DE1805137A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Zementherstellung in einem Drehrohrofen - Google Patents

Description

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, Ii.Y. , USA

Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Zementherstellung

in eineir Drehrohrofen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Zementherstellung in Drehrohröfen und im besonderen auf die Steuerung oder Regulierung des Herstellungsprozesses für Zement in solchen Drehrohrofen, so daß der Prozeß stabil abläuft, der Brennstoff besser ausgenutzt wird und der entstehende Zement von gleichbleibender Qualität ist.

Die bekannten Drehrohrofen, die zur Herstellung von Portlandzement verwendet werden, sind 30 bis 2*10 Meter lange Stahlzylinder, deren Durchmesser 3 Meter bis 8 Meter betragen und die mit feuerfesten Steinen ausgekleidet sind. Diese ofen sind so montiert, daß sie eine Neigung von 2 bis 3 Grad gegenüber eier Horizontalen aufweisen, und sie werden vom höher liegenden Ende her beschickt. Die Stahlzylinder sind an mehreren Stellen drehbar gelagert, und sie werden von Elektromotoren über Getrie-

BAD ORIGfNAL

be zwischen 20 Mal und 120 Mal in der Minute r.edreht. Das Aus-Eangsmaterial wie beispielsweise fein zermahlener Kalkstein, Ton oder Tonmergel wird in der gewünschten Mischunr entweder in Form von Dickschlamm oder trocken dem Drehrohrofen aufgeführt.

Während der Rotation eines Drehrohrofens wandern die ^ materialien mit einer Geschwindigkeit langsam nach unten, die von der Rotationsgesehwindickeit des Drehrohrofens abhänrt. Die Rohmaterialien wandern im Drehrohrofen durch mehrere Zonen hindurch, die als Trocknungzone, als Vorwürmzone, als Xalsinierungssone und als Klinker- oder Drennzone bezeichnet werden. Wenn die Rohmaterialien als Dickschlamm eingesetzt werden, wird das Wasser im Dickschlamm durch die in dem Drehrohrofen herrschenden Hitze verdampft, so daß der Dickschlamm getrocknet wird. Wenn die Rohmaterialien durch den Ofen hindurchwandern, werden sie langsam durch einen Strom heißer Gase erwärmt, der von einem Brenner am unteren Ende des Drehrohrofens erzeugt wird und der den Rohmaterialien entgegen strömt. Am oberen Ende, also am Beschickungsende des Drehrohrofens ist ein Ventilator angebracht_s der in dem Drerohrofen einen kleinen Unterdruck erzeugt und die heißen Verbrennungsgas« des Brenners durch d@n Drehrohrofen hindurch zieht» so daß die Rohmaterialien aufgeheizt werden können, die in der entgegengesetzten Richtung durch den Ofen hindurch wandern. Dabei sind die Rohmaterialien aufgrund ihrer ständig ansteigenden Temperatur veschiedenen Veränderungen unterworfen.

905SU/0953

BAD OBSGiNAL

Die Temperatur des trockenen Rohmaterials wächst so lanr.e an, bis die Kalzinierungstemperatur erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird Kohlendioxyd freigesetzt, und die Karbonate wandeln sich in Oxyde um. Die Kalzinieruncszone nimmt den größten Teil des Drehrohrofens ein. Die Temperatur der Rohmaterialien ändert sich in der Kalzinierungszone nur wenig, da die Kalzinierung eine endothermische Reaktion ist und Wärme verbraucht. Die Messung der Temperatur der Rohmaterialien in der Kalzinierunpszone gibt wenig Auskunft darüber, wie weit die Kalzlnierung fortgeschritten ist. An einem Punkt ziemlich weit unten im Drehrohr- ^ ofen, an dem die Kalzinierung vollständig ist, i3t der Temperaturunterschied zwischen den festen Materialien und den entgegenströmenden heißen Gasen recht groß. Wenn daher die Kalzinierung vollständig ist, steigt die Temperatur der festen Stoffe rasch bis auf einen Wert an, bei dem die Klinkerbildung beginnt, die eine exothermische Reaktion ist. Durch die Wärme, die bei der Klinkerbildung frei wird, steigt die Temperatur der festen Stoffe sehr rasch um ¹IOO - *45O°C an. Die Klinker- oder Brennzone liegt neben dem Ende des Drehrohrofens, und die Materialien M behalten so lange ihre hohen Temperaturen bei, bis sie den Drehrohrofen verlassen und anschließend abgekühlt werden. Die Vollständigkeit der chemischen Reaktionen in der Brennzone hängt von der Zusammensetzung der festen Materialien ab, sowie von der Temperatur der Brennzone und der Verweilzeit der festen Materialien innerhalb dieser Zone.

909842/0953

BAD ORIGINAL

uer Drehrohrofen muß nun so Gesteuert werden, dar ein Klinker zufriedenstellender und vorzugsweise gleichbleibender Qualität entsteht. Als direkte Variable zur Steuerung deo Prchrohrofeno 3tehen einmal die Durchsatzgeschwindigkeit beziehungsweise die Durchsatzmenge: der Materialien durch den Drehofen zur Verfügung, also die Geschwindigkeit, mit der die Rohmaterialien dem Drehrohrofen zugeführt wird, weiterhin die Drehzahl des Drehrohrofens und der Brennstoffdurchsatz, also die Brennstoffmenge, die pro Zeiteinheit dem Öfenzugeführt und im Ofen verbrannt wird, und schließlich noch die Geschwindigkeit, mit der die Verbrennungsgase und die anderen beim Prozeß entstehenden gasförmigen Produkte am Beschickungsende des Drehrohrofene abgesaugt werden. Für jede dieser Steuervariablen wird nun ein Wert ausgewählt₉ der auf einen stabilen Prozeß führt und bei dem die erzeugten produkte nach Menge und Qualität sjufriedenittllend $ind.

früheren Zenientdrehr^hröfen wurden .die.■'$*$$* der und die fc&ge dei» frennfIMehe wUebeti 4w 8i#nit*.und d^r ^ nierungaaione visuell beobachtii $tml* die 0r6fi»t wnd die pesehaffenheit; der Klinker_? und aufgrund 4itltip St^ljaaütwiipfi wurden · Korrekturen durqniefiihrti _# dit mt dti· Heh«Pii«n ErfihPwiig beruft ten. Ditee Art der Steuerung trt»a ifcti* fe ^;

und der Q^eichfarrtlilseit dtr #sf*f^M# und atofffttt$nwti5un$ Mängtl auf« UIe Metwpwng im?dern#rei» 3nmtäikv*H* robröfen hängt ti4«ht' mehl» von der iriiueUen i^öa^fetlwiis dm ÄreniS-ab· Han verwendet vielinenf' «wi» fit·sun$ Mp vii«eeliitden<Bii eine umfangreiea« Iftitraintntlerune

Stimmung der erforderlichen Korrekturen und Eingriffe stehen, daher Genauere und umfangreichere Informationen zur Verfugung. Trotzdem sind die Korrekturen und Eingriffe noch von der Interpretation der Meßergebni3se und der Erfahrung des Bedienungspersonals abhängig.

Mehrere wichtige Eigenschaften von Zementdrehrohröfen lassen sich vom Bedienungspersonal nicht ausreichend gut steuern:

1. Das Produkt, das in einem Zementdrehrohrofen hergestellt wird, weist eine sehr komplexe chemische und physikalische Zusammensetzung auf, und es sind noch keine Meßgeräte verfügbar, mit denen sich diese Zusammensetzungen und Eigenschaften direkt im Ofen bestimmen lassen. Zusätzlich können auf Grund der herrschenden Verhältnisse die Temperaturen in der Brennzone nicht direkt mit Thermoelementen gemessen werden. Die Temperatur der Brennzone wurde häufig mit Strahlungspyrometern bestimmt. Die Deutung von solchen Pyrometermessungen ist jedoch sehr komplsiert, so daß man mit Strahlungspyrometern nicht immer zuverlässig Auskunft über die Temperatur in der Brennzone erhalten kann. Man kann daher in der kritischsten Zone des Drehrohrofens einen wichtigen Prozeßpara-

meter nicht immer messen* I

909842/0953

ßAD ORiG(NAL

2. Die Verweilzeit der festen Materialien in dem Drehrohrofen beträgt mehrere Stunden, und die Qualität der erzeugten Klinker hängt von allen Eingriffen und Korrekturen ab, die durchgeführt wurden, während die festen Materialien den Drehrohrofen durchwandern. Das . Bedienungspersonal l-.unr. nicht alle Störungen und Ein-• griffe im Kopf behalten, durch die die Beschaffenheit der Materialien beeinflußt wurde, bevor die Materialien in die Brenn- oder Klinkerzone eintreten. Es können daher auf Grund der visuellen Beobachtungen und auf Grund der verfügbaren Messungen erst dann Eingriffe vorgenommen werden, nachdem vorangegangene Eingriffe die Verhältnisse in der Brennzone beeinflußt haben.

3· Die chemischen Reaktionen, die in einem Zementdrehrohrofen ablaufen, sind sehr empfindlich und weisen" Stabilitätsprobleme auf. Wenn vom Bedienungspersonal ein Eingriff oder eine Korrektur vorgenommen wird, werden die Verhältnisse in den verschiedenen Zonen des Drehrohrofens beeinflußt, so daß schließlich auch die chemischen Reaktionen zu verschiedenen Zeiten beeinflußt werden.

Die Eingriffe und die Korrekturen, die vom Bedienungspersonal vorgenommen werden, sind im Grunde genommen Versuche, die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen so zu steuern, daß die Kalzinierung am richtigen Punkt endet und die Klinkerbildung am richtigen Punkt

909842/0953

BAD ORIGINAL

beginnt, so daß die Brennzone die richtige Länge zur Klinkerbildung aufweist. Wenn die Brennzone zu dicht am Ofenendo liegt, ist die Klinkerbildung nur unvollständig und die Qualität des erzeucten Zementes nimmt ab. Wenn die Brennzone dagegen zu lang ist j kann die Temperatur der Brennzone auf Werte ansteigen, bei denen die feuerfeste Verkleidung des Drehrohrofens beeinträchtigt und beschädigt wird. Dann muß der Drehrohrofen stillgelegt und repariert werden. Zusätzlich nimmt auch der Brennstoffverbrauch je Tonne Zement zu, so daß der Wirkungsgrad des Drehrohrofens schlechter wird.

Es sind schon mehrere Anordnungen zum Steuern eines Zcrccritdrehrohrofens vorgeschlagen worden, und manche dieser Anordnungen sind auch bereits zufriedenstellend verwendet worden, bei denen die Temperatur der Brennzone mit Zweifarben-Pyrometern gemessen wurde und bei denen auf Grund dieser Temperaturmessung der Brennstoff "durchs at ζ durch den Drehrohrofen gesteuert wurde. Diese Anordnungen wurden aber bisher nur erfolgreich bei Drehrohröfen verwendet, die mit Erdgas befeuert wurden, da Erdgas mit einer sauberen Flamme verbrennt und da die Temperatur der Erdgasflamme von den Verhältnissen innerhalb des Drehrohrofens nur schwer beeinflußt wird. Bei Drehrohrofen, die mit ϋΐ oder mit Kohle befeuert werden, konnten diese Anordnungen jedoch nur sehr beschränkt angewendet werden, da sich Kohle- und ölflammen grundsätzlich von Erdgasflammen unterscheiden. Diese Flammen werden nämlich durch brennende Brennstoffpartikelchen erzeugt, die wesentlich langsamer abbrennen als Gas. Außerdem werden Kohle»

809842/0053

BAD ORIGlNAt

und ülflammen erheblich von den Verhältnissen innerhalb eines Drehrohrofens beeinflußt, da die Verbrennung in der Flamme von der Wärmeübertragung aus der Umgebung auf die Flamme abhängt und unterhalten wird. Zusätzlich tritt in Drehrohröfen, die mit Kohle oder öl befeuert werden, mehr Staub auf, und dieser Staub beeinträchtigt die Temperaturmessung in der Brennzone. Die Brennzone in kohle- oder ölbefeuerten Drehrohrofen ist daher schlechter sichtbar als in erdgasbefeuerten Drehrohrofen, so daß es schwierig ist, die Temperatur der Brennzone mit Pyrometern zu messen. Selbst bei gasbefeuerten Drehrohrofen ist die Messung der Brennzonentemperatur in vielen Fällen unzuverlässig, da Alkali- und Schwefeldämpfe die Pyrometermessungen stören. Rückschlüsse, die aus Temperaturmessungen auf die Verhältnisse in der Brennzone gezogen werden, sind daher recht unzuverlässig.

Bei zumindest einer Anordnung zur Steuerung eines Drehrohr©fend. ' wurden die Temperaturmesoungen durch Messungen den Drehmomentes ergänzt, das der Antriebsmotor zum Herumdrehen des Drehrohrofenrj aufbringen mußten und diese DrehmomentsmeSGung wurde als Hilfe zur Interpretation der Temperatürmessungen benutzt. Aber auch diese Art der Steuerung weist Unbestimmtheiten auf, da ciie Temperaturen innerhalb eines Drehrohrofens mit einem Pyrometer grundsätzlich nur unzuverlässig gemessen werden können. Außerdem hingen die durchzuführenden Eingriffe und Korrekturen nach wie vor von der Beurteilung der Temperatur- und Drehmomentsmessungen durch das Bedienungspersonal ab« Es ist daher wünschenswert,

909Ö427Ö35 3

BAD ORIGINAL

3 ^:

über eine Anordnung zum Steuern eines Zementdrehrohrofens verfügen zu können, mit der sich der Betrieb eines Zenentdrehrohrofens genauer und zuverlässiger steuern läßt.

Ziel der Erfindung ist daher eine Anordnung zum Steuern des Betriebs eines Drehrohrofens.

Im besonderen ist ein Verfahren und eine Anordnung Ziel der Erfindung, durch die sich der Betrieb eines Zementdrehrohrofens derart steuern läßt, daß die Qualität des erzeugten Zementes gleichförmiger wird.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Betrieb eines Zenentdrehrohrofens in der Hauptsache auf Grund des Drehmomentes durchzuführen, das zum Drehen des Drehrohrofens erforderlich ist.

Die Erfindung beinhaltet also eine Anordnung zum Steuern eines Zementdrehrohrofens, der mit einem Drehantrieb versehen ist und der mit einer Beschickungsvorrichtung für die Zufuhr von Rohmaterial ausgerüstet ist. Außerdem ist der Drehrohrofen mit einer Heizquelle zum Aufheizen des Rohmaterials im Drehrohrofen versehen. Erfindungsgemäß ist diese Steueranordnung mit einer Meßvorrichtung für das von dem Drehantrieb entwickelte Drehmoment versehen, deren Ausgangsgröße einem Regler zugeführt ist, der direkt und hauptsächlich auf Änderungen dieser Ausgangsgröße anspricht und von dem die Wärmezufuhr zum Drehofen derart Gesteuert ist, daß das vom Drehantrieb entwickelte Drehmoment verhältnismäßig konstant bleibt.

909842/0953

8AD ORJGiNAl

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Heilvorrichtung für das vom Drehantrieb entwickelte Drehmoment einen Drehmomentssensor und einen Filter auf, in dem die Ausgangsgröße des Drehmomentssensor geglättet und gefiltert v/ird. Das nofiltcrte Signal wird geprüft, ob es in einen bestimmten Größenbereich fällt, und dann wird das gefilterte Signal mit einen Sollv/ertsignal verglichen. Das Fehlersignal, das dem Unterschied zwischen dem gefilterten Signal und dem Sollwertsignal entspricht, v/ird einem Summationsverstärker zugeführt. Dem Summationsverstärker wird außerdem noch die Ausgangsgröße eines Prozeßmodelles zugeführt.

Das Prozeßmodell weist eine Tafel zur Speicherung der letzten Ausgangsgrößen des Summationsverstärkers auf und ist außerdem mit arithmetischen Schaltkreisen versehen, die auf eine ganze bestimmte der gespeicherten letzten Ausgangsgrößen des Summationsverstärkers ansprechen und ein Istwert-Signal errechnen, das dem Summationsverstärker zugeführt ist. Welche der letzten, in der Tafel gespeicherten Ausgangsgrößen des Summationsverstärkers zur Berechnung des Istwert-Signales ausgewählt wird, hängt von der Zeitverzögerung ab, mit der das Ansprechen auf einen eingriff oder auf eine Korrektur erfolgt, und diese Zeitverzögerung ist eine charakteristische Größe der zu steuernden Drehrohrofenanlage. Eine Änderung des vom Prozeßmodell erzeugten Istwertsignales stellt die voraussichtliche Änderung des Drehmomentes des Drehantriebes dar, die durch eine der letzten Eingriffe oder Korrekturen zu erwarten ist.

909842/0953

BAD ORIGINAL

Die Ausgangsgröße des Prozeßmodelles wird nicht nur in der Tafel des Proseßmodelles gespeichert, sondern sie wird auch einem Drehmomentsregler zugeführt.Dieser Drehmomentsregler erhält auch ein Signal, das den eingestellten Sollwert für den Brennstoff durchsat ζ für den Drehrohrofen bedeutet. Wenn sich die Ausgangsgröße des Summationsverstärkers ändert, berechnet der Drehmomentsregler einen neuen Sollwert für den Brennstoffdurchsatζ, so daß die Verhältnisse in der Brennzone korrigiert werden und so daß das vom Drehantrieb abgegebene Drehmoment auf den .'Vollwert zurückgebracht wird.

Weiterhin ist ein Temperaturregler vorgesehen, rier ruf ^r'-lo Temperatur der Drehofenabgase anspricht und mit der· der AW-psdurchsatz durch den Ofen derart geregelt wird, daP die Abj-nuter— peratur konstant bleibt. Schließlich ist noch eine Vorrichtung zur Prüfung des Sauerstoffgehaltes der Abgase vorgesehen, pit der der Sauerstoffgehalt der Abgase auf oder über einer bestirnten Sicherheitswert gehalten wird und die gegenüber dem Vei ;>eratur und gegenüber dem Drehmomentsregler mit Vorrang arbeitet.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Drehrohrofenanlage, auf die die Erfindung angewendet ist.

909842/0953

8AD ORIGINAL

Figur 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Drehrohrofenanlage nach Figur 1

Figur 3 ist eine Blockdarstellung und zeigt, wie das Prozeßmodell in der erfindungsgeffäßen Steueranordnung organisiert ist.

Figur H zeigt in Form eines Flußdiagrammes, wie die erfindungsgemäße Steueranordnung arbeitet.

Figur 5 zeigt den Verlauf einiger Signale, die in der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Steuerung der Drehrohrofenanlage auftreten.

In der Figur 1 ist ein Drehrohrofen zusammen mit den erforderlichen Nebenanlagen dargestellt. Der Drehrohrofen 10 wird am oberen Ende über einen Trichter Ii und ein Rohr 12 mit Rohmaterial 13 beschickt. Das Rohmaterial setzt sich normalerweise unter anderem aus SiO₂, FeJD.,, MgCO, und CaCO-, zusammen und enthii.lt noch kleine Mengen von K₂O, Ha₂O und Schwefel, Das gut gomischte Rohmaterial kann entweder fein zermahlen und trocken ©eier als Dickschlarr.m zugeführt werden» Es kann in einem Wärmeaustauscher von den Ofenabgasen vorgewärmt werden. Der Drehrohrofen 10 ist vom Beschickungsende 1Ί aus gegen das Entnahme ende 15 um einen V/in Ice I von etwa 3 Grad nach unten geneigt. Er wird von einem Elektromotor 20 angetrieben, und zwar über ein Ritzel21, das an einem Zähnring 22 angreift, der den ganzen Drehrohrofeni umgibt, Wenn der Drehrohrofen iO über das Ritzel 21 und den Eahriring 22 vom Motor 20 angetrieben wird, wandern die Rohmaterialien langsam

9O9842/09S3

BAD ORIGINAL

nach vorne, und die WanderunEO£eBchwindipJceit ist etwa der Drehzahl des Drehrohrofens proportional. Der Motor 20 wird normalerweise so (^steuert, daß der Drehrohrofen mit einer vorgefebenen konstanten Drehzahl angetrieben wird.

Am Entnahmeende des Drehrohrofens sind eine Brennstoffleitung 25 und eine Leitung 26 für Primürluft mit einer Mischkammer 27 verbunden, und von dieser Mischkammer aus wird eine hochenerrjietische Flamme in den Drehrohrofen injiziert. Als Brennstoff können Erd-C,as, Kohlenstaub oder ül einzeln oder in Kombination verwendet werden, Der Brennstoff, der über die Leitung 25 zugeführt ward, stammt aus einem Vorratsbehälter S. Die Primärluft wird vom Gebläse 28 durch die Leitung 26 hindurch in die Mischkammer 27 gedrückt.

Das Innere des Drehrohrofens 10 ist mit einem feuerfesten Material (nicht Gezeigt) auscekleidet, das Wärme aus der Flamme 30 absorbieren und diese absorbierte Wärme an die Gase sowie an das Rohmaterial abgeben kann, das durch den Drehrohrofen 10 hindurch wandert. Die VerbrennunRspase und die anderen, im Ofen entotchcnden Gasförmigen Produkte werden von einem Exhaustor 31 abGescunt, die dann durch einen Staubsammler 32 ins Freie gelangen. Der Exhaustor 31 erzeugt in dem Drehrohrofen 10 einen geringen Unterdruck und saugt Sekundärluft SA durch den Drehrohrofen hindurch, die aus der Kühlvorrichtung 35 für die Klinker stammt. Die Gase, die am Beschickungsende 14 des Drehrohrofens 10 abgesaugt werden,

909842/09S3

8ADQRK3H4A1

strömen durch einige Staubabscheider 37 hindurch, in denen Staub aus den Gasen abgeschieden wird, der dann dem Drehrohrofen wieder zugeführt wird. Außerdem ist noch ein Gasdämpfer 38 vorgesehen.

Wenn die Rohmaterialien in dem Drehrohrofen nach unten wandern, · werden sie durch die entgegenströmenden heißen Gase und von den aufgeheizten feuerfesten Wänden des Drehrohrofens erhitzt. Wenn daa Rohmaterial als Dickschlamm zügeführt wird, wird der Dickschlamm bis auf eine Temperatur gebracht, bei der das Wasser abkocht, und der entstehende Wasserdampf verläßt den Drehrohrofen zusammen mit den anderen Abgasen. Nun wird die Temperatur des trockenen Rohmaterials bis zur Erreichung der Kalzinierungstemperatur erhöht. Bei dieser Temperatur zersetzen sich das Kalzium- und das Magneeiumkarbonafc, und es entsteht Kaisium- ·-..·.·. und Magnesiumoxyd. Das weiterhin entstehende Kohlendioxyd wird aus dem Drehrohrofen zusammen mit den Verbrennungsgasen vom Exhaustor 31 abgesaugt. Die Zone des Drehrohrofens 10, in der diese Reaktionen ablaufen, wird die Kalzinierungazone genannt. Die Kalzinierungszone nimmt den größten Teil des Drehrohrofens ein. Innerhalb der Kalzinierungszone ändert sich die Temperatur der eingesetzten Materialien nur wenig, da die Kalzinierung eine endotherme Reaktion ist und Wärme benötigt. Durch eine Messung der Temperatur der eingesetzten Materialien innerhalb der Kalzinierungszone kann man daher keine sinnvolle Auskunft über den erreichten Kalzinierungegrad erhalten.

An demjenigen Punkt des Drehrohrofen 10, an dem die Kalzinierunp beendet ist, besteht eine große Temperaturdifferenz zwischen den

BAD ORIGINAL

eingesetzten Materialien und den Verbrennungsgasen, und daher steift die Temperatur der eingesetzten Materialien rasch an. Es wird daher sehr rasch der Temperaturwert erreicht, bei dem die Klinkerbildung beginnt, die eine exotherme Reaktion ist. Durch die bei der Klinkerbildunc freiwerdende Wärme i^ird die Temperatur der eingesetzten Materialien zusätzlich erhöht, so daß ein Teil der eingesetzten Materialien flüssig wird. Die Klinkerbildung tritt nun sehr rasch auf, und t?s entsteht dabei C»S , C_A und CjAF. (Hier v/erden Kurzsymbole verwendet, zu deren Erläuterung auf das Buch "The Chemistry of Portland Cerent'¹ von K.H. Bogue verwiesen werden soll, das im Verlag Reinhold Publishing Corporation, New York erschienen ist, und zwar auf nie zweite Auflage, 1955» Seite XIX. Nach dieser Veröffentlichung bedeuten C = CaO, S = SiOp, Λ = AIpO und F = Fe₂O,). In welchem l'nfang die Klinkerbildung abläuft, hängt von der Zusammensetzung der Rohmaterialien, der Temperatur in der Brennzone sowie von der Verweilzeit der eingesetzten Materialien in der Brennzone ab.

Wenn das heiße, verklinkerte Material am Ende des Drehrohrofens * ankommt, gibt es einen Teil seiner Wärme an die einströmende Sekundärluft ab. Am Ende des Ofens fallen dann die Klinker auf den Wanderrost ¹JO, durch den zwecks Kühlung der Klinker vom Gebläse kl Luft hindurch geblasen wird. Ein Teil der dabei angewärmten Luft wird als Sekundärluft vom Exhaustor- 31 durch den Drehrohr ofen 10 hindurch gesaugt, und der Rest dieser Luft wird vom Gebläse ί|2 durch einen Staubzyklon Ί3 hindurch ins Freie geblasen. Die abgekühlten Klinker werden vom Förderband *15 zum Mahlwerk transportiert und dort zu Zement zermahlen.

969842/0953

: BAD ORIGINAL

Zur überwachung der verschiedenen Parameter des Drehrohrofcno sind eine Anzahl von Sensoren vorgesehen, die elektrische Ginnale abgeben, die ein Maß für diese Parameter sind. Diese .Signale werden von der erfindungsgemäßen Anordnunc sum Steuern des in dem Drehrohrofen ablaufenden Prozesses verwendet. Wie in der Figur 1 dargestellt ist, ist der Trichter 11 mit einem Beschickungssensor 50 ausgerüstet worden, der über eine Leitung 52 Signale an die Steuereinheit 51 abgibt, die Auskunft über die Deschikkungsmenge geben. In der Nähe des Beschickungsendes l'J des Drehrohrofens ist ein Temperaturfühler 53 angeordnet, der ein Thermoelement sein kann und über die Leitung 5^ Signale an die Steuereinheit 51 abgibt, die ein Maß für die Temperatur der Gase an dieser Stelle im Ofen sind, die durch den Ofen hindurch strömen. Außerdem ist in der Nähe des Ofenendes l4 noch ein Oasanalysator 55 angeordnet, der den Sauerstoffgehalt der abgesaugten Abgase bestimmt und ein Signal darüber über die Leitung 56 an die Steuereinheit 51 abgibt* '

Mit der Brennstoffleitung 25 ist ein Sensor 59 verbunden, der über die Leitung 58 an dip ,Steuereinheit 51 ein Signal abgibt, das den Brennstoffdurchsatz zur Mischkammer 27 bedeutet. Dem Motor 20 ist ein Drehmomentmesser 60 zugeordnet, der der Steuereinheit 51 über die Leitung 61 ein Signal zuführt, das Auskunft über das vom Motor 20 entwickelte Drehmoment gibt. Die Steuereinheit 51 verarbeitet die Informationen, die ihr über die Leitungen 52, 5**, 56 und 58 zugeführt werden und erzeugt aus diesen Signalen Steuersignale für die Drehrohrofenanlage, die auf den Leitungen 65 und 66 auftreten» Das Steuersignal auf der Leitung

909842/9953

ßAD ORIGINAL

stellt einen Sollwert für den Brennstoffdurchsatz dar, dac dem Reeler 68 zugeführt wird, der den Drennstoffdurchsatz zur Mischkammer 27 und damit die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen 10 regelt. Das Steuersignal auf der Leitung 66 stellt einen Sollwert für den Abgasdurchsatz dar. Dieses Signal wird dem Regler 69 zugeführt, mit dem die Drehzahl des Exhaustors 31 und damit der Abgasdurchsätz geregelt wird. Die Regler 68 und 69 sind übliche Analogregler, so daß sie nicht mehr beschrieben zu werden brauchen.

Die Figur 2 zeigt Einzelheiten der Steuereinheit 51 aus Figur Das Signal auf der Leitung 6l, das das vom Motor 20 abgegebene Drehmoment darstellt, wird einem Filter 80 zugeführt. Wenn der Motor 20 ein Wechselstrommotor ist, der den Drehrohrofen 10 mit konstanter Geschwindigkeit herumdreht, ist das Signal auf der Leitung 6l ein Maß für die Leistungsaufnahme des Motors 20 in Kilowatt und stellt das vom Motor 20 entwickelte Drehmoment dar, das zum Herumdrehen des Drehrohrofens aufgebracht werden mufi». Wenn der Motor 20 ein Gleichstrommotor ist, ist das Signal auf der Leitung 61 ein Maß für den Ankerstrom des Motors 20, der Auskunft über das Drehmoment gibt, das zum Herumdrehen des Drehrohrofens aufgebracht werden muß, wenn das Feld im Motor^ und die Betriebsspannung des Motors konstant bleiben. Im folgenden wird angenommen, daß der Motor 20 ein Gleichstrommotor ist und daß das Signal auf der Leitung 6l den Ankerstrom des Motors 20 und das vom Motor 20 abgegebene Drehmoment darstellt, und dieses Signal auf der Leitung 61 wird mit ΑΗΡ_ΗΛβ1Λ bezeichnet. Der Drehmomentmesser 60 ist daher e|n Meßgerät, mit dem ein Ausgangssignal

905842/0953

8AD ORlQiNAL

erzeugt werden kann, das dem Ankerstrom im Motor 20 proportional ist.

Wenn man ein Signal, das dem zum Drehen des Drchrohrofens erforderlichen Drehmoment direkt proportional ist, filtert und plättet, so hat die Erfahrung gezeigt, daß man eine sehr zuverlässige und empfindliche Anzeige über den Wärmezustand im Drehrohrofen und im Besonderen über die Verhältnisse in der Brenn- oder Klinkerzone erhält, so daß man Informationen über den relativen Anteil von dichtem verklinkerten Material in der Brenn- oder Klinkerzone gewinnen kann. Das Material, das in der Brennzone verklinkert, ist wesentlich dichter als der Rest des eingesetzten Materials in der Drehofenanlage. Da außerdem 1O£ bis 305 des Katerials in der Brennzone im flüssigen Zustand ist, unterscheiden sich die Fließeigenschaften drastisch von den Fließeigenschaften des restlichen Materials im Ofen. Das verflüssigte Material in der Brennzone ist viel zähflüssiger und haftet an der feuerfesten Auskleidung des Drehrohrofens. Das verflüssigte Material wird daher bei der Rotation des Drehrohrofens bis auf eine größere Höhe nitgenommen, und hierzu ist ein größeres Drehmoment erforderlich.

Wenn die Temperatur im Drehrohrofen ansteigt, wird die Brenn-? zone länger und damit verflüssigt sich auch ein größerer Anteil des eingesetzten Materials. Damit wächst aber a.uch das Drehmoment an, das zum Herumdrehen des Drehrohrofens erforderlich ist. Winmt. die Temperatur des Drehrohrofens dagegen ab, wird die Brennoder Klinkerzone kürzer und es tritt auch weniger des dichten verflüssigten Materials auf. Damit wird das vom Motor 20 ent-

909842/0953

BAD ORIGINAL

wickelte Drehmoment kleiner. Wenn sich somit das Drehmoment ändert, das der Motor 20 zum Herumdrehen des Drehrohrofens 1.0 aufbrinfon inui;, kann man rat Sicherheit annehmen, daß sich die Temperatur- . Verhältnisse innerhalb des Drehrohrofens formiert hrben, die" eine Verlängerung oder eine Verkürzunn der Brennsono ir Ofen bewirken. Wenn sich somit das vom Motor 20 abcenebenc Drehmoment über eine längere Zeitspanne nur wenifj ändert, bedeutet dienes cine nur nerinoc Änderung in der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen, was normalerweise vom Bedienungspersonal nicht bemerkt v/erden kann, '.'enn dac,ep;en solche Drehtr.omcntsänderunpen unmittelbar np.clr-cv/icsen werden, kann man das Auftreten rrößeror Fehler vormeider., so daP· es nicht notwendig ist, zu einem späteren Zeitpunkt drastische Korrekturen vorzunehmen. Das Signal AMP _n stellt daher nen aucenblicklichen Temperaturaustand innerhalb des Drehrohrefens dar, und Änderungen im Wert von AMP zeicon an, daP sich die

scan

BedinGuncen in der Brennzone geändert haben. iJrfindunfsr.eräß wird die UrehmDmentsmessune-.j die durch das Signal AIlP d?rrcstellt

ist, daäw verwendet, die prehrohrofenanlace uriabhöncir von den i'efflperaturmessünjgen der Brenngone %\x steuern,

im Filter 00 wird das Signal Ai^_500n gefiltert und g so daß Bauschanteile und alle solche Signalschwankunf.en entfernt werdß.n, die in keinem Züeawmenhani* init den VerliÄltniss'en in der ürennzone stehen. Das kann beispielsweise der EinfluP der Gfcnc auf das Signal sein. Die. AusgahfcOfröfte- des FiItors Bo

ist mit PANP feezeichiiet, Die Filterwirkunc des Filters So kann folgende Gleicimn^ .beschrieben werdenί

©AD ORIGINAL

to

FAIIP_n = FAMP_n-1 ♦

Hierin bedeuten

FAIlP den neuen gefilterten Wert, FAMP

_* den letzten gefilterten Wert,

AMP den gerade anliegenden Drehmomentswert und scan

K die Filterkonstante.

Die Funktion des Filters 80 kann zweckmäßigerweise in einer Diritalrechner durchgeführt werden, wobei die Werte für K > FAIlP und FAMP _. in dem Speicher des Rechners nespeichert sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Berechnung in kurzen Abständen, beispielsweise alle i> Sekunden, wiederholt, um sicher zu stellen, daß das Signal FAMP die augenblicklichen Verhältnisse in der Brennzone darstellt, so daß eine genaue Basis für die Steuerung der Prehrohrofenanlage gegeben ist. Die Filterkonstante K wird so klein gewählt, daß der Rauschanteil und der Einfluß der Öfenrotation auf das Signal beseitigt werden kann, jedoch nicht so klein, daß das Signal nennenswert fcdärpft wird« Ein zweckmäßiger Viert ist beispielsweise O,QQi5,

Das Ausgangssignal FAMP_n des Filters 80 wird einem Prüfkreis 81 zugeführt, in dew das augenblickliche Filteräusganßs&ignai FAMP mit dem vorhergehenden Filtei'ausgangssignal FAHP_n^ verglichen wird. Wenn diese beiden Werte des Filterausean^ssirnaleß um mehr als einen vorgegebenen Betrag voneinanöei' abWeichon* wird nommen» daß innerhalb äeε 0t»ehi»ohi*öfena irgend wetefce

»09842/0953

ORIGINAL

-vr-

IJt

gewöhnlichen Verhältnisse aufgetreten sind, und das Filterausgpnpssignal FAMP wird so lance nicht verwendet, bis sein Abstand zum Signal FAMP . wieder ausreichend klein geworden ist. Der Prüfkreis 81 unterdrückt also momentane oder kurzzeitige Störungen, Die Funktion des Prüfkreises 81 wird zweckmäßigerweise ebenfalls in einem Digitalrechner durchgeführt.

Wenn das Aufgangssignal FAMP des Filters 80 innerhalb dos erforderlichen Bereiches liegt, wird es einem Summationsvcrstärker f. zugefürt.· Weiterhin wird diesem Summationsverstärker 82 ein Signal AMP₁, zugeleitet, das einen Sollwert für den Ankerotroir. des Motors 20 darstellt". (Es wird hier angenommen, daß das Drehmoment durch den Ankerstrom des Motors 20 dargestellt wird, der in Ampere gemessen und durch "amp" abgekürzt wird. In diesel? Sinne wird die Abkürzung "amp" hier gebraucht). Der Sollwert für den Ankerstrom, der vom Signal AMP dargestellt ist, wird vom Bedienungspersonal mittels eines Potentiometers oder mit Hilfe von Werten eingestellt, die in-einem Rechner gespeichert sind, und diese Einstellung beruht normalerweise auf der chemischen Analyse der fertigen Produkte, die das Bedienungspersonal periodisch erhält. Wenn beispielsweise der Anteil an freien Ton im Zement zu niedrig ist, wird man den Sollwert für den Ankerstrom herabsetzen. Ist dagegen der Anteil an freiem Ton im Zement zu hoch, so wird man den Sollwert für den Ankerstrom erhöhen. Zum anfänglichen Einstellen des Sollwertes für den Ankerstrom können Erfahrungswerte dienen, die für Rohmaterialien verschiedener

908842/09 5 3

SAD ORIGINAL

Zusammensetzungen, verschiedene Durchsatzmenr.cn und für verschiedene Zementqualitäten zur Verfügung stehen.

Der Summationsverstärker 82 ist von bekannter Bauart. Er erzeugt ein Fehlersignal EAMP , das dem Unterschied zwischen dem Ankerstromspllwert AMP und dem augenblicklich anliegenden gefilter-

sp

ten Ankerstromwert FAMP proportional ist. Dieses läßt sich durch folgenden Ausdruck beschreiben:

EAMP = AMP - FAHP
η sp η

Das Ankerstromfehlersignal EAIiP ist positiv, wenn das gefilterte Ankerstromsignal kleiner als der Ankerstromsollv/er.t ist. Im umgekehrten Falle ist das Ankerstromfehlersignal EAMP negativ. E3 ist zweckmäßig, wenn man die Funktion des Summationsverstärkers in einem Digitalrechner durchführt.

Wenn der in dem Drehrohrofen 10 ablaufende Prozeß sehr rasch auf Änderungen anspricht, also beispielsweise auf eine ünderunr tie a Brennstoffdurchsatzes, kann das Fehlersignal EAMP , dns von der Summationsverstärker abgegeben wird, direkt zur Hachstellunf- des Sollwertes für den Brennstoffdurchsatz verwendet werden. Ls wur de aber bereits beschrieben, daß der im Drehrohrofen ablaufende Prozeß auf jeden Eingriff nur sehr langsam reagiert, so daß normalerweise die Reaktion auf einen Eingriff sehr lange nicht nachgewiesen werden kann, daß aber anschließend eine solche Reaktion auf einen Eingriff sehr lange andauert. Der im Drehrohrofen

!09842/0953

BAD ORIGINAL

ablaufende Prozeß spricht daher auf einen Steuereingriff mit einer sehr langen Zeitverzögerung und mit einer groPen Zeitkonntnnten an. Die Ansprechzeit eines Drehrohrofens, also die Zeitspanne, die zwischen dem Auslösen eines Steuereingriffes und einer dadurch bedingten Änderung der Verhältnisse in der Brennzone vergeht, kann in der Größenordnung von 30 Minuten liegen. Es ist daher nicht möglich, eine Drehrohrofenanlage irit Analopreglern zufriedenstellend zu steuern.

Die Steuerung eines in einer Drehrohrofenanlage ablaufenden Prozesses wird daher erfindungsnemäß an Hand eines dynamischen Prozeßmodelles vorgenommen. Dieses Prozeßmodell, dan in uer Kigur 2 durch den Block 83 dargestellt ist, weist eine Vcrsögerungstabelle auf, in der immer dann Stouerwerte gespeichert vorder., wenn ein Steuereingriff vorgenommen wird. Wenn beispielsv/cise zuri Auslösen eines Steuereingriffes alle fünf Minuten Steuerwerte errechnet werden, (sofern dieses erforderlich ist), wird dieser StQuerwert im Prozeßmodell gespeichert und die bereits gespeicherten Steuerwerte werden im Prozeßmodell immer dann um eine Speicherstelle verschoben, wenn ein neuer Steuerwert eingespeichert wird« Wenn man also annimmt, daß alle fünf Minuten Steuerwortr erreehnet werden, enthält die vierte Speicherstelle in der Tabelle des Praaeßmodelles denjenigen Steuerwert, der vor 20 Hinuten berechnet wurde. Die Seitverzögerung, die auf diese Weise in daa Prozeßmodell eingeführt fcird» entspricht der Seitspanne zwischen dein Auslösen eines Steuereingriffes und dem Ansprechen

Ü8042/OSS3

8AD ORIGINAL

der Drehrohrofenanlage· auf diesen Steuereingriff, wie es sich durch Änderungen der Verhältnisse in der Brennzone bemerkbar macht, Diese Zeitspanne hängt von den Eigenschaften der jeweiligen Drehrphrofenanlage ab. Bei einer typischen Drehrohrofenanlage kann die Verzögerung zwischen einem Steuereingriff, also beispielsweise zwischen einer Änderung des Sollwertes für den BrennstoffdurchsatZj und den entsprechenden Änderungen in der Brennzone, größenordnungsmäßig 30 bis 35 Minuten betragen. Die Verzögerungstabelle des Prozeßmodelles weist eine ausreichende Anzahl von Speicherplätzen auf, so daß der in der Verzögerungstabelle verfügbare Verzögerungsspielraum die Verzögerungseigenschaften der Drehofenanlage umfaßt, die gesteuert werden soll.

Das Prozeßmodell weist eine Recheneinheit zur Berechnung eines Istwertsignals FBAMP auf. Im Summationsverstärker 8ii wird dieses Istwertsignal FBAMP dem Fehlersignal EAMP aus dem Summationsverstärker 82 hinzuaddiert. Der Surnmationsverstärker 8¹I erzeugt dabei ein Signal DELAMP, das einen Steuerwert darstellt und der Summe aus dem errechneten Istwertsignal FBAMP und dem Fehlersignal EAMP_n des Ankerstromesr proportional ist. Dieses läßt sicii durch die folgende Gleichung ausdrücken;

DELAMP = EAMP + FBAMP

η ρ -η

Die Funktion des SummationsVerstärkers 8U kann von einem Digitalrechner übernommen werden, pas einen Steuerwerk darstellende Signal DELAMP_n Vfird idem Drehmomentsregler 85 zugeführt, der in Abhängigkeit von der Größe dieses Signals den Sallwprt für den

BAD ORIGINAL

Brennstoffdurehsatz einstellt. Außerdem wird das Signal DELAHP

dem Proseßmodell 83 zugeführt und dort in der Verzögerungstabelle eingespeichert. Wenn man annimmt, daß zwischen der Berechnung von Steuerwerten jeweils fünf min. liegen, sind in der Versögerungotabelle die Signale DELAMP , DELAMP _c, DELAMP _ΛΙΛ, DELAMP „ '

η n-5 n-10 n-15

.... DELAMP gespeichert, wobei m eine Zahl von Hinuten ist, die gleich oder größer als die Versögerungseigenschaften der Drehrohrofenanlage ist, die gesteuert wird.

Die Recheneinheit (AU aus Figur 3)> die ein Teil des Proaeßmodelles ist, berechnet periodisch, beispielsweise alle fünf Minuten, Istwertsignale FBAMP in Übereinstimmung mit folgender Gleichung:

FBAMP = FBAMP _Λ + K„. (DELAMP„ _v - FBAMP , ) η η—ι id η—χ η—ι

In dieser Gleichung bedeuten

FBAMP das vom Prozeßmodell gerade errechnete Istwertsignal,

FBAMP _Λ das letzte vom Prozeßmodell errechnete n-1

Istwertsignal,

K_f. die Gegenkopplungskonstante des Proseßmodelles und DELAMP einen bestimmten Steuerwert, der in der Tabelle des Prozeßmodelles gespeichert ist ( χ = Verzögerungszeit der Drehrohrοfenanlage in Minuten).

909842/0953

BAD ORIGINAL

Die Gegenkopplungskonstante K„, des ProzeP.modelles kr.nn beispielsweise zwischen 0,3 und 0,5 liefen. Das Signal DELAIIP _ kann irgend einer der Steuerwerte sein, der in der Versögerunrstabelle des Prozeßmodelles gespeichert ist und der der Verzögerung zwischen dem Auslösen eines Steuereingriffes und dem Ansprechen der Verhältnisse in der Brcnnzone auf diesen Steucreingriff entspricht. Diese Verzögerunc ist eine charakteristische Größe der jeweiligen Drehrohrofenanlage. Wenn beispielsweise diese charakteristische Verzögerung bei einer Drehrohrofenanlage 3? Minuten betrügt* wird im Prozeßmodell zur Berechnung des Signales r'-ΛκΡ das Signal DELAI4P_ ,,. verwendet. Die Berechnung des Istwertsignaleo FBAMP in der Recheneinheit und die Berechnung beziehungsweise Erzeugung des Steuersignales DELAMP kann in zweckmäßig gewählten Zeitintervallen erfolgen, also beispielsweise alle fünf Minuten, ilach der Berechnung des Istwertsignales FBAMP wird der daraus resultierende Wert des Steuersignals FBAMP , der von dem Summationsverstärker 8Ί erzeugt wird, in der Verzögerungstabelle des Prozeßmodelles gespeichert, und die bereits gespeicherten '-'orte für das Signal DELAMP werden in der Tabelle des Prozeßmodellen nach unten verschoben.

Die Speicherung der aufeinander folgenden Steuersignalwerte DELAMP und die Berechnung der Istwertsignale FBAMP wird zweckmäßigerweise in einem Digitalrechner durchgeführt. Die Verzöge-rungstabelle des Prozeßmodelles 83 kann beispielsweise aus einer bestimmten Folge von Speicherplätzen bestehen (Figur 3: M), durch die die gespeicherten Steuerwerte hindurch geschoben werden, wenn

909842/0953

SAD ORIGINAL

neue Steuerwerte in die Tabelle eingespeichert werden, v/ie es schematisch in der Figur 3 dargestellt ist. Im Speicher M können noch die Gegenkopplungskonstante K„. und das kürzlich berechne t.e Istwertsignal PDAMP_-. gespeichert sein. Das Rechenwerk des Digitalrechners dient dazu, die aufeinanderfolgenden Steuerwerte DELAMP richtig in die Tabelle einzuschreiben, und außerdem werden vom Rechenwerk der Inhalt dieser Verzögerunrstfbelle und die gespeicherten Werte von K_f. und FBAMP _. zur Berechnung des Istwertsignales FBAMP benutzt.

Das Ausgangssignal DELAMP des Summationsveratärkers &Ί wird dem Drehmamentsregler 85 zusammen mit dem Signal FUEL. „ „ sureführt. Das Signal FUEL, stammt aus dem Filter 66 und ist ein gefiltertes Signal» das Auskunft über den Brennstoffdurcnr-atz zur Mischkammer und damit über die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen 10 zu dem Zeitpunkt gibt, an dem die Steuereinheit 51 die Steuerung der Drehrohrofenanlage übernimmt. Anschließend bleibt ans Signal FUEL, konstant. Dem Filter 86 wird über die Leitung 58 das Signal FUEL zuegführt, das die Ausgangsgrüße des BrennstQffduroh,satzmessers 59 ist. Dieses Signal FUEL _o„„ wird im Filter 86 in übereinsfciminung mit der folgenden Beziehung gefiltert und geglättet;

FFUEL_n = FFUEL_n^ + K^₁
In dieser Besiehung bedeuten;

908842/0953

SAO ORIGINAL

FPUEL den neuen gefilterten Signalwert, FFUEL . den letzten gefilterten Signalwert, ^Kfuel ^di® Filterkonstante und

FUEL _ovi die gerade anliegende Ausgangsgröße dos s c an

Brennstoffdurchsatzmessers 59·

An dem Zeitpunkt, an dem die automatische Steuerung der Drehrohrofenanlage von der Steuereinheit 51 übernommen wird, wird die Filterung des Signales FUEL im Filter 86 beendet, und der

s c an

Wert für FFUEL wird dann als Signal ^FUELhase ^{verwendefe und} bleibt konstant. Die Funktion des Filters 86 kann zweckmäßigerweise von einem Digitalrechner übernommen werden.

Der Drehmomentsregler 85 erzeugt auf die Signale DISLAMP und FUEL_b hin ein Signal FUEL , das einen errechneten Sollwert für den Brennstoffdurchsatz darstellt, der erforderlich ist, um einen stabilen Prozeßablauf in der Drehrohrofenanlage zu erreichen oder beizubehalten. Der Drehmomentsregler 85 errechnet das Signal FUEL^ anhand der folgenden Gleichung:

sp

FUEL_sp = FUBI,_base ♦ K^₁DELAMP₀ In dieser Gleichung bedeuten:

FUEL den errechneten Sollwert für den Brennstoff- ³P

durchsatz,

909842/0953

BAD ORIGINAL

FUEL. den Grundwert für den Brennstoffdurchsatz, base

der durch das Ausgangssignal PPUEL des Filters Ö6 zu dem Zeitpunkt dargestellt wird, an dem die Steuerung der Drehrohrofenanlage von der Steuereinheit übernommen wird, und der anschließend konstant bleibt,

K-, die Proportionalitätskonstante zwischen Brennst off durchsatz und Ankerstrom.

Die Proportionalitätskonstante K_fuel i^sfc eine Funktion der Ei-Genschaften der Drehrohrofenanlage, die gerade gesteuert werden soll und kann in der Größenordnung von 0,1 ließen. Der Drehmomentsregler 85 spricht daher auf die Ausgangsgröße DELAHP_n des Summationsverstärkers QH sowie auf das Signal FUEL. _Λ an, das den

⁰ base '

Grundwert für den Brennstoffdurchsatz darstellt. Der Drehnonentsregler erzeugt aus diesen beiden Signalen ein Signal FUEL , das

sp

den Sollwert des Brennstoffdurchsatzes bedeutet, der zum Aufrechterhalten eines stabilen Prozeßablaufes im Drehrohrofen erforderlich ist, oder aber zur Wiedergewinnung der Stabilität nach dem Auftreten einer Störung. Das Sollwertsignal für den Brennstoff-

durchsatz FUEL wird über eine Leitung 65 dem Regler 68 suge-^SP

führt, wie es in Figur 1 dargestellt ist.

Der Drehmomentsregler 85 ist deswegen als Drehmomentsregler bezeichnet worden, da eine Änderung des Brennstoffdurchsatses zur Mischkammer 27 die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen ändert, so daß auch das Drehmoment beeinflußt werden kann, das vom Motor 20 zum

909842/0953

GRlQiNAL

Herumdrehen der Drehrohrofenanlage aufgebracht worden Ruß. Wenn beispielsweise der Wert des Signales FAMP abnimmt, so bedeutet dieses, daß die Brennzone kürzer geworden ist. Dann gibt aber der Drehmomentsregler 85 ein Ausgangssignal ab, mit dom der Sollwert für den Brennstoffdurchsatz erhöht wird, 50 daP. auch die Temperatur in dem Drehrohrofen anwächst, Dadurch wird die P>renn~ zone im Drehrohrofen wieder länger, was sich dadurch bemerkbar macht, daß ein größeres Drehmoment aufgebracht werden nuf und cinF der Wert des Signales PAMP zunimmt. Nimmt der V.'ert des .'"»ignalos PAMP dagegen zu, so deutet dieses auf eine Vcrl/Inrerunr dor Brcnriaone hin. Die Antwort des Drehmomentsreflers öS, der vor. Prozeßmodell 83 angesteuert ist, besteht dann darin, den ."ollwert für den Brennstoffdurchsatz herabzusetzen, so daß die ;!'·1ν-mezufuhr zum Drehrohrofen herabgesetzt wird. Dieses kann sich dann in einer Verkürzung der Brennzone und in einer Verringorunr des erforderlichen Drehmomentes bemerkbar machen, so daß der Wert des Signales PAMP wieder abnimmt.

Mit der erfindungsgemäßen Steueranordnung wird also versucht, in der Brennzone eines Drehrohrofens konstante Sollbedingur.'-^n aufrecht zu erhalten, und Änderungen der Verhältnisse in der Brennzone werden durch die überwachung des zum Herumdrehen dos Drehrohrofens erforderlichen Drehmomentes nachgewiesen. Wenn sich die Verhältnisse in der Brennzone ändern, wird der Sollwert für den Brennstoffdurchsatz in einem solchen Sinne verstellt, daß die Sollbedingungen in der Brennzone wieder erreicht v/erden.

909842/0953

BAD ORIGINAL

Zyklische Renclschwankunnen im Prozeßablauf worden von dom Prozcßmodell unterdrückt, das der Steueranordnung die In formtionen über die voraussichtlichen Reaktionen auf einen jeden Steuereingriff zuführt. Wenn sich also das erforderliche Drehmoment ändert, das zum Antrieb des Drehrohrofens notwendig, ist, und was auf eine Änderung in den Verhältnissen der Drennzone hindeutet, wird ein Steuereingriff vorgenommen, der aus einer schrittweisen Änderung des Brennstoffdurchsatzes besteht, um Störungen in der Drennzone zu kompensieren. Uach einer gewinnen Zeitspanne,, die von den Eigenschaften des Drehrohrofenc abhängt, ™ macht sich diese schrittweise Änderung des Brennstoffdurchsatzes in einer Korrektur der Verhältnisse in der Brennzone bemerkbar, was wiederum das erforderliche Drehmoment beeinflußt. Dan ProzoP·- modell unterdrückt nun erfindungsgemäß den Einfluß, den eine durch einen Steuereingriff bedingte Änderung des erforderlichen Drehmomentes erneut auf den Sollwert des Brennstoffdurchsatzes ausüben kann, so daß Regelschwankungen verhindert werden. Diese Regelschwingungen werden von dem Prozeßmodell dadurch unterdrückt, daß diejenigen Drehmomentsänderungen aufgezeichnet werden, die M auf Grund eines bereits durchgeführten Steuereingriffes zu erwarten sind, und daß diese zu erwartenden Drehmomentsänderungen in die Regelschleifen eingeführt werden, so daß als Grundlage für weitere Steuereingriffe nur solche Drehmomentsänderungen dienen, die durch Störungen in dem Drehrohrofen hervorgerufen sind, die nicht vom gerade durchgeführten Steuereingriff herrühren.

Das Sollwertsignal für den Brennstoffdurchsatz FUEL . das von

sp

dem Drehmomentsregler 85 erzeugt wird auf der Leitung 65 dem

M9842/0953

6AO OHiGlNAL

, -»τ ■

Regler 68 über einen logischen Schalter 8? zugeführt, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Der logische Schalter 87 verbindet normalerweise den Ausgang des Drehmomentsreglers S£3 mit dem Kegler 68. Er kann jedoch auch dazu dienen, beim Auftreten besonderer Verhältnisse in dem Drehrohrofen die Steuerwirkung des Drehmomentsreglers 85 zu unterbrechen. Das wird anschließend noch beschrieben.

Wie in der Figur 2 dargestellt ist, ist in der Steueranordnunp noch eine zweite Steuer- oder Regelschleife vorgesehen, die einen Filter 88, einen Prüfkreis 89, einen Summationsverstärker 00, einen Temperaturregler 91 und einen logischen Schalter 92 aufweist. Diese Regelsch^eife dient dazu, die Abgastemperatur in der IJähe des Beschickungsendes lH des Drehrohrofens relativ konstant zu halten, so daß das ganze Temperaturprofil in dem Drehrohrofen relativ konstant bleibt und so daß das Rohmaterial beim Eintritt in den Drehrohrofen einer relativ konstanten Wärme ausgesetzt ist. Die Abgasteiriperaturen am Beschickungsende des Drohrohrofens werden daher von den Steuereingriffen entkoppelt, mit denen der Brennstoffdurchsatz und damit die Wärmezufuhr aum Drehrohrofen verstellt wird und die von der Drehmomentsregclschleife ausgelöst werden, wie es bereits beschrieben wurde. Wenn also zwecks Einstellung der Verhältnisse in der Brennzone der Brennstoff durchsatz verkleinert oder vergrößert v/ird, was sich im erforderlichen Drehmoment bemerkbar macht, wird von der Temperaturregclschleife der Abgasdurchsatz derart eingestellt, daß in der Trocknungs- beziehungsweise Vorwärmzone des Drehrohrofens

909842/095 3

BAD ORIGINAL

sur Vorbereitung des Rohmaterials genügend Wärme zur Verfugung steht.

Ebenso können Änderungen im Abgasdurchsatz erforderlich v/erden, wenn sich die Eigenschaften der Rohmaterialien ändern, die in den Drehrohrofen eingesetzt werden, da die Rohmaterialien niöglicherweise bei anderen Temperaturen vorbereitet werden sollen, oder wenn die Beschickungsgeschwindigkeit geändert wird. V.'cnn beispielsweise die Rohmaterialien eine größere Wärmemenge benötigen, wodurch die Abgastemperatur am Beschickungsende des Drehrohrofens sinkt, ist eine Erhöhung des Abgasdurchsatses erforderlich, um zwecks Aufrechterhaltung des gewünschten Temperaturprofils in dem Drehrohrofen dem Beschickungsende des Drehrohrofens mehr Wärme zuführen zu können. Wenn ein solcher Steuereingriff nicht vorgenommen wird, können die Verhältnisse in der Brennzone möglicherweise durch die Temperaturabnahme der Abgase am Beschikkungsende des Drehrohrofens beeinflußt werden, und dieses kann sich als Störung bemerkbar machen, die einen drastischen Steuereingriff durGh die Drehmomentsregelschleife hervorruft, wie es bereits beschrieben wurde. Die Temperaturregelschleife gleicht daher Störungen und Auswirkungen von Steuereingriffen durch die Drehmomentsregelschleife derart aus, daß die Wirkungen dieser Störungen und Steuereingriffe keine zukünftigen störungen im Prozeßablauf hervorrufen, die durch neue Steuereingriffe beseitigt werden müssen.

909842/0953

ORIßiNAL

Der Filter 88 erhält über die Leitung 5^ edn Signal, das die Abgastemperatur am Beschickungsende Ik des Drehrohrofens darstellt, v/ie sie vom Meßgerät 53 festgestellt wird. Die Information über die Abgastemperatur, die durch dieses Signal dargestellt ist, wird im Filter 88 nach folgender Gleichung gefiltert:

FTIG_n =
Hierin bedeuten

FTIG den gerade anliegenden gefilterten Signalwert,

FTIG„ _Λ den vorhergegangenen gefilterten Signalwert, n— j.

TIG den gerade anliegenden Meßwert und K.. die Filterkonstante.

Wenn der Wert für FTIG_n einmal pro Minute berechnet werden soll, ist 0,2 ein typischer Wert für die Filterkonstante K. . . Das

uig

Ausgangssignal FTIG des Filters 88 wird dem Prüfkreis 89 zugeführt, in dem das Signal FTIG mit dem vorangegangenen FiIteiausgangssignal FTIG . verglichen wird. Wenn der Unterschied zwischen diesen beiden Signalen einen bestimmten Betrar, übersteigt, wird angenommen, daß die Temperaturmessung fehlerhaft ist, und das Signal FTIG wird nicht verwendet. Die Funktionen des Filters 88 und des Prüfkreises 89 können von einen Digitalrechner übernommen werden₄ in dessen Speicher die Signale FTIG , FTIG _. und TIG sowie die Filterkonstante K.. gespeichert sind.

Das gefilterte, die Abgastemperatur darstellende Signal FTIG wird zusammen mit einem Signal TIG dem Sumnationsverstärker 90

sp

909842/0953

SAD ORtGIMAL

SUf₁Cf'Ihrt, das einen Abgas terrperotursollwcrt darstell⁴; \\\.<\ v~>n Bedienungspersonal bestirnt wird. Das Tenperakurfchlcrsirr.i'l,

das mit LTIG bezeichnet und in dem Surcmationsverntärker '}'.} οντά

zeugt ist, ist eine Funktion der Signale FTIG und TIG iir.ci errechnet sich aus folgender Gleichung:

ETIG_n = TIG_sp - FTIG_n

Dieses Signal ETIG wird der. Abftastemperaturrerler 91 su;-eführt.' Die Funktion des Sunmationsverstärkers 90 wird zv;ecl:rv"fii,"crv:ei3e in einem Dic-italrechner durchpeführt.

!-•er Abnastenipcraturrefler 91 bestimmt einen Sollwert für den Abcasdurchsatz durch den Drehrohrofen, und er arbeitet sowohl proportional als auch integrierend. Die Funktion des Abcastenperoturreclers 91 wird durch die Gleichung für sein Ausnangssinnal EXIT darcestellt, die wie folßt lautet:

EXIT = EXIT _Λ + K.ETIG + K₀ETIG „ η η-1 1 η d η-1

IIierinbedeuten:

EXIT_nden Sollwert des Abgasdurchsatzes (in Hol/Stunde) EXIT . den vorangegangenen Abgasdurchsatz ETIG_n den gerade anliegenden Temperaturfehler (⁰C). ETIG * den vorangegangenen Tercpcraturfehler K. und K„ Reglerzeitkonstanten beziehungsweise Reglerkonstanten (Mol pro Stunde/⁰C)

9098A2/095 3

BAD ORIGiNAl

Typische Worte für K. und K. sind 0,20 und -0,18, und der V,'ert für das Signal EXIT kann beispielsweise alle fünf ilinutcn berechnet v/erden. Das Ausgangssignal EXIT_n des Abgastcmperaturrer.·· lers 91 auf der Leitung 66 wird dom Regler 69 über den logischen Schalter 92 zugeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel · wird mit dem Signal EXIT die Drehsahl des Exhaustors 31 geregelt Man kann jedoch mit diesem Signal auch die Einstellung des DHiiipfers 38 verändern. Der logische Schalter 92 vorbindet normalerweise den Abgastemperaturregler 91 mit dem Regler 69, wie es dargestellt ist. Er kann aber auch diese Verbindung unterbrechen, wie es noch beschrieben wird.

Die Funktion des Abgastemperaturreglers 91 kann zweckmäMgerweise von einem Digitalrechner übernommen werden, in dessen Speicher die Signale EXIT_n, EXIT_n-1, ETIG_n und ETIG^₁ sowie die Konstanten K₁ und K_? gespeichert sind.

Für den Betrieb eines Zementdrehrohrofens stellt der Sauerstoffgehalt der Abgase einen wichtigen Sicherheitsfaktor dar. Dieser Sauerstoffgehalt muß über einem bestimmten Ilindestwert liegen, der üblicherweise etwa 0,5 Volumen-^ betragt, um sicherzustellen, daß in den Abgasen keine brennbaren Gase oder kein Kohlenrconoxyd mehr vorhanden sind, die in den Staubabscheidern Explosionen hervorrufen können. Wenn der Sauerstoffgehalt der Abgase einen bestimmten Mindestwert unterschreitet, müssen der Abgasdurchsatz, der, von der Abgastemperaturregelschleife bestimmt ist, und der

909842/0963

BAD ORIGINAL

Drcnnatoffdurchsatz, der von der Drehmomentoronelachleife bestimmt ist, geändert werden, um die Sicherheit des Drehronrofenbebriebs wieder herzustellen. Wenn beispielsweise bei dem von der Drehmomentsregelschleife bestimmten Brennstoffdurchsatz der Sauerstoffgehalt in den Abgasen bei dem von der Abgasterr.peratur bestimmten Abgasdurchsatz zu niedrig wird, so dar·.die Sicherheit nicht mehr gewährleistet ist, muß die Abgastemperaturregelschleife übersteuert werden, um einen Abgasdurchsatz zu erzielen, der den Sicherheitsbestimmungen genügt, Wenn der AbgasdurchGatz bereits auf den größtmöglichen Wert eingestellt ist, was durch die Stellung des Dämpfers 38 oder die Drehzahl des Exhausters 31 begrenzt ist, muß der von der Drehmomentsregelschleife vorgegebene Brennstoffdurchsatz übersteuert werden und ein neuer Wert für den Brennstoffdurchsatz muß bestimmt werden, um die Sicherheit des Drehrohrofenbetriebs wieder zu gewährleisten.

Die Übersteuerungslogik 95 der Steuer- oder Regelanordnung-, die in der Figur 2 dargestellt ist, Überwacht den Sauerstoffgehalt der Abgase und bestimmt, wie hoch der voraussichtliche Sauerstoffgehalt der Abgase nach einem geplanten Steuereingriff sein . wird. Wenn der voraussichtliche Sauerstoffgehalt in den Abgasen zu niedrig ist, wird die Steuerung von der Übersteuerungslogik 95 übernommen. Die Prioritäten der Übersteuerungslogik 95 sind so eingerichtet, daß zuerst der Abgasdurchsatz aufgegeben wird, der von dem Abgastemperaturregler 91 berechnet ist, so daß der Wert für den Brennstoffdurchsatz beibehalten werden kann, der von

909842/0953

dem Drehmomentsregler 85 vorgegeben ist. Die übersteuerungslo- ' ßik 95 errechnet dann einen neuen Sollwert für den Abgasdurchsatz _s bei dem der Sauerstoffgehalt der Abgase bei einem vorgegebenen Sollwert für den Brennstoffdurchsatz so groß wird, daß die Sicherheit des Betriebes gewährleistet ist» Wenn sich jedoch der Abgasdurchsatz nicht mehr so einstellen läßt _s daP» sich der vorgegebene Mindestgehalt an Sauerstoff in den Abgasen einstellt, wird. auch der Brennstoffdurchsatz von der übersteuerunfslonik 95 neu eingestellt, so daß auch bei dem größtmöglichen Abgasdurchsots der Gehalt an Sauerstoff in den Abgasen den Sicherheitserfordernissen genügt. Die Ubersteuerungslogik 95 verhindert also dadurch das Auftreten gefährlicher Bedingungen, daß sie die Wahl solcher Brennstoff- und Abgasdurchsätze unmöglich macht, bei denen der Sauerstoffgehalt in den Abgasen unter einen vorgepebenen Mindestwert absinkt.

Der Ubersteuerungslogik 95 werden die Ausgangsgrößen des Drohr.omentsreglers 85 und des Abgastemperaturreglers 91 zureführt, und außerdem noch das Signal von der Leitung 56, das vom Casonalysatcr 55 stammt und den Sauerstoffgehalt der Abgase darstellt, sowie noch das Signal, das vom Durchsatzmesser 50 erzeugt wird und über die Leitung 52 einläuft und die Menge des Rohmaterials bedeutet, mit dem der Drehrohrofen pro Zeiteinheit beschickt wird. Die Ausgangssignale der übersteuerungslogik 95 werden den logischen Schaltern 86 und 92 zugeführt, so daß die SoMv/ertc für den Brennstoffdurchsatz und für den Abgasdurchsatz bei Bedarf über-

909842/0953

steuert werden können, die von dem Drehmomentsrerler 85 und dem Abgastemperaturregler 91 bestimmt sind, falls auf andere Weise der Mindestsauerstoffgehalt der Abgase unterschritten wird. Ist der Sauerstoffgehalt in den Ablasen hoch, so wird normalerweise kein Steuereingriff vorgenommen. Die übersteuerunnslogik 95 ist in der Lage, den voraussichtlichen Sauerstoffgehalt zu berechnen und diesen errechneten Wert an Stelle des gemessenen Wertes au verwenden, wenn der Sauerstoffgehalt der Abnase auf Grund irgend welcher Schwierigkeiten vom Analysator 55 nicht gemessen werden kann.

Die Übersteuerungslogik berechnet den augenblicklichen Abgasdurchsatz wie folgt:

(830,72 FUEL _Λ + 1M3 FEED )" 1 - n

In dieser Gleichung bedeuten

EN den augenblicklichen Abgasdurchsatz in Mol/Stunde,

FUEL_or, _Λ den augenblicklich verwendeten alten SoIlsp-i

wert für den Brennstoffdurchsatz in m^/Stunde, FEED die pro Zeiteinheit dem Drehrohrofen zugeführte Rohmaterialmenge in Tonnen/Stunde, die vom Detektor 50 gemessen und vom Signal auf der Leitung 52 dargestellt wird, und

909842/0953

8A0 ORlGtNM.

ψο

02 den augenblicklichen Sauerstoffgehalt der Abgase in Volumen-^, der vom Analysator 55 gemessen und durch· das Signal auf der Leitung 56 dargestellt wird. Der Wert von 21 entspricht einem Sauerstoffgehalt von H,7 6% ·

Der voraussichtliche Sauerstoffgehalt der Abgase, der auf dem neuen Sollwert für den Brennstoffdurchsatz FUEL₃ beruht, der von dem Drehmomentsregler beziehungsweise der Drehmomentsregelschleife bestimmt ist, läßt sich wie folgt berechnen;

830,72 FUEL _Λ + '1*1,113 FEED„ 02_n+1 ■ 21 < 1 ^>

In dieser Gleichung bedeuten

FUEL den neuen erforderlichen Brennstoffdurchnats, der vom.Drehmomentsregler 85 in der Drehmomentsregelschleife bestimmt ist,

FEED die augenblickliche Rohmaterialmenne, die dem Drehrohrofen pro Zeiteinheit zugeführt wird,

EXIT_n den neuen erforderlichen Abgasdurchsatz, der vom Abgastemperaturregler 91 in der Abgastemperaturregelschleife bestimmt ist, und

°²n+l ^{den vorner}G^esagten Sauerstoffgehalt. 909842/0953

BAD OBtGlNAL

W-

Wenn der vorhergesagte Sauerstoffgehalt 02 . kleiner als der Mindestgehalt an Sauerstoff ist, der auf Grund der Betriebssicher heit zu fordern ist, wird ein neuer, übersteuernder Abgasdurchsatz wie folgt berechnet:

830,72 FUEL + 14 _sl|3 FEED °P Π

-Ü2-

2Ϊ

Hierin bedeutet der Ausdruck "02 . " den Mindestsauerstoffnehalt in den Abgasen, bei dem die Betriebssicherheit noch gewährleistet ist

Wenn die neu berechnete Abgasmenge pro Zeiteinheit OEXIT die Kapazität des Exhaustors 31 übersteigt, wird ein neuer, übersteuernder BrennstoffdurchSDtz OFUEL₁, berechnet, der kleiner als der Brennstoffdurchsatz FUEL ist, der von der.! Drehr.or.ento· regler 35 bestimmt worden ist. Hierbei wird das maximale Fördervermögen des Exhaustors 31 beziehungsweise die Größe EXIT ^

nlclX

zu Grunde gelegt. Diese Berechnung erfolgt anhand der folgenden Gleichung:

^EXITmax ⁽¹ " ^Q2rnin> - ^lk>^ ^FEEDn

OFUEL^
sp

Dieser neu berechnete Brennstoffdurchsatz OPUEL führt bei einem maximalen Abgasdurchsats auf den kleinstmüglichen Sauerstoffgehalt in den Abgasen, bei dem die Betriebssicherheit noch gewährleistet ist. Dem logischen Schalter 92 wird nun ein von der Übersteuerung3logik 95 errechnetes Signal zugeführt, das den Ab-

909842/0953

ORIGINAL

Gasdurchsatz OEXT darstellt, oder aber, falls erforderlich, das Signal EXIT , das den größtmöglichen Abgasdurchsats bedeutet.

ΤΠ el X

Dieses Signal übersteuert das Signal EXIT , das den Atgasdurchsatz bedeutet, der vom Abgastemperaturregler 91 bestimmt ist. Wenn von der Ubersteuerungslogik 95 ein neuer Sollwert OFUEL₅ für den Brennstoffdurchsats errechnet worden ist, wird ein Signal, das diesen neuen Sollwert darstellt, dem logischen Schaltor G7 zugeführt, und dieses Signal übersteuert das Sollwertsir.nal FUEL für den Brennstoffdurchsatz aus dem Drehiromentsrcfler Die Funktion der übersteuerungslogik 95 kann von einem Digitalrechner übernommen werden, in dessen Speicher alle diejenigen Werte gespeichert sein könne, die für die Berechnungen erforderlich sind.

Die Figur Ί zeigt nun in Form eines Flußdiagrammes, wie die erfindungsgemäße Steueranordnung arbeitet. Der Drehmomentsregelschleife wird das Signal AMP laufend zur Verfügung restcl.lt," das den Ankerstrom des Motors 20 und damit das aufgebrachte Drehmoment bedeutet. Dieses Signal wird periodisch, beispielsweise alle fünf Sekunden, gefiltert, und dabei erhält man den gefilterten Signalwert FAMP . Dieses Signal FAMP wird mit dem vorangegangenen gefilterten Signalwert F^ANP _n»i verglichen. Wenn der Unterschied zwischen diesen beiden Signalen einen bestimmten Wert überschreitet, wird der vorangegangene Signalwert PAMP_n-1 aufbewahrt und an Stelle des Signals FAMP_n verwendet. In anderen Falle wird das Signal FAMP_n mit dem Sollwertsignal für das Drehmoment AMF verglichen, das von Bedienungspersonal einge- ;· VöilA2/0Ä53 .·

8AD ORIGINAL

stellt ist. Bei dieseir. Vergleich entsteht ein Fehlernignal KAMP , das den Unterschied syrischen FAMP und AMP_r-r darstellt.

Π Π hi-·

Dieses Fehlersignal und ein vom Prozeßmodell errechnetes Istwertsignal FBAMP werden dann zur Erzeugung des Signalen DELAMP verwendet. Der Drehmomentsregler in der Drehmonentsregelschlei-. fe berechnet nun aus den Signalen DELAMP und FUEL, (den Grund-

- Xi L) el ο C

wert für den Brennstoffdurchsatz) einen neuen Hollwert für den Brennstoffdurchsatz FUEL .

Gleichzeitig mit den eben beschriebenen Operationen in der Drehmomentsregelschleife laufen in der Temperaturregelschleife die f ο Inenden Vorgänge ab, wie ebenfalls aus der Figur H hervorgeht. Der Steueranordnung wird das Signal TIG auf der Leitung 5^JJ zur Verfügung gestellt, das die Abgasterpcratur des Drehrohrofens bedeutet, und dieses Signal wird periodisch, beispielsweise alle drei Hinuten, gefiltert, und dabei erhält man den gefilterten Signalwert FTIG . Dieser gefilterte Signalwert wird mit dem vorangegangenen gefilterten Signalwert FI¹IH verglichen, übersteigt der Unterschied zwischen diesen beiden Cignalwerten einen vorgegebenen Betrag, so wird der vorangegangene gefilterte Signalwert FTIG . aufbewahrt und an Stelle des Signals benutzt. Im anderen Falle wird der gefilterte Signolwert

FTIG mit dem Abgastemperatursollwert TIG verglichen, der vom Bedienungspersonal eingestellt worden ist. Jeder Unterschied zwischen dem gefilterten Signalwert FTIG und dem Sollwert TIO

η sp

wird durch das Temperaturfehlersignal ETIG dargestellt. Der

909842/0953

©AD ORIGINAL

Temperaturregler in der Temperaturregelschleife berechnet dann unter Verwendung des Fehlersignals ETICr einen neuen ..Sollweit für den Abgasdurchsatz EXIT .

Bevor die neu errechneten Sollwerte für den Brennstoff- und

den Abgasdurchsatz FUEL und EXIT verwendet werden, bestimmt * sp η

die Übersteuerungslogik den augenblicklichen Abgasdurchsats EM und berechnet den voraussichtlichen Sauerstoffgehalt 02 ₊. der Abgase, und zwar gestützt auf den neuen Brennstoffdurchsatz, den neuen Abgasdurchsatz und gestützt auf die Rohmaterialmongc, die dem Drehrohrofen pro Zeiteinheit zugeführt wird. V/enn dor voraussichtliche Sauerstoffgehalt einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreitet, der zur Gewährleistung der Betriebssicherheit erforderlich ist_s werden die neuen Sollwerte für den Brennstoff- und für den Abgasdurchsatz zur weiteren Steuerung den Drehrohrofens verwendet, die in den Regelschleifen für das Drehmoment und die Abgastemperatur errechnet worden sind. V/enn der voraussichtliche Sauerstoffgehalt jedoch unter dem Mindestwert liert, wird ein neuer Sollwert für 'den Abgasdurchsatz OEXIT auf der Grundlage des geforderten Mindestsauerstoffgehaltes der Abgase errech-, net. Wenn der neu errechnete Sollwert für den Abgasdurchsatz

OLXIT die maximale Fördermenge des Exhaustors EXIT nicht über- ·» ' max

steigt,wird zur Steuerung der Drehrohrofenanlage dieser neue Wert für den Abgasdurchsatz zusammen mit dem neuen Sollwert für den Brennstoffdurchsatz verwendet, der in der Drehmomentsronelschleife bestimmt worden ist. Wenn jedoch der neu errechnete

909842/0953

BAD ORIGINAL

-JKf-

Abgaödurchsatz OEXIT eine Förderkapazität erfordert, die die maximale Förderkapazität EXIT des Exhausto.ro übersteigt, wird

max

als Abgasdurchsatz dieser maximal mögliche Durchsatz EXIT benutzt, und mit diesem Wert wird in der übersteuerunrslogik ein neuer Sollwert für den Brennstoffdurchsatz OFUEL_0n berechnet. Zur Steuerung der Drehrohrofenanlace wird dann der maximale Abcasdurchsatz EXIT und der neue Sollwert für den Brennstoff-

JTl et X

durchsatz OFUEL verwendet, der in der Übersteuerunrslofik

sp

errechnet wurde.

Figur 5 zeigt nun den Verlauf einiger Signale, die in der Drehmomentsregelschleife der erfindungsgemäßen Steueranordnung auftreten, wenn der Prozeßablauf in einer Drehrohrofenanlage stabil gehalten wird. Es sei angenommen, daß das Signal FAHP abnimmt, was auf eine Verringerung des vom Motor 20 aufgebrachten Drehmomentes und damit auf eine Verkürzung der Brennzone hin deutet. Dann wird das Drehmomentsfehlersignal EAMP_n entsprechend größer. Wenn man annimmt, daß diese Änderung des Signals FAMP nicht durch einen früheren Steuereingriff bedingt ist, bleibt das vom Proseßmodell errechnete Istwertsignal FBAMP_n unverändert. Das Signal DELAMP , das dem Drehmomentsregler zugeführt wird, wächst daher an, und zwar proportional zum Fehlersignal EAMP_n. Der Drehmomentsregler 85 erhöht auf das Signal DELAMP_n hin den Sollwert für den Brennstoffdurchsatz, was durch das Signal FUEL₃ angedeutet ist, so daß zwecks Korrektur der zu kurzen Brennzonenlänge die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen erhöht wird.

109842/0953

©AÖ ©RIÖINM.

Nun sei angenommen, daß die Drehrohrofenanlage 30 Minuten benötigt, um auf einen Steuereingriff zu reagieren. Dann wird zur Berechnung des Ausgangssignales FBAMP des ProzeßmodelIe3 der Signalwert DELAMP ,_Q verwendet, der in der Verzögerungstabelle des Prozeßmodelles gespeichert ist. 30'Minuten nach dem Steuereingriff, also nach der Änderung dee Brennstoffdurchsatzes

auf Grund einer Änderung des Signals FAMP , macht sich die erhöhte Wärmezufuhr zum Drehrohrofen in einer Verlängerung der Drennzone bemerkbar. Es muß daher vom Antriebsmotor 20 wieder ein größeres Drehmoment aufgebracht werden, wie der Verlauf des Signalee FAMP zeigt. Wenn der Signalwert FAMP_n den Drehmomentssollwert AMP erreicht, jjeht das Drehmomentsfehlersicnal EAMP_n gegen Null. Des im Prozeßmodell gespeicherten Signals DELAMP_n ,_Q wegen steigt das Ausgangssignal FBAMP des Prozeßmodelles S3 jedoch an, wie ebenfalls aus der Figur 5 hervorgeht. Die gestrichelt gezeichneten Teile der Signalkurve FBAMP_n zeigen den Einfluß des Koeffizienten Kg,. auf den Signalverlauf» Da die Abnahme des Fehlersignals EAMP durch die Zunahme des Ausgangesicnaleo FBAMP aus dem Prozeßmodell aufgewogen wird, bleibt das Signal DELAMP_n für den Drehmomentsregler 85 konstant, so daß der Soll- ' wert für den Brennstoffdurchsatz auf den neuen Wert gehalten wird. Die Signalkurven aus der Figur 5 seigen, wie mit dem Proseßmodell Regelschwingungen verhindert werden» so daß der Prosoßablauf in der Drehrohrofenanlage stabil bleibt.

Hun sei angenommen, daft das gefilterte Signal 7AMP_n anschließend abnimmt, wie es im mittleren Teil dtr Figur 5 d&rcesteilt ist.

*0§*42/095*

BAD OBlGlNAL

Die Drchmomentsrenelschleife reagiert darauf mit einer weiteren Erhöhung des Sollwertes für den Brennstoffdurchsatz FUEL , um die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen erneut zu erhöhen. Das Prozeßmodell 83, das sich an die voraussichtliche Reaktion auf diesen ■ Steuereingriff erinnert, daß sich also etwa 30 Hinuten nach diesem Steuereingriff das vom Motor 20 abgegebene Drehmoment erhöht, hält den Sollwert für den Bronnstoffdurchsatz FUEL auf den neuen Wert.

Im rechten Teil der Figur 5 ist dargestellt, wie die Drehmoments- m regelschleife auf eine Erhöhung des Signales FAMP_n reagiert, die auf eine Störung im Drehrohrofen hin auftritt, die auf eine Verlängerung der Drennzone hin deutet. Wenn das Signal FAIIP den Drehmomentssollwert übersteigt, nimmt das Fehiersignal EAMP ab, so daß auch das Signal DELAMP kleiner wird* Damit wird aber auch der Sollwert für den Brennstoffdurensats FUEL kleiner, der vom Drehmomentsregler 85 errechnet ist, so daß auch die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen herabgesetzt wird. Nach einer Zeitspanne, die gleich der Prozeßverzögerungszeit ist, kann die Herabsetzung m der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen als Abnahme des Signals FAMP nachgewiesen werden, was darauf hin deutet, daß die Brennzone kurier geworden ist* Das DrehmomentSfehlersignal EAMP geht gegen Null, wenn das Signal FAHP_n dtn Drehtnotnentstollwert AMP,' erreicht. Die voraussichtliche Abnahme des Signals FAMF_n wird durch das Ausgangssignal FBAMP_n des Prozeßmodells 83 widergespiegelt, das das Eingangssignal DELAMP- für den Drehmomentsregler 85

konstant hält, so daß für den Brennstoffdurchsatz FUEL der neue Wert beibehalten wird, der beim Nachweis der Störung ermittelt wurde. Die Figur 5 zeigt daher, auf welche Weise das Prozeßmodell 83 die Neueinstellungen des Brennstoffdurchsatzes von den voraussichtlichen Auswirkungen bereits durchgeführter Steuereingriffe unabhängig macht.

In der Beschreibung wurde darauf hingewiesen, daß die Funktionen des Drehmomentsreglers, des Temperaturreglers und der Übersteuerungslogik von einem Digitalrechner übernommen werden sollten. Bei einer solchen gerätemäßigen Ausstattung würde man Umsetzer verwenden, um analoge Signal in eine Digitaldarstellung und um digitale Signale in analoge Größen umzuwandeln.

10984 2/095

8AD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1. Anordnung zum Steuern einer Zementdrehrohrofcnnnlage,

   mit einem Drehantrieb für den Drehrohrofen und einer Beschickunrsvorrichtung für die Zufuhr von Rohmaterial zum Drehrohrofen verschon ist und die zum Aufheizen der Materialien in dem Drehrohrofen eine hochenergetische Wärmequelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehraomentsmesscr zum Feststellen des von dem Drehantrieb abgegebenen Drehmomentes vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße einer Steuereinheit zugeführt ist, die direkt und hauptsächlich auf Änderungen dieser Ausgangsgröße anspricht und von der die Wärmezufuhr zum Drohrohrofen derart änderbar ist, daß das vom Drehantrieb abgegebene Drehmoment relativ konstant gehalten ist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit nur auf solche Änderungen der Ausgangsgröße des Drehmomentsmessers anspricht, die nicht direkt durch Steuereingriffe bedingt sind, die von der Steuereinheit bereits durchgeführt worden sind.

   2. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinheit einen Speicher aufweist, in dem Steuersignale gespeichert sind, die eine Anzeige bereits erfolgter Steuereingriffe sind, die von der Steuereinheit ausgelöst worden sind, und daß Mittel vorgesehen sind, durch

   009842/0953

   ORIGINAL

   die Änderungen in der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen auf solche Änderungen des vom Drehantrieb abgegebenen Drehmomentes hin unterbunden sind, die direkt durch bereits durchgeführte Steuereingriffe verursacht sind.

   k. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine TemperaturregeIvorrichtung vorgesehen ist, die auf die Gastemperaturen in einem bestimmten Gebiet des Drehrohrofens anspricht und von der der (!asciurciisats durch den Drehrohrofen derart geregelt ist, daß die Gasteirperatur in diesem Gebiet des Drehrohrofens praktisch konstant gehalten ist.

   5· Anordnung nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Sauerstoffgehalt der durch den Drehrohrofen hindurchströmenden Gase ansprechende i'hersteuerungslogik vorgesehen ist, von der die Warnezufuhr zum Drehrohrofen und der Gasdurchsatz durch den Drehrohrofen unabhängig von der Gastemperatur und unabhängig von dem von αem Drehantrieb abgegebenen Drehmoment derart einstellbar sind, daß der Sauerstoffgehalt der durch den Drehrohrofen hindurchströmenden Gase höher als ein vorgegebener Wert ist.

   6. Anordnung nach Anspruch 3» ^ oder 5, dadurch r e kennzeichnet, daß die Steuereinheit auf die Abweichungen der Ausgangsgröße des Drehrnomentsmessers von einem Drehmomentssollwert anspricht und weiterhin von einem bestimmten

   909842/0953

   BAD ORIGINAL

   S/

   der gespeicherten Steuer3ignalwerte derart angesteuert ist, daß ein Istwertsicnal errechnet ist, das eine voraussichtliche Änderung der Ausgangsgröße des Drehmomentsinessers auf Grund eines von der Steuereinheit bereits durchgeführten Steuereingriffes bedeutet, und daß die Steuereinheit mit einer Stufe ausgerüstet ist, die von dem errechneten Istwertsignal annesteuert ist und durch die solche Änderungen des von der Steuereinheit abgegebenen Steuersignals unterdrückt sind, die durc h Änderungen der Ausgangsgröße des Drehmomentsmessers auf Grund bereits durchgeführter Steuereingriffe bedingt sind. ^

   7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhoheit ein Prozeßipodell mit einem Speicher aufweist» in dem Steuersignale bereits durch·*',,, geführter Steuereingriffe gespeichert sind, daß weiterhin eine Recheneinheit vorgesehen ist, in der aus einem Steuersignal eines bestimmten bereits durchgeführten Steuereingriff ein Istwertsignal errechnet ist, und daß die Steuereinheit eine Stufe enthält, die auf das vom Prozeßmodell stammende Istwertsignal sowie auf ;■■■■·. M Schwankungen der Ausgangsgröße des Drehmomentemessers um einen , · Sollwert herum anspricht und dafür sorgt, daß Änderungen des - . .ü_ von der Steuereinheit erzeugten Steuersignals nur von solchen ' ?A Änderungen der Ausgangsgröße der Drehmomentmessers bedingt sind, die nicht direkt durch die kürzlich durchgeführten Veränderungen des Steuersignals verursacht sind.

   90 98 4 2/0953

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch r ο ic e η η zeichnet, d a ß die Ausgangsgröße des Drchmomcntstnessera durch einen Filter hindurch einem Vergleichskreis zugeführt ist, in dem die gefilterte Ausgangs prüfte zwecks Erzeugung eines Fehlereignales mit einem Sollwert verglichen ist, das dem Unterschied zwischen der Ausgangsgrüße und dem Sollwert proportional ist, daß eine Stufe zur Erzeugung eines Steueroignales vorgesehen ist, der die Ausgangsgröße des Vergleichakreiaes und das Istwertsignal zugeführt sind und in der ein Signal erzeugt ist, das gleich der Summe aus dem Istwertsignal und dem im Vergleichskreis erzeugten Fehlersignal ist, daß in dem Speicher des Prozeßmodolles. periodisch aufeinanderfolgende Auegangsgrößen der Stufe zur Erzeugung von Steuersignalen gespeichert sind, und daß die Recheneinheit auf bestimmte dieser im Speicher gespeicherten Signale anspricht, so daß periodisch ein Istwertsignal-erzeugt ist, das der Stufe zur Erzeugung von Steuersignalen zugeführt ist,-wobei da3 I3twertsignal den voraussichtlichen Abweichungen des gefilterten Signals- des Drehmomentsmessers vom Soliwert proportional ist, die durch den Beitrag des zur Berechnung"verwendetem im Prozeßmodell gespeicherten Signals eur 'Ausgangsgröße der Stufe zur Erzeugung des Steuersignals bedingt sind.

   BAD ORIGINAL

   9. Verfahren zur Steuerung des ProzePablaufes in einer Eenicntdrehrohrofenanlage mit einem Drehantrieb für den Drehrohrofen und einer Beschickungsvorrichtung zur Zufuhr von Eohmaterio-l zun Drehrohrofen sowie mit einer Wärmequelle zum Erhitzen derMaterialien im Drehrohrofen, nach dem das vom Drehantrieb zum Drehen des Drehrohrofens abgegebene Drehmoment gemessen und die V/ürrr.ezufuhr zum Drehrohrofen gesteuert wird, d a d ur c h gekennzeichnet, daß die Steuereingriff nur in Übereinstimmung mit solchen Änderungen des gemessenen Drehmomentes durchgeführt werden, die nicht durch früher durchgeführte lJeueinstellungen der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen bedingt sind,

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, da ß solche Änderungen des gemessenen Drehmomentes kompensiert werden, die durch früher durchgeführte Heueinstellungen der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen hervorgerufen Worden sind, und daß die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen in Übereinstimmung mit den kompensierten Drehmomentsmessungen gesteuert wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Drehmomentswert mit einem Sollwert verglichen wird, und daß die Kompensation des Drchmoment3wertes auf dem Unterschied zwischen dem gemessenen Drehmoment und dem Sollwert in Übereinstimmung mit bereits durchgeführten Steuereingriffen beruht.

   909842/095 3

   BAD ORlGfNAL

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch r, c k <■ η η zeichnet, daß das gemessene Drehmoments η ir.nal durch einen Filter hindurchncführt wird, daß dan gefilterte I'rohmomentssignal mit einem Sollwert verglichen \tfirc!, dar» sur r.vzcugung eines Steucrsignales der Unterschied zwischen dem gefilterten Drehmomentssignal und dem Sollwert einem Istvrortsignal hirr/.uaddiert wird, daß die Steuersignale periodisch in einer Tabellegespeichert v/erden, daß das Istv/ertsifnal periodisch auf der Basis eines Steuersignals errechnet wird, das -su einem vovt?_p£,ebenen früheren Zeitpunkt in die Tabelle eingespeichert worden ist, und daß die Wärmezufuhr zum Drehrohrofen in ühereinst Lir.nunr mit Änderungen des Steuersignales gesteuert wird.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur periodischen Berechnung des Istwertsignales ein Steuersignal verwendet wird, das zu einer Zeit eingespeichert wurde, deren Dauer etwa gleich der Versör.erunr zwischen einer Neueinstellung der Wärmezufuhr zum Drehrohrofen und der Auswirkung dieser Neueinstellung auf die Verhältniace in der Brennzone ist, die durch eine Änderung im gemessenen Drehmomentswert nachgewiesen wird.

   909842/0953

   BAD ORIGINAL