27
Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1 1 Praxisbew Praxisbew ä ä hrte Konzepte zur hrte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung an Feuerungsleistungsregelung an Anlagen zur Anlagen zur therm therm . Abfallbehandlung . Abfallbehandlung SAR GmbH SAR GmbH Prozess Prozess - - und Umwelttechnik und Umwelttechnik Martin H. Zwiellehner Martin H. Zwiellehner

Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 11

PraxisbewPraxisbewäährte Konzepte zur hrte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung an Feuerungsleistungsregelung an Anlagen zur Anlagen zur thermtherm. Abfallbehandlung. Abfallbehandlung

SAR GmbHSAR GmbH

ProzessProzess-- und Umwelttechnikund Umwelttechnik

Martin H. ZwiellehnerMartin H. Zwiellehner

Page 2: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 22

ProzessProzess-- und Umwelttechnik und Umwelttechnik –– LieferLiefer-- und Leistungsspektrum und Leistungsspektrum

• Beratung, Gutachten

• Prozessplanung & Engineering

• Risikoanalysen, SIL-Bewertung

• Auswahl, Lieferung und Montage der E-MSR-Geräte

• Hydraulikanlagen, Rosthydraulik

• Elektroplanung, Schaltschrankbau

• Prozessleittechnik

• Montage & Inbetriebnahme

• Schulung, Service, Fernwartung

• Feuerungsoptimierung, Feuerungsleistungsregelung für thermische Abfallbehandlungsanlagen

Page 3: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 33

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

1.) Einleitung, Problemstellungen1.) Einleitung, Problemstellungen

2.) 2.) „„SchlSchlüüssel zum Erfolgssel zum Erfolg““: Kombination : Kombination AktorikAktorik –– SensorikSensorik

3.) Stand der Technik im Bereich Feuerungsregelungen3.) Stand der Technik im Bereich Feuerungsregelungen

4.) Stand der Wissenschaft im Bereich Feuerungsregelungen4.) Stand der Wissenschaft im Bereich Feuerungsregelungen

5.) Ausblick / Stand der Wissenschaft5.) Ausblick / Stand der Wissenschaft

Page 4: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 44

Einleitung Einleitung –– Systembedingte Problemstellungen (1)Systembedingte Problemstellungen (1)

Die dominierende StDie dominierende Stöörgrrgrößöße bei der Regelung e bei der Regelung von Feuerungsprozessen mit Restabfall ist der von Feuerungsprozessen mit Restabfall ist der Brennstoff :Brennstoff :

�� Variabler Gehalt an Brennbarem,Variabler Gehalt an Brennbarem,

�� variabler Wassergehalt,variabler Wassergehalt,

�� variabler Anteil variabler Anteil InertmaterialInertmaterial,,

�� variable Kvariable Köörnung bzw. Schrnung bzw. Schüüttdichte.ttdichte.

FFüür keine der r keine der o.go.g. Gr. Größößen ist eine en ist eine betriebstaugliche betriebstaugliche onlineonline--MessungMessung verfverfüügbar.gbar.

Page 5: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 55

Einleitung Einleitung –– Regelungstechnische Problemstellungen (1)Regelungstechnische Problemstellungen (1)

•• GroGroßße Verze Verzöögerungszeiten zwischen Stelleingriff und Prozessreaktion,gerungszeiten zwischen Stelleingriff und Prozessreaktion,

•• Begrenzte Begrenzte ÄÄnderungsgeschwindigkeit der Stellglieder,nderungsgeschwindigkeit der Stellglieder,

•• EngpEngpäässe in der anlagensse in der anlagen-- und verfahrenstechnischen Auslegung der Anlage, und verfahrenstechnischen Auslegung der Anlage,

... beschr... beschräänken die Dynamik und Prnken die Dynamik und Prääzision der Regeleingriffe ebenso, wie die zision der Regeleingriffe ebenso, wie die Beachtung der Anforderung an eineBeachtung der Anforderung an eine

•• mmööglichst glichst verschleissarmeverschleissarme Stellgliedansteuerung sowie eineStellgliedansteuerung sowie eine

•• Materialschonung des Rostbelags.Materialschonung des Rostbelags.

•• StStöörbehaftete Messwerte oft geringer Qualitrbehaftete Messwerte oft geringer Qualitäät,t,

•• StStööreinflreinflüüsse durch betriebliche Einrichtungen ...sse durch betriebliche Einrichtungen ...

Page 6: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 66

Keine qualitativ zufriedenstellende Aussage Keine qualitativ zufriedenstellende Aussage üüber Heizwert, Zber Heizwert, Züündwilligkeit und ndwilligkeit und Verbrennungsverhalten des auf dem Rost befindlichen BrennstoffsVerbrennungsverhalten des auf dem Rost befindlichen Brennstoffs

Reproduzierbarkeit unendlich vieler StellgrReproduzierbarkeit unendlich vieler Stellgrößößenkombinationen und den daraus enkombinationen und den daraus resultierenden Prozessreaktionen nicht zuverlresultierenden Prozessreaktionen nicht zuverläässig gegebenssig gegeben

Heizwertbilanzierung liefert grundsHeizwertbilanzierung liefert grundsäätzlich Vergangenheitswerte und kann nur zur tzlich Vergangenheitswerte und kann nur zur Korrektur langsamer und langfristiger Heizwertschwankungen regelKorrektur langsamer und langfristiger Heizwertschwankungen regelungstechnisch ungstechnisch herangezogen werdenherangezogen werden

Page 7: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 77

Warum ist die Feuerungsregelungstechnologie so essentiell?Warum ist die Feuerungsregelungstechnologie so essentiell?

Feuerungsregelung = einzige verfahrenstechnische PrimFeuerungsregelung = einzige verfahrenstechnische Primäärmarmaßßnahme, mit der nahme, mit der nach baulicher Fertigstellung einer Anlage, dynamisch gronach baulicher Fertigstellung einer Anlage, dynamisch großßer Einfluss auf die er Einfluss auf die FeuerfFeuerfüührung genommen werden kann.hrung genommen werden kann.

FeuerfFeuerfüührung hrung ≙≙ u.a. Energieeffizienz und Schadstofffreisetzung, Qualitu.a. Energieeffizienz und Schadstofffreisetzung, Qualitäät des t des AusbrandsAusbrands..

Feuerungsregelung = vergleichsweise niedrige RealisierungskostenFeuerungsregelung = vergleichsweise niedrige Realisierungskosten und und verursacht keine laufenden Betriebskosten.verursacht keine laufenden Betriebskosten.

Page 8: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 88

�� Die Feuerungsregelung ist eine Die Feuerungsregelung ist eine „„SchlSchlüüsseltechnologiesseltechnologie““ im Verbrennungsprozess von im Verbrennungsprozess von

HausHaus-- und Gewerbemund Gewerbemüüll, Ersatzbrennstoffen und Biomasse.ll, Ersatzbrennstoffen und Biomasse.

Eine optimal adjustierte Eine optimal adjustierte

Feuerungsregelung kann wesentlich Feuerungsregelung kann wesentlich

zur Steigerung von Effizienz und zur Steigerung von Effizienz und

Wirtschaftlichkeit einer Anlage, sowie Wirtschaftlichkeit einer Anlage, sowie

zur Minimierung von Emissionen zur Minimierung von Emissionen

beitragen beitragen �� Bsp.: Bsp.: λλ 4,3 Nm³ /kg

5,2 Nm³ /kg

λ = 1,6

λ = 1,8λ = 2,0

Warum ist die Feuerungsregelungstechnologie so essentiell?Warum ist die Feuerungsregelungstechnologie so essentiell?

Page 9: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 99

Zusammenfassung der Optimierungs-Ziele

� konstanter Dampfmassenstrom

� höherer Mülldurchsatz durch dauerhaften Betrieb

mit Nennlast� Reduzierung feuerungsabhängiger

Rauchgas-Emissionen (roh)

� Minimierung des CO-Gehaltes

� Vermeidung von thermischen NOx

� Verringerung der Staubfracht

� geringer Verbrennungsluft-Überschuss

� vereinfacht die Einhaltung der Mindestverbrennungstemperatur

� reduziert den Rauchgasvolumenstrom

Ziele:

� hohe Schlacke-Ausbrandqualität

Gute Eluat- und TOC-Werte der Schlacke erschliessen mehrere und kostengünstige Entsorgungsmöglichkeiten.

Geringer Luftüberschuss und damit kleineres Rauchgasvolumen belastet nachgeschaltete Rauchgasreinigungs-komponenten weniger stark.

Betriebsmittel- und Medienverbräuche nehmen ab -und damit auch die Betriebs-kosten.

Durch optimierte Verbrennungsbeding-ungennehmen feuerungsabhängige Emissionsfrachten deutlich ab.

Dieser Aspekt gewinnt zunehmend an Bedeutung.

Entscheidend hierbei ist, dass die Schad-stoffe nicht verlagert, sondern deren Bildung

verhindert oder reduziert wird.

Die Forderung nach einer möglichst konstanten Dampfmenge entspricht der „klassischen“Aufgabenstellung einer FLR.

Mit einer konstanten Dampfproduktion gehen mehr oder weniger „automatisch“ gleichmässigeFeuerungsbedingungen einher.

Eine präzise Regelung ohne ausgeprägte Überschwinger erlaubt permanenten Betrieb mit der Dampferzeuger-Nennlast, ohne dabei Gefahr zu laufen, z.B. den zulässigen Trommeldruck zu über-schreiten.

Page 10: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1010

Optimierungs-Ziele

� konstante Dampfmenge

� höherer Mülldurchsatz durch dauerhaften Betrieb

mit Nennlast� Reduzierung feuerungsabhängiger

Rauchgas-Emissionen (roh)

� Minimierung des CO-Gehaltes

� Vermeidung von thermischen NOx

� Verringerung der Staubfracht

� geringer Verbrennungsluft-Überschuss

� vereinfacht die Einhaltung der Mindestverbrennungstemperatur

� reduziert den Rauchgasvolumenstrom

Ziele: Dabei zu berücksichtigen:

� „schonende“ Fahrweise:

� Einhaltung von:

� Mindest-Luftmengen(Kühlung der Roststäbe und Luftdüsen)

� Brennbett-Schichtdicke(reduzierte mechanische und Wärmebelastungdes Rostes)

� Vermeidung von:

� zu hohen Feuerraumtemperaturen(Asche-Schmelzpunkt, Verschlackung)

� hohe Schlacke-Ausbrandqualität

� hohe Gas-Ausbrandqualität

Page 11: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1111

Optimierungs-Ziele

� konstante Dampfmenge

� höherer Mülldurchsatz durch dauerhaften Betrieb

mit Nennlast� Reduzierung feuerungsabhängiger

Rauchgas-Emissionen (roh)

� Minimierung des CO-Gehaltes

� Vermeidung von thermischen NOx

� Verringerung der Staubfracht

� geringer Verbrennungsluft-Überschuss

� vereinfacht die Einhaltung der Mindestverbrennungstemperatur

� reduziert den Rauchgasvolumenstrom

Ziele: Dabei zu berücksichtigen:

� „schonende“ Fahrweise:

� Einhaltung von:

� Mindest-Luftmengen(Kühlung der Roststäbe und Luftdüsen)

� Brennbett-Schichtdicke(reduzierte mechanische und Wärmebelastungdes Rostes)

� Vermeidung von:

� zu hohen Feuerraumtemperaturen(Asche-Schmelzpunkt, Verschlackung)

� hohe Schlacke-Ausbrandqualität

Es sind praxisgerechte

Kompromisse zu finden

Zum Teil konträre Zielsetzungen!

Page 12: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1212

Einleitung Einleitung –– Regelungstechnische Problemstellungen (2)Regelungstechnische Problemstellungen (2)

hohe und konstante Dampfproduktionhohe und konstante Dampfproduktion

minimierte Schadstoffemissionen minimierte Schadstoffemissionen

hohe Ausbrandqualithohe Ausbrandqualitäät der Gase u. Schlacket der Gase u. Schlacke

materialschonendematerialschonende FahrweiseFahrweise

Es gilt also Es gilt also praxisgerechte Kompromissepraxisgerechte Kompromisse zu definieren :zu definieren :

In erster Linie Konzentration auf grundlegende Regelkreise mit mIn erster Linie Konzentration auf grundlegende Regelkreise mit mööglichst glichst eindeutigen und v.a. reproduzierbaren Abheindeutigen und v.a. reproduzierbaren Abhäängigkeiten.ngigkeiten.

ProzessProzess--MessgrMessgrößößen geringerer Qualiten geringerer Qualitäät oder daraus berechnete Hilfsregelgrt oder daraus berechnete Hilfsregelgrößößen en in geeigneter Weise ergin geeigneter Weise ergäänzend mit einbeziehen.nzend mit einbeziehen.

Konsequente BerKonsequente Berüücksichtigung mcksichtigung mööglicher Stglicher Stöörungen und Ausfrungen und Ausfäälle von lle von Sensorsignalen ergeben ein fehlertolerantes Gesamtsystem. Sensorsignalen ergeben ein fehlertolerantes Gesamtsystem.

Nur die richtige Kombination aus Nur die richtige Kombination aus SensorikSensorik und und AktorikAktorik ffüührt zum Erfolg.hrt zum Erfolg.

ZieleZiele

Page 13: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1313

•• Keine Keine „„SchubladenlSchubladenlöösungsung““, sondern eine ma, sondern eine maßßgeschneiderte, anlagengeschneiderte, anlagen-- und aufgabenspezifische Lund aufgabenspezifische Löösung.sung.

blackblack boxbox FLR

FLR

FunktionFunktion

Feuerleistungsregelung

Feuerleistungsregelung

•• Transparenz und Reproduzierbarkeit der RegelungsTransparenz und Reproduzierbarkeit der Regelungs--StellgrStellgrößößen.en.

•• NachtrNachträägliche, aufwandsarme Einbindung zusgliche, aufwandsarme Einbindung zusäätzlicher Sensorik und tzlicher Sensorik und AktorikAktorik mmööglich.glich.

•• Wirksame und praxisgerechte MWirksame und praxisgerechte Mööglichkeiten fglichkeiten füür manuelle Eingriffe r manuelle Eingriffe des Bedienpersonals.des Bedienpersonals.

•• Verwaltung mehrerer ParametersVerwaltung mehrerer Parametersäätze ftze füür Sonderzustr Sonderzustäände, nde, andere Brennstoffe etc.andere Brennstoffe etc.

Stand der Technik der RegelungsStand der Technik der Regelungs--TechnologieTechnologie

•• Alle relevanten Parameter frei zugAlle relevanten Parameter frei zugäänglich nglich –– „„Parametrieren Parametrieren statt Programmierenstatt Programmieren““. .

•• Geeignete und aufeinander Geeignete und aufeinander abgestimmte Kombination aus Sensorik abgestimmte Kombination aus Sensorik und und AktorikAktorik..

Page 14: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1414

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

GP

Ausstattung der Beschickung und ggf. auch Rost-antriebe mit kontinuierlichen Wegmess-Systemenund Hydraulik-Proportionalventilen.Ermöglicht durch geschlossenen Lageregelkreis den Betrieb in einem sehr weiten Geschwindigkeitsbereich sowie sehr komplexe Bewegungsabläufe, Störeinflüsse werden weitgehend kompensiert

→ Annäherung des Beschickverhaltens an einen zeit-kontinuierlichen Müllmassenstrom

Aktorik – Hydraulik

Page 15: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1515

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

F

Luftmengenmessungenfür Gesamt- und / oder Teilluftströme

Ausgeführt z.B. als Venturirohr oder Staudrucksondemit zugeordnetemDifferenzdrucktransmitter

Ermöglichen die präzise Regelung der Verbrennungs-luftmengen

Sensorik – Volumenstrommessungen Verbrennungsluft

Page 16: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1616

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

P

Die Messung der Primärluftpressung unter dem Rost in der ersten Luftzone (oder mehreren Zonen im vorderen Rostbereich) erlaubt Rückschlüsse auf die dortige Müll-Schichtdicke. Dabei erfolgteine Korrekturberechnung anhandder eingebrachten Luftströme.

Der erhaltene Wert ist als zusätzlicheRegelgröße zur Beeinflussung von Beschick- und Rostgeschwindigkeitgeeignet.

Sensorik – Druckmessung Primärluftpressung

Page 17: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1717

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

Infrarot-Pyrometer detektieren Rauchgas- oder Fest-körpertemperaturen aufgrund des Messprinzips fastverzögerungsfrei.

Der Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Thermoelementenund der Dampfmengenmessung ist markant und auch regelungstechnisch verwertbar.

Bei geeigneter Auslegung und Anordnung kann dieser Sensortyp auch Informationen über die Feuerlage liefern.

Der Detektionsbereich hängt vom verwendeten Objektiv ab und kann im Betrieb nicht

verändert werden.

T

Sensorik – Infrarot-Strahlungspyrometer

Page 18: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1818

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

Die akustische Temperaturmessungnutzt den Effekt der Temperaturab-

hängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Gasen und besitzt nach erfolgter Kalibrierung eine

dauerhaft hohe, absolute Genauigkeit.

Das System kann mit mehreren Messpfaden arbeiten und mittels geeigneter Rechenverfahren daraus eine flächenhafte

(geometrisch interpolierte) Temperaturinformation bilden.

Ein PC ist zwingend notwendig, als Betriebsmedium wird Druckluft benötigt.

Sensorik – Akustische Gastemperaturmessung

Page 19: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 1919

Dampf

Sekundärluft

Primärluft

LuVo

Das Messprinzip ist vergleichbarmit demjenigen der Infrarotpyrometer,

jedoch liefert die Kamera räumlich hochauf-gelöste, zweidimensionale Messwerte mit hoher

Messrate.

Zur Auswertung und Aufbereitung der Primärinformationenfür Regelungszwecke ist zwingend ein PC notwendig.

Da hierbei die Festkörpertemperaturen des Brennbetteserfasst werden, lassen sich Korrektureingriffe sowohl auf

die Primärluftverteilung als auch auf die Rostgeschwindigkeiten daraus ableiten.

Sensorik – Infrarot-Feuerraumkamera

Page 20: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2020

Dampfmassenstrom

Sekundärluft

Primärluft LuVo

Hydraulik

O2TFR

TFR

mD

O2

?

mD

„Advanced“ PID-Regler

(APC-Technologie)

Basis-tabellen

WW

Vertrimm-möglichkeiten

WW

Leistungs-Sollwert (i.d.R. Dampfmassenstrom-Sollwert)

Gewichtungsmatrix

Statische Vorsteuerunggem. FLD

SAR-Feuerleistungsregelung – Regelschema (stark vereinfacht)

f(xf(x))

f(xf(x))

Rezigas

Sollwertbildung

Sollwertbildung

Page 21: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2121

Was bedeutet nun eigentlich Was bedeutet nun eigentlich „„praxisbewpraxisbewäährthrt““ ??

Unsere Erfahrungen aus Unsere Erfahrungen aus üüber 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei ber 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei üüber 40 ber 40

erfolgreich automatisierten und optimierten Verbrennungslinien:erfolgreich automatisierten und optimierten Verbrennungslinien:

•• Es gibt keine Standardkonfiguration fEs gibt keine Standardkonfiguration füür r diedie SensorikSensorik--AktorikAktorik--KombinationKombination –– keine 2 Anlagen keine 2 Anlagen

sind gleich. sind gleich.

•• Der Betreiber muss die bei ihm eingesetzte Der Betreiber muss die bei ihm eingesetzte „„SchlSchlüüsseltechnologie FLRsseltechnologie FLR““ verstehen kverstehen köönnen nnen

und sein Expertenwissen ohne Dritte einbringen kund sein Expertenwissen ohne Dritte einbringen köönnen (flexibler und transparenter Aufbau nnen (flexibler und transparenter Aufbau

des Systems).des Systems).

•• Die vom Kunden geforderten Beschaffenheitsmerkmale fDie vom Kunden geforderten Beschaffenheitsmerkmale füür die FLR mr die FLR müüssen realistisch sein, ssen realistisch sein,

denn eine Feuerleistungsregelung kann keine Wunder verrichten.denn eine Feuerleistungsregelung kann keine Wunder verrichten.

•• Konventionelle PIDKonventionelle PID--Regler sind (noch) keinesfalls veraltet oder rRegler sind (noch) keinesfalls veraltet oder rüückstckstäändig, sondern erleben ndig, sondern erleben

durch APCdurch APC-- ((AdvancedAdvanced ProcessProcess ControlControl) Ma) Maßßnahmen eine Renaissance.nahmen eine Renaissance.

Page 22: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2222

APC APC „„auf Deutschauf Deutsch““ = gehobene Methoden der Prozessf= gehobene Methoden der Prozessfüührung bzw. gehobene hrung bzw. gehobene

Regelungsverfahren.Regelungsverfahren.

Kommt aus der Prozesstechnik (Pharma, Chemie, Petrochemie), breiKommt aus der Prozesstechnik (Pharma, Chemie, Petrochemie), breitet sich mittlerweile aus tet sich mittlerweile aus

auf die Kraftwerkstechnik.auf die Kraftwerkstechnik.

APC = Vorgehensweise, die auf eine Verbesserung der ProzessfAPC = Vorgehensweise, die auf eine Verbesserung der Prozessfüührung ausgerichtet ist.hrung ausgerichtet ist.

Elemente aus verschiedensten Teilgebieten der IngenieurswissenscElemente aus verschiedensten Teilgebieten der Ingenieurswissenschaften sind beinhaltet:haften sind beinhaltet:

•• Theoretische Modellbildung und Simulation,Theoretische Modellbildung und Simulation,

•• experimentelle Prozessidentifikation,experimentelle Prozessidentifikation,

•• moderne Regelungsmoderne Regelungs-- und Steuerungstechnik,und Steuerungstechnik,

•• angewandte Statistik, Fehlererkennung und Diagnose sowieangewandte Statistik, Fehlererkennung und Diagnose sowie

•• kküünstliche Intelligenz.nstliche Intelligenz.

Exkurs: Exkurs: AdvancedAdvanced ProcessProcess ControlControl (APC)(APC)

Page 23: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2323

APC KomplexitAPC Komplexitäättniedrigniedrig hochhoch

APC MethodeAPC Methode

Gain SchedulingGain Scheduling

Override ControlOverride Control

StStöörgrrgrößößenaufenauf--schaltungschaltung

PIDPID--TuningTuning

Control PerformanceControl PerformanceMonitoringMonitoring

SmithSmithPrPräädiktordiktor

OperatorOperatorTrainingTraining

SimulationSimulation

SoftSoftSensorSensor

Model PredictiveModel PredictiveControlControl

beherrschbar mit beherrschbar mit „„onon--boardboard--MittelnMitteln““

gekoppelte gekoppelte „„33rdrd--partyparty--toolstools““

„„quasiquasi““--StandardStandard

FuzzyFuzzyLogicLogic

NeuronaleNeuronaleNetzeNetze

Exkurs: Exkurs: AdvancedAdvanced ProcessProcess ControlControl (APC)(APC)

Page 24: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2424

Ein funktionierendesEin funktionierendes System von PIDSystem von PID--

Basisregelungen bildet das Basisregelungen bildet das

unverzichtbare Fundament, auf das APC unverzichtbare Fundament, auf das APC

Methoden aufsetzen!Methoden aufsetzen!

Exkurs: Exkurs: AdvancedAdvanced ProcessProcess ControlControl (APC)(APC)

Page 25: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2525

Exkurs: Exkurs: AdvancedAdvanced ProcessProcess ControlControl (APC)(APC)

Wer

kzeu

ge

Wer

kzeu

ge

APC KomplexitAPC Komplexitäättniedrigniedrig hochhoch

APC MethodeAPC Methode

Gain SchedulingGain Scheduling

Override ControlOverride Control

StStöörgrrgrößößenaufenauf--schaltungschaltung

PIDPID--TuningTuning

Control PerformanceControl PerformanceMonitoringMonitoring

SmithSmithPrPräädiktordiktor

OperatorOperatorTrainingTraining

SimulationSimulation

SoftSoftSensorSensor

Model PredictiveModel PredictiveControlControl

beherrschbar mit beherrschbar mit „„onon--boardboard--MittelnMitteln““

gekoppelte gekoppelte „„33rdrd--partyparty--toolstools““

„„quasiquasi““--StandardStandard

FuzzyFuzzyLogicLogic

NeuronaleNeuronaleNetzeNetze

Page 26: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2626

Ausblick / Stand der Wissenschaft (Auszug)Ausblick / Stand der Wissenschaft (Auszug)

2 wesentliche Innovationen bereits 2 wesentliche Innovationen bereits „„praxiserprobtpraxiserprobt““ und versprechen einen tatsund versprechen einen tatsäächlichen chlichen

Zugewinn an Prozessinformation bzw. eine Verbesserung der RegelgZugewinn an Prozessinformation bzw. eine Verbesserung der Regelgüüte und / oder die te und / oder die

Vermeidung von gefVermeidung von gefäährlichen Situationen:hrlichen Situationen:

•• Modellbildung (Kopplung Feuerungsmodell mit FeuerleistungsregeluModellbildung (Kopplung Feuerungsmodell mit Feuerleistungsregelung)ng)

•• ModellprModellpräädiktivediktive RegelungsalgorithmenRegelungsalgorithmen

„„Nebenkriegsschauplatz KorrosionsforschungNebenkriegsschauplatz Korrosionsforschung““: Beeinflussung von Korrosion durch : Beeinflussung von Korrosion durch

PrimPrimäärmarmaßßnahmen mnahmen mööglich?glich?

vRRWW

fRTRT

GRTRT

Gkk ⋅−∆−⋅−∆−⋅= ))11

(exp())11

(exp(02010

∆G1 bzw. ∆G2: Aktivierungsenergie Rohrwand bzw. Rauchgas

k0, TW ,TR: Korrosionsrate, Wand- bzw. Rauchgastemperatur im 3. Zug

Erweiterung der „Korrosionsformel“ um Faktor fv für die Strömungsgeschwindigkeit

Quelle: Haider et. al., EU46 Weiterentwicklung einer online-Korrosionssonde, Univ. Augsburg, Abschlusspräs., April 2010

y = 0.322x - 0.9056

y = 0.2856x - 0.5608

y = 0.27x - 0.5524

y = 0.0846x + 0.9252

y = 0.0665x + 0.854

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

0 2 4 6 8 10

Strömungsgeschwindigkeit [m/s]

Um

rech

nung

sfak

tor

1. Zug - 260°C

1. Zug - 350°C

1. Zug - 430°C

2. Zug - 430°C

3. Zug - 430°C

Page 27: Praxisbew ährte Konzepte zur SAR GmbH ...€¦ · Was bedeutet nun eigentlich „praxisbew ährt “ ? Unsere Erfahrungen aus über 15 Jahren Feuerungsautomatisierung und dabei über

Praxisbewährte Konzepte zur Feuerungsleistungsregelung in Anlagen zur therm. Abfallbehandlung waste to energy, Bremen, 2010 M. Zwiellehner, SAR Prozess- u. Umwelttechnik 2727

Vielen Dank fVielen Dank füür Ihre Aufmerksamkeit !r Ihre Aufmerksamkeit !