DE2507840B2

DE2507840B2 - Regelverfahren für die Zementherstellung im Drehrohrofen und Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE2507840B2
Application number: DE2507840A
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(Grad.) 5210 Troisdorf Herchenbach; Gernot Ing.(Grad.) 5000 Koeln Jaeger; Heinrich Dr.-Ing. 5106 Roetgen-Rott Lepers; Lutz Dr.-Ing. 6096 Raunheim Puetter; Heinrich Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Rake; Hubert Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Wildpaner
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-02-24
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2304115B1; DK74276A; DK147806B; CS120476A2; DE2507840C3; DE2507840A1; ES445293A1; FR2304115A1; BR7601121A; CH606955A5; US4077763A; GB1552776A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Brennprozesses bei einer aus Vorwärmer, Drehofen und Kühler bestehenden Zementbrennanlage sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Regelvorrichtung.

Bei der Steuerung von Schmelzprozessen, insbesondere bei der Hochofenprozeßsteuerung ist es bekannt, z. B. aus den »Journees Internationales de Siderurgie 1970«, mit Hilfe der Gesamtwärmeverbrauchsrechnung, wobei der Gesamtwärmeverbrauch als Kennwert des Prozesses ungesehen wird, den Schmelzvorgang zu steuern.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1433443 ist es weiterhin bekannt, zur selbsttätigen Regelung eines Stahleizeugungsverfahrens den Kennwert für die Sauerstoffverteilung fortlaufend zu ermitteln und mit Hilfe dieses Kennwertes den Prozeß selbsttätig zu regeln.

Die bekannten selbsttätigen Regejungen von thermischen Prozessen mit Hufe von Kennzahlen zeigen, daß thermische Prozesse, auch schnell ablaufende thermische Prozesse, mit Kennwertregelungen automatisierbar sind. Wie eine Kennwertregelung für einen Zementbrennprozeß auszubilden ist, ist aus den bekannten Kennwertregelungen jedoch nicht zu entnehmen. Dies insbesondere, da bei der Zementherstellung nicht nur ein Aggregat zu regeln ist, sondern Vorwärmer, Drehrohrofen und Kühler, die überdies aufeinander einwirken und sich gegenseitig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kennwert zur Regelung des Brennprozesses bei einer aus Vorwärmer, Drehofen und Kühler bestehenden Zementbrennanlage, die Art und Weise seiner Ermittlung und die Art und Weise der günstigsten Frozeßführung mit dem Ziel eines geringen Gesamtwärmeverbrauchs und einer verbesserten Erzeugnisqualität anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Regelung ein die Exergie beschreibender Kennwert aus fortlaufenden Einzelmessungen gebildet und als Regelgröße eingesetzt wird. Durch die Auswahl der Exergie als Prozeßkennwert wird vorteilhaft erreicht, daß eine Regelung zur Verfügung steht, die einen direkten Bezug auf den Gesamtwärmeverbrauch der Anlage und auf die Erzeugnisqualität erlaubt. Durch die Wahl des Exergiekennwertes wird berücksichtigt, daß der Sinterprozeß um so intensiver ist, je mehr Wärme dafür bereitgestellt wird und je höher das Temperaturniveau ist, auf dem die Wärme bereitgestellt wird. Durch die Wahl der Exergie als Kennwert für den Prozeß ist es also möglich, eine Optimierung der Qualität und des Gesamfwärmeverbrauchs des Brennprozesses durch einen Kennwert zu erreichen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Führung des Brennprozesses durch Änderungen des Sollwertes des Exergiekennwertes erfolgt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß mit Hilfe des Kennwerts eine Ist-Soll-Wert-Regelung des Brennprozesses durchgeführt werden kann und die Regelung des Brennprozesses nach normalen Regelprinzipien erfolgt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sollwertänderungen des Exergiekennwertes in Abhängigkeit von Änderungen in den Eigenschaften des gebrannten Zements vorgenommen werden. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß nicht nur der Gesamtwärmeverbrauch des Brennprozesses direkt durch den Exergieindex, d. h. durch die auf den Durchsatz bezogene technische Arbeitsfähigkeit der Verbrennungsgase beeinflußt wird, sondern daß auch die Eigenschaften des gebrannten Materials durch Sollwertänderungen der Exergie gesteuert werden können, so daß auch eine qualitätsmäßige Führung des Brennprozesses mit Hilfe der Exergie möglich ist.

Die Arbeitsweise der Regelung ist dabei derart, daß

die gemessenen Prozeßgrößen des Brennprozesses zunächst aufbereitet und einer Einrichtung zur Bildung des Exergiekennwertes eingegeben werden, die die Führung des Brennprozesses durch eine Beeinflussung des Kennwertes bewirkt. Hierdurch steht vorteilhafterweise eine Regelvorrichtung zur Verfügung, bei der der Kennwert, der die Prozeßzustandsgrößen beschreibt, als Istwert eines Reglers dient und so mit der bei Reglern üblichen Istwert-Sollwert-Regelung die Führung des Brennprozesses erlaubt. Dabei ist die Einrichtung zur Bildung des Kennwertes vorteilhaft als Prozeßrechner mit Programmsteuerung auszubilden, jedoch auch als Analog- oder auf sonstige Weise arbeitender Komparator, Summator, Divisor, Multiplikator etc. ausgebildet, möglich. Der Prozeßrechner kann wahlweise mit einem festen Steckkartensystem oder mit einer variablen Programmgestaltung versehen sein.

Um der Einrichtung zur Bildung eines Kennwerts und damit der Regeleinrichtung auf jeden Fall den Prozeßzustand richtig beschreibende Werte einzugeben und damit Fehler in der Prozeßführung zu vermeiden, werden die gemessenen Größen vorteilhaft vor ihrer Einspeisung in das System zur Kennwertermittlung oder zur Regelung einer Plausibilitätskontrolle unterzogen, bei der unglaubhafte Meßwerte ausgeschieden werden und durch vorhergehende oder durch interpolierte Meßwerte aus anderen äquivalenten Meßwerten, die einen ähnlichen Informationsgehalt haben, ersetzt werden. Dies kann wahlweise ebenfalls durch den Prozeßrechner oder durch klassische Regler, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenze die Weiterleitung der Meßwerte ausschalten, oder auf andere Werte zurückgreifen, geschehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß der Einrichtung zur Bildung des Exergiekennwertes Kenngrößen der verschiedenen Wärmemengen, des Prozeßtemperaturniveaus sowie des Materialstromes durch die Klinkerbildungszone eingegeben werden. Hierdurch werden vorteilhafterweise die wesentlichen, den Brennprozeß kennzeichnenden Teil-Wärmemengen sowie die, die Exergie kennzeichnenden Meßgrößen erfaßt und der Einrichtung zur Bildung des Kennwertes zur Verfügung gestellt. Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Art der Regelung ist es möglich, durch Änderungen des Sollwertes der Exergie direkt den freien Restkalkgehalt des Klinkers zu beeinflussen und insbesondere zu erreichen, daß bei entsprechend genauer Führung des Exergieindex eine ebenso genaue Führung des Freikalkgehaltes möglich ist und somit eine bisher nicht erreichbare gute Produktqualität mit genau definiertem Freikalkgehalt des Klinkers erreicht werden kann.

Es ist dabei in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, daß die Analysevorrichtung ein Anpassungssystem aufweist, in dem der gemessene Freikalkgehalt auf den zur Zeit der Messung in der Sinterzone erzeugten Freikalkgehalt umgerechnet wird. Hierdurch werden vorteilhaft die Totzeiten zwischen Klinkerbildung und Ermittlung des Freikalkgehaltes aus dem Klinker berücksichtigt. Darüber hinaus kann die Abweichung des freien Restkalkgehaltes mit der zum Zeitpunkt der Entstehung der Klinkerprobe vorhandenen Abweichung des Istwertes des Kennwertes von seinem Sollwert verknüpft werden. Wenn dann eine Beziehung zu dem Sollwert des Kennwertes hergestellt und die Beeinflussung in der Abweichung von Sollwert und Istwert entsprechend berücksichtigt wird, ergibt sich eine vollständige Berücksichtigung des Klinkerbildungszustandes mit dem regeltechnisch genauen Wert des Freikalkgehaltes während der KHn-" > kerbildung und seine Verknüpfung mit dem Energieindex.

Zur Regleung des Brennstoff- und Rohmehlstromes ist vorgesehen, daß die Stellgrößen für den Brennstoff- und Rohmehlstrom mit ihren Istwerten

ίο verglichen werden und die jeweilige Differenz über einen Regelalgorithmus auf den Wärmetauscherluftstrom einwirkt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß eine schnelle Anpassung des Luftstromes an den Brennstoffstrom erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ebenso die Abweichung der Luftüberschußzahl in der Einlauf kammer von ihrem Sollwert berücksichtigt.

Die Tendenz des Temperaturprofiles des Gesamtprozesses und/oder der Ofenantriebsleistung verändert vorteilhafterweise den Sollwert des Kennwertes. Bei einer negativen Tendenz des Temperaturprofils des Gesamtprozesses und/oder der Ofenantriebsleistung wird z. B. der Sollwert erhöht.

Für erhebliche Änderungen der Durchsatzmenge werden der Sollwert des Kennwertes und der Sollwert der Brennstoffstellgröße nach vorgegebenen Kurven auf gewählte Werte gebracht. Durch diese Maßnahme ist es vorteilhaft möglich, bei Störungen oder anderen besonderen Betriebszuständen mit Hilfe der Kenn-

3(i wertregelung einen neuen, den Störungen oder anderen besonderen Betriebszuständen entsprechenden Betriebspunkt anzufahren und dort weiterhin die Kennwertregelung mit ihren vorteilhaften Auswirkungen auf Gesamtwärmeverbrauch und Qualität an-

r> zuwenden.

Die gemessenen Prozeßgrößen werden ständig einer Einrichtung zur Prüfung ihrer Verwendbarkeit zur Exergieregelung zugeführt. Hierdurch wird ei.ie ständige Entscheidung, Normalregelung mit Kennwert oder Störregelung ermöglicht, die bei zu großen Abweichungen eine selbsttätige Einschaltung der Störregelung bewirken kann.

Bei zu großen Abweichungen der Prozeßgrößen wird vorteilhaft entweder eine Störregelungseinrichtung in Betrieb genommen, die den Prozeß durch von der Kennwertregelung unabhängige Eingriffe normalisiert oder auf Handbetrieb umschaltet. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, unnormalen Betriebszuständen, wie sie auch bei der Exergieregelung eintreten können, sei es durch äußere Einflüsse, sei es durch mechanische Beschädigungen von Teilen der am Prozeß beteiligten Einrichtungen, zu entsprechen und eine übergeordnete Regelung anzuwenden, die diesen speziellen Betriebszuständen gerecht wird und insbesondere bei zu großen Abweichungen der Sinterzonentemperatur unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Abweichungen und der Richtung der Abweichungen zum Beispiel die Ofendrehzahl und/oder den Rohmehlstrom ausgleichend zu steuern.

ω Die Einzelwärmemengen können durch die Abstrahlungsverluste, die Klinkerwärme, die Abgasverluste, die theoretische Klinkerbildungswärme und die aus dem Brennstoff gewonnene sowie die aus dem Kühler zurückgewonnene Wärmemenge bestimmt

b5 werden. Bei dieser Aufteilung werden vorteilhaft die Einzelwärmemengen bestimmt, die zur Prozeßführung nötig sind, ohne daß unbedeutende, den Gesamtprozeß nicht wesentlich beeinflussende Teilwär-

memengen, die die Führung des Prozesses unnötig belasten, berücksichtigt werden.

Die Abstrahlungsverluste werden vorteilhafterweise durch die Messung der Ofenwandungstemperaturen an verschiedenen Ofenzonen ermittelt und die Klinkerabwärme wird aus der Messung der Klinkertemperatur, dem Klinkerstrom und dem spezifischen Wärmeinhalt des Klinkers gebildet. Die Wärmemenge der Abgase wird durch die Temperatur des Abgases, die Abgasmenge und den spezifischen Wärmeinhalt des Abgases ermittelt, wobei die Abgasmenge durch in der Zementindustrie bekannter Weise aus dem Rohmaterialstrom und seiner Zusammensetzung, dem Brennstoffstrom und seiner Zusammensetzung, der Rauchgasanalyse und aus der mit dem Brennstoff zugeführten Luftmenge bestimmt wird. Dabei wird der jeweilige spezifische Wärmeinhalt durch die jeweilige Temperatur in Verbindung mit Wärmeinhaltskurven gebildet, wobei die Wärmeinhaltskurven wahlweise numerisch als Eingabewerte für den Prozeßrechner oder als tatsächliche Kurven in Regelvorrichtungen vorliegen können. Ebenso sind die Teileinrichtungen zur Bildung der Wärmemengen sowohl als Teile eines Prozeßrechners, die miteinander und mit der Einrichtung zur Bildung des Kennwertes verschaltet sind, vorstellbar oder als Einzelregler, die durch die Analoge oder sonstige Ausführung von Rechenoperationen mit vorgegebener Charakteristik die einzelnen Werte zur Bildung des Kennwertes bilden. Die Regleer können als komplette Regeleinrichtungen ausgebildet sein, aber auch aus Regelalgorithmen aufgebaut soin, die nur Teilaufgaben der Regeleinrichtung ausführen.

Die theoretische Klinkerbildungswärme wird aus der Rohmehlanalyse und dem Klinkerstrom ermittelt und die aus dem Brennstoff gewonnene Wärmemenge aus der Brennstoffanalyse und dem Brennstoffstrom. Die aus dem Kühler zurückgewonnene Wärmemenge wird aus der aus dem Kühler in den Ofen übertretenden Luftmenge, der Temperatur dieser Luftmenge sowie der spezifischen Wärme gebildet, wobei die Menge der übertretenden Luft aus dem Brennstoffstrom und seiner Zusammensetzung und aus der Abgasanalyse an der Materialeintrittsstelle des Ofens (Einlaufkammer) ermittelt wird. Das Temperaturniveau des Prozesses wird aus der Differenz der Klinkerbildungstemperatur und der Rauchgastemperatur bei der Verbrennung gebildet. Diese Differenz bestimmt die Ausnutzung des Temperaturniveaus der angebotenen Wärme; sie ist damit wesentlich für die Führung des Brennprozesses. Die Benutzung des Temperaturniveaus ist besonders vorteilhaft, da hieraus wesentlich die Ausnutzung des Brennprozesses resultiert. Bei zu hohen Temperaturen erhöhen sich die Wärmeverluste, bei zu niedrigen Temperaturen ist die Brennwirkung ungenügend.

Die Rauchgastemperatur wird aus dem Luftgehalt und der Enthalpie des Rauchgases mit Hilfe vorgegebener Kurven ermittelt. Dabei ist die Ermittlung mit Hilfe vorgegebener Kurven, wie bereits angeführt, durch eine Prozeßrechenanlage oder durch normale Regler möglich. Die Größe des Materialstromes wird durch die Rohmehlaufgabemenge, die Wanderungsgeschwindigkeit und Verteilung des Rohmehls und einen Verkhnkerungsfaktor gebildet. Dabei wird die Wanderungsgeschwindigkeit und die Verteilung des Rohmehls in Abhängigkeit von der Ofendrehzahl und der Gasgeschwindigkeit im Ofen mit Hilfe vorgegebener Näherungskurven ermittelt. Die ermittelte Größe des Materialstromes wird vorteilhaft durch Zustandsgrößen des Kühlers korrigiert.
Weiterhin wird vorteilhaft fortlaufend der Verklinkerungsfaktor aus dem Verhältnis der aufgegebenen Rohmehlmenge und der Klinkermenge gebildet.

Hierdurch steht ein weiterer Kontrollkennwert zur Verfügung.

Es ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Regeleinrichtung die Abweichung der Exergie von ihrem Sollwert in Stellsignale für den Brennstoff- und/oder Rohmehlstrom umwandelt. Hierdurch wird mit Hilfe des Kennwertes bei Sollwertabweichung je nach Bedarf die günstigere

ι⁵ Brennstoff- und/oder Rohmehlstromeinstellung ermöglicht. Die Regelung mit Hilfe des Brennstoffstromes hat dabei den Vorteil der Einfachheit und Schnelligkeit, gleichzeitig wird der Rohmehlstrom noch geregelt. Falls der Luftüberschuß bei der Verbrennung zu große abweichende Werte erreicht oder wegen Erreichen der maximalen Verbrennungsluftmenge eine weitere Steigerung der Brennstoffmenge nicht mehr vertretbar ist, tritt die Rohmehlsteuerung verstärkt ein, um eine stetige Exergiesteuerung mit ihrer günstigen Rückwirkung auf den Gesamtwärmeverbrauch auch in diesen Grenzfällen zu ermöglichen. Die Regelung des Brennstoffstromes geschieht dabei mit Hilfe einer Soll-lst-Wert-Regelung und vorteilhEifterweise wird der Brennstoffstromsollwert in Ab-

i» hängigkeit von der Luftüberschußzahl verändert.

Die obere Grenze der Stellsignale wird in einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise von einem Begrenzungsmechanismus bestimmt. Die obere Begrenzung wird dabei fortlaufend aus der Brenn-

i^r> Stoffstrommenge, aus der aus der Gasanalyse ermittelten Luftüberschußzahl und einer vorgegebenen Mindestluftüberschußzahl bestimmt. Die untere Begrenzung der Stellgröße wird alternativ ermittelt, und zwar:

1. Durch den Brennstoffstrom und den Mindestbrennstoffstrom sowie durch die Klinkeraustrittstemperatur und die Mindestklinkeraustrittstemperatur.

2. Durch den Brennstoffstrom und die Gastemperatur an der Materialeintrittsseite in den Ofen.

3. Durch die Vorentsäuerung im Wärmetauscher und den Brennstoffstrom.

Hierdurch wird vorteilhaft vermieden, daß Bereiche durch die Regelung erreicht werden, in denen

so die Prozeßführung nicht mehr sinnvoll oder zulässig ist. Die Vorentsäuerung wird dabei aus dem CO₂-Gehalt in der Einlauf kammer, der Luftüberschußzahl in der Einlaufkammer, dem aufgegebenen Rohmehlstrom, dem Brennstoffstrom und der Brennstoffana-

lyse bestimmt und steht so vorteilhaft fortlaufend aus den sowieso gemessenen Prozeßgrößen zur Verfügung. Es ist dabei vorgesehen, daß bei einem Ansprechen des Begrenzungsmechanismus für die Brennstoffstromstellgröße die Parameter des die Rohmehl-

Stellgröße liefernden Regelalgorithmus verändert werden. Hierdurch sind vorteilhafte Änderungen im Regelverhalten möglich, durch die eine günstige Prozeßführung auch bei begrenzter Brennstoff stromstellgröße gewährleistet ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Abweichung des freien Restkalkgehaltes des Klinkers von seinem vorgegebenen Sollwert durch einen Regelalgorithmus in den Sollwert

des Kennwertes verwandelt wird. Hierdurch wird vor- stelle 113, entnommen. Hinter dem Wärmetauscher teilhaft auch über längere Zeiträume der Bezug zwi- befinden sich die Meßstellen 118, wo die Abgastemschen der Qualität des Brennprozesses, d. h. der Qua- peratur ermittelt wird sowie die Meßstellen 114 und lität der gebrannten Produkte und der Führung des 115, wo der Sauerstoff und der CO₂-Gehalt der AbProzesses durch den Kennwert, hergestellt. ' gase ermittelt wird. Zusammen mit den Meßstellen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand 116 und 117 ergibt sich durch diese Meßstellen die

von Zeichnungen näher erläutert: fortlaufende Abgasanalyse. Als Stellglieder sind die

Fig. 1 zeigt das Schema eines Drehrohrofen-Rost- ölstromverstellung 74, die Rohmehlverstellung 79,

kühler-Zyklonwärmetauscher-Brennverfahrens für die Wärmetauschergebläsedrehzahlverstellung 82 so-

Zement und '" wie die Drehzahlverstellung 71 des Drehrohrofens

Fig. 2 die Verfahrens- und Schaltungsanordnung vorhanden.

der Einrichtung zur Ermittlung eines Kennwertes und An den Meßstellen befinden sich bekannte Meßinder Regeleinrichtung, ebenfalls schematisch. strumente, die nach allgemein bekannten Meßverfah-

In Fig. 1 ist in Gutbewegungsrichtung vor dem ren arbeiten, so Thermoelemente zur Gastemperatur-Drehrohrofen 70 der Wärmetauscher 78 angeordnet, ι ^r> messung, Pyrometer zu Strahlungsmessungen, dem das Gut durch die Kohmehidosieranlage 80 ein- Drucksonden für die Druckmessungen, Meßblenden gegeben wird, die durch den regelbaren Antrieb 79 bzw. Zähler für die Mengenmessungen und Tachodyangetrieben wird. Die dem eingeführten Brenngut namometer für Umdrehungszahlen sowie Analysegeentgegen durch den Zyklonwärmetauscher 78 hin- rate für die entsprechenden Analysen, die kontinuierdurchtretende Verbrennungsluft wird durch das War- -*> Hch oder diskontinuierlich arbeiten. Die Analysen metauschergebläse 81 mit dem regelbaren Antrieb 82, können auch von Hand durchgeführt werden,
das als Saugzuggebläse ausgebildet ist, durch den Aus Fig. 2 sind die Funktion des Verfahrens und Wärmetauscher hindurchgezogen. Zwischen Wärme- die Anordnung der einzelnen Elemente zur Durchtauscher 78 und Drehrohrofen 70 befindet sich die führung des Verfahrens ersichtlich. Die von den Meß-Einlaufkammer 77. Der Antrieb des Drehrohrofens -'^r> stellen 100 bis 125 gelieferten Meßgrößen, die Meß-70 erfolgt durch den regelbaren Motor 71. Am mate- größen fallen direkt an mit Ausnahme der Größen rialauslaufseitigen Ende des Drehrohrofens befindet 123 und 107, die vorgegebene Werte darstellen, wersich die Brennerlanze 72, die durch die Auslaufkam- den zuerst dem Teil der Regeleinrichtung zugeführt, mer 73 hindurch in den Drehrohrofen 70 hineinragt. der die Plausibilitätskontrolle dieser Meßwerte Der Brenner ist mit dem Brennstoffmengenregler 74 io durchführt. Hier wird zunächst die Plausibilität geversehen. Der Rostkühler 75 weist in seinem unteren prüft und wenn ein Wert entweder durch zu schnelle Teil den regelbar angetriebenen Rost 76 auf. Änderung oder durch Überschreiten von Grenzen der

Die Verteilung der für die Regelung wichtigen Einrichtung 2 als nicht plausibel erscheint, wird dieser

Meßstellen, darüber hinaus existieren noch weitere, Wert ausgeschieden. Die ausgeschiedenen Meßwerte

der Überwachung und Absicherung des Brennprozes- » werden durch vorhergehende Meßwerte ersetzt oder

ses dienende Meßorgane, ist wie folgt: falls keine vorhergehenden Meßwerte vorhanden sind

Auf der Lufteingangsseite des Klinkerkühlers, der oder diese ebenfalls unglaubwürdig sind, durch Meßdargestellte Rostkühler kann auch durch einen Satel- werte anderer Meßstellen, die einen ähnlichen Inlitenkühler oder einen sonstigen Kühler ersetzt wer- formationsgehalt haben. So wird etwa die O₂- und den, wird die Schubzahl des Kühlerrostes und der 40 CO₂-Messung in der Einlaufkammer 77 bei Ausfall Druck unter dem Rost durch die Meßgeräte 105 und der dort installierten diskontinuierlich arbeitenden 196 gemessen. Am Kühlerausgang werden der Klin- Analysevorrichtung (z. B. eine Naßentnahmesonde kerstrom an der Meßstelle 102 und der Freikalkgehalt mit nachgeschalteter automatischer Analysevorrichdes Klinkers an der Meßstelle 125 gemessen. Im Rosit- tung) durch die aus dem O₂- und dem CO₂-Anteil kühler befinden sich die Meßstellen 110 und 111 und 4> im Abgas hinter dem Wärmetauscher errechneten in der Auslaufkammer die Meßstelle 109, mit denen Werte von O₂ und CO₂ ersetzt,
der Mittelwert der Austrittstemperatur gemessen Die aus dem Schaltungsteil für die Plaiisibilitätswird. Die Meßstelle 108 dient der Brennstoffanalyse kontrolle entnommenen, zum Teil korrigierten Werte, und die Meßstelle 100 der Messung des Primärluft- werden über Zwischeneinrichtungen zur Bildung von stromes, der dem Brennstoff zur Verbrennung beige- >o weiteren Regelgrößen der Einrichtung 1 zur Bildung geben wird. Der Brennstoffstrom wird im Brenner an des Regelkennwertes zugeführt. Dieser liefert den Istder Meßstelle 112 gemessen. Die Meßstelle 119 dient wert des Prozeßzustandes für die nachgeschaltete Reder Messung der Klinkertemperatur am Ofenausgang. geleinrichtung.

An der Meßstelle 104 wird die Drehzahl des Drehrohr- Der Einrichtung 1 zur Bildung des Kennwertes

ofens gemessen und an der Meßstelle 120 die Ofen- 55 werden im einzelnen die Kenngrößen 3', 4', 5', 6', T,

manteltemperatur. Die Meßstelle 121 gibt die Posi- 8' der Einzelwärmemengen, die Kenngröße 9' des

tion der jeweils angemessenen Stelle auf dem Temperaturniveaus des Prozesses und die Kenngröße

Ofenmantel an. In der Einlaufkammer 77 befinden 11' des Materialstromes zugeführt

sich die Meßstellen 124, wobei die Meßstelle 124 die Die Größe der Abstrahlungsverluste 3' wird durch

Einlaufkammertemperatur mißt und die Meßstellen eo die Messung der Ofenwandungstemperatur an ver-

116 und 117 der diskontinuierlichen oder kontinuier- schiedenen Ofenzonen ermittelt, und zwar mit HiMe

liehen Abgasanalyse. Die nächste, für den Prozeß re- der Stellung des Ofehmantelpyrometers und der

levante Meßstelle befindet sich an der Aufgabestation Ofenmanteltemperatur in der Kenngrößeneinrich-

des Rohmehls, wo der Rohmehlstrom mit Hüte der tung 3. Die Einrichtung 4 zur Ermittlung der Kenn-

Bandwaage an der Meßstelle 103 gemessen wird. 101 65 größe der Klinkerabwänne ermittelt die Klinkerab-

bezeichnet eine Messung des CO₂-Gehaltes des Roh- wärme 4' aus der Messung der Klinkertemperatur,

mehls, dieser Wert wird aus der ebenfalls vor der Meßgröße 44', dem Klinkerstrom 11'und dem spezifi-

Bandwaage durchgeführten Rohmehlanalyse, Meß- sehen Wärmeinhalt der Klinker 12'. Die Wärme-

menge des Abgases 5' ergibt sich aus der Abgasmenge 13' und dem spezifischen Wärmeinhalt des Abgases 14'. Der spezifische Wärmeinhalt des Abgases 14' wird dabei mit Hilfe der Einrichtung 14 aus der Abgastemperatur 118 mit Hilfe vorgegebener Kurven ermittelt. Die Abgasmenge 13'wird in der Einrichtung zur Ermittlung der Abgasmenge 13, die z. B. nach dem bekannten VDZ-Verfahren (veröffentlicht im VDZ-Sonderdruck Nr. 7) arbeitet, aus der Rohmaterialmenge 15', aus der Rohmaterialzusammensetzung 16', aus der Größe des Brennstoffstromes 17' und seiner Zusammensetzung 18'. der Rauchgasanalyse 19' und der mit dem Brennstoff zugeführten Luftmenge (Primärluftmenge 20') bestimmt. In den Einrichtungen 12 und 14 werden dabei die Größe des jeweiligen spezifischen Wärmeinhalts 12' und 14' durch die jeweilige Temperatur (Abgas oder Klinkertemperatur) in Verbindung mit Wärmeinhaltskurven gebildet. Die Einrichtungen 12 und 14 enthalten dabei die Wärmeinhaltskurven wahlweise in digitaler Form, als Funktionen oder Kurven.

Der Wert der theoretischen Klinkerbildungswärme 6' wird in der Einrichtung 6 aus der Rohmehlanalyse und dem Klinkerstrom 11' ermittelt. Die aus dem Brennstoff gewonnene Wärmemenge 7' wird in der Einrichtung 7 aus der Brennstoffanalyse 18' und dem Brennstoffstrom 17' gebildet. Als letzte Wärmemenge, die für die Prozeßfühmng wesentlich ist, wird die aus dem Kühler zurückgewonnene Wärmemenge 8', aus der aus dem Kühler in den Ofen übertretenden Luftmenge 24', die in der Einrichtung 24 ermittelt wird, der Temperatur dieser Luftmenge 23', die einen Mittelwert der Temperaturen aus den Temperaturmeßstellen 109, 110 und 111 darstellt und aus der spezifischen Wärme 21', die in der Einrichtung 21 ermittelt wird, gebildet. Dabei wird die Menge der übertretenden Luft 24' in der Einrichtung 24 aus dem Brennstoffstrom 17' und seiner Zusammensetzung 18' und aus der Abgasanalyse 19' an der Materialeintrittsstelle gebildet.

Das Temperaturniveau 9' des Prozesses wird aus der Differenz der Klinkerbildungstemperatur 25' und der Rauchgastemperatur 10' gebildet, und zwar in der Einrichtung 9. Die Rauchgastemperatur 10' wird dabei aus dem Luftgehalt und der Enthalpie der Rauchgase mit Hilfe vorgegebener Kurven in der Einrichtung 10 ermittelt.

Die Größe des Materialstromes 11' wird durch die Rohmehlaufgabemenge 15', die Wanderungsgeschwindigkeit 26' und einen Verklinkerungsfaktor 27' gebildet. Zu diesem Zweck dient die Einrichtung 11, der weiterhin noch Zustandsgrößen 29' und 29" des Kühlers zur Korrektur eingegeben werden. Der Verklinkerungsfaktor 27' wird fortlaufend aus dem Verhältnis von aufgegebener Rohmehlmenge 15' und Klinkermenge 28' gebildet und der Einrichtung 11 aufgegeben. Die durch das Zusammenwirken der Regeleinrichtungen, zur Bildung von Kenngrößen usw. ermittelten Endgrößen 3' bis 9' werden der Einrichtung 1 zur Bildung des Kennwertes aufgegeben und dort zu dem Kennwert 1' verarbeitet.

Fig. 2 ist in dieser Hinsicht als vorteOhafte Anordnung dieser einzelnen Einriebtungen und Vorrichtungen zu sehen, die in der gezeigten Weise schaltungsmäßig miteinander verknüpft sind. Sie kann jedoch auch als Funktionsschema einer integrierten Regelanlage angesehen werden, in denen die einzelnen Einrichtungen Funktionsblöcke einer Prozeßrechenan-

lage darstellen, die in der gezeigten Weise miteinander verknüpft sind.

Die von der Einrichtung 1 zur Ermittlung des Kennwertes ermittelte Größe des Kennwertes 1' wirkt auf die Regeleinrichtung 31, die aus dem Istwert-Sollwert-Vergleich Stellsignale für den Brennstoffstrom 30' bildet. So wird der Brennstoffstrom 30' durch den Regelalgorithmus 31 vorrangig verstellt. Weiterhin wird die Brennstoffstellgröße 30' mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und über einen zweiten Regelalgorithmus 36 in eine Stellgröße für die Rohmehlmenge umgewandelt. Auf die Einrichtung zur Verstellung des Brennstoffstromsollwertes wirkt weiterhin die Luftiiberschußzahl 37', die in der Vorrichtung 37 aus den Einzelwerten der Brennstoffanalyse der Verbrennur'.gsluftmenge ermittelt wird. Die Stellsignale für die Größe des Brennstoff- und Rohmehlstromes werden von einem Begrenzungsmechanismus in den Einrichtungen 38 und 39 einer Kontrolle unterzogen, die ihre Größe begrenzt. Die Größe der Begrenzung 41' wird dabei fortlaufend aus der Brennstoffstrommenge 17', aus der Luftüberschußzahl 37' und einer Mindestluftüberschußzahl 40' neu bestimmt, wobei die Mindestluftüberschußzahl als Sollwert fest vorgegeben wird. Die untere Begrenzung der Brennstoffstromstellgröße 42' wird dabei gesondert ermittelt. Dies geschieht alternativ, und zwar:

1. in Abhängigkeit von der Vorentsäuerung 49', die aus dem CO₂-Gehalt in der Einlaufkammer 50', der Luftüberschußzahl 37', der ausgegebenen Rohmehlmenge 15', dem Brennstoffstrom 17' und der Brennstoff analyse 18' bestimmt wird.

2. in Abhängigkeit von der Einlaufkammertemperatur 46', dem Brennstoftstrom 17' und

3. dem Brennstoffstrom 17', dem Mindestbrennstoffstrom 43', der Klinkeraustrittstemperatur 44' und der Mindestaustrittstemperatur 45'.

Über eine Rückwirkung wird bei einem Ansprechen des Begrenzungsmechanismus 38 für die Brennstoffstromstellgröße 30' der Kennwert 51' der Einrichtung 51 gebildet und beeinflußt den Regelalgorithmus 36.

In dem Regelalgorithmus 31 wird der Sollwert des Kennwertes mit dem Istwert 1' verglichen, wobei der Sollwert des Kennwertes von der Einrichtung 54 gebildet wird. Dies geschieht aus der Abweichung des freien Restkalkgehaltes des Klinkers 53' von seinem vorgegebenen Sollwert 52'. Zusätzlich wird der Einrichtung 54 die Größe des Kennwertes eingegeben. Dabei dienen die Einrichtungen 60 und 61 dafür, daß für erhebliche Änderungen der Durchsatzmenge der Sollwert des Kennwertes und der Sollwert der Brennstoffstromstellgröße nach vorgegebenen Kurven auf gewählte Werte gebracht werden. Zusätzlich zur normalen Brennstoff- und Rohmehlstromregelung wird der Wärmetauscherluftstrom 33' geregelt, wobei Abweichungen der Luftüberschußzahl 37' von ihrem Sollwert 57' auf den Wärmetauscherstrom 33' über den Regelalgorithmus 34 einwirken.

Zur technischen Anwendbarkeit sind weitere Regelschritte vorgesehen, die im einzelnen aus der Verknüpfung der Regeleinrichtungen erkannt werden können. So wird z. B. bei einer negativen Tendenz des Temperaturprofils 58' und/oder der Ofenantriebsleistung 59' derSoIlwert des Kennwertes erhöht. . Weiterhin werden die gemessenen Prozeßgrößen einer Einrichtung zur Prüfung ihrer Verwendbarkeit zur Exergieregelung zugeführt. Bei zu großen Abwei-

chungen der Prozeßgrößen wird entweder eine Steuereinrichtung in Betrieb genommen, die den Prozeß durch von der Kennwertregelung unabhängige Eingriffe normalisiert raier es ist eine Umschaltung auf den Handbetrieb möglich, ohne daß dieses in dem Funktionsschema besonders gezeigt wird.

Weiterhin ist vorgesehen, daß bei zu großen Abweichungen der Sinterzonentemperatur die Steuereinrichtung entsprechend dem Temperaturgradienten und/oder dem Gradienten der Leistungsaufnahme auf die Rohmehlmenge und/oder zeitabhängig auf die Ofendrehzahl einwirkt, ohne daß dies in dem Funktionsschema gesondert gezeigt ist.

Die Einrichtungen zur Kenngrößen- bzw. Kennwertermittlung sind mit nicht gesondert gezeigten Zeitkorrekturvorrichtungen versehen, die die zeitlich richtige Zuordnung der einzelnen Größen zueinander bewirken, insbesondere bei der Kennwertermitt-

lung.

Ebenso wie bei der Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Kennwertes ist auch die Anordnung zur Regelung mit Hilfe dieses Kennwertes aus einzelnen Reglern und Regelalgorithmen realisierbar, die in der gezeigten Weise miteinander verknüpft sind. Es ist aber vorteilhaft ebenso möglich, die gezeigten Regeleinrichtungen als Funktionsblöcke einer integrierten Regeleinrichtung aufzufassen, die als Prozeßrechner,

ίο z. B. mit Steckkartensystem, ausgebildet ist, ohne daß dies am erfindungsgemäßen Regelverfahren und seiner Ausführung wesentliche und die Erfindung beeinträchtigende Teile ändert.

Die beschriebene Regelvorrichtung und das be-

schriebene Regelverfahren eignen sich insbesondere zum Brennen von Zement, jedoch ebenso zum Brennen von Kalk, Dolomit sowie anderen vorzugsweise in Drehrohrofen durchgeführten Brennprozessen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Brennprozeßses bei einer aus Vorwärmer, Drehofen und Kühler bestehenden Zementbrennanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung ein die Energie beschreibender Kennwert aus fortlaufenden Einzelmessungen gebildet und als Regelgröße eingesetzt wird. ι ο

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Brennprozesses durch Änderungen des Sollwertes des Exergiekennwertes erfolgt.

3. Regel verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- '⁵ durch gekennzeichnet, daß die Sollwertänderungen des Exergiekennwertes in Abhängigkeit von Änderungen in den Eigenschaften des gebrannten Zements vorgenommen werden.

4. Regelverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ?<· dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Prozeßgrößen des Brennprozesses aufbereitet und einer Einrichtung zur Bildung eines Exergiekennwertes eingegeben werden.

5. Regelverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der Prozeßgrößen einer Einrichtung zur Plausibilitätskontrolle zugeführt werden, wobei die ausgeschiedenen Meßwerte durch äquivalente Meßwerte, die einen ähnlichen Informationsgehalt haben, ersetzt so werden.

6. Regelverfahren nach Anspruch 1,2,3,4 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung zur Bildung des Exergiekennwertes Kenngrößen der Einzelwärmemengen, nämlich der Abstrah- r> lungsverluste, der Klinkerabwärme, der Wärmemenge des Abgases, der Klinkerbildungswänne, der aus dem Brennstoff gewonnenen Wärmemenge unter der an dem Kühler rückgewonnenen Wärmemenge, und des Temperaturniveaus des 4» Prozesses sowie der Größe des Materialstromes durch die Klinkerbildungszone eingegeben werden.

7. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturniveau, auf dem die Wärme dem Prozeß zur Verfügung gestellt wird, aus der Differenz der Klinkerbildungstemperatur und Rauchgastemperatur bei der Verbrennung gebildet wird, wobei die Rauchgastemperatur aus dem Luftgehalt und ~>o der Enthalpie der Rauchgase mit Hilfe vorgegebener Kurven ermittelt wird.

8. Regel verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Materialstromes durch die Rohmehlaufgabemenge, die Wanderungsgeschwindigkeit und Verteilung des Rohmehls und einen Verklinkerungsfaktor gebildet und bei Grenzzuständen durch Zustandsgrößen des Kühlers verbessert wird.

9. Regelverfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 bo oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung nach der Abweichung des Exergiekennwertes von seinem Sollwert den Brennstoffstrom und/oder Rohmehlstrom verstellt, wobei vorrangig der Brennstoffstrom verstellt wird. b5

10. Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die Wärmetauscherluftmenge in Abhängigkeit vom

Luftüberschuß bei der Verbrennung verstellt.

11. Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die ermittelte Brennstoffstellgröße mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und danach über einen anderen Regelalgorithmus die Stellgröße für die Rohmehlmenge bestimmt

12. Regelverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff Stromstellwert in Abhängigkeit von der aus der Gasanalyse ermittelten Luftüberschußzahl begrenzt wird.

13. Regelverfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Begrenzungsmechanismus die Größe der Stellsignale variabel, in Abhängigkeit vom Prozeßzustand, begrenzt wird.

14. Regelverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begrenzung der Brennstoffstromstellgröße in Abhängigkeit von der Vorentsäuerung im Wärmetauscher und von dem Brennstoffstrom verstellt wird, wobei die Vorentsäuerung aus dem CO₂-Gehalt in der Einlaufkammer, der Luftüberschußzahl in der Einlaufkammer, dem aufgegebenen Rohmehlstrom und der Rohmehlanalyse, dem Brennstoffstrom und der Brennstoff analyse bestimmt wird.

15. Regelverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ansprechen des Begrenzungsmechanismus für die Brennstoffstromstellgröße die Kennwerte des die Rohmehlstellgröße liefernden Regelalgorithmus verändert werden.

16. Regelverfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Sollwertes des freien Restkalkgehaltes unmittelbar auf den Sollwert des Kennwerts wirkt und daß Istwerte des freien Restkalkgehaltes mit den zum Zeitpunkt der Entsehung der Klinkerprobe jeweils geltenden Sollwerten für die Bildung der Regelabweichung verglichen werden.

17. Regelverfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerte für den Brennstoffstrom und dem Rohmehlstrom mit ihren jeweiligen Stellgrößen verglichen werden und die jeweilige Differenz über einen Regelalgorithmus auf die Wärmetauscherluftmenge einwirkt.

18. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer negativen Tendenz des Temperaturprofils des Gesamtprozesses und/oder der Ofenantriebsleistung der Soliwert des Kennwerts erhöht wird.

19. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Änderungen des Durchsatzmengensollwertes der Sollwert des Kennwertes und/oder der Sollwert der Brennstoffstromstellgröße nach vorgegebenen Kurven auf gewählte Werte gebracht werden.

20. Regelverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu großen Abweichungen der Prozeßgrößen automatisch auf eine Steuereinrichtung umgeschaltet wird, die den Prozeß durch von der Kennwertregelung unabhängige Eingriffe normalisiert, wobei bei zu großen Abweichungen der Sinterzonentemperatur die Steuereinrichtung entspre-

chend dem Temperaturgradienten und/oder dem Gradienten der Leistungsaufnahme auf die Rohmehlmenge und/oder zeitabhängig auf die Ofendrehzahl einwirkt.

21. Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (1) zur Ermittlung des den Prozeß beschreibenden Exergiekennwertes (I¹) aus den von den Prozeßgrößen-Meßvorrichtungen gemeinen Prozeßgrößen (100 bis 125) aufweist

22. Regelvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abgasanalyse hinter dem Wärmetauscher und eine kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur Abgasanalyse hinter dem Drehrohrofen vor dem Wärmetauscher sowie eine Einrichtung zur Aufbereitung dieser Abgasanalysewerte aufweist.

23. Regelvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Analysevorrichtungfür den Freikalkgehalt des gebrannten Klinkers aufweist,

24. Regelvorrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Begrenzungseinrichtung (38, 39) für die Größe der Stellsignale aufweist, die die Begrenzung fortlaufend aus ausgewählten Prozeßgrößen ermittelt.

25. Regelvorrichtung nach Anspruch 21,22,23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (49) zur Bestimmung der Vorentsäuerung im Wärmetauscher aufweist.

26. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regeleinrichtung aufweist, die für Änderungen des Durchsatzmengensollwertes den Sollwert des Kennwertes und/oder den Sollwert der Brennstoffstromstellgröße nach vorgegebenen Kurven verändert.

27. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Einrichtungen zur Ermittlung des Kennwerts, der Kenngrößen, Stellgrößen etc. Systeme zur zeitlich richtigen Zuordnung der gebildeten Größen und Werte aufweisen.

28. Regelvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Ermittlung des Kennwertes des Prozesses, der Kenngrößen sowie der Regeleinrichtungen und Regelvorrichtungen etc. in einem programmgesteuerten Prozeßrechner zusammengefaßt sind.