Gegenstand der Diplomarbeit ist die Verbrennungsführung einer Sondermüll-Verbrennungsanlage (SAVA) nach dem Drehrohrprinzip. Spezielle Aufgabe ist es, für die eingesetzten Stützbrenner eine Brenner-Trimmregelung zu entwickeln, wobei Trimmung hier für die Aufteilung des Brennermassenstroms auf die Medien Heizöl und heizwertreicher Flüssigabfall steht. Durch die Regelung des Trimmfaktors wird die Medienaufteilung an den variierenden Energiegehalt des Flüssigabfalls angepaßt.
Die Arbeit unterteilt sich in die Bereiche theoretische Prozeßanalyse / Modellierung der Verbrennungsräume, Reglerentwurf und -dimensionierung sowie Bewertung des Regelkreisverhaltens durch Simulation.
Als Simulationswerkzeug kam das am Institut für Prozeßautomatisierung und Meßtechnik der HTWS-Zittau entwickelte Programm "DynStar" zum Einsatz.
Inhaltsverzeichnis
0 Einleitung
1 Technologien der thermischen Abfallbehandlung
1.1 Historischer Abriß
1.2 Heutiger Entwicklungsstand
1.3 Entwicklungstendenzen
2 Das Projekt SAVA
2.1 Verfahrensbeschreibung
2.2 Regelungstechnische Struktur
2.2.1 Verbrennungführung
2.2.2 Brennermassenstromregelungen
3 Modellierung der Regelstrecken
3.1 Bilanzraum Drehrohr
3.1.1 Stoffliche Ein- und Austräge
3.1.2 Stoffliche Komponenten im System
3.1.3 Energetisches Modell
3.1.4 Beschreibende Differentialgleichungen
3.2 Bilanzraum Nachbrennkammer
3.2.1 Stoffliche Ein- und Austräge
3.2.2 Stoffliche Komponenten im System
3.2.3 Energetisches Modell
3.2.4 Beschreibende Differentialgleichungen
3.3 Zusammenfassung
4 Brennstofftrimmregelung
4.1 Einordnung des Modells Drehrohr in den Stofffluß
4.2 Einordnung des Modells Nachbrennkammer in den Stofffluß
4.3 Konzepte der Trimmregelung
4.3.1 Bisheriges Konzept
4.3.2 Neues Konzept
4.3.3 Reglerdimensionierung
4.3.4 Simulation und Bewertung
5. Zusammenfassung und weiterführende Vorschläge
6. Simulationsprogramm
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Brenner-Trimmregelung für eine Sondermüllverbrennungsanlage nach dem Drehrohrprinzip, um eine effiziente Medienaufteilung bei variierendem Energiegehalt der Abfälle zu ermöglichen. Die Arbeit fokussiert sich auf die theoretische Modellierung und den Entwurf eines optimierten Regelungskonzepts.
- Prozessanalyse und Modellierung der Verbrennungsvorgänge
- Reglerentwurf und Dimensionierung der Brennstofftrimmregelung
- Untersuchung von Betriebskonzepten für die Stützfeuerung
- Validierung und Bewertung des Regelkreisverhaltens durch Simulation
Auszug aus dem Buch
4.3.2 Neues Konzept
Erfolgt im Drehrohrbrenner der kombinierte Durchsatz von heizwertreichen und heizwertarmen Abfällen (öllose Stützfeuerung), so soll die Trimmung zwischen diesen Medien auch weiterhin in einem festen Verhältnis erfolgen. Theoretisch wäre auch hier eine Regelung der Trimmfaktoren sinnvoll, da möglichst viel minderwertiger (heizwertarmer) Abfall umgesetzt werden soll. Praktische Überlegungen haben jedoch gezeigt, daß bei einer derartigen Anpassung kein sicherer Brennerbetrieb gewährleistet werden kann. Grund dafür ist der hohe Anteil unbrennbarer Stoffe, hauptsächlich Wasser, die im minderwertigen Abfall enthalten sind. Diese führen zu nicht vernachlässigbaren Abkühlungseffekten, wodurch ein Versagen der Brenner (Verlöschen) möglich wird. Um dies auszuschließen, darf stets nur ein geringer Anteil minderwertiger Abfälle zugegeben werden. Eine Regelung ist nicht mehr sinnvoll bzw. würde nur zu unbedeutenden Einsparungen führen.
Für den Mischbetrieb heizwertreicher Abfall / Öl hingegen ist bei geregelten Trimmfaktoren mit einer erheblichen Öleinsparung und Vergrößerung des durchschnittlichen Müllumsatzes zu rechnen. Ein entsprechendes Regelungskonzept muß aber weiterhin gewährleisten, daß jederzeit die geforderten thermischen Bedingungen innerhalb des Verbrennungsraumes herrschen und ein stabiler Brennerbetrieb gesichert ist.
Der erste Schritt im Entwurf eines neuen Regelungskonzepts war die Wahl eines geeigneten Umschaltkriteriums für den automatischen Wechsel zwischen öllosem Betrieb und Mischbetrieb (Öl / heizwertreicher Abfall). Im jetzigen Konzept erfolgt dieser Übergang manuell, was die ständige Kontrolle der Brennerfunktion durch das Personal notwendig macht. Als Kriterium für den automatischen Wechsel hat sich der Bezug auf die Brennstoffmassenströme als günstig erwiesen.
Zusammenfassung der Kapitel
0 Einleitung: Beschreibt die Problematik der Müllentsorgung und die wachsende Bedeutung der thermischen Abfallbehandlung in modernen Wirtschaftskreisläufen.
1 Technologien der thermischen Abfallbehandlung: Gibt einen historischen Überblick und beschreibt den heutigen Stand sowie Entwicklungstendenzen der Müllverbrennung.
2 Das Projekt SAVA: Stellt die spezifische Verbrennungsanlage SAVA, deren Verfahrensbeschreibung und die vorhandene regelungstechnische Struktur vor.
3 Modellierung der Regelstrecken: Behandelt die theoretische Prozeßanalyse und die energetische Modellierung der Bilanzräume Drehrohr und Nachbrennkammer.
4 Brennstofftrimmregelung: Dokumentiert den Entwurf und die Bewertung des neuen Konzepts zur Brennstofftrimmung sowie die Reglerdimensionierung.
5. Zusammenfassung und weiterführende Vorschläge: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt Ausblicke auf mögliche weiterführende Forschungsarbeiten.
6. Simulationsprogramm: Enthält das für die Modellsimulation verwendete Programm sowie Erläuterungen zur Implementierung.
Schlüsselwörter
Sondermüllverbrennungsanlage, Drehrohr, Brenner-Trimmregelung, Verbrennungsführung, Energiegehalt, Regelungstechnik, Prozessmodellierung, Stützfeuerung, Brennstoffmassenstrom, Heizwert, Simulation, DynStar, Prozessautomatisierung, Schadstoffemission
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Verbrennungsführung in einer Sondermüllverbrennungsanlage nach dem Drehrohrprinzip durch die Entwicklung einer intelligenten Brenner-Trimmregelung.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Zentrale Themen sind die Modellierung von thermischen Verbrennungsprozessen, die Auslegung von PI-Reglern für die Trimmung von Brennstoffmedien und die simulationsbasierte Bewertung der Regelkreisstabilität.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist die Minimierung des Heizölverbrauchs bei gleichzeitiger Maximierung des Müllumsatzes unter Einhaltung gesetzlicher Emissionsvorgaben.
Welche wissenschaftliche Methode wird angewendet?
Es wird eine theoretische Prozeßanalyse auf Basis linearer Punktmodelle durchgeführt, da keine experimentellen Anlagendaten vorliegen. Die Ergebnisse werden mit dem Simulationswerkzeug "DynStar" verifiziert.
Welche Inhalte werden im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte energetische Modellierung des Drehrohrs und der Nachbrennkammer, den Entwurf von Trimmregelungskonzepten und die anschließende Simulation verschiedener Lastszenarien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Brennstofftrimmregelung, Drehrohr, SAVA-Projekt, energetische Modellierung und Prozessautomatisierung charakterisiert.
Warum ist eine Trimmregelung für das Projekt SAVA notwendig?
Aufgrund der stark schwankenden Qualität und Zusammensetzung des Sondermülls muss die Medienaufteilung dynamisch angepasst werden, um stabile Verbrennungsbedingungen zu gewährleisten.
Wie unterscheidet sich das neue Konzept vom bisherigen Ansatz?
Das neue Konzept ersetzt die manuelle Steuerung und feste Trimmfaktoren durch eine automatische, auf den Brennstoffmassenströmen basierende dynamische Trimmregelung.
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- Thomas Rode (Author), 1996, Entwurf einer Verbrennungsregelung für Müllverbrennungsanlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/14297
