DE102016000290A1 - Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it - Google Patents
Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016000290A1 DE102016000290A1 DE102016000290.5A DE102016000290A DE102016000290A1 DE 102016000290 A1 DE102016000290 A1 DE 102016000290A1 DE 102016000290 A DE102016000290 A DE 102016000290A DE 102016000290 A1 DE102016000290 A1 DE 102016000290A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- control
- burner
- parameters
- combustion
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/50—Control or safety arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/008—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor adapted for burning two or more kinds, e.g. liquid and solid, of waste being fed through separate inlets
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
- F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
- F27B7/42—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or like devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F27D99/0001—Heating elements or systems
- F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2207/00—Control
- F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
- F23G2207/101—Arrangement of sensing devices for temperature
- F23G2207/1015—Heat pattern monitoring of flames
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2209/00—Specific waste
- F23G2209/28—Plastics or rubber like materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2209/00—Specific waste
- F23G2209/28—Plastics or rubber like materials
- F23G2209/281—Tyres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2229/00—Flame sensors
- F23N2229/20—Camera viewing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
- F27D21/02—Observation or illuminating devices
- F27D2021/026—Observation or illuminating devices using a video installation
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
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:
In
In
In
Die
Die sechs fotografischen Einzelbilder der
Mittels eines bildgebenden Verfahren, das u. a. auf der Auswertung verschiedener Größen, wie der Temperatur, der Helligkeit, Intensität der Flamme
Die
Werden diese Partikeldetektionen über einen längeren Zeitraum beobachtet, kann eine Art Trefferliste erstellt werden, wie in
Zur kamerabasierten Erfassung des Austritts-und Flugverhaltens von Ersatzbrennstoffpartikeln eines industriellen Mehrstoffbrenners
Auf Grund der berechneten bildbasierten Kenngrößen der Ersatzbrennstoff-Partikel
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
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)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016000290.5A DE102016000290A1 (en) | 2016-01-15 | 2016-01-15 | Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it |
PCT/EP2016/002165 WO2017121449A1 (en) | 2016-01-15 | 2016-12-22 | Analysis and regulating method for multi-fuel burners, and analysis and regulating assembly for same |
PL16831482T PL3403027T3 (en) | 2016-01-15 | 2016-12-22 | Analysis and regulating method for multi-fuel burners |
EP16831482.1A EP3403027B1 (en) | 2016-01-15 | 2016-12-22 | Analysis and regulating method for multi-fuel burners |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016000290.5A DE102016000290A1 (en) | 2016-01-15 | 2016-01-15 | Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016000290A1 true DE102016000290A1 (en) | 2017-07-20 |
Family
ID=57890766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016000290.5A Ceased DE102016000290A1 (en) | 2016-01-15 | 2016-01-15 | Evaluation and control method for multi-fuel burners and evaluation and control arrangement for it |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3403027B1 (en) |
DE (1) | DE102016000290A1 (en) |
PL (1) | PL3403027T3 (en) |
WO (1) | WO2017121449A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6446733B1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-01-09 | 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 | Gas swirl state determination system and gasification melting furnace |
BE1030366B1 (en) * | 2022-03-21 | 2023-10-16 | Thyssenkrupp Ind Solutions Ag | Method for operating a burner of a rotary kiln |
WO2023180199A1 (en) * | 2022-03-21 | 2023-09-28 | thyssenkrupp Polysius GmbH | Method for operating a burner of a rotary kiln |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4814868A (en) * | 1987-10-02 | 1989-03-21 | Quadtek, Inc. | Apparatus and method for imaging and counting moving particles |
US5774176A (en) * | 1995-01-13 | 1998-06-30 | Applied Synergistics, Inc. | Unburned carbon and other combustibles monitor |
US20120304903A1 (en) * | 2009-12-16 | 2012-12-06 | Abb Research Ltd | Optical flame sensor |
WO2015038245A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Clearsign Combustion Corporation | Transient control of a combustion reaction |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2578834B1 (en) * | 1985-03-13 | 1992-01-03 | Fives Cail Babcock | METHOD AND DEVICE FOR CONDUCTING A CEMENT CLINKER MANUFACTURING INSTALLATION |
SE456192B (en) * | 1985-05-31 | 1988-09-12 | Svenska Traeforskningsinst | SETTING MEASURING TORRIC SUBSTANCE IN THE ROCK GAS IN LUTATER RECOVERY AIR PAPER PREPARATION PLANTS |
ATE293232T1 (en) * | 2001-03-02 | 2005-04-15 | Powitec Intelligent Tech Gmbh | MEASURING DEVICE, PARTICULARLY FOR MONITORING FLAMES DURING A COMBUSTION PROCESS |
DE102005008893B4 (en) * | 2005-02-26 | 2007-04-19 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method for increasing the throughput of through-put in rotary kilns |
DE102006060869A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Khd Humboldt Wedag Gmbh | Method for controlling the operation of a rotary kiln burner |
-
2016
- 2016-01-15 DE DE102016000290.5A patent/DE102016000290A1/en not_active Ceased
- 2016-12-22 WO PCT/EP2016/002165 patent/WO2017121449A1/en unknown
- 2016-12-22 PL PL16831482T patent/PL3403027T3/en unknown
- 2016-12-22 EP EP16831482.1A patent/EP3403027B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4814868A (en) * | 1987-10-02 | 1989-03-21 | Quadtek, Inc. | Apparatus and method for imaging and counting moving particles |
US5774176A (en) * | 1995-01-13 | 1998-06-30 | Applied Synergistics, Inc. | Unburned carbon and other combustibles monitor |
US20120304903A1 (en) * | 2009-12-16 | 2012-12-06 | Abb Research Ltd | Optical flame sensor |
WO2015038245A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Clearsign Combustion Corporation | Transient control of a combustion reaction |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3403027B1 (en) | 2020-01-29 |
PL3403027T3 (en) | 2020-06-15 |
EP3403027A1 (en) | 2018-11-21 |
WO2017121449A1 (en) | 2017-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0661500B1 (en) | Method of controlling one or more parameters of the combustion on a grate of a furnace | |
EP2920515B1 (en) | Cfd simulation of a combustion chamber with a plurality of burners with separate consideration of the fuel and air components originating from each burner | |
DE2836895C2 (en) | Circuit arrangement for monitoring a gas flare | |
EP3403027B1 (en) | Analysis and regulating method for multi-fuel burners | |
EP3160681A1 (en) | Method and device for the quality assurance of at least one component during the production thereof by a generative production process | |
EP2576846B1 (en) | Method for determining the time of ignition in the top-blowing process | |
DE19735139C1 (en) | Method for determining the average radiation from a combustion bed in incineration plants and controlling the combustion process | |
DE102015212837A1 (en) | A method of monitoring a process for powder bed additive manufacturing of a component and equipment suitable for such process | |
DE102017202824A1 (en) | Plant for the production of cement clinker and method for operating such a plant | |
WO2004018940A1 (en) | Method for monitoring a thermodynamic process | |
EP1048900A1 (en) | Method and device for controlling the combustion of fuel with a variable calorific value | |
DE102016200324A1 (en) | Method for determining a concentration of at least one material in a powder for an additive manufacturing process | |
EP3475073B1 (en) | Wood material panel pressing device and method for monitoring a wood material panel pressing device | |
EP2064490B1 (en) | Method for characterizing the exhaust gas burn-off quality in combustion systems | |
EP0802372A1 (en) | Method and device for controlling the combustion process of a boiler | |
DE3823494C2 (en) | Method and device for furnace diagnosis and furnace control using the results thereof | |
EP2055376B1 (en) | Method for detecting and assessing the firebed in torque tube reactors | |
EP1051585B1 (en) | Method and device for operating an incinerator plant | |
DE19605287C2 (en) | Method and device for controlling the travel time of a boiler | |
EP3865771B1 (en) | Method for operating a combustion plant | |
EP2784392B1 (en) | Flame sensor | |
DE659099C (en) | Device for determining the color of combustion gases | |
DE3622553A1 (en) | Process and apparatus for reducing the emissions from smoking plants | |
EP4145047A1 (en) | Method and assembly for detecting the ignition of flames in a combustion chamber of a heating device, computer program product and use | |
DE202008002789U1 (en) | Control circuit for controlling a combustion process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |