EP0897086A2 - Method for determining the average radiation of a burner bed in an incinerating plant and for the control of the combustion process - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for determining the average radiation and that associated with this radiation Average temperature of a flat area Burning bed using infrared camera or thermography camera in incinerators and control of the incineration process at least in the observed area this incinerator.
- the object of the invention is a method of the above specified type so that the interference by Flame radiation, radiation of those present in the exhaust gases Gases and solid-state radiation of soot particles and the like. Largely be excluded.
- This task is based on a process of the beginning explained type solved according to the invention in that the Measurement is limited to a waveband that the Corresponds to the minimum of the disturbing gases above the combustion bed, that the area to be recorded is in an area grid is divided with several sub-areas that in one Period in which in the area to be recorded the burning bed as still and the radiation or temperature of the burning bed can be assumed to be almost constant multiple images taken in time be that by comparing the images of a period of time the sub-areas with each other with a radiation of static radiation media from the partial areas with a Radiation from moving radiation media can be distinguished and that to calculate the average radiation or the average temperature of the surface area only the radiation or temperature of the partial areas of the radiation of stationary radiation media are taken into account.
- the invention thus makes two fundamental considerations Use, the one basic idea of which is through Spectral analysis the radiation intensity at least the most most common gases, the minimum to determine this radiation intensity of the gases and the used measuring device in the form of infrared cameras or To tune thermographic cameras to this waveband, in order to eliminate most of the disruptive gas radiation.
- the second basic idea is that the between Combustion bed and measuring device existing radiation, e.g. of solid particles, in particular of soot or individual gas components, thereby eliminating that you have several images of one divided into an area grid Area in short time intervals and thereby those partial areas of the area grid for the averaging is eliminated, the strong fluctuations are subject.
- Such parameters can be: the total amount of air supplied to the combustion process, the Amount of primary air, the air volume distribution in the primary air, the oxygen concentration of the primary air, the temperature the primary combustion air, the fuel feed quantity overall or on certain sections of the grate related, the stoking speed of the entire grate, the local stoking speed of the grate etc.
- a time period can be 0.1 to 5 seconds.
- the mean of the averages is 5 successive periods of time.
- the area to be observed should be at least 1m 2 and be divided into an area grid with at least 10 partial areas.
- the area grid corresponds to the primary air zones of the grate area that is active for the combustion.
- the method according to the invention is also particularly suitable advantageous for checking the proper Operation of a grate. For this, at strongly from Average value of a period of time deviating radiation values or temperature values of individual partial areas Radiation or temperature values of the corresponding sub-areas observed over several periods and the corresponding Images of the partial areas with regard to deviations with one another compared. So if a certain sub area over always an average of several times has a significantly different value, for example has a much too high temperature, this can be due to a mechanical defect and a related one indicate poorly distributed air supply. If in contrast an area the temperature is constantly too low, so this is due to constipation and therefore much too low Indicate primary air supply.
- the infrared camera or thermographic camera used is equipped with filters so that it works in a wave range of 3.5 to 4 ⁇ m. In this area, the emission strength of the gases that normally occur in a furnace is a minimum. These are the gases CO 2 , CO and water vapor.
- the soot which cannot always be avoided, has a lower value in this wavelength range than in the lower wavelength range, but it does represent a considerable source of interference, which is eliminated with the aid of the procedural measures explained at the beginning.
- the evaluation device downstream of the camera with a fuzzy control system is set up in such a way that the images or the measurement signals obtained are fuzzified, subjected to an inference process and then defuzzified.
- the result is a relative quality of the image information that comes very close to the actual state of the surface of the burner bed.
- a threshold is set in the software, below which an infrared image is defined as no longer usable. The radiation information or temperature information obtained is passed on above this threshold without further evaluation of the image quality. If the image quality is poor, for example for more than two minutes, the image control loops override the camera control loops and then reactivate them. This is to prevent that, due to bad images, regulation takes place which does not correspond to the actual conditions. This can be the case, for example, if excessive soot development, which practically forms a gap-free layer between the separating bed and the infrared camera, occurs "Look through this layer because of missing Window "does not allow usable image evaluation. Such states are only of short duration and, in addition, such states can be avoided by arranging several infrared cameras which are directed at the combustion bed from different angles.
- the furnace grate 1 comprises individual grate levels 7, which in turn formed from individual, adjacent grate bars are. Every second grate level of the designed as a push-back grate Firing grate is marked with a total of 8 Drive connected, which allows the stoking speed adjust. Below the grate 1 are subdivided in both the longitudinal and transverse directions Underwind chambers 9.1 to 9.5 are provided, which are separated supplied with primary air via individual lines 10.1 to 10.5 become. At the end of the grate, the burned out falls Slag via a slag roller 25 into a slag chute 11, in which possibly also the heavier ones, in the lower one Reversing space 12 solid particles separated from the exhaust gas reach.
- an infrared camera 22 In the ceiling 21, which closes off the upper reversal space 5 an infrared camera 22 is mounted, which has a device 23 is connected, which is used to evaluate the received Images, formation of a controlled variable and output of control commands for the various furnishing systems serves to influence the combustion process. At 23 is thus referred to an evaluation and control device.
- the heaped up bed and the burning bed 24 fuel is pre-dried through the downwind zone 9.1 and the radiation in the combustion chamber warmed and ignited.
- the area of the underwind zones 9.2 and 9.3 is the main fire zone, while in the area of the downwind zone 9.4 and 9.5 the slag that forms burns out and then got into the slag chute.
- the one from the burning bed rising gases still contain combustible parts that by supplying secondary air through the rows of secondary air nozzles 13 to 15 are completely burned.
- actuators are shown in schematic form in Figure 1 indicated, with 29 the actuator for Influencing the rust speed, with 30 the adjusting device for influencing the speed of the slag roller, at 31, the control device for influencing the grate speeds regarding different courses, with 32 the Setting device for the switch-on and switch-off frequency or the Speed of the feed piston, at 33 the actuating device for setting the primary air volume, with 34 the control device for adjusting the composition of the Primary air in terms of oxygen content and with 35 die Actuator for setting the temperature of an air preheater are designated for the primary air.
- the infrared camera 22 and its orientation on the burning bed is shown.
- FIG. 2 it is examined how the radiation behavior of the gases and solid particles encountered in the combustion chamber 3 is developed. According to FIG. 2, it is found that there is a minimum of infrared radiation for the gases CO 2 , CO and H 2 O occurring in high concentrations in the wave range between 3.5 and 4 ⁇ m due to the drying and combustion reaction of the fuel. Accordingly, the infrared camera is equipped with a wavelength-selective filter that works in the minimum of these interfering gases, ie in the range from 3.5 to 4 ⁇ m. It can also be seen from FIG.
- FIG. 3 shows an area monitored by an infrared camera, which is subdivided into 25 partial areas according to an area grid.
- the dark sub-areas represent those areas that have a significantly higher radiation intensity and thus a higher temperature than the light sub-areas. The reason for this is that the surface of the combustion bed is relatively cool compared to the gas atmosphere above. If one now considers FIG. 4, it is found that other partial areas have this high radiation intensity or temperature.
- FIG. 4 shows a recording which was taken a few tenths of a second later and thus captures those changes which can occur within this short period of time. If it is found that there is a different radiation or temperature distribution in FIG. 4 than in FIG.
- the partial area observed by an infrared camera corresponds to the area that occupies at least two underwind zones up to 15 underwind zones.
- the area of an underwind zone area is about 2-4 m 2 , this area then being divided according to the actually existing primary air zones observed by the camera and then each of these image segments corresponding to a primary air zone for evaluation in accordance with the explanations in connection with the figures 3 to 5 is divided into approx. 25 subareas. This subdivision and the specified time intervals for two consecutive recordings have proven to be sufficient in connection with a firing system with sliding grate to determine the combustion bed temperature.
- Control variables serve to influence the individual control devices, as shown in a schematic overview is shown in Figure 6. According to this, the control device 23 the adjusting devices for the grate speed 29 influenced up to the temperature in the air preheater 35 that has already been specified above.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitten der durchschnittlichen Strahlung und der dieser Strahlung zugeordneten Durchschnittstemperatur eines Flachenbereiches eines Brennbettes mittels Infrarotkamera bzw. Thermografiekamera in Verbrennungsanlagen und Regelung des Verbrennungsvorganges zumindest in dem beobachteten Flächenbereich dieser Verbrennungsanlage.The invention relates to a method for determining the average radiation and that associated with this radiation Average temperature of a flat area Burning bed using infrared camera or thermography camera in incinerators and control of the incineration process at least in the observed area this incinerator.
Bekannte Verfahren dieser Art ergeben sich aus der DE 39 04 272 C2 und DE 42 20 149 A1. In der Praxis haben sich Schwierigkeiten bei der Durchführung dieser Verfahren eingestellt, die darin bestehen, daß die ermittelten Strahlungs- bzw. Temperaturwerte nicht immer den exakten Temperaturwerten des Brennbettes entsprechen, weil sie durch Strahlungswerte der zwischen der Infrarotkamera und dem Brennbett befindlichen Flammen, Abgasen und Rußpartikel beeinflußt sind. Die Folge hiervon ist, daß die auf der Grundlage solcher Regelgrößen durchgeführten Regelungen der Verbrennungsvorgänge häufig nicht den gewünschten Anforderungen entsprechen.Known methods of this type result from DE 39 04 272 C2 and DE 42 20 149 A1. In practice there are difficulties hired to carry out these procedures which consist in that the radiation or temperature values determined not always the exact temperature values of the Correspond to the combustion bed because they are influenced by radiation values located between the infrared camera and the burning bed Flames, exhaust gases and soot particles are affected. The consequence of which is that on the basis of such controlled variables carried out regulations of the combustion processes frequently do not meet the desired requirements.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der weiter oben angegebenen Art so auszugestalten, daß die Störungen durch Flammenstrahlung, Strahlung der in den Abgasen vorhandenen Gase und Festkörperstrahlung von Rußteilchen und dgl. weitgehend ausgeschlossen werden. The object of the invention is a method of the above specified type so that the interference by Flame radiation, radiation of those present in the exhaust gases Gases and solid-state radiation of soot particles and the like. Largely be excluded.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung auf einen Wellenbereich beschränkt wird, der dem Minimum der störenden Gase oberhalb des Brennbettes entspricht, daß der zu erfassende Flächenbereich in ein Flächenraster mit mehreren Teilflächen unterteilt wird, daß in einem Zeitabschnitt, in welchem in dem zu erfassenden Flächenbereich das Brennbett als unbewegt und die Strahlung bzw. Temperatur des Brennbettes als nahezu konstant unterstellbar sind, mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Bilder aufgenommen werden, daß durch Vergleich der Bilder eines Zeitabschnittes untereinander die Teilflächen mit einer Strahlung von ruhenden Strahlungsmedien von den Teilflächen mit einer Strahlung bewegter Strahlungsmedien unterschieden werden und daß zur Berechnung der durchschnittlichen Strahlung bzw. der Durchschnittstemperatur des Flächenbereiches nur die Strahlung bzw. Temperatur der Teilflächen der Strahlung von ruhenden Strahlungsmedien berücksichtigt werden.This task is based on a process of the beginning explained type solved according to the invention in that the Measurement is limited to a waveband that the Corresponds to the minimum of the disturbing gases above the combustion bed, that the area to be recorded is in an area grid is divided with several sub-areas that in one Period in which in the area to be recorded the burning bed as still and the radiation or temperature of the burning bed can be assumed to be almost constant multiple images taken in time be that by comparing the images of a period of time the sub-areas with each other with a radiation of static radiation media from the partial areas with a Radiation from moving radiation media can be distinguished and that to calculate the average radiation or the average temperature of the surface area only the radiation or temperature of the partial areas of the radiation of stationary radiation media are taken into account.
Die Erfindung macht somit von zwei Grundsatzüberlegungen Gebrauch, wobei der eine Grundgedanke darin besteht durch Spektralanalyse die Strahlungsintensität zumindest der am häufigsten vorkommenden Gase festzustellen, das Minimum dieser Strahlungsintensität der Gase zu bestimmen und die verwendete Meßeinrichtung in Form von Infrarotkameras oder Thermografiekameras auf diesen Wellenbereich abzustimmen, um somit den größten Teil der störenden Gasstrahlung auszuscheiden. Der zweite Grundgedanke besteht darin, daß die zwischen Brennbett und Meßeinrichtung vorhandene Strahlung, die z.B. von Festkörperteilchen, insbesondere von Ruß oder von einzelnen Gaskomponenten ausgeht, dadurch zu eliminieren, daß man mehrere Bilder eines in ein Flächenraster aufgeteilten Flächenbereichs in kurzen Zeitabständen hintereinander aufnimmt und dabei diejenigen Teilflächen des Flächenrasters für die Durchschnittsbildung ausscheidet, die starken Schwankungen unterworfen sind. Dabei ist man von der Überlegung ausgegangen, daß das Brennbett nahezu unbeweglich ist, während die strahlenden Festkörperteilchen oder Gase einer starken Bewegung unterworfen sind, wenn man genügend kleine Zeitabstände als Bemessungsgrundlage ansetzt. Das somit als ruhend anzusehende Brennbett unterliegt auch innerhalb kurzer Zeitabständen von einigen Zehntelsekunden keinen starken Temperaturschwankungen, so daß bei auftretenden auffälligen Temperaturschwankungen unterstellt werden kann, daß zwischen Brennbett und Meßeinrichtung Störstrahlungen auftreten. Wenn man also diejenigen Bilder für die Bewertung der Strahlung ausscheidet, die durch die Strahlung bewegter Teilchen oder Gase beeinflußt sind, so erhält man einen weitgehend unbeeinflußten Durchschnittswert für die Strahlung eines Flächenbereiches, dem ein bestimmter Temperaturwert entspricht, welcher als Regelgröße für die Beeinflussung der verschiedensten Parameter dienen kann, die den Verbrennungsvorgang beeinflussen. Es können dabei alle bisher bekannten Parameter beinflußt werden, von denen nachfolgend wesentliche Parameter in einer nicht abschließenden Aufzählung angegeben werden. Solche Parameter können sein: die dem Verbrennungsprozeß zugeführte Gesamtluftmenge, die Menge an Primärluft, die Luftmengenverteilung bei der Primärluft, die Sauerstoffkonzentration der Primärluft, die Temperatur der Primärverbrennungsluft, die Brennstoffaufgabemenge insgesamt bzw. auf bestimmte Abschnitte des Feuerungsrostes bezogen, die Schürgeschwindigkeit des gesamten Feuerungsrostes, die örtliche Schürgeschwindigkeit des Feuerungsrostes usw.The invention thus makes two fundamental considerations Use, the one basic idea of which is through Spectral analysis the radiation intensity at least the most most common gases, the minimum to determine this radiation intensity of the gases and the used measuring device in the form of infrared cameras or To tune thermographic cameras to this waveband, in order to eliminate most of the disruptive gas radiation. The second basic idea is that the between Combustion bed and measuring device existing radiation, e.g. of solid particles, in particular of soot or individual gas components, thereby eliminating that you have several images of one divided into an area grid Area in short time intervals and thereby those partial areas of the area grid for the averaging is eliminated, the strong fluctuations are subject. One is thinking about it assumed that the burning bed is almost immobile, while the radiating solid particles or gases of a strong one Are subject to movement if you have enough small ones Time intervals as a basis for assessment. So that as Burning bed that can be viewed at rest is also subject to short Intervals of a few tenths of a second are not strong Temperature fluctuations, so that when conspicuous occurs Temperature fluctuations can be assumed that between Burning bed and measuring device interference radiation occur. So if you have those pictures for rating the Radiation is excreted by the radiation of moving particles or gases are affected, you get one largely unaffected average value for the radiation of a Area to which a certain temperature value corresponds, which is the control variable for influencing the Various parameters can serve the combustion process influence. It can all known so far Parameters are affected, of which below essential parameters in a non-exhaustive list can be specified. Such parameters can be: the total amount of air supplied to the combustion process, the Amount of primary air, the air volume distribution in the primary air, the oxygen concentration of the primary air, the temperature the primary combustion air, the fuel feed quantity overall or on certain sections of the grate related, the stoking speed of the entire grate, the local stoking speed of the grate etc.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn mittels der Fuzzy-Logik aus den erfaßten Meßwerten eine Regelgröße zur Regelung einzelner oder aller bisher in direkter oder indirekter Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur regelbarer Vorgänge gebildet wird.For the implementation of the method according to the invention it is advantageous if using the fuzzy logic from the detected Measured values a controlled variable for controlling individual or all so far in direct or indirect dependence on the combustion temperature controllable processes is formed.
Um sprunghafte Regelvorgänge zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Bestimmung der Regelgröße ein Mittelwert der Durchschnittsstrahlung bzw. der Durchschnittstemperatur aus mehreren aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten gebildet wird. Dabei kann ein Zeitabschnitt 0,1 bis 5 sec betragen.In order to suppress erratic control processes, it is advantageous if in a further embodiment of the invention for determination of the controlled variable is an average of the average radiation or the average temperature from several consecutive periods is formed. Here a time period can be 0.1 to 5 seconds.
Als praktisch sinnvolle Maßnahme zur Bestimmung der Regelgröße hat sich der Mittelwert der Durchschnittswerte von 5 aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten herausgestellt.As a practical measure to determine the controlled variable the mean of the averages is 5 successive periods of time.
Der zu beobachtende Flächenbereich sollte mindestens 1m2 betragen und in ein Flächenraster mit mindestens 10 Teilflächen unterteilt sein. Für Rostfeuerungen hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn das Flächenraster den Primärluftzonen des für die Verbrennung aktiven Rostbereiches entspricht.The area to be observed should be at least 1m 2 and be divided into an area grid with at least 10 partial areas. For grate furnaces, it has proven to be expedient if the area grid corresponds to the primary air zones of the grate area that is active for the combustion.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch in besonders vorteilhafter Weise für die Überpüfung des ordnungsgemäßen Betriebes eines Feuerungsrostes. Hierzu wird bei stark vom Durchschnittswert eines Zeitabschnittes abweichenden Strahlungswerten bzw. Temperaturwerten einzelner Teilflächen diese Strahlungs- bzw. Temperaturwerte der entsprechenden Teilflächen über mehrere Zeitabschnitte beobachtet und die entsprechenden Bilder der Teilflächen hinsichtlich Abweichungen miteinander verglichen. Wenn also eine bestimmte Teilfläche über mehrere Zeitabläufe hinweg stets einen vom Durchschnittswert in starker Weise abweichenden Wert aufweist, also beispielsweise eine viel zu hohe Temperatur aufweist, so kann dies auf einen mechanischen Defekt und eine damit zusammenhängende schlecht verteilte Luftzufuhr hinweisen. Wenn dagegen in einem Bereich die Temperatur ständig zu niedrig ist, so kann dies auf eine Verstopfung und damit auf eine viel zu geringe Primärluftzufuhr hindeuten.The method according to the invention is also particularly suitable advantageous for checking the proper Operation of a grate. For this, at strongly from Average value of a period of time deviating radiation values or temperature values of individual partial areas Radiation or temperature values of the corresponding sub-areas observed over several periods and the corresponding Images of the partial areas with regard to deviations with one another compared. So if a certain sub area over always an average of several times has a significantly different value, for example has a much too high temperature, this can be due to a mechanical defect and a related one indicate poorly distributed air supply. If in contrast an area the temperature is constantly too low, so this is due to constipation and therefore much too low Indicate primary air supply.
Die verwendete Infrarotkamera bzw. die Thermografiekamera
wird mit Hilfe von Filtern so ausgestattet, daß sie in einem
Wellenbereich von 3,5 bis 4µm arbeitet. In diesem Bereich ist
die Emissionsstärke der in einem Feuerungsraum üblicherweise
auftretenden Gase ein Minimum. Es handelt sich dabei um
die Gase CO2, CO und Wasserdampf. Der nicht immer vermeidbare
Ruß weist zwar in diesem Wellenlängenbereich einen niedrigeren
Wert auf als bei geringeren Wellenbereich, jedoch stellt
er eine erhebliche Störquelle da, die mit Hilfe der eingangs erläuterten
Verfahrensmaßnahmen ausgeschaltet wird. Die der
Kamera nachgeschaltete Auswerteeinrichtung mit einem Fuzzy-Regelungssystem
ist so eingereichtet, daß die erhaltenen Bilder
bzw. die erhaltenen Meßsignale fuzzifiziert, einem Inferenzverfahren
unterworfen und sodann defuzzifiziert werden. Als Resultat
ergibt sich eine relative Qualität der Bildinformation, die
sehr nahe an den tatsächlichen Zustand der Brennbettoberfläche
herankommt. In der Software wird eine Schwelle festgelegt,
unterhalb der man ein Infrarotbild als nicht mehr verwertbar
definiert. Über dieser Schwelle werden die gewonnenen Strahlungsinformationen
bzw. Temperaturinformationen ohne weitere
Bewertung der Bildqualität weitergegeben. Über die Bildbewertung
werden bei schlechter Bildqualität, beispielsweise
über mehr als zwei Minuten, die Kameraregelkreise außer Kraft
gesetzt und dann wieder aktiviert. Hierdurch soll verhindert
werden, daß aufgrund schlechter Bilder eine Regelung stattfindet,
die den tatsächlichen Verhältnissen nicht entspricht. Dies
kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine übermäßige
Rußentwicklung, die praktisch eine lückenlose Schicht zwischen
dem Trennbett und der Infrarotkamera bildet, ein
Hindurchblicken" durch diese Schicht wegen fehlender
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1:
- Einen Vertikalschnitt durch eine schematisch dargestellte Feuerungsanlage mit Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Figur 2:
- Ein Strahlungsdiagramm verschiedener Gase;
-
Figuren 3 bis 5: - Schematisch dargestellte Bildfolgen und deren Auswertung; und
- Figur 6:
- Ein Regelschema für eine Feuerungsanlage.
- Figure 1:
- A vertical section through a schematically illustrated furnace with devices for performing the method according to the invention;
- Figure 2:
- A radiation diagram of various gases;
- Figures 3 to 5:
- Schematically represented image sequences and their evaluation; and
- Figure 6:
- A control scheme for a furnace.
Die in Figur 1 dargestellte Feuerungsanlage umfaßt einen
Feuerungsrost 1, eine Beschickeinrichtung 2, einen Feuerraum
3 mit anschließendem Gaszug 4 und einen Umkehrraum 5, in
welchem die Abgase in einen nach abwärts gerichteten Gaszug
6 geleitet werden, von dem sie in die üblichen, einer Feuerungsanlage
nachgeschalteten Aggregate, insbesondere Dampferzeuger
und Abgasreinigungsanlagen, gelangen.The furnace shown in Figure 1 includes one
Der Feuerungsrost 1 umfaßt einzelne Roststufen 7, die wiederum
aus einzelnen, nebeneinander liegenden Roststäben gebildet
sind. Jede zweite Roststufe des als Rückschubrost ausgebildeten
Feuerungsrostes ist mit einem insgesamt mit 8 bezeichneten
Antrieb verbunden, der es gestattet, die Schürgeschwindigkeit
einzustellen. Unterhalb des Feuerungsrostes 1
sind sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung unter-teilte
Unterwindkammern 9.1 bis 9.5 vorgesehen, die getrennt
über Einzelleitungen 10.1 bis 10.5 mit Primärluft beaufschlagt
werden. Am Ende des Feuerungsrostes fällt die ausgebrannte
Schlacke über eine Schlackenwalze 25 in einen Schlackenfallschacht
11, in welchen ggf. auch die schwereren, im unteren
Umkehrraum 12 aus dem Abgas abgeschiedenen Feststoffteile
gelangen.The
In den Feuerraum 3 sind mehrere Reihen von Sekundärluftdüsen
13, 14 und 15 ausgerichtet, die für eine geregelte Verbrennung
der brennbaren Gase und der in der Schwebe befindlichen
Brennstoffteile durch Zufuhr von sogenannter Sekundärluft
sorgen. Diese Sekundärluftdüsenreihen sind getrennt regelbar,
da über den Feuerraum verteilt, unterschiedliche Bedingungen
herrschen.In the
Die Beschickeinrichtung 2 umfaßt einen Aufgabetrichter 16,
eine Aufgabeschurre 17, einen Aufgabetisch 18 und einen oder
mehrere nebeneinander liegende, ggf. unabhängig voneinander
regelbare Beschickkolben 19, die den in der Aufgabeschurre 17
herabfallenden Müll über die Beschickkante 20 des Aufgabetisches
18 in den Feuerraum auf den Feuerungsrost 1 schieben.The
In der Decke 21, die den oberen Umkehrraum 5 abschließt, ist
eine Infrarotkamera 22 montiert, die mit einer Einrichtung 23
in Verbindung steht, welche zur Auswertung der empfangenen
Bilder, Bildung einer Regelgröße und Ausgabe von Steuerbefehlen
für die verschiedenen Einrichtung der Feuerungsanlage
zur Beeinflussung des Verbrennungsvorganges dient. Mit 23 ist
also eine Auswerte- und Steuereinrichtung bezeichnet.In the
Die Infrarotkamera 22 dient zur Ermittlung der von einem auf
dem Feuerungsrost 1 befindlichen Brennbett 24 ausgehenden
Strahlung bzw. zur Feststellung der Brennbettemperatur, die
der Brennbettstrahlung zugeordnet ist. Dabei werden Störungen
durch die Flamme 24a bzw. die in den Abgasen enthaltenen
gasförmigen und festen Bestandteile weitgehend ausgeschlossen,
wie dies noch weiter unten naher erläutert wird.The
Der auf dem Feuerungsrost aufgeschüttete und das Brennbett
24 bildende Brennstoff wird durch die Unterwindzone 9.1 vorgetrocknet
und durch die im Feuerraum herrschende Strahlung
erwärmt und gezündet. Im Bereich der Unterwindzonen 9.2 und
9.3 ist die Hauptbrandzone, während im Bereich der Unterwindzone
9.4 und 9.5 die sich bildende Schlacke ausbrennt
und dann in den Schlackenfallschacht gelangt. Die vom Brennbett
aufsteigenden Gase enthalten noch brennbare Anteile, die
durch Zuführung von Sekundärluft durch die Sekundärluftdüsenreihen
13 bis 15 vollständig verbrannt werden. Die Regelung
der Aufgabemenge des Brennstoffes, der Primärluftmengen
in den einzelnen Unterwindzonen und deren Zusammensetzung
hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes werden in Abhängigkeit
vom Abbrandverhalten, welches vom Heizwert des Brennstoffes
abhängt, und beim Müll großen Schwankungen unterworfen
ist, geregelt, wobei zur Erfassung der notwendigen Regelgröße
die von dem Brennbett ausgehende Strahlung und die
damit verknüpfte Temperatur herangezogen wird, welche mit
Hilfe der Infrarotkamera 22 erfaßt und durch die Auswerte- und
Regeleinrichtung 23 ausgewertet und an die entsprechenden
Stelleinrichtungen weitergegeben wird.The heaped up bed and the burning
In schematischer Form sind verschiedene Stelleinrichtungen in Figur 1 angedeutet, wobei mit 29 die Stelleinrichtung für die Beeinflussung der Rostgeschwindigkeit, mit 30 die Stelleinrichtung für die Beeinflussung der Drehzahl der Schlackewalze, mit 31 die Stelleinrichtung für die Beeinflussung der Rostgeschwindigkeiten bezüglich verschiedener Bahnen, mit 32 die Stelleinrichtung für die Ein- und Ausschaltfrequenz bzw. die Geschwindigkeit der Beschickkolben, mit 33 die Stelleinrichtung für die Einstellung der Primärluftmenge, mit 34 die Stelleinrichtung für die Einstellung der Zusammensetzung der Primärluft hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes und mit 35 die Stelleinrichtung für die Einstellung der Temperatur eines Luftvorwärmers für die Primärluft bezeichnet sind.Various actuators are shown in schematic form in Figure 1 indicated, with 29 the actuator for Influencing the rust speed, with 30 the adjusting device for influencing the speed of the slag roller, at 31, the control device for influencing the grate speeds regarding different courses, with 32 the Setting device for the switch-on and switch-off frequency or the Speed of the feed piston, at 33 the actuating device for setting the primary air volume, with 34 the control device for adjusting the composition of the Primary air in terms of oxygen content and with 35 die Actuator for setting the temperature of an air preheater are designated for the primary air.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.In the following, with reference to FIGS. 1 to 6 the method according to the invention explained in more detail.
In Figur 1 ist die Infrarotkamera 22 und ihrer Ausrichtung auf
das Brennbett dargestellt. Zunächst wird entsprechend Figur 2
untersucht wie das Strahlungsverhalten der im Feuerraum 3
anzutreffenden Gase und Festkörperteilchen ausgeprägt ist.
Entsprechend Figur 2 stellt man fest, daß es ein Minimum an
Infrarotstrahlung für die durch die Trocknungs- und Verbrennungsreaktion
des Brennstoffes in hohen Konzentrationen vorkommenden
Gase CO2, CO und H2O im Wellenbereich zwischen
3,5 und 4µm gibt. Demnach wird die Infrarotkamera mit
einem wellenlängen-selektiven Filter ausgerüstet, das im Minimum
dieser störenden Gase, also im Bereich von 3,5 bis 4µm
arbeitet. Aus Figur 2 ist auch ersichtlich, daß die Strahlungsintensität
bzw. die Emissionsstärke der Feststoffpartikel (Ruß)
der Flamme 24a im Feuerrungsraum 3 zwar von einem anfänglichen
hohen Wert abfällt, wobei ein relativ niedriger Wert bereits
schon ab 3,5µm erreicht ist und dieser Wert dann annähernd
konstant bleibt, so daß die von Staubpartikeln bzw. Ruß
ausgehende Störstrahlung durch entsprechende Filter nicht
eliminiert werden kann.In Figure 1, the
Hier setzt nun der wesentliche Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ein, der im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 5 erläutert wird.This is where the main idea behind the present is Invention one in connection with Figures 3 to 5 is explained.
Figur 3 zeigt einen von einer Infrarotkamera überwachten Flächenbereich,
der entsprechend einem Flächenraster in 25
Teilflächen unterteilt ist. Dabei stellen die dunklen Teilflächen
diejenigen Flächen dar, die eine wesentlich höhere Strahlungsintensität
und damit eine höhere Temperatur aufweisen
als die hellen Teilflächen. Dies liegt darin begründet, daß die
Brennbettoberfläche relativ kühl ist gegenüber der darüberliegenden
Gasatmosphäre. Betrachtet man nun Figur 4, so stellt
man fest, daß hier andere Teilflächen diese hohe Strahlungsintensität
bzw. Temperatur aufweisen. Figur 4 stellt eine Aufnahme
dar, die wenige Zehntelsekunden später aufgenommen
worden ist und somit diejenigen Veränderungen erfaßt, die innerhalb
dieser kurzen Zeitspanne auftreten können. Wenn man
nun feststellt, daß bei Figur 4 eine andere Strahlungs- bzw.
Temperaturverteilung vorliegt als in Figur 3, so können diese
Abweichungen nur von solchen strahlenden Medien herrühren,
die sowohl ihre Temperatur als auch ihre Lage innerhalb kurzer
Zeit verändern können. Hierzu ist mit Sicherheit nicht das
Brennbett zu rechnen, denn innerhalb eines Bruchteiles einer
Sekunde kann bei dem Brennbett keine merkbare Lageveränderung
und auch keine drastische Temperaturveränderung eintreten.
Vergleicht man nun die Figuren 3 und 4, so stellt man
fest, daß entsprechend Figur 5, die eine Auswertung dieses
Vergleiches zeigt, diejenigen Teilflächen dunkel gezeichnet
sind, die entweder bei der Aufnahme nach Figur 3 oder nach
Figur 4 eine wesentlich höhere Strahlung und somit eine höhere
Temperatur aufwiesen. Die in Figur 5 hell verbleibenden
Felder entsprechen also Teilflächen der Aufnahme des zu beobachtenden
Flächenbereiches, die auch nach einem gewissen
Zeitabstand unverändert geblieben sind. Hieraus kann man
schließen, daß es sich um Strahlungsaufnahmen bzw. Temperaturmessungen
handelt, die von einem Medium herrühren,
welches keinen sprungartigen Veränderungen unterliegt und
somit als die wirkliche Strahlung des Brennbettes angesehen
werden kann. In der Praxis werden beispielsweise zur Bildung
einer Regelgröße die von der Auswerte- und Steuereinrichtung
23 an die verschiedenen Stelleinrichtungen abgegeben wird,
sieben Bilder innerhalb von 3,5 sec aufgenommen und hieraus
ein Mittelwert entsprechend dem in den Figuren 3 bis 5 dargestellten
Vergleich gebildet. Fünf solcher Mittelwerte werden
dann zu einer Regelgröße zusammengefaßt. Im vorliegenden
Beispiel bedeutet dies, daß alle 17,5 sec eine neue Regelgröße
vorliegt. Selbstverständlich lassen sich die Zeitabstände, innerhalb
derer die einzelnen Aufnahmen gemacht werden, den
jeweiligen Verhältnissen anpassen, so daß auch mit wesentlich
kürzeren Zeitabständen gearbeitet werden kann. Die Teilfläche,
die von einer Infrarotkamera beobachtet wird, entspricht in der
Praxis derjenigen Fläche, die mindestens zwei Unterwindzonen
bis hin zu 15 Unterwindzonen einnimmt. In der Praxis ist die
Fläche eines Unterwindzonenbereiches etwa 2-4m2, wobei diese
Fläche dann erst entsprechend der tatsächlich vorliegenden,
von der Kamera beobachteten Primärluftzonen eingeteilt wird
und dann jede dieser einer Primärluftzone entsprechenden
Bildsegmente für die Auswertung entsprechend der Erläuterungen
in Verbindung mit den Figuren 3 bis 5 in ca. 25 Teilflächen
unterteilt wird. Diese Unterteilung und die angegebenen
Zeitabstände für jeweils zwei aufeinanderfolgende Aufnahmen,
haben sich im Zusammenhang mit einer Feuerungsanlage mit
Rückschubrost als ausreichend für die Feststellung der Brennbettemperatur
erwiesen.FIG. 3 shows an area monitored by an infrared camera, which is subdivided into 25 partial areas according to an area grid. The dark sub-areas represent those areas that have a significantly higher radiation intensity and thus a higher temperature than the light sub-areas. The reason for this is that the surface of the combustion bed is relatively cool compared to the gas atmosphere above. If one now considers FIG. 4, it is found that other partial areas have this high radiation intensity or temperature. FIG. 4 shows a recording which was taken a few tenths of a second later and thus captures those changes which can occur within this short period of time. If it is found that there is a different radiation or temperature distribution in FIG. 4 than in FIG. 3, these deviations can only result from those radiating media which can change both their temperature and their position within a short time. The combustion bed is definitely not to be counted for this, because within a fraction of a second the combustion bed cannot experience any noticeable change in position or drastic temperature change. Comparing FIGS. 3 and 4, it is found that, in accordance with FIG. 5, which shows an evaluation of this comparison, those partial areas are drawn in dark, which either have a significantly higher radiation and thus when the image is shown in FIG. 3 or in FIG had a higher temperature. The fields remaining bright in FIG. 5 thus correspond to partial areas of the recording of the area to be observed, which remained unchanged even after a certain time interval. From this it can be concluded that radiation recordings or temperature measurements are taken from a medium which is not subject to abrupt changes and can therefore be regarded as the actual radiation from the combustion bed. In practice, for example, to form a controlled variable which is output by the evaluation and
Die Bilder entsprechend den Figuren 3 bis 5 werden über mehrere Zeitabschnitte gespeichert und untereinander verglichen, wobei es nicht nur darauf ankommt, die Brennbettemperatur zu erfassen, die in den Figuren 3 bis 5 durch die hellen Teilflächen repräsentiert wird, sondern bei dieser Methode kann man auch feststellen, ob es irgendwelche abnormalen Veränderungen gibt. Sind beispielsweise über einen längeren Zeitraum immer die gleichen Teilflächen gegenüber der mittleren Brennbettemperatur auf dem betrachteten Rostbereich zu hoch oder zu niedrig in der Temperatur, so kann man auf eine Störung der Rostmechanik oder der Luftzuführung schließen. The images according to Figures 3 to 5 are over several Time periods saved and compared with each other, but it’s not just about the burning bed temperature to be detected by the light partial areas in FIGS. 3 to 5 is represented, but with this method one can also determine if there are any abnormal changes gives. For example, over a long period always the same areas compared to the average combustion bed temperature too high on the grate area under consideration or too low in temperature, so you can get a glitch close the grate mechanism or the air supply.
Die in der Auswerte- und Regeleinrichtung 23 gebildeten aufeinanderfolgenden
Regelgrößen dienen zur Beeinflussung der
einzelnen Stelleinrichtungen, wie dies in schematischer Übersicht
in Figur 6 dargestellt ist. Hiernach können durch die Regeleinrichtung
23 die Stelleinrichtungen für die Rostgeschwindigkeit
29 bis hin zur Temperatur im Luftvorwärmer 35 beeinflußt
werden, die bereits weiter oben angegeben wurde.The successive ones formed in the evaluation and
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