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

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.