DE102016000290A1 - Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it - Google Patents

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Simon Keller
Patrick WAIBEL
Dr.-Ing. Matthes Jörg
Hans-Peter Friedrich
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Auswerte- und Regelungsanordnung sowie ein Auswerte- und Regelungsverfahren eines Mehrstoffbrenners für alternative Brennstoffe bereit. Der Mehrstoffbrenner (1) weist eine Mess- und Regelungsanordnung (10) auf, die eine Infrarotkamera (4), die einem Brennermund (3) des Mehrstoffbrenners (2) zugeordnet ist, eine Datenverarbeitungseinheit (6) und eine Regelungs- und Steuerungseinheit (7) aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinheit (6) mit der Regelungs- und Steuerungseinheit (7) und der Infrarotkamera (4) operativ verbunden ist. Mittels der Infrarotkamera (4) wird während eines Brennvorganges ein aktuelles Brennbild im Infrarotspektralbereich aufgenommen, wobei das Brennbild Bilddaten eines Aufnahmeabschnittes (A), der den Brennermund (3) umfasst und der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) enthält, zeigt. Diese Ersatzbrennstoff-Partikel (5) werden mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinheit (6), aus den Bilddaten ermittelt und aktuelle charakteristische Brennparameter bestimmt. Selbige werden mit vorgegebenen Soll-Brennparametern verglichen. Bei Abweichen der aktuellen charakteristischen Brennparameter von den Soll-Brennparametern werden Regelungs- und/oder Steuerungsparameter in der Regelungs- und Steuerungseinheit (7) angepasst.The present invention provides an evaluation and control arrangement as well as an evaluation and control method of a multi-fuel burner for alternative fuels. The multi-fuel burner (1) has a measuring and control arrangement (10) which has an infrared camera (4) which is assigned to a burner mouth (3) of the multi-fuel burner (2), a data processing unit (6) and a regulation and control unit (7 ), wherein the data processing unit (6) with the control and control unit (7) and the infrared camera (4) is operatively connected. By means of the infrared camera (4), a current focal image is recorded in the infrared spectral range during a firing process, wherein the focal image image data of a receiving section (A), which includes the burner mouth (3) and the substitute fuel particles (5) shows. These substitute fuel particles (5) are determined from the image data with the aid of a data processing unit (6), and current characteristic firing parameters are determined. The same are compared with predetermined nominal combustion parameters. If the current characteristic combustion parameters deviate from the desired combustion parameters, control and / or control parameters in the control and regulation unit (7) are adapted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auswerte- und Regelungsverfahren für Mehrstoffbrenner und eine Auswerte- und Regelungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to an evaluation and control method for multi-fuel burner and an evaluation and control arrangement for carrying out the method.

In der Zementindustrie, vor allem im Bereich der Klinkerherstellung müssen Rohmaterialien zunächst thermisch umgewandelt werden. Die thermische Umwandlung von Rohmaterial zum Klinker erfolgt dabei mithilfe eines Drehrohrofens. Die thermische Energie an den unterschiedlichen Stellen der Zementanlage wird durch Mehrstoffbrenner zur Verfügung gestellt, die es ermöglichen, den Anteil alternativer Brennstoffe (z. B. Fluff, Plastikschnipsel, Reifenflusen oder Tiermehl) zu erhöhen und so Kosten zu senken und Emissionen zu reduzieren.In the cement industry, especially in the field of clinker production, raw materials must first be thermally converted. The thermal conversion of raw material to the clinker takes place using a rotary kiln. The thermal energy at the different points of the cement plant is provided by multi-fuel burners, which make it possible to increase the proportion of alternative fuels (eg fluff, plastic shreds, tire flakes or meat-and-bone meal), thus reducing costs and reducing emissions.

Bisher konnte der Anteil von Ersatzbrennstoffen am Gesamtbrennstoff nicht stabil bei hohen Anteilen (> 70%) gehalten werden, da alternative Brennstoffe Eigenschaften wie einen stark schwankenden Feuchtegehalt haben, der einen großen Einfluss auf die Verbrennung und die erzeugten Brenngase und das Endprodukt haben. Herabfallender, nicht vollständig verbrannter Brennstoff landet bei diesem Herstellungsprozess direkt im Reaktionsbereich der Rohmaterialien und wirkt sich dadurch sogar direkt auf den chemischen Umwandlungsprozess und damit auf das entsprechende Endprodukt aus. Für einen konstant hohen Anteil an alternativen Brennstoffen ist eine dauerhafte Überwachung des Brennstoffes und des Prozesszustandes notwendig. Bisher vorhandene Messsysteme konnten den Prozesszustand nur zeitverzögert erfassen, was einen schnellen Eingriff bei schwankenden Brennstoff-Eigenschaften nicht möglich macht. So sind zum Beispiel sich ändernde Brennstoffeigenschaften im Brennstoffflugverhalten mit Kameras im visuell sichtbaren Wellenlängenbereich, wie sie häufig zu Prozessüberwachungsleitständen verwendet werden, nicht zu erkennen.So far, the share of substitute fuels in the total fuel could not be kept stable at high levels (> 70%), since alternative fuels have properties such as a strongly fluctuating moisture content, which have a great impact on the combustion and the produced fuel gases and the final product. Falling, incompletely burned fuel ends up directly in the reaction area of the raw materials during this manufacturing process and even has a direct impact on the chemical conversion process and thus on the corresponding end product. For a consistently high proportion of alternative fuels, a permanent monitoring of the fuel and the process state is necessary. Previously existing measuring systems were only able to record the process status with a time delay, which makes rapid intervention with fluctuating fuel properties impossible. For example, changing fuel properties in fuel-flow behavior can not be detected with cameras in the visually-visible wavelength range, which are often used in process monitoring control stations.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Auswerte- und Regelungsverfahren für Mehrstoffbrenner bereitzustellen, um den Anteil an Ersatzbrennstoffen erhöhen bzw. hoch halten zu können.Based on this prior art, it is the object of the present invention to provide an improved evaluation and control method for multi-fuel burners in order to be able to increase or to keep the proportion of substitute fuels high.

Diese Aufgabe wird durch ein Auswerte- und Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die entsprechende Auswerte- und Regelungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved by an evaluation and control method having the features of claim 1 and by the corresponding evaluation and control arrangement having the features of independent claim 7.

Weiterbildungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen des Auswerte- und Regelungsverfahrens sowie der Auswerte- und Regelungsanordnung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments or preferred embodiments of the evaluation and control method and the evaluation and control arrangement are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auswerte- und Regelungsverfahrens wird mit einem Mehrstoffbrenner für alternative Brennstoffe ausgeführt, der eine Mess- und Regelungsanordnung aufweist, die eine Infrarotkamera hat, die einem Brennermund des Mehrstoffbrenners zugeordnet ist. Ferner ist dem Mehrstoffbrenner eine Datenverarbeitungseinheit und eine Regelungs- und Steuerungseinheit zugeordnet, die miteinander und mit der Infrarotkamera operativ verbunden sind.A first embodiment of an evaluation and control method according to the invention is carried out with a multi-fuel burner for alternative fuels, which has a measurement and control arrangement which has an infrared camera which is assigned to a burner mouth of the multi-fuel burner. Further, the multi-fuel burner is associated with a data processing unit and a control and control unit, which are operatively connected to each other and to the infrared camera.

In einem Schritt a) wird mit der Infrarotkamera während eines Brennvorganges ein aktuelles Brennbild im Infrarotspektralbereich aufgenommen, wobei das Brennbild Bilddaten eines Aufnahmeabschnittes, der den Brennermund umfasst und der Ersatzbrennstoff-Partikel enthält, zeigt.In a step a), a current focal image in the infrared spectral range is recorded with the infrared camera during a firing process, wherein the focal image image data of a receiving portion which includes the burner mouth and contains the substitute fuel particles shows.

In dem nachfolgenden Schritt b) werden die Bilddaten des Brennbildes an die Datenverarbeitungseinheit gesendet und dort werden in Schritt c) mit der Datenverarbeitungseinheit aus den Bilddaten die Ersatzbrennstoff-Partikel sowie Größe und Position einer Mehrzahl oder auch aller Partikel ermittelt.In the subsequent step b), the image data of the focal image are sent to the data processing unit and there in step c) with the data processing unit from the image data, the substitute fuel particles and size and position of a plurality or all of the particles determined.

Aus den in Schritt c) erfassten Daten werden in Schritt d) hiernach aktuelle charakteristische Brennparameter bestimmt und diese werden mit vorgegebenen Soll-Brennparametern verglichen.From the data acquired in step c), in step d), current characteristic firing parameters are determined and these are compared with predetermined target firing parameters.

Ferner wird in Schritt e) bei Abweichen der aktuellen charakteristischen Brennparameter von den Soll-Brennparametern in der Regelungs- und Steuerungseinheit die Regelungs- und/oder Steuerungsparameter angepasst, die mit den charakteristischen Brennparametern korrelieren, und dadurch die charakteristischen Brennparameter geändert, bis die aktuellen charakteristischen Brennparameter den Soll-Brennparametern entsprechen.Further, in step e), if the current characteristic firing parameters deviate from the desired firing parameters in the control and regulation unit, the control and / or control parameters that correlate with the characteristic firing parameters are adjusted, thereby changing the characteristic firing parameters until the current characteristic firing parameters Combustion parameters correspond to the nominal combustion parameters.

Schließlich kann das Verfahren kontinuierlich ausgeführt werden, wozu die vorgenannten Schritte a) bis e) kontinuierlich wiederholt werden.Finally, the process can be carried out continuously, for which purpose the abovementioned steps a) to e) are repeated continuously.

Mittels des Verfahrens kann eine Verbrennung von Ersatzbrennstoff umfänglich überwacht, vermessen und ausgewertet und zur Bewertung der Verbrennung genutzt werden. Dabei kann der gesamte Zeitraum der Verbrennung, d. h. von Eintritt des Brennstoffes in den Brenner, Austritt des Brennstoffes aus dem Brennermund, dessen Flugverhalten bis hin zu Verbrennung des Ersatzbrennstoffes im Brennraum, beobachtet werden.By means of the method, a combustion of substitute fuel can be extensively monitored, measured and evaluated and used to assess the combustion. In this case, the entire period of combustion, d. H. from the entrance of the fuel into the burner, leakage of the fuel from the burner mouth, whose flight behavior up to combustion of the substitute fuel in the combustion chamber, are observed.

Dabei geht ein Brennstoff von einem kalten, ungezündeten Zustand zu einer Zündung innerhalb des Brenners über und verbrennt schließlich, im Idealfall vollständig. Manche Brennstoffe verbrennen nicht oder nur teilweise – auch dies kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren detektiert werden, so dass das Brennverhalten von Ersatzbrennstoffen besser verstanden werden kann und der Anteil in einem Brennprozess wesentlich erhöht werden kann.In this case, a fuel goes from a cold, non-ignited state to an ignition within the burner and eventually burns completely, ideally completely. Some fuels do not or only partially burn - this too can be detected by the method according to the invention so that the burning behavior of substitute fuels can be better understood and the proportion in a firing process can be significantly increased.

„Brennparameter” oder auch Verbrennungsparameter im Sinne der Erfindung sind alle bildbasierten Kenngrößen, die aus den Bilddaten bzw. der Aufnahme durch die Infrarotkamera aufgenommen bzw. durch die nachfolgende Auswertung bestimmt werden können. Die Brennparameter beschreiben den Zustand bzw. können den Zustand der Verbrennung aktuell und über eine bestimmte Zeit abbilden. „Regelungs- und/oder Steuerungsparameter” im Sinne der Erfindung sind alle bekannten Stellgrößen, die dazu dienen können, den Brenner einzustellen und den Brennprozess nachhaltig zu beeinflussen."Burning parameters" or combustion parameters in the sense of the invention are all image-based parameters which can be recorded from the image data or the recording by the infrared camera or determined by the subsequent evaluation. The combustion parameters describe the state or can map the state of combustion currently and over a certain period of time. "Control and / or control parameters" in the sense of the invention are all known manipulated variables which can serve to set the burner and to influence the burning process in a sustainable manner.

Die Erfindung betrifft ein Auswerte- und Regelungsverfahren, wobei eine Vorsteuerung bezüglich der Brennstoffzusammensetzung beinhaltet sein kann.The invention relates to an evaluation and control method, wherein a pilot control can be included with respect to the fuel composition.

„Anpassen der Brennparameter” bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Brennparameter an Sollvorgaben angenähert werden können. Sie bilden daher dynamische Werte, die sich ständig ändern und sich im Idealfall Sollvorgaben annähern. Der Begriff „aktuell” ist immer zu einer bestimmten Zeit zu sehen, und ändert sich im Laufe der Zeit bzw. passt sich an. Aktuelle Werte zu einem ersten Zeitpunkt bei bestimmten Brennereinstellungen können ohne weiteres anders sein als aktuelle Werte zu einem zweiten Zeitpunkt bei bestimmten Brennereinstellungen. Der „Brennvorgang” im Sinne der Erfindung ist jeder Zünd- und Verbrennungsvorgang sowie jedes Austritt- und Flugverhalten von Ersatzbrennstoff. Ein „Brennbild” im Sinne der Erfindung zeigt ein Bild des gesamten Verbrennungsvorgangs – so Brennstoffzuführung aus dem Brennermund, Zündungsverhalten des Brennstoffes und dessen Verbrennungsverhalten."Adjusting the firing parameters" in the sense of the invention means that the firing parameters can be approximated to target specifications. They therefore form dynamic values that constantly change and, ideally, approach target values. The term "current" is always to be seen at a certain time, and changes over time or adapts itself. Actual values at a first time for certain burner settings may easily be different than current values at a second time for certain burner settings. The "burning process" within the meaning of the invention is any ignition and combustion process as well as any escape and flight behavior of substitute fuel. A "combustion picture" in the sense of the invention shows a picture of the entire combustion process - such as fuel supply from the burner mouth, ignition behavior of the fuel and its combustion behavior.

Mit dem erfindungsgemäßen Auswerte- und Regelungsverfahren wird es möglich, durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Infrarotkamera einen Brenner während des Brennvorgangs nahezu nahtlos zu überwachen. Die Verbrennungsgase werden beim Einsatz einer Infrarotkamera mit speziellem Spektralfilter sehr viel durchlässiger für Strahlung (quasi fast transparent). Dadurch ist es erst möglich den Brennstoff in den Aufnahmen zu erkennen. Bei Messung im visuellen Spektralbereich würde die Flamme den Blick auf den Ersatzbrennstoff versperren. Daher bietet die Kamera Einblick in den Verbrennungsprozess, indem die vorhandenen Verbrennungsgase durch die Erfassung mittels Infrarot und damit Erfassung eines nicht unmittelbar sichtbaren Partikelanteils aufgezeigt werden. Es kann ermöglicht werden, die Veränderung der Brennstoffeigenschaften nachzuvollziehen und im Bedarfsfall sofort zu korrigieren. Es kann händisch geregelt bzw. gesteuert werden, wobei durch Anzeigen des Kamerabildes in einem Leitstand und der bestimmten Brennparameter die erforderlichen Auswerte- und Regelungsparameter in einer Ausführungsform manuell eingestellt werden können. Alternativ kann die Steuerung bzw. Regelung auch automatisch erfolgen, wozu die Brennparameter durch das erfindungsgemäße Verfahren mittels der Auswerte- und Regelungseinheit nach und nach angepasst werden können.With the evaluation and control method according to the invention, it becomes possible to monitor a burner during the firing process almost seamlessly by the use according to the invention of an infrared camera. When using an infrared camera with a special spectral filter, the combustion gases become much more permeable to radiation (virtually transparent). This makes it possible to detect the fuel in the recordings. When measured in the visual spectral range, the flame would obstruct the view of the substitute fuel. Therefore, the camera provides insight into the combustion process, by showing the existing combustion gases through the detection by means of infrared and thus detection of a not directly visible particle fraction. It can be made possible to understand the change in the fuel properties and to correct immediately if necessary. It can be manually controlled or controlled, wherein the required evaluation and control parameters can be set manually by displaying the camera image in a control room and the specific firing parameters in one embodiment. Alternatively, the control or regulation can also take place automatically, for which purpose the firing parameters can be gradually adapted by the method according to the invention by means of the evaluation and control unit.

Die aus einem bildgebenden Verfahren bestimmten resultierenden Kenngrößen bzw. Brennparameter können für eine Regelung bzw. Steuerung des Brennprozesses verwendet werden, wodurch die Brennerparameter weiter angepasst werden können. Die sich ändernden Brennstoffeigenschaften zeigen sich in den Infrarotkameraaufnahmen unter anderem durch Intensitätsunterschiede innerhalb der Aufnahme, dynamische Änderungen über die Zeit und durch Modellabweichungen. Hierzu werden verschiedene Parameter verwendet, um beispielsweise die Intensitätsunterschiede und dynamischen Änderungen der Partikelpositionen über die Zeit abzubilden und weiteren Berechnungen zuzuführen. So kann die Erfindung vorsehen, dass zum Ermitteln bzw. Detektieren oder auch Segmentieren der Ersatzbrennstoff-Partikel aus Bilddaten eines oder mehrerer Bildes/Bilder ein oder mehrere Parameter Temperatur, Intensität, Geschwindigkeitsbetrag, Geschwindigkeitsrichtung und wahrscheinlicher Position eines Partikels aufgrund vorbekannter Temperatur- bzw. Wahrscheinlichkeits- bzw. Geschwindigkeitsmodellen bestimmt wird und ferner aus Bilddaten zweier oder mehr Bilder eine Geschwindigkeit des Brennprozesses bestimmt wird. Die verwendeten Modelle basieren auf Prozesswissen, dass einem dem Fachmann vorbekannten Wissen über Verbrennungsprozesse entspricht und sich aus dem Anwendungsbereich der Verbrennung ergibt.The resulting parameters or firing parameters determined from an imaging process can be used for controlling the firing process, whereby the burner parameters can be further adjusted. The changing fuel properties are reflected in the infrared camera shots, among other things, by intensity differences within the recording, dynamic changes over time and by model deviations. For this purpose, various parameters are used, for example, to map the intensity differences and dynamic changes of the particle positions over time and to supply further calculations. Thus, the invention may provide that for determining or also segmenting the substitute fuel particles from image data of one or more images / images one or more parameters temperature, intensity, speed amount, velocity direction and probable position of a particle due to known temperature or probability or speed models is determined and further from image data of two or more images, a speed of the firing process is determined. The models used are based on process knowledge that corresponds to a knowledge of combustion processes that is known to the person skilled in the art and that results from the scope of combustion.

Verschiedene Bildverarbeitungsverfahren können eingesetzt werden. Dabei kann bevorzugt ein Verfahren verwendet werden, nach dem zunächst eine Bildvorverarbeitung stattfindet, in der auf einem Einzelbild zunächst kontrastverstärkende Bildverarbeitungsverfahren angewendet werden und eine Reduzierung auf eine Interessensregion („Region of Interest”) stattfindet, in der bspw. eine Mehrzahl der Partikel statistisch vermutet wird.Various image processing methods can be used. In this case, a method may preferably be used according to which image preprocessing first takes place, in which image contrasting image processing methods are first applied to a single image and a reduction to a region of interest takes place in which, for example, a majority of the particles are statistically assumed becomes.

Nach dieser Bildvorverarbeitung erfolgt eine so genannte Segmentierung. Über die Interessensregion wird ein Texturfilter gelegt, wonach eine weitergehende Segmentierung nach Partikeln oder Partikelagglomerationen stattfinden kann. Hierbei gibt es die Möglichkeit, dass bereits eine Region aus der Segmentierung entfernt wird, wenn in dieser weitere, zu prüfende Eigenschaften, wie z. B. Größe, Position, Entfernung zum Brennermund, etc. zu sehen sind. Auch können in bestimmten Regionen die vorgenannten Eigenschaften separat überprüft werden und, falls die Vorgaben zu den Eigenschaften nicht erfüllt werden, die Region aus der Segmentierung entfernt werden. Weiter besteht die Möglichkeit, zeitliche Filterungen der Bilddaten durchzuführen (z. B. zeitlicher Mittelwertfilter), um Bildbereiche mit Brennstoff von anderen Bildbereichen deutlicher abgrenzen zu können. Die Segmentierung des Brennstoffs auf Basis von Einzelbildern und die Segmentierung auf Basis der zeitlichen Filterung einer Bildsequenz können in vorteilhafter Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Maximum-A-Posteriori-Schätzung kombiniert werden, um eine Verbesserung der Segmentierungsgenauigkeit zu erzielen.After this image preprocessing, a so-called segmentation takes place. A texture filter is placed over the area of interest, after which further segmentation into particles or particle agglomerations can take place. There is the possibility that a region is already removed from the segmentation, if in this further, to be tested properties, such. Size, Position, distance to the burner mouth, etc. can be seen. Also, in certain regions, the aforementioned properties can be checked separately and, if the property specifications are not met, the region is removed from the segmentation. Furthermore, it is possible to perform temporal filtering of the image data (eg temporal mean value filters) in order to delimit image areas with fuel from other image areas more clearly. The segmentation of the fuel on the basis of individual images and the segmentation on the basis of the temporal filtering of an image sequence can be advantageously combined, for example with the aid of a maximum-a-posteriori estimation, in order to achieve an improvement in the segmentation accuracy.

Nach dieser Segmentierung kann eine Kenngrößenextraktior erfolgen. Es können Eigenschaften einzelner Partikel auf Basis der Segmentierung in Einzelbildern berechnet werden (z. B. Größe, Abstand zum nächsten Partikel, Aufenthaltsort/Position, Agglomeration ja/nein). Auf Basis der Segmentierung zeitlich gefilterter Bilddaten und auf Basis der Kombination aus beiden Segmentierungen können weitere Kenngrößen rechnerisch bestimmt werden. Es kann für jede Bildspalte eine Normalverteilung (Mittelwert und Standardabweichung) für den Aufenthalt von Brennstoff berechnet werden. Auf Basis dieser Verteilungen lassen sich dann unter anderem die mittlere Flugbahn des Brennstoffs und das Verteilungsverhalten bzw. Streuverhalten des Brennstoffs in der Flugphase berechnen.After this segmentation, a characteristic extractor can be carried out. Properties of individual particles can be calculated on the basis of the segmentation in individual images (eg size, distance to the next particle, location / position, agglomeration yes / no). On the basis of the segmentation of temporally filtered image data and on the basis of the combination of the two segmentations, further parameters can be determined by calculation. It can be calculated for each image column a normal distribution (mean and standard deviation) for the stay of fuel. On the basis of these distributions, it is then possible to calculate, inter alia, the mean trajectory of the fuel and the distribution behavior or scattering behavior of the fuel in the flight phase.

Die Erfindung sieht vor, dass einer oder mehrere charakteristische Brennparameter wie Position, Größe, Verteilung, mittlere Flugbahn, Verbrennungszeitpunkt, Verteilungsverhalten bzw. Streuverhalten der Ersatzbrennstoff-Partikel im Brennraum ausgewählt werden können. Vorteilhaft werden aus den Bilddaten zusätzliche Informationen bestimmt, die für eine Analyse des Brennvorgangs innerhalb des Brennraumes genutzt werden können.The invention provides that one or more characteristic firing parameters such as position, size, distribution, mean trajectory, combustion time, distribution behavior or scattering behavior of the substitute fuel particles in the combustion chamber can be selected. Advantageously, additional information is determined from the image data, which can be used for an analysis of the burning process within the combustion chamber.

Die Erfindung sieht ferner in einer Weiterführung vor, dass in einem Schritt c') aus den Bilddaten weitere, die charakteristischen Brennparameter ergänzende Kenngrößen bestimmt werden, wie bspw. Agglomerationen der Ersatzbrennstoff-Partikel oder auch eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Ersatzbrennstoff-Partikel in einem Brennraum des Brenners. Ferner kann ein Verbrennungszeitpunkt der Ersatzbrennstoffpartikel nach Verlassen des Brennermundes bzw. eine Auftreffposition bzw. eine Auftreffzeit der Ersatzbrennstoff-Partikel in einem Feststoffbett in dem Brennerraum festgestellt werden. Auch die Verteilung der Ersatzbrennstoff-Partikel während einer Flugphase derselben kann aus den Bilddaten bestimmt werden. Das Verfahren kann somit dazu dienen, einen Brennvorgang sicher und umfassend zu überwachen und eine Menge Daten über verschiedene Brennstoffanteile und -zusammensetzungen zu erhalten.The invention further provides in a continuation that in a step c ') from the image data further, the characteristic combustion parameters complementary characteristics are determined, such as. Agglomerations of the substitute fuel particles or a probability of residence of the substitute fuel particles in a combustion chamber of the burner , Furthermore, a combustion time of the substitute fuel particles after leaving the burner mouth or an impact position or an impact time of the substitute fuel particles in a solid bed in the combustion chamber can be determined. The distribution of the substitute fuel particles during a flight phase of the same can also be determined from the image data. The method can thus serve to safely and comprehensively monitor a firing process and to obtain a lot of data on different fuel fractions and compositions.

Ferner kann für die Regelung bzw. Steuerung des Brenners zumindest ein Regelungs- und/oder Steuerungsparameter wie Primärluftmenge, Sekundärluftmenge, Anteil des Ersatzbrennstoffes, Winkel eines Pneumodeflektors bzw. Verdrallung der Luft (auch „swirl” genannt) eingestellt werden. Vorzugsweise können diese Stellgrößen den Brennprozess beeinflussen; für geeignete Einstellungen werden u. a. Erfahrungswerte genutzt.Furthermore, at least one control and / or control parameter such as primary air quantity, secondary air quantity, proportion of the substitute fuel, angle of a pneumodeflector or twisting of the air (also called "swirl") can be set for the regulation or control of the burner. Preferably, these manipulated variables can influence the firing process; for suitable settings u. a. Empirical values used.

Neben einer Überwachung und Regelung des Brennvorganges kann die Erfindung vorsehen, dass auf Grundlage der Infrarot-Kameraaufnahmen und einer anschließenden Bildverarbeitung aktuelle und gespeicherte erfasste Brennparameter mit vorbestimmen Soll-Brennparametern verglichen werden können. Daraus kann das Brennverhalten bestimmt werden und dieses nach vorbestimmten Kriterien bewertet werden. So gibt es für verschiedene Materialien Qualitätskriterien – bspw. ist für gebrannten Klinker der Anteil von Freikalk ein solches Qualitätskriterium. Ferner kann auch die Temperatur im Ofen bzw. an bestimmten Bereichen im Ofen oder ein gewünschtes Flugverhalten oder ein Verbrennungszeitpunkt als Qualitätskriterium herangezogen werden und zudem als Sollparameter dienen. Ferner kann auch direkt der Verbrennungszustand berücksichtigt werden, wenn z. B. verhindert werden soll, dass Ersatzbrennstoff im Brennbett landet. Hierzu können auch die Soll-Parameter entsprechend angepasst werden.In addition to monitoring and regulating the firing process, the invention can provide that based on the infrared camera recordings and subsequent image processing current and stored detected firing parameters can be compared with predetermined target firing parameters. From this, the burning behavior can be determined and evaluated according to predetermined criteria. Thus, there are quality criteria for various materials - for example, the proportion of free lime is a quality criterion for fired clinker. Furthermore, the temperature in the oven or at certain areas in the oven or a desired flight behavior or a combustion time can be used as a quality criterion and also serve as a target parameter. Furthermore, the combustion state can also be taken into account directly if z. B. is to prevent that substitute fuel lands in the fuel bed. For this purpose, the setpoint parameters can be adjusted accordingly.

Da sich das tatsächliche Verbrennungsverhalten allein anhand der berechneten Brennparameter zeigt, können die Soll-Parameter alleine nur bedingt zur Bewertung herangezogen werden. Wenn jedoch bspw. eine Abweichung von einem gewünschten Verbrennungszeitpunkt oder eine Abweichung von der gewünschten mittleren Flugkurve zur Bewertung genutzt werden soll, können auch die Soll-Parameter Eingang in die Bewertung finden.Since the actual combustion behavior is shown solely on the basis of the calculated combustion parameters, the desired parameters alone can only be used to a limited extent for evaluation. However, if, for example, a deviation from a desired combustion time point or a deviation from the desired mean flight curve is to be used for the evaluation, the setpoint parameters can also be included in the evaluation.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Auswertung und anschließende Bewertung durchgeführt werden kann. Diese Informationen können genutzt werden, um Eigenschaften verschiedener Brennstoffzusammensetzungen herauszufinden und Voraussagen über deren Verbrennungsprozess zu treffen.In one embodiment of the invention, it is provided that an evaluation and subsequent evaluation can be carried out. This information can be used to discover characteristics of different fuel compositions and make predictions about their combustion process.

Vorteilhaft kann mithilfe der Infrarotkamera-Aufnahme der Brennstoff detektiert werden und es können Eigenschaften wie beispielsweise das Austritts- und Flugverhalten, das sich in einer Flugkurve, Materialstreuung während des Flugs und einer Landezone aufteilt, abgeleitet werden. Auch der Verbrennungszeitpunkt der Partikel kann bestimmt werden. Es kann ein Blick auf den alternativen Brennstoffanteil geworfen werden und somit eine Beurteilung des Streuverhaltens erfolgen. Hierdurch können die Eigenschaften des Brennstoffs und die charakteristischen Brennparameter nahezu in Echtzeit überwacht werden und frühzeitig mit Änderungen reagiert werden. Unterschiedliche Regelungsstrategien können angewandt werden, um den Anteil an alternativen Brennstoffen noch weiter zu erhöhen. Im Gesamten bietet die Erfindung den Vorteil, dass durch die Überwachung ein insgesamt höherer Anteil an alternativen Brennstoffen am Gesamtbrennstoff für industrielle Verbrennungsprozesse verwendet werden kann, ohne einen negativen Einfluss auf den Brennprozess insgesamt und letztendlich auf die Produktqualität zu haben.Advantageously, the infrared camera image can be used to detect the fuel and to derive characteristics such as the exit and flight behavior, which is divided into a flight curve, material scattering during the flight and a landing zone. Also the The combustion time of the particles can be determined. It is possible to look at the alternative fuel content and thus assess the scattering behavior. As a result, the properties of the fuel and the characteristic firing parameters can be monitored almost in real time and reacted early with changes. Different regulatory strategies can be used to further increase the share of alternative fuels. On the whole, the invention offers the advantage that the monitoring makes it possible to use an overall higher proportion of alternative fuels in the total fuel for industrial combustion processes, without having a negative impact on the overall burning process and ultimately on the product quality.

Die Erfindung sieht ferner eine Auswerte- und Regelungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Die Anordnung weist einen Brenner mit einem Brennermund und einer Infrarotkamera zur Aufnahme von Ersatzbrennstoff-Partikeln im Infrarotspektralbereich auf, wobei die Infrarotkamera derart vor dem Brennermund angeordnet ist, dass der Brennermund und eine Flamme vor dem Brennermund im Aufnahmeabschnitt der Infrarotkamera liegt. Ferner weist die Anordnung eine Datenverarbeitungseinheit auf, die operativ mit der Infrarotkamera und einer Regelungs- und Steuereinheit des Brenners verbunden ist.The invention further provides an evaluation and control arrangement for carrying out the method according to the invention. The arrangement comprises a burner with a burner mouth and an infrared camera for receiving substitute fuel particles in the infrared spectral range, wherein the infrared camera is arranged in front of the burner mouth such that the burner mouth and a flame in front of the burner mouth in the receiving portion of the infrared camera. Furthermore, the arrangement comprises a data processing unit which is operatively connected to the infrared camera and a control and control unit of the burner.

Vorteilhaft kann durch die Erfindung das Austritts- und Flugverhalten von Ersatzbrennstoffen bei industriellen Mehrstoffbrennern auf Basis von Aufnahmen von Infrarotkameras analysiert werden, da diese Art der Auswerte- und Regelungsanordnung einen Brennprozesszustand durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitnah erfassen kann.Advantageously, the exit and flight behavior of alternative fuels in industrial multi-fuel burners based on recordings of infrared cameras can be analyzed by the invention, since this type of evaluation and control arrangement can capture a Brennprozesszustand by using the inventive method in a timely manner.

Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Other embodiments as well as some of the advantages associated with these and other embodiments will become apparent and better understood by the following detailed description with reference to the accompanying drawings. Items or parts thereof that are substantially the same or similar may be provided with the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung, 1 a schematic view of a monitoring arrangement according to the invention,

2 eine schematische Seitenansicht eines Aufnahmeabschnitts der Infrarot-Kamera mit detektierten Ersatzbrennstoff-Partikeln, 2 a schematic side view of a receiving portion of the infrared camera with detected substitute fuel particles,

3 eine schematische Ansicht einer Verteilung der Ersatzbrennstoff-Partikel, 3 a schematic view of a distribution of the substitute fuel particles,

4a–f fotografische Ansicht eines Brennermundes mit austretenden Ersatzbrennstoff-Partikeln bei unterschiedlichen Brennereinstellungen, 4a -F photographic view of a burner mouth with emerging substitute fuel particles at different burner settings,

5 eine fotografische Ansicht einer bildbearbeiteten Aufnahme, 5 a photographic view of an image-processed photograph,

6 eine bearbeitete fotografische Aufnahme mit erfassten Partikeln, und 6 a processed photographic image with detected particles, and

7 einen Graphen mit der Verteilung der Partikel. 7 a graph showing the distribution of the particles.

In 1 zeigt die Überwachungsanordnung 10 einen Mehrstoffbrenner 1 mit einem Brennraum 2 sowie einem Brennermund 3. Dem Brennraum 2 ist eine Infrarotkamera 4 vorgeordnet, die einen Aufnahmeabschnitt A aufnehmen kann. Die Infrarotkamera 4 ist über Datenleitungen 9 operativ mit einer Datenverarbeitungseinheit 6 verbunden. Diese weist einen Speicher 6a auf, in dem die für die Auswertung und Steuerung bzw. Regelung erforderlichen Parameter, Werte und Modelle gespeichert sind. Ferner ist die Datenverarbeitungseinheit 6 mit der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 verbunden. Diese wiederum ist operativ mit dem Brenner 1 verbunden, so dass die Regelung- und Steuerungseinheit 7 durch ändern bzw. anpassen von Steuerungs- und Regelungsparametern Einfluss auf die Brennparameter des Brennprozesses nehmen kann.In 1 shows the monitoring arrangement 10 a multi-fuel burner 1 with a combustion chamber 2 as well as a burner mouth 3 , The combustion chamber 2 is an infrared camera 4 upstream, which can accommodate a receiving section A. The infrared camera 4 is via data lines 9 operational with a data processing unit 6 connected. This has a memory 6a on, in which the parameters, values and models required for the evaluation and control or regulation are stored. Further, the data processing unit 6 with the control and regulation unit 7 connected. This in turn is operational with the burner 1 connected so that the control and regulation unit 7 by changing or adapting control and regulation parameters can influence the combustion parameters of the combustion process.

In 2 ist der Aufnahmebereich A der Infrarotkamera 4 schematisch dargestellt, wobei sich eine Flamme 11 aus dem Brennermund 3 in den Brennraum 2 hinein erstreckt. Innerhalb dieser Flamme 11 liegen Ersatzbrennstoff-Partikel 5 vor, die in einer bestimmten Flugbahn F aus dem Brennermund 3 hinaus getragen werden. Nach einer bestimmten Zeit, die von der Beschaffenheit und dem Material des jeweilig verwendeten Ersatzbrennstoffes abhängt, verbrennen diese Partikel 5 bzw. Reste des Ersatzbrennstoffes fallen auf den Boden des Brennraumes 2 und bilden ein Feststoffbett 8.In 2 is the recording area A of the infrared camera 4 shown schematically, with a flame 11 from the Brenner mouth 3 in the combustion chamber 2 extends into it. Within this flame 11 lie substitute fuel particles 5 ago, in a specific trajectory F from the Brenner mouth 3 Be carried out. After a certain time, which depends on the nature and material of the substitute fuel used, these particles burn 5 or residues of the substitute fuel fall to the bottom of the combustion chamber 2 and form a solid bed 8th ,

In 3 ist eine beispielhafte Verteilung der Ersatzbrennstoff-Partikel 5 schematisch dargestellt, wobei die Partikel 5 innerhalb einer strahlförmigen Flugbahn F mit einer mittleren Flugbahn F' aus dem Brennermund 3 heraus in den Brennerraum 2 fliegen. Die Partikel 5 können sich alleine bewegen oder auch Agglomerationen 5' bilden. Ferner bilden sich am Brennermund 3 Kohlebereiche K. Der dargestellte Mehrstoffbrenner 1 hat beispielsweisezwei Brennstoffzuführungen. Eine mittig im Brennermund angeordnete Zuführung für den Ersatzbrennstoff. Eine weitere Brennstoffzuführung befindet sich koaxial um die in der Mitte angeordnete Ersatzbrennstoffzuführung und dient als Zuführung für den Standardbrennstoff Kohle. Es sind zwei Zuführungen notwendig, da oft Kohle und Ersatzbrennstoffe gemeinsam verbrannt werden. Die Kohlebereiche K zeigen die Bereiche, in denen die Kohle aus dem Brenner austritt und dann im Ofen verbrennt. Sie verbrennt recht schnell, so dass der Bereich K im Vergleich zu dem langsamer verbrennenden Ersatzbrennstoff seitlich direkt vor dem Brennermund liegt. Wird keine Kohle verbrannt, z. B. wenn 100% Ersatzbrennstoff verwendet wird, gibt es keinen Kohlebereich K. 3 zeigt ein Schema einer Verbrennung mit einem gewissen Anteil Kohle, so dass sich die Kohlebereiche K ausbilden.In 3 is an exemplary distribution of the substitute fuel particles 5 shown schematically, wherein the particles 5 within a jet trajectory F with a mean trajectory F 'from the burner mouth 3 out into the burner room 2 fly. The particles 5 can move alone or agglomerations 5 ' form. Furthermore, they form at the Brenner mouth 3 Carbon regions K. The multi-fuel burner shown 1 for example, has two fuel feeds. A centrally located in the burner mouth supply for the substitute fuel. Another fuel supply is located coaxially around the center Replacement fuel feeder and serves as a feeder for the standard fuel coal. Two feeds are necessary as coal and substitute fuels are often burnt together. The coal areas K show the areas where the coal exits the burner and then burns in the furnace. It burns quite fast, so that the area K is laterally in front of the burner mouth compared to the slower burning substitute fuel. If no coal burned, z. For example, if 100% substitute fuel is used, there is no coal area K. 3 shows a scheme of combustion with a certain proportion of coal, so that the coal regions K form.

Die 4a bis 4f zeigen fotografische Aufnahmen einer Infrarotkamera 4 für verschiedene Einstellungen des Brenners 1. Aus dem Brennermund 3 erstreckt sich die Flamme 11 in den Brennerraum 2 hinein, worin sich die Partikel 5 befinden. In den Infrarotaufnahmen zeigen sich die Partikel 5 in dunklem, fast schwarzen Grau; die Flamme 11 ist dort herum in mittlerem Grau zu sehen.The 4a to 4f show photographic shots of an infrared camera 4 for different settings of the burner 1 , From the Brenner mouth 3 the flame extends 11 in the burner room 2 into which the particles are 5 are located. In the infrared images, the particles show up 5 in dark, almost black gray; the flame 11 is seen around there in medium gray.

Die sechs fotografischen Einzelbilder der 4a bis 4f stellen eine Folge eines laufenden Brennprozesses dar, wobei am Brenner 1 verschiedene Voreinstellungen vorgenommen wurden, die zu den unterschiedlichen Brennbildern führen. Die Einstellungen des Brenners 1 sind hierbei die Parameter EBS (Anteil des Ersatzbrennstoffes in Prozent), der Druck des Pneumodeflektors in mbar sowie eine Verdrallung (auch „swirl” genannt). Die Verdrallung oder auch Luftverwirbelung ist einheitslos und bezieht sich im nachfolgenden Zahlenbeispiel auf eine Einstellung an dem Brenner 1 und kann zwischen einem Wert 1 und einem Wert 9 liegen. Diese drei Parameter sind in der folgenden Tabelle kurz zusammengefasst, und zeigen, wie mittels der Parametereinstellungen ein Partikelstrahl in seiner Flugbahn beeinflusst und auch fokussiert werden kann. Fig. EBS [%] Druck Pneumodeflektor [mbar] Swirl 4a 60 40 2 4b 65 40 4 4c 100 40 4 4d 60 40 8 4e 65 200 4 4f 100 200 4 The six photographic frames of the 4a to 4f represent a consequence of an ongoing burning process, being at the burner 1 Various presets have been made that lead to the different focal images. The settings of the burner 1 Here are the parameters EBS (proportion of the substitute fuel in percent), the pressure of the Pneumodeflektors in mbar and a twisting (also called "swirl"). The twisting or air turbulence is unitless and refers in the following numerical example to a setting on the burner 1 and may be between a value of 1 and a value of 9. These three parameters are briefly summarized in the following table, and show how the parameter settings can be used to influence and focus a particle beam in its trajectory. FIG. EBS [%] Pressure Pneumodeflector [mbar] swirl 4a 60 40 2 4b 65 40 4 4c 100 40 4 4d 60 40 8th 4e 65 200 4 4f 100 200 4

Mittels eines bildgebenden Verfahren, das u. a. auf der Auswertung verschiedener Größen, wie der Temperatur, der Helligkeit, Intensität der Flamme 11 sowie einer allgemeinen Verteilung der Partikel 5 im Infrarotbereich basiert, können Größe sowie Position und damit die einzelnen Partikel 5 selbst (die als kleine Kreuze dargestellt sind) erfasst werden, wie 5 zeigt, eine fotografische Aufnahme des Aufnahmebereichs für eine beispielhafte Brennereinstellung. Aus der Position und der Größe der Partikel 5 lässt sich eine Verteilung errechnen, woraus ihre Flugbahn F und auch eine mittlere Flugbahn 5' bestimmt werden kann. Daneben können auch der maximale Austrittswinkel W des Gesamtbrennstoffs am Brennermund 3 (in 5 mittels zweier Linien W links und rechts des Brennermundes 3 dargestellt) analysiert werden. Das eingezeichnete Rechteck bezeichnet eine Interessenregion R, auf die sich in der Bildanalyse beschränkt wird, wobei in diesem Bereich nach den Partikeln 5 „gesucht” und analysiert wird.By means of an imaging process, which inter alia on the evaluation of various variables, such as the temperature, the brightness, intensity of the flame 11 and a general distribution of the particles 5 in the infrared range, size and position and thus the individual particles can 5 themselves (which are represented as small crosses) can be detected, such as 5 shows a photographic photograph of the recording area for an exemplary burner setting. From the position and size of the particles 5 can calculate a distribution, from which their trajectory F and also a middle trajectory 5 ' can be determined. In addition, the maximum exit angle W of the total fuel at Brennermund can also 3 (in 5 by means of two lines W left and right of the burner mouth 3 shown). The drawn rectangle indicates a region of interest R, which is limited in the image analysis, whereby in this area after the particles 5 "Searched" and analyzed.

Die 6 zeigt ein bereits verarbeitetes Bild, das es ermöglicht, einen Blick auf den alternativen Brennstoffanteil (Partikel 5) und eine Beurteilung deren Streuverhaltens zu werfen. Aufbauend auf diesem Bild können z. B. einzelne Partikel 5 detektiert werden. Hierbei wird nur der Bereich vor dem Brennermund 3, d. h. in einem realistischen Flugbereich des Brennstoffes, betrachtet.The 6 shows an already processed image that makes it possible to take a look at the alternative fuel fraction (particle 5 ) and an assessment of their scattering behavior. Based on this picture z. B. individual particles 5 be detected. Here, only the area in front of the burner mouth 3 , ie in a realistic flight range of the fuel, considered.

Werden diese Partikeldetektionen über einen längeren Zeitraum beobachtet, kann eine Art Trefferliste erstellt werden, wie in 7 zu sehen. Die Partikel 5 sind bestimmt und ihre Eigenschaften, wie Größe, Position und Verteilung können rechnerisch weiter verarbeitet werden, wie in 7 dargestellt. Die einzelnen Partikeldetektionen von Ersatzbrennstoffpartikeln sind als kleine Kreuze gekennzeichnet. Aus diesen Detektionen kann des Weiteren eine spaltenweise Schätzung für den Aufenthaltsort des Brennstoffes durchgeführt werden, wobei für eine kleine Anzahl an Spalten der Partikeldetektionen wird der Mittelwert (dicke Kreuze mittig) und die Standardabweichung (Kreuze oberhalb und unterhalb der Mittelwerte) gebildet. Daraus wird jeweils eine Normalverteilung abgeleitet. Die Abmessungen an den Graphenachsen entsprechen denen einer sogenannten Interessensregion oder auch „region of interest”. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einer solchen Interessensregion und die mittels Gaußabschätzung ermittelten Verläufe (Linien G) von ausgewählten Schätzungen innerhalb der Interessensregion R, die den zugehörigen Mittelwerten und oberhalb und unterhalb davon dem 1σ-Intervall dieser Schätzungen der Partikeldetektionen entsprechen. Die kontinuierlichen Kurven stellen geschätzte Normalverteilungen für den Aufenthaltsort von Partikeln in der jeweiligen Spalte dar (auf Basis der Mittelwerte und Standardabweichungen). Mit Hilfe der Detektionen kann in einem weiteren Schritt auch eine Flugbahnschätzung durchgeführt werden. Aus dem Graphen kann daher auf die Flugbahn F und die mittlere Flugbahn F' der Partikel 5 geschlossen werden.If these particle detections are observed over a longer period of time, a kind of hit list can be created, as in 7 to see. The particles 5 are determined and their properties, such as size, position and distribution can be computationally further processed, as in 7 shown. The individual particle detections of substitute fuel particles are marked as small crosses. From these detections, further, a column-by-column estimation for the location of the fuel can be made, and for a small number of columns of particle detections, the mean (thick crosses centered) and the standard deviation (crosses above and below the mean values) are formed. From this a normal distribution is derived. The dimensions on the graphene axes correspond to those of a so-called region of interest or "region of interest". 7 shows an excerpt from such an area of interest and the Gaussian estimates (lines G) of selected estimates within the region of interest R corresponding to the associated averages and above and below the 1σ interval of these particle detection estimates. The continuous curves represent estimated normal distributions for the location of particles in each column (based on the means and standard deviations). With the help of the detections, a trajectory estimation can be carried out in a further step. From the graph can therefore on the trajectory F and the mean trajectory F 'of the particles 5 getting closed.

Zur kamerabasierten Erfassung des Austritts-und Flugverhaltens von Ersatzbrennstoffpartikeln eines industriellen Mehrstoffbrenners 1 sowie dessen Regelung und Steuerung kann mittels der Infrarotkamera 4 und unter zu Hilfenahme eines bildgebenden Verfahrens die Ersatzbrennstoff-Partikel 5 detektiert werden.For camera-based recording of the exit and flight behavior of replacement fuel particles of an industrial multi-fuel burner 1 as well as its regulation and control can by means of the infrared camera 4 and with the aid of an imaging method, the substitute fuel particles 5 be detected.

Auf Grund der berechneten bildbasierten Kenngrößen der Ersatzbrennstoff-Partikel 5, können Kenngrößen ermittelt werden, die sich zur Charakterisierung des Austritts-Flugverhaltens der Partikel 5 eignen. Diese Kenngrößen können hiernach ohne weiteres in die Regelung des Mehrstoffbrenners 1 Eingang finden und von der Steuerungs- und Regelungseinheit 7 umgesetzt werden.Based on the calculated image-based characteristics of the substitute fuel particles 5 , characteristics can be determined, which are used to characterize the exit-flight behavior of the particles 5 suitable. These characteristics can hereafter readily in the regulation of the multi-fuel burner 1 Find input and from the control unit 7 be implemented.

Vorteilhaft ist insbesondere, dass mittels des bildgebenden Verfahrens vorzugsweise eine Kameratechnologie eingesetzt wird, die im Infrarotspektrum sensitiv ist. Die Infrarot-Technik bietet hierbei den besonderen Vorteil, dass Rauchbildung sowie weitere im sichtbaren Spektrum hinderliche Bildanteile nicht erfasst werden, sondern nur die ebenfalls im Infrarotspektrum reflektierenden Bildbestandteile, wie Partikel 5 oder andere Feststoffe erfasst und deren Verhalten im Brennraum 2 überwacht und bewertet werden können.It is advantageous, in particular, that by means of the imaging method preferably a camera technology is used which is sensitive in the infrared spectrum. In this case, the infrared technology offers the particular advantage that smoke formation and other parts of the image that are obstructive in the visible spectrum are not detected, but only image components that also reflect in the infrared spectrum, such as particles 5 or other solids and their behavior in the combustion chamber 2 monitored and evaluated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
MehrstoffbrennerMultifuel
22
Brennraumcombustion chamber
33
Brennermundburner mouth
44
InfrarotkameraInfrared camera
55
Ersatzbrennstoff-PartikelWaste-to-particle
5'5 '
Agglomerationenagglomerations
66
DatenverarbeitungseinheitData processing unit
6a6a
SpeicherStorage
77
Regelungs- und SteuerungseinheitControl and regulation unit
88th
FeststoffbettSolid bed
99
Datenleitungendata lines
1010
Überwachungsanordnungsupervision order
1111
Flammeflame
AA
Aufnahmeabschnittreceiving portion
FF
Flugbahntrajectory
F'F '
Mittlere FlugbahnMedium trajectory
KK
Kohlebereichcoal sector
RR
InteressensregionRegion of interest
GG
Linie der GaußabschätzungLine of Gauss estimate
WW
Austrittswinkelexit angle

Claims (7)

Auswerte- und Regelungsverfahren eines Mehrstoffbrenners für alternative Brennstoffe, der eine Mess- und Regelungsanordnung (10) aufweist, die – eine Infrarotkamera (4), die einem Brennermund (3) des Mehrstoffbrenners (1) zugeordnet ist, – eine Datenverarbeitungseinheit (6), – und eine Regelungs- und Steuerungseinheit (7) aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinheit (6) mit der Regelungs- und Steuerungseinheit (7) und der Infrarotkamera (4) operativ verbunden ist, umfassend die Schritte a) mittels der Infrarotkamera (4) während eines Brennvorganges Aufnehmen eines aktuellen Brennbildes im Infrarotspektralbereich, wobei das Brennbild Bilddaten eines Aufnahmeabschnittes (A), der den Brennermund (3) umfasst und der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) enthält, zeigt, b) Senden der Bilddaten des Brennbildes an die Datenverarbeitungseinheit (6), c) mittels der Datenverarbeitungseinheit (6) aus den Bilddaten Ermitteln der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) und Ermitteln der Größe und Position zumindest einer Mehrzahl der Partikel (5), d) aus den in Schritt c) ermittelten Daten Bestimmen aktueller charakteristischer Brennparameter und Vergleichen derselben mit vorgegebenen Soll-Brennparametern, e) bei Abweichen der aktuellen charakteristischen Brennparameter von den Soll-Brennparametern in der Regelungs- und Steuerungseinheit (7) Anpassen von Regelungs- und/oder Steuerungsparametern, die mit den charakteristischen Brennparametern korrelieren, und dadurch Ändern der charakteristischen Brennparameter, bis die aktuellen charakteristischen Brennparameter den Soll-Brennparametern entsprechen, f) kontinuierliches Wiederholen der vorgenannten Schritte a) bis e).Evaluation and control method of a multi-fuel burner for alternative fuels, comprising a measurement and control arrangement ( 10 ), which - an infrared camera ( 4 ), which corresponds to a burner mouth ( 3 ) of the multi-fuel burner ( 1 ), - a data processing unit ( 6 ), - and a control and regulation unit ( 7 ), wherein the data processing unit ( 6 ) with the control and regulation unit ( 7 ) and the infrared camera ( 4 ) is operatively connected, comprising the steps a) by means of the infrared camera ( 4 during a firing process recording a current focal image in the infrared spectral range, wherein the focal image image data of a receiving section (A), the burner mouth ( 3 ) and the substitute fuel particle ( 5 ), b) sending the image data of the focal image to the data processing unit ( 6 ), c) by means of the data processing unit ( 6 ) from the image data determining the substitute fuel particles ( 5 ) and determining the size and position of at least a majority of the particles ( 5 d) from the data determined in step c) determining current characteristic combustion parameters and comparing them with predetermined desired combustion parameters, e) when the current characteristic combustion parameters deviate from the desired combustion parameters in the control and regulation unit ( 7 ) Adjusting control and / or control parameters that correlate with the characteristic firing parameters and thereby changing the characteristic firing parameters until the current characteristic firing parameters correspond to the target firing parameters, f) continuously repeating the aforementioned steps a) through e). Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt c) zum Ermitteln von Ersatzbrennstoff-Partikeln (5) aus Bilddaten zumindest eines Bildes zumindest ein Parameter aus der Gruppe von Temperatur, Intensität, Geschwindigkeitsbetrag, Geschwindigkeitsrichtung und wahrscheinlicher Position eines Partikels (5) aufgrund vorbekannter Temperatur- und/oder Wahrscheinlichkeits- und/oder Geschwindigkeitsmodelle bestimmt wirdThe method of claim 1, wherein in step c) for determining substitute fuel particles ( 5 ) from image data of at least one image at least one parameter from the group of temperature, intensity, speed amount, velocity direction and probable position of a particle ( 5 ) is determined on the basis of previously known temperature and / or probability and / or speed models Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine charakteristische Brennparameter aus der Gruppe Position, Größe, Verteilung, mittlere Flugbahn, Verbrennungszeitpunkt, Verteilungsverhalten und/oder Streuverhalten der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) im Brennraum (2) ausgewählt ist.The method of claim 1 or 2, wherein the at least one characteristic firing parameter from the group position, size, distribution, average trajectory, combustion timing, distribution behavior and / or scattering behavior of the substitute fuel particles ( 5 ) in the combustion chamber ( 2 ) is selected. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend den Schritt c') aus den Bilddaten ferner Bestimmen – von Agglomerationen 5' der Ersatzbrennstoff-Partikel (5), und/oder – einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) in einem Brennraum (2) des Brenners (1), und/oder – Verbrennungszeitpunktes der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) nach Verlassen des Brennermundes (3), und/oder – Feststellen einer Auftreffposition und/oder einer Auftreffzeit der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) in einem Feststoffbett (8) in dem Brennerraum (2), und/oder – einer Verteilung der Ersatzbrennstoff-Partikel (5) während einer Flugphase.Method according to at least one of claims 1 to 3, comprising the step c ') from the image data further determining - agglomerations 5 ' the substitute fuel particle ( 5 ), and / or - a probability of residence of the substitute fuel particles ( 5 ) in a combustion chamber ( 2 ) of the burner ( 1 ), and or - Combustion time of the substitute fuel particles ( 5 ) after leaving the burner mouth ( 3 ), and / or - determining an impact position and / or an impact time of the replacement fuel particles ( 5 ) in a solid bed ( 8th ) in the burner room ( 2 ), and / or - a distribution of the substitute fuel particles ( 5 ) during a flight phase. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt e) für eine Regelung und/oder Steuerung an dem Brenner (1) zumindest ein Regelungs- und/oder Steuerungsparameter aus der Gruppe von Primärluftmenge, Sekundärluftmenge, Druck eines Pneumodeflektors und/oder Verdrallung der Luft einstellbar ist.Method according to at least one of claims 1 to 4, wherein in step e) for a regulation and / or control on the burner ( 1 ) at least one control and / or control parameter from the group of primary air quantity, secondary air quantity, pressure of a pneumodeflector and / or twisting of the air is adjustable. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend den Schritt e') Vergleichen von aktuellen und gespeicherten bestimmten Brennparametern mit vorbestimmen Soll-Brennparametern, daraus Bestimmen eines Brennverhaltens und Bewerten des Brennverhaltens nach vorbestimmten Kriterien.Method according to at least one of claims 1 to 5, comprising the step e ') comparing current and stored specific combustion parameters with predetermined target combustion parameters, determining therefrom a combustion behavior and evaluating the combustion behavior according to predetermined criteria. Auswerte- und Regelungsanordnung (10) zur Durchführung des Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (10) einen Brenner (1) mit einem Brennermund (3) und eine Infrarotkamera (4) zur Aufnahme von Ersatzbrennstoff-Partikeln (5) im Infrarotspektralbereich aufweist, wobei die Infrarotkamera (4) derart vor dem Brennermund (3) angeordnet ist, dass der Brennermund (3) und eine Flamme (11) vor dem Brennermund (3) im Aufnahmeabschnitt (A) der Infrarotkamera (4) liegen, und – dass die Anordnung (1) eine Datenverarbeitungseinheit (6) aufweist, die operativ mit der Infrarotkamera (4) und einer Regelungs- und Steuereinheit (7) des Brenners (1) verbunden ist.Evaluation and control arrangement ( 10 ) for performing the method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that - the arrangement ( 10 ) a burner ( 1 ) with a burner mouth ( 3 ) and an infrared camera ( 4 ) for receiving substitute fuel particles ( 5 ) in the infrared spectral range, wherein the infrared camera ( 4 ) so in front of the burner mouth ( 3 ), that the burner mouth ( 3 ) and a flame ( 11 ) in front of the burner mouth ( 3 ) in the receiving section (A) of the infrared camera ( 4 ), and - that the arrangement ( 1 ) a data processing unit ( 6 ) operating with the infrared camera ( 4 ) and a control and control unit ( 7 ) of the burner ( 1 ) connected is.
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