DE3610365A1

DE3610365A1 - Verfahren zur aktuell technologisch gefuehrten regelung der oberofenbeheizung von glasschmelzwannen

Info

Publication number: DE3610365A1
Application number: DE19863610365
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl Ing Hegewald; Peter Dr Ing Hemman; Dietmar Dipl Ing Lohann
Original assignee: COTTBUS ENERGIEKOMBINAT
Current assignee: SOFTWARE & TECHNOLOGIE GLAS GMBH, 03046 COTTBUS, D
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1987-05-14

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktuell technologisch geführten Regelung der Oberofenbeheizung und damit des für den Ofenprozeß entscheidenden Oberofenregimes von kontinuierlich arbeitenden, vorzugsweise brennstoffbeheizten regenerativen Glasschmelzwannen, das sowohl im zeitliche abgeglichenen Prozeß als auch bei instationärer Fahrweise, z. B. während starker Schmelzleistungsänderungen, einen energieökonomischen und qualitätssichernden Ofenbetrieb sichert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei durch eine hohe Dynamik, Stabilität und Sicherheit aus und trägt zur rechtzeitigen Erkennung technologischer Störungen bei.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, daß die Qualität von Wannenschmelzen leistungsabhängig sowie glasart- und ofenspezifisch durch die Temperatur des geschmolzenen Glases in der Läuterzone ausreichend gut beschrieben werden kann. Daher ist die direkte Regelung der Glasbadtemperatur an sich naheliegend. Ein einfacher Regelkreis der Glasbadtemperatur hat jedoch ungünstige dynamische Eigenschaften, da die Stellgröße des betreffenden Regelkreises bei brennstoffbeheizten Öfen stets zunächst auf den Oberofenprozeß wirkt und der Unterofenprozeß große Zeitkonstanten aufweist.

Eine Regelung nach diesem Verfahren ist daher nur in technologisch wenig anspruchsvollen Ausnahmefällen möglich. Darüber hinaus ist das Verfahren hinsichtlich der Temperaturmessung technisch aufwendig.

Aus diesen Gründen haben sich für die Prozeßführung von Glasschmelzwannen verbreitet Regelkreise mit der Gewölbetemperatur des Oberofens als Regelgröße durchgesetzt. Auf einfache Art wurde damit die Problematik der ungünstigen dynamischen Eigenschaften des Regelkreises gelöst. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen nunmehr jedoch darin, daß die Gewölbetemperatur in Abhängigkeit von zahlreichen Betriebsparametern und -variablen wesentlich von der Läutertemperatur abweicht. Wesentlich ist darüber hinaus, daß bei regenerativ beheizten Wannen durch die flinke Gewölbetemperaturregelung im Zusammenhang mit dem Regeneratorprozeß über längere Zeiträume eine systematisch bedingte feuerseitenweise unsymmetrische Brennstoffinanspruchnahme auftritt, die einen unruhigen, technologisch nachteiligen Ofenbetrieb zur Folge hat.

Auch Temperaturregelungen, die über Kaskaden als Stellgröße z. B. den Energiestrom aufweisen, haben diese Eigenschaften.

Wegen der letztgenannten Nachteile wird in der Praxis häufig von der Gewölbetemperaturregelung abgegangen und es werden von Hand eine Stellgröße des Brennstoffverbrauchs oder mittels Kaskadenregelung der Brennstoffvolumenstrom bzw. der Energiestrom geregelt, wobei die entsprechenden Sollwerte dabei von Hand eingestellt werden.

Für den zeitlich abgeglichenen, quasistationären und störungsfreien Prozeß erfüllen diese Verfahren speziell in der Variante Energiestromkonstantregelung die betriebstechnologischen Forderungen.

Hinzu kommt, daß mit dieser Regelung die Ergebnisse prozeßanalytischer Arbeit in Form von technologischen Regimes zu sogenannten Energieverbrauchsnormen für den quasistationären Prozeß leicht anwendbar sind, auf den sie jedoch auch begrenzt sind.

Diese vorgeschlagenen Verfahren lösen zwar das Problem der regenerativen Seitenunsymmetrie, stellen jedoch gegenüber der Temperaturregelung prinzipiell einen automatisierungstechnischen Rückschritt dar, da die Dynamik der Prozeßführung und Reaktionen auf prozeßtechnische Änderungen überhaupt, subjektiven Einflüssen überlassen sind.

Zur Behebung der Nachteile, die den Gewölbe- oder Oberofentemperaturregelungen anhaften, sind mehrere Verfahren bekannt geworden, welche vorwiegend den Weg zur zeitlichen Dämpfung des Regelkreises beschreiten.

Dazu zählen der Einsatz besonders träger Gewölbethermoelemente und die zeitliche Dämpfung oder Mittelwertbildung des oder der Meßsignale.

Insbesondere durch den Verlust der Aktualität des in der Ursache-Wirkungs-Kette an sich günstig liegenden Meßsignal waren der Anwendung dieser Verfahren jeweils nur Teilerfolge beschieden.

Zum gleichen Zweck ist die variable oder verkürzte Wechselzeitgestaltung bekannt geworden. Diese Methode bringt energetisch optimierbare Betriebsweisen in einen Widerspruch zu dem entsprechenden Verfahren und gestaltet den Prozeß kompliziert und unübersichtlich.

Darüber hinaus ist ein Regelungsverfahren bekannt geworden, bei dem durch gerichtete Mitteilung mehrerer Glasbad- und Gewölbetemperaturen die Vorteile von zwei Temperaturregelverfahren vereinigt werden sollen.

Problematisch ist dabei die Verknüpfung der in der Ursache- Wirkung-Kette völlig anders positionierten Meßwerte. Der dargestellten Oberofenproblematik wird ausgewichen, ohne eine eigentliche Lösung zu erzielen und zusätzlich entsteht zwischen den Erfordernissen zur Regelungsdynamik und Qualitätsaussage ein neuer Konflikt.

Im Ergebnis von statistischen und modelltechnisch fundierten Prozeßanalysen hat sich in jüngster Vergangenheit, für von Hand brennstoffgeregelte Wannen, als Orientierungshilfe eine Arbeitsrichtlinie vorwiegend in einfacher grafischer Darstellung durchgesetzt.

Bei dieser werden anlagenspezifische Schmelzleistung und Energieeinsatz derart in Beziehung gesetzt, daß im Ergebnis qualitätsbestimmende Kenngrößen des Unterofenprozesses relativ genau umschrieben werden. Die Prozeßanalyse und Arbeitsrichtlinie beziehen sich dabei auf den im zeitlichen Abgleich befindlichen Ofenprozeß.

Es wurde gleichfalls bereits vorgeschlagen, weitere betriebstechnologische Variablen, wie Scherbenanteil, Gemengefeuchte, Herdraumdruck, Luftfaktor u. a., in diese Arbeitsrichtlinie einzubeziehen, wodurch für den zeitlich abgeglichenen Prozeß die Aussagen präzisiert werden und sich zugleich eine Basis für eine aktuell technologisch regimegeführte Brennstoffregelung ergibt.

Die Einschränkung auf den zeitlich abgeglichenen Prozeß steht jedoch dieser Aufgabe entgegen, da sie das Leistungsvermögen eines derartigen Regelungsverfahrens auf das Niveau des bekannten Standes der Technik begrenzt. Die Brennstoffsollwertvorgabe, entsprechend dem zeitlich abgeglichenen Prozeß ermittelt, stimmt nicht mit dem tatsächlichen Brennstoffbedarf im Zeitraum aktueller Änderungen bis zum erneuten zeitlichen Abgleich überein, soweit die Einhaltung der qualitätsbestimmenden Unterofenparameter gefordert ist. Diese Situation entsteht hierbei vorwiegend durch eine Fehlbilanz aus dem instationären Wärmetransport im Oberofen.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur aktuell-technologisch geführten Regelung der Oberofenbeheizung von kontinuierlich arbeitenden, vorzugsweise brennstoffbeheizten regenerativen Glasschmelzwannen, das sich durch hohe Dynamik, Stabilität und Sicherheit auszeichnet und zur Einhaltung eines energieökonomischen und qualitätssicheren Ofenbetriebes auf der Grundlage eines prozeßanalytisch ermittelten betriebstechnologischen Regimes geeignet ist und sowohl im zeitlich abgeglichenen Prozeß als auch bei instationärer Fahrweise, z. B. während starker Schmelzleistungsänderungen dieses Regimes realisiert sowie zur Erkennung technologischer Störungen beiträgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur aktuell technologischen Regelung der Oberofenbeheizung von Glasschmelzwannen zu schaffen, mit dem die vorstehend beschriebenen Nachteile bekannter Verfahren weitestgehend beseitigt werden. Insbesondere soll primär der flinke und ursächliche Oberofenprozeß geregelt werden, daß die qualitätsbestimmende Glasbadtemperatur des Unterofens durch die Wärmebelastung aus dem Oberofen, mit Berücksichtigung der aktuell vorhandenen Wärmesenken sich einstellen muß, wobei zur Umschreibung der Wärmebelastung für den quasistationären Prozeß der Brennstoffverbrauch bzw. für den in dynamischer Änderung begriffenen Prozeß die Gewölbetemperatur in Verbindung mit einem einfachen technologischen Regime durch entsprechende Sollwertvorgaben genutzt werden und daß zur Aushaltung von unsymmetrischen Brennstoffinanspruchnahmen die Brennstoffmengenregelung stets angestrebt und bevorzugt wird und aus dem aktuellen Vergleich von Brennstoffverbrauch und Gewölbetemperatur mit ihren Sollwerten die Art des Prozeßzustandes ermittelt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem zwei Fälle des Prozeßzustandes, nämlich der zeitlich abgeglichene Ofenprozeß und der instationäre, in dynamischer Änderung begriffene Ofenprozeß unterschieden werden und in Abhängigkeit davon alternativ die Oberofenbeheizung durch den Brennstoffstrom oder die Gewölbetemperatur geregelt wird, wobei die zwei zugehörigen Sollwerte aktuell technologisch durch die wichtigsten aktuellen Betriebsvariablen geführt und in beiden Betriebsarten die gleichzeitige näherungsweise Übereinstimmung beider Istwerte mit ihren regimegerechten Sollwerten geprüft werden. Anhand dieser Prüfung erfolgt die Identifikation der zwei Prozeßzustandsarten und darüber hinaus die Erkennung des technologisch gestörten oder regimegerechten Betriebes. Dabei wird dem zeitlich abgeglichenen Prozeß, der durch die näherungsweise Übereinstimmung der beiden Istwerte mit ihren Sollwerten bekennzeichnet wird, die Betriebsart Regelung des Brennstoffstroms zugeordnet und der instationäre Prozeß, bei dem einer der beiden Istwerte deutlich von seinem Sollwert abweicht, wird durch die Gewölbetemperatur geregelt.

Erfindungsgemäß wird hierzu die an sich bekannte Brennstoffregelung unter Einbeziehung betriebstechnologischer Variabler für den zeitlich abgeglichenen Prozeß mit einer alternativen und fliken Gewölbetemperaturregelung kombiniert. Dabei wird die alternative Gewölbetemperaturregelung gleichermaßen auf der Basis eines aktuell technologisch geführten Sollwertes vorgenommen, dessen Funktion ebenso wie die Richtlinie des Energieeinsatzes für den zeitlich abgeglichenen Prozeß ermittelt wurde und die entsprechende Betriebsvariante zur Regelung der Oberofenbeheizung wird nach dem Kriterium des zeitlichen Prozeßabgleiches gewählt.

Unabhängig von der gerade dominierenden Variante wird dieses Kriterium gebildet durch die Prüfung der gleichzeitigen Übereinstimmung beider Istwerte von Gewölbetemperatur und Brennstoffverbrauch mit ihren aktuell technologisch regimegeführten Sollwerten.

Der positive Fall wird als zeitlich abgeglichener Prozeß bewertet, der dem technologischen Regime entspricht, wobei in der Regelung der Oberofenbeheizung der Brennstoffregelkreis aktiviert wird.

Der negative Fall wird zunächst als zeitlich nicht abgeglichener Prozeß bewertet und der Gewölbetemperaturregelkreis wird alternativ aktiviert.

Der aus der Regelungsvariante der Brennstoffregelung hervorgehende negative Fall, dem keine technologisch aktiven Änderungen vorausgehen und der längerfristig negative Fall werden als technologische Störung bewertet.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird nachfolgend zunächst das anlagenspezifische schmelzleistungsabhängige technologische Regime einer regenerativ brennstoffbeheizten Behälterglaswanne vorgestellt, das mittels einer modelltechnisch orientierten Prozeßanalyse an sich bekannter Art gewonnen wurde.

Die zugehörige Zeichnung zeigt das technologische Oberofenbetriebsregimes des nachfolgenden Beispiels.

Eine U-Falmmenwanne älterer Bauart ohne EZH und Bubbling wird durch folgende Parameter und Meßwerte bei einem zeitlich abgeglichenen Prozeßzustand näher gekennzeichnet:

Das in der Fig. 1 dargestellte Regimeblatt ist von 16 Modellrechnungsvarianten ausgehend vereinfacht dargestellt.

Bei der erfindungsgemäßen Nutzung des Regimes werde im Ausführungsbeispiel die Funktionsdarstellungen

_SW = K ₁ · + K ₁ · K ₂ · S + _SWO und

_SW= K ₃ · + K ₃ · K ₄ · S + _SWO

zur Ermittlung und Einstellung der Sollwerte mittels an sich bekannter regelungstechnischer Vorrichtungen genutzt. Die aktuelle Ermittlung der Schmelzleistung erfolgt durch eine betriebliche Lösung der Meßaufgabe. Der aktuelle Scherbenanteil S wird von der Gemengeaufbereitungsanlage aus, von Hand analog in die Regelung eingegeben, da die Einwaagekontrolle im Beispiel visuell erfolgt.

Der Vergleich der beiden Istwerte mit ihren Sollwerten mittels Regler ist so gestaltet, daß sie im Mittellagebereich L-Signale und beidseitig außerhalb O-Signale liefern. Eine logische Und-Verknüpfung bewirkt bei "Ja" die Regelung der Oberofenbeheizung nach dem an sich bekannten Verfahren der Brennstoffregelung auf der Basis der erfindungsgemäß variierten Sollwertes für _BV. Ein logisches "Nein" bewirkt die alternative Temperaturregelung. Die Wahl der Breite beider Mittellagebereiche und der P-I-Anteil des Temperaturreglers ist so vorgenommen, daß die Einschwingzeit aus der Betriebsart Temperaturregelung bei einmaliger Störung der Regelstrecke klein ist gegenüber einer Wechselperiode und die Brennstoffregelung kurz nach Erreichen des neuen quasistationären Zustandes wieder in Betrieb geht.

Liste der verwendeten Bezugszeichen Brennstoffenergiestrom
S Scherbenanteil am feuchten Gemenge
Bruttoschmelzleistung
G Gewölbetemperatur

Claims

1. Verfahren zur aktuell technologisch geführten Regelung der Oberofenbeheizung und damit des für den Ofenprozeß entscheidenden Oberofenregimes von kontinuierlich arbeitenden, vorzugsweise brennstoffbeheizten regenerativen Glasschmelzwannen, dadurch gekennzeichnet, daß einem für den zeitlich abgeglichenen Prozeß geltenden und an sich bekannten ofen- und glasartspezifischen gerade qualitätssicherndem technologischem Regime, das den Energieverbrauch in Abhängigkeit von der Schmelzleistung wiedergibt, die entsprechende Funktion für die Gewölbetemperatur zugeordnet wird, daß mittels beider Funktionen durch die aktuell erfaßte Schmelzleistung die Sollwerte von Energieverbrauch und Gewölbetemperatur geführt werden und für die Regelung der Oberofenbeheizung nach einem Kriterium des zeitlichen Prozeßabgleiches alternativ der Energieverbrauch oder die Gewölbetemperatur als Regelgröße eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kriterium des zeitlichen Prozeßabgleiches durch eine Korrelationsprüfung der Istwerte von Gewölbetemperatur und Energieverbrauch mit ihren jeweiligen Sollwerten gebildet wird und bei gleichzeitiger näherungsweiser Übereinstimmung beider Wertepaare, dies als Fall des zeitlich abgeglichenen und störungsfreien Prozesses bewertet wird und die Oberofenbeheizung in diesem Fall nach dem Verfahren der Energieverbrauchsregelung betrieben wird und alternativ, im als zeitlich nicht abgeglichenen bewerteten Fall, die Oberofenbeheizung nach dem Verfahren der Gewölbetemperaturregelung betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zugrunde gelegte technologische Regime des Energieverbrauchs und der Gewölbetemperatur über die Schmelzleistung hinaus funktionell durch den Scherbenanteil des Gemenges und/oder die Feuchte des Rohstoffgemenges und/oder das Redoxpotential der Schmelze und/ oder die Leistungsaufnahme der elektrischen Zusatzheizung und/oder die Regeneratorwechselzeit und/oder die Vorwärmetemperatur der Verbrennungsluft und/oder die Vorwärmetemperatur des Rohstoffgemenges und/oder eine reisezeitabhängige energetische Alterungsrate des Ofens und/oder einer Variablen für die Wannenkühlung und/oder die Abgastemperatur am abziehenden Brenner beschrieben wird, soweit deren Konstanz nicht hinreichend gegeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Betriebsart Energieverbrauchsregelung hervorgehende Fall der Abweichung des Istwertes der Gewölbetemperatur von seim Sollwert, dem keine aktiven technologischen Änderungen vorausgegangen sind, sowie die bei der Betriebsart Gewölbetemperaturregelung auftretende längerfristige Abweichung des Istwertes vom Energieverbrauch gegenüber seinem Sollwert als technologische Störung bewertet und angezeigt werden.