DD292068A5 - Verfahren zum erfassen der von mindestens zwei raeumlich getrennten stellen eines verbrennungsprozesses ausgehenden strahlung und regeln des verbrennungsvorganges in abhaengigkeit von der erfassten strahlung u. vorrichtung zzu durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum erfassen der von mindestens zwei raeumlich getrennten stellen eines verbrennungsprozesses ausgehenden strahlung und regeln des verbrennungsvorganges in abhaengigkeit von der erfassten strahlung u. vorrichtung zzu durchfuehrung des verfahrens Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Erfassen der von mindestens zwei raeumlich getrennten Stellen eines Verbrennungsprozesses ausgehenden Strahlung und Regeln des Verbrennungsvorganges in Abhaengigkeit von der erfaszten Strahlung und einer Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens ist zur Verbesserung der Verbrennungsueberwachung vorgesehen, dasz zur Erfassung der Strahlung einer Verbrennung auf einem Rost die im wesentlichen von einzelnen Verbrennungsrostzonen des Rostes ausgehende Strahlung erfaszt und in Abhaengigkeit von der erfaszten Strahlung die einzelnen Verbrennungszonen zugefuehrte Primaerluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in einzelnen Zonen geregelt wird. Fig. 1{Erfassen; Strahlung; Verbrennungsprozesz; Stellen, raeumlich, getrennt; Regeln; Verbrennungsvorgang; Primaerluft; Transportgeschwindigkeit; Brennstoff}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stollen eines Verbrennungsprozesses ausgehenden Strahlung und Regeln des Verbrennungsvorganges in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Wie aus der DE-PS 3508253 hervorgeht, ist die Flammenüberwachung der einzelnen Flammen unabdingbar bei Betrieb von industriellen Großfeuerungsanlagen, insbesondere Kesseln mit Staubbefeuerung durch fossile Brennstoffe. Dabei besteht das Problem, daß einerseits jede Flamme für sich mit einem Flammenwächter auszustatten ist, andererseits die Wandungen des Brennraumes nach einiger Betriebszeit selbst stark strahlen.
Neben den Staubfeuerungen nehmen die Rostfeuerungen an Bedeutung zu, da sie insbesondere zur Verbrennung von Müll geeignet sind. Bei derartigen Feuerungen beschränken sich die Feuerungsleistungsregelungen bei ihrem Eingriff in die Feuerung auf die Zuweisung der üblicherweise von unten dem Rost zugeführten Primärluft, der oberhalb des Rostes zugeführten Sekundärluft und der Fördergeschwindigkeit des Zuteilers, mit dem der Müll dem Rost zugeführt wird, und der Fördergeschwindigkeit auf einz9lnen Rostzonen, wenn eine solche unterschiedliche Förderpeschwindigkeit vorgesehen ist, Dabei ist es üblich, die Primärlul' >n Förderrichtung des Rostes gesehen in einzelne Sektionen zuzugeben, und zwar je nach den Bedürfnissen des erreichten Verbrennungsfortschrittes. Dies wird bislang jedoch nur durch Handeinstellungen vorgenommen, da noch keine automatisch erfaßbaren Bewertungskriterien für den Verbrennungsfortschritt in den einzelnen Rostzonen bekannt sind.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der beschriebenen Lösungen zu vermeiden.
Darlegung des Wesens dor Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennungsüberwachung anzugeben, das automatisch erfaßbare Bewertungskritierien für den Verbrennungsfortschritt erzeugt und eine Automatisierung der Regelung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erfassung der Strahlung einer Verbrennung auf einem Rost die im wesentlichen von einzelnen Verbrennungsrostzonen des Rostes ausgehende Strahlung erfaßt und in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung die einzelnen Verbrennungszonen zugeführte Primärluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in einzelnen Zonen geregelt wird.
Durch den Einsatz eines thermographischen Verfahrens ist es möglich, die Temperatur des auf dem Rost gebildeten Gutbettes flächig zu erfassen, d. h. einen zweidimensionalen Temperaturverlauf in einzelnen Rostzonen abzubilden und somit in Abhängigkeit von dem erfaßten Temperaturbild die einzelnen Verbrennungszonen zugeführte Primärluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in einzelnen Zonen zu regeln.
Die Zoneneinteilung kann nicht nur >n Förderrichtung, sondern auch quer zur Förderrichtung erfolgen. Der für die einzelnen Zonen erfaßte Temperaturverlauf wird mit einem vorgegebenen Temperaturverlauf verglichen und zur Bildung der entsprechenden Regelsionale verwendet. Mit Hilfe der zonenweisen Regelung der Luftverteilung und/oder des Brennstofftransportes wird eine Verbesserung des Verbrennungsablaufes auf dem Rost (Ausbrand) eine Minimierung der Schadstoffemission und eine Absenkung des Luftüberschusses erreicht, der nach herrschender Meinung auch zu einer Absenkung der Dioxin-Bildung bei der Verbrennung von Müll führen muß.
Zu den im Falle der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogenen Rosten gehören insbesondere die einbahnigen oder mehrbahnigen Vorschubroste, bei denen in jeder Rostbahn feststehende und bewegliche Roststäbe abwechseln. Die Zonenunterteilung wird hier durch unterschiedliche Primärluftzufuhr erreicht. Weiterhin gehören hierzu die ein- oder mehrbahnigen Stufen-Vorschubroste, bei denen die Rostabstufungen ein Umstürzen und Aufbrechen der Brennstoffschicht bewirken und bei denen jedes Rostelement eine Rostzone bestimmt, in der die Primärluft dem jeweiligen Abtrandfortschritt angepaßt werden kann. Eine derartige Zonenaufteilung ohne Abstufung wird auch bei den sogenannten Ausbrennrosten verwirklicht.
Die Erfindung läßt sich aber auch bei Wanderrosten, Walzenrosten, Rückschubrosten, Gegenlaufüberschubrosten und den Schüttelrosten einsetzen. Bei den Wanderrosten mit einer umlaufenden Fördereinrichtung kann die Vorschubgeschwindigkeit für alle Zonen zwar nur gemeinsam geregelt werden, jedoch ist eine zonenweise Primärluftzufuhr möglich.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen eines Verbrennungsvorganges ausgehenden Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung, mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerteeinrichtung und der Auswerteeinrichtung nachgeschalteten Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Verbrennungsvorganges.
Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einem Verbrennungsrost mit einer Vielzahl von Rostzonen die Detektoreinrichtung die der Gutbettemperatur entsprechende Strahlung einzelner Rostzonen erfaßt und den einzelnen Hostzonen getrennt verstellbare Stelleinrichtungen für die Zufuhr von Primärluft und/oder für die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes im Gutben durch einzelene Rostzonon zugeordnet sind.
Hierbei kann vorzugsweise die Detektoreinrichtung mindestens eine Thermographie- bzw. Infrarot-Kamera aufweisen, die gleichzeitig die Strahlung mehrerer Rostzonen erfaßt.
Mit einer Thermographie-Kamc. α katin das Gutbett großflächig erfaßt werden und mit der Kamera nachgeschalteten Auswerteeinrichtungen können dem Gutbett zuzuordnende Isothermen bestimmt werden, die entweder auf einzelne Zonen beschränkt sind oder mehrere Zonen übergreifen.
In bevorzugter Weise werden zwei Infrarot-Kameras vorgesehen, die jeweils einer Seitenwand des Feuerraumes zugeordnet sind und dieselbe Gutbettoberfläche erfassen. Hierdruch ist eine Redundanz und damit Sicherheit der Regelung gegeben.
Anstelle der das Bett großflächig erfassenden Thermographie-Kamera ist es auch möglich, daß die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Einjeldetektoren umfaßt, die gruppenweise einzelnen Rostzonen und bestimmten Gutbettemperaturbereichen bzw. -temperaturen zugeordnet sind. Hierbei sind die Detektoren vorzugsweise quer zur Förderrichtung des Rostes angeordnet.
Als Einzeldetektoren kommen Photodioden, Pyrodetektoren und Thermoelemente in Frage.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren naher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch einen Stufenvorschubrost mit fünf aufeinander folgenden Rostzonen, Fig. 2: einen Blick auf die Rostzonen mit zwei seitlich angeordneten Thermographie-Kameras mit einer für die Verbrennung ungünstigen Isothermenverteilung,
Fig. 3: eine Ansicht vergleichbar Fig. 2 mit einer für die Verbrennung optimalen Isothermenverteilung und Fig.4: eine Aufsicht vergleichbar Fig. 2 und 3 jedoch ohne Thermographie-Kamera, sondern mit gruppenweiser Anordnung von Einzeldetektoren.
Die Fig. 1 zeigt eine Feuerung 1 mit einem Stufenvorsciubrost 2.
Der Stufenvorschubrost 2 weist fünf Verbrennungszonen A, B, C, D und E auf, wobei die Zonen B und C bzw. D und E durch eine Stufe 3 bzw. 4 voneinander getrennt sind. In der Fig. 1 ist schematisch dargestellt, daß die beweglichen Roststäbe der einzelnen Zonen A-E jeweils einem Rostschlitten 5 zugeordnet sind.
Die Rostschlitten A5-E5sind über schematisch dargestellte Hydraulikantriebe 6 bzw. A6-E6hin und her verschiebbar.
Das Brenngut, insbesondere Müll, wird über einen Trichter 7 und einen ebenfalls hydraulisch betätigbaren Zuteiler 8 dem Stufenvorschubrost 2 aufgegeben, und zwar auf die Zuteilzone 8'.
Der Zuteilzone 8' und den Verbrennungszonen A-E mit beweglichen Roststäben sind jeweils Unterwindzonen 9 bzw. A9-E9 zugeordnet, denen über eine Leitung JO primäre Verbrennungsluft über Regelklappen 9' und A12-E12 zugeführt werden kann.
Den vom Stufenvorschubrost 2 aufsteigenden Rauchgasen kann noch über eine Leitung 12 und Regelklappen 12'und 12" Sekundärluft ßb.T mehrere Düsen 13 zugeführt werden.
In den Seitenwänden 14a bzw. 14b des Feuerraumes sind zwei Thermographie-Kameras 15a bzw. 15b so angeordnet, daß sie im wesentlichen die gesamte rechteckigo Fläche der Verbrennungszonen B, C und D messend überdecken. Dies kann mit einer nicht dargestellten, aber auf dem Fachgebiet üblichen Abbildungs- und Fokussierungsoptik erreicht werden.
Ausgangsseitig sind die beiden Thermographie-Kameras 15 mit einer Auswerteschaltung 16 verbunden, der- wie durch den Pfeil S schematisch dargestellt-der gewünschte Temperaturverlauf im Gebiet der drei überwachten Zonen B, C und D
vorgegeben wird. Die Überwachung kann auch auf die anderen Zonen ausgedehnt werden oder auf zwei benachbarte oder getrennte Zonen beschränkt werden; dies hängt vom gewünschten Überwachungs- und Regelungsgrad ab.
Ausgangsseitig ist die Auswerteschaltung 16 mit den Hydraulikantrieben A6-E6 für den Vorschub und den Regelklappen A12-E12 für die Primärluftzufuhr verbunden. Es ist auch möglich, daß die Auswerteschaltung 16 auch noch die Regelklappe 9' für die Unterwindzone 9, die Klappe 10' für die Gesamtprimärluftmenge, den Antrieb des Zuteilers 8 und die Regelklappen 12' und 12" für die Sekundärluft ansteuert.
Falls es für die Regelung sinnvoll erscheint, können auch die Meßsignale der in der Fig. 1 dargestellten Durchflußmengen Meßeinrichtungen 17 der Auswerteschaltung 16 aufgeschaltet werden.
Bei der Fig.2 ist ein Verbrennungsverlauf längs und quer zur Vorschubrichtung VS des Rostes dargestellt, der nicht zu einer optimalen Verbrennung führt. Der Temperaturbereich mit der hier angenommen höchsten Verbrennungstemperatur liegt zu weit vorne, d. h. im wesentlichen im Bereich der Zone B, und im Bereich der Zona D befindet sich ein Bereich zwar niedrigerer Temperatur als im heißen Bereich, jedoch sollte hier bereits eine niedrigere Temperatur erreicht werden. Die Verbrennung ist somit langgestreckt.
Die Thermographie-Kameras 15a und 15b erfassen die zweidimensionale Htrahlungsverteilung im Bereich der Zonen B-D und die Auswerteschaltung 16 vergleicht die daraus resultierenden Isothermen gemäß Fig. 2 mit den vergegebenen Soll-Isothermen, wie sie in der Fig.3 dargestellt sind.
Durch entsprechende Betätigung einiger oder aller Antriebsaggregate A6-E6 für die Rostzonen, gegebenenfalls auch des Zuteilers 8, und eine entsprechende Verstellung der Primärluftzufuhr für die Verbrennungszonen und gegebenenfalls die Zuteilzone 8' kann erreicht werden, daß die Verbrennung im wesentlichen den in der Fig. 3 dargestellten Isothermenverlauf zeigt,
d. h. der Verbrennungsvorgang, der zur höchsten Isotherme 12000C führt, wird auf die Zone C geschoben. Gleichzeitig wird der zweite Bereich höherer Temperatur in der Zone D abgebaut. Dies alles führt zu einer optimalen Verbrennung.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 kommt keine Thermographie-Kamera zum Einsatz, sondern don Zonen B, C und D sind gruppenweise angeordnete Einzeldetektoren zugeordnet, von denen jeder ein Ausgangssignal abgibt, wenn in seinem Blickfeld eine vorgegebene Temperatur bzw. ein vorgegebener Temperaturbereich herrscht.
Der Rost ist dreibahnig ausgebildet, d. h. in den einzelnen Zonen sind quer zur Vorschubrichtung Teilzonen ausgebildet, z. B. BI, B Il und B III. Diesen Teilzonen können getrennte Vorschubeinrichtungen und/oder getrennte Primärluftzuführungen zugeordnet sein. Jeder der Teilzonen is\ eine Meßeinrichtung 17 mit Einzeldetektoren 17 a, 17b, 17c und 17d zugeordnet, die jeweils einen getrennten Temperaturbereich erfassen.
Bei dieser Ausführungsform ist gegenüber der Verwendung einer Thermographie-Kamera bereits eine gewisse Digitalisierung der den Temperaturen entsprechenden Signale erreicht, so daß die Auswerteschaltung 16 wesentlich vereinfacht werden kann.
Im übrigen sind solche gruppenweisen Anordnungen von Detektoren auch billiger als Thermographie-Kar/eras.
Selbstverständlich kann die Auswerteschaltung, die einer Thermographie-Kamera nachgeschaltet ist, so ausgelegt sein, daß bei der Auswertung einzelne Bahnen berücksichtigt werden. Der ganzen Meßeii,richtung 17 oder den einzelnen Elementen kann eine entsprechend ausgelegte Fokussierungsoptik zugeordnet werden, so daß die einzelnen Teilzonen z. B. B I, B Il und B III im erforderlichen Ausmaße überdeckt werden, wie dies in Fig.4 skizziert ist.
In den Figuren ist eine vollständige Überdeckung der rechteckigen Zonen bzw. Bahnen dargestellt. Es ist aber durchaus denkbar, daß das angestrebte Ziel einer verbesserten Regelung auch bei einer Teilabdeckung, z.B. einer elliptischen oder kreisförmigen Abdeckung der rechteckigen Zonen bzw. Bahnen erreicht wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen eines Verbrennungsprozesses ausgehenden Strahlung und Regeln des Verbrennungsvorganges in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Strahlung einer Verbrennung auf einem Rost die im wesentlichen von einzelnen Verbrennungsrostzonen des Rostes ausgehende Strahlung erfaßt und in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung die einzelnen Verbrennungszonen zugeführte Primärluft und/oder die Transportgeschwindigkeit des Brennstoffes in einzelnen Zonen geregelt wird.
2. Vorrichtung zum Erfassen der von mindestens zwei räumlich getrennten Stellen eines Verbrennungsvorganges ausgehenden Strahlung und Regeln des Verbrennungsvorganges in Abhängigkeit von der erfaßten Strahlung mittels einefDetektoreinrichtung, mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerteeinrichtung und der Auswerteeinrichtung nachgeschalteten Stelleinrichtungen zur Beeinflussung des Verbrennungsvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verbrennungsrost (2) mit einer Vielzahl von Rostzonen (A-E) die Detektoreinrichtung (15; 17) die der Gutbettemperatur entsprechende Strahlung einzelner Rostzonen erfaßt und den einzolnen Rostzonen getrennt verstellbare Stelleinrichtungen (A12-E12) für die Zufuhr von Primärluft und/oder (A6-E 6) für die Fördergeschwindigkeit des Brennstoffes im Gutbett durch einzelne Rostzonen zugeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung mindestens eineThermographie- bzw. Infrarot-Kamera (15a; 15b) aufweisen, die gleichzeitig die Strahlung mehrerer Rostzonen erfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Infrarot-Kameras (15a, 15b) vorgesehen sind, die jeweils einer Seitenwand (14a, 14b) des Feuerraumes zugeordnet sind und dieselbe Gutoberfläche erfassen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Einzeldetektoren (17a-17d) umfaßt, die gruppenweise (17) einzelnen Rostzonen (B-D; BI-BIII) und bestimmten Gutbettemperaturbereichen bzw. -temperaturen zugeordnet sind.
Hierzu 4 Seiten Zeichnungen
DD90337796A 1989-02-14 1990-02-13 Verfahren zum erfassen der von mindestens zwei raeumlich getrennten stellen eines verbrennungsprozesses ausgehenden strahlung und regeln des verbrennungsvorganges in abhaengigkeit von der erfassten strahlung u. vorrichtung zzu durchfuehrung des verfahrens DD292068A5 (de)

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