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Verfahren zum Regeln einer Mühle
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Mühle mit den
Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Bei einer bekannten Anlage zur Durchführung einer solchen Regelung
(VGB-Kraftwerkstechnik 55 (1975), Seiten 352 bis 353) mit einer durch Fremdkraft
betriebenen Walzenschüsselmühle und einer direkten Einblasung des Kohlenstaubs in
die Feuerung werden bei einer Laständerung die Kohle und die Luft übersteuert. Dadurch
wird das Austragsvermögen und die Anpassung der Mühle an den neuen Lastzustand durch
die Inanspruchnahme des Speichervermögens der Mühle beschleunigt. Bei einer Lastsenkung
werden Kohle und Primärluft entsprechend den vorgegebenen Gradienten zurückgefahren.
Die Anforderungen an die Laständerungsgeschwindigkeit von Steinkohlenfeuerungen
werden bei Neuanlagen gesteigert. Eine solche erhöhte Laständerungsgeschwindigkeit
ist nicht mehr ohne weiteres mit dem bekannten Regelkonzept für Kohlemühlen zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
derart auszubilden, daß eine größtmögliche Laständerungsgeschwindigkeit der Feuerleistung
unter Vermeidung unnötiger Belastungen des Gesamtprozesses durchzuführen ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, daß jedem Lastzustand
der Mühle ein ganz bestimmter Speicherinhalt zugeordnet werden kann. Die Abhängigkeit
des Speicherin-
haltes von dem Lastzustand ist während der ersten
Inbetriebnahme der Mühle zum Beispiel durch Messung des Eintrages in die Mühle und
des Austrages aus der Mühle bei verschiedenen Las tzuständen festzustellen. Das
erfindungsgemäße Verfahren ist auf den lastabhängigen Speicherinhalt der Mühle in
der Weise abgestellt, daß in die Feuerung sofort die der Laständerung entsprechende
Brennstoff-und Luftmenge gelangt, ohne daß dabei bei einer Lastminderung der Speicher
der Mühle leer gefahren oder bei einer Laststeigerung die Mühle überschüttet wird.
Im Gegensatz zu dem bekannten Regelverfahren wird hier der Speicherinhalt der Mühle
als Hauptregelgröße eingesetzt.
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Die Erfindung sei anhand eines Ausfü.hrungsbeispiels und eines in
der Zeichnung dargestellten Regelschemas erläutert.
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Ein Kohlebunker 1 ist über eine Kohleleitung 2 mit einer Mühle 3 verbunden.
Die Mühle 3 ist eine Fremdkraftmühle, zum Beispiel eine Walzenschüsselmühle . Unterhalb
des Kohlebunkers 1 ist in der Kohleleitung 2 ein Zuteiler 4 angeordnet, der über
einen Motor 5 angetrieben ist.
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Die Fördergeschwindigkeit des Zuteilers 4 wird über einen PI - Regler
6 eingestellt.
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Der Mühleneingang ist mit einer Luftleitung 7 für die Zufuhr von Primärluft
verbunden. In die Luftleitung 7 münden eine Heißluftleitung 8 und eine Kaltluftleitung
9 ein, in denen je eine Drosselklappe 10, 11 angeordnet ist.
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Die in der Mühle 3 zerkleinerte Kohle wird mit Hilfe der in die Mühle
3 eingeblasenen Primärluft über Staubleitungen 12 als ein Kohlenstaub-Luft-Strom
den Brennern einer Feuerung zum Beispiel für eine Kesselanlage direkt eingeblasen.
Am Austragsende der Mühle 3 ist ein Sichter 13 vorgesehen, mit dem die Staubleitungen
12 verbunden sind.
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Ein in die Staubleitung 12 eingebautes Thermoelement 14 mißt die Temperatur
des Sichters 13.
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Der Sichter 13 trennt aus dem Kohlenstaub-Luft-Strom die Kohleteilchen
ab einer durch die Einstellung des Sichters 13 bedingten Korngröße ab und führt
sie in die Mühle 3 zurück. Dadurch entsteht in der Mühle 3 ein innerer Umlauf aus
Mahlgut, der zusammen mit dem in der Mühle vorhandenem, nach ungemahlenem oder erst
grob gemahlenem Anteil der Kohle als Speicherinhalt der Mühle 3 angesprochen wird.
Dieser Speicher inhalt bewirkt eine Verzögerung des Mühlenaustrages im Vergleich
zum Mühleneintrag. Aufgrund dieser Dynamik des Systems Zuteiler-Mühle entspricht
eine Änderung der Zugabemenge in die Mühle nicht einer gleich großen Änderung der
Austragsmenge aus der Mühle.
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Der Speicherinhalt der Mühle 3 ist in der Weise von dem jeweiligen
Lastzustand der Mühle 3 abhängig, daß jedem Lastzustand ein bestimmter Speicher
inhalt zugeordnet werden kann. Der Speicherinhalt in Abhängigkeit von dem Lastzustand
der Mühle wird einmal bei der ersten Inbetriebnahme der Mühle durch Messung des
Eintrages in die Mühle und des Austrages aus der Mühle bei verschiedenen Lastzuständen
bestimmt und in einen Funktionsgeber 15 eingespeichert, Damit eine notwendig werdende
Laständerung der Gesamtanlage in der Feuerung schnell wirksam wird, wird während
dieser Laständerung der Mühle eine vom Sollwert abweichende Menge an Rohkohle und
Primärluft entsprechend dem lastabhängigen Speicherinhalt zugeführt. Dies kann in
Verbindung mit weiteren Maßnahmen mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Regelschemas
erfolgen.
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Das Regelschema enthält einen Last-Sollwerteinsteller 16 und einen
Begrenzer 17 der Laständerungsgeschwindigkeiten.
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Das von dem Last-Sollwerteinsteller 16 kommende Signal wird dem PI-Regler
6 des Zuteilers 4 über eine Regelstrecke geliefert, in der der Funktionsgeber 15,
ein Verzögerungsglied 18, das nur bei steilen Laständerungsgradienten erforderlich
ist, und ein Proportionalglied 19 zur Einstellung der Mühlenübersteuerung angeordnet
sind.
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Parallel dazu und durch eine Summierstelle 20 verbunden liegt ein
Verzögerungsglied 21, ein PI-Regler 22 und ein Integrierer 23. Das Verzögerungsglied
21 ist ein Verzögerungsglied erster Ordnung und bildet den Sollverlauf des Kohlenstaubaustrages
infolge der Zuteilerdynamik nach, unter der man den verzögerten Kohleaustrag als
Antwort der Mühle auf eine Änderung der Fördergeschwindigkeit des Zuteilers 4 versteht.
Der PI-Regler 22 dient der Korrektur des errechneten Speicherinhaltes der Mühle,
während der Integrierer 23 den Speicherinhalt simuliert.
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Die Drehzahl des Motors 5 des Zuteilers 4 als Maß für die der Mühle
zugeführte Kohlemenge wird gemessen und einem Verzögerungsglied 24, das ein Verzögerungsglied
vierter Ordnung ist, zugeführt. In diesem Verzögerungsglied 24 ist die Zuteilerdynamik
simuliert, so daß aus der Drehzahl des Zuteilers 4 auf die die Mühle 3 verlassende
Kohlenstaubmenge geschlossen werden kann. In einer Vergleichsstelle 25 wird die
Differenz der Mengen der Rohkohle am Eingang und des Kohlenstaubes am Ausgang der
Mühle 3 gebildet. Die so errechnete Differenz zwischen dem Kohleeintritt und dem
Staubaustrag wird als Signal einer hinter dem PI-Regler 22 liegenden Vergleichsstelle
26 zugeführt und damit eine Differenz zwischen der errechneten Speichermenge und
einem dem PI-Regler 22 entstammenden Korrektursignal hergestellt. Dieses Korrektursignal
wird dadurch gebildet, daß vor Durchlaufen der Vergleichs-
stelle
25 das Signal des Verzögerungsgliedes 24 einer hinter dem Verzögerungsglied 21 liegenden
Summierstelle 27 zugeführt wird. In dieser Summierstelle 27 wird die Differenz zwischen
dem durch das Verzögerungsglied 21 gelieferten Sollwert des Staubaustrages und dem
Istwert hergestellt. Der auf diese Weise gebildete Speicheristwert wird in der Summierstelle
20 mit dem von dem Funktionsgeber 15 vorgegebenen Speichersollwert verglichen.
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Die Menge der durch die Luftleitung 7 strömenden Primärluft wird durch
einen Meßfühler 28 gemessen. Der Meßwert wird nach Umwandlung in ein elektrisches
Signal über ein Proportionalglied 29 zur Einstellung der linearen Abhängigkeit der
Zuteilerdynamik von der Primärluftmenge dem Verzögerungsglied 24 zugeführt, Zwischen
der Vergleichsstelle 25 und dem Verzögerungsglied 24 ist eine Minimum-Begrenzung
30 vorgesehen, die mit einem Schalter 31 für die Primärluftklappe 32 in der Luftleitung
7 in Verbindung steht und sicherstelle, daß ohne Primärluft kein Kohlenstaub aus
der Mühle 3 ausgetragen werden kann.
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Schließlich sind in dem Regelschema noch zwei Lastbegrenzer 33, 34
vorgesehen. Dabei läßt der Lastbegrenzer 33 nur Änderungen der Last der Gesamtanlage
von 40 bis 100 % zu.
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Der Lastbegrenzer 34 beschränkt die im Rahmen einer Laständerung an
der Mühle auftretende Belastung (dynamische Mühlenlast) auf 20 bis 120 %.
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In die Regelung der Mengen für Primärluft und Rohkohle unter Ausnutzung
des Speicherinhaltes der Mühle geht eine Regelung der Temperatur des Kohlenstaub-Luft-Gemisches
in der Staubleitung 12 hinter dem Sichter 13 ein. Diese Regelung geht von der Messung
der Temperatur der Primärluft mit Hilfe eines in der Luftleitung 7 angeordneten
Thermoelementes 35 aus. Die Temperatur hinter dem Sichter 13,
gemessen
durch das Thermoelement 14, dient lediglich der Kontrolle. Der Sollwert der Temperatur
der Primärluft am Mühleneintritt wird nun so verändert, daß sich eine Änderung des
Primärluft- und des Brennstoffstromes nur wenig auf die Temperatur am Sichter 13
auswirkt, so daß diese Temperatur im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Aufgrund einer Bilanz der Energie, die zum Trocknen der Kohle durch
die heiße Primärluft erforderlich ist, lassen sich die Temperaturwerte abschätzen
und in die Regelung einbringen. In diese Bilanz gehen ein: die zugeführte Rohkohlemenge
mKe bzw. Brennstoffmenge mBe , der Wassergehalt der Rohkohle γH2Oe , die Restfeuchte
im Kohlenstaub, der Dampfgehalt im Kohlenstaub- Luft-Gemisch γH2Oa, die Primärluftmenge
mLe sowie die Temperatur #Le, #s vor und hinter der Mühle und die Abstrahlverluste
FAbstr . Damit läßt sich folgende Beziehung angeben: mKe . cKe . + cWe4Be + mLe4.cLe.#
Le + mLs.cLs.#Ls = maKa.cK.#s + mWa.cWa.#s + mLa.CLa.#s + mD (r + cD.#D) + FAbstr.
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Die Sperrluft wird vernachlässigt.
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mLs = Der Kohleneintrittsstrom läßt sich mit Hilfe der Eintrittsfeuchte
aus dem Brennstoffeintrittsstrom bestimmen.
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mKe = (1 - γ H2Oe ).mBe Der Wassereintrittsstrom ergibt sich
aus: We 2 e
Für den stationären Fall, der hier vereinfachend eingesetzt
wird, ist der Kohlenaustrittsstrom gleich dem Kohleneintrittsstrom mK = mK Die Restfeuchte
γH2Oa bestimmt den Wasseraustrittsstrom mWa.
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mWa tH2°a mBe Der Dampfaustrittsstrom ergibt sich aus: mD. (γ
H2Oe -γH2Oa) . mße Der Luftaustrittsstrom ist im stationärem Fall gleich dem
Lufteintrittsstrom.
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mL = Ein Anteil fAb des von der Heißluft in die Mühle eingebrachten
Wärmestromes geht durch die Abstrahlung verloren.
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FAbstr. = fAb . mLe . cLe .#Le Daraus folgt:
Das von dem Motor 5 des Zuteilers 4 stammende, die Kohlemenge wiedergebende Signal
wird einem Verzögerungsglied 36, das ein Verzögerungsglied erster Ordnung ist, zugeführt.
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Dieses Verzögerungsglied 36 berücksichtigt die Verzögerung zwischen
der Zuteilung der Kohle und der Freisetzung des Wassers in der Kohle innerhalb der
Mühle. Dem Verzögerungsglied 36 ist eine Divisionsstelle 37 nachgeschaltet, in der
die Kohlemenge durch die von dem Meßfühler 28 festgestellte Primärluftmenge dividiert
wird. Das Signal geht über zwei Multiplikationsstellen 38, 39, in denen die Faktoren
K1 und K2 berücksichtigt werden, an eine weitere Multiplikationsstelle 40. Diese
Multiplikationsstelle 40 ist mit einem PI-Regler 41 verbunden, der seinerseits über
eine Vergleichsstelle 42 mit dem Meßwertwandler des Thermoelementes 14 und einem
Sollwerteinsteller 43 zur Einstellung des Sollwertes der Temperatur am Sichter 13
in Abhängigkeit von der Kohlensorte verbunden ist. Die Multiplikationsstelle 40,
in der das aus der Multiplikationsstelle 39 stammende Signal mit der Temperatur
am Sichter 13 verglichen wird, folgt eine Summierstelle 44, die mit einer den Faktor
K3 berücksichtigenden Multiplikationsstelle 45 verbunden ist und die den Sollwert
für die Temperatur der Primärluft in der Luftleitung 7 liefert. Der Sollwert der
Temperatur wird in einer Vergleichsstelle 46 mit dem von dem Thermoelement 35 gelieferten
Istwert verglichen.
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Über einen Schalter 47 ist die Vergleichsstelle 46 mit einem PI-Regler
48 verbunden, der auf den Antrieb der Drosselklappe 11 in der Kaltluftleitung 9
wirkt. Je nach der Stellung der Drosselklappe 11 wird der Heißluft aus
der
Heißluftleitung 8 ein mehr oder weniger großer Anteil an Kaltluft zur Einstellung
der gewünschten Temperatur der Primärluft beigemischt.
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Die zur vollständigen Verbrennung des Kohlenstaubes notwendige Verbrennungsluft
wird als Sekundärluft in die Feuerung eingeblasen. Die Sekundärluftmenge wird der
im Zuge einer Laständerung sich ändernden Primärluftmenge aufgrund des errechneten
Staubaustrages angepaßt. Zur Erreichung dieses Zieles wird das dem Meßwert des Meßfühlers
28 entsprechende Signal für die Primärluftmenge zwei parallel geschalteten Verzögerungsgliedern
49, 50 erster und zweiter Ordnung und zwei hintereinander liegenden Proportionalgliedern
51, 52 zugeführt. Die Signale der Verzögerungsglieder 49, 50 werden in einer Summierstelle
53 zusammengeführt, wodurch der Staubaustrag infolge einer Änderung der Primärluftmenge
simuliert wird. In ein weiteres Proportionalglied 54 laufen die Signale aus der
Summierstelle 53 und des Proportionalgliedes 52 ein. Hier wird die lineare Abhängigkeit
der Primärluftdynamik von der Primärluftmenge berücksichtigt. Das so gewonnene Signal
wird einer Summierstelle 55 zugeführt, die mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes
24 verbunden ist, das die Dynamik des Zuteilers simuliert.
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In der Summierstelle 55 wird der aus der Zuteilerdynamik errechnete
Staubaustrag und das Ergebnis aus der Primärluftdynamik summiert und so der Sollwert
für die Sekundärluftmenge gebildet. Das auf diese Weise erzeugte Signal wird der
Sekundärluftregelung zugeführt. Außer zur Sekundärluftregelung kann dieses Signal
auch als Regelhilfsgröße für andere Teilprozesse in der Gesamtanlage herangezogen
werden.
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Die Primärluftmenge wird in Abhängigkeit von der in jedem Zeitpunkt
in die Mühle eingespeisten Kohlenmenge geregelt.
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Dazu dienen zwei Proportionalglieder 56, 57, die über einen Maximalbegrenzer
58, einen Minimalbegrenzer 59 und eine Summierstelle 60 zum Sollwert/Istwert-Vergleich
mit
einem PI-Regler 61 verbunden sind. Der PI-Regler 49 wirkt auf
den Antrieb der Drosselklappe 10 in der Heißluftleitung 8. Zusätzlich ist noch ein
Differentialglied 62 und ein Begrenzer 63 der übersteuerung vorgesehen, wobei in
einer Summierstelle 64 die übersteuerung und der aus der Kohlemenge abgeleitete
Sollwert der Primärluft summiert werden.
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