DE2507840C3

DE2507840C3 - Regelverfahren für die Zementherstellung im Drehrohrofen und Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE2507840C3
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: 1980-04-17
Also published as: CS120476A2; GB1552776A; FR2304115A1; ES445293A1; DK147806B; DE2507840B2; BR7601121A; FR2304115B1; DE2507840A1; CH606955A5; DK74276A; US4077763A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung Jes Brennprozesses bei einer mis Vorwärmer, Dreh- ;>fcn und Kühler bestehenden Zcmentbrcnnanlagc sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Regelvorrichtung.

Hei der Steuerung von Schmelzpm/esscn, insbesondere hei der Üochofenprozcßsteueriing ist es bekannt, z. B. aus den »Journees Internationales de Siilerurgie 1M7O<, mit Hilfe der Gcsamtwärmeverbrauchsn chminp wobei der Gcsamtwiirnieverbraiidi als Kennwert des Prozesses angesehen wird, den Schmelzvorgang zu steuern.

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

Die bekannten selbsttätigen Regelungen von thermischen Prozessen mit Hilfe 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 Ermittluiig und die Art und Weise der günstigsten Prozeßführung mit dem Ziel eines geringen Gesamtwärmeverbrauchs und einer verbesserten Erzeugnisqualität anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

3„ 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 Gesamtwärmeverbrauchs des Brennprozesses durch einen Kcnnwert 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 Kennwertseine Ist-Soll-Wert-Regelung des Brennprozesses durchgeführt werden kann und die Regelung des Brennp.-ozesses nach normalen Regelprn.zipien erfolgt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sollwertänderungen lies Exergiekennwertes in Abhängigkeit von Änderungen in den Eigenschaften des gebrannten Zements vorgenommen werden. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß nicht nur der Gesamtwärmeverbrauch des Brennpro-So zesses direkt durch den Exergieindex, d. h. durch tlie auf den Durchsatz bezogene technische Arbeitsfähigkeit der ^Λ erbrennungsgase beeinflußt wird, sondern daß auch die Eigenschaften des gebrannten Materials durch Sollwcrtänf'crungen der Exergie gesteuert wcr-

f>5 den können, so daß auch eine qualitätsmäßige Fiihrung 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 Verfugung, bei der der Kennwert, der die Prozeßzustandsgrößen beschreibt, als Istwert eines Reglers dient und so mit der bei Reglern üblichen Istwert-Sollwert-Kcgelungdie 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 ihre ι 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 vorteilhafter- : weise die wcNeniiiuiieii, ueri Bieimpio/.e5 kciiMiciciinenden Teil-Wärmemengen sowie die. die Exergie kennzeichnenden Meßgrößen erfaßt und der Einrichtung zur Bildung des Kennwertes zur Verfugung 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 < Frcikalkgehaltes 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 Ver- v, fahrens 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 zwi- .-., sehen Klinkerbildung und Ermittlung des Freikalkgehaltes aus dem Klinker berücksichtigt. Darüber hinaus kann die Abweichung des freien Restkalkgehaltes mit der zum Zeitpunkt der Entstehung der Künkerprobc vorhandenen Abweichung des Istwertes des Kenn- *-■ wertes 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 Klinkerbildung 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 verglichen werden und die jeweilige Differenz über einen Regelalgorithmus au; den Wärmetauscherluftstrom einwirkt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß eine schnelle Anpassung des Luftslromes an den Brennstoffstrom erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ebenso die Abweichung der Luftüberschußzahl in der Finlaufkammer 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 werdet! der Sollwert des Kennwertes und der Sollwert der Brernstoffstellgröße nach vorgegebenen Kurven auf gewählte Werte gebracht. Durch diese Maßnahme ist es vorteilhaft möglich, bei Störungen oder anderen besonderen Betriebszuständen mit Hilfe der Kennwertregelung einen neuen, den Störungen oder anderen besonderen Betriebszuständen entsprechenden Betriebspunkt anzufahren und dort weiterhin die Kennwertregelung mit ihren vorteilhaften Auswirkungen auf Gesamtwärmeverbrauch und Qualität anzuwenden.

Die gemessenen Prozeßgrößen werden ständig einer Einrichtung zur Prüfung ihrer Verwendbarkeit zur Exergieregelung zugeführt. Hierdurch wird eine ständige Entscheidung, Normalregelung mit Kennwert oder Störregelung ermöglicht, die bei zu großen Abweichungen eine sci'usiiä'igc HiiiM-nciiiuiig. uv-i Sioiiugelung 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 e^:ntreten 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.

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

mcmcngen, 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 cits Abgases, die Abgasmenge und den spezifischen Wärmeinhalt des Abgases ermittelt, wobei die Abgasmenge durch in der Zemcntindustrie 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 ner Näherungskurven ermittelt. Die ermittelte Grüße des Materialstromes wird vorteilhaft durch Zustandsgrößen des Kühlers korrigiert.

Weiterhin wird vorteilhaft fortlaufend der Verklinkcriingsfaktor aus dem Verhältnis der aufgegebenen Rohmchlmenge und der Klinkermenge gebildet. Hierdurch steht ein weiterer Kontrollkennwert zur Verfügung.

F.s ist in vorteilhafter Ausgestaltung der [Erfindung vorgesehen, daß tlic Regeleinrichtung die Abweichung der F.xergie mim ihrem Sollwert in Stellsignale für den Brennstoff- und/oder Rohmehlstrom umwandelt. Hierdurch wird mit Hilfe des Kennwertes bei Sollwertabweichung je nach Bedarf die günstigere Brennstoff- und/oder Rohmehlstromeinstellung ermöglicht. Pie Regelung mit Hilfe des Brennstoffstro-

uci jeweilige ?ijrciii oene vT dl iiieiiiiiciii 'linen uie jeweilige Temperatur in Verbindung mit Wärmeinhaltskurven gebildet, wobei die Wärmeinhaltskurven wahlweise numerisch als Eingabewerte fur 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 einze..ien Werte zur Bildung des Kennwertes bilden. Die Regleer können als komplette Regeleinrichtungen ausgebildet sein, aber auch aus Regelalgorithmen aufgebaut sein, 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 Luftmenae. der Temperatur dieser Luftmenee 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 Verklinkerungsfaktor gebildet. Dabei wird die Wanderungsgeschwindigkeit und die Verteilung des Rohmehls in Abhängigkeit von der Ofendrehzahl und der Gasgeschwindigkeit im Ofen mit Hilfe vorgegebeligkeit, gleichzeitig wird der Rohmehlstrom noch geregelt. Fiills der Luftüberschuß bei der Verbrennung zu große abweichende Werte erreicht oder wegen Erreichen der maximalen Verbrcnnungsluftmcngc 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-Ist-Wert-Regelung und vorteilhafterweise wird der Brennstoffstromsollwert in Abhängigkeit von der Luftiiberschußzahl 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 Brennstoffstrommenge, 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 die Prozeßführung nicht mehr sinnvoll oder zulässig ist. Die Vorentsäuerung wird dabei aus dem CO₂-Gehalt in der Einlaufkammer, der Luftüberschußzahl in der Einlaufkammer, dem aufgegebenen Rohmehlstrom, dem Brennstoffstrom und der Brennstoffanalyse 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 Rohmehlstellgröße liefernden Regelalgorithrnus verändert werden. Hierdurch sind vorteilhafte Änderungen im Regelverhalten möglich, durch die eine günstige Prozeßführung auch bei begrenzter Brennstoffstromstellgröße 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 vorteilhaft auch über längere Zeiträume der Bezug zv.'ischen der Qualität des Brennprozesses, d. h. der Qualität der gebrannten Produkte und der Führung des Prozesses durch den Kennwert, hergestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnmgen näher erläutert:

Fig. I zeigt das Schema eines Drehrohrofen-Rostkühler-Zyklonwärmetauscher-Brennverfahrens für Zement und

Fig. 2. die Verfahrens- und Schaltungsanordnung der Einrichtung zur Ermittlungeines Kennwertes und der Regeleinrichtung, ebenfalls schematisch.

In Fig. 1 ist in Gutbewegungsrichtung vor dem Drehrohrofen 70 der Wärmetauscher 78 angeordnet, dem das Gut durch die Rohmehldosieranlage 80 eingegeben wird, die durch den regelbaren Antrieb 79 angetrieben wird. Die dem eingeführten Brenngut entgegen durch den Zyklonwärmetauscher 78 hindurchtretende Verbrennungsluft wird durch das Wiirmetauschergebläse 81 mit dem regelbaren Antrieb 82, das als Saugzuggebläse ausgebildet ist, durch den Wärmetauscher hindurchgezogen. Zwischen Wärmetauscher 78 und Drehrohrofen 70 befindet sich die Einlaufkammer 77. Der Antrieb des Drehrohrofens 70 erfolgt durch den regelbaren Motor 71. Am materialauslaufseitigen Ende des Drehrohrofen¹, befindet sich die Brennerlanze 72, die durch die Auslaufkammer 73 hindurch in den Drehrohrofen 70 hineinragt. Der Brenner ist mit dem Brennstoffmengenregler 74 versehen. Der Rostkühler 75 weist in seinem unteren Teil den regelbar angetriebenen Rost 76 auf.

Die Verteilung der für die Regelung wichtigen Meßstellen, darüber hinaus existieren noch weitere, der Überwachung und Absicherung des Brennprozesses dienende Meßorgane, ist wie folgt:

Auf der Lufteingangsseite des Klinkerkühlers, der dargestellte Rostkühler kann auch durch einen Satellitenkühler oder einen sonstigen Kühler ersetzt werden, wird die Schubzahl des Kühlerrostes und der Druck unter dem Rost durch die Meßgeräte 105 und stelle 113, entnommen. Hinter dem Wärmetauscher befinden sich die Meßstellen 118, wo die Abgastemperatur ermittelt wird sowie die Meßstellen 114 und 115, wo der Sauerstoff und der CO₂-GeImIt der Abgase ermittelt wird. Zusammen mit den Meßstellen 116 und 117 ergibt sich durch diese Meßstellen die fortlaufende Abgasanalyse. Als Stellglieder sind die ülstromverstellung 74, die Rohmehlverstellung 79, die Wärmetauschergebläsedrehzahlverstellung 82 so

" wie die Drehzahlverstellung 71 des Drehrohrofens vorhanden.

Anden Meßstellen befinden sich bekannte Meßinstrumente, die nach allgemein bekannten Meßverfahrenarbeiten, so Thermoelemente zur Gastemperatur-' messung, Pyrometer zu Strahlungsmessungen, Drucksonden für die Druckmessungen, Meßbleniie.i bzw. Zähler für die Mengenmessungen und Tachodynamometer für Umdrehungszahlen sowie Analysegerate tür die entsprechenden Analysen, die kontinuier-

■'" lieh oder diskontinuierlich arbeiten. Die Analysen können auch von Hand durchgeführt werden.

Aus Fig. 2 sind die Funktion des Verfahrens und die Anordnung der einzelnen Elemente zur Durchführung des Verfahrens ersichtlich. Die von den MeIJ-

'' stellen 100 bis 125 gelieferten Meßgrößen, die Meßgrößen fallen direkt an mit Ausnahme der Größen 123 und 107, die vorgegebene Werte darstellen, werden zuerst dem Teil der Regeleinrichtung zugeführt, der die Plausibilitätskontrolle dieser Meßwerte

i" durchführt. Hier wird zunächst die Plausibilität geprüft und wenn ein Wert entweder durch zu schnelle Anderungoderdurch Überschreiten von Grenzen der Einrichtung 2 als nicht plausibel erscheint, wird dieser Wert ausgeschieden. Die ausgeschiedenen Meßwerte

. werden durch vorhergehende Meßwerte ersetzt oder falls keine vorhergehenden Meßwerte vorhanden sind oder diese ebenfalls unglaubwürdig sind, durch Meßwerte anderer Meßstellen, die einen ähnlichen Informationsgehalt haben. So wird etwa die O₂- und

■" CO₂-Messung in der Einlauf kammer 77 bei Ausfall der dort installierten diskontinuierlich arbeitenden

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kerstrom an der Meßstelle 102 und der Freikalkgehalt des Klinkers ander Meßstelle 125 gemessen. Im Rostkühler befinden sich die Meßstellen 110 und 111 und in der Auslaufkammer die Meßstelle 109, mit denen der Mittelwert der Austrittstemperatur gemessen wird. Die Meßstelle 108 dient der Brennstoffanalyse und die Meßstelle 100 der Messung des Primärluftstromes, der dem Brennstoff zur Verbrennung beigegeben wird. Der Brennstoffstrom wird im Brenner an der Meßstelle 112 gemessen. Die Meßstelle 119 dient der Messung der Klinkertemperatur am Ofenausgang. An der Meßstelle 104 wird die Drehzahl des Drehrohrofens gemessen und an der Meßstelle 120 die Ofenmanteltemperatur. Die Meßstelle 121 gibt die Position der jeweils angemessenen Stelle auf dem Ofenmantel an. In der Einlaufkammer 77 befinden sich die Meßstellen 124, wobei die Meßstelle 124 die Einlaufkammertemperatur mißt und die Meßstellen 116 und 117 der diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Abgasanalyse. Die nächste, für den Prozeß relevante Meßstelle befindet sich an der Aufgabestation des Rohmehls, wo der Rohmehlstrom mit Hilfe der Bandwaage an der Meßsteüe 103 gemessen wird. 101 bezeichnet eine Messung des CO₂-Gehaltt3 des Rohmehls, dieser Wert wird aus der ebenfalls vor der Bandwaage durchgeführten Rohmehlanalyse, Meßmit nachgeschalteter automatischer Analysevorrichtung) durch die aus dem O,- und dem CO₂-Anteil im Abgas hinter dem Wärmetauscher errechneten Werte von O₂ und CO₂ ersetzt.

Die aus dem Schaltungsteil für die Plausibilitätskontrolle entnommenen, zum Teil korrigierten Werte, werden über Zwischeneinrichtungen zur Bildung von weiteren Regelgrößen der Einrichtung 1 zur Bildung des Regelkennwertes zugeführt. Dieser liefert den Istwert des Prozeßzustandes für die nachgeschaltete Regeleinrichtung.

Der Einrichtung 1 zur Bildung des Kennwertes werden im einzelnen die Kenngrößen 3', 4', 5', 6', 7', 8' der Einzelwärmemengen, die Kenngröße 9' des Temperaturniveaus des Prozesses und die Kenngröße 11' des Materialstromes zugeführt.

Die Größe der Abstrahlungsverluste 3' wird durch die Messung der Ofenwandungstemperatur an verschiedenen Ofenzonen ermittelt, und zwar mit Hilfe der Stellung des Ofenmantelpyrometers und der Ofenmanteltemperatur in der Kenngrößeneinrichtung 3. Die Einrichtung 4 zur Ermittlung der Kenngröße der Künkerabwärme ermittelt die Klinkerabwärme 4' aus der Messung der Klinkertemperatur, Meßgröße 44', dem Klinkerstrom 11' und dem spezifischen 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 ζ. Π. nach dem bekannten VDZ-Verfahren (veröffentlicht im VDZ-Sonderdruck Nr. 7) arbeitet, aus der Rohmaterialmenge 15', aus der Rohmaterialzusammenset/ung 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 i4 enthalten dabei die Vviiimeinhaltskurven wahlweise in digitaler Form, als Funktionen oder Kurven.

Der Wert der theoretischen Klinkerbildungswärmc 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 Prozeßführung 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 Tempcraturmeßstellen 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

i\i*r Oiffori*n-7 rl*»r ViinL·prhiMiinnct^mr\i>ratnr 7ζ' imH ^. _..._r_ _.

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 Künkermenge 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 vorteilhafte Anordnung dieser einzelnen Einrichtungen 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 Prozeßrechenanlage 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 ausderr 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 Luftüberschußzahl 37', die in der Vorrichtung 37 aus den Einzelwerten der Brennstoffanalyse der Verbrennungsluftmenge ermittelt wird. Die otellsignale für die Größe des Brennstoff- und Rohmehlstromes werden von einem Begrenzungsmechanismiis in den Euii icliiungcii 38 üiiu 39 cüicr 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 COyGehalt in der Einlaufkammer 50', der Luftüberschußzahl 37', der ausgegebenen Rohmehlmenge 15', dem Brennstoffstrom 17' und der Brennstoffanalyse 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 Begrenzungsrr.echanismus 38 für die Brennstoffstromstellgröße 30' der Kennwert 5Γ der Einrichtung 51 gebildet und beeinflußt den RegelalgorithmiK 36

In dem Regelalgorithmus 31 wird der Sn'Kvert ties Kennwertes mit dem Istwert 1' verglichen, wobei der

ι 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 Hinrichtung 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 nor-

i malen 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.

ι 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 Ofenan-, triebsleistung 59'der Sollwert 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 oder 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. KennwertermitfU-ng sind mit nicht gesondert gezeigten Zeitkorrekturvorrichtungen versehen, die die zeitlich richtige Zuordnung der einzelnen Größen zueinander bewirken, insbesondere bei der Kennwertermitt-

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Brennprozesses bei einer aus Vorwärmer, Drehofen und Kühler bestehendenZementbrennanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung ein die Exergie beschreibender Kennwert aus fortlaufenden Einzelmessungen gebildet und als Regelgröße eingesetzt wird.

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

3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertänderungen des Exergiekennwertes in Abhängigkeit von Änderungen in den Eigenschaften des gebrannten Zements vorgenommen werden.

4. RegeEverfahren 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. Regel verfahren 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 werden.

f>. Regelverfahren iiach A-.epruch 1,2,3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung zur Bildung des Exergiekenr. wertes Kenngrößen der Einzelwärmemengen, nämlich der Abstrahlungsverluste, der Klinkerabwärme, der Wärmemenge des Abgases, der Klinkerbildungswärme, der aus dem Brennstoff gewonnenen Wärmemenge unter der an dem Kühler rückgewonnenen Wärmemenge, und des Temperaturniveaus des Prozesses sowie der Größe des Materialstromcs 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 Klinkerbildungstempcratur und Rauchgastcmperatur bei der Verbrennung gebildet wird, wobei die Rauchgastemperatur aus dem Luftgehalt und der Enthalpie der Rauchgase mit Hilfe vorgegebener Kurven ermittelt wird.

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

<). Regelverfahrcn nach Anspruch I, 2, .1, 4. 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dat.! die Regeleinrichtung nach der Abweichung des Hxcrgiekennwertes von seinem Sollwert den Brennstoffstrom und/oder Rohmchlstrom verstellt, wobei vorrangig der Brennstoffstrom verstellt wird.

10. Regelverfahrcn nach Anspruch '>, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die llfc in Abhängigkeit ^oni

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 Brennstoffstromstellwert in Abhängigkeit von der aus der Gasanalyse ermittelten Luftüberschußzahl begrenzt wird.

13. Regel verfahren 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 Luftüberschußzahi in der Einlaufkammer, dem aufgegebenen Rohmehlstrom und der Rohmehlanalyse, dem Brennstoffstrom und der Brenrotoffanalyse 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. Regel verfahren 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 de' 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. Regelvcrfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer negativen Tendenz des Temperaturprofils des Gesamtprozesses und/oder der Ofenantriebslcistung der Sollwert 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. Regelverfahrcn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu großen Abweichungen der Prozeßgrößen automatisch auf eine Steuereinrichtung umgeschaltet wird, die den Pro/eß durch von der Kcntiwcrtrcgcluiiß unabhängige Eingriffe normalisiert, wnlici bej /u ginlk'ii Abweichungen der Sintcr-/oiuMit·. inpenitiir 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 (1') aus den von den Prozeßgrößen-Meßvorrichtungen gemessenen 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 Analysevorrichtung für 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.