielsweise zu einer aufrufenden Funktion oder zu einem Prozess wie z. B. dem in 3 wiedergegebenen beispielhaften Prozess zurück.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann zur Implementierung des Betriebs des in 3 wiedergegebenen Blocks 312 zur Bestimmung und Steuerung der erforderlichen Luftströmungen des in 1 dargestellten Dampferzeugungssystems 100. Zunächst bestimmt das Gesamtluftbedarfsmodul 260, beispielsweise unter Verwendung der im Folgenden wiedergegebenen Gleichungen 2 und 3, den Luftbedarf (oder die Anforderung) für alternativen Brennstoff (Block 702).
  • Figure 00360001
  • Wie in Gleichung 2 dargestellt ist, bestimmt das Gesamtluftbedarfsmodul 260 einen Luftbedarf für alternativen Brennstoff (ADA), indem der beim in 5 wiedergegebenen Block 510 bestimmte Zielwert des Luftüberschusses (TEA) durch einhundert (100) dividiert wird, um einen Quotientenwert
    Figure 00360002
    zu erzeugen. Der Zielwert des Luftüberschusses (TEA) kann als Prozentsatz des Luftüberschussziels bereitgestellt sein. Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 addiert anschließend eins zum Quotientenwert
    Figure 00370001
    um einen Summenwert
    Figure 00370002
    zu erzeugen. Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 multipliziert anschließend den Summenwert
    Figure 00370003
    dem stöchiometrischen Luftbedarf für den alternativen Brennstoff (SADa), um den Luftbedarf für den alternativen Brennstoff (ADA) zu bestimmen. Der stöchiometrische Luftbedarf für den alternativen Brennstoff (SADa) kann in kp/h-Einheiten bereitgestellt und gemäß Gleichung 3 bestimmt werden.
  • Wie vorstehend in Gleichung 3 dargestellt, bestimmt das Gesamtluftbedarfsmodul 260 den stöchiometrischen Luftbedarf für den alternativen Brennstoff (SADa), indem ein Zufuhrbedarf für alternativen Brennstoff (AFD) mit einem Verhältnis von Luft zu Brennstoff für den alternativen Brennstoff
    Figure 00370004
    multipliziert wird. Der Zufuhrbedarf für alternativen Brennstoff (AFD) kann als Prozentwert bereitgestellt sein, der einen Prozentsatz des Bedarfs an alternativem Brennstoff angibt (z. B. die erforderliche Menge von alternativem Brennstoff, die von dem in 2 wiedergegebenen Gesamtenergiemodul 250 für alternativen Brennstoff bestimmt wurde), der in einem Gesamtbrennstoffbedarf einschließlich des Bedarfs an alternativem Brennstoff und fossilem Brennstoff enthalten ist. Das Verhältnis von Luft zu Brennstoff für alternativen Brennstoff
    Figure 00370005
    kann als Prozentsatz der erforderlichen Luft pro Einheit des angeforderten alternativen Brennstoffs bereitgestellt sein.
  • Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 bestimmt anschließend, beispielsweise unter Verwendung der im Folgenden wiedergegebenen Gleichungen 4 und 5, einen Luftbedarf für fossilen Brennstoff (FAD) (Block 704).
  • Figure 00370006
  • Figure 00380001
  • Wie vorstehend in den Gleichungen 4 und 5 dargestellt, bestimmt das Gesamtluftbedarfsmodul 260 den Luftbedarf für fossilen Brennstoff (FAD) in einer Weise, die in Bezug auf die vorstehend in Zusammenhang mit den Gleichungen 2 und 3 beschriebene Weise im Wesentlichen ähnlich oder identisch ist. Ein Unterschied zwischen den Gleichungen 4 und 2 ist, dass der Luftbedarf für fossilen Brennstoff (FAD) auf der Grundlage des stöchiometrischen Luftbedarfs für den fossilen Brennstoff (SADf) statt auf der Grundlage des stöchiometrischen Luftbedarfs für den alternativen Brennstoff (SADa) bestimmt wird. Zu beachtende Unterschiede zwischen den Gleichungen 5 und 3 sind, dass der stöchiometrische Luftbedarf für den fossilen Brennstoff (SADf) auf der Grundlage eines Zufuhrbedarfs für fossilen Brennstoff (FFD) und eines Verhältnisses von Luft zu Brennstoff für den fossilen Brennstoff
    Figure 00380002
    statt auf der Grundlage des Zufuhrbedarfs für alternativen Brennstoff (AFD) und des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff für den alternativen Brennstoff
    Figure 00380003
    bestimmt wird.
  • Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 bestimmt anschließend den gesamten Luftbedarf (Block 706), indem beispielsweise der bei Block 702 bestimmte Luftbedarf für alternativen Brennstoff (AAD) zu dem bei Block 704 bestimmten Luftbedarf für fossilen Brennstoff (FAD) addiert wird. Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 bestimmt anschließend die aktuelle Gesamtluftzufuhr (Block 708). Beispielsweise kann das Gesamtluftbedarfsmodul 260 die aktuelle Gesamtluftzufuhr über den Erhalt von Luftströmungsmessungen von einem Luftströmungssensor am Lufteinlass des Brenners (z. B. des in 1 wiedergegebenen Luftströmungssensors 128) bestimmen. Alternativ dazu kann das Gesamtluftbedarfsmodul 260 einen gemessenen Overfire-Luftströmungswert und einen gemessenen Unterwind-Luftströmungswert erhalten und summieren. Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann das Gesamtluftbedarfsmodul 260 Berechnungen auf der Grundlage der erhaltenen gemessenen Overfire- und Unterwind-Luftströmungswerte ausführen, um einen lufttemperaturkompensierten und/oder luftdruckkompensierten aktuellen Gesamtluftzufuhrwert zu erzeugen.
  • Das Gesamtluftbedarfsmodul 260 vergleicht anschließend den bei Block 706 bestimmten Gesamtluftbedarf mit der bei Block 708 bestimmten aktuellen Gesamtluftzufuhr (Block 710) und veranlasst, dass die Luftgebläsesteuerung 262 und die Overfire-Ventilatorsteuerung 266 die aktuelle Gesamtluftzufuhr auf der Grundlage dieses Vergleichs anpassen (Block 712). Beispielsweise kann das Gesamtluftbedarfsmodul 260 die aktuelle Gesamtluftzufuhr unter Verwendung eines Rückwärtssteuerungsvorgangs in Verbindung mit proportionalen und integralen Einstellungskonstanten anpassen, um die Abweichung zwischen dem bei Block 706 bestimmten Gesamtluftbedarf und der bei Block 708 bestimmten aktuellen Gesamtluftzufuhr wesentlich zu minimieren oder zu eliminieren. Ferner basiert bei dem in 2 dargestellten Beispiel die Menge der Overfire-Luftströmung auf der Menge der Unterwindluftströmung. Insbesondere wird die vom Gesamtluftbedarfsmodul 260 bestimmte Menge der Unterwindluftströmung zur Luftgebläsesteuerung 262 gemeldet, um die Menge der Unterwindluftströmung zu steuern, sowie zu einer Luftverhältnisfunktion 264, um eine Menge der Overfire-Luftströmung zu bestimmen. Die Luftverhältnisfunktion 264 kann eine Kurve oder eine Funktion sein, die bewirkt, dass die Overfire-Luftströmung auf der Grundlage der Unterwindluftströmung bestimmt wird. Bei einigen beispielhaften Implementierungen ist die Luftverhältnisfunktion 264 während des Betriebs des beispielhaften Dampferzeugungssystems 100 (1) im Wesentlichen fest.
  • Bei einigen beispielhaften Implementierungen kann der Brenner 106 (1) wegen der unterschiedlichen oder sich ändernden Brennstoffqualität (z. B. Energiegehalt pro Brennstoffvolumen) von beispielsweise dem alternativen Brennstoff Anpassungen der Menge der Overfire-Luftströmungszufuhr erfordern. Das heißt, dass die Luftverhältnisfunktion 264 relativ weniger effiziente Overfire-Luftströmungszufuhrwerte erzeugen kann, wenn sich die Brennstoffqualität im Zeitverlauf ändert. Zur Anpassung der Overfire-Luftströmung, um sicherzustellen, dass das Dampferzeugungssystem 100 innerhalb vorgegebener Betriebsbedingungen arbeitet (z. B. Dampfströmungsbedingungen, Dampfdruckbedingungen, wirtschaftliche Bedingungen usw.), bestimmt die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 inkrementelle Anpassungen der Overfire-Luftströmungszufuhr (Block 714). Beispielsweise kann die Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 die inkrementellen Anpas sungen entsprechend der vorstehenden Beschreibung in Zusammenhang mit 2 beispielsweise unter Verwendung einer 5×5-Fuzzy-Matrix bestimmen, die auf einen Wert des Geschwindigkeitsverhältnisses von Dampfströmung gegenüber Gesamtzufuhr in Zusammenhang mit dem alternativen Brennstoff (d. h. auf ein Dampf-Zufuhr-Verhältnis) verweist, sowie auf ein Saugluftverhältnis (Verhältnis von Overfire-Luft gegenüber Unterwindluft) und auf die vom Energiekompensator 234 erzeugten Energiekompensationswerte.
  • Die Overfire-Ventilatorsteuerung 266 steuert anschließend den Overfire-Ventilator auf der Grundlage der von der Luftverhältnisfunktion 264 bestimmten Overfire-Luftströmungszufuhrwerte und der von der Fuzzy-Hitzeabgabesteuerung 272 bestimmten inkrementellen Anpassungswerte (Block 716). Die Kontrolle kehrt anschließend beispielsweise zu einer aufrufenden Funktion oder zu einem Prozess wie dem in 3 wiedergegebenen beispielhaften Prozess zurück.
  • 8 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessorsystems, das zur Implementierung der hier beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen, Verfahren und Herstellungsgegenstände verwendet werden kann. Entsprechend der Darstellung in 8 umfasst das Prozessorsystem 810 einen Prozessor 812, der an einen Verbindungsbus 814 angeschlossen ist. Der Prozessor 812 umfasst eine Registergruppe oder einen Registerraum 816, der in 8 als vollkommen chipgestützt dargestellt ist, der aber alternativ dazu vollständig oder teilweise außerhalb des Chips angeordnet und über dedizierte elektrische Verbindungen und/oder über den Verbindungsbus 814 direkt mit dem Prozessor 812 verbunden sein könnte. Der Prozessor 812 kann ein beliebiger geeigneter Prozessor, eine Prozessoreinheit oder ein Mikroprozessor sein. Obwohl dies in 8 nicht dargestellt ist, kann das System 810 ein Multiprozessorsystem sein, und es kann somit einen oder mehrere zusätzliche Prozessoren umfassen, die mit dem Prozessor 812 identisch sind oder die ihm ähnlich sind und die kommunikativ an den Verbindungsbus 814 angeschlossen sind.
  • Der in 8 wiedergegebene Prozessor 812 ist mit einem Chipsatz 818 verbunden, der eine Speichersteuerung 820 und eine Eingangs-/Ausgangs-(I/O)-Steuerung 822 umfasst. Wie bereits bekannt ist, stellt ein Chipsatz normalerweise I/O- und Speicherverwaltungsfunktionen bereit, sowie eine Vielzahl von Registern, Timern usw. für allgemeine und spezielle Zwecke, die durch einen oder mehrere mit dem Chipsatz 818 verbundene Prozessoren zugänglich sind oder von ihnen eingesetzt werden. Die Speichersteuerung 820 führt Funktionen aus, die es dem Prozessor 812 (oder im Fall von mehreren Prozessoren den Prozessoren) ermöglichen, auf einen Systemspeicher 824 und einen Massenspeicher 825 zuzugreifen.
  • Der Systemspeicher 824 kann einen beliebigen gewünschten Typ von flüchtigem und/oder nicht flüchtigem Speicher umfassen, wie z. B. statischen RAM (Static Random Access Memory, SRAM), dynamischen RAM (Dynamic Random Access Memory, DRAM), Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (Read-Only-Memory, ROM) usw. Der Massenspeicher 825 kann einen beliebigen gewünschten Typ einer Massenspeichereinrichtung umfassen, wie z. B. Festplattenlaufwerke, optische Laufwerke, Bandspeichereinrichtungen usw.
  • Die I/O-Steuerung 822 führt Funktionen aus, die es dem Prozessor 812 ermöglichen, über einen I/O-Bus 832 mit peripheren Eingangs-/Ausgangs-(I/O)-Einrichtungen 826 und 828 und mit einer Netzschnittschnelle 830 zu kommunizieren. Die I/O-Einrichtungen 826 und 828 können ein beliebiger gewünschter Typ einer I/O-Einrichtung sein, wie z. B. eine Tastatur, eine Videoanzeige oder ein Monitor, eine Maus usw. Die Netzschnittstelle 830 kann beispielsweise eine Ethernet-Einrichtung, eine asynchrone Übertragungseinrichtung (Asynchronous Transfer Mode, ATM), eine 802.11-Einrichtung, ein DSL-Modem, ein Kabelmodem, ein zellengestütztes Modem usw. sein, das dem Prozessorsystem 810 die Kommunikation mit einem anderen Prozessorsystem ermöglicht.
  • Obwohl die Speichersteuerung 820 und die I/O-Steuerung 822 in 8 als separate Funktionsblöcke im Chipsatz 818 dargestellt sind, können die von diesen Blöcken ausgeführten Funktionen in einer einzelnen Halbleiterschaltung integriert sein, oder sie können unter Verwendung von zwei oder mehreren separaten integrierten Schaltungen implementiert sein.
  • Obwohl hier bestimmte Systeme, Verfahren und Herstellungsgegenstände beschrieben sind, ist der Schutzumfang dieses Patents nicht darauf beschränkt. Im Gegensatz dazu deckt dieses Patent alle Systeme, Verfahren und Herstellungsgegenstände ab, die in angemessener Weise entweder wörtlich oder gemäß der Äquivalenzdoktrin in den Rahmen der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims (42)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Multibrennstoff-Dampferzeugungssystems, das Folgendes umfasst: Erhalt einer Vielzahl von der Dampferzeugung zugeordneten Eingangswerten; Verwendung einer modellprädiktiven Steuerung zur Bestimmung eines ersten, der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge zugeordneten Wertes; Verwendung der modellprädiktiven Steuerung zur Bestimmung eines zweiten, der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge zugeordneten Wertes; Steuerung der Brennstoffzufuhrraten des ersten und zweiten Brennstoffs auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Wert Trajektorienwerte sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Wert der Erzeugung der Dampfmenge für einen vorbestimmten Zeitraum zugeordnet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Steuerung der Brennstoffzufuhrraten des ersten und zweiten Brennstoffs auf der Grundlage des ersten und zweiten Wertes die Steuerung der Brennstoffzufuhrraten des ersten und zweiten Brennstoffs für den vorbestimmten Zeitraum auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei weiter die Verwendung der modellprädiktiven Steuerung zur Bestimmung der vorbestimmten Zeitdauer umfasst ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Eingangswerten mindestens einen Sollwert der Dampfströmung oder einen Sollwert des Dampfdrucks oder beide enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Eingangswerten einen Brennstoffkostenwert enthält, der dem ersten Brennstoff oder dem zweiten Brennstoff oder beiden zugeordnet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Brennstoff ein fossiler Brennstoff ist und wobei der zweite Brennstoff Abfallholz oder zerkleinertes Reifenmaterial oder beides ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten Wert und den zweiten Wert bestimmt, um ein angegebenes Brennstoffverhältnis zu erhalten.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Wert der Vielzahl von Eingangswerten den Energiegehalt des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe angibt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner die Bestimmung eines Kompensationswertes in Zusammenhang mit der Anpassung von mindestens einer der Brennstoffzufuhrraten auf der Grundlage eines veränderlichen Energiegehalts beim ersten Brennstoff oder beim zweiten Brennstoff oder bei beiden Brennstoffen umfasst ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner die Bestimmung der Luftströmungsmenge zur Erzeugung der Dampfmenge auf der Grundlage eines Erster-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder eines Zweiter-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder beider umfasst ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ferner die Verwendung einer Fuzzy-Logic-Steuerung zur Anpassung der Luftströmungsmenge auf der Grundlage eines Energiegehalts des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe umfasst ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage einer bzw. eines Dampfströmungs-Betriebsbedingung bzw. -zustandes bestimmt und wobei ferner das Umschalten der Steuerung zwischen der modellprädiktiven Steuerung und einer anderen modellprädiktiven Steuerung umfasst ist, um einen dritten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des ersten Brennstoffs und einen vierten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des zweiten Brennstoffs zu bestimmen, um die Dampfmenge auf der Grundlage einer bzw. eines Dampfdruck-Betriebsbedingung bzw. -zustandes zu erzeugen.
  15. System zur Steuerung eines Multibrennstoff-Dampferzeugungssystems, das Folgendes umfasst: modellprädiktive Steuerung zur Bestimmung eines ersten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs und eines zweiten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge; und erste und zweite Brennstoffzufuhrsteuerungen bzw. Brennstoffzufuhrsteuerungen des ersten und zweiten Brennstoffs zur Steuerung der Brennstoffzufuhrraten des ersten und des zweiten Brennstoffs auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der erste Wert und der zweite Wert Trajektorienwerte sind.
  17. System nach Anspruch 15, wobei der erste und der zweite Wert der Erzeugung der Dampfmenge für einen vorbestimmten Zeitraum zugeordnet sind.
  18. System nach Anspruch 17, wobei die Brennstoffzufuhrsteuerungen des ersten und zweiten Brennstoffs die Brennstoffzufuhrraten des ersten und zweiten Brennstoffs für den vorbestimmten Zeitraum auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes steuern.
  19. System nach Anspruch 17, wobei die modellprädiktive Steuerung die vorbestimmte Zeitdauer bestimmt.
  20. System nach Anspruch 15, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage eines Sollwertes für die Dampfströmung oder eines Sollwertes für den Dampfdruck oder beider Sollwerte bestimmt.
  21. System nach Anspruch 15, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage eines Brennstoffkostenwertes bestimmt, der dem ersten Brennstoff oder dem zweiten Brennstoff oder beiden Brennstoffen zugeordnet ist.
  22. System nach Anspruch 15, wobei der erste Brennstoff ein fossiler Brennstoff ist und wobei der zweite Brennstoff Abfallholz oder zerkleinertes Reifenmaterial oder beides ist.
  23. System nach Anspruch 15, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert bestimmt, um ein angegebenes Brennstoffverhältnis zu erzielen.
  24. System nach Anspruch 15, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage eines Energiegehalts des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe bestimmt.
  25. System nach Anspruch 15, wobei ferner ein Energiekompensator umfasst ist, um einen Kompensationswert in Zusammenhang mit der Anpassung von mindestens einer der Brennstoffzufuhrraten auf der Grundlage eines veränderlichen Energiegehalts beim ersten Brennstoff oder beim zweiten Brennstoff oder bei beiden Brennstoffen zu bestimmen.
  26. System nach Anspruch 15, wobei ferner ein Luftströmungsmodul umfasst ist, um eine Luftströmungsmenge zur Erzeugung der Dampfmenge auf der Grundlage eines Erster-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder eines Zweiter-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder beider zu bestimmen.
  27. System nach Anspruch 26, wobei ferner eine Fuzzy-Logic-Steuerung zur Anpassung der Luftströmungsmenge auf der Grundlage eines Energiegehalts des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe umfasst ist.
  28. System nach Anspruch 15, wobei die modellprädiktive Steuerung den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage einer Dampfströmung-Betriebsbedingung bestimmt und wobei ferner eine andere modellprädiktive Steuerung umfasst ist, um einen dritten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des ersten Brennstoffs und einen vierten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des zweiten Brennstoffs zu bestimmen, um die Dampfmenge auf der Grundlage einer Dampfdruck-Betriebsbedingung zu erzeugen.
  29. Maschinell zugängliches Medium mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei ihrer Ausführung eine Maschine zu Folgendem veranlassen: Bestimmung eines ersten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines ersten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge; Bestimmung eines zweiten Wertes in Zusammenhang mit der Voraussage einer Menge eines zweiten Brennstoffs zur Erzeugung einer Dampfmenge; und Steuerung von Brennstoffzufuhrraten des ersten und des zweiten Brennstoffs auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes.
  30. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29, wobei der erste und zweite Wert Trajektorienwerte sind.
  31. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den ersten und den zweiten Wert zur Erzeugung der Dampfmenge für eine vorbestimmte Zeitdauer bestimmt.
  32. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 31 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine die Brennstoffzufuhrraten des ersten und des zweiten Brennstoffs für die vorbestimmte Zeitdauer auf der Grundlage des ersten und des zweiten Wertes steuert.
  33. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 31 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den vorbestimmten Zeitraum bestimmt.
  34. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage des Sollwertes für die Dampfströmung oder des Sollwertes für den Dampfdruck oder beider Sollwerte bestimmt.
  35. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage eines Brennstoffkostenwertes in Zusammenhang mit dem ersten Brennstoff oder mit dem zweiten Brennstoff oder mit beiden Brennstoffen bestimmt.
  36. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29, wobei der erste Brennstoff ein fossiler Brennstoff ist und wobei der zweite Brennstoff Abfallholz oder zerkleinertes Reifenmaterial oder beides ist.
  37. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den ersten und den zweiten Wert bestimmt, um ein angegebenes Brennstoffverhältnis zu erzielen.
  38. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine den ersten und den zweiten Wert auf der Grundlage eines Energiegehalts des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe bestimmt.
  39. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine einen Kompensationswert bestimmt, der der Anpassung von mindestens einer der Brennstoffzufuhrraten auf der Grundlage eines veränderlichen Energiegehalts beim ersten Brennstoff oder beim zweiten Brennstoff oder bei beiden Brennstoffen zugeordnet ist.
  40. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine eine Luftströmungsmenge zur Erzeugung der Dampfmenge auf der Grundlage eines Erster-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder eines Zweiter-Brennstoff-Luftströmungs-Bedarfs oder beider bestimmt.
  41. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 40 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine Fuzzy Logic verwendet, um die Menge der Luftströmung auf der Grundlage eines Energiegehalts des ersten Brennstoffs oder des zweiten Brennstoffs oder beider Brennstoffe anzupassen.
  42. Maschinell zugängliches Medium nach Anspruch 29 mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei der Ausführung veranlassen, dass die Maschine Folgendes ausführt: Bestimmung des ersten und des zweiten Wertes über eine modellprädiktive Steuerung auf der Grundlage einer Dampfströmungs-Betriebsbedingung; und Umschalten der Steuerung zwischen der ersten modellprädiktiven Steuerung und einer zweiten modellprädiktiven Steuerung, um einen dritten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des ersten Brennstoffs und einen vierten Wert in Zusammenhang mit der Voraussage einer anderen Menge des zweiten Brennstoffs zu bestimmen, um die Dampfmenge auf der Grundlage einer Dampfdruck-Betriebsbedingung zu erzeugen.
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