DE102013204840A1

DE102013204840A1 - Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, Steuereinheit und Industrieofen

Info

Publication number: DE102013204840A1
Application number: DE102013204840.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Hemmann
Original assignee: STG COMB CONTROL & CO KG GmbH; STG COMBUSTION CONTROL & Co KG GmbH
Current assignee: STG COMB CONTROL & CO KG GmbH; STG COMBUSTION CONTROL & Co KG GmbH
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014147117A2; CN105247308A; EP2976586A2; CN105247308B; WO2014147117A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (10), vorzugsweise zur Regelung einer Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum (10) für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert, aufweisend die Schritte: – Injizieren von Brennstoff in den Ofenraum (10) über wenigstens einen Brennstoff-Injektor (20, 20‘), der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, – periodisch abwechselnde Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum (10) in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas (AG) aus dem Ofenraum (10) in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoff, wobei – eine Zufuhr der Verbrennungsluft oder dergleichen Oxidationsmittel eingestellt wird und ein Restsauerstoff im Abgas bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – ein bei der Verbrennung des Brennstoffs umgesetzter Sauerstoffverbrauch aus der zugeführten Verbrennungsluft und dem Restsauerstoff bestimmt wird, und – der Sauerstoffverbrauch als Maß für eine eingesetzte Brennstoffenergie verwendet wird, wobei ein Brennstoffstrom zur Injektion, derart eingestellt wird, dass der Sauerstoffverbrauch auf einen vorbestimmten Wert des Sauerstoffverbrauchs geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Ausführung des Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15. Die Erfindung betrifft auch einen Industrieofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Grundsätzlich ist ein Industrieofen nicht auf die Verwendung in der Glasherstellung beschränkt. Z. B. kann ein Industrieofen der eingangs genannten Art auch in der Metallherstellung od. dgl. eingesetzt werden. Ein regenerativer Industrieofen der eingangs genannten Art hat sich jedoch als besonders geeignet in der Glasherstellung zum Schmelzen von Glas erwiesen.
Bislang wird die Steuerung regenerativer Glasschmelzöfen – d. h. regelmäßig mittels Steuerung über den Oberofen im Ofenraum als Regelstrecke – ausschließlich PID-Reglern anvertraut, welche die Regelung einer Oberofentemperatur zum Ziel haben und deren Ausgang entweder eine Brennstoffmenge selbst darstellt oder eine Verbrennungsluftmenge, der die Brennstoffmenge dann in einstellbarem Verhältnis folgt.
Die Führungsgröße zur Bestimmung des Energieeinsatzes einer Glasschmelzwanne ist üblicherweise die Temperatur eines oder mehrerer Thermoelemente im Gewölbe des Schmelzofens. Aufgrund des hohen Wärmespeichervermögens von Ofen und Schmelzgut ändert sich die Temperatur nur langsam, signifikante Änderungen werden erst nach Stunden bewirkt. Darum wird üblicherweise der mit dem Brennstoffstrom eingeführte Energiestrom als unterlagerter Regelkreis konstant geregelt. Ist der Heizwert wie z. B. beim Brennstoff Erdgas on-line gut messbar, können Schwankungen des Heizwertes durch entsprechende Veränderung der Brennstoffmenge selbst zügig ausgeglichen werden, so dass der Brennstoffenergiezufluss mit ausreichender Genauigkeit konstant geregelt werden kann.
Herkömmliche Regelverfahren setzen allerdings zum einen unkontrollierten Luftzutritt unrichtig als konstant voraus oder korrigieren die Verbrennungsluftzufuhr ausschließlich aufgrund eines manuell oder kontinuierlich gemessenen Messwertes von Restsauerstoff im Abgas. Mittels diesem kann man jedoch aufgrund seines teilweise nichtlinearen Zusammenhangs zur Verbrennungsluft jedenfalls keine optimale Regeldynamik erreichen. Insbesondere kann dieser Ansatz, den Bereich unterstöchiometrischer Beheizung nicht bewerten, weil aus einem Vergleich verschiedener Prozesszustände mit jeweils 0 % Restsauerstoff keine sinnvolle regelungstechnische Aktion mehr zu begründen ist.
So ist in dem Artikel von Hemmann et al. (Technical Report XP-00121591) „Advanced combustion control – the basis for NOx reduction and energy saving in glass tank furnaces" in Glass Sci. Technol. 77 (2004) No. 6, Seiten 306 bis 311, vorgeschlagen, eine reine Lambda-Regelung zu nutzen, d. h. eine Regelung des Quotienten von Verbrennungsluft zum stöchiometrischen Minimum von Verbrennungsluft, um die Infiltration von Falschluft zu minimieren bzw. unvermeidbare Falschluft zu kompensieren. Die Installation von Zirkondioxid-Lambda-Sensoren in den Regeneratorköpfen wird vorgeschlagen. Es wird auch eine Kombination einer PID-Regelung mit einer prädiktiven Steuerung vorgeschlagen. Erstmals wird Falschluft als typischer unkontrollierter Eintrag von kalter Luft in den Ofen und den Regenerator benannt, derart, dass diese an der Verbrennung teilnimmt und nicht durch eine Verhältnissteuerung erfasst ist.
Für Brennstoffe, deren Heizwert nicht on-line messbar ist, die aber große unkontrollierbare Schwankungen des Heizwertes aufweisen, steht zum anderen die Möglichkeit Schwankungen des Heizwertes durch entsprechende Veränderung der Brennstoffmenge selbst zügig auszugleichen nicht zur Verfügung. Die Folge sind deutlich größere Schwankungen der qualitätsbedingten Temperaturen und/oder der energetischen Effizienz.
Brennstoffe dieser Art werden, insbesondere bei weltweit merklicher Brennstoffknappheit, in zunehmendem Masse eingesetzt.
Wünschenswert ist ein verbessertes Regelungskonzept für einen Industrieofen der eingangs genannten Art unter Berücksichtigung der für die regenerative Beheizung von Industrieöfen typischen langen Reaktionszeiten zwischen einer Veränderung des Luftverhältnisses und der im Ergebnis messbaren Messwertänderung einer Abgasanalysemessung. Wünschenswert ist darüberhinaus auch ein vergleichsweise zügiger Ausgleich unkontrollierbarer Schwankungen eines Heizwertes im Falle der Verwendung von Brennstoffen, deren Heizwert nicht on-line messbar ist.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein verbessertes Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, eine verbesserte Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen verbesserten Industrieofen anzugeben. Insbesondere sollen die oben aufgeführten nachteiligen Aspekte des Standes der Technik möglichst vermieden werden, wenigstens aber eines der oben beschriebenen Probleme adressiert werden. Insbesondere sollte eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, mittels denen unkontrollierbare Schwankungen eines Heizwertes im Falle der Verwendung von Brennstoffen mit unsicherem Heizwert ausgleichbar sind; insbesondere derart ausgleichbar sind, dass eine Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum weitgehend konstant ist. Zumindest soll eine alternative Lösung zu einer im Stand der Technik bekannten Lösung vorgeschlagen werden.
Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Das Verfahren dient vorzugsweise zur Regelung einer Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert; insbesondere zur Regelung einer vergleichsweise konstanten Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum selbst für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auf eine Steuereinrichtung nach Anspruch 15 und einen Industrieofen nach Anspruch 17.
Unter Brennstoff ist insbesondere Brenngas zu verstehen. Andere Brennstoffe wie Öl oder dergleichen sind ebenfalls zum Betrieb eines Industrieofens möglich. Insbesondere umfassen vorliegend Brennstoffe auch solche mit undefiniertem Heizwert. Dabei handelt es sich insbesondere um Festbrennstoffe aber auch Flüssigbrennstoffe, die regelmäßig vergleichsweise hohe Kohlenstoff- und/oder vergleichsweise hohe Wasserstoffanteile aufweisen, insbesondere Kohlenstoffanteile weit über 80 % bzw. Wasserstoffanteile weit über 10 %. Hier ist beispielsweise schweres Öl als Vertreter flüssiger Brennstoffe oder Petroleumkohle (petroleum coke, petcoke) als Vertreter fester Brennstoffe zu nennen. Zwar haben solche Brennstoffe einen vergleichsweise hohen Energieinhalt; nachteilig ist jedoch zum einen deren hoher CO₂-Austoß und deren vergleichsweise hohe NOx- und Schwefelabgasbelastung bei Verbrennung. Insbesondere aber liegen diese Brennstoffe mit unkontrollierbaren Schwankungen eines Heizwertes vor allem in vergleichsweise undefiniertem Zustand zur Verbrennung vor. So liegt Petcoke beispielsweise als Pulver mit Partikeln und gesteinsartigen Masseanteilen unterschiedlicher Größe vor; diese muss zum Teil pulverisiert werden und dann, mit Pressluft vermischt, als öliger Staub in einen Brenner eingebracht werden. Sowohl die Einbringungsform als auch ein Heizwert dieser in den Brenner bzw. Injektor einzubringenden Brennstoffdarreichungsform ist undefiniert bzw. kaum messbar.
Unter einem Injektor ist insbesondere eine Eindüseeinrichtung zu verstehen, die ausgebildet ist, Brennstoff unmittelbar vor einem Ofenraum in einer Zuführstrecke oder im Ofenraum einzudüsen, insbesondere getrennt von Verbrennungsluft. Eine Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff ist erst im Ofenraum vorgesehen. Der Ofenraum weist insbesondere einen Oberofen und einen Unterofen auf. Ein Unterofen weist insbesondere eine Glasschmelzwanne oder dergleichen auf.
Die periodisch abwechselnde Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas aus dem Ofenraum in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoffmittels erfolgt bevorzugt in einem dem wenigstens einen Brennstoff-Injektor zugeordneten linken Regenerator und rechten Regenerator, die zur regenerativen Speicherung von Wärme aus dem Abgas und Übertragung von Wärme auf die Verbrennungsluft ausgebildet sind.
Die Bezeichnungen der Regeneratoren als linker und rechter Regenerator sind nicht einschränkend hinsichtlich der Ortsanordnung derselben zu verstehen und folgen dem allgemeinen technischen Sprachgebrauch. Die Bezeichnungen können auch anders gewählt werden, z. B. als erster und zweiter Regenerator. Die Regeneratoren können in Bezug auf eine Glasschmelzwanne in Flussrichtung oder quer zur Flussrichtung des Glases angeordnet sein. Ein einziger Regenerator kann einer Anzahl von Injektoren zugeordnet sein. Unter einem Regenerator kann auch ein Regeneratorabschnitt oder dergleichen zu verstehen sein, der einem einzelnen Injektor zugeordnet ist.
Die Bestimmung des Restsauerstoff im Abgas erfolgt besonders bevorzugt durch Messen des Sauerstoffs und/oder indem dieser aus einem Abgas-Luftüberschuss (LAMBDA) ermittelt wird. Insbesondere wird ein Mengenanteil vor Restsauerstoff und/oder der Verbrennungsluft bestimmt.
Das Konzept der Erfindung kann auf verfügbare Regelverfahren für eine Oberofentemperatur aufbauen. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es zur Regelung einer Brennstoffenergiezufuhr zu einem Industrieofen zwar möglich ist, den Brennstoffstrom in Hinblick auf einen Heizwert des Brennstoffs anzupassen; die Erfindung hat darüber hinaus jedoch erkannt, dass dies nur dann Sinn macht, wenn der Heizwert vergleichsweise verlässlich bestimmbar oder jedenfalls im Rahmen einer verlässlichen Annahme vorgebbar ist. Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung hat es sich unter anderem deswegen auch als vorteilhaft erwiesen, dass eine charakteristische Zusammensetzung des Brennstoffs als Arbeitspunkt mit einem Referenzheizwert hinterlegt wird und veränderte Zusammensetzungen mit veränderten Heizwerten proportional mitgeführt werden. Dies kann zur Vorgabe einer einigermaßen verlässlichen Annahme unterstützend genutzt werden. Im Falle von Brennstoffen mit unkontrollierbaren Schwankungen eines Heizwertes, wie z. B. Petcoke oder anderen öligen Stauben, erweist sich die Annahme eines Heizwertes bereits aufgrund der Zusammensetzung des Brennstoffs als auch der chemischen Beschaffenheit desselben jedoch als unzulänglich bzw. als alleinige Maßnahme als nicht aussichtsreich. Die Erfindung hat erkannt, dass sich in einem solchen Fall der Sauerstoffverbrauch als verlässlicheres Maß für eine eingesetzte Brennstoffenergie ansetzen lässt; dies trotz gewisser Unwägbarkeiten betreffend den Zusammenhang zwischen Sauerstoffverbrauch und Energieeintrag von Brennstoffenergie.
Insofern hat die Erfindung erkannt, dass bei Brennstoffen mit unkontrollierbaren Schwankungen des Heizwertes zwar ein Energieeintrag in den Ofenraum durch Veränderung der brennstofftragenden Zuführmenge (Brennstoffstrom) angepasst werden kann. Dies kann im Rahmen einer Weiterbildung beispielsweise durch Erhöhen eines Luft-Pulver-Gemenges mit Petcoke als öliger Staub oder durch Verminderung eines Luft-Pulver-Gemenges mit Petcoke als öliger Staub erfolgen. Gleichwohl dient nicht mehr der Heizwert des Brennstoffs als Stellgröße zur Bemessung des Energieeintrags, sondern vielmehr der Sauerstoffverbrauch. Der Sauerstoffverbrauch wiederum bestimmt sich aus dem Vergleich von zugeführter Verbrennungsluft und einem gemessenen Restsauerstoff im Abgas.
Das Konzept der Erfindung erweist sich trotz des, vorzugsweise proportional, angenommenen Maßverhältnisses zwischen Sauerstoffverbrauch und Brennstoffenergie als vergleichsweise verlässlich im Falle von Brennstoffen unkontrollierter Heizwertqualität. Insbesondere erweist sich die Annahme einer direkten Proportionalität zwischen Sauerstoffverbrauch und eingesetzter Brennstoffenergie als vergleichsweise stabil im Falle von Brennstoffen unkontrollierter Heizwertqualität.
Das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung erweist sich als vergleichsweise robust, unabhängig davon, wie der Sauerstoffverbrauch bestimmt wird. Beispielsweise kann der Sauerstoffverbrauch bestimmt werden aus einer Zufuhr der Verbrennungsluft und der Bestimmung eines Restsauerstoffs. Die Bestimmung eines Restsauerstoffs wiederum kann grundsätzlich als direkte Sauerstoffmessung oder vorteilhaft – insbesondere weil regelmäßig mit weniger Schwankungen belastet – aus einem Abgasluftüberschuss (Lambda-Wert) ermittelt werden.
Desweiteren hat die Erfindung erkannt, dass sich ein zügiger Ausgleich aller eingesetzten Brennstoffenergie über die eingebrachte Mengenmasse des Brennstoffs praktisch unmittelbar als Reaktion auf ein ebenfalls vergleichsweise zügiges Signal eines Restsauerstoffs oder Lambdawerts umsetzen lässt. Dies kann insbesondere weitgehend unabhängig von einem Temperaturtrend des Ofenraums erfolgen, der sich auf einer sehr viel längeren Zeitskala von einigen Stunden abspielt, während sich eine eingesetzte Brennstoffenergie auf einer Zeitskala von einigen Minuten anpassen lässt, d. h. praktisch in Echtzeit.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Bevorzugt wird der Brennstoffstrom zur Injektion mittels Anpassung einer Pressluftmenge und/oder einer Brennstoffmenge und/oder eines Brennstoffmischung eingestellt. Dies kann je nach Anlagenvoraussetzung oder Kenntnis der Brennstoffzusammensetzung umgesetzt werden.
Bevorzugt wird eine charakteristische Zusammensetzung des Brennstoffs als Arbeitspunkt hinterlegt und mit veränderten Heizwerten proportional mitgeführt. Dies kann vorteilhaft genutzt werden, insbesondere unter Verwendung von zweckmäßigen bereichsweise definierten Brennwerten des Brennstoffs. Vorteilhaft kann so eine beste Annahme über eine Brennstoffenergie gemacht werden und zur Ermittlung eines Vorsteuerwertes oder eines anderen in eine der Prozessgleichungen eingehenden Größe genutzt werden. So hat es sich im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung als dennoch plausible und vergleichsweise verlässliche Annahme erwiesen, einen Sauerstoffverbrauch in etwa proportional zum Brennstoffenergieeintrag anzunehmen. Dies kann beispielsweise für vergleichsweise ähnliche Brennstoffzusammensetzungen, etwa Brennstoffzusammensetzungen mit Kohlenstoffanteilen zwischen 80 % und 90 % oder Kohlenstoffanteilen zwischen 90 % und 100 % oder Kohlenstoffanteilen zwischen 80 % und 100 % oder Kohlenstoffanteilen zwischen 85 % und 95 % oder anderen dergleichen vergleichsweise ähnlichen Kohlenstoffanteilen angesetzt werden. In solchen Bereiche n kann mit einer einigermaßen verlässlichen Annahme mit entsprechenden Proportionalitätsfaktoren als Maß eine erste Schätzung eines Heizwertes vorgenommen werden. Grundsätzlich lässt sich ein Maß zwischen Sauerstoffverbrauch und eingesetzter Brennstoffenergie auch anhand anderer Kriterien oder zusätzlicher Kriterien zum Kohlenstoffanteil im Rahmen einer Weiterbildung festlegen, die hier allesamt nur beispielhaft genannt sind.
Bevorzugt wird ein SOLL-Sauerstoffverbrauch vorgegeben und ein IST-Sauerstoffverbrauch auf den SOLL-Sauerstoffverbrauch unter Anpassung der eingesetzten Brennstoffenergie, insbesondere des Brennstoffstroms, geregelt. Diese Weiterbildung nutzt vorteilhaft direkt die relevante Größe des Sauerstoffverbrauchs und ist insofern direkt signifikant für die eingesetzte Brennstoffenergie.
Zusätzlich oder alternativ wird bevorzugt ein SOLL-Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) vorgegeben und ein IST-Abgas-Luftüberschuss (IST-LAMBDA) auf den SOLL-Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) unter Anpassung der eingesetzten Brennstoffenergie, insbesondere des Brennstoffstroms, geregelt. Dieser Ansatz nutzt bevorzugt direkt ein Messsignal einer Lambda-Sonde im Dom eines Rekuperators und ist mit vergleichsweise geringerer Schwankungsamplitude versehen.
Bevorzugt wird eine Zufuhr der Verbrennungsluft konstant gehalten; dies führt zu vergleichsweise stabilen Regelbedingungen bei einer Anpassung des Brennstoffstroms. Bevorzugt wird die Zufuhr der Verbrennungsluft unter Berücksichtigung eines technologisch notwendigen Luftüberschusses mithilfe eines Regelkreises konstant geregelt, und der Brennstoffstrom derart eingestellt wird, dass ein aus einem vorgegebenen Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) ermittelter Restsauerstoff im Abgas unmittelbar nach dem Brennraum eingehalten wird.
Grundsätzlich kann auch eine zeitlich transiente Entwicklung der Verbrennungsluft akzeptiert werden; insbesondere wenn diese auf einer größeren Zeitskala abläuft als auf der Zeitskala einer Anpassung des Brennstoffstroms. So kann beispielsweise eine Zufuhr der Verbrennungsluft automatisch eingestellt werden, insbesondere mittels einer Regelschleife automatisch geregelt werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist ein Verfahren zur Regelung konstanter Brennstoffenergiezufuhr zu einem Schmelzofen für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert vorgesehen, bei dem die Zufuhr des Oxydationsmittels Sauerstoff unter Berücksichtigung eines technologisch notwendigen Luftüberschusses mithilfe eines Regelkreises konstant geregelt wird. Insbesondere ist zusätzlich im Rahmen des Konzepts der Erfindung vorgesehen, dass der Brennstoffstrom jederzeit so eingestellt wird, dass ein aus dem gewünschten Luftüberschuss ermittelter Restsauerstoffwert im Abgas unmittelbar nach dem Brennraum eingehalten wird.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Konzept zur Anwendung kommt für einen Fall, bei dem der Falschlufteintrag in den Ofenraum vergleichsweise gering gehalten ist bzw. vergleichsweise stabil ausgeglichen ist, unabhängig von einer Beheizungsrichtung, d. h. unabhängig von linksseitiger und rechtsseitiger Beheizung. Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung geht von der Annahme aus, dass eine verlässliche Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs im Rahmen des Konzepts der Erfindung besonders vorteilhaft für denjenigen Fall möglich ist, dass der Restsauerstoff ohne durch Falschluft verursachte Fehler gegeben ist bzw. bestimmt wird.
Bevorzugt ist ein Ofendruck im Ofenraum oberhalb eines Schwellofendrucks, insbesondere konstant, gehalten. Im Rahmen einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Druck im Brennraum oberhalb eines Mindestdruckwertes gehalten wird.
Bevorzugt ist dieser Mindestdruckwert definiert als derjenige Ofendruck, für den die Restsauerstoffwerte im Abgas nach dem Brennraum für linke und rechte Feuerseite gleich sind.
Zusätzlich oder alternativ bevorzugt ist dieser Mindestdruckwert definiert derart, dass der Unterschied im Sauerstoffrestwert zwischen linksseitiger und rechtsseitiger Beheizung durch eine Erhöhung des Ofendrucks nicht mehr sichtbar vermindert wird.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung hat erkannt, dass ein Verfahren zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr zu regenerativ beheizten Industrieöfen auf der insbesondere kontinuierlichen Analyse und Kompensation unkontrollierter Falschluftverluste oder unkontrollierten Falschluftzutritts zur Verbrennung beruhen sollte. Dies trifft insbesondere bei Glasschmelzwannen zu mit dem Ziel einer geregelt nahstöchiometrischen oder sogar geregelt unterstöchiometrischen Beheizung mit konstantem vorgebbaren Sollwert der Luftüberschusszahl Lambda. Gemäß dem Konzept der Weiterbildung zeigt eine Falschluftindikation an, ob unkontrollierte Falschluft durch Anpassung der Verbrennungsluft ausgeglichen werden sollte bzw. darf oder ob diese nur durch erhöhten Ofendruck unterdrückt werden sollte bzw. kann.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Falschluftindikation einen Ausgang einer aktiven Symmetrieregelung zum Ausgleich thermischer Unsymmetrie der Regeneratoren zu nutzen, d. h. einen Ausgang als Kriterium zu nutzen, ob unkontrollierte Luft durch Anpassung der Verbrennungsluft ausgeglichen werden darf oder nur durch erhöhten Ofendruck unterdrückt werden kann. Vorzugsweise ist das erste Stellglied als ein Drosselmittel in der Verbrennungsluftzuführung gebildet, das zur Regelung einer Flussmenge der Verbrennungsluft ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das zweite Stellglied als ein Schieber, z. B. Umsteuerschieber, in der Abgasabführung gebildet, das zum Aufbau eines Gegendrucks zum Ofendruck ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur automatischen Regelung der Verbrennungsluftzufuhr zu einem regenerativen Industrieofen, insbesondere einer regenerativ befeuerten Glasschmelzwanne, ist vorgesehen, dass der Verbrennungsluftstrom durch einen an sich bekannten PID-Regler automatisch geregelt wird, dessen Sollwert gebildet wird aus dem Produkt der Brennstoffmenge, dem stöchiometrischen Luftbedarf dieses Brennstoffs und einer als Zielgröße vorgegebenen Luftüberschusszahl Lambda, abzüglich der vorzugsweise laufend ermittelten Menge an unkontrollierter Falschluftzufuhr von außerhalb des Industrieofens. Vorzugsweise gilt die Regel gemäß der Regel SP_Luft = SP_Lambda·L_MIN·Brennstoff – XFA. Unkontrollierte Falschluftzufuhr wird vorzugsweise laufend durch Verbrennungsrechnung auf Grundlage von vorzugsweise kontinuierlich arbeitender Abgasanalysegeräte ermittelt.
Ein Analysegerät ist insbesondere in Form einer Lambda-Sonde gebildet, welche vorzugsweise an als eine an sich bekannte Zirkonoxidsonde ausgeführt ist. Mit besonderem Vorteil versehen wird die als Zielgröße vorgegebene Luftüberschusszahl Lambda (λ_SOLL) der Verbrennungsluft durch die Brennstoffmenge geteilt und so ein laufend korrigiertes Luft-Brennstoff-Verhältnis gebildet, das dem λ-Regler der Regelschleife zugeführt wird. Zur verbesserten Bestimmung der Luftüberschusskennzahl ist es insbesondere vorteilhaft für mehrere simultan eingesetzte Brennstoffe Luftverhältnisse derart zu bilden, dass diese zueinander im Verhältnis des stöchiometrischen Luftbedarfes der jeweiligen Brennstoffe stehen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich bei Veränderung der Anteile dieser Brennstoffe das unveränderte Sauerstoffangebot aufrecht zu erhalten. Beispielsweise kann zur Vermeidung von Nachteilen herkömmlicher Verfahren zunächst aus dem Ergebnis einer kontinuierlichen Abgasanalyse, z. B. an einem Regeneratorkopf, mit den Messwerten O₂% und CO% unter Einsatz einer Verbrennungsrechnung der Prozesswert für den wirklichen Luftüberschuss, ausgedrückt in der Luftüberschusszahl Lambda als Prozesswert bestimmt werden:
Dabei können die Eigenschaften des Brennstoffs und ebenso der Einfluss des CO₂ aus der Aufspaltung der im Rohgemenge enthaltenen Karbonate in den Konstanten const.1 und const.2 enthalten sein.
Bevorzugt wird in einer weiteren Regelschleife für eine Temperaturregelung:

– über eine Ofenraumtemperatur als Regelgröße, und
– einen ersten Regler, insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenraumtemperatur, sowie
– über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht nur notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf dem einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines regenerativ beheizten Industrieofens mit einem linken und einem rechten Regenerator gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Steuereinrichtung mit einem λ-Regel-Modul gemäß dem Konzept der Erfindung vorgesehen ist;
2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens;
3 eine beispielhafte Darstellung eines Verlaufs von Prozessdaten bei einem Ofenraum einer Glasschmelzwanne, bei dem zur Anwendung des Verfahrens der 2 ein Ofendruck im Ofenraum von unterhalb zu oberhalb eines Mindestdruckwertes gefahren wird – dies führt zur Angleichung der aktiven Luftverhältnisse (Luft zu Gas) im Abgas für unterschiedliche Befeuerungsseiten, d. h. zur Minimierung des Unterschieds im Sauerstoffwert zwischen linksseitiger und rechtsseitiger Beheizung durch eine entsprechende Erhöhung des Ofendrucks.
1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen regenerativ beheizten Industrieofen 100 mit einem Ofenraum 10, dessen Oberofenraum 1 als Regelstrecke geregelt wird und bei dem der Unterofenraum 2 eine nicht näher dargestellte Glasschmelzwanne aufweist. In der Glasschmelzwanne enthaltenes Glas wird über den Ofenraum 10 über die Schmelztemperatur erwärmt und zur Herstellung von Flachglas oder dergleichen aufgeschmolzen und geeignet behandelt. Der Industrieofen 100 wird vorliegend erwärmt, indem über mehrere seitlich angebrachte Brennstoffinjektoren 20 Brennstoff, vorliegend in Form von Brenngas, in den Oberofen 1 injiziert wird. Von den Brennstoffinjektoren 20 ist vorliegend ein linker Injektor 20 dargestellt. Von weiteren Brennstoffinjektoren 20‘ ist vorliegend ein rechter Injektor 20‘ dargestellt. Der Einfachheit halber sind im Folgenden für gleiche oder ähnliche Teile oder solche mit gleicher oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Beispielsweise können linksseitig bzw. rechtsseitig jeweils eine Anzahl von sechs Injektoren 20, 20‘ vorgesehen sein. In der in 1 gezeigten Befeuerungsperiode wird über einen Brennstoffinjektor 20 Brenngas in den Oberofen 1 praktisch ohne Verbrennungsluft injiziert. Oberhalb des Brennstoffinjektors 20 wird vorgewärmte Verbrennungsluft VB über eine linksseitige Öffnung 30 dem Oberofen 1 zugeführt. Die Verbrennungsluft aus der Öffnung 30 vermischt sich im Oberofen 1 mit dem vom Brennstoffinjektor 20 injizierten Brenngas und führt zur Ausbildung einer den Unterofen überdeckenden Flamme 40, die vorliegend symbolisch dargestellt ist. Das Bild der 1 zeigt den Industrieofen 100 im Zustand einer regenerativen Befeuerung über den linken Regenerator 50 und die linken Injektoren 20. Diese und die Öffnung 30 sind derart gestaltet, dass das über die Injektoren 20 gelieferte Brenngas in ausreichendem nah- oder unter stöchiometrischen Bereich mit Verbrennungsluft VB des linken Regenerators im Oberofen 1 vermischt wird. Der in 1 dargestellte Betriebszustand einer linksseitigen Befeuerung des Oberofens 1 unter Injektion von Brenngas über die linksseitigen Injektoren 20 und Zufuhr von Verbrennungsluft VB über den linken Regenerator 50 dauert für eine erste Periodendauer an von z.B. 20 bis 40 min. an. Während dieser ersten Periodendauer wird Verbrennungsluft VB zum Oberofen 1 im Ofenraum 10 separat vom Brenngas 20 zugeführt. Während der ersten Periodendauer wird Abgas AG aus dem Oberofen 1 über rechtsseitige Öffnungen 30‘ dem rechten Regenerator 50‘ zugeführt und heizt diesen auf.
In einem zweiten Betriebszustand wird für eine zweite Periodendauer ähnlicher zeitlicher Länge die Befeuerung des Oberofens 1 umgekehrt. Dazu wird dann Verbrennungsluft VB über den rechten Regenerator 50‘ dem Oberofen 1 zusammen mit Brenngas aus den rechten Injektoren 20‘ zugeführt, wobei die Verbrennungsluft VB dann die vom Abgas AG in der ersten Periodendauer im Regenerator 50‘ deponierte Wärme aufnimmt.
Die Regelung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms erfolgt grundsätzlich über ein Temperaturregelmodul 400 einer Steuereinrichtung 1000 für den Industrieofen 100. Grundsätzlich kann dazu ein PID-Regler im Temperaturregelmodul 400 eingesetzt werden, gemäß dem unter Erhöhung des Brennstoffstroms und/oder des Verbrennungsluftstroms eine Ofenraumtemperatur erhöht bzw. unter Erniedrigung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eine Ofenraumtemperatur erniedrigt wird. Dem Temperaturregelmodul 400 werden Temperaturwerte des Regeneratorkopfes 51 bzw. 51‘ oder des Oberofenraumes 1 über geeignete Temperatursonden 52, 52‘, 53 zugeführt, die vorliegend jedenfalls zum Teil auch mit einer geeigneten Lambdasonde zur Messung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses kombiniert sind.
Die Steuereinrichtung 1000 weist darüberhinaus ein Symmetrieregelmodul 300 auf, das vorliegend ausgebildet ist, den Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator 50, 50‘ zu beeinflussen. Vorliegend erfolgt dies über eine Wärmeübertragungsgröße in Form einer Zeitspanne ±∆t, um welche für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die zweite Periodendauer t verlängert und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die zweite Periodendauer t verkürzt wird oder auch für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die erste Periodendauer t verkürzt und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die erste Periodendauer t verlängert wird. Ein geeignetes Stellglied in Form eines Zeitgebers ist vorliegend mit dem Symmetrieregelmodul 300 gekoppelt und in der Lage, die erste und zweite Periodendauer t je nach Maßgabe des Symmetrieregelmoduls 300 zu verkürzen bzw. zu verlängern – letzteres kann vorliegend also die Periodendauer um die Zeitspanne ±∆t beim linken Regenerator 50 bzw. rechten Regenerator 50‘ verschieben.
Darüberhinaus sieht das vorliegende zur automatischen Regelung der Verbrennungsluftzufuhr des regenerativen Industrieofens 100 mit einer regenerativ befeuerten Glasschmelzwanne vor, dass der Verbrennungsluftstrom durch einen an sich bekannten PID Regler eines λ-Regelmoduls 200 automatisch geregelt wird. Der Sollwert des PID Reglers wird gebildet aus dem Produkt der Brennstoffmenge, dem stöchiometrischen Luftbedarf dieses Brennstoffs und einer als Zielgröße vorgegebenen Luftüberschusszahl λ_SOLL, abzüglich der laufend ermittelten Menge an unkontrollierter Luftzufuhr von außerhalb des Industrieofens. Dem Konzept der Erfindung folgend wird die unkontrollierte Luftzufuhr laufend durch Verbrennungsrechnung auf Grundlage kontinuierlich arbeitender Abgasanalysegeräte ermittelt, die hier in Kombination mit den Temperatursonden 52, 52‘, 53 durch an sich bekannte Zirkonoxidsonden gebildet sind. Bei Einsatztemperaturen zwischen 700 und 1500°C erreichen Zirkonsonden einen Lebensdauerwert von ca. 3 Jahren, in besten Fällen bis zu 8 Jahren. Auch unter teilweise extrem reduzierenden Bedingungen oder Abgasverunreinigungen durch Schwermetalloxide werden gute Standzeiten erreicht. Maßgeblich dafür ist neben der robusten, industrietauglichen Ausführung vor allem der regelmäßige Service. Damit ist das Messsignal der Zirkonoxidsonden ausreichend stabil und reproduzierbar, um als Grundlage für eine automatische Regelung zu dienen.
Eine oben erläuterte Regelung mittels des λ-Regelmoduls 200 wird folgend als „Lambdaregelung“ bezeichnet. Grundsätzlich ist die Luftüberschusszahl λ definiert als Verhältnis aus real verfügbarer Luft – d.h. kontrollierter Luftmenge plus Falschluft – geteilt durch den stöchiometrischem Mindest-luftbedarf für die aktuelle Brennstoffmenge. Lambda = gemesseneBrennluftmenge + Falschluft / StöchiometrischeMindestluft
Der aktuelle Prozesswert λ wird aus dem Messergebnis (mV) der Zirkonoxidsonde direkt bestimmt, auch für Brennstoff-Mischfahrweise z. B. Gas und Öl, auch im unterstöchiometrischen Bereich λ < 1. Dabei sind Zellspannungen von Null bis 200 mV ein Maß für abnehmenden Sauerstoffgehalt von 20,94 % bis herab zu 0 %, weiter steigende Zellspannungen von 200 mV bis ca. 800 mV sind dagegen im zunehmend reduzierenden Bereich ein Maß für zunehmenden Anteil von CO.
Eine grundsätzlich vorteilhafte Voraussetzung für die Bestimmung des Prozesswertes λ aus dem Messergebnis der Zirkonoxidsonde ist eine vergleichsweise gute Kenntnis der chemischen Brennstoffzusammensetzung. Gaschromatographen sind jedoch nur in luxuriösen Ausnahmefällen online vorhanden. Für schwankende Heizwerte kann eine charakteristische Zusammensetzung des Brennstoffs als „Arbeitspunkt“ hinterlegt werden und mit veränderten Heizwerten proportional mitgeführt.
Bei großen unkontrollierbaren Schwankungen des Heizwertes und – wenn man damit unkontrolliert eine Veränderung der Brennstoffmenge herbeiführte – sind deutlich größere Schwankungen der qualitätsbedingten Temperaturen und/oder der energetischen Effizienz die Folge. Gemäß dem oben Konzept der vorliegenden Ausführungsform aber kann dieses Problem unter Einhalten einer ersten Bedingung gelöst werden; nämlich indem für instabile und nicht on-line messbare Brennstoffzusammensetzungen der zur Verbrennung verbrauchte Sauerstoff als Maß für die eingesetzte Brennstoffenergie verwendet wird und der Brennstoffstrom jederzeit so eingestellt wird, dass eine vorgebbare und dem Energiebedarf äquivalente Sauerstoffmenge kontrolliert in Anspruch genommen wird.
Dazu ist der Brennstoffstrom bei konstantem Zufluss des Oxidationsmittels Sauerstoff jederzeit so einzustellen, dass im Abgas nach dem Brennraum ein vorgegebener Sauerstoffrestwert eingehalten wird.
Es wurde gefunden, dass bei derart unkontrolliert veränderter Brennstoffzusammensetzung der Sauerstoffbedarf des Brennstoffs in dennoch guter Näherung proportional mit seinem Heizwert steigt oder fällt, so dass der Quotient aus Sauerstoffbedarf und Heizwert des Brennstoffes für die praktische regelungstechnische Anwendung als Konstante behandelt werden kann: Anders ausgedrückt – der Sauerstoffbedarf pro Energieeinheit kann für diesen Fall zweckmäßig als Konstante behandelt werden.
Darauf aufbauend kann der messbare Restsauerstoff am Ausgang des Brennraumes als Regelgröße verwendet werden, um den Energieeintrag in den Schmelzofen konstant zu halten, wenn erstens die Bedingung erfüllt ist, dass die Messung und Regelung der Brennluftzufuhr oder der Sauerstoffzufuhr ausreichend genau und reproduzierbar erfolgt; letzteres entspricht üblicherweise realisierbaren Anforderungen.
Als zweite Bedingung sollte gemäß dem vorliegenden Konzept der Ausführungsform ein Ofendruck im Brennraum so hoch eingestellt werden, dass unkontrollierter Luftzutritt durch Falschluft in den Ofenraum zuverlässig unterdrückt wird. Der Ofendruck ist dann ausreichend hoch, wenn seine weitere Erhöhung keine weitere Senkung des Zutritts unkontrollierter Luft bewirkt.
Es wurde gefunden, dass zu geringer Ofendruck typischerweise mit Unterschieden im Restsauerstoff zwischen linksseitiger und rechtsseitiger Befeuerung einhergeht, und dass eine Erhöhung des Ofendrucks diese Unterschiede deutlich mindert. Die Stabilitätsgrenze des Ofendrucks ist genau dann erreicht, wenn die Unterschiede im Restsauerstoff zwischen links- und rechtsseitiger Befeuerung entweder völlig verschwinden, oder durch eine weitere Erhöhung des Ofendrucks nicht mehr gemindert werden können.
Können die Unterschiede im Restsauerstoff zwischen links- und rechtsseitiger Befeuerung durch weitere Erhöhung des Ofendrucks nicht weiter gesenkt werden, so sind sie offenkundig durch Luftzutritt oder Luftverluste im Regeneratorfußbereich verursacht und können über einen Zeithorizont von Stunden und Tagen als konstant vorausgesetzt werden. Derartige „stabile“ d. h. durch Veränderung des Ofendrucks unveränderliche Mengen an unkontrolliertem Luftzutritt (Falschluft) sind aus einem langzeitlichen Durchschnitt der Betriebsdaten z.B. über mehrere Tage zu ermitteln.
Insgesamt aufbauend auf dem Konzept einer für schwankende Heizwerte hinterlegten charakteristischen Zusammensetzung des Brennstoffs als „Arbeitspunkt“ und proportionales Mitführen desselben mit veränderten Heizwerten und/oder für besonders instabile und nicht on-line messbare Brennstoffzusammensetzungen, Verwenden des zur Verbrennung verbrauchten Sauerstoffs als Maß für die eingesetzte Brennstoffenergie – wobei in der oben beschriebenen Herangehensweise der Brennstoffstrom jederzeit so eingestellt wird, dass eine vorgebbare und dem Energiebedarf äquivalente Sauerstoffmenge kontrolliert in Anspruch genommen wird – liefert eine Verbrennungsrechnung eine dimensionslose Brennstoffkennzahl – für Gas ebenso wie für Öl – und nachfolgend die reale Luftmenge, die Abgasmenge, die Abgasbestandteile und – von zusätzlichem Interesse im vorliegenden Fall – die Falschluft XF als Differenz zwischen Sonden-ermittelter Luft und kontrolliertem Luftstrom.
Anders als der Messwert O₂% steht der gemessene Prozesswert λ im gesamten technologisch interessierenden Bereich 1,5 > λ > 0,96 zur Verfügung und verhält sich direkt linear zur überschüssigen oder zur fehlenden Brennluft. Das ermöglicht eine effiziente Regelung, die fehlende oder überschüssige Luft zielgenau bestimmen kann, ohne sich mit dem Zeitverhalten einer Regelstrecke abzumühen. Dem Sollwert λ_SOLL – nichtlinear umrechenbar in den gewünschten O₂%-Wert und umgekehrt – wird der Prozesswert λ_IST gegenübergestellt
Grundsätzlich bedeutet Lambdaregelung bei der vorliegenden Ausführungsform:

– Falschluft aktuell bestimmen und sichtbar machen
– Falschluft unterdrücken oder mindern
– unvermeidliche Falschluft kompensieren

Welches der optimale Wert ist, hängt ab von den Eigenschaften des Brennraums und den Anforderungen des Schmelzgutes – in den meisten Fällen ist ein Lambdawert zwischen um λ = 1,04 .. 1,05 ein guter Wert – entspricht O₂% Werten zwischen 0,8 und 1,0 %.
Konkret wird um die Nachteile der herkömmlichen Verfahren zu vermeiden, dem Konzept der Erfindung folgend also zunächst aus dem Ergebnis einer kontinuierlichen Abgasanalyse am Regeneratorkopf mit den Messwerten O₂% und CO% unter Einsatz einer Verbrennungsrechnung der Prozesswert für den wirklichen Luftüberschuss, ausgedrückt in der Luftüberschusszahl λ als Prozesswert (Istwert) bestimmt:
wobei die Eigenschaften des Brennstoffs und ebenso der Einfluss des CO₂ aus der Aufspaltung der im Rohgemenge enthaltenen Karbonate in den Konstanten const.1 und const.2 enthalten sind.
Im Unterschied zum Restsauerstoff O₂% ist der so gewonnene Prozesswert PV_Lambda gleichermaßen auch im unterstöchiometrischen Bereich, d. h. bei
PV_Lambda < 1 zur Bewertung und Regelung der Verbrennungsverhältnisse geeignet und ist über dem gesamten technologisch interessierenden Bereich in einem linearen Verhältnis zu den Luftmengen. Er ermöglicht aufgrund dieser Linearität eine deutlich bessere und zielgenauere Regelung als eine auf den Restsauerstoffwert O2% orientierte Regelung.
Damit kann die Summe aus unkontrollierten Luftverlusten und unkontrolliertem Luftzutritt als Störgröße der Regelung explizit ermittelt werden als XF = PV_Lambda·LMIN·Brennstoffstrom – PV_Verbrennungsluft mit dem Prozesswert PV_Verbrennungsluft des geregelten Verbrennungsluftstroms und der stöchiometrischen Mindestluft LMIN des Brennstoffes, abhängig nur von der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffes.
Die als Falschluft bezeichnete Größe XF enthält die Summe aller Störungen und Fremdeinflüsse auf die Verbrennungsluftbilanz. Die Störgröße Falschluft XF wird vorliegend als eine Prozessgröße kontinuierlich ermittelt. Dies kann dann durch hohen Ofendruck und Abdichtung des Ofens bestmöglich unterdrückt und der verbleibende unvermeidbare Anteil auf seine Herkunft zu analysiert werden, um die zulässigen Regelgrenzen zu bestimmen.
Zunächst weiter bezugnehmend auf 1 kann für ein technologisches Regelverhalten eine on-line Analyse der Falschluftquellen erfolgen unter Bewertung der Kurz- und Lang-Zeittrends der λ-Signale und der thermischen Spur der Falschluft im Ofen und Regenerator. Falschluftquellen können sein:

(A) Ungenauigkeiten in der Messung von Brennluftstrom oder Brennstoffmenge wirken rechnerisch als Abweichung der Brennluftbilanz ebenso wie reale Falschluft, wirken für beide Feuerseiten genau gleich und werden sichtbar am Vergleich verschiedener Betriebspunkte der Anlage mit deutlich verschiedenem Brennstoffeinsatz
(B) „Abdriftende Falschluft“, z. B. über Wochen aus zunehmender Verschmutzung und zunehmender Minderanzeige der Brennluftmengenmessung wirken wie Falschluft und können richtig auch so automatisch kompensiert werden.

Der Einfluss einer systematischen Missweisung der Verbrennungsluftmengenmessung (A) und (B) auf die Störgröße XF ist naturgemäß für beide Feuerseiten identisch und wird durch Vergleich zweier oder mehrerer Betriebszustände mit unterschiedlichem Brennstoffeinsatz ermittelt. Solche systematische Missweisung der Verbrennungsluftmengenmessung ist durch Korrektur zu beseitigen und kann bis zur Beseitigung auch durch Anpassung der Verbrennungsluft kompensiert werden.

(C) Ein Luftverlust, d. h. Kurzschlussstrom eines Teils der Brennluft durch Undichtigkeit des Umsteuerschiebers direkt in den Abgasstrom markiert sich durch negative Falschluftwerte plus abfallenden Trend des Lambdawertes über die Feuerperiode, typisch auch seitenverschieden oder sporadisch mit dem Wechselvorgang auftretend – aber nicht mit jedem.

Es wurde gefunden, dass ein durch undichte Umsteuerschieber verursachter Luftverlust (C) durch fallenden Trend der Prozessgröße Sauerstoff oder Falschluft identifiziert werden kann. Ein Luftverlust ist durch Abdichtung des Umsteuerschiebers zu beseitigen und kann bis zur Abdichtung ohne Einschränkung durch Anpassung der Verbrennungsluft kompensiert werden.

(D) Falschluftzutritt in den Regenerator ist typisch seitenverschieden und tritt im Kammerfußbereich auf – dort herrscht mit etwa – 20 Pa der stärkste Unterdruck, d.h. die hier eintretende Falschluft wird im Regenerator mit erwärmt bzw. kühlt in ebenso wie die regulär gemessene Brennluft

Ein Zutritt unkontrollierter Luft zum Regeneratorfuß (D) ist dadurch zu identifizieren, dass seine Kompensation durch veränderte Verbrennungs-luftmenge keine Störung der Symmetrie zwischen linkem und rechtem Regenerator verursacht sondern im Gegenteil die thermische Symmetrie der Regeneratoren verbessert. Der hiervon unvermeidliche Anteil, der nicht durch Abdichtung der Regeneratoren vermieden werden kann, kann ohne Einschränkung durch Anpassung der Verbrennungsluft kompensiert werden.

(E) Falschluftzutritt in den Ofenraum kann feuerseitenverschieden sein infolge eines beeinflussenden Druckfeldes im Ofen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass dieser feuerseitengleich ist; im Falle eines feuerseitenverschiedenen Falschluftzutritts in den Oberofen führt dies zu einer weiteren Zunahme der thermischen Unsymmetrie im Falle der Luftkompensation. Unabhängig von feuerseitenverschiedenem oder feuerseitengleichem Falschluftzutritt führt ein Falschluftkompensation zu einer im Mittel ansteigenden Regeneratortemperatur: Kalte Luft, die nicht an der Erwärmung im Regenerator teilnimmt, entzieht dem Ofenraum Wärme und tritt als heißes Abgas in den gegenüberliegenden Regenerator ein – sie markiert sich durch eine Erhöhung der Regeneratortemperaturen.
(F) Der negative Effekt wird umso deutlicher, je weniger diese Luft dann auch noch an der Verbrennung teilnimmt.

Ein Zutritt unkontrollierter Luft in den Ofenraum (E) und (F) verursacht dagegen eine typische Störung der Symmetrie der Regeneratortemperaturen zwischen linkem und rechtem Regenerator, der Versuch solche unkontrollierte Luft in den Ofenraum XF durch Anpassung der Verbrennungsluftmenge zu kompensieren führt zur Vergrößerung der thermischen Unsymmetrie der Regeneratoren und zur Erhöhung der Regeneratortemperaturen. Der Zutritt unkontrollierter Luft zum Ofenraum ist aufgrund der thermischen Spur im Regenerator zu identifizieren und darf nicht oder nur in engen Grenzen durch Anpassung der Verbrennungsluft kompensiert werden, er kann nur durch Abdichtung des Ofenraumes und durch Erhöhung des Ofendrucks gemindert werden.
Zusammenfassend gilt für alle Formen (A) bis (D) von Falschluft, die stromaufwärts vor dem Regenerator wirken, generell, dass vorzugsweise die Ursachen zu erkennen und beseitigen sind. Für alle Falschluft die nicht vermieden werden kann, ist die automatische Kompensation durch Anpassung der Brennluftmenge die technologisch angemessene Reaktion. Es wurde jedoch gefunden, dass unterhalb eines Mindestwertes des Ofendrucks eine Minderung der Verbrennungsluftmenge eine Erhöhung der Menge unkontrollierter Luft XF nach sich zieht. Solange die ermittelte Menge unkontrollierter Luft durch eine Veränderung der Verbrennungsluftmenge nicht merklich beeinflusst wird, ist der Ofendruck ausreichend hoch für eine stabile Regelung. Unterhalb dieser Stabilitätsgrenze kann der Sollwert SP_Lambda nicht zuverlässig durch Anpassung der Verbrennungsluftmenge erreicht werden, sondern verlangt eine entsprechende Erhöhung des Ofendrucks.
Falschluft, die in den Ofenraum eintritt – Fälle (E) und (F) – führt nicht nur zu den größtmöglichen Energieverlusten aus Falschluft, sie stört das thermische Gleichgewicht der Regeneratoren rechts/links. Der Versuch, solche Falschluft durch Brennluftanpassung zu kompensieren, führt jedoch zur Erhöhung der Regeneratortemperaturen und zur Verschärfung thermischer Unsymmetrie. Die technologisch angemessene Antwort ist nicht mehr Brennluftanpassung, sondern Abdichten des Ofens und Erhöhung des Ofendrucks, um den Falschluftzutritt zu unterbinden oder zu mindern.
Die vorstehenden Überlegungen machen deutlich, dass die einfache O₂% Messung gemäss einem Stand der Technik nicht ausreicht: Erst die Auswertung der Sauerstoffbilanz der gegebenen Feuerung und die explizite Bestimmung der Falschluftmenge – plus die Auswertung der thermischen Spur dieser Falschluft in den Regeneratoren ermöglichen die on-line Ursachenanalyse und die Auswahl der technologisch angepassten Regelstrategie.
Erfindungsgemäß ist die Kompensation der unkontrollierten Luft XF durch Anpassung der Verbrennungsluftmenge gemäß dem Konzept der Erfindung nur zulässig, solange

a) die unkontrollierte Luft XF direkt in den Ofenraum eintritt, was durch Störung der Symmetrie der Regeneratortemperaturen und durch Temperaturerhöhung der Regeneratoren sichtbar wird
b) die unkontrollierte Luft XF unabhängig von der Verbrennungsluftmenge ist und insbesondere zu dieser in keiner umgekehrt proportionalen Abhängigkeit steht.

Unterhalb der so definierten Stabilitätskriterien ist die unkontrollierte Luft XF nur durch Erhöhung des Ofendrucks minderbar.
Oberhalb der so definierten Stabilitätskriterien kann die unkontrollierte Luft in weiten Grenzen durch automatische Anpassung der Verbrennungsluftmenge kompensiert werden um einen vorgegebenen Sollwert des Luftüberschusses SP_Lambda zu einzuhalten.
Rechenbeispiel:
Dem Schmelzofen 100 seien zur Schmelze des Schmelzgutes und zur Aufrechterhaltung der notwendigen Temperaturen E = 12 MW an Brennstoffenergie kontinuierlich zuzuführen. Der Brennstoff – wie z.b. Petcoke – hat einen durchschnittlichen Sauerstoffbedarf von angenommen OMINE = 0,20 Nm3/kWh (Norm Kubikmeter je kWh Brennstoffenergie). Aus langzeitlicher Beobachtung sei bekannt, dass zur gemessenen Brennluft kontinuierlich XF = 500 Nm3/h unkontrollierte Falschluft hinzutreten. Aus systematischem Test sei ferner bekannt, dass oberhalb eines Ofendrucks P von 7 Pa im Ofenraum 10 eine weitere Ofendruckerhöhung keine sichtbare Veränderung der Restsauerstoffwerte im Abgas mehr bewirkt; d.h. eine Schwellofendruck von 7 Pa sei festgelegt. Die Sicherung vollständiger Verbrennung verlangt einen Luftüberschuss von 10%, d. h. eine Luftüberschusszahl von Lambda = 1,10.
Hierbei sind die aktuelle Luftüberschusszahl Lambda und die aktuellen Sauerstoffrestwerte O2% bei Annahme vollständiger Verbrennung verbunden über den Funktionszusammenhang Lambda = 1 + 1,13·O2%/(20,94% – O2%) mit der Konstanten 1,13 zu ermitteln aus der durchschnittlichen Brennstoffanalyse gemäß Messwerten der Zirkon-Dioxid-Sauerstoffsonden 52, 52‘.
Dem Schmelzofen ist ein geregelter Luftstrom (in 2 L-ZUF_IST) zuzuführen von: Sollwert_Luft(in Fig. 2 L-ZUF_SOLL) = SOLL_Lambda·E·OMINE/0,2094 – XF = 1,10·12MW·1000kW/MW·0,20Nm3/kWh/0,2094 – 500Nm3/h = 12.107Nm3/h geregelte Brennluftstrom
Der Strom an Brennstoff (in 2 BS) ist dann immer so einzustellen, dass aus der Signalauswertung der Sauerstoffmessung am Ausgang des Brennraumes (d.h. mittels der Zirkon-Dioxid-Sauerstoffsonden 52, 52‘) ein Prozesswert Lambda = 1,10 (in 2 λ-AG_IST) aufrechterhalten wird. Dem entspricht ein Sauerstoffmesswert im Abgas AG (in 2 O₂-AG_IST) von O2% = 20,94%·(Soll_Lambda – 1)/(Soll_Lambda – 1 + 1,13) = 1,70%
Stellt sich der gemessene Sauerstoffrestwert geringer ein als 1,70% – ist also gemäß 2 der Sauerstoffverbrauch ∆O2-Verbr_IST zu hoch – so ist der Brennstoffstrom entsprechend zu vermindern, in der Annahme, der geringere Sauerstoffrestwert ist Ergebnis höheren Sauerstoffverbrauchs ∆O2-Verbr_IST des aktuell energiereicheren Brennstoffs.
Stellt sich der gemessene Sauerstoffrestwert höher ein als 1,70% – ist also gemäß 2 der Sauerstoffverbrauch ∆O2-Verbr_IST zu gering – so ist der Brennstoffstrom entsprechend zu erhöhen, in der Annahme, der höhere Sauerstoffrestwert ist Ergebnis niedrigeren Sauerstoffverbrauchs ∆O2-Verbr_IST des aktuell energieärmeren Brennstoffs.
2 zeigt ein Ablaufschema für eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens 100 mit einem Ofenraum 10 gemäß der 1, bei dem eine vergleichsweise konstante Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum 10 für einen Brennstoff BS mit schwankendem Heizwert geregelt wird; das Verfahren 2000 ist vorliegend in einer Regelschleife mit vergleichsweise kurzen Zyklen von einigen Minuten durchführbar; also in einem zeitlichen Zyklus, dessen Zeitdauer deutlich unter einem Befeuerungszyklus liegt – letzterer Zeitraum eines Befeuerungszyklus liegt eher bei einigen zehn Minuten, beispielsweise bei zwanzig Minuten wie 3 zeigt.
2 zeigt ausgehend von einem Knotenpunkt S0 in einem ersten Zweig I der Regelschleife, dass in einem ersten Schritt S1 ein SOLL-Wert einer zuzuführenden Verbrennungsluft L_ZUF_SOLL bestimmt wird. Dies kann beispielsweise nach oben angegebener Formel des Rechenbeispiels erfolgen, in welcher ein SOLL-Wert einer Luftüberschusszahl Lambda_SOLL (oben SOLL_Lambda), eine erforderliche Brennstoffenergie E und ein für den Brennstoff charakteristischer minimaler durchschnittlicher Sauerstoffbedarf O_MINE als auch das Verhältnis von Sauerstoff zu Luft 0,2094 bei der Verbrennungsluft eingeht. In einem weiteren Schritt S2 wird der Sollwert der Verbrennungsluft L-ZUF_SOLL mit einem gemessenen oder auf Erfahrungswerten beruhenden Wert einer Falschluft XF korrigiert. Daraus ergibt sich im dritten Schritt S3 bei Einrichten eines geeigneten Stellgliedes ein IST-Wert einer Verbrennungsluft L-LUF_IST.
In einem zum ersten Zweig I der Regelschleife parallel verlaufenden Rechen- und Messzweig, einem zweiten Zweig II der Regelschleife, wird zunächst ein IST-Wert eines Luftüberschusses im Abgas LambdaAG_IST bestimmt, beispielsweise im Rahmen einer Messung durch eine Lambda-Sonde wie etwa die Zirkon-Dioxid-Sauerstoffsonden 52, 52‘ der 1. Daraus lässt sich nach dem Schritt S4 im Schritt S5 ein aktueller Sauerstoffrestwert O₂-AG_IST bestimmen – etwa als O₂%_IST gemäß der letzten Formel im Rechenbeispiel – wobei die Soll-Lambda-werte durch entsprechende Ist-Lambda-Werte zu ersetzen sind.
Durch eine geeignete auf die Sauerstoffwerte bezogene Differenzenbildung im Schritt S6 aus dem IST-Wert der Luftzufuhr L-ZUF_IST und dem IST-Wert des Restsauerstoffwerts O₂-AG_IST lässt sich im Schritt S7 ein Sauerstoffverbrauch ΔO₂-Verbr_IST ermitteln, wie er zur Verbrennung des Brennstoffs umgesetzt wurde.
Im Schritt S8 erfolgt ein Abgleich des IST-Wert s ΔO₂-_IST zum SOLL-Wert ΔO₂-_SOLL wie er in der letzten Formel des Rechenbeispiels festgelegt wurde (dort 1,70 %). Liegt der IST-Wert ΔO₂-_IST oberhalb des SOLL-Werts ΔO₂-_SOLL wird in dem Schritt S9 eine Brennstoffmenge BS – sei es durch Anpassung einer Pressluftmenge, einer Rohbrennstoffmenge und/oder einer Brennstoffmischung, insbesondere beispielsweise für den Fall von Petcoke – erhöht. Ist andererseits der IST-Wert ΔO₂-_IST unterhalb des Sollwerts ΔO₂-_SOLL, wird eine entsprechende Brennstoffmenge im Schritt S10 erniedrigt. Nachfolgend zum Schritt S9, S10 kann die Regelschleife erneut beim Knotenpunkt S0 beginnen. Ist dagegen IST- und SOLL-Wert etwa im gleichen Bereich, kann die Regelschleife nach einem beispielsweise vorgegebenen Schleifenzyklus erneut beim Knotenpunkt S0 begonnen werden.
3 zeigt eine Zusammenstellung verschiedenster Prozesswertdaten beim geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens 100. Dabei ist auf der Zeitachse t jeweils ein zwanzigminütiger Befeuerungszyklus (L bzw. R) dargestellt; dies zur periodisch abwechselnden Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum in einer ersten Periodendauer (L) und andererseits Abgas aus dem Ofenraum in einer zweiten Periodendauer (R) separat vom Brennstoff mittels einem dem wenigstens einen Brennstoffinjektor zugeordneten linken Regenerator. Umgekehrt erfolgt die periodisch abwechselnde Führung für den rechten Regenerator, d. h. während einer Periodendauer L die Führung von Verbrennungsluft zum Ofenraum und während einer Periodendauer R die Führung von Abgas aus dem Ofenraum. Dazu zeigen die vorliegend Prozesswerte Druckwerte p_SK im Sammelkanal und Sauerstoffwerte O_BH im Brennerhals.
Im vorliegenden Fall sind auch Mittelwerte über einen Heizwert H_U des Brennstoffs und der dazugehörige Mindestluftbedarf L_MIN-E (proportional zu O_MIN-E) dargestellt, die – selbst im Falle von verlässlichem Brennstoff – zum Teil stark transiente Gradienten aufweisen und insbesondere für Brennstoffe mit nichtkontrollierbarem Heizwert gar nicht zur Verfügung stehen, allenfalls im Rahmen von ungefähren vorläufigen Annahmen, basierend auf Schätzungen einer Brennstoffzusammensetzung.
Die vorliegende 3 verdeutlicht, dass für einen geregelten Betrieb des regenerativ beheizten Industrieofens ein Sauerstoffmesswert O₂von Zirkondioxid-Sonden zur Verfügung steht, auch wenn das zugehörige Signal vergleichsweise starken Schwankungen unterliegt. Der zugehörige Luftüberschuss-wert LAMBDA_IST im Abgas ist geringeren Schwankungen unterworfen und orientiert sich im Rahmen einer zuvor beschriebenen Regelung, basierend auf der Luftüberschusszahl, an einem LAMBDA-Sollwert LAMBDA_SOLL.
Entweder ein Lambda-Wert λ oder ein Sauerstoff-Wert O₂ können, zusammen oder alternativ, zur Regelung einer vergleichsweise konstanten Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert eingehen; dies gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise (beispielsweise gemäß dem Rechenbeispiel oder gemäß 2).
3 zeigt außerdem eine deutliche Korrelation zwischen einem Falschluftanteil XF als Prozesswert – und dem dazugehörigen Kompensationsanteil K_XF, der in dem verrauschten Falschluftanteil XF als Linie ansatzweise erkennbar ist – einerseits und dem Ofendruck P andererseits. Das Wissen um diese Korrelation ist insofern für das vorliegende Konzept vorteilhaft, weil gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sauerstoffverbrauch ΔO₂-Verbr_IST als Maß für eine eingesetzte Brennstoffenergie verwendet wird. Der Sauerstoffverbrauch selbst wiederum erweist sich als korrekt ermittelbar, wenn der Falschluftanteil XF unabhängig von der Befeuerungsperiode vergleichsweise verlässlich kompensiert ist und ermittelbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn – wie im Bereich B der 3 ersichtlich – das aktive Luftverhältnis (Luft zu Brennstoff) Lambda-AG unabhängig von der Befeuerungsperiode L, R nur geringe Unterschiede aufweist; dies im Unterschied zum Verlauf der Prozesswerte des Luftverhältnisses Lambda-AG im Bereich A, bei denen dieses in der Befeuerungsperiode L, R starken Amplitudenschwankungen periodischer Art unterworfen ist.
Der Grund für die Angleichung auf eine gemeinsame mittlere Amplitude Lambda-AG ist die Erhöhung des Ofendrucks P zum Zeitpunkt T oberhalb eines Schwellofendrucks (vorliegend beträgt diese Erhöhung nur einige Pa). Tatsache ist allerdings, dass mit der Erhöhung des Ofendrucks P zum Zeitpunkt T der Schwellofendruck als Mindestdruckwert derart überschritten ist, dass Werte eines Restsauerstoffs im Abgas nach dem Ofenraum für eine dem linken und rechten Rekuperator zugeordnete linke und rechte Feuerseite im wesentlichen gleich sind, insbesondere innerhalb einer vorgegebenen oberen Bandbreite liegen. Anders ausgedrückt ist der Schwellofendruck als derjenige Mindestdruckwert definiert ist, für den der Unterschied in Werten eines Restsauerstoffs zwischen einer dem linken und rechten Rekuperator zugeordneten linken und rechten Feuerseite durch eine Erhöhung des Ofendrucks nicht mehr vermindert wird, insbesondere innerhalb einer vorgegebenen unteren Bandbreite liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hemmann et al. (Technical Report XP-00121591) „Advanced combustion control – the basis for NOx reduction and energy saving in glass tank furnaces” in Glass Sci. Technol. 77 (2004) No. 6, Seiten 306 bis 311 [0006]

Claims

Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (10), vorzugsweise zur Regelung einer Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum (10) für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert, aufweisend die Schritte: – Injizieren von Brennstoff in den Ofenraum (10) über wenigstens einen Brennstoff-Injektor (20, 20‘), der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, – periodisch abwechselnde Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum (10) in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas (AG) aus dem Ofenraum (10) in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoff, wobei – eine Zufuhr der Verbrennungsluft oder dergleichen Oxidationsmittel eingestellt wird und ein Restsauerstoff im Abgas bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein bei der Verbrennung des Brennstoffs umgesetzter Sauerstoffverbrauch aus der zugeführten Verbrennungsluft und dem Restsauerstoff bestimmt wird, und – der Sauerstoffverbrauch als Maß für eine eingesetzte Brennstoffenergie verwendet wird, wobei ein Brennstoffstrom zur Injektion, derart eingestellt wird, dass der Sauerstoffverbrauch auf einen vorbestimmten Wert des Sauerstoffverbrauchs geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffstrom zur Injektion mittels Anpassung einer Pressluftmenge und/oder einer Brennstoffmenge und/oder eines Brennstoffmischung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine charakteristische Zusammensetzung des Brennstoffs als Arbeitspunkt mit einem Referenzheizwert hinterlegt wird und veränderte mit veränderten Heizwerten proportional mitgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein SOLL-Sauerstoffverbrauch vorgegeben wird und ein IST-Sauerstoffverbrauch auf den SOLL-Sauerstoffverbrauch mittels Anpassung der eingesetzten Brennstoffenergie, insbesondere des Brennstoffstroms, geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein SOLL-Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) vorgegeben wird und ein IST-Abgas-Luftüberschuss (IST-LAMBDA) auf den SOLL-Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) unter Anpassung der eingesetzten Brennstoffenergie, insbesondere des Brennstoffstroms, geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhr der Verbrennungsluft konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhr der Verbrennungsluft automatisch eingestellt wird, insbesondere mittels einer Regelschleife automatisch geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Verbrennungsluft unter Berücksichtigung eines technologisch notwendigen Luftüberschusses mittels eines Regelkreises konstant geregelt wird, und ein Brennstoffstrom derart eingestellt wird, dass ein aus einem vorgegebenen Abgas-Luftüberschuss (SOLL-LAMBDA) ermittelter Restsauerstoff im Abgas unmittelbar nach dem Brennraum eingehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Abgasanalysegeräts, insbesondere einer Lambda-Sonde, als Messglied im linken und/oder rechten Regenerator ein Sauerstoffgehalt zur direkten Ermittlung einer Luftüberschusszahl (λ) der Verbrennungsluft und/oder des Abgases gemessen wird und die Luftüberschusszahl einem λ-Regler einer Regelschleife als Istwert (λ_IST) zur Verfügung gestellt wird, und mittels einer Falschluftindikation ermittelt wird, ob eine Falschluft in einem ersten Fall stromaufwärts im oder vor dem luftseitigen linken und/oder rechten Regenerator zutritt oder ob eine Falschluft in einem zweiten Fall stromabwärts nach dem luftseitigen linken und/oder rechten Regenerator, insbesondere in dem Ofenraum zutritt, in einem ersten Teil der Regelschleife für den ersten Fall einer Falschluftindikation, gemäß Ausgang des λ-Reglers mittels einem ersten Stellglied eine Zufuhr von Verbrennungsluft zum Ofenraum als Stellgröße eingestellt wird, und in einem zweiten Teil der Regelschleife für den zweiten Fall einer Falschluftindikation, gemäß Ausgang des λ-Reglers mittels einem zweiten Stellglied ein Ofendruck im Ofenraum als Stellgröße eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Ofendruck im Ofenraum oberhalb eines Schwellofendrucks, insbesondere konstant, gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellofendruck als derjenige Mindestdruckwert definiert ist, für den Werte eines Restsauerstoffs im Abgas nach dem Ofenraum für eine dem linken und rechten Rekuperator zugeordnete linke und rechte Feuerseite im wesentlichen gleich sind, insbesondere innerhalb einer vorgegebenen oberen Bandbreite liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellofendruck als derjenige Mindestdruckwert definiert ist, für den der Unterschied in Werten eines Restsauerstoffs zwischen einer dem linken und rechten Rekuperator zugeordneten linken und rechten Feuerseite durch eine Erhöhung des Ofendrucks nicht mehr vermindert wird, insbesondere innerhalb einer vorgegebenen unteren Bandbreite liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Verbrennungsluft durch einen PID-Regler automatisch geregelt wird, dessen Sollwert gebildet wird aus dem Produkt der Brennstoffmenge, dem stöchiometrischen Luftbedarf des Brennstoffs und einer als Zielgröße vorgegebenen Luftüberschusszahl Lambda (λ_SOLL), abzüglich einer, insbesondere laufend ermittelten, Menge an unkontrollierter Falschluftzufuhr von außerhalb des Industrieofens, insbesondere gemäß der Regel SP_Luft = SP_Lambda·L_MIN·Brennstoff – XFA.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Regelschleife für eine Temperaturregelung: – über eine Ofenraumtemperatur als Regelgröße, und – einen ersten Regler, insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenraumtemperatur, sowie – über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt wird.
Steuereinrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer Industrieofen-Regelung, die ausgebildet ist, das Verfahren, insbesondere zur Regelung einer vergleichsweise konstanten Brennstoffenergiezufuhr zum Ofenraum (10) für einen Brennstoff mit schwankendem Heizwert, für einen Industrieofen umzusetzen, aufweisend: – ein Rechenmodul mittels dem ein bei der Verbrennung des Brennstoffs umgesetzter Sauerstoffverbrauch aus der zugeführten Verbrennungsluft und dem Restsauerstoff bestimmbar ist, und – ein Stellmittel bei dem der Sauerstoffverbrauch als Maß für eine eingesetzte Brennstoffenergie verwendet wird und mittels dem ein Brennstoffstrom zur Injektion, derart einstellbar ist, dass der Sauerstoffverbrauch auf einen vorbestimmten Wert des Sauerstoffverbrauchs regelbar ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15 weiter ausweisend: ein Temperaturregelmodul für eine erste Regelschleife mittels dem: – über eine Ofenraumtemperatur als Regelgröße, und – einen ersten Regler, insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenraumtemperatur, sowie – über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms einstellbar ist.
Regenerativ beheizter Industrieofen mit einem Ofenraum, insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, weiter aufweisend: – wenigstens einen Brennstoff-Injektor zum injizieren von Brennstoff in den Ofenraum, der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, – einen dem wenigstens einen Brennstoff-Injektor zugeordneten linken Regenerator und rechten Regenerator, die zur regenerativen Speicherung von Wärme aus dem Abgas und Übertragung von Wärme auf die Verbrennungsluft ausgebildet sind zur periodisch abwechselnden Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas aus dem Ofenraum in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoff, und – ein Stellglied für eine Zufuhr der Verbrennungsluft oder dergleichen Oxidationsmittel einstellbar ist und ein Restsauerstoff über eine Sonde bestimmbar ist, insbesondere gemessen wird und/oder aus einem Abgas-Luftüberschuss (LAMBDA) ermittelt wird, und – eine Steuereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16.