Regelungstechnische Optimierung der Feuerung von Biomasse-Verbrennungsanlagen. am Beispiel des Heizwerks Grödig

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1 Regelungstechnische Optimierung der Feuerung von Biomasse-Verbrennungsanlagen am Beispiel des Heizwerks Grödig In freundlicher Zusammenarbeit mit der Fa. Kohlbach und Gen. xx SEEGEN 2013 V x.x

2 Inhalt Vorstellung INP Ausgangssituation Aufgabenstellung Optimierungslösungen Themenstellung Maßnahmen (Konzept) Ergebnisse der verfahrenstechnischen Analyse Vorteile Umsetzung Seite 2

3 Wir sind eine international agierende, unabhängige Ingenieurgesellschaft und bieten ein breites Leistungsspektrum rund um den Kraftwerks- und Großanlagenbau. Seite 3

4 Das Wichtigste in Kürze Gründung 1989 Gesellschaftsform inhabergeführte GmbH Sitz des Unternehmens Römerberg (Deutschland) Weitere Standorte Schweiz, Österreich, Frankreich, USA, Brasilien, Südafrika Kernkompetenzen Prozess- und Regelungstechnik, Leittechnik, Stromrichter- und Antriebstechnik, Elektrotechnik, Maschinen- & Schweißtechnik / QS, HSE Mitarbeiter mehr als 300 Ingenieure und Techniker Deutschland: 150, Schweiz: 70, Österreich: 15, Frankreich: 20, USA: 50, Brasilien: 5, Südafrika: 25 Umsatz 2011 Zertifizierungen Verbände Vertragsarten > 35 Mio. ISO 9001, SCC** VGB, VDMA AÜG, Werkvertrag, Dienstvertrag Seite 4

5 INP Standorte INP Deutschland GmbH Werkstraße Römerberg Deutschland Tel Fax info@inp-e.com INP Schweiz AG Aubrücke - Postfach Turgi Schweiz Tel Fax ch@inp-e.com INP Austria GmbH Lunzerstrasse Linz Österreich Tel Fax austria@inp-e.com INP France Vertriebsbüro Müllheim/Mulhouse Markgrafenstraße Müllheim-Hügelheim Deutschland Tel info@inp-e.com Vertriebsbüro Süd Daimlerstraße Erlangen Deutschland Tel info@inp-e.com Vertriebsbüro West Bonner Straße Leverkusen Deutschland Tel Fax info@inp-e.com INP North America Inc Old Roswell Rd., Ste. 126, Alpharetta, GA USA Tel Fax na@inp-e.com INP Brazil Av. Paschoal da Rocha Falcão, São Paulo Brasilien INP Engineering and Services (Pty) Ltd. PO Box Vorna Valley Midrand 1686 South Africa Tel southafrica@inp-e.com Seite 5

6 Allgemeine Ausgangssituationen extrem inhomogene Brennstoffeigenschaften Haus- und Industrieabfälle, Biomasse und Altholz Schwankende Emissionswerte O2-Schwankungen, CO-Spitzen, Russ, NOx- / Schwefel-Emissionen Eingeschränkte Verfügbarkeit Schlackenbildung, Ascheablagerung, Feuerraumkorrosionen Permanente Überwachung der Prozessführung Hohe Instandhaltungskosten Häufiges Nachjustieren der Regelparameter erforderlich lineares Reglerverhalten Seite 6

7 Anforderungen an die Feuerleistungsregelung (FLR) Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Einsparung von Betriebsmittel Steigerung der Brennstoffnutzung Verbesserung Anlagenwirkungsgrad Verlängerung der Anlagenreisezeiten (Kessel, Rost) Geringere Emissionen (Staub, CO etc.) Geringere O2-Schwankungen Gleichmäßigere Verbrennung Reduzierung des Wartungs- und Betreuungsaufwands Kurze Amortisierungszeiten Seite 7

8 FLR mit multivariabler Kennfeldregelung (Fuzzy Control) Geringe Anzahl verlässlicher Messungen Regelung mittels Hilfsgrößen möglich inhomogene Brennstoffqualität Variierende Brennstoffqualität Flexibel bei Veränderungen der Randbedingungen Seite 8

9 Vorgehen für eine Optimierung Auditierung Prozessorientierter und logischer Regleraufbau Umsetzung von verfahrenstechnischen Expertenwissen Spezifische Regelstrategie unter Nutzung der Erfahrung des Betriebspersonals Vereinheitlichung der Fahrweise Einführung eines flexiblen und dynamischen Mehrgrößensystems Feuerleistungsregelung [FLR] mit multivariabler Kennfeldregelung (Fuzzy Control) Seite 9

10 Ausgangssituation am Heizwerk Grödig extrem inhomogene Brennstoffeigenschaften Industrie Hackgut / Waldhackgut Schwankende Emissionswerte O2-Schwankungen, CO-Spitzen, Russ-Ablagerungen Niedrige Verfügbarkeit Schlackenbildung geringe Brennstoffausbeute Hoher elektrischer Eigenbedarf Regelverhalten (lineares Reglerverhalten) Hoher Betreuungsaufwand Seite 10

11 Aufgabenstellung am Heizwerk Grödig Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Steigerung der Brennstoffausbeute Effizientere Verbrennung Einsparung von Betriebsmittel Elektrische Energieeinsparung Minderung von Emissionen Geringe O2-Schwankungen Erhöhung der Verfügbarkeit, lange Reisezeit Anbackung / Korrosion im Feuerraum Reduzierung des Betreuungsaufwands Geringe Investitionskosten Seite 11

12 Erforderliche und nutzbare Sensorik / Aktorik Sensorik Netzvorlauf / Netzrücklauf O2-Rauchgas Brennkammertemperatur Wärmeleistung Aktorik Stoker Rückmeldung / Stellung Rostzone (oben) / Rostzone (unten) Rückmeldung / Stellung Primärluft (oben) / Primärluft (unten) Rückmeldung / Stellung Sekundärluft Rückmeldung / Stellung Sauzuggebläse Rückmeldung / Stellung Seite 12

13 Multivariable Kennfeldregelung im Heizwerk Grödig Grundlage zur Umsetzung Seite 13

14 Multivariable Kennfeldregelung im Heizwerk Grödig (Österreich) Stoker- und Rostregelung Laufzeit Rost 1 Laufzeit Rost 2 Pausenzeit Stoker Seite 14

15 Multivariable Kennfeldregelung im Heizwerk Grödig (Österreich) Primärluft- und Sekundärluftregelung Sekundärluft / Rezirkulationsgebläse Primärluft 1 Primärluft 2 Seite 15

16 Multivariable Kennfeldregelung im Heizwerk Grödig (Österreich) Seite 16

17 Multivariable Kennfeldregelung im Heizwerk Grödig (Österreich) Seite 17

18 Ergebnisse der Optimierung der Feuerleistungsregelung (FLR) nach Test- und Versuchsreihen 60,00% 60,00% 2,0 srm/kw 1000,0 kw/srm 1,8 srm/kw 900,0 kw/srm 40,00% 20,00% 24,30% 40,00% 20,00% 1,6 srm/kw 1,4 srm/kw 1,41 srm/kw 742,0 kw/srm 800,0 kw/srm 700,0 kw/srm 1,2 srm/kw 600,0 kw/srm 0,00% 0,00% 1,0 srm/kw 500,0 kw/srm 0,8 srm/kw 400,0 kw/srm -20,00% -20,00% 0,6 srm/kw 300,0 kw/srm -40,00% -40,00% 0,4 srm/kw 200,0 kw/srm 0,2 srm/kw 100,0 kw/srm -50,00% -60,00% -60,00% 0,0 srm/kw 0,0 kw/srm Eigen-Stromeinsparung Betreuungsaufwand Brennstoffeinsatz Energiegehalt pro Schüttraummeter Seite 18

19 FLR mit multivariabler Kennfeldregelung (Fuzzy Control) am Biomasse Heizwerk Grödig Mit der Unterstützung in den Bereichen: Automatisierungstechnik / Bedien- und Beobachtung KOHLBACH-HOLDING, Wolfsberg Datenauswertung und Verfahrenstechnik SEEGEN, Salzburger Erneuerbarer Energie Gen.m.H, Grödig Seite 19

20 FLR-Implementierung in vorhandene Software der Automatisierungstechniken am Biomasse Heizwerk Grödig Seite 20

21 FLR-Installation einer übergeordneten Feuerleistungsregelung am Beispiel der Abfallverwertungsanlage Prag Seite 21

22 FLR-Ergänzung konventioneller Leittechnik am Beispiel des Bio- und Holzheizkraftwerks Zapfendorf Separate CPU Einbindung in die bestehende Leitbzw. Automatisierungstechnik Einbindung in konventionelle Technik Seite 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Besuchen Sie uns auf der POWER-GEN in WIEN Jürgen Wilkening Tel.: +49 (0) Mail: Tobias Hoffmann Tel.: +49 (0) Mail: INP Deutschland GmbH Werkstrasse 5 D Römerberg Seite 23