Powitec Lösungen für die Zement Industrie

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1 1 Powitec Lösungen für die Zement Industrie Erweiterungsfähige intelligente Lösungen zur Prozessoptimierung Artificial Intelligence - Real Benefits 1

2 2 SENSE Sensor Supported Process Description Erstellung hochauflösender on-line Prozess-Charakteristika PiT Indicator ANALYSE Data Mining and Process Intelligence Mathematisch-statistische Korrelationsanalyse mit intelligenten Algorithmen PiT Data Mining PREDICT Soft Computing On-line Berechnung der erwarteten Entwicklung ausgesuchter Prozesswerte PiT Predictor CONTROL Intelligent Closed Loop Control Automatisch optimierende Closed Loop Regelung komplexer Prozesse PiT Navigator PPi ii TT == PPoowwi iitteecc t IInnt I tteel lll lli ii ggeennt tt TTeecchhnnool llooggi ii eess für Ofen (System mit Vorheizer, Kalzinierer, Ofen, Brenner) Kühler Mühlen (Rohmehlmühle, Klinkermühle, Kohlemühle) Abgasreinigung Artificial Intelligence - Real Benefits 2

3 3 Ofen (System mit Vorheizer, Kalzinator, Ofen, Brenner) SENSE PiT Video... 4 PiT Indicator... 4 PiT Indicator Side View... 5 Kühler ANALYSE PREDICT CONTROL SENSE CONTROL PiT Data Mining... 6 PiT Process Performance Monitoring... 7 PiT Predictor (NOx, C3S, FCaO)... 8 PiT Online CFD... 9 PiT Navigator PiT Navigator Brenner PiT Video Kühler PiT Indicator Kühler PiT Navigator Kühler Mühlen (Rohmehlmühle, Klinkermühle, Kohlemühle) SENSE PiT Indicator Mühle CONTROL Abgasreinigung CONTROL PiT Navigator Mühle PiT High Efficiency SNCR Referenzen & Kontakte Artificial Intelligence - Real Benefits 3

4 4 Lösungen für den Ofen (Vorheizer, Kalzinierer, Ofen, Brenner) SENSE: PiT Video Videokamera zur permanenten visuellen Flammenüberwachung Flammenbeobachtung eröffnet Möglichkeit der kurzfristigen Intervention Überwachung von Schlackenbildung am Brennermund und Anbackungen an den Ofenwänden widerstandsfähiges deutsches Design Endoskop: temperaturgeschütze Elektronik Luft- oder wassergekühlt Überwachung von Temperaturen und Kühlmittelversorgung Hohe Verfügbarkeit PiT Indicator Intelligente Thermographie zur Anzeige des transienten Verhaltens von Temperatur und Flammenvariationen Anzeige von zeitlicher Flammenvariation und Temperaturprofil ermöglichen aktives Flammenmanagement Klare, deutliche Sicht Schutz des Feuerfestmaterials (Reduktion der Temperaturschwankungen) Schnelle Anpassung an sich verändernde Brennstoffeigenschaften Polyline: Temperatur Trend Information RGB Kamera Technologie: präzise Adaptive Electronic Dust Filter: Klare Sicht Hohe Verfügbarkeit: Sicherheitsfeature Frei definierbare Regions of interest und Messpunkte Output für DCS / Expertensysteme / Intranet Erweiterungsfähig zum PiT Predictor und PiT Navigator Artificial Intelligence - Real Benefits 4

5 5 PiT Indicator Side View Intelligente Thermographie seitlich zum Ofenkopfes, zum Anzeigen der plum -Länge, speziell für Öfen mit verehrtem Einsatz alternativer Brennstoffe. Chronologische Information über plum -Größe und -Position sowie über Flammenzündpunkt und -durchmesser Ein Must have an Öfen mit hohem Einsatz alternativer Brennstoffe Zeitnahe Reaktion und Erhöhung der alternativen Brennstoffrate bei konstanter oder verbesserter Qualität Ermittlung der Eigenschaften alternativer Brennstoffe mit schneller Nachregelung nach Brennstoffwechsel Analyse des Einflusses von Flammenform und/oder Brennstoff auf Klinker Qualität Erhöhung derjenigen alternativer Brennstoffe, die wirklich Nutzen bringen Video Thermogramm Polyline: Temperatur Trend Information RGB Kamera Technologie: präzise Adaptive Electronic Dust Filter (AEDF): Klare Sicht Hohe Verfügbarkeit: Sicherheitsaspekt Frei definierbare Regions of interest und Messpunkte Output für DCS / Expertensysteme / Intranet Erweiterungsfähig zum PiT Predictor und PiT Navigator Artificial Intelligence - Real Benefits 5

6 6 ANALYSE: PiT Data Mining Analyse historischer DCS/PCS Daten hinsichtlich ihres Optimierungspotentials mit Hilfe statistischer Software und Neuronaler Netze; Empfehlungen zu Hardware Anpassungen; Testmessungen vor Ort mit mobilem optischen Sensor Optimierungspotential mit kalkulierter Amortisationszeit Information über prioritätsbezogene Ergebnisse Vergleich verschiedener Produktionslinien Ermittlung neuer signifikanter Korrelationen Aufdecken neuer Optimierungspotentiale Data Mining unterstützt durch mobilen Sensor (PiT Indicator) Daten Signifikanz-Analyse mit o Klassifizierung und Kreuzkorrelation o Abweichungsanalyse o Abhängigkeitsanalyse o Multidimensionaler Regression o Clustering o Effektprognose Identifikation der wichtigsten Prozesskanäle oder Prozessinformationen Eliminierung von Leerzeiten durch Prozesssequenzen Erfassen von Interdependenzen Erstellung von Modellen, die das Prozessverhalten repräsentieren Ermittlung von Bereichen mit Optimierungspotential und Ausarbeiten von Lösungsstrategien Erklärung ungewöhnlicher Situationen und Prozessphänomene Artificial Intelligence - Real Benefits 6

7 7 PiT Process Performance Monitoring Online-Analyse aktueller und historischer DCS/PCS Daten hinsichtlich des Optimierungspotentiales mit Hilfe statistischer Software und Neuronaler Netze: Online Übersicht: Daten werden Information Information über prioritätsbezogene Ergebnisse Vergleich verschiedener Produktionslinien Ermittlung neuer signifikanter Korrelationen Schnelle und anschauliche Verfügbarkeit historischer Daten Aufdecken neuer Optimierungspotentiale Daten Signifikanz-Analyse mit o Klassifizierung und Kreuzkorrelation o Abweichungsanalyse o Abhängigkeitsanalyse o Multidimensionaler Regression o Clustering o Effektprognose Benchmarking Vollautomatische Merkmalsextraktion, -selektion und -wiedergabe Scoring Manuelle oder voll automatische Wiedergabe Export-Funktion Artificial Intelligence - Real Benefits 7

8 8 PREDICT: PiT Predictor Frühzeitiges Erkennen von Prozessveränderungen durch permanente on-line Information zu Prozesswerten wie NO X, C 3 S, FCaO. Genaue Vorhersage von i. e. NO X, C 3 S, FCaO; Vorhersage-Genauigkeit weltweit ungeschlagen Frühzeitiges Erkennen von Prozessveränderungen on-line Verminderung des Ausschusses Energieeinsparung Prozessstabilisierung Kontinuierliche Online- Vorhersage wesentlicher Prozessparameter Selbstlernende adaptive Software basierend auf Neuronalen Netzen Einbeziehung zusätzlicher Prozessinformation (PiT Indicator, PiT FluxStylus, PiT VibraSensor), wo sinnvoll Hohe Verfügbarkeit, Sicherheitsaspekt Erweiterungsfähig zum PiT Navigator Online Vorhersage vs. Laborwerte Die durchschnittliche Vorhersage von FCaO an 14 Powitec Systemen mit optischer Information über einen Zeitraum von 150 Tagen erzielt einen Korrelationskoeffizienten von 0.89 Artificial Intelligence - Real Benefits 8

9 9 PiT Online CFD - Berechnung der Temperaturverteilung durch Unterteilen des aufsteigenden Abzugs in mehrere kleine Volumen-Elemente. Für jedes dieser Elemente werden aus physikalischen Parametern wie Masse, Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur verschiedene Modelle entwickelt. Gegenseitige Wechselbeziehungen werden durch mathematisch-physikalische Gleichungen beschrieben. - Online-Berechnung mit bestehenden und neuen Powitec Messungen - Kontinuierliche online Beschreibung der Temperaturverteilung mit Aktualisierungsraten von 10 bis 30 Sekunden. 195 MWel + 80 MWth versetzte Boxerfeuerung mit 8 Brennern Online-3D-Temperatur-Modellierung: Unterteilung des ersten Zuges in Volumen- Elemente ( Boxen ) Für jede Box Erstellung eines Modells der Abgas-Parameter: - Temperatur - Masse - Dichte - Geschwindigkeit in x, y und z Ausrichtung 3D-Temperatur-Analye in Echtzeit (Aktualisierung alle 15sec) Temperaturen entsprechend der Farbskala am unteren Bildrand: Hier: Deutliche Ausprägung der 4 Brenner der nördlichen Wand Ausschließlich Anzeige des für die Eindüsung optimalen Temperaturfensters (900 1,000 C) SNCR (3rd party): 60 Lanzen und 5 Ebenen: grün: aktive Düse; grau: inaktive Düse Resultat durch Powitec Regelung: Grenzwert-Einhaltung, verminderter Ammoniak-Wasser-Verbrauch, reduzierter Schlupf Artificial Intelligence - Real Benefits 9

10 10 CONTROL: PiT Navigator Intelligente Prozessoptimierung mit einer Kombination aus selbstlernender Software und optischem Sensor Stabilisierung von Ofenführung und Klinkerqualität Zunahme des Klinker-Produktionsvolumens (bis zu 5%) Steigerung der Energieeffizienz (bis zu 5%) Erhöhung des Anteils alternativer Brennstoffe (bis zu 100%) Reduzierte Emissionen (NO X und CO 2 ) Zunahme der Ofenverfügbarkeit Voll-automatischer Sinterprozess Sich anpassende, selbstlernende Software Integration optischer Information Kurze Inbetriebnahmezeit und geringe Belastung des Bedienungspersonals Permanent optimierende Software für Kalzinator, Ofen, Brenner Hohe Verfügbarkeit der PiT Navigator umfasst alle Aspekte des PiT Predictor PiT Navigator Brenner Intelligente Optimierung vollautomatischer Brenner Prozessstabilisierung Gesteigerter Wirkungsgrad CCD Kamera (PiT Indicator) beobachtet die Flamme Prozessdaten aus dem PCS werden mittels einer auf Neuronalen Netzen basierten Software durchgängig mit der optischen Information korreliert auf Neuronalen Netzen basierende selbstlernende adaptive Software, sich selbständig anpassend an Prozessveränderungen Integration von Expertenwissen und dessen selbstlernende Erweiterung Artificial Intelligence - Real Benefits 10

11 11 Lösungen für den Kühler SENSE: PiT Video Kühler Video-Bilder aus dem Inneren des Kühlers ermöglichen rechtzeitiges Eingreifen bei Prozessveränderungen. Visuelle Überwachung des Klinkerbettes ermöglicht rechtzeitige Reaktion Überwachung von Höhe und Verteilung widerstandsfähiges deutsches Design Endoskop: temperaturgeschütze Elektronik Luft- oder wassergekühlt Überwachung von Temperatur und Kühlmittelzufuhr Hohe Verfügbarkeit PiT Indicator Kühler Intelligente CCD oder IR-Thermographie zur Anzeige von Sekundärluft und schwankenden Veränderungen im Klinkerbett Analyse der Sekundärluft-Temperatur zur Ermittlung der Auswirkung auf Brennerflamme und auf Klinker-Qualität Kontrolle des Kühlers zur Stabilisierung von Flamme und Klinkerqualität 1 bis 3 zeigen mögl. Anbaupositionen Optimierte Verbrennung von Ersatzbrennstoffen Einsatz des Kühlers als schnell reagierender Wärmespeicher Polyline: Temperatur Trend Information RGB Kamera Technologie: präzise Adaptive Electronic Dust Filter (AEDF): Klare Sicht Hohe Verfügbarkeit: Sicherheitsaspekt Frei definierbare Regions of interest Output für DCS/ Expertensysteme/ Intranet Erweiterungsfähig zum PiT Predictor und PiT Navigator Artificial Intelligence - Real Benefits 11

12 12 CONTROL: PiT Navigator Kühler Intelligente Optimierung des Kühlers durch zusätzliche Information zu Sekundärluft (Kühlerluft), Temperaturverteilung auf dem Klinker-Bett und Klinkerbettform; zur Steigerung der Ersatzbrennstoffrate und zur Qualitätsstabilisierung. Verminderte Regelabweichung der Sekundärluft-Temperatur mit definierter Klinker- Endtemperatur Stabilere Brennerflamme Schnelles Kühlen Verbesserte Klinkerqualität Schnelle Anpassung an Prozessveränderungen Einbeziehung der Temperaturinformation aus dem Inneren des Kühlers Adaptive selbstlernende Software Permanent optimierend Permanente on-line 3D-CFD Analyse der Temperaturverteilung im Inneren des Kühlers PiT Navigator beinhaltet alle Aspekte des PiT Indicator Kühler Modulares System: erweiterbar zum Kalzinator- Ofen-Brenner-Optimierer Artificial Intelligence - Real Benefits 12

13 13 Lösungen für Mühlen SENSE: PiT Indicator Mühle Anzeige des Mühlenfüllstandes. Einsatz auf Vertikalmühlen (Kugel- und Walzmühlen) sowie horizontalen Kugelmühlen. Genaue Analyse des Mühlenfüllstands, selbst bei mehreren Mühlen am gleichen Ort Anpassbar: unkompliziert und kostengünstig skalierbar für mehrere Mühlen Berechnet den in der Leitwarte gemessenen Füllgrad gegen den erwarteten Füllgrad mit Trend- und Alarmfunktionen, unter Einbeziehung der graphischen Benutzeroberfläche. Zwei Mikrophone pro Mühle, ermöglichen fortschrittliche Signalverarbeitung und Beseitigung der Einflüsse störender Geräusche (z.b. anderer Mühlen) Berechnung des Füllgrades anhand akustischer Messungen durch fortschrittliche Signalverarbeitung mit Mustererkennung Automatische Merkmalselektion und -extraktion existierender Prozess Daten (Significance Ranking) Option: Prozesskopplung möglich an OPC Server, Modbus RTU Master, Modbus TCP Client, ProfibusDP Master, Analog etc. Modularität: Erweiterung zu PiT Navigator Kugelmühle möglich Artificial Intelligence - Real Benefits 13

14 14 CONTROL: PiT Navigator Mühle Intelligente Optimierung von Mühle und Sichter. Geeignet für Vertikalmühlen (Kugel- und Walzenmühlen) sowie horizontalen Kugelmühlen Geringere Mahlgrad-Abweichung (Blaine), um bis zu 30% 2% und 6% geringerer spezifischer Energieverbrauch 8 bis 15 % Durchsatzerhöhung Vollautomatischer geschlossener Regelkreis Optimierung unabhängig von Klinkertyp und Rezeptur Ausschluss von Labor-Verzögerungen durch Blaine Prognose eines hochentwickelten Soft Sensors Optimiertes Anfahren der Mühle Schnelle Anpassung an Veränderungen in Prozess und Klinkertypen Online Vibrationsüberwachung der Abscheider ermöglicht Blaine Prognose und qualitätsbasierte Durchsatzmaximierung Rezepturunabhängige closed-loop Regelung mittels Füllgrad, Blaine Prognose und fortschrittlicher Prozesssteuerung Selbstlernen der Steuerparameter für verschiedene Rezepturen Keine Neuparametrierung für neue Rezepturen Schnelle und stabile Regelung für geringeren spezifischen Energie -verbrauch Intensive Nutzung bestehender Prozessdaten Automatische Merkmalselektion und - extraktion ( Ranking nach Relevanz) Support über Fernzugriff Integration eventuell bestehender Mühlen-Überwachungssysteme Artificial Intelligence - Real Benefits 14

15 15 Lösungen für Rauchgasreinigung CONTROL: PiT Navigator SNCR Komplette mehrstufige SNCR mit Einzel-Lanzenregelung, inklusive aller erforderlichen Komponenten. Online-CFD mit permanenter Prognose der Anbackungen im Steigschacht zur kontinuierlichen Optimierung von Sprühmenge, Schlupf und NOX Spitzen. Sichere Limit Einhaltung NOx Reduktion <200 mg/nm³ (0.15 lb/mmbtu) möglich Vermiedene Investition in SCR Geringer Schlupf bei geringem Sorbenz- Verbrauch Reduzierte Betriebskosten = schnelle Amortisation Upgradable zum PiT Navigator zur Primär-NOx Einsenkung Software o Adaptive und selbstlernende Software; permanente dynamische Optimierung durch autarkes Lernen, somit Verzicht auf manuelle Anpassung an Prozess- Veränderungen o Autonome Prozessexploration innerhalb gegebener Grenzen; wie ein Prozessexperte konstant mit der Prozessoptimierung beschäftigt o Interne Prognose zukünftiger Tendenzen für NO X, Temperatur, Anbackungen etc. o Online-CFD: kontinuierliche on-line Beschreibung der Temperaturverteilung durch Aufteilung des Steigschachtes in viele kleinere Volumenelemente. o Online-Berechnung der idealen Sprühmenge (hinsichtlich zukünftiger und gegenwärtiger Werte von NO X, O 2, Temperatur, Ablagerungsrate und Schlupf) Hardware o Mehr-Ebenen SNCR o Einzellanzenregelung o Zusätzliche Temperaturmessung in verschiedenen Tiefen des Feuerfestmaterials des Steigschachtes um die Anbackungsdicke im Steigschacht zu analysieren Modularität: Möglichkeit der Erweiterung zum PiT Navigator, zur Reduktion des Primär- NO X um bis zu 150mg/Nm³ Artificial Intelligence - Real Benefits 15

16 16 Referenzen: Holcim Lafarge Cemex Buzzi/ Dyckerhoff Titan Cimpor plus verschiedene Hersteller in Familienbesitz plus verschiedene Brennerproduzenten 100+ Drehrohröfen mit Powitec ausgestattet 10 Zementöfen closed-loop geregelt 35 closed-loop Regelungen weltweit 15 Mühlen in closed-loop Regelung 200+ Optische Sensoren im Feld 100+Akustische Sensoren im Feld Bewährte Kompetenz: 2010: Deutscher Innovationspreis für Klima und Umwelt für herausragende und nachhaltige Technologien. Powitec setzte sich unter 145 Unternehmen durch. Wissenschaftliche Auswertung durch das Fraunhofer-Institut für Systemund Innovationsforschung (ISI). Kontakt: Powitec Intelligent Technologies GmbH Im Teelbruch 134b, D Essen Tel.: 0049 / 2054 / Fax: 0049 / 2054 / Mail: info@powitec.de Artificial Intelligence - Real Benefits 16