Vergleich und Entwicklung innovativer Regelungskonzepte für Rostfeuerungen am Beispiel der Müllverbrennung

Projektnummer 271

Traditionell werden die meisten Feuerungsanlagen mit konventionellen Zweipunkt- bzw. Proportional-/Integral-/Differential- (Abk.: PID) Regelungen ausgestattet. Die Arbeitsweise basiert auf mathematischen Beziehungen zwischen den Ein- und Ausgangsgrößen. Für Prozesse mit linearem Verhalten sind die Ergebnisse zufriedenstellend.

Starke Störungen, zeitabhängige Parameter und große Totzeiten aber können den Prozesszustand weit vom Arbeitspunkt wegbewegen, so dass die Vereinfachungen eines linearen Ansatzes nicht mehr gelten. Bei Verbrennungsanlagen mit schwierigen Brennstoffen besteht aufgrund der komplexen instationären Vorgänge ein hohes Verbesserungspotential.

Die o. g. Nachteile herkömmlicher Regelungsverfahren können partiell durch soft-computing-basierte Regelungskonzepte (Fuzzy-Control, Neuronale Netze, Modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control, MPC)) ausgeglichen werden. Die drei Systeme unterscheiden sich in der Art, wie die Regelungsstrategie gewonnen wird.

So erarbeiten Fuzzy-Systeme ihre Regelbasis aus dem Wissen und der Erfahrung der Kesselwärter und Betriebsingenieure. Um dieses Wissen zugänglich zu machen, sind intensive und durchdachte Befragungen, sog. Audits, notwendig. Im zweiten Schritt muss das subjektive und mit Fehlern behaftete individuelle Wissen strukturiert, in den Gesamtzusammenhang gebracht und in Regeln formuliert werden. Kennzeichen der Fuzzy Logic ist die Umsetzung der Prosa-Form in digitale und analoge Signale für die Regelungstechnik.

Stärke dieses Vorgehens ist der Umstand, daß wertvolle Erfahrungen von Betriebspersonal dauerhaft genutzt werden können. Ein natürlicher Mangel liegt darin, daß gestörte Betriebszustände, welche nicht in der Regelbasis vorhanden sind, nicht abgefangen werden können.

Künstliche Neuronale Netze orientieren sich ebenfalls am Menschen; in diesem Falle an der Arbeitsweise des Gehirns. Wie ein Kind lernt das System aus der Erfahrung mit eingetretenen Zuständen. Um zu zuverlässigen Resultaten zu kommen, ist eine qualifizierte Aufbereitung der Betriebsdaten und eine hohe Anzahl notwendig.

Die Stärke dieses Systems liegt darin, dass der normalen Logik oder Mathematik der PID-Regler bisher nicht zugängliche Zusammenhänge erkannt und beherrscht werden können. Die Schwäche dieses Systems liegt naturgemäß darin, dass selten auftretende Störungen nur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit des Auftretens belegt werden und so die Gefahr besteht, daß Extremsituationen nicht abgefangen werden.

Ziel des vorliegenden Projektes ist es, an einer Technikumsanlage jede Regelstrategie soweit als möglich zu implementieren, im Versuchsbetrieb Stärken und Schwächen zu ermitteln und anschließend eine Regelstrategie zu formulieren, welche die Stärken aller drei Systeme vereint. Ergänzt wird das Ergebnis mit dem Einbau eines Feuerraum- und Rostmodelles, welches physikalisch-chemische Parameter darstellt und den Blick in die Zukunft erlaubt. Unterschiede zwischen verschiedenen Rostsystemen sind anhand der Berücksichtigung von Betriebsdaten aus Großanlagen zu erarbeiten. Anwendungsmöglichkeiten und Offene Punkte sind zum Abschluss objektiv darzustellen.

Das Projekt wird aus Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF) gefördert. Es wird von September 2005 bis August 2007 durch CUTEC Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH unter der Leitung von Dr. Stefan Vodegel bearbeitet. Der VGB-Arbeitskreis "Thermische Abfallverwertung" begleitet die Projektbearbeitung fachlich.