DE19714073A1 - Wirbelschichtanlage, insbesondere für Schlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtanlage, insbesondere mit stationär und atmosphärisch betriebenem Wirbelbett für selbstgängig brennenden Schlamm oder nicht selbstgängig, aber mit Stützfeuer brennendem Schlamm.

Wirbelschichtanlagen sind Feuerungsanlagen mit erheblichen Besonderheiten gegenüber anderen Feuerungsanlagen. Bekannte Feuerungen sind Rostfeuerung, Schmelzfeuerungen, Staubfeuerungen. Von diesen Feuerungen unterscheidet sich die Wirbelschichtfeuerung ganz wesentlich, denn das Verbrennungsgut wird in der Wirbelschichtanlage in einem Wirbelbett gehalten. Das Wirbelbett wird durch die von unten eingeblasene Verbrennungsluft gebildet. Es sind Wirbelschichtanlagen mit einem stabilen Wirbelbett bekannt. Es gibt aber Anlagen mit instabilem Wirbelbett, z. B. einem pulsierenden Wirbelbett.

Einerseits stellt das besondere Anforderungen an den Druck der einströmenden Luft, an die Partikelgröße des Verbrennungsgutes und vieles andere mehr. Zum Teil ist es erforderlich zusätzlich Glühkörper, z. B. in der Form von Sand, einzusetzen. Diese besonders gewählten Glühkörper verstärken die Bettbildung in der Wirbelschicht. Außerdem beinhalten die Glühkörper eine erhebliche Wärmemenge, so daß frisches Verbrennungsgut an den Glühkörpern eine vorteilhafte Erwärmung erfahren kann.

Die stationäre Wirbelschicht ändert ihr Wirbelbett nicht oder nur innerhalb bestimmter Grenzen Im Unterschied dazu hat die umlaufende Wirbelschichtanlage, einen zirkulierenden Gasstrom, in dem die Verbrennung stattfindet.

Es gibt neben der atmosphärisch betriebenen Wirbelschichtanlage auch die druckaufgeladene Wirbelschichtanlage.

Insgesamt ist eine Wirbelschichtanlage viel schwieriger zu fahren als andere Feuerungsanlagen.

Andererseits hat eine Wirbelschichtanlage auch erhebliche Vorteile gegenüber anderen Feuerungsanlagen. Insbesondere kann die Wirbelschichtanlage mit einer sehr niedrigen Verbrennungstemperatur und hohem Ausbrand gefahren werden. Die niedrige Verbrennungstemperatur reduziert die Stickoxid-Bildung. Der hohe Ausbrand ist vor allem für die Verbrennung von Abfall wichtig.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, insbesondere Wirbelschichtanlagen für die Verbrennung von Klärschlamm zu verbessern. Dem geht voraus, daß sich mit Klärschlamm besondere Schwierigkeiten stellen.

In der Regel sind die bekannten Steuerungen von Wirbelschichtanlagen bei dem Einsatz von Klärschlamm nur bei sehr gleichmäßigem Brennverhalten des Schlammes zu gebrauchen. Diese Gleichmaßigkeit ist in der Praxis nicht gegeben und bedingt eine dauernde Handfahrweise. Zum Teil ergeben sich die Ungleichmäßigkeiten durch Wassergehaltsschwankungen. Dem wird versucht, mit Hilfe einer Entwässerung in Kammerfilterpressen und anderen Einrichtungen entgegenzuwirken. Das Ergebnis ist gleichwohl häufig sehr unterschiedlich. Der Schlamm kann darüber hinaus trotz gleichbleibenden Wassergehaltes noch wesentliche Ungleichmäßigkeiten im Brennverhalten zeigen. Z.B. verursachen Unregelmäßigkeiten bei einer Brennstoffzugabe (Kohle) in den Klärschlamm erhebliche Veränderungen des Verbrennungsablaufes.

Die Substituierung von Kohle durch Öl oder Gas zur Erhöhung des Heizwertes ist keine optimale Lösung, weil die Kohle im Schlamm noch eine Filterfunktion hat. Sie sammelt die Schwebstoffe. Das wird an Kammerfilterpressen leicht deutlich, weil kohlefreier Schlamm in kürzester Zeit eine Verschmutzung der Filtermatten und Filtertücher bewirkt und Reinigungsbedarf auslöst, während kohlehaltiger Schlamm sehr viel größere Reinigungsintervalle erlaubt.

Die Kohle wird deshalb so hoch bewertet, daß feinkörnige Kohle in Anmischbecken zugemischt wird. Wie bei allen Betriebseinrichtungen ist auch im Anmischbecken nicht immer eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Die Folge sind lokale Nester mit hohem Kohleanteil im Schlamm.

Eine erhebliche Schwierigkeit mit höchst unterschiedlichen Reaktionen ist der unvorhergesehene, plötzliche Wechsel des Verbrennungsverhaltens. Je nach Heizwert kann eine Erhöhung der Schlammenge die Wirbelbettemperatur erhöhen oder senken.

Hervorzuheben ist das mengenabhängige Brennverhalten.

Der Schlamm brennt bei niedrigem Heizwert nur mit Zusatzenergie (z. B. Gas, Öl oder Kohle). Die höchstzulässige Zusatzenergiemenge ist durch den vorgegebenen, maximalen Brennstoffdurchsatz der z. B. als Lanze ausgebildeten Eintragvorrichtung begrenzt. Es darf hier nur soviel Schlamm zugegeben werden, wie es die Zusatzenergie erlaubt, weil sonst die Temperatur zu stark abfällt. Sehr kompliziert wird es, wenn bei bestimmten Heizwerten der nicht selbstgängig brennende Schlamm infolge der Erhöhung der Schlammzugabe selbstgängig brennen kann.

Hervorzuheben ist auch das von der Schlammart abhängige Brennverhalten:
Faulschlamm und Thermikschlamm haben zweitweise ein stark unterschiedliches Brennverhalten. Diese Schlämme erfordern eine völlig andere Verbrennungsstrategie.
Belebtschlamm läßt sich mechanisch schlecht entwässern. Er neigt sehr zur Brückenbildung.
Faulschlamm entsteht aus dem Anfaulen von Vorklärschlamm in Faulbehältern.

Faulschlamm hat hohe CO-Werte und brennt mit hoher Kopftemperatur. Zur Einhaltung der CO-Grenzwerte wird umfangreich Faulgas zugefeuert. Aufgrund der beschränkten Gesamtwärmeleistung des Ofens verringert sich durch die Faulgaszugabe die Schlammverbrennungsleistung.

Thermikschlamm hat dagegen zu niedrige Kopftemperaturen und zu hohe NOx-Werte. Sehr schwierig sind auch bestimmte Mischungen dieser Schlammarten zu beherrschen, weil hier CO und NOx zu hoch liegen können. Diese Situationen treten aufs wenn unterschiedliche Brennstoffe nacheinander ins Schlammsilo gefahren werden oder wenn ein ungünstiges Mischungsverhältnis vorliegt.

Neben obigen Zusammenhängen hat die Erfindung auch erkannt, daß zusätzlich die Zähigkeit des Schlammes Probleme für die Schlammdosierung bzw. die Ofenregelung aufwirft. Mit zunehmender Bewegung ändert sich die Zähigkeit des Schlammes.

Da CO und NOx sich gegenläufig entwickeln und das Mischungsverhältnis der der Schlämme nicht gleichmäßig ist, stellt sich ein unregelmäßig wechselndes Emissionsverhalten ein.

Eine weitere Schwierigkeit ist eine zu hohe CO-Bildung bei bestimmten Schlammzusammen­ setzungen. In dieses Fällen reicht eine CO mindernde Temperaturerhöhung nicht aus, weil sonst die NOx-Werte überschritten würden. Die oben dargelegten Schwierigkeiten lassen sich durch Mischungen von Schlammarten zwar verändern nicht aber beseitigen. Bei der Zumischung von Faulschlamm zum Thermikschlamm lassen sich bei bestimmten real auftretenden Veränderungen der Brenneigenschaften dieser Schlämme die Grenzwerte der 17. BImSchV nicht mehr einhalten. Zwar hat ein selbstgängig brennender Schlamm für sich betrachtet relativ überschaubare Bedingungen und gilt das auch für nicht selbstgängig brennenden Schlamm. Der Wechsel beider Arten wird bislang jedoch nur unzulänglich beherrscht. Besonders schwierig ist ein Schlamm mit einem bestimmten Heizwert, der mengenabhängig sein Brennverhalten ändert. Für einen parallelen Vollastbetrieb mit unterschiedlichen Schlammarten sind die anfallenden Schlamm-Mengen teilweise nicht ausreichend, weitgehend fehlt die zweite Verbrennungsanlage.

Teilweise führt der unterschiedliche Schlammanfall zu weiteren Problemen. Belebtschlamm und Thermikschlamm können schlecht in den Eindickern gesammelt werden. Es würden nachteilige Faulungsprozesse in den Belebtschlamm- und Thermikschlamm-Eindickern entstehen. Die Folge sind Geruchsprobleme im Nacheindickerbereich, Schwierigkeiten bei der Eindickung und bei der Entwässerung des Thermikschlammes und Schwierigkeiten im Betrieb der Thermik-Belebt­ schlamm stammt aus der biologischen Nachklärung. Üblicherweise erfolgt eine Abwasserklärung in verschiedenen Stufen, von denen die erste Stufe eine mechanische Reinigung beinhaltet. In der zweiten Stufe erfolgt eine Reinigung mit Bakterienkulturen. Die Bakterien ernähren sich von den Schmutzstoffen im Wasser. Durch Vermehrung entsteht ein Überschuß an Bakterien, die als Belebtschlamm bezeichnet werden. Sie bestehen überwiegend aus Wasser und besitzen eine sehr zähe Außenhaut. Dadurch entsteht das Problem, daß dieser Belebtschlamm mittels Kammerfilterpressen und sogar mit Zentrifugen mechanisch nicht ausreichend entwässert werden kann, um ihn in Wirbelschichtöfen verbrennen zu können. Es wird daher mit Temperaturen von ca. 205 Grad Celsius thermisch konditioniert. Bei dieser Temperatur brechen die Zellwände auf und geben das Zellwasser frei. Der thermisch konditionierte Schlamm kann dann mit Kammerfilterpressen ausreichend entwässert werde. Die ganzen Schwierigkeiten der unterschiedlichen Brenneigenschaften und die ständig vorhandene Gefahr, daß sich bei den plötzlichen Veränderungen schwere Ofenschäden wie Sinterung des Wirbelbettes durch Überhitzung oder eine Verpuffungsexplosion bei Sauerstoffinangel einstellen können, haben zu einer mehr oder weniger unwirtschaftlichen Sicherheitsfahrweise geführt.

Es wurde zumeist ein Teillastbetrieb mit relativ hohem Sauerstoffüberschuß gefahren, um noch genügend Reserven in kritischen Situationen zu besitzen. Diese Fährweise hat neben der verminderten Verbrennungsleistung von z. B. 20 bis 25% noch den Nachteil der geringeren Dampfproduktion. Der Hauptnachteil ist aber der starke Anstieg der Stickoxidbildung aufgrund des höheren Sauerstoffüberschusses. In der Vergangenheit war dies nicht so wichtig, weil noch ein relativ günstiger Grenzwert von 500 mg NOx gültig war. Mit der Inbetriebnahme neuer oder umgebauter Wirbelschichtanlagen müssen aber die sehr niedrigen Emissionshöchstwerte der 17. BImSchV mit 200 mg NOx und 50 mg CO eingehalten werden. Die Einhaltung des neuen Grenzwertes ist aber im sicherheitsbedingten Teillastbetrieb mit dem Standardbrennstoff nicht möglich.

Die Höchstgrenze von 200 mg liegt so niedrig, daß je nach Schlammzusammensetzung zusätzlich noch die Verbrennungstemperatur abgesenkt werden muß. Schließlich ist auch der ständige Personalaufwand für die oben erläuterte Sicherheitsfahrweise zu berücksichtigen.

Nach der Erfindung wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 21 eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht. Bereits einzelne Merkmale der Ansprüche führen zu einer Verbesserung. Optimale Ergebnisse wird durch Anwendung möglichst vieler erfindungsgemäßer Merkmale erreicht. Die erfindungsgemaße Entwicklung hat folgende Prioritäten:
Einhaltung der behördlich vorgegebenen Bedingungen
Steigerung der Verbrennungsleistung
Erzielung einer möglichst hohen Dampfproduktion
Erhöhung der Betriebssicherheit
Verringerung des Personalaufwandes.

Während früher ein Ofenfahrer pro Wirbelschichtofen erforderlich war, erlaubt die erfindungsgemaße Regelung einem Ofenfahrer, zwei Wirbelschichtöfen zu betreuen. Der Bedienungsaufwand reduziert sich auf die Quittierung von Störmeldungen.

Vor allem ist die Entstehung der Gefahrensituationen mit der erfindungsgemäßen Regelung frühzeitig erkennbar. Besondere Sicherheit ergibt sich auch aus der Gradientenüberwachung und der Plausibilitätsüberwachung.

Gradienten kennzeichnen den Verlauf der Meßwertänderung. Wenn z. B. an der Sauerstoffmessung der Meßschlauch abreißt oder plötzlich undicht wird, so wird der gemessene Sauerstoffüberschuß schnell ansteigen. Mit der Gradientenüberwachung können derartige Fehler angezeigt werden. Ohne Gradientenüberwachung würde der Fehler unbemerkt bleiben und z. B. in normaler Regelung die Brennstoffmenge erhöht, so daß ein fataler Sauerstoffmangel im Ofen entsteht.

Unplausibele Meßwerte können erkannt werden und zu notwendigen Maßnahmen führen. Zusätzlich können die Meßwerte noch gegeneinander auf Plausibilität überwacht werden. Wählweise werden dabei mehrere Meßstellen eingesetzt und alle Meßwerte miteinander verglichen. Die höchsten Meßwerte können für die Regelung verwendet werden. Für die Temperaturmessung am Wirbelbett hat das besondere Bedeutung. Die Temperaturmessung erfolgt regelmäßig im Randzonenbereich des Wirbelbettes. Bei bestimmten Betriebszuständen können hier schlecht durchwirbelte Bereiche entstehen und einzelne Temperaturmessungen bis zu 50 Grad voneinander abweichen. Die Regelung nach einer zu niedrigen Temperatur würde eine Überhitzung der Anlage und eine Ofensinterung zur Folge haben.

Die Plausibilität einer weiteren, wichtigen Meßgröße, dem Sauerstoffüberschuß, wird mit einer Berechnung des theoretischen Überschusses anhand der Brennstoffinengen und dem Vergleich mit dem Meßwert durchgeführt. Dadurch wird verhindert, daß Fehlmessungen entstehen, Leckagen und Fehlluftansaugungen unbemerkt bleiben und Verpuffungen entstehen.

Die erfindungsgemäße Regelung ermöglicht einen risikolosen Vollastbetrieb, weil den Gefahrensituationen sofort entgegengewirkt werden kann. Der Vollastbetrieb kann vorteilhafterweise mit geringstmöglichen Faulschlamm- und Kohlezugaben gefahren werden.

Mit dem Vollastbetrieb wird eine entsprechende Leistungssteigerung gegenüber der Sicherheitsfahrweise erreicht. Die vorgeschriebenen Grenzwerte können eingehalten werden. Das gilt für NOx und CO. Die Faulgaszugabe zur Reduzierung des CO-Wertes kann verringert oder eingestellt werden. Bei bestimmten Brennstoffqualitäten kann dadurch leicht bis zu 100 Kubikmeter Faulgas pro Stunde eingespart werden.

Vorteilhafterweise erfaßt die erfindungsgemäße Regelung übergeordnet alle Meßwerte und wertet diese aus, um die ineinandergreifenden Reaktionen und Abhängigkeiten zu berücksichtigen und für jede der unterschiedlichen Schlammarten die optimale Verbrennungssituation einzustellen.

Für den Vollastbetrieb ist die Absicherung gegenüber auftretenden Meßfehlern und Störungen in der Zufuhr von Kühl- und Heizmitteln oder starken Heizwertschwankungen des zu verbrennenden Schlammes eine wichtige Folge der Erfindung. Schäden an der Anlage aus Überhitzung und Verpuffung werden verhindert.

Plötzliche Heizwertsteigerungen werden durch die Früherkennung der erfindungsgemäßen Regelung verhindert. In einer gleichwohl auftretenden Betriebsgefahr wird mit einer Notfallstrategie einer Betriebsstörung entgegengewirkt. Zugleich ist die Regelung so intelligent, daß fehlerhafte Messungen erkannt werden und nicht zu Anlagenschäden führen können.

Die erfindungsgemäße Regelung ermöglicht die Verwendung herkömmlicher Steuerungen wie die SPS-Regelung von Siemens für folgende Regler: Schlammenge, Wirbelluftmenge, Gasmenge, Ölmenge, Kühlwassermenge und ggfs. Sekundärluftmenge.

Nach der Erfindung wird mit der ersten herkömmlichen Regelungsebene vorzugsweise eine PC-Regelungsebene kombiniert. Sie kann aus Schlammregler, Wirbelluftregler, CO-Regler und Bett-Temperaturregler bestehen. Wahlweise sind dabei Einzelregler anstelle von Doppelreglern vorgesehen. Die Einzelregler gewähren eine bessere Übersicht und sind vorzugsweise für die Schlamm-Luftregelung sowie für die NOx- und die Bettemperaturregelung vorgesehen. Der Regler Kopftemperatur-kühlen kann durch einen Regler Bettemperatur-senken ersetzt werden. Das kann sich empfehlen, wenn durch Fällmitteln im Schlamm eine Kopftemperaturabsenkung entsteht.

Der PC-Regler "Bettemperatur Kühlen" beherrscht plötzliche, starke Heizwertanstiege. Dabei nutzt der Regler den Vorteil der geringeren Meßwertverzögerung der Sauerstoffmessung gegenüber den Temperaturmessungen aus. Die Verzögerung kann z. B. 3 Minuten betragen. Bei einem kritischen Heizwertanstieg wird also zuerst ein Sauerstoffabfall sichtbar. Dieses nutzt der Regler, um sofort eine definierte Wassermenge zuzugeben und damit den sonst folgenden, kritischen Temperaturanstieg weitgehend zu vermeiden.

Vorzugsweise werden die beiden Regelungsebenen mit einem Notprogramm (Sicherheitspaketebene) verknüpft. Das Notprogramm kann aus folgenden Komponenten bestehen: Notprogramm Bettemperatur, Notprogramm Sauerstoff/Luft, Notprogramm Kopf, Notprogramm allgemein. Zu dem Notprogramm allgemein können gehören Notprogramme Schwefeldioxyd, Kohlenmonoxyd maximal, Ofenunterdruck maximal, Kühlwasserstörung, Plausibilitätsprüfung Kohlenmonoxyd maximal und Sauerstoff; weitere Plausibilitätsüberwachung, Gradientenüberwachung und Stellbefehlvollzugskontrolle.

Das erfindungsgemäße Notprogramm ist dem standardmäßig üblichen, normalen Regelungsprogramm übergeordnet. Vorzugsweise ist das Notprogramm ständig aktiv. Das Notprogramm soll nicht einfache Aggregatabschaltungen auslösen, sondern mit progressiven Eingriffen die Störungen kompensieren und anschließend ohne Personaleingriffe automatisch in den Normalbetrieb übergehen.

Vorteilhafterweise führt das erfindungsgemäße Notprogramm nicht einfach zu einer Abschaltung sondern zu einer weichen Rückführung zu einem normalen Betriebszustand.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Regelung auch für den Teillastbereich geeignet. Bei der Einhaltung der Emissionswerte ist der NOx-Wert das Hauptproblem. Die Stickoxide können durch die Erzielung eines möglichst geringen Sauerstoffüberschusses nahe des vorgeschriebenen Mindestwertes von 6% und durch die Absenkung der Verbrennungstemperatur im Wirbelbett verringert werden.

Die im folgenden beschriebenen PC-Regler Schlamm und Luft halten den Sauerstoffüberschuß immer im minimal möglichen Bereich. Wenn allerdings bei Schlammangel nicht mit voller Schlammenergie gefahren werden kann (Teillastbereich), reicht die vom Luftmengenregler realisierbare Luft-Verringerung nicht immer aus, um den Optimalwert von ca. 6% zu erreichen. Es ist eine bestimmte Mindestluftmenge zur Aufrechterhaltung der Verwirbelung notwendig.

Auch bei bestimmten Schlammzusammensetzungen reicht die Einhaltung von 6% Sauerstoffgehalt nicht aus, um den NOx-Grenzwert einzuhalten. In diesen Fällen muß zusätzlich die Bettemperatur abgesenkt werden. Auf den ersten Blick würde eine Fahrweise mit einer dauernd niedrigen Bettemperatur ausreichen. Diese hat aber den Nachteil der geringeren Dampferzeugung. Bei den vorkommenden Heizwerteinbrüchen könnten die Verbrennungstemperaturen so weit absinken, daß eine CO-Überschreitung auftritt oder daß eine Abschaltung der Schlammverbrennung wegen Unterschreitung der Mindesttemperatur im Kopfbereich erfolgt.

Aufgrund dieser Zusammenhang wurde eine Gleittemperaturregelung entwickelt, die die Bettemperatur nur so weit absenkt, wie es Stickoxide erfordern. Hiermit wird eine ständige Verringerung der dampflimitierenden Kopftemperatur verhindert. Die Besonderheit der Gleittemperatur-Regelung ist die Berücksichtigung des CO-Gehaltes. In der Regel sind CO und NOx gegenläufig, d. h. mit steigender Temperatur verringern sich die CO-Werte. Wenn nun bei bestimmten Schlämmen der CO-Gehalt kritisch ansteigt, prüft die Gleittemperaturregelung, ob der NOx-Wert unkritisch ist und erhöht dann die Verbrennungstemperatur. Falls in Ausnahmefällen der NOx dies nicht zuläßt oder falls die höchstzulässige Temperatur bereits erreicht ist, setzt der eigentliche CO-Regler Faulgas zur CO-Minderung ein. Diese Faulgaszugabe erfolgt ebenfalls nur mit der geringstmöglichen Menge.

Mit der erfindungsgemäßen Regelung ist also der Bereich der noch ohne Emissionsüberschreibungen möglichen Verringerung der Verbrennungsmenge wesentlich größer geworden. Mit der standardmäßigen Fahrweise würde ein solcher Teillastbereich zu Grenzwertüberschreitungen oder zu einer unwirtschaftlichen Fahrweise mit hohem Stützfeueranteil führen, weil die notwendige, ständige Anpassung der Fahrweise an das wechselnde Verbrennungs- und Emissionsverhalten damit nicht erreicht werden kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Regelung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Emissionsregelung von CO und NOx mittels Gleittemperatur­ regler Wirbelbett
Emissionsspitzen-Regelung CO mittels Faulgaszugabe
Vollastregelung mittels Schlamm- und Luftregelung unter Berücksichtigung alle limitierenden Bedingungen
Früherkennung und Vermeidung von kritischen Temperaturanstiegen durch Sauerstoffabhängige Vorkühlung im PC-Regler "Bettemperatur Kühlen"
Progressiv arbeitende Notprogramme, die nach Eingriffen selbständig und "weich" in den Normalbetrieb übergehen
Früherkennung von Versorgungsstörungen durch Stellbefehlvollzugskontrolle
Plausibilitätsüberwachung von Meßwerten zur Verhinderung von Fehlreaktionen der Automatisierung
Erkennung von Meßfehlern durch Gradientenüberwachung
Schrittgesteuerte Sollwertänderung zur Vermeidung von Schwingungen der Regelkreise.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand mehrerer Fließschema dargestellt:
Kern der Wirbelschichtanlage ist ein Wirbelschichtofen. Im Ausführungsbeispiel wird der Wirbelschichtofen durch einen fast zylindrischen, aufrecht stehenden Behälter gebildet. Unten in dem Behälter ist ein Düsenboden montiert. Der keramische Düsenboden hat eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen. Jede Öffnung setzt sich in einem Düsenstock fort. Der Düsenstock hat eine Zylinderform mit nach oben ragendem, abgerundetem Kopf. Unter dem Kopf befinden sich zur Seite hin ragende Luftdüsen.

Über dem Düsenboden erweitert sich der Ofen geringfügig. Diese Zone beschreibt die Wirbelschicht. Am unteren Ende der Zone befinden sich luftgespülte Lanzen, mit denen Öl, Gas oder Wasser in das Wirbelbett eingetragen werden kann. Am oberen Ende der Wirbelschichtzone sind ein Schlammeintrag und ein Heizöleintrag vorgesehen. Der Heizöleintrag ist ein Gebläsebrenner. Der Schlammeintrag wird durch einen Wurfbeschicker gebildet. Der Wurfbeschicker besteht aus rotierenden Werkzeugen, die den von einer Schlammpumpe angeförderten Schlamm zerreißen und in den Ofen werfen.

Über der Wirbelschichtzone sind Einträge von Sekundärluft und Prozeßgasen vorgesehen.

Der in die Anlage eingetragene Klärschlamm wird in einem stark pulsierenden, ca. 800 bis 850 Grad Celsius warmen Ouarzsandbett (Körnung 0,5 bis 1,2mm) verbrannt. Die Feuerungsleistung beträgt 7,67 MW. Der Quarzsand (ca. 8,5to) liegt bei Betriebsbeginn auf einem 12,5 Quadratmeter großen Düsenboden auf, der mit 300 Düsen bestückt ist. Die Bauform der Düsen verhindert ein Durchrieseln des Quarzsandes. Mit der eingeblasenen Wirbelluft wird der Quarzsand hochgeschleudert. Allerdings entsteht dabei keine stabile Wirbelschicht. Vielmehr wird der Quarzsand partiell hoch geschleudert, um wieder herunter zu fallen. Das wird als pulsierende Wirbelschicht bezeichnet.

Die Verbrennungsluftmenge von ca. 12.500 Kubikmeter pro Stunde wird mit einem Gebläse als Wirbelluft von unten durch den Düsenboden geblasen und erzeugt so das pulsierende Wirbelbett. Der relativ zähe Schlamm wird mit dem Wurfbeschicker grob zerkleinert und auf das Wirbelbett geworfen. Der pulsierende Quarzsand bewirkt eine gute Verteilung und Zerreibung des Schlammes und begünstigt die Verbrennung. Die festen Verbrennungsrückstände (Asche) sind sehr feinkörnig und werden praktisch vollständig vom Rauchgasstrom mitgerissen. Der Rauchgasabzug ist oben am Ofen.

Die niedrigen Verbrennungstemperaturen der Wirbelschichtverbrennung bewirken eine geringe Stickoxidbildung. Dabei muß allerdings der Restsauerstoffgehalt möglichst bei 6 Vol% liegen. Der vorgeschriebene Mindestwert des Restsauerstoffgehaltes verhindert andererseits, daß durch unvollständige Verbrennung zu hohe Kohlenmonoxid-Werte entstehen.

Das Emissionsverhalten von NOx und CO ist gegenläufig und je nach Schlammzusammensetzung stark unterschiedlich. Durch Veränderung der Verbrennungstemperaturen im Bereich von 790 bis 850 Grad Celsius kann je nach Bedarf NOx oder CO begünstigt werden. Für die Einhaltung der Emissionswerte muß daher für jede Schlammart ein angepaßter Verbrennungs-Temperaturbereich eingehalten werden. Kritische Temperaturanstiege bei Heizwertschwankungen müssen ebenfalls vermieden werden, da sonst die Gefahr einer Sinterung des Wirbelbettes besteht. Bei einer Sinterung des Quarzsandes entsteht eine glasflußartige Schlacke in Dicken von 30 cm und mehr, die bergmännisch abgebaut werden muß. Das bedingt nicht nur erheblichen Aufwand sondern hat auch einen längeren Betriebsausfall zur Folge und schließt ein Abheizen und Anheizen sowie eine neue Quarzsandfüllung ein.

Bei der Verbrennung von normal belastetem Klärschlamm und geeigneter Fahrweise mit der Wirbelschichtverbrennung ist die Einhaltung der vorgeschriebenen NOx und CO-Werte ohne Zusatzaufwand wie Entstickungsanlage oder Additivzugabe möglich. Eine Ausnahme kann bei besonderen Thermik-Schlämmen entstehen.

Die Temperaturregelung erfolgt am Ofen mittels Gas, Öl oder Wasserzugabe. Dies geschieht über 4 luftgekühlte Lanzen direkt in das Wirbelbett. Die maximale Brennstoffzugabe beträgt pro Lanze 0,6 MW.

Der Klärschlamm muß für die Erzielung einer selbstgängigen Verbrennung auf einen Naßheizwert von ca. 950 kcal pro kg gebracht werden. Heizwerte unter 900 kcal pro kg erfordern eine Stützfeuerung mit Zusatzenergie. Heizwerte über 1100 kcal/kg sind ebenfalls kritisch, weil die Verbrennungsleistung wegen ausgeschöpfter Kühlkapazität verringert werden müßte.

Nach der Verbrennung im Ofen durchströmt das heiße Rauchgas die Wärmetauscher im Vorkessel und im Hauptkessel und erzeugt dadurch ca. 8 to pro Stunde Sattdampf bei einem Druck von 28 bar. Anschließend wird das Rauchgas in einem Speisewasservorwärmer auf ca. 240 Grad abgekühlt und dem 3-zügigen Elektrofilter zugeführt. Hier erfolgt eine Staubabscheidung von mehr als 99%. Dem Elektrofilter ist ein 2-stufiger Rauch­ gas-Naßwäscher nachgeschaltet. Der Rauchgaswäscher hat die Aufgabe, die Schadstoffe HCl, HF, Hg und Schwefeldioxyd im Waschwasser aufzufangen und zu binden. Die erste Waschstufe wird sauer mit Ph 1,5 bis 2,0 und ohne Chemikalienzugabe betrieben. Die Waschwasser-Um­ laufmenge beträgt ca 170 Kubikmeter pro Stunde. Sie bewirkt eine Rauchgasabkühlung auf ca. 70 Grad und scheidet Reststäube, Chlorwasserstoff und Schwermetalle ab. In der zweiten Stufe, die mit einer Waschwasser-Umlaufmenge von ca. 270 Kubikmeter pro Stunde betrieben wird, wird der Schwefeldioxidgehalt im Rauchgas von mehr als 2000 mg auf weniger als 50 mg pro Normalkubikmeter abgesenkt und Fluorwasserstoff abgeschieden. Dies erfolgt mit einer Schwefeldioxyd-geregelten Natronlaugezugabe ins Waschwasser. Dabei stellt sich in der Praxis ein Ph-Wert von ca. Ph 7 ein. Das Rauchgas durchströmt eine Füllkörperschicht, die mit ca. 100 Kubikmeter pro Stunde Waschwasser benetzt wird und so den hauptsächlichen Schwefeldioxyd-Waschvorgang realisiert. Am Wäscheraustritt werden die mitgerissenen Wassertropfen mit einem Tröpfchenabscheider zurückgehalten. In beiden Wäscherstufen wird diskontinuierlich Waschwasser abgeschlämmt. Das Abschlämmwasser wird einer Abwasserbehandlungsanlage zugeführt, um die Schwermetalle auszufallen. Dem Rauchgaswäscher ist das Saugzuggebläse nachgeschaltet. Dieses Gebläse zieht das Rauchgas durch den gesamten Rauchgasweg und drückt es in den Rauchgaskamin. Es hält im gesamten System einen Unterdruck von ca. 7 mbar ein und verhindert dadurch Staub- oder Rauchgasaustritte.

In der Regler-Gesamtübersicht nach Fig. 2 und 2a ist mit 30 das übergeordnete Notprogramm des Prozeßrechners bezeichnet. Die im Prozeßrechner enthaltenen, einzelnen Funktionsregler 31, 32, 32a, 33, 34, 34a werden als PC-Regler bezeichnet. Sie werden zum besseren Verständnis gesondert dargestellt. Diese PC-Regler und das Notprogramm sind keine Analogregler. Sie realisieren eine situationsangepaßte Schrittregelung und geben die Sollwerte für die unterlagerten Analogregler 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 vor. Diese spezielle Schrittregelung ist Teil der Erfindung und wurde vorgesehen, um die Fehler und das Schwingungsverhalten von Analogreglern bei den teilweise erheblichen Reaktionszeiten der Meßwerte und bei real auftretenden, kurzzeitigen Meßwertausreißern zu vermeiden. Die Wirkungslinien zwischen Notprogramm-Rechner 30 und PC-Reglern zeigen auf, daß in Notfällen der Rechner 30 die PC-Regler beeinflußt. Die direkten Wirkungslinien vom Rechner 30 zu den Analogreglern zeigen auf, daß bei Notfallen mit hoher Priorität die notwendigen Veränderungen von Schlamm, Gas, Öl, Wasser und Luft direkt umgesetzt werden. Um Temperatur-, Emissions- und Sauerstoff-Schwankungen durch die vorhandenen Einbrüche in der Brennstoff- und Kühlwasserversorgung zu vermeiden und zu bemerken, wurde ein kaskadierter Regelungsaufbau gewählt. Die Vorteile werden in den Regelungsbeispielen geschildert. Diese Kaskadierung wurde zudem eingesetzt, um Stellbefehlvollzugskontrolle zu realisieren.

Die in Fig. 1 dargestellte Sauerstoff-Schlamm-Luftregelung beinhaltet den in der Gesamtübersicht in Fig. 2a dargestellten PC-Regler 34-Schlamm und den PC-Regler 34a-Luft. Die getrennte Darstellung in der Gesamtübersicht wurde wegen der besseren Übersicht gewählt.

Der Schlammregler 34 gibt einen Sollwert vor, der in einem Regler 44 mit dem gemessenen Istwert der Schlammaufgabe verglichen wird. Daraus resultiert eine Impulsgabe auf ein Schütz 45 mit dem die Schlammaufgabe 57 betätigt wird und beschleunigt oder verzögert wird. Die Verstellung der Schlammaufgabe 57 wird durch eine Verknüpfung des Reglers 44 mit einem verstellbaren Sollwert im Rechner 30 begrenzt.

Der Luftregler 34a ist an den Prozeßrechner 30 angeschlossen und gibt den Sollwert für den Analogregler 43 vor. Der Istwert fließt von der Luftmengenmessung ein. Der Anlagregler 43 wirkt auf die Wirbelluftverstellung 56.

Der Prozeßrechner wirkt auch mit einem CO-Regler 33 und einem Regler 32 für NOx und die Wirbelbettemperatur zusammen.

Der CO-Regler 33 geht auf einen Mengenregler 42, oder über die zugeführte Menge an Faulgas die Temperatur steuert. Der CO-Regler 33 überlagert den vorgesehenen Minimalwert. Ferner ist eine unmittelbare Verknüpfung des Prozeßrechners 30 mit dem Mengenregler 42 vorgesehen. Diese Verknüpfung dient der Installation eines Notprogrammes.

Der Mengenregler 42 ist überdies mit einem Zwischenregler 36 für die Wirbelbettemperatur verbunden, der von dem Regler 32 angesteuert wird. Diese Verknüpfung bewirkt die erfindungsgemäß voneinander abhängige Regelung des CO-Gehaltes und des NOx-Gehaltes bzw. der Wirbelbettemperatur.

Der Mengenregler 42 wirkt auf die Gas-Aufgabe 55. Seine Verstellung berücksichtigt zugleich den jeweiligen Gas-Istwert und eine Stellwertbegrenzung. Ferner findet in dem Mengenregler 42 eine Stellbefehlvollzugskontrolle statt.

Der Zwischenregler 36 wirkt nicht nur auf den Mengenregler 42 sondern zugleich auch auf den Mengenregler 41, der über die Ölaufgabe auf die Temperatur einwirkt. Die Ölaufgabe ist mit 54 bezeichnet. In dem Regler 41 findet ein Vergleich des Sollwertes mit dem Istwert statt und wird eine Stellwertbegrenzung berücksichtigt.

Das Notprogramm überlagert im Störfall auch die Temperaturregelung des Reglers 36. Der Regler 36 bildet mit den Reglern 42 und 41 jeweils eine Kaskade mit regelungstechnischen Vorteilen.

Neben der Temperaturregelung über Gasaufgabe und Ölaufgabe ist noch eine Temperaturregelung über eine Wasseraufgabe 53 in das Wirbelbett vorgesehen. Die Wasseraufgabe bewirkt eine sehr effiziente Kühlung. Zur Temperaturregelung dienen zwei Regler 37 und 40, die wiederum eine Kaskade bilden. Der Regler 37 bewirkt zwischen Heizen und Kühlen eine Hysterese, einen Bereich ohne Einwirkung, z. B. einen Bereich von 10 Grad Celsius. Um diesen Betrag kann sich die Temperatur nach einer Verstellung ändern, bevor eine erneute Verstellung erfolgt. Über den Regler 37 wird der Sollwert für den Regler 40 vorgegeben.

Auf den Regler 40 wirken überdies das Notprogramm und ein Regler "Kopftemperatur Wasser" 32 bzw. "Bettemperatur Kühlen 32a". Der Regler 32 gibt im Normalbetrieb eine minimale Stellgröße vor. Im Störungsfall führt das Notprogramm zu einer vollständigen Öffnung und Kühlung des Wirbelbetts. In dem Regler 40 findet ein Vergleich der vorgegebenen Sollwerte mit dem gemessenen Istwert statt. Der Regler 40 wirkt auf die Verstellung der Wassermenge. Zur Einwirkung des Notprogrammes ist eine unmittelbare Verbindung des Reglers 40 mit dem Prozeßrechner 30 vorgesehen.

Anstelle oder neben der Wasseraufgabe ist auch eine Dünnschlammaufgabe möglich. Dazu ist ein Regler 31 vorgesehen, der über einen weiteren Regler 39 auf die Dünnschlammaufgabe 52 wirkt. Die Dünnschlammaufgabe ist etwas schwierig, weil Gefahr besteht, daß der Dünnschlamm die Leitungen zusetzt, wenn die Schlammfließgeschwindigkeit ein bestimmtes Maß unterschreitet.

Der Dünnschlamm hat im Ausführungsbeispiel vorrangig Kühlaufgaben.

Schließlich ist auch eine Sekundärluftaufgabe 51 vorgesehen. Dazu gehört ein Regler 38, der auf die Luftaufgabe 51 wirkt. Die Sekundärluftaufgabe bewirkt eine Kopfkühlung am Wirbelbett und eine CO-Reduzierung.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Abfolge der Schlamm/Luftregelung.

Der Schlammregler 34 der Fig. 2 trägt in Fig. 1 die Bezeichnung 1 und schließt die in Fig. 2 mit 34a bezeichnete Luftregelung ein.

Es sind vier verschiedene Betriebszustände dargestellt:

• a. mit einem Sauerstoffgehalt größer 8%
• b. mit einem Sauerstoffgehalt von 7 bis 8%
• c. mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 6 und 7%
• d. mit einem Sauerstoffgehalte kleiner 6%.

Im Betriebszustand (a) unterscheidet der Regler 3 zwischen einer Luftmenge größer dem vorgegebenen Minimalwert und einer Luftmenge gleich dem Minimalwert. Sofern der Minimalwert überschritten ist, wird der Sollwertluftregler 4 betätigt, der die Luftmenge reduziert. Ein Zeitglied 5 gibt nach einer Verstellung eine Regelungspause von 7 Minuten bis zur nächsten Verstellung vor. Der dann gemessene Wert wird dem Regler 1 wieder zugeführt.

Im Betriebszustand (a) bewirkt eine dem Minimalwert entsprechende Luftmenge eine Verknüpfung mit dem Regler 6 für die Zugabe von Faulgas bzw. den Gas-Mischtopf Dieser Regler 6 ist zugleich in den Betriebszuständen (b)und (c) mit dem Rechner 1 verknüpft. Der Betriebszustand (c) kennzeichnet den Optimalbereich. Der Optimalbereich stellt sich bei einer Gasmenge kleiner 330 Kubikmeter pro Stunde und einer Luftmenge größer 12.000 Kubikmeter pro Stunde und einer Wassermenge kleiner 1 Kubikmeter pro Stunde ein. Die Zustände werden in einem Rechner 2 geprüft. Wenn der Bereich verlassen wird, findet eine Einwirkung auf den Regler 6 statt, wenn dagegen der Bereich eingehalten wird, erfolgt nur eine Information an den Rechner 1.

Im Regler 6 findet eine Abfrage statt, ob die Gasmenge größer oder kleiner als 330 Kubikmeter pro Stunde ist. Es handelt sich um eine Sicherheitsabfrage.

Ist die Gasmenge kleiner, so wird ein Regler 23 für Kühlwasser aktiviert. Dort werden 3 Betriebszustände mit Kühlwassermengenwerten von kleiner 1 Kubikmeter pro Stunde, größer 1,3 Kubikmeter pro Stunde und zwischen 1 und 1,3 Kubikmeter pro Stunde unterschieden. Es handelt sich um eine Kühlwasser-Kapazitätsabfrage.

Bei einem Mengenwert kleiner 1 Kubikmeter pro Stunde entsteht ein Zusammenwirken mit dem Schlammregler 22. Dort findet die Abfrage statt, ob der Istwert ständig kleiner dem Sollwert ist oder der Istwert gleich dem Sollwert ist.

Wenn der Istwert dem Sollwert entspricht, wird ein Regler 21 aktiviert. Dort findet die Abfrage statt, ob die Luftmenge gleich oder größer als der Minimalwert ist. Im Falle einer dem Minimalwert entsprechenden Luftmenge findet eine Rückmeldung an den Rechner 1 statt. Im Falle erhöhter Luftmenge findet eine Sauerstoffreduzierung über einen Regler 20 statt, und zwar solange, bis ein Istwert von 500 Kubikmeter pro Stunde für die Luftmenge erreicht ist.

Sofern der Schlammregler 22 feststellt, daß der Istwert nicht ständig kleiner als der Sollwert ist, wird über einen Regler 19 die Schlammaufgabe um 3% erhöht.

Sofern bei der oben beschriebenen Kapazitätsabfrage ein Kühlwasserzustand mit mehr als 1,3 Kubikmeter pro Stunde festgestellt wird, wird die Brennstoffzugabe 18 erhöht. Brennstoff ist dabei der Schlamm.

Wenn das Ergebnis der Kapazitätsabfrage zwischen 1 und 1,3 Kubikmeter Kühlwasser pro Stunde liegt, wird ein Luftmengenregler 15 aktiviert. Der Luftmengenregler 15 wird auch dann aktiviert, wenn im Regler 6 festgestellt wird, daß die Gasmenge größer als 330 Kubikmeter pro Stunde ist.

Der Luftmengenregler prüft, ob die Luftmenge der vorgesehenen Minimalmenge entspricht oder ob sie größer ist. Im Falle der Minimalmenge findet eine Schlammengenreduzierung über einen Schlammregler 16 statt, bis der Istwert von 0,3 Kubikmetern pro Stunde erreicht ist. Wenn die Luftmenge größer als die vorgesehene Minimalmenge ist, findet eine Feinoptimierung der Lufteinstellung statt. Die Luftmenge wird zurückgenommen, bis der Istwert von 500 Kubikmetern pro Stunde erreicht ist.

Im Betriebszustand (d) findet in einem Gasregler 7 eine Abfrage statt, ob der Gasverbrauch größer oder kleiner als 330 Kubikmeter pro Stunde ist.

Bei einem höheren Gasverbrauch findet eine Schlammrücknahme statt. Der Regler 7 wirkt auf einen Schlammregler 12, der die Schlammzugabe um 3% verringert.

Bei geringerem Gasverbrauch wirkt der Regler 7 auf einen Luftmengenregler 8. Dort findet die Abfrage statt, ob die Luftmenge gleich der maximalen Luftmenge oder kleiner ist. Im Falle eines Erreichens der maximalen Luftmenge initiiert der Luftmengenregler eine Schlammengenreduzierung über den Regler 12. Im anderen Fall findet noch eine Abfrage in einem Kühlwasserregler 9 statt, ob die Kühlwassermenge größer oder kleiner 1,3 Kubikmeter pro Stunde ist. Bei größerem Wert findet eine Schlammengenreduzierung über den Regler 12 statt, bei kleinerem Wert eine Luftmengenerhöhung über einen Luftmengenregler 10. Nach erfolgten Sollwertverstellungen erfolgt der nächste Regelzyklus erst nach Ablauf der Wartezeiten 11, 13 oder 14.

Fig. 3 zeigt im Ausschnitt das Notprogramm in schematischer Darstellung.

Die Darstellung umfaßt Wirbelbettemperaturen mit Betriebszuständen

• e. kleiner 780 Grad Celsius
• f. kleiner 870 Grad Celsius (entspricht Normalzustand und Rücknahme der Maßnahmen e, g, h, i, j)
• g. zwischen 870 und 875 Grad Celsius
• h. zwischen 875 und 880 Grad Celsius
• i. zwischen 880 und 885 Grad Celsius
• j. zwischen 885 und 890 Grad Celsius.

Im Betriebszustand (e) erfolgt bei 63 eine Schlammzugabereduzierung von 10%. Nach 3 min wird der Betriebszustand wieder kontrolliert.

Im Betriebszustand (f) werden die Parameter für Gas/Öl, Wasser-Mischtopf, Luft und Schlamm bei 64 auf Normalgeschwindigkeit/Änderungsgeschwindigkeit gestellt. Der Grenzwert des Gases Qmin wird bei 65 auf den normalen Wert gestellt. Bei 66 findet eine Ausschaltung der Schlammpumpe statt. Schritt 67 stellt die Wartezeit des Schlammreglers auf Normalwert zurück.

Die Schlammregelung wird bei 68 auf Automatik gestellt, wenn der Sauerstoffgehalt größer 6% ist. Bei 69 wird das Notprogramm ausgeschaltet.

Im Betriebszustand (g) wird bei 70 das Notprogramm eingeschaltet und die Änderungsgeschwindigkeit für die Parameter Gas/Öl/Wasser/Luft/Schlamm bei 71 auf schnell gestellt. Der Grenzwert Qmin für Gas wird auf Null gestellt und die Wartezeit der Schlammregelung bei 73 auf 3 min geschaltet.

Im Betriebszustand (h) wird bei 80 die Notkühlung aktiviert und bei 81 die Schlammenge um 12% verringert. Die Wirbelluftmenge wird bei 82 wieder auf Automatik geschaltet, wenn der Sauerstoffgehalt größer 6% ist. Bei 83 wird dann abgefragt, ob die Bettemperatur in dem Betriebszustand (h) ist. Wenn ja, wird die Abfrage wiederholt, wenn nein, wird die Information an den Rechner 61 gegeben.

Im Betriebszustand (i) wird bei 84 die Schlammregelung auf Handregelung umgeschaltet. Bei 86 wird gemeldet, daß ein Störfall vorliegt.

Im Betriebszustand (j) wird bei 85 die Luftmengenregelung auf Handregelung umgeschaltet und wieder bei 86 gemeldet, daß ein Störfall vorliegt.

Nach Fig. 3 ist auch ein Notprogramm für die Einhaltung des notwendigen Sauerstoffgehaltes vorgesehen. Es werden folgende Betriebszustände hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes unterschieden:

• k) größer 6%
• l) 4 bis 5%
• m) 3 bis 4%
• n) 2 bis 3%.

Im Betriebszustand (k) wird bei 87 das Notprogramm ausgeschaltet. Die Schlammregelung wird bei 88 auf Automatik geschaltet, wenn die Bettemperatur kleiner als 870 Grad Celsius ist. Bei 89 wird die Luftmengenregelung auf Automatik geschaltet, falls die Bettemperatur kleiner als 875 Grad Celsius ist.

Im Betriebszustand (i) wird bei 90 das Notprogramm eingeschaltet. Der Sollwert der Schlammenge wird bei 91 um 10% reduziert. Bei 92 wird geprüft, ob der Sauerstoffgehalt dem Betriebszustand (i) entspricht, wenn ja, wird die Abfrage wiederholt, wenn nein, erfolgt eine Information an den Rechner 62.

Im Betriebstand (m) wird bei 93 die Schlammzugabe um weitere 10% reduziert. Bei 94 wird geprüft, ob der Betriebszustand (m) noch gegeben ist, wenn ja, wird die Abfrage wiederholt, wenn nein, erfolgt eine Information an den Rechner 62.

Im Betriebszustand (n) wird die Schlammregelung bei 95 auf Handregelung umgeschaltet und die Schlammzufuhr abgestellt. Die Luftmengenregelung wird bei 96 gleichfalls auf Handregelung umgeschaltet und auf maximale Luftmenge geschaltet. Bei 97 erfolgt eine Meldung, daß der Störungszustand gegeben ist.

Beispiel einfacher Kühlwasserregelung:
Der Regler regelt die Bettemperatur mittels Kühlwasserzugabe. Die Stellung des Kühlwasserregelventils wird überwacht und beträgt z. B. 10% der maximalen Öffnungsweite. Wenn nun wegen eines verstopften Siebes in der Kühlwasserleitung oder wegen eines Druckabfalls kein Kühlwasser mehr vorhanden ist, fährt der Regler erst das Regelventil langsam weiter auf. Daß kein Wasser mehr vorhanden ist, wird erst bemerkt, wenn das Regelventil 100% auf ist und die Stellungsrückmeldung dann "Endlage auf" meldet. Dieser Vorgang dauert je nach Betriebszustand ungefähr 10 bis 30 Minuten. In dieser relativ langen Zeit kann eine kritische Temperatursteigerung eingetreten sein.

Beispiel einer kaskadierten Kühlwasserregelung:
Hierbei wirkt der Bettemperaturregler nicht mehr direkt auf das Kühlwasserregelventil, sondern auf einen nachgeschalteten kaskadierten Regler. Dieser Kaskadenregler bekommt als Regelgröße (Istwert) die Wassermenge. Seine Sollwert-Wassermenge bekommt er von dem Bettemperaturregler. Am Kaskadenregler kann man nun nach wenigen Sekunden Stellzeit einen Sollwert-Istwertvergleich durchführen und somit quasi direkt erkennen, ob noch der gewünschte Durchfluß vorhanden ist oder ob die gewünschten Mengenänderungen vollzogen worden sind. Störungen in der Kühlwasserzufuhr werden deshalb bereits nach wenigen Sekunden erkannt und gemeldet. Das Notprogramm nimmt daraufhin umgehend die Schlammverbrennungsmenge zurück. Ein kritischer Temperaturanstieg wird so bereits im Ansatz verhindert.

Beispiel Regelverhalten einfacher Regler für Kühlwasser:
Der Ofen läuft mit stabilen Temperaturen und verbraucht dazu eine gleichbleibende Wassermenge von 300 Litern pro Stunde. Wenn nun der Wasserdruck bei häufigen Druckschwankungen sinkt oder ganz zusammenbricht, fällt die Wassermenge ab. Der einfache Regler bemerkt das nicht, weil seine einzige Prozeßinformation die Wirbelbettemperatur ist. Erst, wenn die Bettemperatur steigt, kann der Regler die Wassermenge nachfahren. Die Temperaturmessung des Wirbelbettes ist aber träge und registriert den Temperaturanstieg erst mit mehreren Minuten Verzögerung. Der Regler bekommt die Information zu spät und kann nicht rechtzeitig entgegenwirken.

Beispiel Regelverhalten kaskadierter Regler mit Kühlwasser:
Der PC-Regler gibt dem kaskadierten Regler bei stabilen Temperaturen einen Mengensollwert von 300 Litern pro Stunde vor. Der Kaskadenregler hält den Mengen-Istwert von 300 Litern pro Stunde ein.

Wenn nun der Wasserdruck und damit die Menge abfällt, so fährt der Kaskadenregler sofort das Regelventil auf, um die Wassermenge auf 300 Litern zu halten.

Beispiel Ofenunterdruck:
Die Fahrweise des Ofens muß im Ausführungsbeispiel so sein, daß der frequenzgeregelte Saugzug den Ofenunterdruck von ca. minus 7 mbar sicher einhalten kann, da es sonst zu einer Verriegelungs-Abschaltung bei einem Anstieg auf minus 1 mbar kommt. Es könnte nun so viel Brennstoff zugegeben werden, daß z. B. minus 4 mbar eingehalten werden. In der Praxis reicht dieser Abstand aber nicht aus, um bei schwankendem Betrieb die Abschaltung zu verhindern. Das ist weitgehend auf die Trägheit der Ofenunterdruckmessung zurückzuführen. Die logische Voraussetzung für einen Druckanstieg ist gegeben, wenn das frequenzgeregelte Saugzuggebläse sein Frequenz nicht mehr steigern kann.

Bei Erreichen der Höchstfrequenz wird die Schlammenge so weit zurückgenommen, daß die Höchstfrequenz nur kurz überschritten wird. Bei Unterschreitung der Höchstfrequenz wird die Schlammenge wieder leicht erhöht. Dadurch wird stets eine maximale Saugzugleistung eingehalten und wird ein Anstieg des Ofendruckes vermieden.

Beispiel Temperaturregelung:
Hier wird das Regelungsprinzip wie beim Ofendruck angewendet. Im Kühlbetrieb kann die Temperatur nicht ansteigen, wenn die Schlammenge bei Erreichen der maximal zur Verfügung stehenden Kühlwassermenge zurückgenommen wird. Auch in diesem Fall wird ständig am Limit der Kühlkapazität gefahren und dennoch der Eintritt kritischer Temperaturen verhindert.

Für den Heizbetrieb wird ebenfalls das gleiche Regelungsprinzip verwendet. Die Verbrennungsmenge wird grundsätzlich so weit erhöht, bis ein Vor-Grenzwert eine weitere Erhöhung limitiert. Der PC-Regler berücksichtigt dabei alle limitierten Größen wie z. B. Sauerstoffüberschuß, maximale und minimale Temperatur-Grenzwerte und den Ofendruck.

Claims (37)

1. Wirbelschichtanlage, insbesondere mit stationär und atmosphärisch betriebenem Wirbelbett, insbesondere für selbstgängig brennenden Schlamm oder nicht selbstgängig, aber mit Stützfeuer brennenden Schlamm, wobei der Sauerstoffgehalt im Wirbelbett und die Kühlmittel sowie die zugeführte Schlammenge und das Stützfeuer überwacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Wirbelschicht unabhängig von der Brenncharakteristik des Schlammes mindestens nach dem Sauerstoffgehalt im Ofen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Regelung nach der Temperatur.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Regelung nach gleitender Bettemperatur.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Regelung nach dem Ofendruck.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Regelung nach der Heiz- und/oder Kühlkapazität

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gekennzeichnet durch eine Stellbefehlvollzugskontrolle.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Regelung nach CO-Gehalt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen unteren Grenzwert von 6 Vol% für den Sauerstoffgehalt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Einhaltung einer Reaktionszeit zwischen einem Regeleingriff und der nachfolgenden Messung und/oder eine schrittweise Regelung und/oder eine Meßwertverzögerung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Einhaltung einer Reaktionszeit von 8 bis 15 min.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Regelung nach dem NOx-Gehalt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Grenzwertüberwachung des pH-Wertes des Rauchgases und/oder der Schlacke und/oder

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler für Schlamm und Luft die Meßwerte aller limitierenden Größen auswerten und dann die Schlammzugabe bis zum Erreichen des jeweils limitierenden Grenzwertes fahren.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Gleittemperaturregelung für eine Fahrt im Teillastbereich.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Absenkung der Bettemperatur.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch

• a) eine Plausibilitätsüberwachung bei der Bettemperatur und Kopftemperatur und/oder
• b) eine Plausibilitätsüberwachung des Kohlenmonoxydgehaltes und des Stickoxidgehaltes im Rauchgas
• c) eine Plausibilitätsüberwachung des Sauerstoffüberschusses und der Brennstoffinengen anhand von Meßwerten und/oder Rechenwerten.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch

• a) die Überwachung des Sauerstoffgehaltes als Minimalwert und/oder Maximalwert und/oder als Momentanwert dauernd oder in Zeitabständen und/oder als Mittelwert eines Zeitraumes und/oder
• b) die Überwachung des Schwefeldioxyds als Maximalwert als Momentanwert dauernd oder in Zeitabständen und/oder als Mittelwert eines Zeitraumes und/oder
• c) die Überwachung des pH-Wertes als Minimalwert und/oder Maximalwert als Momentanwert dauernd und/oder in Zeitabständen und/oder als Mittelwert eines Zeitraumes und/oder
• d) die Überwachung der Kühl- und Heizmittel als Minimalwert und/oder Maximalwert als Momentanwert dauernd und/oder in Zeitabständen und/oder als Mittelwert eines Zeitraumes und/oder
• e) die Überwachung der Temperaturwerte und/oder weiterer Emissionswerte als Momentanwerte dauernd oder in Zeitabständen und/oder als Mittelwerte und/oder als Grenzwerte.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße die Bettemperatur oder die Kopftemperatur verwendet wird und eine Störung gemeldet wird, wenn eine der anderen Temperaturen einen höheren Wert besitzt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionswerte von Kohlenmonoxyd und Stickoxid gemeinsam gemessen werden und eine Störung gemeldet wird, wenn die Werte sich anders als gegenläufig entwickeln.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch kaskadierte Regelung.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen Soll-Istwertvergleich während des Regelvorganges.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen kontinuierlichen Vergleich oder einen Vergleich in Zeitintervallen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch den Vergleich von Mittelwerten.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch ein Notprogramm mit höherer Priorität als die normalen Regelungsfunktionen.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch die Überwachung der Gradienten aller Bett- und/oder Kopftemperaturen und/oder des Sauerstoffgehaltes.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß im Notfall die Schlammzugabe und/oder das Stützfeuer zurückgefahren werden und/oder die Kühlung aufgefahren wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch eine Wasser und/oder Dünnschlammaufgabe und/oder eine Luftzugabe gebildet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch frühestmögliche und ininimierte Eingriffe des Notprogrammes in den Wirbelschichtbetrieb.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch progressive Reaktion des Notprogrammes und/oder weichen Übergang des Notprogrammes zur normalen Prozeßführungsfunktion.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, gekennzeichnet durch eine Störmeldung bei Einschaltung des Notprogrammes.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Prozeßrechners.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, gekennzeichnet durch ein Stützfeuer aus Faulgas.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, gekennzeichnet durch eine Fahrweise mit geringerem Faulschlammanteil.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, gekennzeichnet durch permanenten Vollastbetrieb.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, gekennzeichnet durch Doppelregler und/oder Einzelregler.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, gekennzeichnet durch Regelung der Kopf-Temperatur mit einem Regler Bettemperatur-kühlen.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, gekennzeichnet durch den Einsatz mehrerer Meßstellen.