Selbstoptimierende Prozessregelung

Bei den zentralen Prozessen in den oben genannten Branchen handelt es sich um technische Feuerungen. Allerdings dient die Feuerung in jeder Branche unterschiedlichen Zielen.

In der Kraftwirtschaft steht die Erzeugung von Dampf zur Produktion der angeforderten elektrischen Leistung im Vordergrund.

Gleichzeitig muss die Feuerung typischerweise folgende Anforderungen erfüllen:

1. Maximale Nutzung des Brennstoffs
2. Minimierung der Emissionen (insbesondere CO und NOx)
3. Verarbeitung eines großen Brennstoffspektrums

In einer Müllverbrennungsanlage geht es vorrangig darum, den Müll vor der Deponierung zu inertisieren und dabei zugleich sein Volumen zu reduzieren. Auf diese Weise wird der Landverbrauch durch Mülldeponien reduziert und das Recyceln der verbliebenen Wertstoffe ermöglicht.

Die zusätzlichen Anforderungen an eine Müllfeuerungen haben z. T. andere Schwerpunkte als in den anderen Branchen:

1. Stabiler Betrieb auch bei schwankenden Mülleigenschaften
2. Maximaler Ausbrand (Inertisieren)
3. Maximierung des Durchsatzes

In der Zementindustrie hingegen werden hohe Temperaturen für die chemischen Umwandlungen der Ausgangsmaterialien benötigt, so dass diese die für die Herstellung von Zement erforderlichen Eigenschaften erhalten.

Auch in der Zementindustrie werden zusätzliche Anforderungen an die Prozessführung gestellt. Hohe Priorität haben z. B. folgende Ziele:

1. Kontinuierlich spezifikationsgemäße Produktqualität
2. Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs sowie der NOx Emissionen
3. Senkung von CO₂-Emissionen und Brennstoffkosten durch Einsatz von alternativen Brennstoffen

Eine technische Feuerung funktioniert üblicherweise dann optimal, wenn kontinuierlich und überall die für den aktuellen Brennstoffmix richtige Menge Verbrennungsluft vorhanden ist. Diese Aufgabe soll eigentlich das Leitsystem der Anlage erfüllen.

Sehr häufig ist es jedoch so, dass die vorhandene Prozessregelung einmal implementiert wurde und seither unverändert genutzt wird. Die für die Konfiguration der einzelnen Regelkreise verwendeten Regelparameter wurden also nicht an Veränderungen des Anlagenverhaltens angepasst, so dass diese zentrale Aufgabe nicht optimal erfüllt wird.

An dieser Stelle greift PiT Navigator ein. PiT Navigator ist ein modulares Softwaresystem zur Optimierung der Regelung technischer Prozesse im Allgemeinen und von Feuerungsprozessen im Besonderen. Es erweitert das vorhandene Leitsystem und nutzt dazu fortschrittliche Methoden zur modellprädiktiven Regelung komplexer Prozesse. Dazu zählen u.a. der Einsatz datenbasierter Prozessmodelle, die für die Prognose des Prozessverhaltens genutzt werden. Mit dieser Methodik kann PiT Navigator bereits agieren, wenn die Prozessmesstechnik noch keine Änderung der geregelten Prozessgröße festgestellt hat.

Bei Bedarf kann PiT Navigator mit zusätzlicher kamerabasierter Sensorik zur Beobachtung und Analyse (Thermographie) der Feuerung bzw. der zentralen Flamme kombiniert werden.

Eine weitere Funktionalität von PiT Navigator ist die Adaptivität bzw. die Lernfähigkeit der damit realisierten Prozessregelung. Mit der Zeit kann sich die Charakteristik eines technischen Prozesses verändern. Beispiele für Ursachen solcher Änderungen sind:

• Verschleiß wesentlicher Komponenten
• Bildung von Ablagerungen
• Geänderte Materialeigenschaften der Ausgangsstoffe
• Umweltbedingungen

Dadurch ändert sich das Verhalten des Prozesses und das Verhalten der Regelung passt nicht mehr zur realen Anlage. PiT Navigator identifiziert solche Veränderungen und aktualisiert auf Basis der neuen Realität sowohl die Prozessmodelle also auch die zugehörigen Regelparameter.

Die Verbindung zum Leitsystem erfolgt standardmäßig über eine Industrieschnittstelle, welche Prozessmesswerte aus dem Leitsystem an PiT Navigator liefert (Lesen) und Sollwerte für die geregelten Aktuatoren an das Leitsystem zurückgibt (Schreiben). Somit verbessert der Einsatz von PiT Navigator als closed-loop Regelung die oben beschriebene Situation unmittelbar.

Diese Funktionalitäten von PiT Navigator führen dazu, dass der technische Verbrennungsprozess ruhiger verläuft. Die unvermeidlichen Regelabweichungen werden geringer. Dadurch können nunmehr die Grenzen des Prozesses enger angefahren und die vorhandene Anlagentechnik optimal genutzt werden. Als Sekundäreffekt steigt die Effizienz und die Nutzung des Brennstoffs, so dass am Ende der Betrieb wirtschaftlicher ist als ohne PiT Navigator. In der Vergangenheit wurden bei solchen Projekten Amortisationszeiten von unter einem Jahr realisiert.

PiT Navigator wird seit Jahren erfolgreich in den oben genannten Branchen eingesetzt. Das System kann dabei so variabel konfiguriert werden, dass neben der Optimierung der Feuerung auch der Betrieb der Mühlen oder die Regelung einer „highly efficient“ SNCR Anlage in einem Zementwerk optimiert werden können.

Wir sind von PiT Navigator überzeugt. Daher weisen wir in jedem Projekt nach, dass der Einsatz von PiT Navigator den Prozess quantitativ verbessert hat. Beispiele für typische Erfolge sind u.a.:

• Erhöhung des Dampferzeugerwirkungsgrads
• Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs bei der Zementherstellung (Ofen und Mühlen)
• Reduzierung der Standardabweichung des Freikalks
• Reduzierung der Dampfschwankung bei der Müllverbrennung