EP0352619A2 - Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen - Google Patents

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EP0352619A2 EP89113258A EP89113258A EP0352619A2 EP 0352619 A2 EP0352619 A2 EP 0352619A2 EP 89113258 A EP89113258 A EP 89113258A EP 89113258 A EP89113258 A EP 89113258A EP 0352619 A2 EP0352619 A2 EP 0352619A2
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the fire output in incineration plants, in particular waste incineration plants, in which the O 2 moisture content measured in the flue gas as the higher-level setpoint control variable for controlling the fuel supply and optionally the measured steam mass flow or the combustion chamber temperature measured in the combustion gas is used as a subordinate setpoint control variable for controlling the primary air supply.
  • a disadvantage of this method is the fact that the O 2 moisture content does not provide any definite information about the O 2 dry content and thus about the true excess air.
  • the measurement of the O 2 dry content of the combustion gas is too sluggish and too uncertain under the existing operating conditions.
  • the combustion chamber temperature is kept constant as a higher target value while the O 2 moisture content is kept constant, there is a change in the steam mass flow in the event of fluctuations in the moisture content of the flue gases, which can lead to a deterioration in the thermal utilization of the overall system.
  • the material size ie the O 2 moisture content, dominates over the thermal values, namely the steam mass flow and the combustion chamber temperature.
  • the object of the invention is to optimize both the emission values and the fire performance based on the two variants of the known methods mentioned at the outset.
  • This task can be accomplished in two ways.
  • the solution to the problem is based on a process in which the O 2 moisture content measured in the flue gas is used as the higher-level setpoint control variable for controlling the fuel supply and the measured steam mass flow as lower-level setpoint control variable for the control of the primary air supply that the specified O 2 humidity setpoint is changed as a function of the combustion chamber temperature measured in the flue gas.
  • two temperature points are defined as limit values, the O 2 moist setpoint being increased when the upper temperature value is exceeded, while the value is increased when the temperature falls below the lower temperature limit O 2 wet setpoint is lowered.
  • the "apparent” excess air is increased, while in the second case the "apparent” excess air is reduced.
  • An even better control accuracy is achieved according to a preferred embodiment of the method in that the rate of change of the measured temperature or steam mass flow value is taken into account when changing the O 2 moist setpoint.
  • the differential of the temperature change or the change in steam mass flow over time is taken into account, so that a change in the O 2 moist setpoint can be carried out before the limit values are reached, as a result of which the combustion system operates even more evenly because the regulation is more sensitive.
  • the O 2 moisture content measured in the flue gas 2 is used as the higher-level control variable 7, which is fed to a controller 3, which, if this control variable deviates from a specific range of guide values, is used to regulate the fire output of a combustion system 1 consisting of the furnace and boiler acts to feed the furnace with fuel and / or acts on the grate drive.
  • the steam mass flow ⁇ D emerging from the boiler is measured and this control variable 10 is fed to a further controller 5 which, if the measured value deviates from a predetermined range of guide values for the steam mass flow, to the devices provided for setting the amount of combustion air, such as, for. B. acts fan drive and control flaps in the air distribution system.
  • both the combustion chamber temperature as controlled variable 6 and the O 2 moisture content, which is designated as measured value 7, are determined in the flue gas 2 emerging from the combustion system 1. Both values 6 and 7 are fed to a controller 8. On the basis of an operating mode to be regarded as particularly favorable or optimal, the measured O 2 moisture content is regarded as the target value. If there is a change in the combustion chamber temperature, this change having to be above a predetermined tolerance limit, the O 2 wet setpoint is changed by the controller 8. If the upper tolerance limit of the temperature value is exceeded, the O 2 wet setpoint is increased, while if the lower temperature tolerance limit is undershot, the O 2 moist setpoint is lowered.
  • This modified O 2 moist setpoint is then fed as a control variable 9 to the controller 3, which changes the fuel supply by acting on the feed device and / or changes the grate speed by acting on the grate drive.
  • the controller 3 is therefore not acted on with the measured O 2 moist value, but rather with an O 2 moist setpoint corrected as a function of the furnace temperature.
  • the measured steam mass flow ⁇ D is fed as control variable 10 to the controller 5, which monitors the combustion air supply, as in the known method.
  • the measured O 2 -measured measured value is also used as the target value, starting from an operating state which is considered to be optimal.
  • This measured value is also recorded in the flue gas 2, which leaves the combustion system 1 consisting of the furnace and the boiler.
  • This measured value 6 is fed to the controller 8.
  • the controller 8 receives the steam mass flow ⁇ D measured at 4 as the control variable 10.
  • the controller 8 now changes the control variable 6 when the steam mass flow leaves a predetermined range of guide values, namely when the upper steam mass flow limit value is exceeded, the O 2 moist setpoint is increased and when the lower steam mass flow limit value is undershot, the O 2 moist Setpoint value lowered and supplied as a corrected control variable 11 to the controller 3, which makes a change in the fuel supply and / or the combustion grate speed in the event of a corresponding deviation in the O 2 moist setpoint value.
  • the combustion chamber temperature measured in the flue gas is fed as a subordinate control variable 12 to the controller 5, which monitors the amount of combustion air supplied.

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Abstract

Das Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regelgröße (10) für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, sieht nach einer ersten Variante vor, daß der vorgegebene O2-feucht-Sollwert (7) in Abhängigkeit von der im Rauchgas gemessenen Feuerraumtemperatur (6) verändert wird. Diese veränderte Regelgröße (9) wird einem Regler (13) zugeführt, der Einfluß auf die Brennstoffbeschickung und/oder den Rostantrieb nimmt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und wahlweise der gemessene Dampfmassenstrom oder die im Verbrennungsgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird.
  • Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ermöglicht die Verbindung von thermischen Meßwerten, z. B. Feuer­raumtemperatur und Dampfmassenstrom, und stofflichen Meßwerten, z. B. O2-feucht-Gehalt, das Konstanthalten der Feuerleistung einerseits, d. h. das Konstanthalten des Dampfmassenstromes und das Minimieren von Schadstoff­emissionen andererseits, d. h. die Herabsetzung der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe wie Kohlenmonoxyd, Staub, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide. Durch die Verwendung des O2-feucht-Gehaltes als übergeordnete Regelgröße innerhalb eines solchen Regelkonzeptes ergibt sich eine schnell ansprechende Regelung.
  • Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß der O2-feucht-Gehalt keine definierte Aussage über den O2-trocken-Gehalt und somit über den wahren Luftüberschuß ergibt. Die Messung des O2-trocken-Gehaltes des Verbrennungsgases ist jedoch zu träge und bei den vorhandenen Betriebsverhältnissen zu unsicher.
  • Bei Konstanthalten des O2-feucht-Gehaltes als übergeord­neten Sollwert und Konstanthalten des Dampfmassenstromes ergibt sich bei Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase eine Verschiebung der Feuerraumtemperatur. Diese Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase können aufgrund der sich stark ändernden Brennstoff­zusammensetzung bei Abfallverbrennungsanlagen jedoch nicht vermieden werden. Dies kann zu einer Ver­schlechterung der Emissionswerte bei der eingestellten und gewünschten Leistung führen.
  • Wird dagegen die Feuerraumtemperatur bei konstant gehaltenem O2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollgröße konstant gehalten, so ergibt sich bei Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt der Rauchgase eine Veränderung des Dampfmassenstromes, was zu einer Verschlechterung der thermischen Ausnutzung der Gesamtanlage führen kann.
  • Wegen der Bedeutung niedriger Emissionswerte für die Umwelt dominiert die stoffliche Größe, d. h. der O2-feucht-Gehalt über die thermischen Größen, nämlich den Dampfmassenstrom und die Feuerraumtemperatur.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von den beiden eingangs erwähnten Varianten der bekannten Verfahren sowohl die Emissionswerte als auch die Feuerleistung zu optimieren.
  • Diese Aufgabe kann auf zweierlei Weise gelöst werden.
  • Ausgehend von einem Verfahren, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Gehalt als übergeordnete Sollwert-­Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß der vorgegebene O2-feucht-Sollwert in Abhängig­keit von der im Rauchgas gemessenen Feuerraumtemperatur verändert wird.
  • Geht man dagegen von einem Verfahren aus, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Gehalt als übergeord­nete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoff­zufuhr und die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, so besteht die Lösung der Aufgabe darin, daß der vorgegebene O2-feucht-­Sollwert in Abhängigkeit von dem gemessenen Dampfmassen­strom verändert wird.
  • Bei der Durchführung der ersten Variante des Verfahrens werden zwei Temperaturpunkte als Grenzwerte festgelegt, wobei bei Überschreiten des oberen Temperaturwertes der O2-feucht-Sollwert erhöht wird, während bei Unter­schreiten des unteren Temperatur-Grenzwertes der O2-feucht-Sollwert abgesenkt wird. Im ersten Falle wird also der "scheinbare" Luftüberschuß erhöht, während im zweiten Falle der "scheinbare" Luftüberschuß abgesenkt wird. Solange sich die Feuerraumtemperatur jedoch innerhalb der gewählten Grenzwerte befindet, erfolgt keine Beeinflussung des O2-feucht-Sollwertes.
  • In ähnlicher Weise wird bei der zweiten Variante verfahren, wobei an Stelle von zwei Temperatur-Grenz­werten zwei Dampfmassenstrom-Grenzwerte gewählt werden, bei deren Überschreitung bzw. Unterschreitung der O2-feucht-Sollwert erhöht bzw. abgesenkt wird. Wegen der besonderen Bedeutung der Emissionswerte für die Umwelt wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den stofflichen Werten, d. h. dem O2-feucht-Sollwert die Priorität zugemessen.
  • Eine noch bessere Regelgenauigkeit wird nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens dadurch erzielt, daß bei Veränderung des O2-feucht-Sollwertes die Änderungsgeschwindigkeit des gemessenen Temperatur- bzw. Dampfmassenstrom-Wertes berücksichtigt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird also das Differenzial der Temperaturänderung bzw. der Dampfmassenstromänderung über der Zeit berücksichtigt, so daß bereits vor Erreichen der Grenzwerte eine Änderung des O2-feucht-­Sollwertes durchgeführt werden kann, wodurch der Betrieb der Verbrennungsanlage noch gleichmäßiger erfolgt, weil die Regelung feinfühliger ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung beispielsweise dargestellter Schemata erläu­ tert.
  • In dieser zeigen:
    • Fig. 1 ein Regelschema bekannter Art;
    • Fig. 2 eine erste Regelvariante nach der Erfindung; und
    • Fig. 3 eine zweite Regelvariante nach der Erfindung
  • Fig. 1 erläutert das eingangs beschriebene bekannte Verfahren. Danach wird zur Regelung der Feuerleistung einer aus Feuerung und Kessel bestehenden Verbrennungs­anlage 1 der im Rauchgas 2 gemessene O2-feucht-Gehalt als übergeordnete Regelgröße 7 verwendet, die einem Regler 3 zugeführt wird, welcher bei Abweichen dieser Regelgröße von einer bestimmten Richtwertbandbreite auf die Aufgabevorrichtung zur Beschickung der Feuerung mit Brennstoff und/oder auf den Schürrostantrieb einwirkt.
  • Gleichzeitig wird bei 4 der aus dem Kessel austretende Dampfmassenstrom ṁD gemessen und diese Regel größe 10 einem weiteren Regler 5 zugeführt, der bei Abweichung des gemessenen Wertes von einer vorgegebenen Richtwert­bandbreite des Dampfmassenstromes auf die zur Einstellung der Verbrennungsluftmenge vorgesehenen Einrichtungen wie z. B. Ventilatorantrieb und Steuerklappen im Luftverteilungssystem einwirkt.
  • Die Nachteile dieses Regelverfahrens sind eingangs erläutert worden.
  • Bei einer ersten Variante des Regelverfahrens nach der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt ist, wird in dem aus der Feuerungsanlage 1 austretenden Rauchgas 2 sowohl die Feuerraumtemperatur als Regelgröße 6 als auch der O2-feucht-Gehalt, der als Meßwert 7 bezeichnet ist, festgestellt. Beide Werte 6 und 7 werden einem Regler 8 zugeführt. Ausgehend von einer als besonders günstig bzw. optimal anzusehenden Betriebs­weise wird der gemessene O2-feucht-Gehalt als Sollwert angesehen. Tritt nun eine Veränderung der Feuerraum­temperatur ein, wobei diese Änderung über einer vorge­gebenen Toleranzgrenze liegen muß, so wird durch den Regler 8 der O2-feucht-Sollwert verändert. Dabei wird bei Überschreiten der oberen Toleranzgrenze des Temperaturwertes der O2-feucht-Sollwert erhöht, während bei Unterschreiten der unteren Temperatur­toleranzgrenze der O2-feucht-Sollwert abgesenkt wird. Dieser abgeänderte O2-feucht-Sollwert wird dann als Regelgröße 9 dem Regler 3 zugeleitet, der eine Verände­rung der Brennstoffzufuhr durch Einwirkung auf die Aufgabevorrichtung und/oder eine Veränderung der Rostgeschwindigkeit durch Einwirkung auf den Schürrost­antrieb vornimmt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 darge­stellten bekannten Verfahren wird also der Regler 3 nicht mit dem gemessenen O2-feucht-Wert, sondern mit einem in Abhängigkeit von der Feuerraumtemperatur korrigierten O2-feucht-Sollwert beaufschlagt.
  • Gleichzeitig wird bei 4, wie dies auch in dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren der Fall ist, der gemessene Dampfmassenstrom ṁD als Regelgröße 10 dem Regler 5 zugeführt, der, wie bei dem bekannten Verfahren die Verbrennungsluftzufuhr überwacht.
  • Bei der zweiten Variante des Regelverfahrens nach der Erfindung, die in Fig. 3 erläutert ist, wird ebenfalls ausgehend von einem als optimal angesehenen Betriebszustand der gemessene O2-feucht-Meßwert als Sollwert herangezogen. Dieser Meßwert wird ebenfalls im Rauchgas 2 erfaßt, welches die aus Feuerung und Kessel bestehende Verbrennungsanlage 1 verläßt. Dieser Meßwert 6 wird dem Regler 8 zugeführt. Gleichzeitig erhält der Regler 8 den bei 4 gemessenen Dampfmassenstrom ṁD als Regelgröße 10 zugeführt. Der Regler 8 verändert nun die Regel größe 6, wenn der Dampfmassenstrom eine vorgegebene Richtwertbandbreite verläßt, und zwar wird bei Überschreitung des oberen Dampfmassenstrom-­Grenzwertes der O2-feucht-Sollwert erhöht und bei Unterschreitung des unteren Dampfmassenstrom-Grenzwertes der O2-feucht-Sollwert abgesenkt und als korrigierte Regel größe 11 dem Regler 3 zugeführt, der bei entspre­chender Abweichung des O2-feucht-Sollwertes eine Veränderung der Brennstoffzufuhr und/oder der Verbren­nungsrostgeschwindigkeit vornimmt. Die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur wird als untergeordnete Regel größe 12 dem Regler 5 zugeführt, der die Menge der zugeführten Verbrennungsluft überwacht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbren­nungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Ge­halt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und der gemessene Dampfmassenstrom als untergeordnete Sollwert-Regel­größe für die Regelung der Primärluftzufuhr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene O2-feucht-Sollwert in Abhängigkeit von der im Verbrennungsgas gemessenen Feuerraumtemperatur verändert wird.
2. Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbren­nungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem der im Rauchgas gemessene O2-feucht-Ge­halt als übergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Brennstoffzufuhr und die im Rauchgas gemessene Feuerraumtemperatur als untergeordnete Sollwert-Regelgröße für die Regelung der Primärluft­zufuhr verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene O2-feucht-Sollwert in Abhängig­keit von dem gemessenen Dampfmassenstrom verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß bei der Veränderung des O2-feucht-Soll­wertes die Änderungsgeschwindigkeit des gemessenen Temperatur- bzw. Dampfmassenstrom-Wertes berück­sichtigt wird.
EP89113258A 1988-07-29 1989-07-19 Verfahren zur Regelung der Feuerleistung bei Verbrennungsanlagen Expired - Lifetime EP0352619B1 (de)

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