DE69910126T2

DE69910126T2 - Verbrennunungsverfahren eines Brennstoffes mit einem sauerstoffreichen Oxidationsmittel

Info

Publication number: DE69910126T2
Application number: DE69910126T
Authority: DE
Inventors: Isabelle Hibon; Jean-François Simon
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2000065314A; FR2781039B1; US6190160B1; FR2781039A1; EP0971171A1; EP0971171B1; DE69910126D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsverfahren eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel, dessen Sauerstoffgehalt mehr als 25 Mol-% beträgt, in einer Brennkammer, wobei periodisch

– mindestens eine Hauptvariable gemessen wird, die für die Verbrennung in der Brennkammer charakteristisch ist,
– je nach dem Messergebnis der mindestens einen Hauptvariablen ein Steuerbefehl zur Regulierung der in die Brennkammer einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze bestimmt wird, und
– der Steuerbefehl zur Regulierung angewendet wird, um den Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in der Brennkammer zu entflammen.

Zahlreiche industrielle Verfahren basieren auf der Verbrennung verschiedener Brennstoffe, wie etwa Erdgas, Propan, Heizöl usw. Unter diesen Verfahren kann man insbesondere Verfahren zur Müllverbrennung oder Glasschmelze in einem Ofen erwähnen.
Herkömmlicherweise wird für die Durchführung der Verbrennungsverfahren in diesen Öfen Luft als Oxidationsmittel verwendet. Dies nennt man "Luftverbrennung".
Für Glas-, Dreh- oder Verbrennungsöfen, die mit Luft als Oxidationsmittel funktionieren, sind verschiedene Verbrennungsregulierungsverfahren bekannt. Es handelt sich im Allgemeinen um Verfahren, bei denen man eine oder zwei Variablen misst, die unmittelbar mit der Verbrennung verbunden sind, wie z. B. eine Gewölbetemperatur und/oder den Sauerstoffgehalt der Gase am Ofenausgang, und man wendet ein empirisches Steuergesetz an, das die Messergebnisse zur Regulierung der Brennstoff- und Luftmengen berücksichtigt, die in den Ofen eingespritzt werden, um die Verbrennung aufrecht zu erhalten.
Einerseits um die Auflagen bezüglich der neuen Normen für die Emission z. B. von Stickoxiden oder Kohlenmonoxid am Ofenausgang einhalten zu können, und andererseits um die Leistung dieser Öfen zu steigern, verwenden die Ofenbetreiber in letzter Zeit immer mehr mit Sauerstoff angereicherte Luft oder praktisch reinen Sauerstoff (d. h. mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 90 Mol-%) statt Luft als Oxidationsmittel. Dabei spricht man von einer "Sauerstoffverbrennung".
Die Anmelderin hat jedoch bemerkt, dass es die oben genannten herkömmlichen Verfahren nicht erlauben, eine zufrieden stellende Regulierung einer Sauerstoffverbrennung sicherzustellen. Je mehr nämlich der Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels von einem Sauerstoffgehalt von 25 Mol-% abweicht, d. h. je näher man einer so genannten "Nur-Sauerstoffverbrennung" (d. h. einer Verbrennung, die als Oxidationsmittel praktisch reinen Sauerstoff verwendet) kommt, desto unbefriedigender wird die herkömmliche Regulierung.
Die Anmelderin hat nämlich festgestellt, dass durch das Auftreten neuer Parameter, die einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die Verbrennung haben, die Regulierung einer Sauerstoffverbrennung schwieriger ist als die einer Luftverbrennung.
So hat sie beispielsweise herausgefunden, dass bei einer Sauerstoffverbrennung die Schwankungen des Sauerstoffgehalts des Oxidationsmittels eine nicht vernachlässigbare Auswirkung auf die Verbrennungsleistung, d. h. die von der Flamme freigesetzte Wärmemenge, haben.
Da zudem bei einer Verbrennung mit praktisch reinem Sauerstoff das Volumen der Gase im Verhältnis zu dem Volumen der Gase einer Luftverbrennung durch einen Faktor von ungefähr fünf geteilt ist, hat die Anmelderin herausgefunden, dass die störenden Lufteingänge in einem Ofen die Sauerstoffverbrennung stark behindern und die Emission von Stickoxiden erhöhen können.
Außerdem kann die Tatsache, dass die Temperatur der Flammen einer Sauerstoffverbrennung im Allgemeinen höher ist als die der Flammen einer Luftverbrennung, den Verschleiß der Beschichtung aus feuerfestem Material der Innenwände des Ofens je nach Art des schmelzflüssigen Materials beschleunigen.
Aus der US-A-5 520 123 ist ein System zur Steuerung der Sauerstoffeinblasung für die Nachverbrennung bekannt, das die Emissionen von Schadstoffen in einem Verbrennungsofen und gleichzeitig den Sauerstoffverbrauch minimiert. Der Regler basiert auf unscharfer Logik und verwendet eingangs die CO-Messungen, um die O₂-Einblasung einzustellen.
Die Eingänge des Reglers sind also die Messung von CO, der am Ofenausgang austretenden Schadstoffe und die Messung der Temperatur und der prozentuale O₂-Anteil in der Verbrennungsatmosphäre, während man am Ausgang des Reglers den Sollwert des Verhältnisses und der Zeit der Sauerstoffeinblasung vorfindet.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, diese Beobachtungen der Anmelderin zu berücksichtigen, um eine zufriedenstellendere Regulierung der Sauerstoffverbrennung in einem Ofen zu erhalten.
Dazu ist das Ziel der Erfindung ein Verbrennungsverfahren eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel, dessen Sauerstoffgehalt mehr als 25 Mol-% beträgt, in einer Brennkammer, wobei periodisch

– mindestens eine Hauptvariable gemessen wird, die für die Verbrennung in der Brennkammer charakteristisch ist,
– je nach dem Messergebnis der mindestens einen Hauptvariablen ein Steuerbefehl zur Regulierung der in die Brennkammer einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze bestimmt wird, und
– der Steuerbefehl zur Regulierung angewendet wird, um den Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in der Kammer zu entflammen, dadurch gekennzeichnet, dass
– außerdem mindestens eine Nebenvariable gemessen wird, die mit einer Betriebsbedingung der Brennkammer und einer Betriebsstörung dieser Brennkammer verknüpft ist, und
– zur Bestimmung des Steuerbefehls zur Regulierung auch das Messergebnis der mindestens einen Nebenvariablen berücksichtigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:

– die mindestens eine Variable, die mit einer Betriebsbedingung der Kammer verknüpft ist, ist eine Variable der folgenden Gruppe: Stickoxidgehalt der Gase am Ausgang der Brennkammer, Kohlenmonoxidgehalt der Gase am Ausgang der Brennkammer und Wandungstemperatur der Brennkammer,
– die mindestens eine Variable, die mit einer Betriebsstörung der Brennkammer verknüpft ist, ist eine Variable der folgenden Gruppe: Stickstoffgehalt des Brennstoffes, Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels und Betriebszustand mindestens eines Brenners der Brennkammer,
– es werden mehrere Nebenvariablen gemessen, die mit Betriebsbedingungen der Brennkammer und/oder Betriebsstörungen dieser Brennkammer verknüpft sind, und zur Bestimmung des Steuerbefehls zur Regulierung wird das Messergebnis jeder Nebenvariablen berücksichtigt,
– der Steuerbefehl zur Regulierung wird durch einen Fuzzy-Logik-Regler bestimmt, indem die Schritte ausgeführt werden, die aus dem Folgenden bestehen:
– Umsetzen jeder Haupt- oder Nebenvariablen mit der Absicht zu ermitteln, inwieweit sie zu dem mindestens einen Zustand einer unscharfen Variablen gehört,
– Anwenden vorherbestimmter Regeln zwischen mindestens einem Zustand einer ersten unscharfen Variablen und einem Zustand einer zweiten unscharfen Variablen, um einen Steuerbefehl zur Regulierung der in die Brennkammer einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze zu bestimmen, und
– Anwenden des Steuerbefehls zur Regulierung, um den Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in der Kammer zu entflammen,
– die unscharfen Eingangsvariablen werden aus Kurven ermittelt, die in dem ganzen Diskursbereich der Hauptund Nebenvariablen definiert sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und nicht einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ofens, der das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt; und
2 ein Diagramm zur Darstellung des Umsetzens einer Hauptvariablen mit der Absicht zu ermitteln, inwieweit sie zu einem oder mehreren Zuständen einer verknüpften unscharfen Variablen gehört.
I. Beispiel des Aufbaus eines Ofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
1 stellt schematisch einen Ofen 1, wie etwa einen Glasschmelzofen oder einen Müllverbrennungsofen, dar. Dieser Ofen 1 umfasst eine Brennkammer 3, die eine Seitenwand 5 und eine Öffnung 6 aufweist. An dieser Öffnung 6 und an der Seitenwand 5 ist ein Block 4 aus einem feuerfesten Material befestigt, in dem ein "Sauerstoffbrenner" 7 eingebaut ist, d. h. ein Brenner, der ein Oxidationsmittel annimmt, dessen Sauerstoffgehalt mehr als 25 Mol-%, oder sogar praktisch 100%, beträgt.
Der Brenner 7 umfasst ein Mittelrohr 9, das über eine Versorgungsleitung 11 mit einer Quelle 13 eines Brennstoffes, wie z. B. Erdgas, Heizöl, Propan, usw., verbunden ist, und ein ringförmiges Umfangsrohr 15, das über eine Versorgungsleitung 17 mit einer Quelle 19 eines Oxidationsmittels, dessen Sauerstoffgehalt mehr als 25 Mol-% beträgt, verbunden ist. Diese Quelle kann beispielsweise aus einem einfachen Druckbehälter, der mit Sauerstoff angereicherte Luft oder praktisch reinen Sauerstoff enthält, einem Gerät zur Anreicherung der Luft mit Sauerstoff oder aber bevorzugt einem Gerät zur Sauerstofferzeugung vor Ort bestehen.
In der Leitung 11 ist ein Durchflussmesser 21 angeordnet, um den Durchsatz des den Brenner 7 versorgenden Brennstoffes zu regulieren, und in der Leitung 17 ist ein Durchflussmesser 23 angeordnet, um den Durchsatz des Oxidationsmittels zu regulieren.
Der Brennstoff entflammt sich in Gegenwart des Oxidationsmittels in einem Verbrennungsbereich 24 der Kammer 3.
Die von der Verbrennung ausgehenden Gase werden über ein Ausgangsrohr 25 abgeführt.
Außerdem umfasst der Ofen verschiedene Messsensoren 30, 31, 32, 33, 34, 35 und 36, die nachstehend ausführlich beschrieben werden. Diese Sensoren 30 bis 36 sind mit einer Zentraleinheit 38 verbunden, die einerseits dazu dient, die von den verschiedenen Sensoren 30 bis 36 gemessenen Signale zu verarbeiten, und andererseits, um einen Steuerbefehl für die Durchflussmesser 21 und 23 zu bestimmen und diesen Befehl anzuwenden, um die in die Brennkammer 3 einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze zu regulieren.
Zu den verschiedenen Sensoren gehören die Sensoren 30 und 31 zur Messung von Hauptvariablen, die für die Verbrennung in der Brennkammer 3 charakteristisch sind, und die Sensoren 32 bis 36 von Nebenvariablen, die mit einer Betriebsbedingung der Brennkammer 3 oder einer Betriebsstörung dieser Kammer verknüpft sind.
Unter "für die Verbrennung in der Brennkammer 3 charakteristische Hauptvariablen" versteht man Variablen, die es ermöglichen, die Verbrennung in ihrem ersten Effekt, d. h. der Erwärmung des Ofens, zu beschreiben. Derartige Variablen sind z. B. die von dem Sensor 30 gemessene Gewölbetemperatur oder der von dem Sensor 31 gemessene Sauerstoffgehalt der Gase am Ofenausgang.
Unter "mit einer Betriebsbedingung der Kammer 3 verknüpfte Nebenvariable" versteht man z. B. Variablen oder physikalische Größen, die den Normen der Gesetzgebung eines Landes unterliegen, wie z. B. der Gehalt an Stickoxid NO_x oder an Kohlenmonoxid CO der Gase am Ofenausgang, jeweils von dem Sensor 32 und 33 gemessen. Zu dieser Gruppe von Nebenvariablen gehören auch diejenigen, bei denen z. B. die Überschreitung einer gewissen Schwelle den Aufbau des Ofens 1 beschädigen oder seinen Verschleiß beschleunigen kann, wie z. B. eine von dem Sensor 34 gemessene Wandungstemperatur des Ofens.
Unter "mit einer Betriebsstörung der Brennkammer 3 verknüpfte Nebenvariable" versteht man Variablen oder physikalische Größen, die sich auf die Verbrennung in der Kammer 3 auswirken, ohne direkt mit der Regulierung der Durchsätze des Brennstoffes und des Oxidationmittels durch die Durchflussmesser 21 und 23 verbunden zu sein, wie z. B. der von dem Sensor 35 gemessene Stickstoffgehalt des Brennstoffes oder der von dem Sensor 36 gemessene Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels. Eine derartige Nebenvariable kann auch einen Betriebszustand des Brenners 7 darstellen oder, wenn die Brennkammer mit mehreren Brennern ausgestattet ist, den Betriebszustand jedes Brenners, um die Versorgung eines ausgefallenen Brenners abschalten zu können.
Alle von den Sensoren 30 bis 36 gemessenen Signale, die jeweils Werten der Haupt- und Nebenvariablen entsprechen, werden in die Zentraleinheit 38 eingegeben, insbesondere in Signalverarbeitungsmittel 40 der Sensoren 30 bis 36.
In diesen Mitteln 40 werden die von den Sensoren 30 bis 36 kommenden Signale auf herkömmliche Art und Weise verarbeitet, d. h. sie werden z. B. verstärkt, geglättet und digitalisiert.
Zudem können diese Mittel 40 die Signale derart verarbeiten, dass andere Haupt- und Nebenvariablen bestimmt werden, die für die Verfeinerung der Regulierung des Ofens 1 interessant sind.
Somit bestimmen die Mittel 40 z. B. einerseits eine "eO₂" genannte Variable, welche die Abweichung zwischen dem von dem Sensor 31 gemessenen Sauerstoffgehalt der Gase am Ofenausgang und einem Sollwert darstellt, und andererseits eine "dO₂" genannte Variable, welche die Veränderung pro Zeiteinheit des Sauerstoffgehalts der Gase am Ofenausgang darstellt.
Die derart verarbeiteten Signale, die jeweils entweder dem Wert einer Hauptvariablen oder dem Wert einer Nebenvariablen entsprechen, werden in einen Fuzzy-Logik-Regler 50 der Zentraleinheit 38 eingegeben. Dieser Fuzzy-Logik-Regler 50 umfasst Mittel 55 zum Umsetzen jeder dieser Haupt- und Nebenvariablen mit der Absicht zu ermitteln, inwieweit sie zu dem mindestens einen Zustand einer verknüpften unscharfen Variablen gehört, und Mittel 56 zum Anwenden von gespeicherten Regeln zur Bestimmung eines Steuerbefehls und zur Anwendung dieses Befehls auf die Durchflussmesser 21 und 23.
Die Umsetzung, die nachstehend noch genauer erläutert werden soll, wird ausgehend von durchgehenden Kurven ausgeführt, die für den gesamten Diskursbereich der Haupt- und Nebenvariablen definiert und in einer mit den Umsetzungsmitteln 55 verbundenen Datenbank 57 gespeichert sind.
Die Regeln zur Anwendung der unscharfen Logik werden empirisch bestimmt und in einem Speicher 65 gespeichert, der eine Wissensbasis bildet.
Vorteilhafterweise besteht die Steuereinheit 38 hauptsächlich aus einem Computer, der dafür ausgelegte Schnittstellen umfasst, um die Signale der Sensoren 30 bis 36 zu erfassen, und auf den zur Verarbeitung und Auswertung dieser Signale ausgelegte Programme geladen sind.
II. Betriebsweise des Ofens und Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Nachstehend soll die Betriebsweise des Ofens 1 erläutert werden, indem ausführlich einerseits die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere die Durchführung der Anwendung der Regeln auf die unscharfen Variablen durch den Fuzzy-Logik-Regler 50 dargelegt werden.
Selbstverständlich ist das Verfahren periodisch anwendbar, wobei ein Zyklus die Schritte zum Messen der Hauptund Nebenvariablen, ihre Verarbeitung und Umsetzung und die Bestimmung und Anwendung eines Steuerbefehls umfasst.
II.1 Umsetzung der Haupt- und Nebenvariablen, um zu ermitteln, inwieweit sie zu Zuständen der unscharfen Variablen gehören
Beispielhaft wird nachstehend ausführlich die Umsetzung einer Hauptvariablen, der Abweichung eO₂ zwischen dem von dem Sensor 31 gemessenen Sauerstoffgehalt der Gase am Ofenausgang und einem Sollwert, erläutert, um zu ermitteln, inwieweit sie zu einem oder mehreren Zuständen einer verknüpften unscharfen Variablen, eO₂ ^f genannt, gehört. Dieses Umsetzungsverfahren ist analog auf alle anderen, sowohl Haupt- als auch Nebenvariablen anwendbar, die gemäß der unscharfen Logik für die Anwendung von nachstehend ausführlich ausgeführten, vorherbestimmten Regeln zu berücksichtigen sind.
In 2 ist ein Diagramm dargestellt, das auf der Abszisse den Diskursbereich von eO₂ und auf der Ordinate die Zustandszugehörigkeitswerte der verknüpften unscharfen Variablen eO₂ ^f zeigt.
Wie in dieser Figur ersichtlich, kann die unscharfe Variable eO₂ ^f drei Zustände annehmen, nämlich die Zu stände, die "NG" (= negativ groß), "UN" (= ungefähr Null) und "PG" (= positiv groß) heißen.
Mit jedem Zustand von eO₂ ^f ist eine durchgehende Kurve 100, 102 und 104 verknüpft, die es ermöglicht zu ermitteln, inwieweit ein Wert von eO₂ zu einem oder mehreren Zuständen der unscharfen Variablen eO₂ ^f gehört.
Somit ist z. B. die Kurve 100 mit dem Zustand "NG" verknüpft und hat die Form einer Ebene gefolgt von einer negativen Neigung. Die Kurve 102 ist mit dem Zustand "UN" verknüpft und ist dreieckig, und die Kurve 104 ist mit dem Zustand "PG" verknüpft und hat eine positive Neigung gefolgt von einer Ebene.
Die Form der Kurven 100, 102 und 104 wird empirisch nach Versuchen an Öfen definiert. Zu bemerken ist, dass die Ebenen an den Enden des Diskursbereiches der physikalischen Variablen im Allgemeinen beibehalten sind.
Außerdem liegen die Werte auf den Ordinaten der Kurven 100, 102 und 104 zwischen Null (0) und (1).
Im Übrigen ist es wichtig zu beachten, dass die verschiedenen Kurven 100, 102 und 104 sich überlagern, so dass ein Wert von eO₂ zu zwei verschiedenen Zuständen von eO₂ ^f gehören kann.
Somit gehört z. B. der Wert eO₂ = –0,06 zu

– einem Zustand "NG" der unscharfen Variablen eO₂ ^f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,25 und
– einem Zustand "UN" der unscharfen Variablen eO₂ ^f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,75.

Dies ist ebenfalls in 2 dargestellt.
Die anderen Variablen werden von den Umsetzungsmitteln 55 nach demselben Prinzip umgesetzt.
II.2 Anwendung der Regeln gemäß der unscharfen Logik
Die Zugehörigkeitsmaße der jeweiligen Zustände der unscharfen Variablen werden in Mittel 56 zur Anwendung von Regeln eingegeben, die in dem Speicher 65 gespeichert sind, der eine Wissensbasis bildet. Diese Regeln werden empirisch ausgehend von Versuchen an Öfen definiert.
Jede Regel greift auf mindestens zwei unterschiedliche unscharfe Variablen zurück, von denen mindestens eine erste mit einer Hauptvariablen verknüpft ist und von denen mindestens eine zweite mit einer Nebenvariablen verknüpft ist.
Die Anwendung der Regeln ermöglicht es, einen "dn" genannten Steuerbefehl zur Regulierung zu erhalten, der auf die Durchflussmesser 21 und 23 zur Regulierung des Ofens 1 anzuwenden ist.
"dn" stellt eine Veränderung des stöchiometrischen Faktors (auch Äquivalenzverhältnis genannt) zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel dar, die auf die Regulierung der Durchflussmesser 21 und 23 anzuwenden ist, um eine optimierte Betriebsweise des Ofens zu erhalten. Diese Veränderung des stöchiometrischen Faktors "dn" kann drei Zustände annehmen: "NG", "UN" oder "PG", die jeweils einer Verringerung, einer Aufrechterhaltung und einer Erhöhung des stöchiometrischen Verhältnisses entsprechen.
Beispielhaft wird nachstehend ein vereinfachter Satz von vierzehn Regeln für drei unscharfe Variablen angegeben: die oben genannte unscharfe Variable eO₂ ^f und die unscharfe Variable dO₂ ^f, die jeweils mit Hauptvariablen verknüpft sind, und die unscharfe Variable NOx, die mit einer Nebenvariablen verknüpft ist.
Die unscharfe Variable dO₂f erhält man aus der Veränderung pro Zeiteinheit des Sauerstoffgehalts der Gase am Ofenausgang "dO₂". dO₂ ^f kann ebenfalls drei Zustände annehmen, nämlich die "NG", "UN" und "PG" genannten Zustände.
Die unscharfe Variable Nox kann nur zwei Zustände annehmen: "annehmbar" oder "nicht annehmbar", je nachdem, ob der von dem Sensor 32 gemessene Stickoxidgehalt der Gase am Ofenausgang eine gewisse Schwelle, die z. B. durch eine gesetzliche Norm definiert ist, überschreitet oder nicht.
Es wird vorausgesetzt, dass eO₂ ^f zu

– einem Zustand "NG" der unscharfen Variablen eO₂ ^f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,25 und
– einem Zustand "UN" der unscharfen Variablen dO₂ ^f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,75 gehört, dass dO₂ ^f zu
– einem Zustand "UN" der unscharfen Variablen dO₂ ^f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,25 und
– einem Zustand "PG" der unscharfen Variablen dO₂f mit einem Zugehörigkeitsmaß von 0,75 gehört und dass NOx zu dem Zustand "nicht annehmbar" gehört.

Die Mittel 56 wenden die Regeln 1 bis 14 auf die folgende Weise an, um den Steuerbefehl zu bestimmen, der auf die Durchflussmesser 21 und 23 gemäß der unscharfen Logik anzuwenden ist.
Zunächst berücksichtigen die Mittel 63 nur die betreffenden Regeln, d. h. in dem vorliegenden Beispiel die Regeln Nr. 11 und 12.
Dann wird ein Auswahlbefehl "MIN-MAX" angewendet. Dieser Befehl besteht darin, zunächst einmal einer Veränderung des stöchiometrischen Faktors "NG", "UN" oder "PG" ein Zugehörigkeitsmaß gleich dem Minimum der Zugehörigkeitsmaße der Zustände der unscharfen Variablen, die für diese bestimmte Regel zu berücksichtigen sind, zuzuordnen.
Durch Anwenden z. B. der Regel Nr. 11 erhält man in dem vorliegenden Beispiel, dass dn sich in einem Zustand NG mit einem Zugehörigkeitsmaß gleich MIN (0,75; 0,25) = 0,25 befinden muss.
Auf ähnliche Art und Weise erhält man durch die Anwendung der Regel Nr. 12, dass dn sich in einem Zustand UN mit einem Zugehörigkeitsmaß gleich MIN (0,75; 0,75) = 0,75 befinden muss.
Als Endergebnis der Zugehörigkeitsmaße der jeweiligen Zustände des gemäß der unscharfen Logik erhaltenen Steuerbefehls berücksichtigt man anschließend die höchste Zugehörigkeit, die für jeden Zustand erhalten wurde, nämlich in dem vorliegenden Beispiel 0,25 für den Zustand NG, 0,75 für den Zustand UN und 0 für den Zustand PG.
Anschließend wendet man für den Steuerbefehl denjenigen an, der dem Zustand entspricht, der die höchste Zugehörigkeit erhalten hat, d. h. in dem vorliegenden Fall "UN". Dies bedeutet, dass für diesen Regulierungszyklus der Fuzzy-Logik-Regler den stöchiometrischen Faktor zwischen dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel, die in die Brennkammer 3 eingespritzt wurden, konstant hält.
Selbstverständlich sind der Regelsatz und die in diesem Satz berücksichtigten Variablen nur ein vereinfachtes Beispiel. Dieses Verfahren ermöglicht es, auf dieselbe Art und Weise eine Vielzahl anderer Variablen, wie z. B. für die Hauptvariablen die Gewölbetemperatur und die Veränderung der Gewölbetemperatur und für die Nebenvariablen den Kohlenstoffmonoxidgehalt, die Temperatur der Ofenwandung, den Stickstoffgehalt des Brennstoffes oder den Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels, zu berücksichtigen.
Somit versteht man, dass die Berücksichtigung der Nebenvariablen, wie z. B. des Stickoxidgehalts der Gase am Ofenausgang, und insbesondere die Verwendung der unscharfen Logik eine erhebliche Verfeinerung der Regulierung einer Sauerstoffverbrennung eines Ofens und eine bessere Antwort auf die Bedingungen und Störungen, denen die Betriebsweise eines derartigen Ofens unterliegt, ermöglicht.

Claims

Verbrennungsverfahren eines Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel, dessen Sauerstoffgehalt mehr als 25 Mol-% beträgt, in einer Brennkammer (3), wobei periodisch – mindestens eine Hauptvariable gemessen wird, die für die Verbrennung in der Brennkammer (3) charakteristisch ist, – je nach dem Messergebnis der mindestens einen Hauptvariablen ein Steuerbefehl zur Regulierung der in die Brennkammer (3) einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze bestimmt wird, und – der Steuerbefehl zur Regulierung angewendet wird, um den Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in der Kammer (3) zu entflammen, dadurch gekennzeichnet, dass – außerdem mindestens eine Nebenvariable gemessen wird, die mit einer Betriebsbedingung der Brennkammer (3) und einer Betriebsstörung dieser Brennkammer verknüpft ist, und – zur Bestimmung des Steuerbefehls zur Regulierung auch das Messergebnis der mindestens einen Nebenvariablen berücksichtigt wird, und dadurch, dass der Steuerbefehl zur Regulierung durch einen Fuzzy-Logik-Regler (50) bestimmt wird, indem die Schritte ausgeführt werden, die aus dem Folgenden bestehen: – Umsetzen jeder Haupt- oder Nebenvariablen mit der Absicht zu ermitteln, inwieweit sie zu dem mindestens einen Zustand einer unscharfen Variablen gehört, – Anwenden vorherbestimmter Regeln zwischen mindestens einem Zustand einer ersten unscharfen Variablen und einem Zustand einer zweiten unscharfen Variablen, um einen Steuerbefehl zur Regulierung der in die Brennkammer einzuspritzenden Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze zu bestimmen, und – Anwenden des Steuerbefehls zur Regulierung, um den Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in der Kammer (3) zu entflammen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Variable, die mit einer Betriebsbedingung der Kammer verknüpft ist, eine Variable der folgenden Gruppe ist: Stickoxidgehalt der Gase am Ausgang der Brennkammer (3), Kohlenmonoxidgehalt der Gase am Ausgang der Brennkammer (3) und Wandungstemperatur der Brennkammer (3).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Variable, die mit einer Betriebsstörung der Brennkammer (3) verknüpft ist, eine Variable der folgenden Gruppe ist: Stickstoffgehalt des Brennstoffes, Sauerstoffgehalt des Oxidationsmittels und Betriebszustand mindestens eines Brenners der Brennkammer.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nebenvariablen gemessen werden, die mit Betriebsbedingungen der Brennkammer (3) und/oder Betriebsstörungen dieser Brennkammer verknüpft sind, und dass zur Bestimmung des Steuerbefehls zur Regulierung das Messergebnis jeder Nebenvariablen berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unscharfen Eingangsvariablen aus Kurven ermittelt werden, die in dem ganzen Diskursbereich der Haupt- und Nebenvariablen definiert sind.