DE19807709C1 - Verfahren zur Regelung der Zufuhr von Abfall in die Pyrolysekammer einer Anlage zur thermischen Abfallentsorgung sowie Anlage zur thermischen Abfallentsorgung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Zufuhr von Abfall in die Pyrolysekammer einer Anlage zur thermischen Abfallentsorgung sowie eine Anlage zur thermi­ schen Abfallentsorgung.

Auf dem Gebiet der thermischen Abfallbehandlung sind neben den konventionellen Müllverbrennungsanlagen auch Pyrolyse-An­ lagen und insbesondere die sogenannte Schwel-Brenn-Anlage be­ kannt. Letztere ist in der EP-A-0 302 310 B1 und in der Fir­ menschrift "Die Schwel-Brenn-Anlage, eine Verfahrensbeschrei­ bung", Siemens AG, Berlin und München, 1996, Bestell-Nr. A96001-U413-A248-V5, erläutert. Es wird darin ein zweistufi­ ges Verfahren beschrieben. Dabei wird der Abfall in der er­ sten Stufe in eine Schwel- oder Pyrolysekammer eingebracht und verschwelt (pyrolisiert), d. h. in sauerstoffarmer Atmo­ sphäre einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 300°C und 600°C unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung entstehen in der Schwelkammer Schwelgas (Pyrolysegas) und Pyrolyserest­ stoff. Der Pyrolysereststoff besteht aus einem brennbaren und einem nicht-brennbaren Anteil. Die Wertstoffe des nicht­ brennbaren Anteils, wie Nichteisen- oder Eisenmetalle, werden aussortiert und einer weiteren Behandlung zugeführt. In der zweiten Stufe wird der brennbare Pyrolysereststoff zusammen mit dem Schwelgas in einer Hochtemperatur-Brennkammer bei Temperaturen von ca. 1200°C verbrannt. Die dabei entstehen­ den Abgase werden anschließend gereinigt und dann entlassen.

Die konventionelle Regelungstechnik für den Betrieb einer An­ lage erfordert prinzipiell ein exaktes mathematisches Modell. Mit einem solchen Modell werden die Zusammenhänge der unter­ schiedlichen Einflußgrößen beschrieben, die zur Regelung her­ angezogen werden. Für den Prozeß der thermischen Abfallver­ wertung läßt sich jedoch ein solches mathematisches Modell mit ausreichender Genauigkeit nicht erstellen. Es sind insbe­ sondere folgende Gegebenheiten, die die Erstellung eines prä­ zisen mathematischen Modells verhindern:

• a) Der angelieferte Abfall ist heterogen bezüglich seiner chemischen Zusammensetzung, bezüglich seiner Konsistenz und bezüglich der Größe der Abfallteile;
• b) die Zusammensetzung des Abfalls variiert zeitlich, unter Umständen sprunghaft;
• c) die Zusammensetzung des Abfalls kann online meßtechnisch nicht erfaßt werden.

Ein Regelungs- oder Automatisierungskonzept, beispielsweise für die Zufuhr oder Aufgabe des Abfalls bei der thermischen Abfallbehandlung, ist daher auf der Grundlage konventioneller Regelungstechnik nur schwer realisierbar.

Gegenüber der konventionellen Regelung ermöglicht ein Rege­ lungskonzept, das die an sich bekannte Fuzzy-Logik inte­ griert, selbst bei einer stark schwankenden Qualität des Ab­ falls die automatische Regelung eines Prozesses bei der ther­ mischen Abfallbehandlung. Die Fuzzy-Logik zeichnet sich da­ durch aus, daß mit ihr beispielsweise linguistische Regeln aus dem Erfahrungsschatz des Betriebspersonals wirkungsvoll bei der automatischen Prozeßführung eingesetzt werden. Bei der Fuzzy-Logik werden menschliche Entscheidungsmuster nach­ vollzogen und zu einer effizienten Prozeßsteuerung genutzt.

Dazu bildet die Fuzzy-Logik aus wichtigen Prozeßmeßgrößen oder Eingangsgrößen in einem ersten Schritt, der Fuzzifizie­ rung, sogenannte linguistische Variablen. Ein einfaches Bei­ spiel für eine linguistische Variable ist die Aussage: Die Meßgröße ist klein, mittel oder groß. Aus den fuzzifizierten Eingangsgrößen werden in einem zweiten Schritt mit Hilfe von sogenannten Fuzzy-Regeln linguistische Werte für die Aus­ gangsgrößen gebildet. Die Zusammenhänge zwischen den Ein­ gangsgrößen (Prozeßmeßgrößen) und den Ausgangsgrößen werden bei der Fuzzy-Logik in der Regel in Form von linguistischen Wenn-Dann-Beziehungen ausgedrückt. Im letzten Schritt, der Defuzzifizierung, wird aus den verbalen Aussagen ein für die Prozeßführung nutzbarer analoger Steuerwert ermittelt.

Bei Müllverbrennungsanlagen ist der Einsatz der Fuzzy-Logik bekannt, beispielsweise aus dem Aufsatz "Regelung einer Müll­ verbrennungsanlage mit Fuzzy-Logik" von Konstantin von Al­ trock et al. in dem Buch "Fuzzy-Logik" von Prof. Dr. Dr. Hans- Jürgen Zimmermann und Dipl. Ing. Konstantin von Altrock M. O. R, Bd. 2, R. Oldenbourg Verlag, München/Wien, 1994, Seiten 189 bis 201, sowie aus der Siemens-Broschüre "Einsatz eines Fuzzy-Reglers in einer Müllverbrennungsanlage", Best.Nr. A96001-U71-A343, Deutschland, 1995. Aus der Siemens-Broschüre kann entnommen werden, daß für die Fuzzy-Regelung beispiels­ weise der O2-Gehalt im Feuerraum oder die Müllaufgabe heran­ zuziehen ist.

Aus der US-PS 5,471,937 ist es weiterhin bekannt, bei einem Pyrolyseprozeß zur Behandlung von Abfall die Fuzzy-Logik ein­ zusetzen. Als Beispiel wird angegeben, die Fuzzy-Logik zur Kontrolle eines Pyrolysereaktors einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf dem Gebiet der Pyrolysetechnik ein Verfahren sowie eine Anlage zur thermi­ schen Abfallentsorgung anzugeben, bei denen die Regelung des thermischen Abfallbehandlungsprozesses auf dem Einsatz der Fuzzy-Logik basiert.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Zufuhr von Abfall in die Py­ rolysekammer einer Anlage zur thermischen Abfallentsorgung, bei dem

• a) der Abfall der Pyrolysekammer über eine motorisch ange­ triebene Förderschnecke zugeführt wird und
• b) die Drehzahl der Förderschnecke auf einen vorgegebenen Sollwert mit Hilfe eines Fuzzy-Systems geregelt wird, wo­ bei ein Temperaturwert des in der Pyrolysekammer erzeugten Pyrolysegases als Eingangsgröße für das Fuzzy-System her­ angezogen wird.

Die für den Pyrolyseprozeß wichtigste Regelgröße ist die Tem­ peratur des Pyrolysegases, die einen bestimmten Wert, nämlich etwa 450°C, nicht unterschreiten darf. Ausgehend von dieser Regelgröße wird die zuzuführende Abfallmenge mit Hilfe des Fuzzy-Systems geregelt. Damit werden insbesondere die Vor­ teile einer ausreichenden Pyrolyse des eingebrachten Abfalls sowie eines geringen Energieverbrauchs und eines automati­ schen Anlagenbetriebs erreicht. Die Regelung der Zufuhr des Abfalls erlaubt insbesondere einen gleichmäßigen Verlauf des gesamten Prozesses der Abfallbehandlung, was zu einer gleich­ bleibend hohen Effizienz des Verfahrens sowohl im Hinblick auf ökonomische als auch auf ökologische Gesichtspunkte führt.

Um den Pyrolyseprozeß zeitlich variierenden Müllmengen anpas­ sen zu können, ist insbesondere vorgesehen, daß der Sollwert einem Vorgabewert für die pro Zeiteinheit zuzuführende Ab­ fallmenge entspricht, wobei der Vorgabewert einstellbar ist.

Vorteilhafterweise ermittelt das Fuzzy-System eine Änderung für den Sollwert, wobei die Änderung dem Sollwert zur Ermitt­ lung des Werts der Drehzahl der Förderschnecke aufgeschlagen, d. h. addiert oder subtrahiert, wird. Das Fuzzy-System be­ stimmt somit die Variierung einer sogenannten Grunddrehzahl, die dem Sollwert entspricht und die aus der zu verschwelenden Menge des Abfalls ermittelt wird.

Als Temperaturwert wird beispielsweise die Temperatur des Py­ rolysegases oder werden von ihr abgeleitete Temperaturwerte, wie beispielsweise die zeitliche Änderung dieser Temperatur, herangezogen. Die Temperatur des Pyrolysegases kann dabei di­ rekt, beispielsweise durch einen Temperatursensor am Ausgang der Pyrolysekammer, gemessen werden. Sie kann aber auch indi­ rekt, beispielsweise anhand der Temperatur der Wand der Pyro­ lysekammer, ermittelt werden. Bei der zweitgenannten Möglich­ keit wird vorteilhafterweise die Temperaturverteilung entlang der Pyrolysekammer herangezogen.

Bevorzugt wird ein Arbeitspunkt für die Temperatur des Pyro­ lysegases festgelegt. Dann wird eine Abweichung der gemesse­ nen Temperatur des Pyrolysegases von diesem Arbeitspunkt-Tem­ peraturwert als Eingangsgröße für das Fuzzy-System herangezo­ gen.

Der Vorteil hierbei liegt darin, daß nur die Schwankungen um den Arbeitspunkt-Temperaturwert betrachtet werden. Es werden demnach relative Werte herangezogen; die Ermittlung der abso­ luten Größen ist nicht zwingend erforderlich. Dies führt zu einer meßtechnisch einfachen Ausgestaltung.

In zweckdienlicher Weise kann die zeitliche Änderung der Tem­ peratur des Pyrolysegases als Eingangsgröße für das Fuzzy-Sy­ stem herangezogen werden. Denn hiermit werden bereits früh­ zeitig Änderungen im Prozeß erkennbar, die eine ebenfalls frühzeitige geeignete Regelung ermöglichen. Insbesondere wird dadurch ein gleichmäßiger Betrieb der Anlage mit möglichst geringen Schwankungen im Gesamtprozeß möglich.

Um eine gute Regelung des Gesamtprozesses zu ermöglichen, wird als Eingangsgröße für das Fuzzy-System

• - die Temperatur eines Heizgases, mit dem die Pyrolysekammer beheizt wird, oder
• - die Temperatur eines in einem Dampferzeuger der Anlage er­ zeugten Frischdampfs oder
• - die Drehzahl eines Ventilators für ein Heizgas, mit dem die Pyrolysekammer beheizt wird, oder
• - das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Förderschnecke und der Drehzahl der Pyrolysekammer oder
• - der Verschwel- oder Pyrolysegrad des aus der Pyrolysekammer ausgetragenen Pyrolysereststoffs oder
• - eine Kombination aus diesen Größen herangezogen.

Besonders vorteilhaft ist es, das Fuzzy-System in mehrere Fuzzy-Teilsysteme aufzuteilen, wobei jedes Teilsystem ein ei­ genes Ausgangssignal ausgibt. Die Ausgangssignale der Teilsy­ steme werden miteinander verknüpft, insbesondere gewichtet und addiert, und aus den verknüpften Ausgangssignalen der Teilsysteme wird das Steuersignal für die Drehzahl der För­ derschnecke ermittelt. Durch die Aufteilung in verschiedene Teilsysteme mit unterschiedlicher Gewichtung kann die Bedeu­ tung der unterschiedlichen Eingangsgrößen für den Pyrolyse­ prozeß besonders gut berücksichtigt werden.

Mit einer hohen Gewichtung werden bevorzugt die Eingangsgrö­ ßen Temperatur des Pyrolysegases, Temperatur des Heizgases sowie Temperatur des Frischdampfs versehen. Eine geringere Bedeutung haben die Eingangsgrößen Drehzahl des Ventilators, das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Förderschnecke und der Drehzahl der Pyrolysekammer sowie der Pyrolysegrad.

Vorteilhafterweise wird die für die Pyrolyse in die Pyrolyse­ kammer einzubringende Wärmemenge mit Hilfe der Fuzzy-Logik geregelt, so daß der Pyrolyseprozeß auch hinsichtlich der einzubringenden Wärmemenge an die Eigenschaften des angelie­ ferten Abfalls angepaßt werden kann.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage zur thermischen Abfallentsorgung

• a) mit einer Pyrolysekammer zur Pyrolyse von Abfall,
• b) mit einer von einem Motor antreibbaren Förderschnecke zur Aufgabe des Abfalls in die Pyrolysekammer,
• c) mit einem Temperaturmesser zur Ermittlung eines Tempera­ turwertes des in der Pyrolysekammer entstehenden Pyrolyse­ gases und
• d) mit einer Regeleinrichtung mit einem Fuzzy-System zur Re­ gelung der Drehzahl der Förderschnecke, wobei der Eingang der Regeleinrichtung mit dem Temperaturmesser verbunden ist, und wobei der Ausgang der Regeleinrichtung zur Rege­ lung der Drehzahl mit dem Motor der Förderschnecke verbun­ den ist.

Mit der Anlage ist in vorteilhafter Weise die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Regelung der Zufuhr von Abfall in eine Pyrolysekammer ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh­ rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Anlage zur thermischen Abfallentsorgung in einer schematischen Darstellung und

Fig. 2 das Prinzip eines Fuzzy-Systems zur Regelung der Drehzahl der Förderschnecke für den aufgegebenen Abfall.

Aus Fig. 1 ist eine Förderschnecke 2 ersichtlich, die an eine Pyrolysekammer 4 angeschlossen ist. In einem Ein­ gangstrichter angelieferter Abfall A wird über die Förder­ schnecke 2 der Pyrolysekammer 4 zugeführt. Die Förder­ schnecke 2 ist insbesondere als Stopfschnecke ausgebildet, die den Abfall A zu der Pyrolysekammer 4 hin verdichtet, so daß am Eingang zur Pyrolysekammer 4 ein gasdichter Abfall­ pfropfen gebildet ist. Die Förderschnecke 2 wird über einen steuerbaren Antrieb 3 oder Elektromotor angetrieben. Die Py­ rolysekammer 4 ist insbesondere eine leicht geneigte und sich um ihre Längsachse 5 drehende Pyrolysetrommel. Im Inneren der Pyrolysekammer 4 sind Heizrohre 6 zur Erwärmung des Abfalls A angeordnet. Die Heizrohre 6 (von denen nur eines schematisch veranschaulicht ist) werden mit einem Heizgas H gespeist, das in einem Kreislauf mit Hilfe eines Ventilators oder Geblä­ ses 8 geführt wird. Das Heizgas H wird über einen Wärmetau­ scher 10 erhitzt.

In der Pyrolysekammer 4 wird der Abfall A pyrolisiert (verschwelt), d. h. unter Sauerstoffausschluß bei Temperaturen zwischen 450°C und 500°C thermisch behandelt. Bei der Pyro­ lyse entstehen Pyrolysegas G und Pyrolysereststoff R. Diese beiden Pyrolyseprodukte G, R werden mit Hilfe einer Austrags­ vorrichtung 12 aus der Pyrolysekammer 4 ausgetragen. Aus der Austragsvorrichtung 12 wird der Pyrolysereststoff R, bei­ spielsweise zur weiteren Verwertung, abgetrennt. Das Pyroly­ segas G wird zu einer Brennkammer 14 geleitet, in der es bei etwa 1200°C verbrannt wird. Das bei der Verbrennung entste­ hende Rauchgas RG wird zu einem Dampferzeuger 16 weitergelei­ tet, wo es seine Wärme größtenteils abgibt. Dabei wird aus Wasser W Frischdampf F erzeugt. Der Frischdampf F wird bei­ spielsweise zur Energieerzeugung einer nicht näher darge­ stellten Turbine mit angeschlossenem Generator zugeführt. Das Rauchgas RG wird nach dem Dampferzeuger 16 einer ebenfalls nicht näher dargestellten Rauchgasreinigungseinrichtung zuge­ führt, bevor es die Anlage verläßt.

In Fig. 1 ist weiter eine Regeleinrichtung 18 zu erkennen. In dieser werden mehrere Eingangsgrößen verarbeitet und ver­ schiedene Ausgangsgrößen ermittelt. Die Regeleinrichtung 18 ist mit einem Vorgabewert M für die zuzuführende Menge des Abfalls A beaufschlagt. Der Vorgabewert M wird beispielsweise durch das Bedienpersonal manuell eingestellt. Basierend auf dem Vorgabewert M ermittelt ein Rechenglied 17 der Regelein­ richtung 18 einen Sollwert Ns für die Drehzahl der Förder­ schnecke 2. Die dem Sollwert Ns zugeordnete Drehzahl wird auch als Grunddrehzahl bezeichnet. Die Regeleinrichtung 18 umfaßt ein Fuzzy-System 19, welches aus dem Sollwert Ns und weiteren Eingangsgrößen ein Steuersignal S ermittelt, das an den Antrieb 3 übermittelt wird.

Dem Fuzzy-System 19 wird von einem oder mehreren Temperatur­ messern 20 die Temperatur Ts des Pyrolysegases G zugeführt. Ein solcher Temperaturmesser 20 ist beispielsweise - wie dar­ gestellt - nach der Austragsvorrichtung 12 an der Pyrolyse­ gasleitung angeordnet; er mißt die Temperatur Ts des Pyroly­ segases G dort direkt. Die Temperatur Ts kann aber auch - wie ebenfalls dargestellt - indirekt durch mehrere Temperaturmes­ ser 20 ermittelt werden, die in Längsrichtung der Pyrolyse­ kammer 4 an deren Trommelwand angeordnet sind. Die Anordnung mehrerer Temperaturmesser 20 an der Pyrolysekammer 4 ermög­ licht die Erstellung eines Temperaturprofils als Abbild des in der Pyrolysekammer 4 bestehenden Temperaturverlaufs in Förderrichtung des Abfalls A. Die an die Regeleinrichtung 18 übermittelte Temperatur Ts kann daher auch ein Temperaturver­ lauf oder ein Temperaturprofil sein.

Von einem Temperaturmeßglied 22, das am frischdampfseitigen Ausgang des Dampferzeugers 16 angeordnet ist, wird dem Fuzzy- System 19 der Regeleinrichtung 18 die Temperatur Tf des Frischdampfs F übermittelt. Die Temperatur Th des Heizgases H wird vor dem Eintritt in die Pyrolysekammer 4 und nach dem Austritt aus ihr mit Hilfe von weiteren Temperaturmessern 24A bzw. 24B ermittelt. Aus diesen beiden Temperaturen wird mit Hilfe eines Differenzbildners 25 die Differenztemperatur ΔTh gebildet und als weitere Eingangsgröße für die Regeleinrich­ tung 18 herangezogen.

Weiterhin werden dem Fuzzy-System 19 der Regeleinrichtung 18 folgende Eingangsgrößen übermittelt: die von einem ersten Drehzahlmesser 26 gemessene Drehzahl Nh des Ventilators 8, die von einem zweiten Drehzahlmesser 28 ermittelte Dreh­ zahl Nk der Pyrolysekammer 4 sowie die von einem dritten Drehzahlmesser 30 ermittelte Drehzahl Nz der Förder­ schnecke 2. Weiterhin wird von einer Einrichtung 31 zur Be­ stimmung des Pyrolysegrads P dieser Wert P dem Fuzzy-Sy­ stem 19 der Regeleinrichtung 18 übermittelt. Der Pyrolyse­ grad P gibt dabei das Verhältnis von pyrolisiertem zu nicht­ pyrolisiertem Reststoff R an. Der Pyrolysegrad P wird bei­ spielsweise mit Hilfe eines Spektrometers beim Austragen des Reststoffs R aus der Pyrolysekammer 4 bestimmt.

Die Regeleinrichtung 18 umfaßt weiterhin ein Vergleichs­ glied 32, das mit einem einstellbaren Temperaturwert Ta für einen Arbeitspunkt sowie mit der gemessenen Temperatur Ts des Pyrolysegases G beaufschlagt wird. Der genannte Arbeitspunkt gibt die Temperatur Ta des Pyrolysegases G an, von der nur bestimmte enge Abweichungen erlaubt sind. Das Vergleichs­ glied 32 ermittelt die Differenz ΔTs zwischen dem Temperatur­ wert Ta für den Arbeitspunkt und der gemessenen Temperatur Ts und gibt ein entsprechendes Signal an das Fuzzy-System 19. Es ist ausreichend, wenn die Differenz ΔTs, also nur eine rela­ tive Abweichung, eingegeben wird. Die relative Abweichung ΔTs könnte auch direkt vom Temperaturmesser 20 ermittelt werden, was zu einer meßtechnischen Vereinfachung führt.

Die Regeleinrichtung 18 umfaßt ferner ein Zeitglied 33, das aus dem eingehenden Signal für die Temperatur Ts des Pyroly­ segases G dessen zeitliche Änderung dTs/dt ermittelt und an das Fuzzy-System 19 weiterleitet.

Die über das Heizgas H in die Pyrolysekammer 4 eingebrachte Wärmemenge kann zudem über ein beispielsweise weiteres Fuzzy- System 19' geregelt werden. Die Wärmezufuhr wird dabei in Ab­ hängigkeit des für den Pyrolyseprozeß notwendigen Wärmebe­ darfs geregelt. Einflußfaktoren auf den notwendigen Wärmebe­ darf sind unter anderem die zu verschwelende Menge des Ab­ falls A, die sich im Vorgabewert M widerspiegelt, und die Zu­ sammensetzung des Abfalls A. Darüber hinaus gelten für die Regelung der Wärmezufuhr vergleichbare Zusammenhänge wie für die Regelung der Drehzahl Nz der Förderschnecke 2. Beispiels­ weise wird mit einem solchen weiteren Fuzzy-System 19' die Temperatur Th des Heizgases H geregelt. Dies kann über eine Steuerung der im Wärmetauscher 10 auf das Heizgas H übertra­ genen Wärmemenge erfolgen. Die Wärmezufuhr kann alternativ oder zusätzlich auch über die Drehzahl Nh des Ventilators 8 geregelt werden. Gemäß der Fig. 1 wird dem weiteren Fuzzy- System 19' der Vorgabewert M, die Drehzahl Nh des Gebläses 8 sowie die Temperatur des Heizgases Th übermittelt. Basierend 5 auf diesen und eventuell weiteren Eingangsgrößen steuert das weitere Fuzzy-System 19' über ein Steuersignal 1 die Dreh­ zahl Nh des Gebläses 8. Alternativ oder zusätzlich wird über ein weiteres Steuersignal 1' beispielsweise ein nicht näher dargestelltes Ventil im Wärmetauscher 10 angesteuert, mit dem die auf das Heizgas H übertragene Wärme reguliert werden kann.

Einige regelungstechnischen Vorgänge werden im folgenden an­ hand der Fig. 2 erläutert.

Gemäß der Fig. 2 ist das Fuzzy-System 19 im wesentlichen in zwei Fuzzy-Teilsysteme, nämlich in das Teilsystem F1 und in das Teilsystem F2, aufgeteilt. Neben den beiden Teilsystemen umfaßt das Fuzzy-System 19 weiterhin das Rechenglied 17, ein erstes Rechenmodul 35 und ein zweites Rechenmodul 36. Das Re­ chenglied 17 wird mit dem Vorgabewert M für die pro Zeitein­ heit zu verschwelende Abfallmenge beaufschlagt. Aus diesem Vorgabewert M berechnet das Rechenglied den Soll-Wert Ns für die Grunddrehzahl der Förderschnecke 2. Die zu verschwelende Abfallmenge bestimmt demnach die Grunddrehzahl der Förder­ schnecke 2. Der Soll-Wert Ns wird an das zweite Rechenmo­ dul 36 und an ein Fuzzy-Teilsystem, insbesondere an das Fuzzy-Teilsystem F1, weitergeleitet.

Weitere Eingangsgrößen für das Teilsystem F1 sind: die Tempe­ ratur Ts des Pyrolysegases G, die zeitliche Änderung dTs/dt der Temperatur Ts, die Differenz ΔTs zwischen dem Ar­ beitspunkt-Temperaturwert Ta und der Temperatur Ts des Pyro­ lysegases G, die Differenz ΔTh der ermittelten Heizgastempe­ raturen Th, Th' vor und nach der Pyrolysekammer 4, die zeit­ liche Änderung dieser Differenz dΔTh/dt sowie die Tempera­ tur Tf des Frischdampfs. Die Eingangsgrößen für das Teilsy­ stem F2 sind die Drehzahl Nh des Gebläses 8, die zeitliche Änderung dieser Drehzahl dNh/dt sowie das Verhältnis Nz/Nk zwischen der Drehzahl Nz der Förderschnecke 2 und der Dreh­ zahl Nk der Pyrolysetrommel 4. Optional kann für beide Fuzzy- Teilsysteme der Pyrolysegrad P als Eingang benutzt werden.

Jedes Fuzzy-Teilsystem F1, F2 ermittelt - ausgehend von ihren Eingangsgrößen - ein Ausgangssignal S1 bzw. S2. Die beiden Ausgangssignale S1 und S2 werden mit Hilfe des Rechenmo­ duls 35 gewichtet, d. h. jeweils mit einem festen Faktor mul­ tipliziert und miteinander verknüpft. Insbesondere werden die gewichteten Ausgangssignale S1 und S2 addiert, und ergeben ein Änderungssignal S3. Das Änderungssignal S3 wird an das zweite Rechenmodul 36 weitergeleitet und bestimmt, in welchem Maß der Sollwert Ns für die Grunddrehzahl geändert wird. In dem zweiten Rechenmodul 36 wird das Änderungssignal S3 mit dem Sollwert Ns verarbeitet, insbesondere auf den Sollwert Ns aufgeschlagen, und das Steuersignal S ermittelt. Das Steuer­ signal S wird an den Antrieb 3 weitergeleitet. Das aus den Eingangsgrößen der Fuzzy-Teilsysteme ermittelte Änderungs­ signal S3 bestimmt damit die notwendigen Änderungen der Grunddrehzahl, um einen möglichst optimalen Anlagenbetrieb auch bei schwankender Abfallzuführung und -zusammensetzung zu erreichen.

Das Ausgangssignal S1 des Teilsystems F1 wird dabei stärker gewichtet als das Ausgangssignal S2 des Teilsystems F2. Bei den Eingangsgrößen für das Teilsystem F1 nehmen die Werte, die mit der Temperatur Ts des Pyrolysegases G korreliert sind, eine hervorgehobene Stellung ein. Damit wird der hohen Bedeutung der Temperatur Ts des Pyrolysegases G für den ge­ samten Pyrolyseprozeß Rechnung getragen. Der Vorteil der Auf­ teilung in mehrere Teilsysteme F1, F2 besteht darin, daß die Anzahl der nötigen Fuzzy-Regeln gegenüber einem einzigen ein­ heitlichen großen System verringert ist. Im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel ist das erste Teilsystem F1 für die Ermitt­ lung des Steuersignals S ausschlaggebend. Mit dem Teilsystem F2 wird das vom Teilsystem F1 ermittelte Ausgangssignal S1 im Hinblick auf die Erfordernisse des Pyrolyseprozesses verbes­ sert.

Im Fuzzy-System 19 werden im ersten Schritt die Eingangsgrö­ ßen fuzzifiziert, d. h. den analogen Werten der Eingangsgrößen werden unscharfe linguistische Aussagen zugeordnet (linguistische Variablen). Beispielsweise werden die einge­ henden Werte für die Temperatur Ts in die drei Zustände "klein", "mittel", "groß" eingeteilt. Mit Hilfe von sogenann­ ten Fuzzy-Regeln werden dann im zweiten Schritt verbale Aus­ sagen getroffen. Ein Beispiel für eine solche Fuzzy-Regel ist folgende Aussage:

Im letzen Schritt wird die ermittelte linguistische Ausgangs­ größe ("mittel") defuzzifiziert, d. h. aus der linguistischen Variable wird die analoge Steuergröße S abgeleitet.

Im folgenden werden einige weitere Beispiele für Fuzzy-Regeln definiert. Bei den linguistischen Variablen steht das Mi­ nus (-) für eine Verringerung oder Abweichung nach unten, und das Plus (+) steht für eine Erhöhung oder Abweichung nach oben.

Diese Regel greift für den Fall, daß die Temperatur Ts des Pyrolysegases G gering ist und zudem stark abnimmt. Anhand dieser Größen läßt sich erkennen, daß in die Pyrolysekammer 4 zuviel Abfall A eingebracht wird, der daher nicht mehr aus­ reichend pyrolisiert werden kann. Die Menge des zugeführten Abfalls A muß daher verringert werden. Einen ähnlichen Fall beschreibt folgende Fuzzy-Regel:

Hier wird anstatt der absoluten Temperatur Ts die relative Abweichung ΔTs der Temperatur Ts vom Arbeitspunkt-Temperatur­ wert Ta herangezogen. Der Vorteil der Verwendung von ΔTs be­ steht darin, daß die absolute Temperatur Ts des Pyrolysega­ ses G nicht ermittelt werden muß.

Falls die Temperatur Ts hoch ist und eventuell noch steigt, dann zeigt dies an, daß mehr Energie in die Pyrolysekammer 4 zugeführt wird als für die in der Pyrolysekammer 4 vorhandene Menge an Abfall A notwendig ist. Eine kleine Differenz ΔTh der ermittelten Temperaturen Th', Th des Heizgases H vor und nach der Pyrolysekammer 4 spricht dafür, daß der Abfall A ge­ genwärtig nur wenig Energie aufnimmt. Um eine effizienten Energieausbeute zu erreichen, kann in diesem Fall die Dreh­ zahl Nz erhöht werden. Die zugeordnete Fuzzy-Regel lautet:

Ähnliche Überlegungen liegen der folgenden Fuzzy-Regel zu­ grunde:

D. h. die an den Abfall A vom Heizgas H abgegebene Energie nimmt schnell zu. Obwohl die Temperatur Ts des Pyrolysega­ ses G noch auf einem ausreichend hohen Temperaturwert ist, empfiehlt es sich bereits jetzt, die Drehzahl Nz der Förder­ schnecke 2 zu verringern. In die Pyrolysekammer 4 wurde be­ reits Abfall A eingebracht, zu dessen Pyrolyse ein hoher Energieaufwand erforderlich ist. Beispielsweise weist der Ab­ fall A einen hohen Feuchtigkeitsgehalt auf.

Die Temperatur Tf des Frischdampfes F sollte einen möglichst zeitlich beständigen oder einheitlichen Wert aufweisen, um eine möglichst schonende Fahrweise für die mit dem Frisch­ dampf F gespeiste Turbine zu ermöglichen. Eine mögliche Fuzzy-Regel lautet hierzu:

Die Drehzahl Nz soll demnach erhöht werden, um mehr Abfall A zu pyrolisieren und damit mehr Pyrolysegas G zu erzeugen, wo­ durch der Brennkammer 14 mehr Brennstoff zugeführt wird und höhere Rauchgastemperaturen erreicht werden, die letztendlich zu einer Erhöhung der Temperatur Tf des Frischdampfs F füh­ ren.

Die folgende Fuzzy-Regel besagt, daß der Abfall A immer mehr Energie aufnimmt (ΔTh = + groß) und gleichzeitig die Dreh­ zahl Nh des Ventilators 8 kaum mehr erhöht werden kann. Es ist daher zu erkennen, daß in absehbarer Zeit der Ventila­ tor 8 nicht mehr genügend Heizgas H für die Pyrolysekammer 4 liefern kann, so daß dem Abfall A nicht mehr ausreichend Energie zugeführt werden kann. Die Drehzahl Nz der Förder­ schnecke 2 sollte daher vermindert werden.

In Abhängigkeit des Füllgrads der Pyrolysekammer 4, der sich anhand des Verhältnisses Nz/Nk feststellen läßt, läßt sich folgende Regel aufstellen:

Diese Regel besagt, daß bei einem hohen Füllgrad der Pyroly­ sekammer 4 und gleichzeitiger Abnahme der Temperatur Ts des Pyrolysegases G die Drehzahl Nz der Förderschnecke 2 vermin­ dert werden sollte.

Als weitere Größe kann beispielsweise der Pyrolysegrad P fol­ gendermaßen verwendet werden:

Die Drehzahl Nz kann demnach stark erhöht werden, wenn gegen­ wärtig ein hoher Pyrolysegrad P erreicht wird und die Tempe­ ratur Ts des Pyrolysegases G ausreichend hoch ist.

Die angegebenen Fuzzy-Regeln sind nur ein Teil der möglichen Fuzzy-Regeln zur Regelung der Zufuhr des Abfalls A und geben beispielhaft eine Einsicht in die wechselseitigen Beziehungen der einzelnen Einflußgrößen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Regelung der Zufuhr von Abfall (A) in die Pyrolysekammer (4) einer Anlage zur thermischen Abfallentsor­ gung, bei dem

• a) der Abfall (A) der Pyrolysekammer (4) über eine motorisch angetriebene Förderschnecke (2) zugeführt wird und
• b) die Drehzahl (Nz) der Förderschnecke (2) auf einen vorgegebenen Sollwert (Ns) mit Hilfe eines Fuzzy-Sy­ stems (19) geregelt wird,
  • 1. wobei ein Temperaturwert (Ts, dTs/dt, ΔTs) des in der Pyrolysekammer (4) erzeugten Pyrolysegases (G) als Eingangsgröße für das Fuzzy-System (19) herangezogen wird, und
  • 2. wobei das Fuzzy-System (19) ein Steuersignal (S) zur Einstellung der Drehzahl (Nz) der Förderschnecke (2) ausgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sollwert (Ns) für die Drehzahl (Nz) der Förderschnecke (2) einem Vorgabe­ wert (M) für die pro Zeiteinheit zuzuführende Abfallmenge entspricht, und dieser Vorgabewert (M) einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Fuzzy-Sy­ stem (19) eine Änderung für den Sollwert (NS) ermittelt, die diesem zur Ermittlung des Werts für die Drehzahl (NZ) der Förderschnecke (2) aufgeschlagen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine Abwei­ chung (ΔTs) der Temperatur (Ts) des Pyrolysegases (G) von ei­ nem festlegbaren Arbeitspunkt-Temperaturwert (Ta) als Ein­ gangsgröße für das Fuzzy-System (19) herangezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zeitliche Änderung (dTs/dt) der Temperatur (Ts) des Pyrolyse­ gases (G) als Eingangsgröße für das Fuzzy-System (19) heran­ gezogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als weitere Eingangsgröße für das Fuzzy-System (19) mindestens eine der folgenden Größen herangezogen wird:

• 1. Temperatur (Th) eines Heizgases (H), mit dem die Pyrolyse­ kammer (4) beheizt wird,
• 2. Temperatur (Tf) eines in einem Dampferzeuger (16) der An­ lage erzeugten Frischdampfs (F),
• 3. Drehzahl (Nh) eines Gebläses (8) für ein Heizgas (H), mit dem die Pyrolysekammer (4) beheizt wird,
• 4. Verhältnis zwischen der Drehzahl (Nz) der Förder­ schnecke (2) und der Drehzahl (Nk) der Pyrolysekammer (4) und
• 5. Pyrolysegrad (P) des aus der Pyrolysekammer (4) ausgetrage­ nen Pyrolysereststoffs (R).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Fuzzy-System (19) in mehrere Fuzzy-Teilsysteme (F1, F2) auf­ geteilt ist, von denen jedes Teilsystem (F1, F2) ein eigenes Ausgangssignal (S1, S2) ausgibt, bei dem die Ausgangs­ signale (S1, S2) miteinander verknüpft, insbesondere gewich­ tet, werden, und bei dem das Steuersignal (S) zur Einstellung der Drehzahl (Nz) der Förderschnecke (2) aus den verknüpften Ausgangssignalen (S1, S2) der Teilsysteme (F1, F2) ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

• a) bei dem als Eingangsgrößen für ein erstes Teilsystem (F1) mindestens eine der Größen
  • 1. Temperatur (Ts) des Pyrolysegases (G),
  • 2. Temperatur (Th) eines Heizgases (H), mit dem die Pyrolyse­ kammer (4) beheizt wird,
  • 3. Temperatur (Tf) eines in einem Dampferzeuger (16) der An­ lage erzeugten Frischdampfs (F)
  herangezogen wird,
• b) bei dem als Eingangsgrößen für ein zweites Teilsystem (F2) mindestens eine der Größen
  • 1. Drehzahl (Nh) eines Ventilators (8) für ein Heizgas (H), mit dem die Pyrolysekammer (4) beheizt wird,
  • 2. Verhältnis zwischen der Drehzahl (Nz) der Förder­ schnecke (2) und der Drehzahl (Nk) der Pyrolysekammer (4) und
  • 3. Pyrolysegrad (P) des aus der Pyrolysekammer (4) ausgetrage­ nen Pyrolysereststoffs (R)
  herangezogen wird, und
• c) bei dem das Ausgangssignal (S1) des ersten Teilsy­ stems (F1) stärker gewichtet wird als das Ausgangssignal (S2) des zweiten Teilsystems (F2).

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die für die Pyrolyse in die Pyrolysekammer (4) einzubringende Wärmemenge mit Hilfe der Fuzzy-Logik geregelt wird.

10. Anlage zur thermischen Abfallentsorgung

• a) mit einer Pyrolysekammer (4) zur Pyrolyse von Abfall (A),
• b) mit einer von einem Motor (3) antreibbaren Förder­ schnecke (2) zur Aufgabe des Abfalls (A) in die Pyrolyse­ kammer (4),
• c) mit einem Temperaturmesser (20) zur Ermittlung eines Tem­ peraturwertes (Ts, dTs/dt, ΔTs) des in der Pyrolysekam­ mer (4) entstehenden Pyrolysegases (G) und
• d) mit einer Regeleinrichtung (18) mit einem Fuzzy-Sy­ stem (19) zur Regelung der Drehzahl (Nz) der Förder­ schnecke (2), wobei der Eingang der Regeleinrichtung (18) mit dem Temperaturmesser (20) verbunden ist, und wobei der Ausgang der Regeleinrichtung (18) zur Regelung der Dreh­ zahl (Nz) mit dem Motor (3) der Förderschnecke (2) verbun­ den ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, bei der die Regeleinrich­ tung (18) ein Vergleichsglied (32) umfaßt, das von einem ein­ stellbaren Arbeitspunkt-Temperaturwert (Ta) für die Tempera­ tur (Ts) des Pyrolysegases (G) sowie von der vom Temperatur­ messer (20) ermittelten Temperatur (Ts) des Pyrolysegases (G) beaufschlagbar ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Regelein­ richtung (18) ein Zeitglied (33) zur Ermittlung der zeitli­ chen Änderung (dTs/dt) der Temperatur (Ts) des Pyrolysegases (G) umfaßt.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der zumin­ dest eine der folgenden Einrichtungen vorgesehen ist, die mit dem Eingang der Regeleinrichtung (18) verbunden ist:

• 1. ein weiterer Temperaturmesser (24A, 24B) zur Ermittlung ei­ nes Temperaturwerts (Th, ΔTh, dΔTh/dt) eines Heizgases (H), mit dem die Pyrolysekammer (4) beheizbar ist,
• 2. ein Temperaturmeßglied (22) zur Ermittlung der Tempera­ tur (Tf) des in einem Dampferzeuger (16) der Anlage erzeug­ ten Frischdampfs (F),
• 3. ein Drehzahlmesser (26) für die Ermittlung der Dreh­ zahl (Nh) eines Gebläses (8) für ein Heizgas (H), mit dem die Pyrolysekammer (4) beheizbar ist,
• 4. eine Meßvorrichtung (28, 30) zur Ermittlung des Verhältnis­ ses zwischen der Drehzahl (Nz) der Förderschnecke (2) und der Drehzahl (Nk) der Pyrolysekammer (4),
• 5. eine Einrichtung (31) zur Ermittlung des Pyrolysegrads (P) des aus der Pyrolysekammer (4) ausgetragenen Pyrolyserest­ stoffs (R).