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WO2010054770A1 - Verfahren zur steuerung einer kombinierten industrieanlage - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer kombinierten industrieanlage Download PDF

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Publication number
WO2010054770A1
WO2010054770A1 PCT/EP2009/007877 EP2009007877W WO2010054770A1 WO 2010054770 A1 WO2010054770 A1 WO 2010054770A1 EP 2009007877 W EP2009007877 W EP 2009007877W WO 2010054770 A1 WO2010054770 A1 WO 2010054770A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stream
matter
amount
conditioning
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/007877
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Kiener
Uwe Papenfuss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2010054770A1 publication Critical patent/WO2010054770A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/048—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • material flow means here a substantially continuous flow of solid particulate, liquid and / or gaseous matter, in the simplest case a gas flow.
  • An example of such a “combined industrial plant” is a steel mill which also includes a recovery system for recovering energy from the exhaust gases of the various steelmaking production units.
  • the energy generated in such a combined plant is usually at least partially delivered directly to consumers in the steelworks itself or in adjacent facilities.
  • the output product of the utilization unit and thus the quantity and quality of the total electricity to be utilized are predetermined by the energy requirements of these consumers.
  • the "quality” is determined by one or more quality parameters, for example the calorific value and / or the Wobbe index.
  • predetermined is meant not only a single set point, but also a corresponding quantitative corridor. In the context of the invention, this predetermination is considered given; Within the framework of these boundary conditions, the total flow should be adapted to the recovery system.
  • the "first production system” may comprise a single production unit (for example, a single steel converter) or consist of a plurality of production units of a different or the same type (for example, two or more steel converters). It provides a total of a "first, variable matter flow", for example, a combustible exhaust gas. "Variable” is understood here to be a temporal fluctuation of the mass flow, which regularly has no strict periodicity, but also no completely chaotic character.
  • the "buffer system” serves to compensate for such fluctuations and can be formed either by a single buffer unit for the entire first material flow or by a plurality of buffer units for partial streams of the first material flow. Examples of buffer units are, for example, gasometers, other pressure vessels or large buffer piping systems.
  • Matter streams is the amount that is produced at a given time in the first production system and enters the buffer system.
  • the "exit amount” is taken from the total buffer system and fed to the total flow.
  • the "second production system” may also comprise a single production unit (for example a single blast furnace) or consist of a plurality of production units of a different or the same type.
  • a single production unit for example a single blast furnace
  • it may have a blast furnace that emits blast furnace gas and a coking plant that extracts a so-called “rich gas” with a high specific volumetric calorific value, the total of these two flammable gases forming the "second stream of matter.”
  • stationary " that is to say it is not subject to any appreciable fluctuations in volume compared to the first matter flow in the period under consideration.
  • Each of the "production systems" and / or each of the production units that compose them may have one or more buffer units for the corresponding matter stream or one of its substreams. Likewise, it may be provided in one or more Notvernichtungs wornen for the corresponding matter flow or its partial streams.
  • the "recovery system” consists of a utilization unit or a plurality of identical or different utilization units, all of which generate a common useful product from the total flow, for example energy.
  • a recovery unit may consist of a gas turbine power plant or a steam generator.
  • the beneficial product is usually time-varying to produce according to the specification of a production plan; This determines the quantity and quality of the total electricity to be used.
  • a "conditioning stream" from a controllable source is added. For example, this can come from several sub-streams from a corresponding number of sub-sources.
  • nitrogen can be added to increase the mass flow and influence the viscosity without adding a higher calorific value and / or other natural gas or other predominantly composed of light hydrocarbons or other organic compounds to increase the calorific value.
  • the conditioning current usually comes from an external source and should therefore be as low as possible over time. Conversely, if possible, the
  • Entity of the available first and second matter flow are introduced into the recovery system, otherwise uneconomic, costly or even environmentally harmful relief measures must be taken for disposal, such as an emergency destruction by flaring. This is only possible to a limited extent with the known buffer systems.
  • the invention is therefore based on the object to design a method of the type mentioned above so that it allows a particularly economical operation of the combined industrial plant.
  • This object is achieved in that a prognosis is made about the future time profile of the entry quantity of the first material flow and the conditioning flow is set as a function of this prognosis.
  • the conditioning current can be adapted at an early stage to expected fluctuations in the inlet quantity of the first material stream.
  • the data for the prognosis can come from any source, in particular from the operational planning of the first production system, from empirical values from the previous operation of the first production system or also from manual inputs by the operating personnel.
  • the forecasting method of the patent claims is filed simultaneously
  • Patent application EP 08019906.0 applied, in particular, if there is no reliable operational planning and thus present no forward-looking data for the first matter flow.
  • the conditioning current is controlled to be expected
  • the output amount of the first matter flow can already be increased before an expected peak of the entry quantity occurs.
  • the conditioning current is throttled accordingly, the impact on the upper level limit of the buffer system is prevented.
  • the level fluctuations in the buffer system are kept much lower than in conventional buffering. Due to the continuous smoothing of the filling level curve in the buffer system, it is sometimes sufficient to use a buffer system of lower capacity and thus to reduce the investment costs of the system.
  • the method according to the invention offers particularly great advantages in cases where the first production system has at least two production units which are not operated synchronously. Due to the predictive control, synergy effects can be generated and used in the context of such an asynchrony.
  • the conditioning current is reduced in advance if the prognosis results in an increase in the amount of entry of the first matter stream. At the same time, a larger amount of the first material stream is removed from the buffer system. This avoids peak values in the buffer filling, which can lead to undesirable emergency destruction.
  • the conditioning current is increased in advance if the forecast results in a decrease in the amount of entry of the first matter stream.
  • the forecast results in a decrease in the amount of entry of the first matter stream.
  • the quality of the total current is preferably determined by the calorific value and / or the Wobbe index, in particular exclusively by these two parameters or by one of these two parameters.
  • the total flow with a predetermined calorific value and / or with a predetermined Wobbe index is supplied to the recovery system.
  • the invention also relates to a computer program according to claim 6, a computer program product according to claim 7 and a computer-readable data carrier medium according to claim 8.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a combined industrial plant, which is controlled by the method according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment
  • the combined industrial plant according to FIG. 1 has a first production system 100, a second production system 200, two storage containers 310, 320 for two partial streams 311, 321 of a conditioning stream and a utilization unit 400 on.
  • both production systems 100, 200 each include two production units 110, 120, 210, 220.
  • Each production unit 110, 120, 210, 220 may include a buffer unit each consisting of a gas pressure vessel 111, 121, 211, 221 (this may be e.g. Also be a piping system) with a torch 1 12, 122, 212, 222 as Notvernichtungsaku.
  • the gas pressure vessels 211, 221, 231 may also be omitted.
  • the "buffer system" of the first production system 100 may be formed by the two gas pressure vessels 11 1 and 121 alone, by the common gasometer 131 or by a combination of these components.
  • the two production units 110, 120 of the first production system 100 each contain a steel converter 113, 123, each of which supplies a substream 114, 124 of combustible converter gas as a waste product.
  • the sum of these two substreams 114, 124 forms the entry quantity of a "first matter stream" into the buffer system 111, 121, 131.
  • the first material stream of converter gas Downstream of the buffer system 111, 121, 131, the first material stream of converter gas is in an exit amount (through line 130) from the first Production system 100 taken.
  • the converter gas 114, 124 and thus the first material flow 130 accumulate in a variable amount.
  • the two production units 210, 220 of the second production system 200 include a blast furnace 213 and a coking plant 223.
  • the blast furnace 213 supplies a blast furnace gas 214 as a first substream of a stationary "second material flow" 230; the coking plant 223 generates a so-called "rich gas” with a high calorific value as a second partial stream of the second material stream 230.
  • the first and second streams of matter 130, 230 are interconnected and with a controllable natural gas stream 311 and a controllable inert gas, z. B. a nitrogen stream 321 and finally form a total flow.
  • These two partial streams come from external, ie outside the combined industrial plant lying, sources which feed the two storage containers 310, 320.
  • the entirety of the two partial streams 311, 312 forms the "conditioning stream".
  • the utilization unit 400 is formed in the example by a gas turbine power plant and a steam generating plant. It generates energy 410 needed within and / or outside the combined industrial plant. The total amount of this energy varies, but is determined at any time by the one given energy demand. Thus, there is a specification for a certain amount and quality, ie the calorific value, the viscosity, the Wobbe index etc., of the total flow 350. The partial flows 311, 321 of the conditioning flow are adjusted so that this specification is achieved. By suitable addition of natural gas or nitrogen, the amount and simultaneously the calorific value of the total flow 350 is increased or decreased and at the same time set plant-specific parameters such as the ratio of gas viscosity and calorific value.
  • partial forecasts for the partial streams 114, 124 are now created, which form the first material stream. This results in a predicted future course of the entry quantity of the first matter stream.
  • the partial flows 311, 321, the discharge amount 130 and the metered addition of the second matter stream 230 are regulated in a forward-looking manner.
  • the current level of the buffer system 131, 111, 121 also enters this regulation.
  • the buffer system 131, 111, 121 is filled by selectively mixing the streams 130, 230, 311 and 321. Conversely, if prognosis predicts an imminent increase of 114 or 124, the buffer system 131, 111, 121 will be emptied with equally targeted blending of 130, 230, 31 1, and 321.
  • the forecast leaves an increase in the entry volume of the first
  • the partial streams 311, 312 of the conditioning current can be reduced early, both when the buffer system 11 1, 121 already has a relatively low level - this natural gas and / or nitrogen is immediately saved - and at a relatively high level - In this case, the unwanted flaring (112, 122) of converter gas in the near future is prevented or at least reduced.
  • the forward-looking information on the streams 1 14 and 124 also allows for economical mixing of low calorie, low viscosity converter gases, high calorific, low viscosity blast furnace gases, high calorie, high viscous coke oven gas with the conditioning agents nitrogen (noncaloric, low viscosity) and natural gas (high calorific, low viscosity).
  • the invention can save up to 10% of the torch losses and up to 10% of the conditioning amount.
  • the embodiment of Figure 2 also relates to a steel mill.
  • Four steel converters 1, 2, 3, 4 generate an exhaust gas 5 containing carbon monoxide which is the "first matter stream". This is introduced into a buffer system consisting of a single gasometer 6. Gasometer 6 and steel converters 1, 2, 3, 4 form the "first production system”. Not shown in the drawing are the production units of a "second production system” which provides a second matter flow 7 which is substantially constant.
  • the gasometer 6, a mixed fuel gas stream 8 is removed. Excess fuel gas can be destroyed by means of a torch 9. Via line 10, a conditioning stream of natural gas and nitrogen is added analogously to the first embodiment. The second matter stream 7 is mixed in the gas stream before the gas conditioning 10. The total flow 11 thus formed is fed to a utilization unit 12, a power plant, and utilized by means of combustion. The power plant 12 generates electrical energy 13 that is delivered to an energy network 14.
  • the combined industrial plant 50 includes the first production system 1, 2, 3, 4, 6, the second production system (not shown), and the power plant 12.
  • An air separation plant 16 is driven by means of electrical energy 15 from the energy network 14. Among other things, it supplies gaseous oxygen (GOX) 17, which is introduced directly via line 18 into a GOX buffer system 19 of the steelworks, which consists of pressure vessels and pipelines and supplies the steel converters 1 to 4 with oxygen via line 20.
  • gaseous oxygen (GOX) 17 which is introduced directly via line 18 into a GOX buffer system 19 of the steelworks, which consists of pressure vessels and pipelines and supplies the steel converters 1 to 4 with oxygen via line 20.
  • GOX gaseous oxygen
  • the amount of oxygen delivered to the GOX buffer system can be regulated independently of the current GOX production rate of the air separation plant 16 by blowing off oxygen via line 21; conversely, oxygen may additionally be evaporated from a liquid tank 23 and added via line 24 to the GOX stream in line 18.
  • the liquid tank 23 is preferably filled with liquid oxygen 22, which is recovered in the air separation plant 16.
  • partial forecasts for the partial streams of the first material stream 5 are now created. This results in a predicted future course of the entry quantity of the first matter stream. Depending on this prognosis, the composition and amount of the conditioning stream 10 are adjusted. This regulation works analogously to that of the exemplary embodiment of FIG. 1.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Steuerung einer kombinierten Industrieanlage, die ein erstes Produktionssystem (100) für einen ersten, variablen Materiestrom (130), ein zweites Produktionssystem (200) für einen zweiten, stationären Materiestrom (230), eine regelbare Quelle für einen Konditionierungsstrom (310, 320) und ein Verwertungssystem (400) aufweist. Der erste und der zweite Materiestrom (130, 230) und der Konditionierungsstrom (311, 321) werden zu einem Gesamtstrom (350) vermischt. Der Gesamtstrom (350) wird in einer vorbestimmten Menge und Qualität dem Verwertungssystem (400) zugeführt. Das erste Produktionssystem weist ein Puffersystem (111, 121, 131) auf. Der erste Materiestrom wird mit einer Eintrittsmenge (114, 124) in das Puffersystem (111, 121, 131) eingeleitet und mit einer Austrittsmenge aus dem Puffersystem entnommen. Eine Prognose über den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms (114, 124) wird erstellt. Der Konditionierungsstrom (311, 321) und die Austrittsmenge des ersten Materiestroms aus dem Puffersystem werden in Abhängigkeit von dieser Prognose eingestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Steuerung einer kombinierten Industrieanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus US 4,473,537 bekannt.
Unter "Materiestrom", "Konditionierungsstrom" und "Gesamtstrom" wird hier ein im Wesentlichen kontinuierlicher Strom von fester stückiger, flüssiger und/oder gasförmiger Materie verstanden, im einfachsten Fall ein Gasstrom.
Ein Beispiel für eine solche "kombinierte Industrieanlage" stellt ein Stahlwerk dar, das auch ein Verwertungssystem zur Gewinnung von Energie aus den Abgasen der verschiedenen Produktionseinheiten der Stahlherstellung umfasst. Die in einer derartigen kombinierten Anlage erzeugte Energie wird in der Regel mindestens zum Teil direkt an Verbraucher im Stahlwerk selbst oder in benachbarten Anlagen abgegeben. Das Ausgangsprodukt der Verwertungseinheit und damit die Menge und Qualität des zu verwertenden Gesamtstroms sind durch den Energiebedarf dieser Verbraucher vorbestimmt. Die "Qualität" wird durch einen oder mehrere Qualitätsparameter bestimmt, zum Beispiel den Heizwert und/oder den Wobbe-Index. Unter "vorbestimmt" wird hier nicht nur ein einzelner Sollwert verstanden, sondern auch ein entsprechender quantitativer Korridor. Im Rahmen der Erfindung wird diese Vorbestimmung als gegeben betrachtet; im Rahmen dieser Randbedingungen soll der Gesamtstrom zum Verwertungssystem angepasst werden.
Das "erste Produktionssystem" kann eine einzige Produktionseinheit aufweisen (zum Beispiel einen einzelnen Stahlkonverter) oder aus einer Mehrzahl von Produktionseinheiten eines unterschiedlichen oder gleichen Typs bestehen (zum Beispiel aus zwei oder mehr Stahlkonvertern). Es liefert insgesamt einen "ersten, variablen Materiestrom", beispielsweise eines brennbaren Abgases. Unter "variabel" wird hier eine zeitliche Schwankung des Mengenstroms verstanden, die regelmäßig keine strenge Periodizität, aber auch keinen vollständig chaotischen Charakter aufweist. Das "Puffersystem" dient zum Ausgleich derartiger Schwankungen und kann entweder durch eine einzige Puffereinheit für den gesamten ersten Materiestrom oder durch eine Mehrzahl von Puffereinheiten für Teilströme des ersten Materiestroms gebildet werden. Beispiele für Puffereinheiten sind zum Beispiel Gasometer, andere Druckbehälter oder große Rohrleitungssysteme mit Pufferwirkung. Die "Eintrittsmenge" des ersten
Materiestroms bezeichnet die Menge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt insgesamt im ersten Produktionssystem hergestellt wird und in das Puffersystem eintritt. Die "Austrittsmenge" wird insgesamt aus dem Puffersystem entnommen und dem Gesamtstrom zugeführt.
Das "zweite Produktionssystem" kann ebenfalls eine einzige Produktionseinheit aufweisen (zum Beispiel einen einzelnen Hochofen) oder aus einer Mehrzahl von Produktionseinheiten eines unterschiedlichen oder gleichen Typs bestehen. Es kann zum Beispiel einen Hochofen aufweisen, der Gichtgas abgibt, und eine Kokerei, aus der ein so genanntes „fettes Gas" mit hohem spezifischen volumetrischen Heizwert abgezogen wird. Die Gesamtheit dieser beiden brennbaren Gase bildet dann den "zweiten Materiestrom". Dieser ist "stationär", das heißt er unterliegt im Vergleich zum ersten Materiestrom im zu betrachtenden Zeitraum keinen nennenswerten Mengenschwankungen.
Jedes der "Produktionssysteme" und/oder jede der Produktionseinheiten, aus denen diese bestehen, kann einen oder mehrere Puffereinheiten für den entsprechenden Materiestrom oder einen seiner Teilströme aufweisen. Ebenso können darin eine oder mehrere Notvernichtungseinrichtungen für den entsprechenden Materiestrom oder dessen Teilströme vorgesehen sein.
Das "Verwertungssystem" besteht aus einer Verwertungseinheit oder einer Mehrzahl gleicher oder verschiedenartiger Verwertungseinheiten, die alle ein gemeinsames nutzbringendes Produkt aus dem Gesamtstrom erzeugen, beispielsweise Energie. Eine Verwertungseinheit kann zum Beispiel aus einem Gasturbinenkraftwerk oder einem Dampferzeuger bestehen. Das nutzbringende Produkt ist der Regel zeitlich variierend nach Vorgabe eines Produktionsplanes zu erzeugen; damit sind Menge und Qualität des zu verwertenden Gesamtstroms vorbestimmt. Um die Schwankungen im ersten Materiestrom auszugleichen, wird ein "Konditionierungsstrom" aus einer regelbaren Quelle hinzugefügt. Dieser kann zum Beispiel aus mehreren Teilströmen aus einer entsprechenden Zahl von Teilquellen stammen. In dem Beispielfall des Stahlwerks kann etwa einerseits Stickstoff zur Erhöhung des Massenstroms und Beeinflussung der Viskosität ohne Zufügung eines höheren Heizwertes und/oder andererseits Erdgas oder andere überwiegend aus leichten Kohlenwasserstoffen oder anderen organischen Verbindungen bestehende Gase zur Erhöhung des Heizwertes hinzugefügt werden.
Die drei Typen von Materieströmen werden zu einem Gesamtstrom zusammengeführt, wobei es im Rahmen der Erfindung auf die Reihenfolge der Vermischung der Ströme oder ihrer Teilströme nicht ankommt.
Der Konditionierungsstrom stammt in der Regel aus einer äußeren Quelle und sollte daher im zeitlichen Mittel möglichst gering sein. Umgekehrt soll möglichst die
Gesamtheit des zur Verfügung stehenden ersten und zweiten Materiestroms in das Verwertungssystem eingeleitet werden, da ansonsten unwirtschaftliche, kostenträchtige oder gar umweltschädliche Hilfsmaßnahmen zur Entsorgung getroffen werden müssen, beispielsweise eine Notvernichtung durch Abfackelung. Dies ist mit den bekannten Puffersystemen nur eingeschränkt möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art so zu gestalten, dass es einen besonders wirtschaftlichen Betrieb der kombinierten Industrieanlage ermöglicht. Insbesondere soll eine möglichst vollständige Einleitung des ersten und zweiten Materiestroms in die Verwertungseinheit und einen besonders geringer Verbrauch an Konditionierungsstrom erreicht werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Prognose über den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms erstellt wird und der Konditionierungsstrom in Abhängigkeit von dieser Prognose eingestellt wird.
Durch die erfindungsgemäße vorausschauende Regelung kann der Konditionierungsstrom frühzeitig an zu erwartende Schwankungen der Eintrittsmenge ersten Materiestroms angepasst werden. Die Daten für die Prognose können aus jeder beliebigen Quelle stammen, insbesondere aus der Betriebsplanung des ersten Produktionssystems, aus Erfahrungswerten aus dem bisherigen Betrieb des ersten Produktionssystems oder auch aus manuellen Eingaben des Bedienungspersonals Vorzugsweise wird die Prognosemethode der Patentansprüche der gleichzeitig eingereichten
Patentanmeldung EP 08019906.0 angewendet, insbesondere wenn keine zuverlässige Betriebsplanung vorliegt und damit keine zukunftsgerichteten Daten für den ersten Materiestrom vorliegen.
Vorzugsweise wird der Konditionierungsstrom so gesteuert, dass zu erwartenden
Füllstandsschwankungen in dem Puffersystem entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann einerseits das Abblasen eines Teils des ersten Materiestroms über Notvernichtungseinrichtungen in vielen Fällen verhindert werden. Andererseits wird im zeitlichen Mittel ein höherer Anteil des ersten Materiestroms als bei konventioneller Pufferung dem Gesamtstrom zugeführt und damit eine entsprechende Menge an Konditionierungsstrom eingespart.
Durch die Information aus der Prognose kann die Austrittsmenge des ersten Materiestroms bereits erhöht werden, bevor eine zu erwartende Spitze der Eintrittsmenge auftritt. Der Konditionierungsstrom wird entsprechend gedrosselt, das Anstoßen an die obere Füllstandsgrenze des Puffersystems wird verhindert. Insgesamt werden die Füllstandsschwankungen im Puffersystem wesentlich geringer gehalten als bei der konventionellen Pufferung. Durch die dauerhafte Glättung des Füllstandsverlaufs im Puffersystem reicht es in manchen Fällen aus, ein Puffersystem geringerer Kapazität einzusetzen und damit die Investitionskosten der Anlage zu vermindern.
Es ist günstig, wenn die Prognose über den zukünftigen Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Massenstroms durch eine Überlagerung von Einzelprognosen für zwei oder mehr Produktionseinheiten zur Herstellung des Materiestroms erstellt wird. In dieser Ausgestaltung bietet das erfindungsgemäße Verfahren besonders große Vorteile in den Fällen, in denen das erste Produktionssystem mindestens zwei Produktionseinheiten aufweist, die nicht synchron betrieben werden. Durch die vorausschauende Regelung können im Rahmen eine solchen Asynchronität Synergieeffekte erzeugt und genutzt werden. Vorzugsweise wird der Konditionierungsstrom im Voraus vermindert, wenn die Prognose einen Anstieg der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms ergibt. Gleichzeitig wird eine größere Menge des ersten Materiestroms aus dem Puffersystem entnommen. Damit werden Spitzenwerte in der Pufferbefüllung vermieden, die zu einer unerwünschten Notvernichtung führen können.
Umgekehrt wird der Konditionierungsstrom im Voraus erhöht, wenn die Prognose eine Verringerung der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms ergibt. Somit muss nur eine geringere Austrittsmenge aus dem Puffer entnommen werden und der Vorrat im Puffersystem wird länger gespeichert. Dadurch kann der Fluss im Konditionierungsstrom vergleichmäßigt und eine Spitzenwertüberschreitung vermieden werden.
Die Qualität des Gesamtstroms wird vorzugsweise durch den Heizwert und/oder den Wobbe-Index bestimmt, insbesondere ausschließlich durch diese beiden Parameter oder durch einen dieser beiden Parameter. Somit wird der Gesamtstrom mit einem vorbestimmten Heizwert und/oder mit einem vorbestimmten Wobbe-Index dem Verwertungssystem zugeführt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm gemäß dem Patentanspruch 6, ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Patentanspruch 7 und ein computerlesbares Datenträgermedium gemäß dem Patentanspruch 8.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Industrieanlage, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert wird und
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Die kombinierte Industrieanlage gemäß Figur 1 weist ein erstes Produktionssystem 100, ein zweites Produktionssystem 200, zwei Speicherbehälter 310, 320 für zwei Teilströme 311 , 321 eines Konditionierungsstroms und eine Verwertungseinheit 400 auf. In dem Beispiel enthalten beide Produktionssysteme 100, 200 jeweils zwei Produktionseinheiten 110, 120, 210, 220. Jede Produktionseinheit 110, 120, 210, 220 kann eine Puffereinheit jeweils bestehend aus einem Gasdruckbehälter 111 , 121 , 211 , 221 (dies kann z. B. auch ein Rohrleitungssystem sein) mit einer Fackel 1 12, 122, 212, 222 als Notvernichtungseinheit aufweisen. Die aus den Produktionseinheiten beziehungsweise deren Puffereinheiten entnommenen Ströme münden in einen gemeinsamen Gaspufferbehälter variabler Speichermenge 131 beziehungsweise 231 (volumenvariabler Gasometer oder druckvariabler Gasdruckbehälter); diese sind jeweils mit einem Fackelsystem 132, 232 als Notvernichtungseinheit ausgerüstet. Im Falle der Einheiten 210 und 211 können die Gasdruckbehälter 211 , 221 , 231 auch weggelassen werden. Das "Puffersystem" des ersten Produktionssystems 100 kann durch die beiden Gasdruckbehälter 11 1 und 121 alleine, durch den gemeinsamen Gasometer 131 oder durch einen Kombination dieser Komponenten gebildet werden.
Die beiden Produktionseinheiten 110, 120 des ersten Produktionssystems 100 enthalten jeweils einen Stahlkonverter 113, 123, der je einen Teilstrom 114, 124 von brennbarem Konvertergas als Abfallprodukt liefert. Die Summe dieser beiden Teilströme 114, 124 bilden die Eintrittsmenge eines "ersten Materiestroms" in das Puffersystem 111 , 121 , 131. Stromabwärts des Puffersystems 111 , 121 , 131 wird der erste Materiestrom aus Konvertergas in einer Austrittsmenge (durch Leitung 130) aus dem ersten Produktionssystem 100 entnommen. Im Rahmen der Betriebszyklen der Konverter fällt das Konvertergas 114, 124 und damit der erste Materiestrom 130 in variabler Menge an.
Die beiden Produktionseinheiten 210, 220 des zweiten Produktionssystems 200 enthalten einen Hochofen 213 beziehungsweise eine Kokerei 223. Der Hochofen 213 liefert ein Gichtgas 214 als ersten Teilstrom eines stationären "zweiten Materiestroms" 230; die Kokerei 223 erzeugt ein so genanntes "fettes Gas" mit hohem Heizwert als zweiten Teilstrom des zweiten Materiestroms 230.
Der erste und der zweite Materiestrom 130, 230 werden untereinander und mit einem regelbaren Erdgasstrom 311 sowie einem regelbaren Inertgasstrom, z. B. einem Stickstoffstrom 321 vermischt und bilden schließlich einen Gesamtstrom. Diese beiden Teilströme stammen aus externen, also außerhalb der kombinierten Industrieanlage liegenden, Quellen, welche die beiden Speicherbehälter 310, 320 speisen. Die Gesamtheit der beiden Teilströme 311 , 312 bildet den "Konditionierungsstrom".
Die Verwertungseinheit 400 wird in dem Beispiel durch ein Gasturbinenkraftwerk und eine Dampferzeugungsanlage gebildet. Sie erzeugt Energie 410, die innerhalb der und/oder außerhalb der kombinierten Industrieanlage benötigt wird. Die Gesamtmenge dieser Energie variiert, ist aber zu jedem Zeitpunkt durch den einen vorgegebenen Energiebedarf festgelegt. Damit besteht eine Vorgabe für eine bestimmte Menge und Qualität, also den Heizwert, die Viskosität, den Wobbe-Index etc., des Gesamtstroms 350. Die Teilströme 311 , 321 des Konditionierungsstrom werden so eingestellt, dass diese Vorgabe erreicht wird. Durch geeignete Zumischung von Erdgas bzw. Stickstoff wird die Menge und gleichzeitig der Heizwert des Gesamtstroms 350 erhöht bzw. verringert und gleichzeitig kraftwerksspezifische Parameter wie das Verhältnis von Gasviskosität und Heizwert eingestellt.
Im Rahmen der Erfindung werden nun Teilprognosen für die Teilströme 114, 124 erstellt, die den ersten Materiestroms bilden. Hieraus ergibt sich ein prognostizierter zukünftiger Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms. In Abhängigkeit von dieser Prognose werden die Teilströme 311 , 321 , die Austrittsmenge 130 sowie die Zudosierung des zweiten Materiestroms 230 vorausschauend geregelt. Wie bei konventionellen Verfahren geht in diese Regelung auch der aktuelle Füllstand des Puffersystems 131 , 111 , 121 ein.
Wenn die Prognose einen baldigen Rückgang der Ströme 114 oder 124 vorhersagt, wird das Puffersystem 131 , 111 , 121 gefüllt, indem die Ströme 130, 230, 311 und 321 gezielt abgemischt werden. Umgekehrt wird, wenn Prognose ein baldiges Ansteigen von 114 oder 124 vorhersagt, das Puffersystem 131 , 111 , 121 bei ebenso gezielter Abmischung von 130, 230, 31 1 und 321 entleert.
Lässt die Prognose zum Beispiel einen Anstieg der Eintrittsmenge des ersten
Materiestroms erwarten, können die Teilströme 311 , 312 des Konditionierungsstroms frühzeitig vermindert werden, und zwar sowohl dann, wenn das Puffersystem 11 1 , 121 schon einen relativ niedrigen Füllstand aufweist - hierbei wird sofort Erdgas und/oder Stickstoff eingespart - als auch bei relativ hohem Füllstand - dabei wird das unerwünschte Abfackeln (112, 122) von Konvertergas in naher Zukunft verhindert oder zumindest verringert. Die zukunftsgerichtete Information über die Ströme 1 14 und 124 lässt auch ein wirtschaftliches Abmischen der niederkalorischen, niederviskosen Konvertergase, der höherkalorischen, niederviskosen Hochofengase, der hochkalorischen, hochviskosen Kokereigase mit den Konditionierungsmitteln Stickstoff (unkalorisch, niederviskos) und Erdgas (hochkalorisch, niederviskos) zu.
Mit einem Prognosesystem, das den Konverterbetrieb über etwa zwei Zyklen im Voraus abdeckt, können mit Hilfe der Erfindung bis zu 10 % der Fackelverluste und bis zu 10 % der Konditionierungsmenge eingespart werden.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 bezieht sich ebenfalls auf ein Stahlwerk. Vier Stahlkonverter 1 , 2, 3, 4 erzeugen ein Abgas 5, das Kohlenmonoxid enthält und den "ersten Materiestrom" darstellt. Dieser wird in ein Puffersystem eingeleitet, das aus einem einzelnen Gasometer 6 besteht. Gasometer 6 und Stahlkonverter 1 , 2, 3, 4 bilden das "erste Produktionssystem". In der Zeichnung nicht dargestellt sind die Produktionseinheiten eines "zweiten Produktionssystems", das einen zweiten Materiestrom 7 liefert, der im Wesentlichen konstant ist.
Dem Gasometer 6 wird ein gemischter Brenngasstrom 8 entnommen. Überschüssiges Brenngas kann mittels einer Fackel 9 vernichtet werden. Über Leitung 10 wird analog zum ersten Ausführungsbeispiel ein Konditionierungsstrom aus Erdgas und Stickstoff hinzugefügt. Der zweite Materiestrom 7 wird vor der Gaskonditionierung 10 in den Gasstrom eingemischt. Der damit gebildete Gesamtstrom 11 wird einer Verwertungseinheit 12, einem Kraftwerk, zugeführt und mittels Verbrennung verwertet. Das Kraftwerk 12 erzeugt elektrische Energie 13, die an ein Energienetzwerk 14 abgegeben wird.
Die kombinierte Industrieanlage 50 umfasst das erste Produktionssystem 1 , 2, 3, 4, 6, das zweite Produktionssystem (nicht dargestellt) und das Kraftwerk 12.
Eine Luftzerlegungsanlage 16 wird mittels elektrischer Energie 15 aus dem Energienetzwerk 14 angetrieben. Sie liefert unter anderem gasförmigen Sauerstoff (GOX - gaseous oxygen) 17, der direkt über Leitung 18 in ein GOX-Puffersystem 19 des Stahlwerks eingeleitet wird, das aus Druckbehältern und Rohrleitungen besteht und über Leitung 20 die Stahlkonverter 1 bis 4 mit Sauerstoff versorgt. Selbstverständlich können weitere Einheiten der kombinierten Anlage aus dem GOX- Puffersystem mit Sauerstoff beschickt werden, beispielsweise die Produktionseinheiten des nicht dargestellten zweiten Produktionssystems. Die an das GOX-Puffersystem abgegebene Sauerstoffmenge kann unabhängig von der momentanen GOX- Produktionsmenge der Luftzerlegungsanlage 16 reguliert werden, indem über Leitung 21 Sauerstoff abgeblasen wird; umgekehrt kann zusätzlich Sauerstoff aus einem Flüssigtank 23 verdampft und über Leitung 24 dem GOX-Strom in Leitung 18 hinzugefügt werden. Der Flüssigtank 23 wird vorzugsweise mit flüssigem Sauerstoff 22 gefüllt, der in der Luftzerlegungsanlage 16 gewonnen wird.
Im Rahmen der Erfindung werden nun Teilprognosen für die Teilströme des ersten Materiestroms 5 erstellt. Hieraus ergibt sich ein prognostizierter zukünftiger Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms. In Abhängigkeit von dieser Prognose werden die Zusammensetzung und die Menge des Konditionierungsstroms 10 eingestellt geregelt. Diese Regelung funktioniert analog zu derjenigen des Ausführungsbeispiels der Figur 1.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer kombinierten Industrieanlage, die ein erstes Produktionssystem (100) für einen ersten, variablen Materiestrom (130), ein zweites Produktionssystem (200) für einen zweiten, stationären Materiestrom (230), eine regelbare Quelle für einen Konditionierungsstrom (310, 320) und ein
Verwertungssystem (400) aufweist, wobei der erste und der zweite Materiestrom (130, 230) und der Konditionierungsstrom (311 , 321) zu einem Gesamtstrom (350) vermischt werden und der Gesamtstrom (350) in einer vorbestimmten Menge und Qualität dem Verwertungssystem (400) zugeführt wird, das erste Produktionssystem ein Puffersystem (111 , 121 , 131) aufweist, eine Prognose über den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms (114, 124) erstellt wird und der Konditionierungsstrom (311 , 321) in Abhängigkeit von dieser Prognose eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Materiestrom mit einer Eintrittsmenge (114, 124) in das Puffersystem (11 1 , 121 , 131) eingeleitet und mit einer Austrittsmenge aus dem Puffersystem entnommen wird, wobei die Austrittsmenge des ersten Materiestroms aus dem Puffersystem in Abhängigkeit von der Prognose eingestellt wird, um den Füllstandsverlauf im Puffersystem zu glätten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose über den zukünftigen Verlauf der Eintrittsmenge des ersten Massenstroms durch eine Überlagerung von Einzelprognosen für zwei oder mehr Produktionseinheiten (113, 123) zur Herstellung des Materiestroms erstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Konditionierungsstrom im Voraus vermindert wird, wenn die Prognose einen Anstieg der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms ergibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Konditionierungsstrom im Voraus erhöht wird, wenn die Prognose eine
Verringerung der Eintrittsmenge des ersten Materiestroms ergibt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtstrom (350) mit einem vorbestimmten Heizwert und/oder mit einem vorbestimmten Wobbe-Index dem Verwertungssystem (400) zugeführt wird.
6. Computerprogramm mit Programmcode, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einem geeigneten Rechnersystem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
7. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einem geeigneten Rechnersystem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
8. Computerlesbares Datenträgermedium mit einem darauf gespeicherten
Computerprogramm, wobei das Computerprogramm Programmcodemittel umfasst, die bei Ablauf des Computerprogramms auf einem geeigneten Rechnersystem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführen.
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