DE3904272C3 - Verfahren zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen mindestens einer Verbrennungszone auf einem Rost ausgehenden Strahlung und Vorrichtung zum Erfassen einer solchen Strahlung - Google Patents
Verfahren zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen mindestens einer Verbrennungszone auf einem Rost ausgehenden Strahlung und Vorrichtung zum Erfassen einer solchen StrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann
ten Art.
Aus WINTRICH, F.: "Entwicklung und erste Betriebserfahrungen mit einem neuen
Feuerleistungsregelungskonzept für Müllverbrennungsanlagen" in "Vorträge der
VGB-Konferenz, Müllverbrennung 1988 vom 28./29. September 1988, Essen", ist ein
solches Verfahren bekannt, bei dem mittels hochintegrierter Pyrodektoren die
Wellenlängen der H₂O- und CO₂-Banden selektiv erfaßt werden, wobei eine
geringe Anzahl von Detektoren mit großflächig integrierendem Einzelblickfeld auf die
Oberfläche des Rostes gerichtet sind und aus ihren Ausgangssignalen eine geringe
Anzahl von Mittelwertsignalen abgeleitet werden, die eine Grobangabe der
Feuerlage in den Rostzonen ermöglichen. Die Erfassung der Gasbanden und die
über große Einzelblickfelder integrierende Messung der Gasbandenstrahlung
reichen für die Erfassung einer flächenmäßigen Temperaturverteilung und damit für
eine hinreichend genaue Bestimmung des Verbrennungsfortschrittes nicht aus.
Aus der DD 30 822 ist ein solches Verfahren bekannt, bei
dem in bestimmten Abstand vor und hinter der
Verbrennungszone je ein oder, auf die Rostbreite bezogen,
mehrere auf Wärme- oder Lichtstrahlen ansprechende Geräte
angeordnet sind, die über bekannte Verstärker- und
Betätigungselemente periodisch oder kontinuierlich die
Brennstoffzufuhr steuern. Dabei soll insbesondere bei
Störung in der Brennstoffzufuhr, bei Verschlackungen und
bei Unstabilität in der Rostbedeckung das am Anfang der
Verbrennungszone befindlichen Gerät in Zusammenwirken mit
dem am Ende der Verbrennungszone befindlichen Gerät bei
Dunkelheit bzw. bei Untertemperatur an beiden Stellen als
Flammenwächter arbeiten und ein Signal für das
Bedienungspersonal auslösen. Die auf Wärme- oder
Lichtstrahlen ansprechenden Geräte erfassen nicht die
Verbrennungszone als solches, sondern weisen linienartige
Meßbereiche am Anfang und am Ende der Verbrennungszone auf,
d. h. den Verbrennungsverlauf in der Verbrennungszone
selber können sie nicht erfassen. Es ist nur eine
periodische oder kontinuierliche Steuerung der
Brennstoffzufuhr vorgesehen, während die Einstellung der
Verbrennungsluftmenge, die im wesentlichen die
Verbrennungsleistung und damit die erzeugten Dampfleistung
beeinflußt, in Abhängigkeit von der Leistung bzw. von dem
Kesseldruck oder von Hand erfolgt, jedoch nicht in
Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der
Strahlungsmeßgeräte.
Aus der DE-AS 10 00 129 ist ein Verfahren zur selbsttätigen
Regelung der Brennstoffzufuhr durch einen Temperaturfühler
bekannt, der unterhalb oder seitlich des Rostes in der Nähe
des Rostendes angeordnet ist. Der Temperaturfühler erfaßt
nur die mittlere Temperatur am Ende des Rostes und ist
derart der zuströmenden primären Verbrennungsluft und der
aus Richtung des Rostendes kommenden Strahlung ausgesetzt,
daß die Temperatur einerseits durch die von der
Strömungsgeschwindigkeit abhängige kühlende Wirkung der
Verbrennungsluft und andererseits durch die aus der Richtung
des Rostendes kommende Wärmestrahlung bestimmt wird. In
Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers
wird die Rostbewegung oberhalb einer bestimmten
Regeltemperatur abgeschaltet und unterhalb dieser
Temperatur wieder eingeschaltet. Eine Regelung in
Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Verbrennungsluftmenge
ist nicht vorgesehen.
Bei vielen im Einsatz befindlichen Rostfeuerungen
beschränken sich die Feuerungsleistungsregelungen bei ihrem
Eingriff in die Feuerung auf die Zuweisung der
üblicherweise von unten dem Rost zugeführten Primärluft,
der oberhalb des Rostes zugeführten Sekundärluft und der
Fördergeschwindigkeit des Zuteilers, mit dem der Müll dem
Rost zugeführt wird, und der Fördergeschwindigkeit auf
einzelnen Rostzonen, wenn eine solche unterschiedliche
Fördergeschwindigkeit vorgesehen ist. Dabei ist es üblich,
die Primärluft in Förderrichtung des Rostes gesehen in
einzelnen Sektionen zuzugeben, und zwar je nach den
Bedürfnissen des erreichten Verbrennungsfortschrittes. Dies
wird jedoch bislang in den meisten Fällen nur durch
Handeinstellungen vorgenommen, da noch keine automatisch
erfaßten Bewertungskriterien für den
Verbrennungsfortschritt in den einzelnen Rostzonen bekannt
sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Verbrennungsüberwachung anzugeben, das
eine genauere Erfassung des Verbrennungsfort
schritts in den einzelnen Rostzonen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die im wesentlichen
von einzelnen Verbrennungsrostzonen des Rostes
ausgehende und der Gutbettemperatur entsprechende
Infrarotstrahlung jeweils in ihrer flächenmäßigen Verteilung gleichzeitig
mittels einer Thermographie bzw. Infrarotkamera erfaßt und in
Abhängigkeit von dem Vergleich der erfaßten flächenmäßigen
Temperaturverteilung mit einer vorgegebenen Temperaturverteilung die
zugeführte Primärluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des
Brennstoffes in einzelnen Zonen geregelt wird.
Durch den Einsatz eines thermographischen Verfahrens ist es
möglich, die Temperatur des auf dem Rost gebildeten
Gutbettes in ihrer flächenmäßigen Verteilung zu erfassen,
d. h. einen zweidimensionalen Temperaturverlauf in
einzelnen Verbrennungsrostzonen abzubilden, und somit in
Abhängigkeit von dem erfaßten Temperaturbild die einzelnen
Verbrennungszonen zugeführte Primärluft und/oder die
Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in einzelnen
Zonen zu regeln.
Die Zoneneinteilung kann nicht nur in Förderrichtung,
sondern auch quer zur Förderrichtung erfolgen. Der für die
einzelnen Zonen erfaßte Temperaturverlauf wird mit einem
vorgegebenen Temperaturverlauf verglichen und zur Bildung
der entsprechenden Regelsignale verwendet. Mit Hilfe der
zonenweisen Regelung der Luftverteilung und/oder des
Brennstofftransportes wird eine Verbesserung des
Verbrennungsablaufes auf dem Rost (Ausbrand) eine
Minimierung der Schadstoffemission und eine Absenkung des
Luftüberschusses erreicht, der nach herrschender Meinung
auch zu einer Absenkung der Dioxin-Bildung bei der
Verbrennung von Müll führen muß.
Zu den im Falle der vorliegenden Anmeldung in Betracht
gezogenen Rosten gehören insbesondere die einbahnigen oder
mehrbahnigen Vorschubroste, bei denen in jeder Rostbahn
feststehende und bewegliche Roststäbe abwechseln. Die
Zonenunterteilung wird hier durch unterschiedliche
Primärluftzufuhr erreicht. Weiterhin gehören hierzu die
ein- oder mehrbahnigen Stufen-Vorschubroste, bei denen die
Rostabstufungen ein Umstürzen und Aufbrechen der
Brennstoffschicht bewirken und bei denen jedes Rostelement
eine Rostzone bestimmt, in der die Primärluft dem
jeweiligen Abbrandfortschritt angepaßt werden kann. Eine
derartige Zonenaufteilung ohne Abstufung wird auch bei den
sogenannten Ausbrennrosten verwirklicht.
Die Erfindung läßt sich aber auch bei Wanderrosten,
Walzenrosten, Rückschubrosten, Gegenlaufüberschubrosten
und den Schüttelrosten einsetzen. Bei den Wanderrosten mit
einer umlaufenden Fördereinrichtung kann die
Vorschubgeschwindigkeit für alle Zonen zwar nur gemeinsam
geregelt werden, jedoch ist eine zonenweise
Primärluftzufuhr möglich.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erfassen
der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen
mindestens einer Verbrennungszone auf einem Rost
ausgehenden Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung,
mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten
Auswerteeinrichtung und der Auswerteeinrichtung
nachgeschalteten Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des
Verbrennungsvorganges durch Veränderung der
Primärluftzufuhr und/oder der Transportgeschwindigkeit
des Brennstoffes zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1. Hierbei ist vorgesehen,
daß die Detektoreinrichtung mindestens eine Thermographie- bzw.
Infrarot-Kamera zur gleichzeitigen Erfassung der der
Gutbettemperatur entsprechenden Infrarotstrahlung mehrerer in
Förderrichtung des Rostes (2) hintereinanderliegenden Rostzonen (A-E) in
ihrer flächenmäßigen Verteilung ist und die Auswerteeinrichtung die
erfaßte flächenmäßige Temperaturverteilung mit einer vorgegebenen
Temperaturverteilung vergleicht.
Mit einer Thermographie-Kamera kann die Oberfläche des
Fördergutes großflächig erfaßt werden und mit der Kamera
nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen können der
Fördergutoberfläche zugeordnete Isothermen bestimmt werden,
die entweder auf einzelne Zonen beschränkt sind oder
mehrere Zonen übergreifen.
In bevorzugter Weise werden zwei Infrarot-Kameras
vorgesehen, die jeweils einer Seitenwand des Feuerraumes
zugeordnet sind und dieselbe Fördergutoberfläche erfassen.
Hierdurch ist eine Redundanz und damit Sicherheit der
Regelung gegeben.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert werden:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen
Stufenvorschubrost mit fünf aufeinander folgenden
Rostzonen,
Fig. 2 einen Blick auf die Rostzonen mit zwei seitlich
angeordneten Thermographie-Kameras mit einer für die
Verbrennung ungünstigen Isothermenverteilung und
Fig. 3 eine Ansicht vergleichbar Fig. 2 mit einer für die
Verbrennung optimalen Isothermenverteilung.
Die Fig. 1 zeigt eine Feuerung 1 mit einem
Stufenvorschubrost 2, wie er in dem Prospekt
"Verbrennungstechnik - Vorschubrost" (P 8303-05-13/1.DG)
der Anmelderin beschrieben ist.
Der Vorschubrost 2 weist fünf Verbrennungszonen A, B, C, D
und E auf, wobei die Zonen B und C bzw. D und E durch eine
Stufe 3 bzw. 4 voneinander getrennt sind. In der Fig. 1
ist schematisch dargestellt, daß die beweglichen Roststäbe
der einzelnen Zonen A-E jeweils einem Rostschlitten 5
zugeordnet sind.
Die Rostschlitten A 5-E 5 sind über schematisch
dargestellte Hydraulikantriebe A 6-E 6 hin und her
verschiebbar.
Das Brenngut, insbesondere Müll, wird über einen Trichter 7
und einen ebenfalls hydraulisch betätigbaren Zuteiler 8
dem Rost 2 aufgegeben, und zwar auf die Zuteilzone 8′.
Der Zuteilzone 8′ und den Verbrennungszonen A-E mit
beweglichen Roststäben sind jeweils Unterwindzonen 9 bzw.
A 9-E 9 zugeordnet, denen über eine Leitung 10 primäre
Verbrennungsluft über Regelklappen 9′ und A 12-E 12
zugeführt werden kann. Den vom Verbrennungsrost 2
aufsteigenden Rauchgasen kann noch über eine Leitung 12
und Regelklappen 12′ und 12′′ Sekundärluft über mehrere
Düsen 13 zugeführt werden.
In den Seitenwänden 14a bzw. 14b des Feuerraumes sind zwei
Thermographie-Kameras 15a bzw. 15b so angeordnet, daß sie
im wesentlichen die gesamte rechteckige Fläche der Zonen
B, C und D messend überdecken. Dies kann mit einer nicht
dargestellten, aber auf dem Fachgebiet üblichen
Abbildungs- und Fokussierungsoptik erreicht werden.
Ausgangsseitig sind die beiden Thermographie-Kameras 15
mit einer Auswerteschaltung 16 verbunden, der - wie durch
den Pfeil S schematisch dargestellt - der gewünschte
Temperaturverlauf im Gebiet der drei überwachten Zonen B,
C, und D vorgegeben wird. Die Überwachung kann auch auf
die anderen Zonen ausgedehnt werden oder auf zwei
benachbarte oder getrennte Zonen beschränkt werden; dies
hängt vom gewünschten Überwachungs- und Regelungsgrad ab.
Ausgangsseitig ist die Auswerteschaltung 16 mit den
Antrieben A 6-E 6 für den Vorschub und den Klappen A 12-
E 12 für die Primärluftzufuhr verbunden. Es ist auch
möglich, daß die Auswerteschaltung auch noch die Klappe 9′
für die Primärluftzone 9, die Klappe 10′ für die
Gesamtprimärluftmenge, den Antrieb des Zuteilers 8 und die
Klappen 12′ und 12′′ für die Sekundärluft ansteuert.
Falls es für die Regelung sinnvoll erscheint, können auch
die Meßsignale der in der Fig. 1 dargestellten
Durchflußmengen Meßeinrichtungen 17 der Auswerteschaltung
16 aufgeschaltet werden.
Bei der Fig. 2 ist ein Verbrennungsverlauf längs und quer
zur Vorschubrichtung VS des Rostes dargestellt, der nicht
zu einer optimalen Verbrennung führt. Der
Temperaturbereich mit der hier angenommen höchsten
Verbrennungstemperatur liegt zu weit vorne, d. h. im
wesentlichen im Bereich der Zone B, und im Bereich der
Zone D befindet sich ein Bereich zwar niedrigerer
Temperatur als im heißen Bereich, jedoch sollte hier
bereits eine niedrigere Temperatur erreicht werden. Die
Verbrennung ist somit langgestreckt.
Die Thermographie-Kameras 15 erfassen die zweidimensionale
Strahlungsverteilung im Bereich der Zonen B-D und die
Auswerteschaltung vergleicht die daraus resultierenden
Isothermen gemäß Fig. 2 mit den vorgegebenen
Soll-Isothermen, wie sie in der Fig. 3
dargestellt sind.
Durch entsprechende Betätigung einiger oder aller
Antriebsaggregate A 6-E 6 für die Rostzonen,
gegebenenfalls auch des Zuteilers 8, und eine
entsprechende Verstellung der Primärluftzufuhr für die
Verbrennungszonen und gegebenenfalls die Zuteilzone 8 kann
erreicht werden, daß die Verbrennung im wesentlichen den
in der Fig. 3 dargestellten Isothermenverlauf zeigt, d. h.
der Verbrennungsvorgang, der zur höchsten Isotherme 1200°C
führt, wird auf die Zone C geschoben. Gleichzeitig wird
der zweite Bereich höherer Temperatur in der Zone D
abgebaut. Dies alles führt zu einer optimalen Verbrennung.
In den Figuren ist eine vollständige Überdeckung der
rechteckigen Zonen bzw. Bahnen dargestellt. Es ist aber
durchaus denkbar, daß das angestrebte Ziel einer
verbesserten Regelung auch bei einer Teilabdeckung, z. B.
einer elliptischen oder kreisförmigen Abdeckung der
rechteckigen Zonen bzw. Bahnen erreicht wird.
Claims (3)
1. Verfahren zum Erfassen von im wesentlichen von einzelnen in
Förderrichtung des Rostes hintereinanderliegenden Verbrennungszonen des
Rostes ausgehender Strahlung und Regeln
des Verbrennungsvorgangs in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung
durch Verändern der Transportgeschwindigkeit und/oder der den
einzelnen Verbrennungsrostzonen zugeführten Primärluft,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im wesentlichen von einzelnen Verbrennungsrostzonen des
Rostes ausgehende und der Gutbettemperatur entsprechende
Infrarotstrahlung jeweils in ihrer flächenmäßigen Verteilung gleichzeitig
mittels einer Thermographie bzw. Infrarotkamera erfaßt und in
Abhängigkeit von dem Vergleich der erfaßten flächenmäßigen
Temperaturverteilung mit einer vorgegebenen Temperaturverteilung die
zugeführte Primärluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des
Brennstoffes in einzelnen Zonen geregelt wird.
2. Vorrichtung zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten
Stellen mindestens einer Verbrennungszone auf einem Rost ausgehenden
Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung, mit einer der
Detektorenrichtung nachgeschalteten Auswerteeinrichtung und der
Auswerteeinrichtung nachgeschalteten Stelleinrichtung zur
Beeinflussung des Verbrennungsvorganges durch Veränderung der
Primärluftzufuhr und/oder der Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes
zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Detektoreinrichtung mindestens eine Thermographie- bzw.
Infratot-Kamera (15a; 15b) zur gleichzeitigen Erfassung der der
Gutbettemperatur entsprechenden Infrarotstrahlung in
Förderrichtung des Rostes (2) hintereinanderliegenden Rostzonen (A-E) in
ihrer flächenmäßigen Verteilung ist und die Auswerteeinrichtung die
erfaßte flächenmäßige Temperaturverteilung mit einer vorgegebenen
Temperaturverteilung vergleicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Infrarot-Kameras (15a; 15b) vorgesehen sind, die jeweils einer
Seitenwand (14a, 14b) des Feuerraums zugeordnet sind und die dieselbe
Gutoberfläche erfassen.
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