Selbstlernende Regelungstechnik senkt Emissionen
Software optimiert Verbrennungsprozess

Bei der thermischen Verwertung von Altreifen, Tiermehl, Klärschlamm oder Kunststoffen in Industrieöfen stehen die Anlagenbetreiber vor dem Problem, dass die Verbrennung auf Grund der unterschiedlichen Heizwerte nicht gleichmäßig verläuft.Mit einer neuen Regelungstechnik könnte diese Schwierigkeit beseitigt und die Emissionen verringert werden.

DÜSSELDORF. Bei der Verbrennung von Sekundärbrennstoffen (Reifen, Tiermehl, Klärschlamm, Kunststoffabfälle oder Altöle) in Industrieöfen oder Kraftwerken stehen die Anlagenbetreiber vor einem Problem: Da industrielle Verbrennungsprozesse auf Grund der großen Anzahl von Einflussgrößen sowie wechselseitigen Beeinflussungen extrem komplex sind, ist es äußerst schwierig, die Verbrennung so zu regeln, dass eine gleich bleibende Temperatur und effiziente Feuerung erzielt wird.

Bislang müssen sich die Betreiber weitgehend auf das Know-how ihrer Anlagenführer verlassen, die aus dem Flammenbild Rückschlüsse auf den Verbrennungsprozess ziehen und gegebenenfalls gegenregeln. Zwar gibt es hierfür inzwischen Ofenkamerasysteme, die die Flammenbilder auf den Monitor im Leitstand einer Anlage übertragen, doch bei der Interpretation der Bilder ist der Verfahrenstechniker heute immer noch auf seine Erfahrungen angewiesen. Auch Expertensysteme zur Steuerung von Prozessen helfen nur bedingt weiter, da sie Flammenbilder nicht interpretieren können.

Die Software ist selbstlernend

Das könnte sich künftig ändern. Der Hersteller von Regelungstechnik, die Powitec GmbH in Essen, hat ein Steuerungssystem entwickelt, mit dem die Flammen mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung interpretiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend in Kombination mit Erfahrungswerten und aktuellen Prozessdaten zur Optimierung des Verbrennungsprozesses genutzt. Die neue Steuerungstechnik , die den Herstellprozess später sogar selbstlernend regeln soll, wird zurzeit in Anlagen der Zementproduktion, in Kraftwerken und bei der Müllverbrennung erprobt. Sie soll den Anlagenbetreibern nicht nur helfen, durch den verstärkten Einsatz von Sekundärbrennstoffen Kosten zu sparen, sondern auch die Emission von CO2 und Stickoxiden zu reduzieren.

Über ein Endoskop erhält die Prozesskamera optische Signale aus dem Brennraum beispielsweise eines staubigen Zementofens. Das Kamerasystem beobachtet die Flammencharakteristik und den Wärmeübergang. Die gewonnenen Bilder werden über eine Mustererkennung am Industrie-PC ausgewertet. Dabei überprüft die Software die gewonnenen optischen Merkmale und Muster mit den konventionellen Prozessinformationen und ermittelt daraus Zusammenhänge, die in ein Modell zur Online-Simulation der Verbrennung einfließen.

Navigationssystem für den Ofenführer

Durch Vorgabe eines gewünschten Prozesszustandes kann die Software später die idealen Steuerungsparameter für die Anlage berechnen. Wie bei einem Navigationssystem werden dem Ofenführer anschließend auf seinem Rechner Vorschläge für verbessernde Eingriffe in den Regelungsprozess angezeigt, erläutert Powitec-Geschäftsführer Bernd Beyer die Vorgehensweise. "Er muss diese dann nur noch umsetzen." Alternativ kann das System die Anlage auch mit den ermittelten Parameter selbst steuern. "Das ist dann vergleichbar mit einem Autopiloten im Flugzeug, der die optimierenden Eingriffe direkt umsetzt, ohne dass ein Mensch eingreifen muss", verdeutlicht Beyer die Technik.

In der Zementfabrik sind heute oft erst im Nachhinein Rückschlüsse auf den Produktionsprozess möglich. Zeigt, die Analyse des gebrannten Zements, dass die Qualität aus dem Ruder gelaufen ist, dann ist es zu spät. Die reine Beobachtung der Flamme gibt zwar Hinweise auf den Brennprozess, reicht aber für eine Steuerung des Ofens nicht aus. Daher wäre ein selbst regelndes Steuerungssystem, mit dem eine gleich bleibende Produktqualität erreicht würde, ein Fortschritt für die Zementindustrie, so die Einschätzung von Steffen Gajewski, Betriebsleiter der Anneliese Zementwerke in Geseke. Der Verbrennungsprozess werde jedoch von einer Vielzahl von Prozessparametern bestimmt, die sich zusätzlich gegenseitig beeinflussen. "Wie weit es tatsächlich gelingt, den Herstellprozess mit einem solchen System zu optimieren, muss die Praxis zeigen", sagt der Verfahrenstechniker.

Doch nicht nur im Zementwerk, sondern auch in Kraftwerken und in der Müllverbrennung will Powitec seine selbst lernende Steuerungstechnik mit digitaler Bildverarbeitung verkaufen. So hat der Hersteller für die Steuerung von Müllverbrennungsanlagen eine zusätzliche Erkennungstechnik entwickelt, mit der das System bereits bei der Zuführung des Mülls in den Ofen Informationen über den zu erwartenden Heizwert gewinnt. "Das Bildverarbeitungssystem sieht wie der Müll in den Ofen fällt und prognostiziert auf Grund dieser Muster den Heizwert", beschreibt der Powitec Geschäftsführer die Technik. Mit diesen Informationen wird der Ofen anschließend so geregelt werden, dass der Abfall möglichst gleichmäßig und mit größeren Mengen verbrannt werden kann.

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