WO2021083942A1 - Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace - Google Patents

Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace Download PDF

Info

Publication number
WO2021083942A1
WO2021083942A1 PCT/EP2020/080254 EP2020080254W WO2021083942A1 WO 2021083942 A1 WO2021083942 A1 WO 2021083942A1 EP 2020080254 W EP2020080254 W EP 2020080254W WO 2021083942 A1 WO2021083942 A1 WO 2021083942A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
regenerator
temperature
furnace
combustion air
control
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/080254
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Hemmann
Andreas Birle
Thomas Schulz
Helmut Heelemann
Original Assignee
Software & Technologie Glas Gmbh (Stg)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Software & Technologie Glas Gmbh (Stg) filed Critical Software & Technologie Glas Gmbh (Stg)
Priority to EP20800070.3A priority Critical patent/EP4051648A1/en
Publication of WO2021083942A1 publication Critical patent/WO2021083942A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/24—Automatically regulating the melting process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Definitions

  • the invention relates to a method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, in particular with a melting tank, in particular for glass, according to the preamble of claim 1 and a control device designed to carry out the method according to the preamble of claim 20.
  • the invention also relates to an industrial furnace according to the preamble of claim 22.
  • an industrial furnace is not restricted to use in glass production.
  • an industrial furnace of the type mentioned at the outset can also be used in metal production or the like.
  • a regenerative industrial furnace of the type mentioned at the outset has proven to be particularly suitable in glass production for melting glass.
  • GB 1, 188,256 discloses a method for the regulated operation of a regeneratively heated industrial furnace with temperature regulation, a control being provided for a cycle of the firing periods of the burners.
  • a controller can specify control signals as a function of the temperatures in the regenerators when a temperature or a temperature difference has reached a predetermined value.
  • WO 2012/038488 A1 describes a method of the type mentioned at the beginning for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, with temperature control taking place in a first control loop and symmetry control for the left and right regenerators in a second control loop.
  • WO 2012/038488 A1 follows a technological control concept that essentially converges to a setpoint value for the furnace temperature and eliminates the problem of side asymmetry in terms of control technology.
  • such a control-technical solution concept should initially manage without a mandatory additional intervention in the actuators for fuel and combustion air regenerators.
  • the invention begins, the object of which is to provide an improved method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, in particular with a melting tank, in particular for glass, as well as a controller designed for this purpose and an improved regeneratively heated industrial furnace and an improved control device .
  • the object is achieved by the invention with a method of the type mentioned at the outset, in which, according to the invention, the features of the characterizing part of claim 1 are also provided.
  • the invention leads to the solution of the problem on a control device according to claim 20 and an industrial furnace according to claim 22.
  • Fuel is to be understood in particular as fuel gas.
  • Other fuels such as oil, e.g. B. heating oil, or the like are also possible to operate an industrial furnace. Mixtures of fuel gas and fuel oil are also possible.
  • An injector is to be understood in particular as an injection device which is designed to inject fuel directly in front of a furnace chamber in a feed path or in the furnace chamber, in particular separately from the combustion air. Mixing of combustion air and fuel is only intended in the furnace.
  • the furnace chamber has in particular an upper furnace and a lower furnace.
  • a lower furnace has, in particular, a glass melting tank or the like.
  • the designations of the regenerators as left and right regenerators are not to be understood as restrictive with regard to the spatial arrangement of the same and follow general technical usage. The names can also be chosen differently, e.g.
  • regenerators B as a first and second regenerator.
  • the regenerators can be arranged in relation to a glass melting tank in the direction of flow or transversely to the direction of flow of the glass.
  • a single regenerator can be assigned to a number of injectors.
  • a regenerator can also be understood to mean a regenerator section or the like that is assigned to an individual injector.
  • the first and second control loops can initially be executed independently of one another and can thus act independently on the controlled system.
  • the first and second control loops can also be coupled; z. B. via the temperature controller or the balancing controller.
  • a first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller. It goes without saying that, when the setting is regulated, primarily only the fuel flow is entrained, in particular at a sub-stoichiometric level. It goes without saying that, with a regulated setting, a fuel flow is primarily only carried along with the combustion air, in particular at a sub-stoichiometric level.
  • two manipulated variables in the form of a fuel flow and a combustion air flow can also be set in a controlled manner, in particular by means of two actuators; this if necessary under a boundary condition of a z. B. substoichiometric operation.
  • the invention is therefore based on a method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace with a furnace chamber, in particular with a melting tank, in particular for glass, having the steps:
  • a first controller in particular a PID controller, for the furnace chamber temperature, as well
  • a first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller.
  • regenerator temperature in particular a regenerator head temperature, of the left regenerator and right regenerator is determined, and a disturbance variable is determined by means of a deviation in the regenerator temperatures, wherein
  • the disturbance variable is used by means of the, in particular parallel and / or amplifying, control loop to control the furnace chamber temperature.
  • a method and devices for regulating the upper furnace temperature of regeneratively heated glass melting furnaces are provided here, which at least partially remedies the problem of thermally asymmetrical firing (thermal lateral asymmetry) in terms of control technology rather than in addition to temperature control, but rather in a modified temperature control.
  • the concept of the invention proposes a method and a technological control concept that eliminates the above-mentioned problem of thermal side asymmetry in a control-technical solution;
  • this is initially done solely by means of temperature control; nevertheless, based on an extended temperature sensor system, which is no longer restricted to the furnace chamber, is preferably based on an extended temperature sensor system which takes the regenerator head temperatures into account.
  • the concept of the invention manages within the scope of the extended temperature sensor system with actuator updates provided on the basis of the temperature control.
  • the invention is based on the consideration that there is usually a destabilizing interrelationship between the left and right regenerators. This can be exemplified as follows: A z. B. by chance slightly colder left The regenerator supplies the furnace with slightly less heat from the preheated combustion air - a simple PID controller responds to this by increasing the amount of fuel and combustion air on the left, with the result that a larger amount of exhaust gas enters the right regenerator and heats it up more than before. After changing the fire, ie changing the firing for the industrial furnace from the right regenerator, the right now hotter regenerator delivers more heat with the preheated combustion air into the furnace.
  • the PID furnace temperature controller then reduces the amount of fuel for the right-hand firing and the associated amount of combustion air, and thus less exhaust gas is sent to the left-hand regenerator, which consequently continues to lose temperature.
  • the continuation of the control loop with renewed firing for the industrial furnace from the left regenerator leads to a destabilizing cycle that is only stopped by setting upper or lower limits for the amount of fuel on the fire sides. This is inadequate because it ultimately leads to permanently asymmetrical firing of an industrial furnace.
  • the invention has recognized that an additional actuator intervention in the context of an additional symmetry control makes a dominant contribution to eliminating the problem.
  • an automatic regulation of the thermal symmetry of the regenerators known from WO 2012/038488 A1 can also be provided. Their output can, in a particularly preferred development, for. B. actively influence the period times between left-hand and right-hand heating. On the one hand there is still some
  • the invention is therefore based on the assumption that good progress can already be achieved for a symmetrization of a firing of the furnace chamber with a modified and thereby improved temperature control based on a regenerator head temperature.
  • the invention has recognized that in any case the aspects of an efficient approach to a possibly approximately symmetrical firing state, in particular also an acceleration and / or increase in effectiveness, can already be achieved with a modified and thus improved temperature control.
  • the invention proposes the features of the characterizing part of claim 1, namely, as explained in claim 1, an additional tem- temperature control element, which ultimately starts with a manipulation of the temperature control difference, namely based on a regenerator head temperature, which most closely reflects the asymmetry.
  • a temperature control difference is usually given as the difference between a target temperature value and an actual temperature value - the additional temperature control element sees a temperature difference between the left and right regenerator (or right and left regenerator) based on a regenerator head temperature. tur - in short, one on the temperature difference between the target side and the output side-
  • control deviation (dT) of the furnace room temperature is determined and the disturbance variable of the furnace room temperature is added to the control deviation as the deviation between the regenerator temperatures, and
  • the first adjustable manipulated variable is set on the basis of the deviation between the regenerator temperatures added to the control deviation.
  • the deviation between the regenerator temperatures is determined as an increase in amount relative to the control deviation of the furnace chamber temperature, and / or as a deviation in the regenerator temperatures between the target side and the output side of the left-hand regenerator and right-hand regenerator in relation to the side of the respective fuel injector is determined.
  • control deviation of the furnace room temperature as the target value_temperature minus the ACTUAL value temperature in the furnace room and / or for the disturbance large the deviation between the regenerator temperatures is determined by means of a difference between the regenerator temperature of the target side and the regenerator temperature of the output side.
  • the disturbance variable is amplified to a predetermined power by means of the deviation “ATLR” or “DT RL” between the regenerator temperatures and / or is weighted with a predetermined multiplier.
  • this basis of an additional temperature difference based on preferably a regenerator head temperature is provided with two gain factors within the scope of a particularly preferred development, namely on the one hand a multiplicative weighting and a power weighting, which provides the additional temperature control difference "ATLR” or "ATRL”.
  • the regenerator temperature in particular a regenerator head temperature
  • the deviation between the regenerator temperatures is determined with the means, in particular by means of a difference between the regenerator temperature mean of the target side and the regenerator temperature mean of the output side.
  • a further development according to WO 2012/038488 A1 has recognized that, in the end, without establishing the thermal symmetry of the regenerators, stable and symmetrical regulation of the upper furnace temperatures is not possible.
  • the further development for solving the problem has recognized that the temperature control of the upper furnace according to the first control circuit is to be supplemented by an automatic symmetry control, which is presently set up by means of the second control circuit.
  • a suitable criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators which can be defined in the process as the difference between the first and second preheating parameter, is used as the setpoint.
  • the output of the second control loop is a heat transfer between the first and second regenerator set.
  • the concept of the development according to claim 1 provides as a result an energy balance between the regenerators, which can be readjusted at any time in the second control loop. In principle, this can be done without influencing the fuel and combustion air quantities of the furnace heating according to the first control loop. In particular, it has proven to be advantageous for the operation of the second control loop to continue the first control loop independently or to initially record values achieved there for a run through the second control loop.
  • the heat content of the combustion air is usually not immediately known.
  • the heat content can, however, be measured indirectly or derived from suitable parameters of a regenerator and / or furnace chamber; parameters such as temperatures or air volumes can be used for this purpose.
  • the parameters can be measured, simulated or calculated; they can also be based on empirical values or taken from characteristic curves.
  • a preheating parameter according to the concept of the further development is basically to be understood as any parameter by means of which a measure for the heat content of the combustion air can be specified; In any case, it can be specified insofar as a comparison variable can be specified for a heat content of the combustion air in the first regenerator and for a heat content of the combustion air in the second regenerator.
  • a suitable criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators is used as the setpoint value, which can be defined in the process as the difference between the first and second preheating parameters.
  • the criterion is suitable for evaluating how much heat is to be transferred from a first regenerator to a second regenerator in order to establish symmetry between them.
  • the actual temperature of the preheated combustion air is continuously determined as a criterion for the symmetry of the regenerators by means of continuous suction measurement and the heat from preheated combustion air is currently determined from the product of the result of this measurement with the actual amount of combustion air is calculated, which is fed to the furnace chamber with left-hand and right-hand firing.
  • a heat transfer variable is to be understood as a parameter by means of which an amount of heat can be transferred from a first to a second regenerator.
  • this is a parameter that influences a heat transport mechanism between the first and second regenerators - via the furnace chamber but (in the balance sheet) without directly influencing the same - that is, which only influences a heat transport mechanism between two regenerators spaced apart over the furnace chamber without the To directly influence the heat content of the furnace chamber itself.
  • another heat transfer variable can in principle also be used, by means of which an amount of heat can be transferred from a first to a second regenerator. If possible, the transfer should take place directly and with as few losses as possible and while maintaining process stability.
  • a first time period is set as the heat transfer variable by which the first period duration (i.e. the period duration of a heat input into the furnace chamber from a regenerator via preheated combustion air) is extended and / or for the hotter one of the first and second regenerators the first period is shortened for the colder of the first and second regenerators.
  • a second period of time can preferably also be set as the heat transfer variable, by which the second period duration (i.e. the period duration of a heat discharge from the furnace chamber into a regenerator via hot exhaust gas) is extended for the colder one of the first and second regenerators and / or for the hotter one of the first and second regenerators second regenerator, the second period is shortened.
  • the first and second periods of time preferably have the same amount, ie even for a shortened or lengthened period, a heat removal time on a left regenerator is equal to a heat input time on a right regenerator and vice versa.
  • a first and a second time span can also be different if necessary.
  • a heat transfer variable is advantageously provided as the manipulated variable, which in a particularly preferred embodiment is formed as a first time span by which the period of regenerative heating on the side of the hotter regenerator is extended in order to transfer more heat from this to the colder regenerator transport, while conversely the period of the colder regenerator is reduced by a first period of time, preferably the same amount, in order to support its accumulation of stored heat.
  • the output of the balancing regulator is formed as a period of time by which the period of heating on the side of the colder regenerator is shortened and / or by which the period of time on the side of the hotter regenerator is lengthened.
  • the aim is to ensure that heat is transported from the hotter regenerator into the colder regenerator, while as far as possible it is avoided that a colder regenerator heats up to the detriment of the furnace.
  • the concept of the development leads in a preferred development to a method for regulating the upper furnace temperature of regeneratively heated glass melting furnaces in which a temperature controller known per se, e.g. B.
  • PID controller for controlling a representative upper furnace temperature, has an output for a fuel energy and is linked to a second controller that actively corrects the thermal symmetry between the regenerators so that both regenerators get the same heat from preheated combustion air into the Deliver furnace space. Only with a thermal symmetry of the regenerators produced in this way is the temperature control of the upper furnace even possible, which was recognized by the further development.
  • the second adjustable manipulated variable is preferably set in the form of a heat transfer variable influencing the heat transfer between the first and second regenerator in order to limit the difference between the first and second preheating parameter to a threshold value close to zero.
  • the amounts of time at the output of the symmetry control are tightly limited in order to enable a gradual transport of the heat, if possible without any significant influence on the entire furnace process. Is z. If, for example, the permissible time shift is limited to 30 seconds over the above-mentioned time period at the output of the symmetry controller, the temperature equalization between the regenerators can take several days up to a week when the regenerators are activated for the first time and if there is an asymmetry, and then occurs if the conditions are otherwise symmetrical back to values around zero.
  • the difference between the first and second preheating parameters can advantageously be used as the control result of the second control loop for evaluating the state of the regenerator and / or for evaluating a further influencing variable, in particular for evaluating an uncontrolled ingress of air in the furnace chamber and / or regenerator. It is thus advantageously possible to use the control result of the symmetry controller for the technological evaluation of the state of the regenerator or for the evaluation of any asymmetry of further external influencing variables, e.g. B. to evaluate and decide whether uncontrolled air ingress into the furnace chamber or into the regenerator has taken place.
  • the preheating parameter is formed as heat from preheated combustion air, the heat from preheated combustion air being advantageously obtained from a model calculation of the regenerator.
  • the ideal criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators is therefore the heat of the preheated combustion air, expressed as the energy flow in (MW) that enters the furnace chamber from the regenerator.
  • This energy flow is regularly not available as a measured value.
  • this can advantageously be supplied by a mathematical model of the regenerator.
  • a mathematical model can be used in the furnace control as a criterion for the symmetry of the regenerators, so that the heat from preheated combustion air is currently calculated as a process variable that is fed to the furnace chamber with left-hand and right-hand firing.
  • This mathematical model can e.g. B. be embedded in a software of the control device for the furnace control and approximate and remain approximated by a one-time basic adjustment and self-learning adjustment to specifications through real measured values from existing thermocouples at the regenerator head and at the regenerator foot.
  • Such a model advantageously supplies the input and output flows of thermal energy into and out of a first and second regenerator, as well as the heat made available to the furnace in each case.
  • the model calculation can advantageously be carried out in real time in a control device. This can preferably - in view of the comparatively slow temperature dynamics of the industrial furnace - also be used to calculate in real time the dynamic behavior of air and / or exhaust gas flows and the associated temperature behavior as well as heat input and output.
  • the preheating parameter can be formed as the product of an amount of combustion air and a regenerator head temperature, the amount of combustion air and / or regenerator head temperature being advantageously measured.
  • a lowest regenerator head temperature is used as the regenerator head temperature.
  • the product of the amount of combustion air and the lowest chamber head temperature at the end of a respective air and firing period can be used as a criterion for the symmetry of the regenerators. This can be more inaccurate compared to a model calculation, since experience has shown that the real temperature of the preheated combustion air temperature is typically around 50 ... 100 ° C below the lowest thermocouple temperature in the regenerator head, because the thermocouple always shows a mixed temperature of the stone temperature and the air temperature.
  • the preheating parameter is advantageously formed as an average of at least one regenerator head temperature and / or furnace room temperature, in particular at the end of a first period and / or a second period, in particular as a weighted average of a highest and a lowest value thereof.
  • a weighted average of the highest and lowest regenerator head temperatures and the associated upper furnace temperatures at the end of the exhaust gas period and the air period can be used as a criterion for the symmetry of the regenerators. This advantageously increases the reliability of the measured values in relation to the actual temperature values.
  • the furnace chamber and / or a regenerator is preferably provided with a number of temperature sensors, in particular thermocouples, in order to detect, in particular, an upper furnace temperature and / or regenerator head temperature.
  • thermocouples of all other temperature sensors on the regenerator head can be used as the simplest criterion, especially recorded at the end of the period and / or advantageously smoothed by averaging over several periods.
  • this can be imprecise in comparison to a model calculation, especially in the case of different amounts of combustion air on the fire sides, even with this simplified method, a significant improvement is achieved compared to an unregulated state.
  • the controllability of the upper furnace for temperature control can be achieved at all.
  • a representative furnace chamber or upper furnace temperature can be formed as a weighted average of various temperature measurements.
  • a furnace chamber temperature is particularly advantageously formed as a weighted average of a number of temperature measurements at different locations.
  • the agent is advantageously used as the basis for an advantageous extrapolation of an oven chamber or upper oven temperature.
  • combustion air is extracted from a regenerator within a first period, its temperature should indeed fall while that in the furnace chamber should rise; then, when exhaust gas is taken up in the same regenerator within a second period, its temperature should rise while that in the furnace chamber should continue to rise.
  • a course of the furnace chamber temperature during each of the periods mentioned can be extrapolated at the end of the period duration. So z.
  • the furnace control records the upper and lower peak temperatures at the beginning and end of each temperature drop caused by changes and, based on this simple model of the temperature profile, provides a prediction of the end-of-period temperature at any time.
  • the further development has recognized that a temperature drop after changing the regenerator cannot be compensated for by the temperature controller, since this temperature drop, on the contrary, would only have the effect of disrupting the recording of measured values; consequently it is filtered out of the controller by the development.
  • the temperature prediction for the end of the period is used as the controller input for the temperature controller instead of the current setpoint of the furnace temperature. Long before the real temperature actually reaches the end of the period, the temperature controller can use the prediction for the end of the period to recognize whether the temperature is rising too quickly or too slowly and can begin to intervene in terms of control technology much earlier.
  • a first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller, and an additional charge of the same is supplied to the furnace.
  • the surcharge is based on the amount of the change-related Fuel failure and / or formed from a speed of temperature increase after alternating leadership. This leads to an accelerated increase in the furnace temperature after the drop in temperature caused by changes.
  • an additional surcharge on the fuel energy of the furnace is added specifically to the fuel energy as the controller output of the temperature controller, whereby this surcharge itself was not previously the result of the temperature control, but is formed from the amount of the alternating fuel failure and the speed of the temperature increase after reversal.
  • the heat transfer variable is an increase in the combustion air flow or another fluid caused by the hotter regenerator, in particular independently of a change in the fuel flow.
  • the output of the balancing regulator preferably causes an increase in the flow of combustion air or another fluid through the hotter regenerator with the aim of extracting additional heat from this hotter regenerator, regardless of whether the amount of fuel is changed in the same way or not.
  • an increase in the heat transport medium is advantageously achieved.
  • the preferred use of the other fluid includes, in particular, an increase in the flow of another inert gas, ie a gas that does not promote the combustion of the fuel. This can for example be a gas such as N 2 or CO 2 .
  • An inert gas has the advantage that it supports the heat transport from a left to a right regenerator, but leaves the combustion process and thus the heat content in the furnace interior largely unaffected.
  • the heat transfer variable is a reduction in the combustion air flow or another fluid through the colder regenerator, in particular independently of a change in the fuel flow of combustion air or another fluid through the colder regenerator, with the aim of drawing less heat from this colder regenerator, regardless of whether the amount of fuel is changed in the same way or not.
  • a reduction in the heat transport medium is advantageously achieved.
  • the heat transport medium is to be understood in particular as the combustion air or exhaust gas, e.g. B. in a recirculation circuit.
  • There can also be a third one Medium can be used as a heat transport medium, e.g. B. an additionally added amount of oxygen, nitrogen or other inert gas.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a regeneratively heated industrial furnace with a left and a right regenerator according to a particularly preferred embodiment, in which a control device with a control loop IA of a temperature control module and a symmetry control module is provided according to the concept of the invention, the control loop IA as a extended control loop IB of a temperature control module 200 is able to make the asymmetry of an asymmetrical furnace firing recognizable in any case;
  • Fig. 2 shows a special embodiment of a control scheme which, solely due to an extended control loop IB of a temperature control module 200, is able to correct the asymmetry of an asymmetrical furnace firing - recognizable by Aq or ATLR - to cancel.
  • the factor ATLR or ATRL can also be raised to the power of a power term N, which can be seen as an acceleration term in order to accelerate the effect of a rapid approach to a symmetrical state.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first control loop IA for temperature control of the temperature control module and a second control loop for symmetry control of the symmetry control module in the control device of FIG. 1 according to the concept of the development according to WO2012 / 038488 A1 - according to the concept of the invention, the first Control loop IA are supplemented by the extended control loop IB for the temperature control module 200 and thus the first control loop IA with the extended control loop IB and a second control loop are available for balancing the balancing control module; 4 shows an exemplary illustration of a time profile of a measured temperature in a regenerator head in an industrial furnace of FIG.
  • Fig. 5 shows the temporal course of a difference between the first and second preheating parameters in the form of heat from preheated combustion air in the largely steady symmetrical state of the system of left and right regenerators together with a set time period as a heat transfer variable according to the period duration for the removal of exhaust gas for the colder regenerator from the furnace chamber is extended and / or a period for the hotter regenerator to discharge exhaust gas from the furnace chamber is shortened according to the concept of the development according to WO 2012/038488 A1 - with the extended control loop IB according to the concept of the invention, the temperature control is even more efficient.
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, a regeneratively heated industrial furnace 100 with a furnace chamber 10, the upper furnace chamber 1 of which is regulated as a control system and in which the lower furnace chamber 2 has a glass melting tank (not shown in detail). Glass contained in the glass melting tank is heated above the melting temperature via the furnace space 10 and melted and suitably treated for the production of flat glass or the like.
  • the industrial furnace 100 is heated by injecting fuel, in the present case in the form of fuel gas, into the upper furnace 1 via a plurality of laterally attached fuel injectors 20.
  • fuel injector 20 One left injector 20 of the fuel injectors 20 is shown here.
  • an injector 20 'on the right of further fuel injectors 20' is shown.
  • a number of six injectors 20, 20 ′ can be provided on the left or right.
  • fuel gas is injected into the upper furnace 1 via a fuel injector 20 with practically no combustion air.
  • preheated combustion air VB is supplied to the upper furnace 1 via an opening 30 on the left.
  • the combustion air from the opening 30 mixes in the upper furnace 1 with the fuel gas injected by the fuel injector 20 and leads to the formation of a flame 40 covering the lower furnace, which is represented symbolically in the present case.
  • FIG. 1 shows the industrial furnace 100 in the state of regenerative firing via the left regenerator 50 and the left injectors 20. These and the opening 30 are designed in such a way that the fuel gas supplied via the injectors 20 is sufficiently close to or below stoichiometric Area is mixed with combustion air of the left regenerator in the upper furnace 1.
  • the operating state shown in Fig. 1 of a left-side firing of the upper furnace 1 with injection of fuel gas via the left-side injectors 20 and supply of combustion air VB via the left regenerator 50 lasts for a first period of z. B. 20 to 40 minutes. During this first period, combustion air VB is supplied to the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 separately from the fuel gas 20.
  • exhaust gas AG from the upper furnace 1 is fed to the right-hand regenerator 50 'via openings 30' on the right-hand side and heats it up.
  • combustion air VB is then fed via the right-hand regenerator 50 'to the upper furnace 1 together with fuel gas from the right-hand injectors 20', the combustion air VB then absorbing the heat deposited by the exhaust gas AG in the regenerator 50 'in the first period.
  • the regulation of a fuel flow and / or a combustion air flow takes place in principle via a temperature control module 200 of a control device 1000 for the industrial furnace 100.
  • a PID controller can be used in the temperature control module 200 for this purpose, according to which an increase in the fuel flow and / or the combustion air flow occurs
  • the furnace chamber temperature is increased or a furnace chamber temperature is decreased with a decrease in a fuel flow and / or a combustion air flow.
  • Temperature values of the regenerator head 51 or 5T or of the upper furnace chamber 1 are fed to the temperature control module 200 via suitable temperature probes 52, 52 ', 53, which in the present case are in any case partly combined with a suitable lambda probe for measuring a fuel-air ratio.
  • the temperature measured by the temperature probe 53 in the upper furnace serves as the input of the temperature control module 200, for. B. to make a temperature averaging based thereon and an extrapolation of the temperature behavior to the end of a period.
  • the temperature probes 52, 52 'shown in FIG. 1 and in the present case also the temperature probe 53 also supply measured temperatures to the input of a symmetry control module 300 of FIG. 1 - this is described in the context of an embodiment of this preferred development relating to a symmetry control module with reference to FIG 3 explained in more detail.
  • the temperatures at a regenerator head as measured by the temperature probes 52, 52 can serve as the basis for a claimed, simplified determination of a preheating parameter.
  • the lambda probes or other measuring sensors, which may be arranged in the same place, can also record measured values, e.g. B. on air or exhaust gas quantities, provide for such a simplified determination.
  • FIG. 2 illustrates schematically the structure of a first rain loop IA for temperature control of a temperature control module 200. This is explained with reference to a preferred embodiment of a method for the controlled operation of the regeneratively heated industrial furnace 100 shown by way of example in FIG.
  • the first control loop labeled IA represents the temperature control.
  • the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 of the furnace 100 is initially used as part of the controlled system R denoted by R.
  • the controlled system R also includes the left regenerator 50 and the right regenerator 50 'as well as the locations of the regenerators 50, 50' provided heat Qu and Q Re from preheated combustion air VB, which are fed to the upper furnace 1.
  • the aim of furnace temperature control is to determine the amount of fuel that will ensure the technologically desired furnace temperature as predictively as possible - and this with changing loads and changing disturbance variables.
  • the process value is the prediction of the temperature at the end of the period, which is provided by a model of the temperature profile and enables control intervention even if the temperature has not yet reached the end temperature, but falls short of the planned temperature rise or unexpectedly leads it.
  • This is applied accordingly to a weighted average of several oven temperatures.
  • a furnace chamber temperature T is initially used as the control variable.
  • several representative upper furnace temperatures Ti, T2 ... TN z. B. measured with suitable temperature sensors 52, 52 ', 53, if necessary with a suitable correction.
  • the temperature sensor 53 is used to record the furnace chamber temperature T.
  • TN adapted to an upper furnace temperature
  • averaging unit 201 adapted to an upper furnace temperature
  • the value of the temperature mean T x is then fed to an extrapolation unit 202, which is able to predict the ACTUAL value of the temperature TIST at the end of a fire period of the regenerative heating system based on a typical time course of the representative upper furnace temperature.
  • this predicted temperature TIST forms the actual value of the temperature controller RT.
  • the temperature controller RT is in the present case in the form of a PID controller, to which a setpoint value of the temperature TSOLL is also fed and which determines a fuel energy requirement E from the difference between them.
  • the extrapolation unit 202 it is considered here that, depending on the installation position of the temperature sensors 52, 52 ', 53 in the upper furnace 1 or regenerator head 51, 5T, and depending on the duration of a reversing process, the upper furnace temperatures T drop. This applies in particular to the temperature sensor 53 in the context of the following explanation. This means that the real value of the temperature T for the temperature controller RT of the upper oven temperature falls by 3 - 20K during the reversal and is then built up with continuous heating.
  • the temperature T mostly follows a time curve that can be described by a function:
  • T (t) is the approximate temperature curve
  • At least the temperature after a very long time the time and a time constant, referred to here as a form factor.
  • a fuel energy E to be fed to the furnace is determined from the temperature TIST extrapolated in this way at the respective end of a firing period of the regenerative heating.
  • a fuel quantity B in a fuel unit 203 is determined therefrom, taking into account a calorific value of the fuel gas used.
  • the fuel unit 203 sets an actuator assigned to the temperature controller RT - for example in the form of a fuel throttle for an injector 20, 20 '' in order to set a fuel flow as the first adjustable control variable for an upper furnace so that a desired target temperature TSOLL in contrast to the aforementioned actual temperature TIST is reached.
  • an actuator assigned to the temperature controller RT - for example in the form of a fuel throttle for an injector 20, 20 '' in order to set a fuel flow as the first adjustable control variable for an upper furnace so that a desired target temperature TSOLL in contrast to the aforementioned actual temperature TIST is reached.
  • the temperature sensor 53 measured and obtained Temperature mean T x is shown in comparison with the temperature signal for the actual temperature TIST that emerged from the prognosis model of the extrapolation unit 202.
  • the forecast unit 202 detects the upper and lower peak temperatures at the beginning t3 and at the end t3 of each alternating temperature drop in the temperature T. From this, on the basis of the above-mentioned formula of the temperature profile, a prediction of the period end temperature is provided at any time, which is used as the actual temperature TIST for the control loop IA.
  • the period t is designated between the beginning t3 and the end t3 of each change-related drop in temperature.
  • the temperature drop described after a change at the beginning t3 and at the end t3 of the period t can in any case not be completely compensated for by a temperature controller RT.
  • this temperature drop which is denoted by DT in FIG. 4, would only act like a disruption of the measured value acquisition and is consequently filtered out of the temperature controller R T in order to prevent an undesired reaction of the temperature controller R T to the temperature drop DT after the lighting was changed from left regenerator 50 to prevent the right regenerator 50 'and vice versa.
  • the predicted temperature TIST at the end of the period is used as the controller input for the temperature controller RT. Long before the actual temperature T x actually reaches the end of the period, the temperature controller RT can recognize from the prediction for the end of the period whether the temperature is rising too quickly or too slowly and can begin to intervene in terms of control technology much earlier.
  • a temperature control difference is usually given as the difference between a target temperature value and an ACTUAL temperature value - the additional temperature control element sees a temperature difference between the left and right regenerator (or right and left regenerator) based on a regenerator head temperature - in short an additional addition to the temperature control difference provided on the temperature difference between the target side and the output side; d. H.
  • the concept of the invention adds the temperature difference between the opposite side and the origin to the common temperature control difference, which ultimately makes the asymmetry measurable.
  • Fig. 2 shows a special embodiment of a control scheme that is already able to largely cancel out the asymmetry of an asymmetrical furnace firing - recognizable by DO or ATLR - just because of an extended control loop IB of a temperature control module 200.
  • a control deviation AT Tset-Tist of the furnace room temperature to be determined to regulate the furnace chamber temperature and for the disturbance variable ATLR of the furnace chamber temperature to be added to the control deviation as the deviation between the regenerator temperatures, and the first adjustable manipulated variable to be set based on the deviation between the regenerator temperatures TLR added to the control deviation.
  • the control deviation DT of the furnace room temperature is determined as the setpoint_temperature minus the actual value_tempe- rature in the furnace room and for the disturbance variable the deviation between the regenerator temperatures is determined by means of a difference between the regenerator temperature on the target side and the regenerator temperature on the output side.
  • the factor ATLR or ATRL can also be raised to the power of a power term N, which can be seen as an acceleration term in order to accelerate the effect of a rapid approach to a symmetrical state.
  • the disturbance variable is amplified to a predetermined power N by means of the deviation ATLR, ATRL between the regenerator temperatures and / or is weighted with a predetermined multiplier k.
  • this basis of an additional temperature difference based on preferably a regenerator head temperature is provided with two gain factors within the scope of a particularly preferred development, namely on the one hand a multiplicative weighting, which is designated here with "k”, and a power weighting, which the additional temperature control difference "ATLR "Or” ATRL "provides.
  • the regenerator temperature in particular a regenerator head temperature TL, TR
  • the deviation between the regenerators -Temperature is determined with the means, in particular by means of a difference between the regenerator temperature mean of the target side and the regenerator temperature mean of the output side.
  • the control device 1000 shown in FIG. 1 also has the aforementioned symmetry control module 300, which in the present case is designed to influence the heat transfer between the first and second regenerators 50, 50 ′. In the present case, this takes place via a heat transfer variable in the form of a time span ⁇ At, by which the second period t is extended for the colder one of the first and second regenerators 50, 50 'and / or the second period length for the hotter one of the first and second regenerators 50, 50' t is shortened or the first period t is shortened for the colder one of the first and second regenerators 50, 50 'and / or the first period t is lengthened for the hotter one of the first and second regenerators 50, 50'.
  • a suitable actuator in the form of a timer 60 is presently coupled to the symmetry control module 300 and able to shorten or lengthen the first and second period duration t depending on the symmetry control module 300 - the latter is the period duration by the time span ⁇
  • arrows 61 which move are shown symbolically.
  • the first control loop I of the temperature control module 200 and the second control loop II of the symmetry control module 300 will now be described in more detail, as well as the structure of a second control loop II for a symmetry control for a symmetry control module 300 relating to the left and right regenerators 50, 50 '.
  • 3 thus schematically illustrates the structure of a first rain loop I for temperature control of a temperature control module 200 and the structure of a second control loop II for symmetry control for a symmetry control module 300 relating to the left and right regenerators 50, 50 ‘. This is explained on the basis of a preferred embodiment of a method for the regulated operation of the regeneratively heated industrial furnace 100 shown as an example in FIG. 1.
  • the first control loop labeled I represents the temperature control.
  • the second control loop labeled II represents the symmetry control for the left and right regenerators 50, 50 '.
  • the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 of the furnace 100 is used as part of the controlled system R. also includes the left regenerator 50 and the right regenerator 50 'as well as the locations of the heat Qu and Q Re made available by the regenerators 50, 50' from preheated combustion air VB, which are supplied to the upper furnace 1.
  • the aim of furnace temperature control is to determine the amount of fuel that will ensure the technologically desired furnace temperature as predictively as possible - and this with changing loads and changing disturbance variables.
  • the prerequisite for controllability is the active maintenance of thermal symmetry, which is achieved by means of the second control loop II, which is explained further below.
  • a stable, even flow of fuel without unnecessary fluctuations is another prerequisite for efficient heating. It should therefore not be the task of the temperature controller to compensate for the unavoidable drop in temperature of the vault during about 35 .. 40 seconds of the fire-free time of the reversal by increasing fuel consumption - another reason why a simple PID controller does not do the job in any case can solve completely
  • Asymmetrical furnace temperatures between the left and right firing of regenerative glass melting furnaces are mainly caused by the thermal asymmetry of the regenerators.
  • a "model" of the physical relationships allows the establishment of a symmetry control of the regenerators as preconditions for symmetrical furnace temperatures.
  • the heat content of the left and right regenerators and the heat they provide The amount of preheated combustion air for the right and left fire should be matched to ensure the symmetrical heating of the furnace chamber. At least the left and right vault temperatures should be adjusted to one another.
  • the symmetry compensation between the regenerators can take up to 3 days in a typically asymmetrical starting position.
  • the vault temperature of the furnace can only be regulated at all by means of such a symmetry control.
  • the heat Qu, Q Re of the preheated combustion air VB from the regenerators 50, 50 ' is used to evaluate the thermal symmetry of the regenerators 50, 50'.
  • the individual amounts of heat Qu, Q Re are supplied by a mathematical model of the regenerators 50, 50 ', which is implemented in the difference unit 204 as a software module and then supplies the difference between the individual amounts of heat Qu, Q Re.
  • the difference between them is made available by the difference unit 204 as the energy flow of the asymmetry AQ in megawatts to the symmetry regulator Rs.
  • the mathematical model is able to supply the corresponding amounts of heat such as real measured values from thermocouples.
  • the symmetry regulator Rs regulates the difference AQ, shown in more detail in FIG. 5, of the heat quantities to zero.
  • the symmetry regulator Rs provides a time span ⁇ At for the regenerators 50, 50 'with which the period t for the firing of the upper furnace 1 is changed via the regenerators 50, 50'.
  • the left period must be permanently 20 seconds longer in order to maintain the symmetry - such a permanent misalignment provides additional information after establishing the symmetry, e.g. B. via air leakage on the exhaust side of the affected regenerator or regenerator wear.
  • additional information e.g. B. via air leakage on the exhaust side of the affected regenerator or regenerator wear.
  • visible temperature differences at the base of the chamber provided that they can be recorded and interpreted correctly from a technological point of view.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace having a furnace chamber, in particular having a melting tank, in particular for glass, comprising the steps of: - injecting fuel into the furnace chamber via at least one fuel injector, which is designed to inject fuel, in particular practically without combustion air, - periodically alternating the guiding of combustion air to the furnace chamber in a first period duration and exhaust gas from the furnace chamber in a second period duration separately from the fuel by means of a left regenerator and right regenerator associated with the at least one fuel injector which are designed for regenerative storage of heat from the exhaust gas and for transferring heat to the combustion air.

Description

Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, Steuereinrichtung und Industrieofen Process for the regulated operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Ausführung des Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20. Die Erfindung betrifft auch einen Industrieofen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22. The invention relates to a method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, in particular with a melting tank, in particular for glass, according to the preamble of claim 1 and a control device designed to carry out the method according to the preamble of claim 20. The invention also relates to an industrial furnace according to the preamble of claim 22.
Stand der Technik State of the art
Grundsätzlich ist ein Industrieofen nicht auf die Verwendung in der Glasherstellung beschränkt. Z. B. kann ein Industrieofen der eingangs genannten Art kann auch in der Metallherstellung oder dgl. eingesetzt werden. Ein regenerativer Industrieofen der eingangs ge- nannten Art hat sich jedoch als besonders geeignet in der Glasherstellung zum Schmelzen von Glas erwiesen. In principle, an industrial furnace is not restricted to use in glass production. For example, an industrial furnace of the type mentioned at the outset can also be used in metal production or the like. However, a regenerative industrial furnace of the type mentioned at the outset has proven to be particularly suitable in glass production for melting glass.
Bislang wird die Steuerung regenerativer Glasschmelzöfen --d. h. regelmäßig mittels Steuerung über den Oberofen im Ofenraum als Regelstrecke-- ausschließlich PID-Reglern anvertraut, welche die Regelung einer Oberofentemperatur zum Ziel haben und deren Aus- gang entweder eine Brennstoffmenge selbst darstellt oder eine Verbrennungsluftmenge, der die Brennstoffmenge dann in einstellbarem Verhältnis folgt. Problematisch dabei ist, dass sich in der Tat solche Temperaturregler --wie bei einem Verfahren der DD 143 158 A1-- regelmäßig als ungeeignet erweisen, die Temperatur eines regenerativen Glasschmelzofens erfolgreich und stabil zu regeln und insofern ungenutzt bleiben. Der Grund liegt im bislang verfolgten Regelungsentwurf, dem die systematische Tendenz innewohnt, geringfügige Temperaturunterschiede zwischen den Regeneratoren immer weiter zu vergrößern. Dabei wird auch der Brennstoffeinsatz zwischen den Feuerseiten immer weiter vergrößert, ohne dass jemals ein Sollwert der Ofentemperatur erreichbarwäre; d. h. die Regelung konvergiert nicht auf den Sollwert einer Ofentemperatur. So far, the control of regenerative glass melting furnaces - i.e. regularly by means of control via the upper furnace in the furnace room as a control system - has only been entrusted to PID controllers, which aim to regulate an upper furnace temperature and the output of which is either a fuel quantity itself or a combustion air quantity, the the amount of fuel then follows in an adjustable ratio. The problem here is that such temperature regulators - as with a method in DD 143 158 A1 - regularly prove to be unsuitable for successfully and stably regulating the temperature of a regenerative glass melting furnace and to that extent remain unused. The reason for this lies in the draft regulation that has been pursued to date, which has the systematic tendency to keep increasing slight temperature differences between the regenerators. The fuel consumption between the sides of the fire is also increased further and further, without a setpoint value for the furnace temperature ever being attainable; ie the control does not converge on the setpoint of an oven temperature.
Aus DE 36 10 365 A1 ist ein Verfahren zur technologisch geführten Regelung einer Ober- Ofenheizung eines Industrieofens bekannt, bei dem ein Brennstoffstrom zur Regelung einer Gewölbetemperatur des Oberofens vorgesehen ist und das Problem einer regenerativen Seitenunsymmetrie subjektiven Einflüssen überlassen ist. Es wurde gefunden, dass Temperaturunterschiede in den Ofentemperaturen zwischen linksseitiger und rechtsseitiger Beheizung in überwiegendem Masse in entsprechenden Temperaturunterschieden derzuge- hörigen Regeneratoren ihre Ursache haben. In Einzelfällen können Kopftemperaturen des linken Regenerators um 45 °C niedriger als die des rechten Regenerators sein und gleichzeitig die Temperaturen im Ofenraum, d. h. regelmäßig im Oberofen, bei linksseitiger Beheizung um 20 °C niedriger als dieselben Temperaturen bei rechtsseitiger Beheizung sein. From DE 36 10 365 A1 a method for the technologically controlled control of an upper furnace heating of an industrial furnace is known, in which a fuel flow is provided for regulating a vault temperature of the upper furnace and the problem of regenerative side asymmetry is left to subjective influences. It was found that temperature differences in the furnace temperatures between the left-hand and right-hand heating are predominantly due to corresponding temperature differences in the associated regenerators. In individual cases, the head temperatures of the left-hand regenerator can be 45 ° C lower than those of the right-hand regenerator. H. regularly in the upper oven, with heating on the left 20 ° C lower than the same temperatures with heating on the right.
So offenbart GB 1 ,188,256 ein Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheiz- ten Industrieofens mit einer Temperaturregelung wobei eine Steuerung für einen Zyklus der Feuerperioden der Brenner vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine Steuerung abhängig von den Temperaturen in den Regeneratoren Steuersignale vorgeben, wenn eine Temperatur oder eine Temperaturdifferenz einen vorbestimmten Wert erreicht hat. GB 1, 188,256, for example, discloses a method for the regulated operation of a regeneratively heated industrial furnace with temperature regulation, a control being provided for a cycle of the firing periods of the burners. For example, a controller can specify control signals as a function of the temperatures in the regenerators when a temperature or a temperature difference has reached a predetermined value.
WO 2012/038488 A1 beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, wobei in einer ersten Regelschleife eine Temperaturregelung und in einer zweiten Regelschleife eine Symmetrieregelung für den linken und rechten Regenerator erfolgt. WO 2012/038488 A1 describes a method of the type mentioned at the beginning for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, with temperature control taking place in a first control loop and symmetry control for the left and right regenerators in a second control loop.
WO 2012/038488 A1 folgt insofern einem technologischen Steuerungskonzept, das im Wesentlichen auf einen Sollwert der Ofentemperatur konvergiert und das Problem der Sei- tenunsymmetrie regelungstechnisch behebt. Wünschenswert ist jedoch auch ein regelungstechnisches Konzept, das in bestehenden Regelungen mit vergleichsweise geringem Aufwand zu implementieren ist. Insbesondere sollte ein solches regelungs-technisches Lösungskonzept zunächst ohne einen zwingenden zusätzlichen Eingriff in die Stellglieder für Brennstoff- und Verbrennungsluft-Regeneratoren auskommen. In this respect, WO 2012/038488 A1 follows a technological control concept that essentially converges to a setpoint value for the furnace temperature and eliminates the problem of side asymmetry in terms of control technology. However, it is also desirable to have a control technology concept that is comparatively low in existing regulations Effort is to implement. In particular, such a control-technical solution concept should initially manage without a mandatory additional intervention in the actuators for fuel and combustion air regenerators.
Aufgabe An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein verbessertes Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens, insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, sowie eine dazu ausgebildete Steuerung und einen verbesserten regenerativ beheizten Industrieofen sowie eine verbesserte Steuereinrichtung anzugeben. Erfindung At this point, the invention begins, the object of which is to provide an improved method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, in particular with a melting tank, in particular for glass, as well as a controller designed for this purpose and an improved regeneratively heated industrial furnace and an improved control device . invention
Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß zudem die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auf eine Steuereinrichtung nach Anspruch 20 und einen Industrieofen nach AnSpruch 22. With regard to the method, the object is achieved by the invention with a method of the type mentioned at the outset, in which, according to the invention, the features of the characterizing part of claim 1 are also provided. The invention leads to the solution of the problem on a control device according to claim 20 and an industrial furnace according to claim 22.
Unter Brennstoff ist insbesondere Brenngas zu verstehen. Andere Brennstoffe wie Öl, z. B. Heizöl, oder dergleichen sind ebenfalls zum Betrieb eines Industrieofens möglich. Auch Gemische aus Brenngas und Brennöl sind möglich. Unter einem Injektor ist insbesondere eine Eindüseeinrichtung zu verstehen, die ausgebildet ist, Brennstoff unmittelbar vor einem Ofenraum in einer Zuführstrecke oder im Ofenraum einzudüsen, insbesondere getrennt von Verbrennungsluft. Eine Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff ist erst im Ofenraum vorgesehen. Der Ofenraum weist insbesondere einen Oberofen und einen Unterofen auf. Ein Unterofen weist insbesondere eine Glasschmelzwanne oder dergleichen auf. Die Bezeichnungen der Regeneratoren als linker und rechter Regenerator sind nicht einschränkend hinsichtlich der Ortsanordnung derselben zu verstehen und folgen dem allgemeinen technischen Sprachgebrauch. Die Bezeichnungen können auch anders gewählt werden, z. B. als erster und zweiter Regenerator. Die Regeneratoren können in Bezug auf eine Glasschmelzwanne in Flussrichtung oder quer zur Flussrichtung des Glases angeord- net sein. Ein einziger Regenerator kann einer Anzahl von Injektoren zugeordnet sein. Unter einem Regenerator kann auch ein Regeneratorabschnitt oder dergleichen zu verstehen sein, der einem einzelnen Injektor zugeordnet ist. Fuel is to be understood in particular as fuel gas. Other fuels such as oil, e.g. B. heating oil, or the like are also possible to operate an industrial furnace. Mixtures of fuel gas and fuel oil are also possible. An injector is to be understood in particular as an injection device which is designed to inject fuel directly in front of a furnace chamber in a feed path or in the furnace chamber, in particular separately from the combustion air. Mixing of combustion air and fuel is only intended in the furnace. The furnace chamber has in particular an upper furnace and a lower furnace. A lower furnace has, in particular, a glass melting tank or the like. The designations of the regenerators as left and right regenerators are not to be understood as restrictive with regard to the spatial arrangement of the same and follow general technical usage. The names can also be chosen differently, e.g. B. as a first and second regenerator. The regenerators can be arranged in relation to a glass melting tank in the direction of flow or transversely to the direction of flow of the glass. A single regenerator can be assigned to a number of injectors. A regenerator can also be understood to mean a regenerator section or the like that is assigned to an individual injector.
Die erste und zweite Regelschleife sind zunächst unabhängig voneinander ausführbar und können so unabhängig auf die Regelstrecke wirken. In einer Weiterbildung können die erste und zweite Regelschleife auch gekoppelt sein; z. B. über den Temperaturregler oder den Symmetrieregler. The first and second control loops can initially be executed independently of one another and can thus act independently on the controlled system. In a further development, the first and second control loops can also be coupled; z. B. via the temperature controller or the balancing controller.
Das Konzept der Erfindung baut zunächst auf verfügbare Oberofentemperaturegelverfahren auf. Über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied wird eine erste stellbare Stell- große in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt. Es versteht sich, dass bei geregelter Einstellung primär nur des Brennstoffstroms eine Verbrennungsluft mitgeführt wird, insbesondere unterstöchiometrisch. Es versteht sich, dass bei geregelter Einstellung primär nur der Verbrennungsluft ein Brennstoffstrom mitgeführt wird, insbesondere unterstöchiometrisch. Es können grundsätzlich auch zwei Stellgrößen in Form eines Brennstoffstroms und eines Verbrennungsluftstroms, insbesondere mittels zwei Stellgliedern, geregelt eingestellt werden; dies ggfs unter einer Randbedingung eines z. B. unterstöchiometrischen Betriebs. The concept of the invention is initially based on available upper furnace temperature control methods. A first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller. It goes without saying that, when the setting is regulated, primarily only the fuel flow is entrained, in particular at a sub-stoichiometric level. It goes without saying that, with a regulated setting, a fuel flow is primarily only carried along with the combustion air, in particular at a sub-stoichiometric level. In principle, two manipulated variables in the form of a fuel flow and a combustion air flow can also be set in a controlled manner, in particular by means of two actuators; this if necessary under a boundary condition of a z. B. substoichiometric operation.
Die Erfindung geht demnach aus von einem Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens mit einem Ofenraum, insbesondere mit einer Schmelz- wanne, insbesondere für Glas, aufweisend die Schritte: The invention is therefore based on a method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace with a furnace chamber, in particular with a melting tank, in particular for glass, having the steps:
- Injizieren von Brennstoff in den Ofenraum über wenigstens einen Brennstoff-Injektor, der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, - Injecting fuel into the furnace chamber via at least one fuel injector which is designed for injecting fuel, in particular with practically no combustion air,
- periodisch abwechselnde Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas aus dem Ofenraum in einer zweiten- Periodically alternating guidance of combustion air on the one hand to the furnace chamber in a first period and on the other hand exhaust gas from the furnace chamber in a second
Periodendauer separat vom Brennstoff mittels einem dem wenigstens einen Brennstoff- Injektor zugeordneten linken Regenerator und rechten Regenerator, die zur regenerativen Speicherung von Wärme aus dem Abgas und Übertragung von Wärme auf die Verbrennungsluft ausgebildet sind, wobei in einer ersten Regelschleife für eine Temperaturregelung: - über eine Ofenra umtemperatur als Regelgröße, und Period duration separately from the fuel by means of a left-hand regenerator and a right-hand regenerator assigned to the at least one fuel injector, which are designed for the regenerative storage of heat from the exhaust gas and the transfer of heat to the combustion air, with a first control loop for temperature control: - A furnace room temperature as a control variable, and
- einen ersten Regler, insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenraumtemperatur, sowie - A first controller, in particular a PID controller, for the furnace chamber temperature, as well
- über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt wird. - A first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einer die erste Regelschleife erweiternden, insbesondere parallelen, Regelschleife für die Temperaturregelung: According to the invention, it is provided that in a control loop which extends the first control loop, in particular a parallel control loop for temperature control:
- eine Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopf-Temperatur, des linken Regenerators und rechten Regenerators bestimmt wird, und mittels einer Abweichung in den Regenerator-Temperaturen eine Störgröße ermittelt wird, wobei a regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature, of the left regenerator and right regenerator is determined, and a disturbance variable is determined by means of a deviation in the regenerator temperatures, wherein
- die Störgröße mittels der, insbesondere parallelen und/oder verstärkenden, Regelschleife zur Regelung der Ofenraumtemperatur genutzt wird. the disturbance variable is used by means of the, in particular parallel and / or amplifying, control loop to control the furnace chamber temperature.
Einfach formuliert sind vorliegend insbesondere ein Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der Oberofentemperatur regenerativ beheizter Glasschmelzöfen vorgesehen, wobei weniger zusätzlich zur Temperaturregelung, sondern vielmehr in einer modifizierten Temperaturregelung das Problem derthermisch seitenunsymmetrischen Befeuerung (thermische Seitenunsymmetrie) regelungstechnisch zumindest teilweise behebt. In simple terms, a method and devices for regulating the upper furnace temperature of regeneratively heated glass melting furnaces are provided here, which at least partially remedies the problem of thermally asymmetrical firing (thermal lateral asymmetry) in terms of control technology rather than in addition to temperature control, but rather in a modified temperature control.
Das Konzept der Erfindung schlägt insofern ein Verfahren und ein technologisches Steuerungskonzept vor, das das oben genannte Problem der thermischen Seitenunsymmetrie zwar in einer regelungstechnischen Lösung behebt; diese kommt jedoch zunächst allein mittels einer Temperaturregelung aus; gleichwohl basierend auf einer erweiterten Temperatursensorik, die nicht mehr nur auf den Ofenraum beschränkt ist, vorzugsweise auf einer erweiterten Temperatursensorik beruht, welche die Regeneratorkopf-Temperaturen berücksichtigt. Insbesondere kommt das Konzept der Erfindung im Rahmen der erweiterten Temperatursensorik aufgrund der Temperaturregelung vorgesehenen Stellgliedaktualisierungen auskommen. In this respect, the concept of the invention proposes a method and a technological control concept that eliminates the above-mentioned problem of thermal side asymmetry in a control-technical solution; However, this is initially done solely by means of temperature control; nevertheless, based on an extended temperature sensor system, which is no longer restricted to the furnace chamber, is preferably based on an extended temperature sensor system which takes the regenerator head temperatures into account. In particular, the concept of the invention manages within the scope of the extended temperature sensor system with actuator updates provided on the basis of the temperature control.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass üblicherweise ein destabilisierender Wirkungszusammenhang zwischen dem linken und rechten Regenerator besteht. Dieser lässt sich wie folgt beispielhaft verdeutlichen: Ein z. B. durch Zufall geringfügig kälterer linker Regenerator liefert dem Ofen geringfügig weniger Wärme der vorgewärmten Verbrennungsluft - ein einfacher PID-Regler antwortet darauf mit Erhöhung der linksseitigen Brennstoff- und Verbrennungsluftmenge mit dem Ergebnis, dass eine größere Abgasmenge in den rechten Regenerator eintritt und diesen stärker aufheizt als zuvor. Nach Feu- erwechsel, d. h. gewechselter Befeuerung für den Industrieofen vom rechten Regenerator aus liefert demzufolge der rechte nun heißere Regenerator mehr Wärme mit der vorgewärmten Verbrennungsluft in den Ofen. Darauf vermindert der PID-Ofentemperaturregler die Brennstoffmenge für die rechtsseitige Befeuerung und die zugehörige Verbrennungsluftmenge und damit wird auch weniger Abgas in den linken Regenerator gesendet, der infolgedessen weiter an Temperatur verliert. Die Fortsetzung der Regelschleife mit erneut gewechselter Befeuerung für den Industrieofen wieder vom linken Regenerator aus mündet in einen destabilisierenden Kreislauf, der nur durch gesetzte Ober- oder Untergrenzen für die Brennstoffmenge der Feuerseiten aufgehalten wird. Dies ist unzureichend, da es letztlich zu einer dauerhaft unsymmetrischen Befeuerung eines Industrieofens führt. Die Erfindung hat dazu erkannt, dass ein zusätzlicher Stellgliedeingriff im Rahmen einer zusätzlichen Symmetrieregelung zwar dominant zur Behebung des Problems beiträgt. Insbesondere kann zusätzlich eine aus WO 2012/038488 A1 bekannte automatische Regelung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren vorgesehen sein. Deren Ausgang kann in einer besonders bevorzugten Weiterbildung z. B. die Periodenzeiten zwischen linksseitiger und rechtsseitiger Beheizung aktiv beeinflussen. Zum Einen ist dennoch einigeThe invention is based on the consideration that there is usually a destabilizing interrelationship between the left and right regenerators. This can be exemplified as follows: A z. B. by chance slightly colder left The regenerator supplies the furnace with slightly less heat from the preheated combustion air - a simple PID controller responds to this by increasing the amount of fuel and combustion air on the left, with the result that a larger amount of exhaust gas enters the right regenerator and heats it up more than before. After changing the fire, ie changing the firing for the industrial furnace from the right regenerator, the right now hotter regenerator delivers more heat with the preheated combustion air into the furnace. The PID furnace temperature controller then reduces the amount of fuel for the right-hand firing and the associated amount of combustion air, and thus less exhaust gas is sent to the left-hand regenerator, which consequently continues to lose temperature. The continuation of the control loop with renewed firing for the industrial furnace from the left regenerator leads to a destabilizing cycle that is only stopped by setting upper or lower limits for the amount of fuel on the fire sides. This is inadequate because it ultimately leads to permanently asymmetrical firing of an industrial furnace. In addition, the invention has recognized that an additional actuator intervention in the context of an additional symmetry control makes a dominant contribution to eliminating the problem. In particular, an automatic regulation of the thermal symmetry of the regenerators known from WO 2012/038488 A1 can also be provided. Their output can, in a particularly preferred development, for. B. actively influence the period times between left-hand and right-hand heating. On the one hand there is still some
Zeit für eine Umsetzung desselben und vergleichsweise hoher Aufwand zur Implementierung erforderlich ist. Time for an implementation of the same and a comparatively high effort for implementation is required.
Die Erfindung geht also im Rahmen der zur Aufgabenstellung erläuterten Überlegungen davon aus, dass bereits ein guter Fortschritt erreicht werden kann für eine Symmetriesie- rung einer Befeuerung des Ofenraums mit einer modifizierten und dadurch verbesserten Temperaturregelung basierend auf einer Regeneratorkopftemperatur. In the context of the considerations explained for the task, the invention is therefore based on the assumption that good progress can already be achieved for a symmetrization of a firing of the furnace chamber with a modified and thereby improved temperature control based on a regenerator head temperature.
Ausgehend von dieser Überlegung hat die Erfindung erkannt, dass jedenfalls die Aspekte einer effizienten Heranführung an einen ggfs annähernd symmetrischen Befeuerungszustand, insbesondere zudem eine Beschleunigung und/oder Wirksamkeitserhöhung, bereits mit einer modifizierten und dadurch verbesserten Temperaturregelung erreichbar ist. Based on this consideration, the invention has recognized that in any case the aspects of an efficient approach to a possibly approximately symmetrical firing state, in particular also an acceleration and / or increase in effectiveness, can already be achieved with a modified and thus improved temperature control.
Ausgehend von dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vor, nämlich wie erläutert im Anspruch 1 ein zusätzliches Tem- peraturregelglied, das letztlich bei einer Manipulation der Temperaturregeldifferenz ansetzt, nämlich basierend auf einer Regeneratorkopf-Temperatur, welche die Unsymmetrie am ehesten wiedergibt. Based on this knowledge, the invention proposes the features of the characterizing part of claim 1, namely, as explained in claim 1, an additional tem- temperature control element, which ultimately starts with a manipulation of the temperature control difference, namely based on a regenerator head temperature, which most closely reflects the asymmetry.
Eine Temperaturregeldifferenz ist üblicherweise als Differenz zwischen einem Temperatur- SOLL-Wert und einem Temperatur-IST- Wert gegeben - das zusätzliche Temperaturregelglied sieht eine aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen linken und rechten Regenerator (oder rechten und linken Regenerator) basierend auf einer Regen eratorkopf-Tempera- tur --kurz gesagt eine auf der Temperaturdifferenz zwischen Zielseite und Ausgangsseite-A temperature control difference is usually given as the difference between a target temperature value and an actual temperature value - the additional temperature control element sees a temperature difference between the left and right regenerator (or right and left regenerator) based on a regenerator head temperature. tur - in short, one on the temperature difference between the target side and the output side-
- vorgesehene zusätzliche Addition zur Temperaturregeldifferenz vor; d. h. das Konzept der Erfindung addiert zur gängigen Temperaturregeldifferenz die Temperaturdifferenz von- Provided additional addition to the temperature control difference before; d. H. the concept of the invention adds the temperature difference of to the common temperature control difference
Regeneratorkopf-Temperaturen auf Gegenseite und Ursprung , welche letztendlich die Unsymmetrie messbar macht. Regenerator head temperatures on the opposite side and origin, which ultimately makes the asymmetry measurable.
Weiterbildungen Advanced training
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh- men und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Further advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and indicate in detail advantageous possibilities for realizing the concept explained above within the scope of the task and with regard to further advantages.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zur Regelung der Ofenraumtemperatur It is preferably provided that for regulating the furnace chamber temperature
- eine Regelabweichung (dT) der Ofenra umtemperatur bestimmt wird und die Störgröße der Ofenra umtemperatur als die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen zur Regelabweichung hinzugenommen wird, und - a control deviation (dT) of the furnace room temperature is determined and the disturbance variable of the furnace room temperature is added to the control deviation as the deviation between the regenerator temperatures, and
- die erste stellbare Stellgröße eingestellt wird aufgrund der zur Regelabweichung hinzugenommenen Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen. - The first adjustable manipulated variable is set on the basis of the deviation between the regenerator temperatures added to the control deviation.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird als betragsmäßig vergrößernd zur Regelabweichung der Ofenraum- temperatur, und/oder als Abweichung der Regenerator-Temperaturen zwischen Zielseite und Ausgangsseite jeweils des linken Regenerators und rechten Regenerators in Bezug auf die Seite des jeweiligen Brennstoff-Injektors bestimmt wird. It is preferably provided that the deviation between the regenerator temperatures is determined as an increase in amount relative to the control deviation of the furnace chamber temperature, and / or as a deviation in the regenerator temperatures between the target side and the output side of the left-hand regenerator and right-hand regenerator in relation to the side of the respective fuel injector is determined.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Regelabweichung der Ofenra umtemperatur als SOLL-Wert_Temperatur minus IST-Wert-Temperatur im Ofenraum und/oder für die Stör- große die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur der Zielseite und der Regenerator- Temperatur der Ausgangsseite. It is preferably provided that the control deviation of the furnace room temperature as the target value_temperature minus the ACTUAL value temperature in the furnace room and / or for the disturbance large the deviation between the regenerator temperatures is determined by means of a difference between the regenerator temperature of the target side and the regenerator temperature of the output side.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Störgröße mittels der Abweichung „ATLR“ bzw. „DT RL“ zwischen den Regenerator-Temperaturen zu einer vorbestimmten Potenz verstärkt und/oder mit einem vorbestimmten Multiplikator gewichtet wird. Anders ausgedrückt ist diese Basis einer zusätzlichen Temperaturdifferenz basierend auf vorzugsweise einer Regeneratorkopftemperatur im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung mit zwei Verstärkungsfaktoren versehen, nämlich einerseits einer multiplikativen Gewichtung als auch eine Potenzgewichtung, welche die zusätzliche Temperaturregeldifferenz „ATLR“ bzw. „ATRL“ vorsieht. It is preferably provided that the disturbance variable is amplified to a predetermined power by means of the deviation “ATLR” or “DT RL” between the regenerator temperatures and / or is weighted with a predetermined multiplier. In other words, this basis of an additional temperature difference based on preferably a regenerator head temperature is provided with two gain factors within the scope of a particularly preferred development, namely on the one hand a multiplicative weighting and a power weighting, which provides the additional temperature control difference "ATLR" or "ATRL".
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopftemperatur, bestimmt wird als Mittel zwischen einer oberen Regenerator- Temperatur und einer unteren Regenerator-Temperatur, insbesondere die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mit dem Mittel, insbesondere mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur-Mittel der Zielseite und der Re- generator-Temperatur-Mittel der Ausgangsseite. It is preferably provided that the regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature, is determined as a mean between an upper regenerator temperature and a lower regenerator temperature, in particular the deviation between the regenerator temperatures is determined with the means, in particular by means of a difference between the regenerator temperature mean of the target side and the regenerator temperature mean of the output side.
Die zusätzliche Temperaturregeldifferenz kann zum einen zugeschaltet werden für den Fall, dass die Unsymmetrie etwa durch einen zu groß werdenden Unterschied derVorwär- mezufuhren, etwa oberhalb eines Schwellwertes, zugeschaltet werden kann. Sie hat darüber hinaus den Vorteil, dass sich aufgrund des zusätzlichen Messanteils „ATLR“ bzw. „ATRL“ für den Fall, dass A=0 ist, diese zusätzliche Temperaturregeldifferenz im Hintergrund wirksamer wird bzw. unwirksamer wird, je nach Größe von „A“. The additional temperature control difference can on the one hand be switched on in the event that the asymmetry can be switched on, for example due to an excessively large difference in the preheat supplies, for example above a threshold value. It also has the advantage that due to the additional measurement component "ATLR" or "ATRL" in the event that A = 0, this additional temperature control difference becomes more effective or becomes ineffective in the background, depending on the size of "A" .
Eine Weiterbildung gemäß WO 2012/038488 A1 hat erkannt, dass am Ende ohne Herstel- lung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren eine stabile und symmetrische Regelung der Oberofentemperaturen nicht möglich ist. Insbesondere hat die Weiterbildung zur Lösung der Aufgabe erkannt, dass die Temperaturregelung des Oberofens gemäß dem ersten Regelkreis um eine automatische Symmetrieregelung zu ergänzen ist, die vorliegend mittels dem zweiten Regelkreis aufgebaut ist. Als Sollwert wird ein geeignetes Krite- rium zur Bewertung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren verwendet, das im Prozess als Unterschied zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße definierbar ist. Als Ausgang der zweiten Regelschleife wird ein Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator eingestellt. Das Konzept der Weiterbildung gemäß dem Anspruch 1 sieht im Ergebnis einen Energieausgleich zwischen den Regeneratoren vor, der jederzeit in der zweiten Regelschleife nachgeregelt werden kann. Grundsätzlich kann dies geschehen, ohne die Brennstoff- und Verbrennungsluftmengen der Ofenheizung gemäß der ersten Regelschleife zu beeinflussen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für den Betrieb der zweiten Regelschleife die erste Regelschleife unabhängig weiterzuführen oder aber dort erreichte Werte für einen Durchlauf der zweiten Regelschleife zunächst festzuhalten. A further development according to WO 2012/038488 A1 has recognized that, in the end, without establishing the thermal symmetry of the regenerators, stable and symmetrical regulation of the upper furnace temperatures is not possible. In particular, the further development for solving the problem has recognized that the temperature control of the upper furnace according to the first control circuit is to be supplemented by an automatic symmetry control, which is presently set up by means of the second control circuit. A suitable criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators, which can be defined in the process as the difference between the first and second preheating parameter, is used as the setpoint. The output of the second control loop is a heat transfer between the first and second regenerator set. The concept of the development according to claim 1 provides as a result an energy balance between the regenerators, which can be readjusted at any time in the second control loop. In principle, this can be done without influencing the fuel and combustion air quantities of the furnace heating according to the first control loop. In particular, it has proven to be advantageous for the operation of the second control loop to continue the first control loop independently or to initially record values achieved there for a run through the second control loop.
Ein Wärmeinhalt der Verbrennungsluft ist regelmäßig nicht unmittelbar bekannt. Der Wär- meinhalt kann aber indirekt gemessen oder aus geeigneten Kenngrößen eines Regenerators und/oder Ofenraumes hergeleitet werden; dazu können Kenngrößen wie Temperaturen oder Luftmengen herangezogen werden. Die Kenngrößen können gemessen, simuliert oder gerechnet sein; sie können auch auf Erfahrungswerten beruhen oder Kennlinien entnommen sein. Unter einer Vorwärmekenngröße gemäß dem Konzept der Weiterbildung ist grundsätzlich jede Kenngröße zu verstehen, mittels der ein Maß für den Wärmeinhalt der Verbrennungsluft angebbar ist; jedenfalls insofern angebbar ist, als dass sich eine Vergleichsgröße für einen Wärmeinhalt der Verbrennungsluft im ersten Regenerator und für einen Wärmeinhalt der Verbrennungsluft im zweiten Regenerator angeben lässt. Gemäß dem Konzept der Weiterbildung wird als Sollwert ein geeignetes Kriterium zur Bewertung derthermischen Symmetrie der Regeneratoren verwendet, das im Prozess als Unterschied zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße definierbar ist. Das Kriterium eignet sich zur Bewertung, wie viel Wärme von einem ersten Regenerator zu einem zweiten Regenerator zu übertragen ist, um eine Symmetrie zwischen diesen herzustellen. Im Rahmen einer Weiterbildung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass als Kriterium für die Sym- metrie der Regeneratoren die tatsächliche Temperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft mittels kontinuierlicher Absaugemessung laufend aktuell bestimmt wird und aus dem Produkt des Ergebnisses dieser Messung mit der tatsächlichen Verbrennungsluftmenge die Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft aktuell berechnet wird, die bei linksseitiger und bei rechtsseitiger Befeuerung dem Ofenraum zugeführt wird. Unter einer Wärmeübertragungsgröße ist ein Parameter zu verstehen mittels dem eine Wärmemenge von einem ersten auf einen zweiten Regenerator übertragbar ist. Insbesondere ist dies insofern ein Parameter, der einen Wärmetransportmechanismus zwischen dem ersten und zweiten Regenerator --über den Ofenraum aber (in der Bilanz) ohne direkte Beeinflussung desselben-- beeinflusst, d. h. der nur einen Wärmetransportmechanismus zwischen zwei über den Ofenraum beabstandeten Regeneratoren beeinflusst, ohne den Wärmeinhalt des Ofenraums selbst direkt zu beeinflussen. Neben den in den Weiterbildungen bevorzugt genannten Wärmeübertragungsgrößen, die allein oder in Kombination realisierbarsind, kann grundsätzlich auch eine andere Wärmeübertragungsgröße genutzt werden, mittels der eine Wärmemenge von einem ersten auf einen zweiten Regenerator über- tragbar ist. Möglichst sollte eine Übertagung direkt und mit möglichst wenigen Verlusten sowie unter Wahrung der Prozessstabilität erfolgen. The heat content of the combustion air is usually not immediately known. The heat content can, however, be measured indirectly or derived from suitable parameters of a regenerator and / or furnace chamber; parameters such as temperatures or air volumes can be used for this purpose. The parameters can be measured, simulated or calculated; they can also be based on empirical values or taken from characteristic curves. A preheating parameter according to the concept of the further development is basically to be understood as any parameter by means of which a measure for the heat content of the combustion air can be specified; In any case, it can be specified insofar as a comparison variable can be specified for a heat content of the combustion air in the first regenerator and for a heat content of the combustion air in the second regenerator. According to the concept of the development, a suitable criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators is used as the setpoint value, which can be defined in the process as the difference between the first and second preheating parameters. The criterion is suitable for evaluating how much heat is to be transferred from a first regenerator to a second regenerator in order to establish symmetry between them. As part of a further development, it can be provided, for example, that the actual temperature of the preheated combustion air is continuously determined as a criterion for the symmetry of the regenerators by means of continuous suction measurement and the heat from preheated combustion air is currently determined from the product of the result of this measurement with the actual amount of combustion air is calculated, which is fed to the furnace chamber with left-hand and right-hand firing. A heat transfer variable is to be understood as a parameter by means of which an amount of heat can be transferred from a first to a second regenerator. In particular, this is a parameter that influences a heat transport mechanism between the first and second regenerators - via the furnace chamber but (in the balance sheet) without directly influencing the same - that is, which only influences a heat transport mechanism between two regenerators spaced apart over the furnace chamber without the To directly influence the heat content of the furnace chamber itself. In addition to the heat transfer variables mentioned as preferred in the further developments, which can be implemented alone or in combination, another heat transfer variable can in principle also be used, by means of which an amount of heat can be transferred from a first to a second regenerator. If possible, the transfer should take place directly and with as few losses as possible and while maintaining process stability.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird als Wärmeübertragungsgröße eine erste Zeitspanne eingestellt, um welche für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators die erste Periodendauer (also die Periodendauer eines Wärmeein- trags in den Ofenraum aus einem Regenerator über vorgewärmte Verbrennungsluft) verlängert und/oder für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators die erste Periodendauer verkürzt wird. Bevorzugt kann auch als Wärmeübertragungsgröße eine zweite Zeitspanne eingestellt werden, um welche für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators die zweite Periodendauer (also die Periodendauer eines Wärmeaustrags aus dem Ofenraum in einen Regenerator über heißes Abgas) verlängert und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators die zweite Periodendauer verkürzt wird. Vorzugsweise haben die erste und zweite Zeitspanne den gleichen Betrag, d. h. auch für eine verkürzte oder verlängerte Periodendauer ist eine Wärmeaustragszeit an einem linken Regenerator gleich einer Wärmeeintragszeit an einem rechten Regenerator und umgekehrt. Grundsätzlich kann bei Bedarf jedoch auch eine erste und zweite Zeitspanne unterschiedlich sein. Anders formuliert ist vorteilhaft als Stellgröße eine Wärmeübertragungsgröße vorgesehen, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als eine erste Zeitspanne gebildet ist, um welche die Periodendauer der regenerativen Beheizung auf der Seite des heißeren Regenerators verlängert wird, um mehr Wärme von diesem zum kälteren Rege- nerator zu transportieren, während umgekehrt die Periodendauer des kälteren Regenerators um eine erste Zeitspanne mit vorzugsweise demselben Betrag verringert wird, um seinen Bestandsaufbau an gespeicherter Wärme zu unterstützen. Besonders bevorzugt ist der Ausgang des Symmetriereglers als eine Zeitspanne gebildet, um welche die Periodendauer der Beheizung auf der Seite des kälteren Regenerators verkürzt wird und/oder um die die Periodendauer auf der Seite des heißeren Regenerators verlängert wird. Dabei soll erreicht werden, dass Wärme aus dem heißeren Regenerator in den kälteren Regenerator transportiert wird, während möglichst vermieden ist, dass sich ein kälterer Regenerator zu Lasten des Ofen rau ms erwärmt. Mit anderen Worten führt das Konzept der Weiterbildung in einer bevorzugten Weiterbildung auf ein Verfahren zur Regelung der Oberofentemperatur regenerativ beheizter Glasschmelzöfen, bei dem ein an sich bekannter Temperaturregler, z. B. PID-Regler, zur Regelung einer repräsentativen Oberofentemperatur einen Ausgang für eine Brennstoffener- gie aufweist und verknüpft wird mit einem zweiten Regler, der die thermische Symmetrie zwischen den Regeneratoren laufend aktiv so korrigiert, dass beide Regeneratoren die gleiche Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft in den Ofenraum liefern. Erst mit einer so hergestellten thermischen Symmetrie der Regeneratoren wird die Temperaturregelung des Oberofens überhaupt möglich, was von der Weiterbildung erkannt wurde. Bevorzugt wird die zweite stellbare Stellgröße in Form einer den Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator beeinflussenden Wärmeübertragungsgröße eingestellt, um den Unterschied zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße auf einen Schwellwert nahe Null zu beschränken. Vorteilhaft werden die Zeitbeträge am Ausgang der Symmetrieregelung eng begrenzt, um einen allmählichen Transport der Wärme zu er- möglichen, möglichst ohne nennenswerte Beeinflussung des gesamten Ofenprozesses. Wird z. B. die zulässige Zeitverschiebung über die oben genannte Zeitspanne am Ausgang des Symmetriereglers auf 30 Sekunden begrenzt, dann kann der Temperaturausgleich zwischen den Regeneratoren bei erstmaliger Aktivierung und vorliegender Unsymmetrie mehrere Tage bis zu einer Woche in Anspruch nehmen und kommt danach bei sonst sym- metrischen Voraussetzungen wieder auf Werte um Null herum zurück. In a particularly preferred development of the method, a first time period is set as the heat transfer variable by which the first period duration (i.e. the period duration of a heat input into the furnace chamber from a regenerator via preheated combustion air) is extended and / or for the hotter one of the first and second regenerators the first period is shortened for the colder of the first and second regenerators. A second period of time can preferably also be set as the heat transfer variable, by which the second period duration (i.e. the period duration of a heat discharge from the furnace chamber into a regenerator via hot exhaust gas) is extended for the colder one of the first and second regenerators and / or for the hotter one of the first and second regenerators second regenerator, the second period is shortened. The first and second periods of time preferably have the same amount, ie even for a shortened or lengthened period, a heat removal time on a left regenerator is equal to a heat input time on a right regenerator and vice versa. In principle, however, a first and a second time span can also be different if necessary. In other words, a heat transfer variable is advantageously provided as the manipulated variable, which in a particularly preferred embodiment is formed as a first time span by which the period of regenerative heating on the side of the hotter regenerator is extended in order to transfer more heat from this to the colder regenerator transport, while conversely the period of the colder regenerator is reduced by a first period of time, preferably the same amount, in order to support its accumulation of stored heat. Particularly preferably, the output of the balancing regulator is formed as a period of time by which the period of heating on the side of the colder regenerator is shortened and / or by which the period of time on the side of the hotter regenerator is lengthened. The aim is to ensure that heat is transported from the hotter regenerator into the colder regenerator, while as far as possible it is avoided that a colder regenerator heats up to the detriment of the furnace. In other words, the concept of the development leads in a preferred development to a method for regulating the upper furnace temperature of regeneratively heated glass melting furnaces in which a temperature controller known per se, e.g. B. PID controller, for controlling a representative upper furnace temperature, has an output for a fuel energy and is linked to a second controller that actively corrects the thermal symmetry between the regenerators so that both regenerators get the same heat from preheated combustion air into the Deliver furnace space. Only with a thermal symmetry of the regenerators produced in this way is the temperature control of the upper furnace even possible, which was recognized by the further development. The second adjustable manipulated variable is preferably set in the form of a heat transfer variable influencing the heat transfer between the first and second regenerator in order to limit the difference between the first and second preheating parameter to a threshold value close to zero. Advantageously, the amounts of time at the output of the symmetry control are tightly limited in order to enable a gradual transport of the heat, if possible without any significant influence on the entire furnace process. Is z. If, for example, the permissible time shift is limited to 30 seconds over the above-mentioned time period at the output of the symmetry controller, the temperature equalization between the regenerators can take several days up to a week when the regenerators are activated for the first time and if there is an asymmetry, and then occurs if the conditions are otherwise symmetrical back to values around zero.
Vorteilhaft kann der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße als Regelergebnis der zweiten Regelschleife zur Bewertung des Zustandes des Regenerators und/oder zur Bewertung einer weiteren Einflussgröße verwendet werden, insbesondere zur Bewertung eines unkontrollierten Lufteinbruchs im Ofenraum und/oder Regenerator. Mit Vorteil versehen ist es so möglich das Regelergebnis des Symmetriereglers zur technologischen Bewertung des Zustandes des Regenerators oder zur Bewertung eventueller Unsymmetrie weiterer externer Einflussgrößen zu verwenden, z. B. zur Bewertung und Entscheidung, ob unkontrollierter Lufteinbruch in den Ofenraum oder aber in den Regenerator stattgefunden hat. Stellt sich nämlich gemäß der Erkenntnis der Weiterbildung mitaufSym- metrie geregelten Regeneratortemperaturen eine dauerhafte Schieflage der Periodenzeiten als notwendig ein, um die Symmetrie aufrecht zu erhalten, so ist auf diese Weise eine indirekte Messung gewonnen, die einen Hinweis gibt auf einen anderen einseitigen Einfluss, z. B. einen einseitigen Einbruch unkontrollierter Falschluft in den Ofenraum oder in den Regenerator oder auf einen unsymmetrischen Verschleißzustand der Regeneratoren. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Vorwärmekenngröße als Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft gebildet, wobei die Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft vorteilhaft aus einer Modellberechnung des Regenerators gewonnen wird. Als Kriterium zur Bewertung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren ist damit im Ide- alfall die Wärme der vorgewärmten Verbrennungsluft heranzuziehen, ausgedrückt als Energiestrom in (MW), der aus dem Regenerator in den Ofenraum eintritt. Dieser Energiestrom steht regelmäßig nicht als Messwert zur Verfügung. Vorteilhaft kann dieser vorliegend durch ein mathematisches Modell des Regenerators geliefert werden. So kann beispielsweise als Kriterium für die Symmetrie der Regeneratoren ein mathematisches Modell in der Ofensteuerung genutzt werden, dass die Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft als Prozessgröße aktuell berechnet, die bei linksseitiger und rechtsseitiger Befeuerung dem Ofenraum zugeführt wird. Dieses mathematische Modell kann z. B. in eine Software der Steuereinrichtung für die Ofensteuerung eingebettet sein und sich durch eine einmalige Grundanpassung und selbstlernende Justierung an Vorgaben durch reale Messwerte von vorhandenen Thermoelemente am Regeneratorkopf und am Regeneratorfuß annähern und angenähert bleiben. Ein solches Modell liefert vorteilhaft die Ein- und Ausgangsströme an Wärmeenergie in einen ersten und zweiten Regenerator und aus denselben heraus sowie darüber hinaus jeweils die dem Ofen zur Verfügung gestellte Wärme. Die Modellrechnung ist vorteilhaft in Echtzeit in einer Steuereinrichtung ausführbar. Diese kann be- vorzugt - in Anbetracht der vergleichsweise langsamen Temperaturdynamik des Industrieofens - auch genutzt werden, um in Echtzeit das dynamische Verhalten von Luft- und/oder Abgasströmen sowie dem damit verbundenen Temperaturverhalten sowie Wärmeeinträge und Wärmeausträge im Voraus zu berechnen. The difference between the first and second preheating parameters can advantageously be used as the control result of the second control loop for evaluating the state of the regenerator and / or for evaluating a further influencing variable, in particular for evaluating an uncontrolled ingress of air in the furnace chamber and / or regenerator. It is thus advantageously possible to use the control result of the symmetry controller for the technological evaluation of the state of the regenerator or for the evaluation of any asymmetry of further external influencing variables, e.g. B. to evaluate and decide whether uncontrolled air ingress into the furnace chamber or into the regenerator has taken place. If, according to the knowledge of the further development with regenerator temperatures regulated to symmetry, a permanent imbalance of the period times is necessary to maintain the symmetry, an indirect measurement is obtained in this way, which gives an indication of another one-sided influence, e.g. . B. a one-sided infiltration of uncontrolled air in the furnace or in the regenerator or an asymmetrical state of wear of the regenerators. In a particularly preferred development, the preheating parameter is formed as heat from preheated combustion air, the heat from preheated combustion air being advantageously obtained from a model calculation of the regenerator. The ideal criterion for evaluating the thermal symmetry of the regenerators is therefore the heat of the preheated combustion air, expressed as the energy flow in (MW) that enters the furnace chamber from the regenerator. This energy flow is regularly not available as a measured value. In the present case, this can advantageously be supplied by a mathematical model of the regenerator. For example, a mathematical model can be used in the furnace control as a criterion for the symmetry of the regenerators, so that the heat from preheated combustion air is currently calculated as a process variable that is fed to the furnace chamber with left-hand and right-hand firing. This mathematical model can e.g. B. be embedded in a software of the control device for the furnace control and approximate and remain approximated by a one-time basic adjustment and self-learning adjustment to specifications through real measured values from existing thermocouples at the regenerator head and at the regenerator foot. Such a model advantageously supplies the input and output flows of thermal energy into and out of a first and second regenerator, as well as the heat made available to the furnace in each case. The model calculation can advantageously be carried out in real time in a control device. This can preferably - in view of the comparatively slow temperature dynamics of the industrial furnace - also be used to calculate in real time the dynamic behavior of air and / or exhaust gas flows and the associated temperature behavior as well as heat input and output.
In einer zusätzlichen oder alternativen Maßnahme kann im Rahmen einer Weiterbildung die Vorwärmekenngröße als Produkt aus einer Verbrennungsluftmenge und einer Regeneratorkopftemperaturgebildet sein, wobei die Verbrennungsluftmenge und/oder Regeneratorkopftemperatur vorteilhaft gemessen ist. Insbesondere wird als Regeneratorkopftemperatur eine niedrigste Regeneratorkopftemperatur genutzt. Mit anderen Worten kann vereinfachend als Kriterium für die Symmetrie der Regeneratoren insbesondere das Produkt aus Verbrennungsluftmenge und niedrigster Kammerkopftemperatur am Ende eines jeweiligen Luft- und Befeuerungsperiode genutzt werden. Zwar kann dies gegenüber einer Modellberechnung ungenauer sein, da erfahrungsgemäß die wirkliche Temperatur der vorgewärmten Verbrennungslufttemperatur typisch etwa 50...100°C unter der niedrigsten Thermoelementetemperatur im Regeneratorkopf liegen, denn das Thermoelement zeigt immer eine Mischtemperatur aus der Steintemperatur und der Lufttemperatur. Zum einen kann dies jedoch als Korrektur berücksichtigt werden und zum anderen hat sich die genannte Weiterbildung als vorteilhaft erwiesen, wenn ein oben genanntes Modell nicht zur Verfügung steht oder eine Rechenkapazität einer Ofensteuerung nicht ausreichend ist. Dann kann als vereinfachtes Kriterium für die thermische Symmetrie der Regeneratoren das Produkt aus Verbrennungsluftmenge und niedrigster Regeneratorkopftemperatur am Ende der jeweiligen Luft- und Befeuerungsperiode herangezogen werden. In an additional or alternative measure, the preheating parameter can be formed as the product of an amount of combustion air and a regenerator head temperature, the amount of combustion air and / or regenerator head temperature being advantageously measured. In particular, a lowest regenerator head temperature is used as the regenerator head temperature. In other words, the product of the amount of combustion air and the lowest chamber head temperature at the end of a respective air and firing period can be used as a criterion for the symmetry of the regenerators. This can be more inaccurate compared to a model calculation, since experience has shown that the real temperature of the preheated combustion air temperature is typically around 50 ... 100 ° C below the lowest thermocouple temperature in the regenerator head, because the thermocouple always shows a mixed temperature of the stone temperature and the air temperature. On the one hand, however, this can be taken into account as a correction and, on the other hand, the aforementioned has proven itself Further development has proven to be advantageous if the above-mentioned model is not available or the computing capacity of a furnace control is insufficient. The product of the amount of combustion air and the lowest regenerator head temperature at the end of the respective air and firing period can then be used as a simplified criterion for the thermal symmetry of the regenerators.
Vorteilhaft ist die Vorwärmekenngröße als Mittel aus wenigstens einer Regeneratorkopftemperatur und/oder Ofenra umtemperatur gebildet, insbesondere jeweils am Ende einer ersten Periodendauer und/oder einer zweiten Periodendauer, insbesondere als gewichtetes Mittel aus einem höchsten und einem niedrigsten Wert derselben. Insbesondere kann als Kriterium für die Symmetrie der Regeneratoren vereinfachend ein gewichtetes Mittel aus den höchsten und niedrigsten Regeneratorkopftemperaturen und den zugehörigen Oberofentemperaturen jeweils am Ende von Abgasperiode und Luftperiode genutzt werden. Dies erhöht vorteilhaft die Verlässlichkeit der gemessenen Werte in Bezug auf die tatsächlichen Temperaturwerte. Der Ofenraum und/oder ein Regenerator ist bevorzugt mit einer Anzahl von Temperatursensoren, insbesondere Thermoelementen versehen, um insbesondere eine Oberofentemperatur und/oder Regeneratorkopftemperatur zu erfassen. The preheating parameter is advantageously formed as an average of at least one regenerator head temperature and / or furnace room temperature, in particular at the end of a first period and / or a second period, in particular as a weighted average of a highest and a lowest value thereof. In particular, a weighted average of the highest and lowest regenerator head temperatures and the associated upper furnace temperatures at the end of the exhaust gas period and the air period can be used as a criterion for the symmetry of the regenerators. This advantageously increases the reliability of the measured values in relation to the actual temperature values. The furnace chamber and / or a regenerator is preferably provided with a number of temperature sensors, in particular thermocouples, in order to detect, in particular, an upper furnace temperature and / or regenerator head temperature.
Zur Beurteilung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren kann insbesondere ein gewichtetes Mittel der oberen und unteren Temperaturspitzen von Thermoelementen aller sonstigen Temperatursensoren am Regeneratorkopf als allereinfachstes Kriterium verwen- det werden, insbesondere jeweils erfasst am Periodenende und/oder vorteilhaft geglättet durch Mittelung über mehrere Perioden. Obgleich dies im Vergleich zu einer Modellrechnung ungenau sein kann, ist vor allem für den Fall unterschiedlicher Verbrennungsluftmen- gen auf den Feuerseiten selbst mit dieser vereinfachten Methode eine deutliche Verbesserung gegenüber einem ungeregelten Zustand erreicht. Insbesondere ist die Regelbarkeit des Oberofens für eine Temperaturregelung überhaupt erreichbar. To assess the thermal symmetry of the regenerators, a weighted average of the upper and lower temperature peaks of thermocouples of all other temperature sensors on the regenerator head can be used as the simplest criterion, especially recorded at the end of the period and / or advantageously smoothed by averaging over several periods. Although this can be imprecise in comparison to a model calculation, especially in the case of different amounts of combustion air on the fire sides, even with this simplified method, a significant improvement is achieved compared to an unregulated state. In particular, the controllability of the upper furnace for temperature control can be achieved at all.
Insbesondere kann eine repräsentative Ofenraum- oder Oberofentemperatur als gewichtetes Mittel verschiedener Temperaturmessungen gebildet werden. Besonders vorteilhaft wird eine Ofenraumtemperatur als gewichtetes Mittel einer Anzahl ortsunterschiedlicher Temperaturmessungen gebildet. Vorteilhaft wird das Mittel als Grundlage einer vorteilhaf- ten Extrapolation einer Ofenraum- oder Oberofentemperatur genutzt. In particular, a representative furnace chamber or upper furnace temperature can be formed as a weighted average of various temperature measurements. A furnace chamber temperature is particularly advantageously formed as a weighted average of a number of temperature measurements at different locations. The agent is advantageously used as the basis for an advantageous extrapolation of an oven chamber or upper oven temperature.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird eine Extrapolation einer Ofenraumtemperatur, insbesondere Oberofentemperatur, auf eine entsprechende Ofen- temperatur am Ende der ersten und/oder zweiten Periodendauer vorgenommen, insbesondere auf Grundlage eines modellierten zeitlichen Verlaufes einer repräsentativen Ofenraumtemperatur, speziell Oberofentemperatur. Besonders bevorzugt erfolgt eine Extrapolation einer Ofenraumtemperatur auf eine Ofen raumtemperatur am Ende einer jeden Peri- odendauer. Bei einer Entnahme von Verbrennungsluft aus einem Regenerator innerhalb einer ersten Periodendauer sollte ja dessen Temperatur sinken während die im Ofenraum steigen sollte; anschließend bei einer Aufnahme von Abgas in denselben Regenerator innerhalb einer zweiten Periodendauer sollte ja dessen Temperatur steigen während die im Ofenraum weiter steigen sollte. Ein Verlauf der Ofenraumtemperatur während jeder der genannten Perioden lässt sich zum Ende der Periodendauer extrapolieren. So wird z. B. aus der Analyse des typischen zeitlichen Verlaufes der repräsentativen Oberofentemperatur jederzeit eine Vorhersage auf den Sollwert dieser Temperatur am jeweiligen Ende einer Feuerperiode der regenerativen Heizung --jeweils von der linken und der rechten Seite- gebildet, die anstelle des aktuellen Temperaturwertes eben diese Vorhersagetemperatur den Sollwert des Temperaturreglers bildet. Vorteilhaft werden von der Ofensteuerung zu Beginn und Ende jedes wechselbedingten Temperaturabfalls die oberen und unteren Spitzentemperaturen erfasst und daraus unter Zugrundelegung dieses einfachen Modells des Temperaturverlaufes zu jeder Zeit eine Vorhersage auf die Periodenendtemperatur bereitgestellt. Die Weiterbildung hat erkannt, dass ein Temperaturabfall nach Wechsel des Regenerators durch den Temperaturregler nicht ausgeglichen werden kann, da dieser Temperaturabfall im Gegenteil nur wie eine Störung der Messwerterfassung wirken würde; folgerichtig von der Weiterbildung also aus dem Regler ausgefiltert wird. Um eine unerwünschte Reaktion des Temperaturreglers auf den Temperaturabfall nach Umsteuerung zu verhindern, wird folglich anstelle des aktuellen Sollwertes der Ofentemperatur die Vorhersage der Temperatur auf das Periodenende als Reglereingang für den Temperaturregler verwendet. Lange bevor die wirkliche Temperatur den Periodenendwert tatsächlich erreicht, kann der Temperaturregler an der Vorhersage auf das Periodenende erkennen, ob die Temperatur zu schnell oder zu langsam steigt und kann sehr viel früher beginnen, regelungstechnisch einzugreifen. In the context of a particularly preferred development, an extrapolation of a furnace chamber temperature, in particular the upper furnace temperature, to a corresponding furnace temperature at the end of the first and / or second period, in particular on the basis of a modeled time curve of a representative furnace chamber temperature, especially upper furnace temperature. It is particularly preferred to extrapolate an oven room temperature to an oven room temperature at the end of each period duration. When combustion air is extracted from a regenerator within a first period, its temperature should indeed fall while that in the furnace chamber should rise; then, when exhaust gas is taken up in the same regenerator within a second period, its temperature should rise while that in the furnace chamber should continue to rise. A course of the furnace chamber temperature during each of the periods mentioned can be extrapolated at the end of the period duration. So z. B. from the analysis of the typical temporal course of the representative upper furnace temperature, a prediction of the setpoint of this temperature at the respective end of a fire period of the regenerative heating - each from the left and right side - is formed, which instead of the current temperature value, this predicted temperature Forms the setpoint of the temperature controller. Advantageously, the furnace control records the upper and lower peak temperatures at the beginning and end of each temperature drop caused by changes and, based on this simple model of the temperature profile, provides a prediction of the end-of-period temperature at any time. The further development has recognized that a temperature drop after changing the regenerator cannot be compensated for by the temperature controller, since this temperature drop, on the contrary, would only have the effect of disrupting the recording of measured values; consequently it is filtered out of the controller by the development. In order to prevent an undesired reaction of the temperature controller to the temperature drop after reversing, the temperature prediction for the end of the period is used as the controller input for the temperature controller instead of the current setpoint of the furnace temperature. Long before the real temperature actually reaches the end of the period, the temperature controller can use the prediction for the end of the period to recognize whether the temperature is rising too quickly or too slowly and can begin to intervene in terms of control technology much earlier.
Vorzugsweise wird nach einem durch die periodisch abwechselnde Führung bedingten Temperaturabfall in der ersten Regelschleife über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt und dazu ein zusätzlicher Aufschlag derselben dem Ofen zugeführt. Insbesondere wird der Aufschlag aus dem Betrag des wechselbedingten Brennstoffausfalls und/oder aus einer Geschwindigkeit der Temperaturzunahme nach abgewechselter Führung gebildet. Dies führt zur beschleunigten Anhebung der Ofentemperaturen nach dem wechselbedingten Temperaturabfall. Vorzugsweise wird konkret auf die Brennstoffenergie als Reglerausgang des Temperaturreglers ein zusätzlicher Aufschlag auf die Brennstoffenergie dem Ofen zugeführt, wobei dieser Aufschlag selbst zuvor nicht Ergebnis der Temperaturregelung gewesen ist, sondern aus dem Betrag des wechselbedingten Brennstoffausfalls und aus der Geschwindigkeit der Temperaturzunahme nach Umsteuerung gebildet wird. Preferably, after a temperature drop in the first control loop caused by the periodically alternating guidance, a first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller, and an additional charge of the same is supplied to the furnace. In particular, the surcharge is based on the amount of the change-related Fuel failure and / or formed from a speed of temperature increase after alternating leadership. This leads to an accelerated increase in the furnace temperature after the drop in temperature caused by changes. Preferably, an additional surcharge on the fuel energy of the furnace is added specifically to the fuel energy as the controller output of the temperature controller, whereby this surcharge itself was not previously the result of the temperature control, but is formed from the amount of the alternating fuel failure and the speed of the temperature increase after reversal.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Erhöhung des Verbrennungsluftstroms oder einem anderen Fluid durch den heißeren Regenerator bewirkt wird, insbesondere unabhängig von einer Änderung des Brennstoffstroms. Vorzugsweise bewirkt dazu der Ausgang des Symmetriereglers eine Erhöhung des Stromes an Verbrennungsluft oder einem anderen Fluid durch den heißeren Regenerator mit dem Ziel, zusätzlich Wärme aus diesem heißeren Regenerator zu entnehmen, unabhängig davon, ob die Brennstoffmenge dazu im gleichen Sinne geändert wird oder nicht. Es wird im Ergebnis vorteilhaft eine Erhöhung des Wärmetransportmediums erreicht. Die vorzugsweise Nutzung des anderen Fluids umfasst insbesondere eine Erhöhung des Stromes an einem anderen Inertgas, d. h. einem Gas, das nicht die Verbrennung des Brennstoffs fördert. Dies kann beispielsweise ein Gas wie N2 oder CO2 sein. Ein Inertgas hat den Vorteil, dass es den Wärmetransport von einem linken zu einem rechten Regenerator unterstützt, den Verbrennungsprozess und damit den Wärmeinhalt im Ofeninnenraum aber weitgehend unbeeinflusst lässt. In the context of a particularly preferred alternative or additional development, it is provided that the heat transfer variable is an increase in the combustion air flow or another fluid caused by the hotter regenerator, in particular independently of a change in the fuel flow. For this purpose, the output of the balancing regulator preferably causes an increase in the flow of combustion air or another fluid through the hotter regenerator with the aim of extracting additional heat from this hotter regenerator, regardless of whether the amount of fuel is changed in the same way or not. As a result, an increase in the heat transport medium is advantageously achieved. The preferred use of the other fluid includes, in particular, an increase in the flow of another inert gas, ie a gas that does not promote the combustion of the fuel. This can for example be a gas such as N 2 or CO 2 . An inert gas has the advantage that it supports the heat transport from a left to a right regenerator, but leaves the combustion process and thus the heat content in the furnace interior largely unaffected.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Minderung des Verbrennungsluft- Stroms oder einem anderen Fluid durch den kälteren Regenerator bewirkt wird, insbesondere unabhängig von einer Änderung des Brennstoffstroms Vorzugsweise bewirkt dazu der Ausgang des Symmetriereglers eine Minderung des Stromes an Verbrennungsluft oder einem anderen Fluid durch den kälteren Regenerator, mit dem Ziel, weniger Wärme aus diesem kälteren Regenerator zu entnehmen, unabhängig davon, ob die Brennstoffmenge dazu im gleichen Sinne geändert wird oder nicht. Es wird im Ergebnis vorteilhaft eine Minderung des Wärmetransportmediums erreicht. As part of a particularly preferred alternative or additional development, it is provided that the heat transfer variable is a reduction in the combustion air flow or another fluid through the colder regenerator, in particular independently of a change in the fuel flow of combustion air or another fluid through the colder regenerator, with the aim of drawing less heat from this colder regenerator, regardless of whether the amount of fuel is changed in the same way or not. As a result, a reduction in the heat transport medium is advantageously achieved.
Unter dem Wärmetransportmedium ist insbesondere die Verbrennungsluft oder Abgas zu verstehen, z. B. in einem Rezirkulationskreislauf. Es kann darüber hinaus auch ein drittes Medium als Wärmetransportmedium genutzt werden, z. B. eine zusätzlich zugefügte Menge an Sauerstoff, Stickstoff oder sonstiges Inertgas. The heat transport medium is to be understood in particular as the combustion air or exhaust gas, e.g. B. in a recirculation circuit. There can also be a third one Medium can be used as a heat transport medium, e.g. B. an additionally added amount of oxygen, nitrogen or other inert gas.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht nur notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf dem einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This should not only necessarily represent the exemplary embodiments true to scale; rather, the drawing, where useful for explanation, is in a schematic and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings that can be seen directly from the drawing, reference is made to the relevant prior art. It must be taken into account that various modifications and changes relating to the shape and detail of an embodiment can be made without deviating from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be essential for the development of the invention both individually and in any combination. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or the detail of the preferred embodiment shown and described below or limited to an object which would be restricted in comparison to the object claimed in the claims. In the case of the specified measurement ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and be able to be used and claimed as required.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of the preferred exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines regenerativ beheizten Industrieofens mit einem linken und einem rechten Regenerator gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Steuereinrichtung mit einer Regelschleife IA eines Temperaturregelmodul und einem Symmetrieregelmodul gemäß dem Konzept der Erfindung vorgesehen ist, wobei die Regelschleife IA als eine erweiterte Regelschleife IB eines Temperaturregelmoduls 200 in der Lage ist, die Unsymmetrie einer unsymmetrischen Ofenbefeuerung jedenfalls erkennbar macht; Fig. 1 is a schematic representation of a regeneratively heated industrial furnace with a left and a right regenerator according to a particularly preferred embodiment, in which a control device with a control loop IA of a temperature control module and a symmetry control module is provided according to the concept of the invention, the control loop IA as a extended control loop IB of a temperature control module 200 is able to make the asymmetry of an asymmetrical furnace firing recognizable in any case;
Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführung eines Regelschemas, das allein aufgrund einer erweiterten Regelschleife IB eines Temperaturregelmoduls 200 in der Lage ist, die Unsymmetrie einer unsymmetrischen Ofenbefeuerung --erkennbar durch Aq bzw. ATLR -- aufzuheben. Dazu ist ein zusätzliches Temperaturregelmodul RT+ vorgesehen, dass zu der üblichen Temperaturregeldifferenz AT=TSoll-T ist, eine mit Verstärkungsfaktoren versehene zusätzliche Temperaturregeldifferenz „+/-k*ATLR“ hinzuaddiert zur Bestimmung eines Heizwertes. Der Faktor ATLR bzw. ATRL kann zusätzlich potenziert werden mit einem Potenzglied N, das als Beschleunigungsglied gesehen werden kann, um den Effekt einer schnellen Heranführung an einen symmetrischen Zustand zu beschleunigen. Fig. 2 shows a special embodiment of a control scheme which, solely due to an extended control loop IB of a temperature control module 200, is able to correct the asymmetry of an asymmetrical furnace firing - recognizable by Aq or ATLR - to cancel. For this purpose, an additional temperature control module RT + is provided that, in addition to the usual temperature control difference AT = TSoll-T, has an additional temperature control difference "+/- k * AT LR " with amplification factors added to determine a calorific value. The factor ATLR or ATRL can also be raised to the power of a power term N, which can be seen as an acceleration term in order to accelerate the effect of a rapid approach to a symmetrical state.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Regelschleife IA für eine Temperaturregelung des Temperaturregelmoduls und einer zweiten Regelschleife für eine Symmetrieregelung des Symmetrieregelmoduls bei der Steuereinrichtung der Fig. 1 gemäß dem Konzept der Weiterbildung nach WO2012/038488 A1 - gemäß dem Konzept der Erfindung kann die erste Regelschleife IA durch die erweiterte Regelschleife IB für das Temperaturregelmodul 200 ergänzt werden und damit die erste Regelschleife IA mit der erweiterten Regelschleife IB und eine zweite Regelschleife für eine Symmetrieregelung des Symmetrieregelmoduls zur Verfügung stehen; Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer gemessenen Temperatur in einem Regeneratorkopf bei einem Industrieofen der Fig. 3 zusammen mit einem modulierten zeitlichen Verlauf einer repräsentativen niedrigsten Regeneratorkopftemperatur und dazu gehöriger extrapolierter Regeneratorkopftemperatur am Ende einer Periodendauer - dies in Darstellung zusammen mit einem Ofendruck, einer Klappenstel- lung für Verbrennungsluft sowie einem Sauerstoffanteil des Abgases und einer den symmetrisch eingeschwungenen Zustand des Systems darstellenden ausnivellierten Höhe eines Energieeintrags aus linkem und rechtem Regenerator am Ausgang des Temperaturreglers wie dies gemäß dem Konzept der Weiterbildung in WO 2012/038488 A1 beschrieben ist - mit der erweiterten Regelschleife IB gemäß dem Konzept der Erfindung ist die Temperaturregelung noch effizienter; 3 shows a schematic representation of a first control loop IA for temperature control of the temperature control module and a second control loop for symmetry control of the symmetry control module in the control device of FIG. 1 according to the concept of the development according to WO2012 / 038488 A1 - according to the concept of the invention, the first Control loop IA are supplemented by the extended control loop IB for the temperature control module 200 and thus the first control loop IA with the extended control loop IB and a second control loop are available for balancing the balancing control module; 4 shows an exemplary illustration of a time profile of a measured temperature in a regenerator head in an industrial furnace of FIG. 3 together with a modulated time profile of a representative lowest regenerator head temperature and the associated extrapolated regenerator head temperature at the end of a period - this in illustration together with a furnace pressure, a flap position for combustion air as well as an oxygen content of the exhaust gas and a leveled-out height of an energy input from the left and right regenerator at the output of the temperature controller, as described according to the concept of the development in WO 2012/038488 A1 - with the extended control loop IB according to the concept of the invention, the temperature control is even more efficient;
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf eines Unterschieds der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße in Form jeweils einer Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft im weitgehend eingeschwungenen symmetrischen Zustand des Systems aus linkem und rechtem Regenerator zusammen mit einer eingestellten Zeitspanne als Wärmeübertragungsgröße gemäß derfürden kälteren Regenerator eine Periodendauer zur Abführung von Abgas aus dem Ofenraum verlängert und/oder für den heißeren Regenerator eine Periodendauer zur Abführung von Abgas aus dem Ofenraum verkürzt ist gemäß dem Konzept der Weiterbildung nach WO 2012/038488 A1 - mit der erweiterten Regelschleife IB gemäß dem Konzept der Erfindung ist die Temperaturregelung noch effizienter. Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen regenerativ beheizten Industrieofen 100 mit einem Ofenraum 10, dessen Oberofenraum 1 als Regelstrecke geregelt wird und bei dem der Unterofenraum 2 eine nicht näher dargestellte Glasschmelzwanne aufweist. In der Glasschmelzwanne enthaltenes Glas wird überden Ofenraum 10 über die Schmelztempe- ratur erwärmt und zur Herstellung von Flachglas oder dergleichen aufgeschmolzen und geeignet behandelt. Der Industrieofen 100 wird vorliegend erwärmt, indem über mehrere seitlich angebrachte Brennstoffinjektoren 20 Brennstoff, vorliegend in Form von Brenngas, in den Oberofen 1 injiziert wird. Von den Brennstoffinjektoren 20 ist vorliegend ein linker Injektor 20 dargestellt. Von weiteren Brennstoffinjektoren 20‘ ist vorliegend ein rechter In- jektor 20‘ dargestellt. Der Einfachheit halber sind im Folgenden für gleiche oder ähnliche Teile oder solche mit gleicher oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Beispielsweise können linksseitig bzw. rechtsseitig jeweils eine Anzahl von sechs Injektoren 20, 20‘ vorgesehen sein. In der in Fig. 1 gezeigten Befeuerungsperiode wird über einen Brennstoffinjektor 20 Brenngas in den Oberofen 1 praktisch ohne Verbrennungsluft injiziert. Oberhalb des Brennstoffinjektors 20 wird vorgewärmte Verbrennungsluft VB über eine linksseitige Öffnung 30 dem Oberofen 1 zugeführt. Die Verbrennungsluft aus der Öffnung 30 vermischt sich im Oberofen 1 mit dem vom Brennstoffinjektor 20 injizierten Brenngas und führt zur Ausbildung einer den Unterofen überdeckenden Flamme 40, die vorliegend symbolisch dargestellt ist. Das Bild der Fig. 1 zeigt den Industrieofen 100 im Zustand einer regenerativen Befeuerung über den linken Regenerator 50 und die linken Injektoren 20. Diese und die Öffnung 30 ist derart gestaltet, dass das über die Injektoren 20 gelieferte Brenngas in ausreichendem nah- oder unter stöchiometrischen Bereich mit Verbrennungsluft des linken Regenerators im Oberofen 1 vermischt wird. Der in Fig. 1 dargestellte Betriebszustand einer linksseitigen Befeuerung des Oberofens 1 unter Injektion von Brenngas über die linksseitigen Injektoren 20 und Zufuhr von Verbrennungsluft VB über den linken Regenerator 50 dauert für eine erste Periodendauer an von z. B. 20 bis 40 min. an. Während dieser ersten Periodendauer wird Verbrennungsluft VB zum Oberofen 1 im Ofenraum 10 separat vom Brenngas 20 zugeführt. Während der ersten Periodendauer wird Abgas AG aus dem Oberofen 1 über rechtsseitige Öffnungen 30‘ dem rechten Regenerator 50‘ zugeführt und heizt diesen auf. Fig. 5 shows the temporal course of a difference between the first and second preheating parameters in the form of heat from preheated combustion air in the largely steady symmetrical state of the system of left and right regenerators together with a set time period as a heat transfer variable according to the period duration for the removal of exhaust gas for the colder regenerator from the furnace chamber is extended and / or a period for the hotter regenerator to discharge exhaust gas from the furnace chamber is shortened according to the concept of the development according to WO 2012/038488 A1 - with the extended control loop IB according to the concept of the invention, the temperature control is even more efficient. 1 shows, in a simplified representation, a regeneratively heated industrial furnace 100 with a furnace chamber 10, the upper furnace chamber 1 of which is regulated as a control system and in which the lower furnace chamber 2 has a glass melting tank (not shown in detail). Glass contained in the glass melting tank is heated above the melting temperature via the furnace space 10 and melted and suitably treated for the production of flat glass or the like. In the present case, the industrial furnace 100 is heated by injecting fuel, in the present case in the form of fuel gas, into the upper furnace 1 via a plurality of laterally attached fuel injectors 20. One left injector 20 of the fuel injectors 20 is shown here. In the present case, an injector 20 'on the right of further fuel injectors 20' is shown. For the sake of simplicity, the same reference symbols are used below for the same or similar parts or those with the same or similar function. For example, a number of six injectors 20, 20 ′ can be provided on the left or right. In the firing period shown in FIG. 1, fuel gas is injected into the upper furnace 1 via a fuel injector 20 with practically no combustion air. Above the fuel injector 20, preheated combustion air VB is supplied to the upper furnace 1 via an opening 30 on the left. The combustion air from the opening 30 mixes in the upper furnace 1 with the fuel gas injected by the fuel injector 20 and leads to the formation of a flame 40 covering the lower furnace, which is represented symbolically in the present case. The image in FIG. 1 shows the industrial furnace 100 in the state of regenerative firing via the left regenerator 50 and the left injectors 20. These and the opening 30 are designed in such a way that the fuel gas supplied via the injectors 20 is sufficiently close to or below stoichiometric Area is mixed with combustion air of the left regenerator in the upper furnace 1. The operating state shown in Fig. 1 of a left-side firing of the upper furnace 1 with injection of fuel gas via the left-side injectors 20 and supply of combustion air VB via the left regenerator 50 lasts for a first period of z. B. 20 to 40 minutes. During this first period, combustion air VB is supplied to the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 separately from the fuel gas 20. During the first period, exhaust gas AG from the upper furnace 1 is fed to the right-hand regenerator 50 'via openings 30' on the right-hand side and heats it up.
In einem zweiten Betriebszustand wird für eine zweite Periodendauer ähnlicher zeitlicher Länge die Befeuerung des Oberofens 1 umgekehrt. Dazu wird dann Verbrennungsluft VB überden rechten Regenerator 50‘ dem Oberofen 1 zusammen mit Brenngas aus den rechten Injektoren 20‘ zugeführt, wobei die Verbrennungsluft VB dann die vom Abgas AG in der ersten Periodendauer im Regenerator 50‘ deponierte Wärme aufnimmt. Die Regelung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms erfolgt grundsätzlich über ein Temperaturregelmodul 200 einer Steuereinrichtung 1000 für den Industrieofen 100. Grundsätzlich kann dazu ein PID-Regler im Temperaturregelmodul 200 eingesetzt werden, gemäß dem unter Erhöhung des Brennstoffstroms und/oder des Ver- brennungsluftstroms eine Ofenraumtemperatur erhöht bzw. unter Erniedrigung eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eine Ofenraumtemperatur erniedrigt wird. Dem Temperaturregelmodul 200 werden Temperaturwerte des Regeneratorkopfs 51 bzw. 5T oder des Oberofenraumes 1 über geeignete Temperatursonden 52, 52‘, 53 zugeführt, die vorliegend jedenfalls zum Teil auch mit einer geeigneten Lambdasonde zur Messung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses kombiniert sind. Insbesondere die über die Temperatursonde 53 gemessene Temperatur im Oberofen dient als Eingang des Temperaturregelmoduls 200, z. B. um darauf basierend eine Temperaturmittelung und eine Extrapolation des Temperaturverhaltens auf das Ende einer Periodendauer vorzunehmen. In a second operating state, the firing of the upper furnace 1 is reversed for a second period of a similar duration. For this purpose, combustion air VB is then fed via the right-hand regenerator 50 'to the upper furnace 1 together with fuel gas from the right-hand injectors 20', the combustion air VB then absorbing the heat deposited by the exhaust gas AG in the regenerator 50 'in the first period. The regulation of a fuel flow and / or a combustion air flow takes place in principle via a temperature control module 200 of a control device 1000 for the industrial furnace 100. In principle, a PID controller can be used in the temperature control module 200 for this purpose, according to which an increase in the fuel flow and / or the combustion air flow occurs The furnace chamber temperature is increased or a furnace chamber temperature is decreased with a decrease in a fuel flow and / or a combustion air flow. Temperature values of the regenerator head 51 or 5T or of the upper furnace chamber 1 are fed to the temperature control module 200 via suitable temperature probes 52, 52 ', 53, which in the present case are in any case partly combined with a suitable lambda probe for measuring a fuel-air ratio. In particular, the temperature measured by the temperature probe 53 in the upper furnace serves as the input of the temperature control module 200, for. B. to make a temperature averaging based thereon and an extrapolation of the temperature behavior to the end of a period.
Insbesondere die in Fig. 1 gezeigten Temperatursonden 52, 52‘ und vorliegend auch die Temperatursonde 53 liefern gemessene Temperaturen auch an den Eingang eines Symmetrieregelmoduls 300 der Fig. 1 - dies wird im Rahmen einer Ausführungsform zu dieser bevorzugten Weiterbildung betreffend ein Symmetrieregelmodul in Bezug auf Fig. 3 näher erläutert. Insbesondere die Temperaturen an einem Regeneratorkopf wie von den Temperatursonden 52, 52‘ gemessen, können als Grundlage einer beanspruchten vereinfachten Ermittlung einer Vorwärmekenngröße dienen. Auch die gegebenenfalls an gleicher Stelle angeordneten Lambda-Sonden oder andere Messfühler können Messwerte, z. B. über Luft- oder Abgasmengen, für eine solche vereinfachte Ermittlung liefern. In particular, the temperature probes 52, 52 'shown in FIG. 1 and in the present case also the temperature probe 53 also supply measured temperatures to the input of a symmetry control module 300 of FIG. 1 - this is described in the context of an embodiment of this preferred development relating to a symmetry control module with reference to FIG 3 explained in more detail. In particular, the temperatures at a regenerator head as measured by the temperature probes 52, 52 can serve as the basis for a claimed, simplified determination of a preheating parameter. The lambda probes or other measuring sensors, which may be arranged in the same place, can also record measured values, e.g. B. on air or exhaust gas quantities, provide for such a simplified determination.
Fig. 2 verdeutlicht schematisch den Aufbau einer ersten Regenschleife IA für eine Temperaturregelung eines Temperaturregelmoduls 200. Dies wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum geregelten Betrieb des in Fig. 1 beispielhaften gezeigten regenerativ beheizten Industrieofens 100 erläutert. Die mit IA bezeichnete erste Regelschleife stellt die Temperaturregelung dar. FIG. 2 illustrates schematically the structure of a first rain loop IA for temperature control of a temperature control module 200. This is explained with reference to a preferred embodiment of a method for the controlled operation of the regeneratively heated industrial furnace 100 shown by way of example in FIG. The first control loop labeled IA represents the temperature control.
Für die Regelschleifen I dient zunächst der Oberofen 1 im Ofenraum 10 des Ofens 100 als Teil der mit R bezeichneten Regelstrecke R. Die Regelstrecke R umfasst auch den linken Regenerator 50 und den rechten Regenerator 50‘ sowie die Orte der von den Regeneratoren 50, 50‘ bereitgestellten Wärme Qu und QRe aus vorgewärmter Verbrennungsluft VB, die dem Oberofen 1 zugeführt werden. Im eigentlichen Sinne handelt es sich um Wärmeflüsse, die in der Fig. 2 mit entsprechender Symbolik dargestellt sind. Ziel einer Ofentemperaturregelung ist es, so vorausschauend wie möglich diejenige Brennstoffmenge zu bestimmen, die die technologisch gewünschte Ofentemperatur sichert - und dies bei wechselnden Belastungen und veränderlichen Störgrößen. For the control loops I, the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 of the furnace 100 is initially used as part of the controlled system R denoted by R. The controlled system R also includes the left regenerator 50 and the right regenerator 50 'as well as the locations of the regenerators 50, 50' provided heat Qu and Q Re from preheated combustion air VB, which are fed to the upper furnace 1. In the actual sense, it is a matter of heat flows, which are shown in FIG. 2 with corresponding symbols. The aim of furnace temperature control is to determine the amount of fuel that will ensure the technologically desired furnace temperature as predictively as possible - and this with changing loads and changing disturbance variables.
Vorliegend wird als Prozesswert die Voraussage der Temperatur zum Periodenende, die von einem Modell des Temperaturverlaufs bereitgestellt wird und den Regeleingriff auch dann ermöglicht, wenn die Temperatur zwar die Endtemperatur noch nicht erreicht hat, aber hinterdem planmäßigen Temperaturanstieg zurückbleibt oder ihm unerwartet vorauseilt. Das wird entsprechend angewendet auf ein gewichtetes Mittel mehrerer Ofentemperaturen. Für die erste Regelschleife IA und die noch zu erläuternder erweiterte Regelschleife IB dient zunächst eine Ofenraumtemperatur T als Regelgröße. Dazu werden mehrere repräsentative Oberofentemperaturen Ti, T2 ... TN z. B. mit geeigneten Temperatursensoren 52, 52‘, 53 gegebenenfalls mit geeigneter Korrektur gemessen. Insbesondere dient der Temperatursensor 53 zur Aufnahme der Ofenraumtemperatur T. Die auf eine Oberofentempe- raturangepassten Temperaturwerte aus den verschiedenen Temperaturen T 1 , T2 .. TN werden in einer Mittelungseinheit 201 zur Bildung eines gewichteten Temperaturmittels Tx gemittelt. Anschließend wird der Wert des Temperaturmittels Tx einer Extrapolationseinheit 202 zugeführt, die in der Lage ist, nach Maßgabe eines typischen zeitlichen Verlaufs der repräsentativen Oberofentemperatur eine Vorhersage auf den IST-Wert der Temperatur TIST am jeweiligen Ende einer Feuerperiode der regenerativen Heizung zu bilden. Anstelle des aktuellen Temperaturwertes Tx bildet eben diese vorhergesagte Temperatur TIST den Istwert des Temperaturreglers RT. Der Temperaturregler RT ist vorliegend in Form eines PID-Reglers gebildet, dem auch ein SOLL-Wert der Temperatur TSOLL zugeführt wird und der einen Bedarf an Brennstoffenergie E aus deren Differenz bestimmt. Betreffend die Extrapolationseinheit 202 ist vorliegend berücksichtigt, dass je nach Einbaulage der Temperaturfühler 52, 52’, 53 im Oberofen 1 bzw. Regeneratorkopf 51 , 5T und je nach Dauer eines Umsteuervorgangs die Oberofentemperaturen T abfallen. Dies gilt insbesondere für den Temperaturfühler 53 im Rahmen der folgenden Erläuterung. Damit fällt auch der Realwert der Temperatur T für den Temperaturregler RT der Oberofentemperatur während der Umsteuerung um 3 - 20K ab und wird danach bei kontinuierlicher Beheizung aufgebaut. Dabei folgt die Temperatur T zumeist einem zeitlichen Verlauf, der etwa durch eine Funktion beschrieben werden kann: In the present case, the process value is the prediction of the temperature at the end of the period, which is provided by a model of the temperature profile and enables control intervention even if the temperature has not yet reached the end temperature, but falls short of the planned temperature rise or unexpectedly leads it. This is applied accordingly to a weighted average of several oven temperatures. For the first control loop IA and the expanded control loop IB, which is still to be explained, a furnace chamber temperature T is initially used as the control variable. For this purpose, several representative upper furnace temperatures Ti, T2 ... TN z. B. measured with suitable temperature sensors 52, 52 ', 53, if necessary with a suitable correction. In particular, the temperature sensor 53 is used to record the furnace chamber temperature T. The temperature values from the various temperatures T 1, T2... TN, adapted to an upper furnace temperature, are averaged in an averaging unit 201 to form a weighted temperature mean T x. The value of the temperature mean T x is then fed to an extrapolation unit 202, which is able to predict the ACTUAL value of the temperature TIST at the end of a fire period of the regenerative heating system based on a typical time course of the representative upper furnace temperature. Instead of the current temperature value T x , this predicted temperature TIST forms the actual value of the temperature controller RT. The temperature controller RT is in the present case in the form of a PID controller, to which a setpoint value of the temperature TSOLL is also fed and which determines a fuel energy requirement E from the difference between them. With regard to the extrapolation unit 202, it is considered here that, depending on the installation position of the temperature sensors 52, 52 ', 53 in the upper furnace 1 or regenerator head 51, 5T, and depending on the duration of a reversing process, the upper furnace temperatures T drop. This applies in particular to the temperature sensor 53 in the context of the following explanation. This means that the real value of the temperature T for the temperature controller RT of the upper oven temperature falls by 3 - 20K during the reversal and is then built up with continuous heating. The temperature T mostly follows a time curve that can be described by a function:
T(t) = To + (Tunendlich - To) * (1 - exp[t/to] ) wobei T (t) = To + (Finite - To) * (1 - exp [t / to]) in which
T(t) der angenäherte Temperaturverlauf T (t) is the approximate temperature curve
To der Temperaturtiefpunkt nach Umsteuerung To the temperature low point after reversal
Tunendlich die Temperatur nach sehr langer Zeit die Zeit und eine Zeitkonstante, hier als Formfaktor bezeichnet. At least the temperature after a very long time, the time and a time constant, referred to here as a form factor.
Aus der so extrapolierten Temperatur TIST am jeweiligen Ende einer Feuerperiode der regenerativen Heizung wird eine Brennstoffenergie E bestimmt, die dem Ofen zuzuführen ist. A fuel energy E to be fed to the furnace is determined from the temperature TIST extrapolated in this way at the respective end of a firing period of the regenerative heating.
Unter Berücksichtigung eines Heizwerts des verwendeten Brenngases wird daraus eine Brennstoffmenge B in einer Brennstoffeinheit 203 bestimmt. Die Brennstoffeinheit 203 stellt ein dem Temperaturregler RT zugeordnetes Stellglied ein --beispielsweise in Form einer Brennstoffdrossel für einen Injektor 20, 20‘~, um einen Brennstoffstrom als erste stellbare Stellgröße für einen Oberofen so einzustellen, dass eine gewünschte Soll-Temperatur TSOLL im Unterschied zur vorgenannten Ist-Temperatur TIST erreicht wird. Zur Verdeutlichung wird im folgenden Bezug genommen auf Fig.4, in der neben dem Ofendruck P, der Klappenstellung K zur Einstellung der Verbrennungsluftzufuhr zum linken und rechten Regenerator 50, 50‘ und dem Sauerstoffanteil O des Abgases AG das mit dem Temperaturfühler 53 gemessene und gewonnene Temperaturmittel Tx im Vergleich zu dem aus dem Prognosemodell der Extrapolationseinheit 202 hervorgegangene Temperatursig- nal für die Ist-Temperatur TIST dargestellt ist. Von der Prognoseeinheit 202 wird gemäß oben dargestellter Formel zu Beginn tß und Ende tß jedes wechselbedingten Temperaturabfalls der Temperatur T die oberen und unteren Spitzentemperaturen erfasst. Daraus wird unter Zugrundelegung der oben genannten Formel des Temperaturverlaufs zu jeder Zeit eine Vorhersage auf die Periodenendtemperatur bereitgestellt, die als Ist-Temperatur TIST für die Regelschleife IA verwendet wird. Die Periodendauer t ist dabei zwischen Beginn tß und Ende tß jedes wechselbedingten Temperaturabfalls bezeichnet. Der beschriebene Temperaturabfall nach einem Wechsel am Beginn tß und am Ende tß der Periodendauer t kann durch einen Temperaturregler RT jedenfalls nicht vollständig ausgeglichen werden. A fuel quantity B in a fuel unit 203 is determined therefrom, taking into account a calorific value of the fuel gas used. The fuel unit 203 sets an actuator assigned to the temperature controller RT - for example in the form of a fuel throttle for an injector 20, 20 '' in order to set a fuel flow as the first adjustable control variable for an upper furnace so that a desired target temperature TSOLL in contrast to the aforementioned actual temperature TIST is reached. For clarification, reference is made in the following to FIG. 4, in which, in addition to the furnace pressure P, the flap position K for setting the combustion air supply to the left and right regenerators 50, 50 'and the oxygen content O of the exhaust gas AG, the temperature sensor 53 measured and obtained Temperature mean T x is shown in comparison with the temperature signal for the actual temperature TIST that emerged from the prognosis model of the extrapolation unit 202. According to the formula shown above, the forecast unit 202 detects the upper and lower peak temperatures at the beginning t3 and at the end t3 of each alternating temperature drop in the temperature T. From this, on the basis of the above-mentioned formula of the temperature profile, a prediction of the period end temperature is provided at any time, which is used as the actual temperature TIST for the control loop IA. The period t is designated between the beginning t3 and the end t3 of each change-related drop in temperature. The temperature drop described after a change at the beginning t3 and at the end t3 of the period t can in any case not be completely compensated for by a temperature controller RT.
Dieser Temperaturabfall, der in Fig. 4 mit DT bezeichnet ist würde im Gegenteil nur wie eine Störung der Messwerterfassung wirken und wird vorliegend folgerichtig aus dem Temperaturregler RT ausgefiltert, um eine unerwünschte Reaktion des Temperaturreglers RT auf den Temperaturabfall DT nach Wechsel der Befeuerung vom linken Regenerator 50 zum rechten Regenerator 50‘ und umgekehrt zu verhindern. Anstelle des aktuellen Realwerts des Temperaturmittels Tx wird folglich die vorhergesagte Temperatur TIST auf das Periodenende als Reglereingang für den Temperaturregler RT verwendet. Lange bevor die wirkliche Temperatur Tx den Periodenendwert tatsächlich erreicht, kann der Temperatur- regier RT an der Vorhersage auf das Periodenende erkennen, ob die Temperaturzu schnell oder zu langsam steigt und kann sehr viel früher beginnen, regelungstechnisch einzugreifen. On the contrary, this temperature drop, which is denoted by DT in FIG. 4, would only act like a disruption of the measured value acquisition and is consequently filtered out of the temperature controller R T in order to prevent an undesired reaction of the temperature controller R T to the temperature drop DT after the lighting was changed from left regenerator 50 to prevent the right regenerator 50 'and vice versa. Instead of the current real value of the temperature mean T x , the predicted temperature TIST at the end of the period is used as the controller input for the temperature controller RT. Long before the actual temperature T x actually reaches the end of the period, the temperature controller RT can recognize from the prediction for the end of the period whether the temperature is rising too quickly or too slowly and can begin to intervene in terms of control technology much earlier.
Ausgehend von dieser Überlegung wurde erkannt, dass jedenfalls die Aspekte einer effizienten Heranführung an einen ggfs annähernd symmetrischen Befeuerungszustand, ins- besondere zudem eine Beschleunigung und/oder Wirksamkeitserhöhung, bereits mit einer modifizierten und dadurch verbesserten Temperaturregelung erreichbar ist. Based on this consideration, it was recognized that in any case the aspects of an efficient approach to a possibly approximately symmetrical firing state, in particular also an acceleration and / or increase in effectiveness, can already be achieved with a modified and thus improved temperature control.
Ausgehend von dieser Erkenntnis ist vorliegend vorgeschlagen worden, ein zusätzliches Temperaturregelglied vorzusehen, das letztlich bei einer Manipulation der Temperaturregeldifferenz ansetzt, nämlich basierend auf einer Regeneratorkopftemperatur, welche die Unsymmetrie am ehesten wiedergibt. On the basis of this knowledge, it has been proposed in the present case to provide an additional temperature control element which ultimately starts with a manipulation of the temperature control difference, namely based on a regenerator head temperature which most closely reflects the asymmetry.
Eine Temperaturregeldifferenz ist üblicherweise als Differenz zwischen einem Temperatur- SOLL-Wert und einem Temperatur-IST- Wert gegeben - das zusätzliche Temperaturregelglied sieht eine aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen linken und rechten Regenerator (oder rechten und linken Regenerator) basierend auf einer Regeneratorkopftemperatur --kurz gesagt eine auf der Temperaturdifferenz zwischen Zielseite und Ausgangsseite-- vorgesehene zusätzliche Addition zur Temperaturregeldifferenz vor; d. h. das Konzept der Erfindung addiert zur gängigen Temperaturregeldifferenz die Temperaturdifferenz von Gegenseite und Ursprung, welche letztendlich die Unsymmetrie messbar macht. A temperature control difference is usually given as the difference between a target temperature value and an ACTUAL temperature value - the additional temperature control element sees a temperature difference between the left and right regenerator (or right and left regenerator) based on a regenerator head temperature - in short an additional addition to the temperature control difference provided on the temperature difference between the target side and the output side; d. H. The concept of the invention adds the temperature difference between the opposite side and the origin to the common temperature control difference, which ultimately makes the asymmetry measurable.
Fig .2 zeigt dazu eine besondere Ausführung eines Regelschemas, das bereits allein auf- grund einer erweiterten Regelschleife IB eines Temperaturregelmoduls 200 in der Lage ist, die Unsymmetrie einer unsymmetrischen Ofenbefeuerung --erkennbar durch DO bzw. ATLR --jedenfalls größtenteils aufzuheben. Es ist vorgesehen, dass zur Regelung der Ofenraumtemperatur eine Regelabweichung AT=TSoll-Tist der Ofenra umtemperatur bestimmt wird und die Störgröße ATLR der Ofenraumtemperatur als die Abweichung zwischen den Rege- nerator-Temperaturen zur Regelabweichung hinzugenommen wird, und die erste stellbare Stellgröße eingestellt wird aufgrund der zur Regelabweichung hinzugenommenen Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen TLR. Vorliegend wird die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt als betragsmäßig vergrößernd zur Regelabweichung AT=TSoll-Tist der Ofenra umtemperatur, nämlich hier als Abweichung der Regenerator-Temperaturen zwischen Zielseite und Ausgangsseite jeweils des linken Regenerators 50 und rechten Regenerators 50‘ in Bezug auf die Seite des jeweiligen Brennstoff-Injektors 20, 20‘. Dazu ist vorgesehen, dass die Regelabweichung DT der Ofenra umtemperatur als Sollwert_Temperatur minus lstwert_Tempe- ratur im Ofenraum und für die Störgröße die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur der Zielseite und der Regenerator-Temperatur der Ausgangsseite. Dazu ist ein zusätzliches Temperaturregelmodul RT+ vorgesehen, dass zu der üblichen Temperaturregeldifferenz AT=TSoll-Tist, eine mit Verstärkungsfaktoren versehene zusätzliche Temperaturregeldifferenz „+/-k*ATLR“ hinzuaddiert zur Bestimmung eines Heizwertes. Fig. 2 shows a special embodiment of a control scheme that is already able to largely cancel out the asymmetry of an asymmetrical furnace firing - recognizable by DO or ATLR - just because of an extended control loop IB of a temperature control module 200. Provision is made for a control deviation AT = Tset-Tist of the furnace room temperature to be determined to regulate the furnace chamber temperature and for the disturbance variable ATLR of the furnace chamber temperature to be added to the control deviation as the deviation between the regenerator temperatures, and the first adjustable manipulated variable to be set based on the deviation between the regenerator temperatures TLR added to the control deviation. In the present case, the deviation between the regenerator temperatures is determined as increasing the amount of the control deviation AT = Tset-Tist of the furnace room temperature, namely here as the deviation of the regenerator temperatures between the target side and the output side of the left regenerator 50 and right regenerator 50 'in relation to the Side of the respective fuel injector 20, 20 '. For this purpose, it is provided that the control deviation DT of the furnace room temperature is determined as the setpoint_temperature minus the actual value_tempe- rature in the furnace room and for the disturbance variable the deviation between the regenerator temperatures is determined by means of a difference between the regenerator temperature on the target side and the regenerator temperature on the output side. For this purpose, an additional temperature control module RT + is provided that adds an additional temperature control difference "+/- k * AT LR " with amplification factors to the usual temperature control difference AT = TSoll-Tist to determine a calorific value.
Der Faktor ATLR bzw. ATRL kann zusätzlich potenziert werden mit einem Potenzglied N, das als Beschleunigungsglied gesehen werden kann, um den Effekt einer schnellen Her- anführung an einen symmetrischen Zustand zu beschleunigen. Hier ist vorgesehen, dass die Störgröße mittels der Abweichung ATLR, ATRL zwischen den Regenerator-Temperaturen zu einer vorbestimmten Potenz N verstärkt und/oder mit einem vorbestimmten Multiplikator k gewichtet wird. Anders ausgedrückt ist diese Basis einer zusätzlichen Temperaturdifferenz basierend auf vorzugsweise einer Regeneratorkopftemperatur im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung mit zwei Verstärkungsfaktoren versehen, nämlich einerseits einer multiplikativen Gewichtung, die hier mit „k“ bezeichnet ist, als auch eine Potenzgewichtung, welche die zusätzliche Temperaturregeldifferenz „ATLR“ bzw. „ATRL“ vorsieht. The factor ATLR or ATRL can also be raised to the power of a power term N, which can be seen as an acceleration term in order to accelerate the effect of a rapid approach to a symmetrical state. It is provided here that the disturbance variable is amplified to a predetermined power N by means of the deviation ATLR, ATRL between the regenerator temperatures and / or is weighted with a predetermined multiplier k. In other words, this basis of an additional temperature difference based on preferably a regenerator head temperature is provided with two gain factors within the scope of a particularly preferred development, namely on the one hand a multiplicative weighting, which is designated here with "k", and a power weighting, which the additional temperature control difference "ATLR "Or" ATRL "provides.
Vorzugsweise ist vorliegend vorgesehen, dass die Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopf-Temperatur TL, TR, bestimmt wird als Mittel (T_Max+T_Min)/2 zwischen einer oberen Regenerator-Temperatur und einer unteren Regenerator-Temperatur, insbesondere die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mit dem Mittel, insbesondere mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur- Mittel der Zielseite und der Regenerator-Temperatur-Mittel der Ausgangsseite. Die zusätzliche Temperaturregeldifferenz kann zum einen zugeschaltet werden für den Fall, dass die Unsymmetrie etwa durch einen zu groß werdenden Unterschied der Vorwärmezufuhren, etwa oberhalb eines Schwellwertes, zugeschaltet werden kann. Sie hat darüber hinaus den Vorteil, dass sich aufgrund des zusätzlichen Messanteils „ATLR“ bzw. ,,DT RL“ für den Fall, dass D=0 ist, diese zusätzliche Temperaturregeldifferenz im Hintergrund wirksamer wird bzw. unwirksamer wird, je nach Größe von „D“. It is preferably provided in the present case that the regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature TL, TR, is determined as the mean (T_Max + T_Min) / 2 between an upper regenerator temperature and a lower regenerator temperature, in particular the deviation between the regenerators -Temperature is determined with the means, in particular by means of a difference between the regenerator temperature mean of the target side and the regenerator temperature mean of the output side. The additional temperature control difference can on the one hand be switched on in the event that the asymmetry can be switched on, for example due to an excessively large difference in the preheat supplies, for example above a threshold value. It also has the advantage that due to the additional measurement component "ATLR" or “DT RL” in the event that D = 0, this additional temperature control difference becomes more effective or becomes ineffective in the background, depending on the size of “D”.
Die in Fig. 1 gezeigte Steuereinrichtung 1000 weist darüber hinaus das zuvor genannte Symmetrieregelmodul 300 auf, das vorliegend ausgebildet ist, den Wärmeübertrag zwi- sehen dem ersten und zweiten Regenerator 50, 50‘ zu beeinflussen. Vorliegend erfolgt dies über eine Wärmeübertragungsgröße in Form einer Zeitspanne ±At, um welche für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die zweite Periodendauer t verlängert und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die zweite Periodendauer t verkürzt wird oder auch für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die erste Periodendauer t verkürzt und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators 50, 50‘ die erste Periodendauer t verlängert wird. Ein geeignetes Stellglied in Form eines Zeitgebers 60 ist vorliegend mit dem Symmetrieregelmodul 300 gekoppelt und in der Lage, die erste und zweite Periodendauer t je nach Maßgabe des Symmetrieregelmoduls 300 zu verkürzen bzw. zu verlängern - letzteres ist durch die die Perioden- dauer um die Zeitspanne ±At beim linken Regenerator 50 bzw. rechten Regenerator 50‘ verschiebende Pfeile 61 symbolisch dargestellt ist. The control device 1000 shown in FIG. 1 also has the aforementioned symmetry control module 300, which in the present case is designed to influence the heat transfer between the first and second regenerators 50, 50 ′. In the present case, this takes place via a heat transfer variable in the form of a time span ± At, by which the second period t is extended for the colder one of the first and second regenerators 50, 50 'and / or the second period length for the hotter one of the first and second regenerators 50, 50' t is shortened or the first period t is shortened for the colder one of the first and second regenerators 50, 50 'and / or the first period t is lengthened for the hotter one of the first and second regenerators 50, 50'. A suitable actuator in the form of a timer 60 is presently coupled to the symmetry control module 300 and able to shorten or lengthen the first and second period duration t depending on the symmetry control module 300 - the latter is the period duration by the time span ± At the left regenerator 50 or right regenerator 50 ′, arrows 61 which move are shown symbolically.
In Bezug auf Fig. 3 wird nunmehr die erste Regelschleife I des Temperaturregelmoduls 200 und die zweite Regelschleife II des Symmetrieregelmoduls 300 näher beschrieben sowie den Aufbau einer zweiten Regelschleife II für eine Symmetrieregelung für ein Sym- metrieregelmodul 300 betreffend den linken und rechten Regenerator 50, 50‘. Fig. 3 verdeutlicht somit schematisch den Aufbau einer ersten Regenschleife I für eine Temperaturregelung eines Temperaturregelmoduls 200 sowie den Aufbau einer zweiten Regelschleife II für eine Symmetrieregelung für ein Symmetrieregelmodul 300 betreffend den linken und rechten Regenerator 50, 50‘. Dies wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum geregelten Betrieb des in Fig. 1 beispielhaften gezeigten regenerativ beheizten Industrieofens 100 erläutert. Die mit I bezeichnete erste Regelschleife stellt die Temperaturregelung dar. With reference to FIG. 3, the first control loop I of the temperature control module 200 and the second control loop II of the symmetry control module 300 will now be described in more detail, as well as the structure of a second control loop II for a symmetry control for a symmetry control module 300 relating to the left and right regenerators 50, 50 '. 3 thus schematically illustrates the structure of a first rain loop I for temperature control of a temperature control module 200 and the structure of a second control loop II for symmetry control for a symmetry control module 300 relating to the left and right regenerators 50, 50 ‘. This is explained on the basis of a preferred embodiment of a method for the regulated operation of the regeneratively heated industrial furnace 100 shown as an example in FIG. 1. The first control loop labeled I represents the temperature control.
Die mit II bezeichnete zweite Regelschleife stellt die Symmetrieregelung betreffend den linken und rechten Regenerator 50, 50‘ dar. Für beide Regelschleifen I, II dient zunächst der Oberofen 1 im Ofenraum 10 des Ofens 100 als Teil der mit R bezeichneten Regelstrecke R. Die Regelstrecke R umfasst auch den linken Regenerator 50 und den rechten Regenerator 50‘ sowie die Orte der von den Regeneratoren 50, 50‘ bereitgestellten Wärme Qu und QRe aus vorgewärmter Verbrennungsluft VB, die dem Oberofen 1 zugeführt werden. Im eigentlichen Sinne handelt es sich um Wärmeflüsse, die in der Fig. 3 mit entsprechender Symbolik dargestellt sind. Ziel einer Ofentemperaturregelung ist es, so vorausschauend wie möglich diejenige Brennstoffmenge zu bestimmen, die die technologisch gewünschte Ofentemperatur sichert - und dies bei wechselnden Belastungen und veränderlichen Störgrößen. The second control loop labeled II represents the symmetry control for the left and right regenerators 50, 50 '. For both control loops I, II, the upper furnace 1 in the furnace chamber 10 of the furnace 100 is used as part of the controlled system R. also includes the left regenerator 50 and the right regenerator 50 'as well as the locations of the heat Qu and Q Re made available by the regenerators 50, 50' from preheated combustion air VB, which are supplied to the upper furnace 1. In the actual sense, it is a matter of heat flows, which are shown in FIG. 3 with corresponding symbols. The aim of furnace temperature control is to determine the amount of fuel that will ensure the technologically desired furnace temperature as predictively as possible - and this with changing loads and changing disturbance variables.
Voraussetzung für die Regelbarkeit ist die aktive Aufrechterhaltung der thermischen Symmetrie, was mittels der zweiten Regelschleife II erreicht wird, die weiter unten erläutert ist. Ein stabiler, gleichmäßiger Brennstoffstrom ohne unnötige Schwankungen ist eine weitere Voraussetzung für effiziente Beheizung. Es sollte demzufolge nicht Aufgabe des Temperaturreglers sein, den unvermeidlichen Temperaturabfall des Gewölbes während etwa 35 .. 40 Sekunden feuerfreier Zeit der Umsteuerung durch erhöhten Brennstoffeinsatz aus- gleichen zu wollen - ein weiterer Grund, warum ein einfacher PID-Regler die Aufgabe je- denfalls nicht vollständig lösen kann The prerequisite for controllability is the active maintenance of thermal symmetry, which is achieved by means of the second control loop II, which is explained further below. A stable, even flow of fuel without unnecessary fluctuations is another prerequisite for efficient heating. It should therefore not be the task of the temperature controller to compensate for the unavoidable drop in temperature of the vault during about 35 .. 40 seconds of the fire-free time of the reversal by increasing fuel consumption - another reason why a simple PID controller does not do the job in any case can solve completely
Unsymmetrische Ofentemperaturen zwischen linker und rechter Befeuerung regenerativer Glasschmelzöfen haben ihre Ursache in einer überwiegenden Zahl der Fälle in thermischer Unsymmetrie der Regeneratoren. Asymmetrical furnace temperatures between the left and right firing of regenerative glass melting furnaces are mainly caused by the thermal asymmetry of the regenerators.
Die Anwendung eines einfachen PID-Reglers, um Brennstoffmengen so zu führen, dass für linkes und rechtes Feuer gleiche Gewölbetemperaturen entstehen, ist die ungeeignete Regelstruktur. Der Versuch, solche Unsymmetrien durch links/rechts unterschiedliche Brennstoffmengen auszugleichen führt regelmäßig dazu, dass die vorhandenen Unsymmetrien sich systematisch vergrößern. Jede Vergrößerung der Brennstoffmenge auf der Seite des kälteren Regenerators - zum Ausgleich der kälteren Luft - führt dazu, den hei- ßeren Regenerator immer heißer zu machen. Jede Verringerung der Brennstoffmenge auf der Seite des heißeren Regenerators - zum Ausgleich der heißeren Luft - führt dazu, den ohnehin schon kälteren Regenerator immer kälter zu machen. The use of a simple PID controller to manage fuel quantities in such a way that the same vault temperatures arise for the left and right fires is the unsuitable control structure. The attempt to compensate for such asymmetries by left / right different amounts of fuel regularly leads to the existing asymmetries systematically increasing. Any increase in the amount of fuel on the side of the colder regenerator - to compensate for the colder air - leads to the hotter regenerator becoming hotter and hotter. Any reduction in the amount of fuel on the side of the hotter regenerator - to compensate for the hotter air - leads to the already colder regenerator becoming colder and colder.
Ein „Modell“ der physikalischen Zusammenhänge erlaubt den Aufbau einer Symmetrieregelung der Regeneratoren als Vorbedingungen für symmetrische Ofentemperaturen. Der Wärmeinhalt des linken und rechten Regenerators und die von ihnen bereitgestellte Wär- memenge an vorgeheizter Brennluft sollen für rechtes und linkes Feuer einander angeglichen werden, um die symmetrische Beheizung des Ofenraumes zu sichern. Mindestens sollen die linken und rechten Kammergewölbetemperaturen einander angeglichen werden. A "model" of the physical relationships allows the establishment of a symmetry control of the regenerators as preconditions for symmetrical furnace temperatures. The heat content of the left and right regenerators and the heat they provide The amount of preheated combustion air for the right and left fire should be matched to ensure the symmetrical heating of the furnace chamber. At least the left and right vault temperatures should be adjusted to one another.
Je nach Ausgangslage müssen 500 bis 4000 MJ Wärme vom heißeren zum kälteren Re- generator transportiert werden, ohne Unterschiede in den Brennstoffmengen zwischen linkem und rechtem Feuer zuzulassen. Das kann durch leicht unterschiedliche Periodenzeiten oder durch unterschiedliche Luftverhältnisse erfolgen. Wird die Verlängerung bzw. Verkürzung der Periodenzeiten z. B. auf 60 Sekunden begrenzt, kann der Symmetrieausgleich zwischen den Regeneratoren bei typisch unsymmetrischer Ausgangslage bis zu 3 Tagen in Anspruch nehmen. Die Gewölbetemperatur des Ofens wird erst durch eine solche Symmetrieregelung überhaupt regelbar. Depending on the initial situation, 500 to 4000 MJ of heat must be transported from the hotter to the colder regenerator without allowing any differences in the amount of fuel between the left and right fire. This can be done by slightly different period times or by different air conditions. If the extension or shortening of the period times z. B. limited to 60 seconds, the symmetry compensation between the regenerators can take up to 3 days in a typically asymmetrical starting position. The vault temperature of the furnace can only be regulated at all by means of such a symmetry control.
Wieder zurückkommend auf Fig. 3 ist in der zweiten Regelschleife II erkennbar, dass vorliegend zur Bewertung der thermischen Symmetrie der Regeneratoren 50, 50‘ die Wärme Qu, QRe der vorgewärmten Verbrennungsluft VB aus den Regeneratoren 50, 50‘ herange- zogen wird. Die einzelnen Wärmemengen Qu, QRe werden durch ein mathematisches Modell der Regeneratoren 50, 50‘ geliefert, das in der Differenzeinheit 204 als Softwaremodul implementiert ist und anschließend die Differenz der einzelnen Wärmemengen Qu, QRe liefert. Die Differenz derselben wird von der Differenzeinheit 204 als Energiestrom der Unsymmetrie AQ in Megawatt dem Symmetrieregler Rs zur Verfügung gestellt. Das mathe- matische Modell ist in der Lage nach einer einmaligen Grundanpassung und selbstlernender Justierung die entsprechenden Wärmemengen wie reale Messwerte von Thermoelementen zu liefern. Der Symmetrieregler Rs regelt vorliegend den in Fig. 5 näher gezeigten Unterschied AQ der Wärmemengen zu Null. Dazu stellt der Symmetrieregler Rs für die Regeneratoren 50, 50‘ eine Zeitspanne ±At zur Verfügung, mit der die Periodendauer t für die Befeuerung des Oberofens 1 über die Regeneratoren 50, 50‘ verändert wird. Returning again to FIG. 3, it can be seen in the second control loop II that in the present case the heat Qu, Q Re of the preheated combustion air VB from the regenerators 50, 50 'is used to evaluate the thermal symmetry of the regenerators 50, 50'. The individual amounts of heat Qu, Q Re are supplied by a mathematical model of the regenerators 50, 50 ', which is implemented in the difference unit 204 as a software module and then supplies the difference between the individual amounts of heat Qu, Q Re. The difference between them is made available by the difference unit 204 as the energy flow of the asymmetry AQ in megawatts to the symmetry regulator Rs. After a one-time basic adjustment and self-learning adjustment, the mathematical model is able to supply the corresponding amounts of heat such as real measured values from thermocouples. In the present case, the symmetry regulator Rs regulates the difference AQ, shown in more detail in FIG. 5, of the heat quantities to zero. For this purpose, the symmetry regulator Rs provides a time span ± At for the regenerators 50, 50 'with which the period t for the firing of the upper furnace 1 is changed via the regenerators 50, 50'.
Es sei das Beispiel einer kleinen U-Flammen-Schmelzwanne erwähnt, die in der Ausgangslage bei linkem Feuer 45 K heißere Regeneratoren hatte und infolgedessen 20K heißere Gewölbetemperaturen. Nach Herstellung der Symmetrie unterscheiden sich die Kammertemperaturen nur noch um 0 .. 3 K, die Gewölbetemperaturen im Ofen sind für linkes und rechtes Feuer nahezu gleich - Vorrausetzung für ihre Regelbarkeit. Werden beide Feuerseiten mit gleichen Lambdawerten betrieben und sind beide Regeneratoren auf etwa gleichem Zustand, findet der Symmetrieregler nach Herstellung des Wärmeausgleichs zwischen den Regeneratorseiten ohne Zutun des Bedieners wieder zu gleichen Periodenzeiten für linkes und rechtes Feuer. Umgekehrt: Eine danach sich einstellende dauerhafte Schieflage - z. B. die linke Periode muss dauerhaft 20 sec länger sein, um die Symmetrie aufrecht zu erhalten - eine solche dauerhafte Schieflage liefert nach Herstellung der Symmetrie zusätzliche Informationen, z. B. über Falschluft auf der Abgasseite des betroffenen Regenerators oder über Regeneratorverschleiß. Entsprechendes gilt für dann sichtbare Temperaturunterschiede am Kam- merfuß, vorausgesetzt man kann sie erfassen und technologisch richtig interpretieren. The example of a small U-flame melting tank should be mentioned, which in the starting position had regenerators 45 K hotter with a left-hand fire and consequently 20 K hotter vault temperatures. After the symmetry has been established, the chamber temperatures only differ by 0 .. 3 K, the vault temperatures in the furnace are almost the same for the left and right fire - a prerequisite for their controllability. If both sides of the fire are operated with the same lambda values and both regenerators are in approximately the same state, the symmetry controller will find the same period times for the left and right fire again after the heat balance has been established between the regenerator sides without any action on the part of the operator. Conversely: A permanent imbalance that then occurs - e.g. B. the left period must be permanently 20 seconds longer in order to maintain the symmetry - such a permanent misalignment provides additional information after establishing the symmetry, e.g. B. via air leakage on the exhaust side of the affected regenerator or regenerator wear. The same applies to visible temperature differences at the base of the chamber, provided that they can be recorded and interpreted correctly from a technological point of view.
Sind die Brennluft- und/oder Abgasmengen der Regeneratoren links und rechts unterschiedlich, dann ist die Symmetrie der Temperaturen allein nicht mehr ausreichend. Es sind dann die Energieeinträge durch vorgewärmte Brennluft rechts und links auszugleichen. Dazu gibt es ein SPS-basiertes Modell des Regenerators in der Steuerung, das die entsprechenden - nicht mehr direkt messbare Größen - bereitstellt. If the quantities of combustion air and / or exhaust gas from the regenerators are different on the left and right, then the symmetry of the temperatures alone is no longer sufficient. The energy inputs must then be balanced out on the right and left by preheated combustion air. There is also a PLC-based model of the regenerator in the controller, which provides the corresponding - no longer directly measurable variables.
Aus der Fig. 5 ist beispielhaft ersichtlich, dass für einen vergleichsweise großen Zeitraum für den linken Regenerator 50 ein positiver Wert von +At überwiegt. Dies kann im Rahmen eines besonders bevorzugten Auswertemoduls zur technologischen Bewertung des Zustandes des linken Regenerators herangezogen werden. Vorliegend ist festzustellen, dass eine Unsymmetrie trotz des zweiten Regelkreises II existiert. D. h. während des positiven Regelwerts der Zeitspanne +At musste offensichtlich die Periodendauer der Befeuerung mit dem linken Regenerators 50 zur Befeuerung des Oberofens 1 regelmäßig verlängert werden - man kann daraus auf einen unkontrollierten Lufteinbruch im Ofenraum 1 oder im Regenerator 50 schließen. From FIG. 5 it can be seen by way of example that a positive value of + At predominates for a comparatively long period of time for the left regenerator 50. This can be used as part of a particularly preferred evaluation module for the technological evaluation of the state of the left regenerator. In the present case, it can be established that an asymmetry exists despite the second control loop II. I. E. During the positive control value of the time period + At, the period of the firing with the left regenerator 50 for firing the upper furnace 1 obviously had to be extended regularly - one can conclude from this that there was an uncontrolled ingress of air in the furnace chamber 1 or in the regenerator 50.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Verfahren zum geregelten Betrieb eines regenerativ beheizten Industrieofens (100) mit einem Ofenraum (10), insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, aufweisend die Schritte: - Injizieren von Brennstoff in den Ofenraum (10) über wenigstens einen Brennstoff-1 . A method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace (100) with a furnace space (10), in particular with a melting tank, especially for glass, comprising the steps: - Injecting fuel into the furnace space (10) via at least one fuel
Injektor (20, 20‘), der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, Injector (20, 20 ‘), which is designed for injecting fuel, in particular with practically no combustion air,
- periodisch abwechselnde Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum (10) in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas (AG) aus dem Ofenraum (10) in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoff mittels einem dem wenigstens einen Brennstoff-Injektor (20, 20‘) zugeordneten linken Regenerator (50) und rechten Regenerator (50‘), die zur regenerativen Speicherung von Wärme aus dem Abgas und Übertragung von Wärme auf die Verbrennungsluft ausgebildet sind, wobei in einer ersten Regelschleife (IA) für eine Temperaturregelung (200): - über eine Ofenra umtemperatur als Regelgröße, und - Periodically alternating supply of combustion air to the furnace chamber (10) in a first period and exhaust gas (AG) from the furnace chamber (10) in a second period separately from the fuel by means of a fuel injector (20, 20 ') assigned to the at least one left regenerator (50) and right regenerator (50 '), which are designed for the regenerative storage of heat from the exhaust gas and transfer of heat to the combustion air, wherein in a first control loop (IA) for temperature control (200): - via a Oven room temperature as a controlled variable, and
- einen ersten Regler (RT), insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenra umtemperatur (T), sowie - A first controller (RT), in particular a PID controller, for the furnace room temperature (T), as well
- über ein dem ersten Regler (RT) zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einerdie erste Regelschleife (IA) erweitertenden, insbesondere parallelen, Regelschleife (IB) für die Temperaturregelung (200): - A first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller (RT), characterized in that in a control loop (IB) which extends the first control loop (IA), in particular a parallel control loop (IB) for temperature control (200):
- eine Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopf-Temperatur (TL, TR), des linken Regenerators (50) und rechten Regenerators (50‘) bestimmt wird, und mittels einer Abweichung in den Regenerator-Temperaturen eine Störgröße ermittelt wird, wobei - die Störgröße mittels der, insbesondere parallelen und/oder verstärkenden, Regelschleife (IB) zur Regelung der Ofenra umtemperatur (T) genutzt wird. - A regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature (TL, TR), of the left regenerator (50) and right regenerator (50 ') is determined, and a disturbance variable is determined by means of a deviation in the regenerator temperatures, wherein - The disturbance variable by means of the, in particular parallel and / or amplifying, control loop (IB) is used to regulate the furnace room temperature (T).
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Ofenraumtemperatur eine Regelabweichung (dT) der Ofenraumtemperatur bestimmt wird und die Störgröße der Ofenraumtemperatur als die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen zur Regelabweichung hinzugenommen wird, und die erste stellbare Stellgröße eingestellt wird aufgrund der zur Regelabweichung hinzugenommenen Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen des linken Regenera- tors (50) und des rechten Regenerators (50‘). 2. The method according to claim 1, characterized in that a control deviation (dT) of the furnace chamber temperature is determined to regulate the furnace chamber temperature and the disturbance variable of the furnace chamber temperature is added as the deviation between the regenerator temperatures for the control deviation, and the first adjustable manipulated variable is set based on the Deviation added to the control deviation between the regenerator temperatures of the left regenerator (50) and the right regenerator (50 ').
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird als betragsmäßig vergrößernd zur Regelabweichung (dT) der Ofenra umtemperatur, und/oder als Abweichung der Regenerator-Temperaturen zwischen Zielseite und Ausgangsseite jeweils des linken Regene- rators (50) und rechten Regenerators (50‘) in Bezug aufdie Seite des jeweiligen Brennstoff- Injektors (20, 20‘) bestimmt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the deviation between the regenerator temperatures is determined as magnitude increasing to the control deviation (dT) of the furnace room temperature, and / or as a deviation of the regenerator temperatures between the target side and the output side of the left rain - rators (50) and right regenerator (50 ') is determined in relation to the side of the respective fuel injector (20, 20').
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung (dT) der Ofenraumtemperatur als Sollwert_Temperatur minus lstwert_Temperatur im Ofenraum und/oder für die Störgröße die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur der Zielseite und der Regenerator-Temperatur der Ausgangsseite. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control deviation (dT) of the furnace chamber temperature as setpoint temperature minus actual value temperature in the furnace chamber and / or the deviation between the regenerator temperatures for the disturbance variable is determined by means of a difference between the regenerator temperature the target side and the regenerator temperature of the output side.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Störgröße mittels der Abweichung (ATLR, ATRL) zwischen den Regenerator-Temperaturen zu einer vorbestimmten Potenz (N) verstärkt und/oder mit einem vorbestimmten Multiplika- tor (k) gewichtet wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the disturbance variable by means of the deviation (ATLR, ATRL) between the regenerator temperatures is amplified to a predetermined power (N) and / or weighted with a predetermined multiplier (k) becomes.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopf-Temperatur (TL, TR), bestimmt wird als Mittel ((T_Max+T_Min)/2) zwischen einer oberen Regenerator-Temperatur und einer unteren Regenerator-Temperatur, insbesondere die Abweichung zwischen den Regenerator-Temperaturen bestimmt wird mit dem Mittel, insbesondere mittels einer Differenz zwischen der Regenerator-Temperatur-Mittel der Zielseite und der Regenerator-Tempera- tur-Mittel der Ausgangsseite. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature (TL, TR), is determined is determined as the mean ((T_Max + T_Min) / 2) between an upper regenerator temperature and a lower regenerator temperature, in particular the deviation between the regenerator temperatures is determined with the means, in particular by means of a difference between the regenerator temperature mean the target side and the regenerator temperature mean of the output side.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Regelschleife für eine Symmetrieregelung betreffend den linken und rechten Regenerator: 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in a second control loop for a symmetry control regarding the left and right regenerator:
- über eine für den Wärmeinhalt der Verbrennungsluft des ersten Regenerators sig- nifikante erste Vorwärmekenngröße und eine für den Wärmeinhalt der Verbrennungsluft des zweiten Regenerators signifikante zweite Vorwärmekenngröße, und - via a first preheating parameter that is significant for the heat content of the combustion air of the first regenerator and a second preheating parameter that is significant for the heat content of the combustion air of the second regenerator, and
- einem zweiten Regler für den Unterschied der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße, sowie - a second controller for the difference between the first and second preheating parameters, as well as
- über ein dem zweiten Regler zugeordnetes Stellglied eine zweite stellbare Stell- große in Form einer den Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator beeinflussenden Wärmeübertragungsgröße eingestellt wird. - A second adjustable manipulated variable in the form of a heat transfer variable influencing the heat transfer between the first and second regenerators is set via an actuator assigned to the second controller.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite stellbare Stellgröße in Form einer den Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator beeinflussenden Wärmeübertragungsgröße eingestellt wird, um den Betrag des Unterschieds zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße unterhalb eines Schwellwerts nahe Null zu halten. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the second adjustable manipulated variable in the form of a heat transfer variable influencing the heat transfer between the first and second regenerator is set by the amount of the difference between the first and second preheating parameter below a threshold value close to zero to keep.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Zeitspanne eingestellt wird, um welche für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators die erste Periodendauer verlängert und/oder für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators die erste Periodendauer verkürzt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a period of time is set as the heat transfer variable by which the first period is extended for the hotter of the first and second regenerators and / or the first period is shortened for the colder of the first and second regenerators becomes.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Zeitspanne eingestellt wird, um welche für den kälteren des ersten und zweiten Regenerators die zweite Periodendauer verlängert und/oder für den heißeren des ersten und zweiten Regenerators die zweite Periodendauer verkürzt wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a period of time is set as the heat transfer variable by which the second period is extended and / or for the colder of the first and second regenerators the hotter of the first and second regenerators, the second period is shortened.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmekenngröße als Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft gebildet ist, wobei die Wärme aus vorgewärmter Verbrennungsluft aus einer Modellberechnung des Regenerators gewonnen wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the preheating parameter is formed as heat from preheated combustion air, the heat being obtained from preheated combustion air from a model calculation of the regenerator.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmekenngröße als Produkt aus einer Verbrennungsluftmenge und einer Regeneratorkopftemperatur gebildet ist, wobei die Verbrennungsluftmenge und/oder Regenerator- kopftemperatur gemessen ist, insbesondere die Regeneratorkopftemperatur eine niedrigste Regeneratorkopftemperatur ist. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the preheating parameter is formed as the product of an amount of combustion air and a regenerator head temperature, the amount of combustion air and / or regenerator head temperature is measured, in particular the regenerator head temperature is a lowest regenerator head temperature.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmekenngröße als Mittel aus wenigstens einer Regeneratorkopftemperatur und/oder Ofenraumtemperatur gebildet ist, insbesondere jeweils am Ende einer ersten Perioden- dauer und/oder einer zweiten Periodendauer gebildet ist, insbesondere als gewichtetes Mittel aus einem höchsten und einem niedrigsten Wert derselben. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the preheating parameter is formed as an average of at least one regenerator head temperature and / or furnace chamber temperature, in particular is formed at the end of a first period and / or a second period, in particular as a weighted Mean of a highest and a lowest value of the same.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ofenraumtemperatur als gewichtetes Mittel einer Anzahl verschiedener, insbesondere ortsunterschiedlicher, Temperaturmessungen, insbesondere im Oberofen und/oder Rege- neratorkopf gebildet ist. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a furnace chamber temperature is formed as a weighted average of a number of different, in particular spatially different, temperature measurements, in particular in the upper furnace and / or regenerator head.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass eine Extrapolation einer Ofenraumtemperatur auf eine Ofenraumtemperatur am Ende der ersten und der zweiten, insbesondere einer jeden, Periodendauer vorgenommen wird, insbesondere auf Grundlage eines modellierten zeitlichen Verlaufes einer repräsentativen Ofen- raumtemperatur. 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that an extrapolation of a furnace chamber temperature to a furnace chamber temperature at the end of the first and the second, in particular each, period duration is carried out, in particular on the basis of a modeled time course of a representative furnace chamber temperature.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass nach einem durch die periodisch abwechselnde Führung bedingten Temperaturabfall in der ersten Regelschleife über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms einge- stellt wird und dazu ein zusätzlicher Aufschlag derselben dem Ofen zugeführt wird, insbesondere der Aufschlag aus dem Betrag des wechselbedingten Brennstoffausfalls und/oder aus einer Geschwindigkeit der Temperaturzunahme nach abgewechselter Führung gebildet wird. 16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that after a temperature drop in the first control loop caused by the periodically alternating guidance, a first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow is set via an actuator assigned to the first controller and for this purpose an additional surcharge of the same is fed to the furnace, in particular the surcharge from the amount of the fuel failure due to the change and / or is formed from a speed of temperature increase after alternating leadership.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße als Regelergebnis der zweiten Regelschleife zur Bewertung des Zustandes des Regenerators und/oder zur Bewertung einer weiteren Einflussgröße verwendet wird, insbesondere zur Bewertung eines unkontrollierten Lufteinbruchs im Ofenraum und/oder Regenerator. 17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the difference between the first and second preheating parameter is used as the control result of the second control loop for evaluating the state of the regenerator and / or for evaluating a further influencing variable, in particular for evaluating an uncontrolled ingress of air in the furnace and / or regenerator.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Erhöhung des Verbrennungsluftstroms oder eines anderen Fluids durch den heißeren Regenerator bewirkt wird, insbesondere unabhängig von einer Änderung des Brennstoffstroms. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that an increase in the combustion air flow or another fluid is brought about by the hotter regenerator as the heat transfer variable, in particular independently of a change in the fuel flow.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsgröße eine Minderung des Verbrennungsluftstroms oder eines anderen Fluids durch den kälteren Regenerator bewirkt wird, insbesondere unabhängig von ei- ner Änderung des Brennstoffstroms. 19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that a reduction in the combustion air flow or another fluid is brought about by the colder regenerator as the heat transfer variable, in particular independently of a change in the fuel flow.
20. Steuereinrichtung, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit einer Industrieofen-Regelung aufweisend: ein Temperaturregelmodul für eine erste Regelschleife mittels dem: 20. Control device, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 19, with an industrial furnace control having: a temperature control module for a first control loop by means of:
- über eine Ofenra umtemperatur als Regelgröße, und - einen ersten Regler, insbesondere einen PID-Regler, für die Ofenraumtemperatur, sowie - About a furnace room temperature as a control variable, and - a first controller, in particular a PID controller, for the furnace room temperature, as well
- über ein dem ersten Regler zugeordnetes Stellglied eine erste stellbare Stellgröße in Form eines Brennstoffstroms und/oder eines Verbrennungsluftstroms einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einerdie erste Regelschleife (IA) erweitertenden, insbesondere parallelen, Regelschleife (IB) für die Temperaturregelung (200): - eine Regenerator-Temperatur, insbesondere eine Regeneratorkopf-Temperatur (TL, TR), des linken Regenerators (50) und rechten Regenerators (50‘) bestimmt wird, und mittels einer Abweichung in den Regenerator-Temperaturen eine Störgröße ermittelt wird, wobei - A first adjustable manipulated variable in the form of a fuel flow and / or a combustion air flow can be set via an actuator assigned to the first controller, characterized in that in a control loop (IB) for the temperature control (200) which extends the first control loop (IA), in particular a parallel control loop (IB) : - A regenerator temperature, in particular a regenerator head temperature (TL, TR), of the left regenerator (50) and right regenerator (50 ') is determined, and a disturbance variable is determined by means of a deviation in the regenerator temperatures, wherein
- die Störgröße mittels der, insbesondere parallelen und/oder verstärkenden, Regelschleife (IB) zur Regelung der Ofenraumtemperatur (T) genutzt wird. - The disturbance variable is used by means of the, in particular parallel and / or amplifying, control loop (IB) to regulate the furnace chamber temperature (T).
21 . Steuereinrichtung nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass 21st Control device according to claim 20, characterized in that
- ein Symmetrieregelmodul betreffend den linken und rechten Regenerator für eine zweite Regelschleife mittels dem: - a symmetry control module relating to the left and right regenerators for a second control loop by means of the:
- über eine für den Wärmeinhalt der Verbrennungsluft des ersten Regenerators signifikante erste Vorwärmekenngröße und eine für den Wärmeinhalt der Verbrennungsluft des zweiten Regenerators signifikante zweite Vorwärmekenngröße, und via a first preheating parameter that is significant for the heat content of the combustion air of the first regenerator and a second preheating parameter that is significant for the heat content of the combustion air of the second regenerator, and
- einem zweiten Regler für den Unterschied der ersten und zweiten Vorwärmekenngröße, sowie - a second controller for the difference between the first and second preheating parameters, as well as
- über ein dem zweiten Regler zugeordnetes Stellglied eine zweite stellbare Stellgröße in Form einer den Wärmeübertrag zwischen dem ersten und zweiten Regenerator beeinflussenden Wärmeübertragungsgröße einstellbar ist. - A second adjustable manipulated variable in the form of a heat transfer variable influencing the heat transfer between the first and second regenerator can be set via an actuator assigned to the second controller.
22. Regenerativ beheizter Industrieofen mit einem Ofenraum, insbesondere mit einer Schmelzwanne, insbesondere für Glas, weiter aufweisend: 22. Regeneratively heated industrial furnace with an oven space, in particular with a melting tank, in particular for glass, further comprising:
- wenigstens einen Brennstoff-Injektor zum Injizieren von Brennstoff in den Ofenraum, der zur Injektion von Brennstoff, insbesondere praktisch ohne Verbrennungsluft, ausgebildet ist, - At least one fuel injector for injecting fuel into the furnace chamber, which is designed for injecting fuel, in particular with practically no combustion air,
- einen dem wenigstens einen Brennstoff-Injektor zugeordneten linken Regenerator und rechten Regenerator, die zur regenerativen Speicherung von Wärme aus dem Abgas und Übertragung von Wärme auf die Verbrennungsluft ausgebildet sind zur periodisch abwechselnden Führung von einerseits Verbrennungsluft zum Ofenraum in einer ersten Periodendauer und andererseits Abgas aus dem Ofenraum in einer zweiten Periodendauer separat vom Brennstoff, und eine Steuereinrichtung nach Anspruch 20 oder 21 . - A left regenerator and a right regenerator assigned to the at least one fuel injector, which are designed for the regenerative storage of heat from the exhaust gas and the transfer of heat to the combustion air for periodically alternating routing of combustion air to the furnace chamber in a first period and exhaust gas from the other the furnace chamber separately from the fuel in a second period, and a control device according to claim 20 or 21.
PCT/EP2020/080254 2019-10-29 2020-10-28 Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace WO2021083942A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20800070.3A EP4051648A1 (en) 2019-10-29 2020-10-28 Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019129192.5 2019-10-29
DE102019129192.5A DE102019129192A1 (en) 2019-10-29 2019-10-29 Process for the regulated operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021083942A1 true WO2021083942A1 (en) 2021-05-06

Family

ID=73040058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/080254 WO2021083942A1 (en) 2019-10-29 2020-10-28 Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4051648A1 (en)
DE (1) DE102019129192A1 (en)
WO (1) WO2021083942A1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1188256A (en) 1968-06-13 1970-04-15 Owens Corning Fiberglass Corp Furnace Control Apparatus
DD143158A1 (en) 1979-06-05 1980-08-06 Wolfgang Heller METHOD FOR REGULATING THE TEMPERATURE OF A GLASS MELTING TUB
DE3610365A1 (en) 1985-11-06 1987-05-14 Cottbus Energiekombinat Method for regulation, controlled in terms of the present technological state, of the upper furnace heating of glass-melting baths
US5876197A (en) * 1996-03-04 1999-03-02 Gautschi Electro-Fours S.A. Method for heating a fuel-fired industrial furnace and regenerator/burner system therefor
US5893940A (en) * 1997-05-05 1999-04-13 Ppg Industries, Inc. Reduction of NOx emissions in a glass melting furnace
US20120000454A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Bryan Joseph Kraus Regenerative firing system
WO2012038488A1 (en) 2010-09-21 2012-03-29 Software & Technologie Glas Gmbh (Stg) Method for the controlled operation of an industrial oven that is heated in a regenerative manner, control device, and industrial oven
EP2619150A1 (en) * 2010-09-21 2013-07-31 Software & Technologie Glas GmbH (STG) Method for the controlled operation of an industrial oven which is heated in a regenerative manner, control device, and industrial oven

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1188256A (en) 1968-06-13 1970-04-15 Owens Corning Fiberglass Corp Furnace Control Apparatus
DD143158A1 (en) 1979-06-05 1980-08-06 Wolfgang Heller METHOD FOR REGULATING THE TEMPERATURE OF A GLASS MELTING TUB
DE3610365A1 (en) 1985-11-06 1987-05-14 Cottbus Energiekombinat Method for regulation, controlled in terms of the present technological state, of the upper furnace heating of glass-melting baths
US5876197A (en) * 1996-03-04 1999-03-02 Gautschi Electro-Fours S.A. Method for heating a fuel-fired industrial furnace and regenerator/burner system therefor
US5893940A (en) * 1997-05-05 1999-04-13 Ppg Industries, Inc. Reduction of NOx emissions in a glass melting furnace
US20120000454A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Bryan Joseph Kraus Regenerative firing system
WO2012038488A1 (en) 2010-09-21 2012-03-29 Software & Technologie Glas Gmbh (Stg) Method for the controlled operation of an industrial oven that is heated in a regenerative manner, control device, and industrial oven
EP2619150A1 (en) * 2010-09-21 2013-07-31 Software & Technologie Glas GmbH (STG) Method for the controlled operation of an industrial oven which is heated in a regenerative manner, control device, and industrial oven

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019129192A1 (en) 2021-04-29
EP4051648A1 (en) 2022-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2619150B1 (en) Method for the controlled operation of an industrial oven which is heated in a regenerative manner, control device, and industrial oven
DE102010041155B4 (en) Method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace
EP2478314A1 (en) Parallel flow-counter flow regenerative lime kiln and method for the operation thereof
EP1186831B1 (en) Apparatus controlling the air/fuel ratio of a burner
EP2210044B1 (en) Method for regulating a solid fuel firing unit
WO2016139363A1 (en) Method for controlled operation of an, in particular regenerative, heated industrial furnace, open-loop and closed-loop control unit, and heatable industrial furnace
DE3238546A1 (en) METHOD FOR HEATING A STOVE
WO2021083942A1 (en) Method for controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control device and industrial furnace
EP2976586A2 (en) Method for the controlled operation of a regeneratively heated industrial furnace, control unit and industrial furnace
EP2758712B1 (en) Thermal afterburning system and method for operating such a system
WO2002048057A1 (en) Method for measurement and control of quality-determining parameters for the raw smelt in glass furnaces
DE2808771A1 (en) PROCEDURE FOR CONTROLLING A HEATING FURNACE FOR STEEL BLOCKS
EP2218967B1 (en) Method and device for regulating the running time of a burner
DE19611887A1 (en) Control of baking temperature in grouped, multiple-hearth oven
DE102006014633B4 (en) heating burners
EP1971805B1 (en) Heating burner
EP0175126B1 (en) Control device for a space heating apparatus
EP3242080A1 (en) Apparatus and method for heating of furnaces using radiant tubes
DE2630920B2 (en) Arrangement for influencing the temperature of at least one building room
EP0899250B1 (en) Méthode pour executer un procédé dans un four pour la cuisson d' anodes
WO2023241989A1 (en) Shaft furnace for smelting copper and method therefor
DE19827361A1 (en) Process for controlling an anode furnace
DD283198A5 (en) METHOD AND DEVICE FOR REGULATING COMBUSTIBILITY IN INDUSTRIAL OVENS WITH REGENERATIVE AIR PREVENTION
DD299126A7 (en) METHOD FOR THE COMPUTER-ASSISTED RECYCLING OF STEEL BLOCKS AND GRAMS IN DEEP PEPPERS
DE10306703A1 (en) Method for determining a heat requirement and heating device for carrying out the method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20800070

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020800070

Country of ref document: EP

Effective date: 20220530