CFD-Simulation eines Feuerraums mit mehreren Brennern mit getrennter Berücksichtigung der von den jeweiligen Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung in einem Feuerraum, insbesondere eines Kraftwerks oder einer Industrieanlage, wobei mehrere Brenner in einer Brennerschicht angeordnet sind und wobei bei zumindest einem Teil der Brenner ein Brennstoff- und/oder Luftmassenstrom eingestellt werden kann. Es kann alternativ im Feuerraum auch nur ein einziger Brenner angeordnet sein. Es können auch mehrere Brennstoff- und Lufteinlässe in einer Brennerschicht oder in einer anderen Geometrie, wie z.B. vertikal oder spiralförmig, angeordnet sein. Es wird in einem darüberliegenden Zünd-/Ausbrandbereich eine örtliche Verteilung einer die Verbrennungsqualität charakterisierenden Kenngröße messtechnisch ermittelt. Es wird basierend auf der örtlichen Ver- teilung zumindest ein Gebiet mit einer hinsichtlich der Verbrennungsqualität ungünstigen Kenngröße identifiziert.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung, d.h. die Anwendung eines derartigen Verfahrens zur Verbesserung der Verbrennung in einem fossilen, d.h. fossil befeuerten, thermischen Kraftwerk oder in einer Industrieanlage.

Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Aus dem Stand der Technik sind Feuerräume bekannt, wie z.B. Feuerräume in einem fossilen thermischen Kraftwerk, in einem Drehrohrofen oder in einer anderen thermischen Anlage, die eine Vielzahl von Brennern aufweisen, wie z.B. acht, zehn, 16 oder 20. Der Feuerraum weist typischerweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt oder die Form eines Rohres auf.

Die Maße, wie z.B. die Kantenlänge, eines derartigen Feuerraums kann dabei in einem Bereich von 5 bis 25m oder sogar von 5 bis 50m liegen. Die Höhe eines derartigen Feuerraums kann sogar im Bereich von 10 bis 100m liegen, gemessen von der horizontalen Brennerebene, in der die Brenner umlaufend um den Feuerraum angeordnet sind. Be- kannt sind auch Feuerräume mit weiteren, z.B. darüber liegenden Brennerbereichen, in der weitere Brenner sozusagen als weiterer Feuerkranz angeordnet sind. Bekannt sind auch Feuerräume mit einer weiteren, darüberliegenden Brennerebene, in der weitere Brenner sozusagen als weiterer Feuerkranz angeordnet sind. Bekannt ist auch, dass die jeweiligen Brenner Luft und den fossilen Brennstoff, wie z.B. Kohlestaub aus Braunkohle und/oder Steinkohle, oder Erdgas, leicht versetzt zum geometrischen Zentrum hin einlasen (siehe FIG 3). Dadurch wird eine verbrennungstechnisch günstigere Verwirbelung und Durchmischung des Luft-/Brennstoffsgemischs erreicht. Typischerweise erfolgt die Einbla- sung des Luft-/Brennstoffsgemischs zusätzlich unter einem kleinen Winkel nach„unten" im Bereich von 10° bis 20°, gemessen von der Horizontalebene. Dadurch verbleibt noch mehr Zeit für die Durchmischung des Luft-/Brennstoffgemischs. Der Brennstoff und die Luft wird üblicherweise vorgeheizt in den Feuerraum eingeblasen, wobei die Brennstofftemperatur vorzugsweise in einem Bereich von 150°C - 200°C und die Lufttemperatur um 300°C liegt.

Das gesamte, noch nicht gezündete Luft-/Brennstoffgemisch wird z.B. bei Kohlestaub befeuerten Kraftwerken zum Feuerraumzentrum hin thermisch mit hochgerissen. In diesem über der Brennschicht bzw. Brennerschicht liegenden Pyrolysebereich wird das gesamte noch nicht gezündete Luft-/Brennstoffgemisch durch endotherme Reaktionen in seine flüchtigen brennbaren Anteile zerlegt wird. Zugleich verdampft das noch im Brennstoff gebundene Wasser. Mit dem weiteren Aufsteigen des pyrolysierenden Gemischs bei zugleich weiter steigender Temperatur zündet letztendlich das gesamte Gemisch ab einer Temperatur von ca. 600° spontan. Oberhalb einer Temperatur von 750°C verbrennt das Gemisch sogar explosionsartig. Zum Schluss verbrennt bzw. verglüht in einem darüberlie- genden, in einen Ausbrandbereich übergehenden Bereich noch Koks, d.h. quasi reiner Kohlenstoff, sofern noch ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Dieser Sauerstoff kann z.B. in Form von Luft über weitere Lüfter in dieser Ausbrandebene zugegeben werden, um den Ausstoß von Unverbranntem und von Kohlenmonoxid zu vermeiden.

Bekannt ist auch, den Zündbereich oder den Ausbrandbereich, bzw. den gesamten Zünd- /Ausbrandbereich dahingehend zu analysieren, wo sich Gebiete mit zu viel Sauerstoff respektive sich Gebiete mit zu viel Brennstoff befinden, typischerweise repräsentiert durch das sogenannte Luft-/Brennstoffverhältnis. Ein Verhältnis von 1 bedeutet, dass aus- reichend Luft und folglich auch Sauerstoff vorhanden ist, um den dort vorliegenden Brennstoffanteil vollständig und somit optimal zu verbrennen. Verbrennungstechnisch ungünstige Gebiete sind folglich Gebiete mit einem Luft-/Brennstoffverhältnis von größer als 1, wie z.B. 1.2, was einem sogenannten„mageren" Luft-/Brennstoffgemisch entsprechen würde. Analoge würde ein Luft-/Brennstoffverhältnis von kleiner als 1, wie z.B. 0.8, einem„fetten" Luft-/Brennstoffgemisch entsprechen. Es ist folglich zu wenig Luft für die Verbrennung vorhanden. Die lokale Temperaturverteilung ist ein weiterer wichtiger Faktor, der vor allem die Geschwindigkeit des Verbrennungsprozesses mitbestimmt. Bekannt sind weiterhin Drehrohröfen, die einen Feuerraum aufweisen. Ein derartiger Olfen wird für kontinuierliche Prozesse in der Verfahrenstechnik eingesetzt. Er weist ein Drehrohr auf, das in Längsrichtung leicht geneigt ist, sodass von einer Einlaufseite her eingebrachtes Aufgabegut innen längs entlang des umlaufenden Ofenrohrs zu einer Aus- laufseite hin transportiert wird. Von der Auslaufseite her wird mit Brennern das Zünden des Brennstoffs erreicht, und über die Brenner ein geeignetes Temperaturprofil im Ofen eingestellt. Die Wärmezufuhr erfolgt somit von innerhalb des Ofens, wobei das Aufgabegut hierbei im direkten Kontakt mit dem entstehenden Rauchgas steht. Es kann bei zumindest einem Teil der Brenner der Brennstoff- und/oder Luftmassenstrom eingestellt werden, um die Qualität der Verbrennung zu verbessern. Dabei ist neben den Brennstoff- und Luftmengen und deren Durchmischung vor allem die Endtemperatur für die Qualität des Fertigguts eine wichtige Kenngröße.

Bewährt hat sich der Drehrohrofen von der Steine- und Erden-Industrie über die Grund- Stoffindustrie bis in den Chemie- und Entsorgungsbereich. Die Produkte, zu deren thermischer Behandlung der Drehrohrofen genutzt wird, sind vielfältige Massenschüttgüter wie zum Beispiel Zementklinker, Kalk, Dolomit, Magnesit, Schamotte, Titandioxid, Bariumsulfat, Strontium- und Bariumcarbonat, Kaolin, Eisenerz, Quarzsand, Petrolkoks, Gips und viele andere mehr.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Messvorrichtungen bekannt, mittels derer eine örtliche Verteilung des Luft-/Brennstoffverhältnisses im Zünd-/Ausbrandbereich messtechnisch ermittelbar ist. Mit anderen Worten erlauben diese Messvorrichtungen einen vorzugsweise horizontalen Schnitt durch den Feuerraum im Zünd-/Ausbrandbereich. Die- ser Schnitt bzw. Schnittbereich kann auch als Messebene oder Messebenenschicht bezeichnet werden. Es ist folglich für den verbrennungsrelevanten Bereich im Zünd-/Aus- brandbereich eine zweidimensionale Verteilung des dort vorherrschenden Luft-/Brenn- stoffverhältnisses ermittelbar. Technisch kann dies z.B. durch eine horizontal verfahrbare Lambdasonde bewerkstelligt, mittels welcher Messungen an einer Vielzahl von Mess- punkten im Zünd-/Ausbrandbereich vorgenommen werden.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Messvorrichtungen bekannt, wie z.B. Lasergitter oder Pyrometer, mittels welcher eine örtliche Verteilung der Temperatur im Zünd- /Ausbrandbereich messtechnisch ermittelbar ist. Die Temperatur ist eine weitere, die Verbrennungsqualität charakterisierende Kenngröße. Sie bestimmt vorwiegend, wie schnell das Luft-/Brennstoffgemisch mehr oder weniger explodiert. Die Temperatur entwickelt sich dabei mit dem vorhandenen Brennstoff und der Luft. Die Temperatur sollte aber nicht zu hoch sein (typischerweise unterhalb ab etwa 1400°C), da sonst die Asche „weich" wird und den Kessel verschmutzt. Zudem wird nachteilig umweltschädliches, sogenanntes„thermisches" NO _x gebildet.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Lasergitter als Messvorrichtungen bekannt, mittels welcher eine örtliche Verteilung der CO-, NCy, 0 ₂ -, C0 ₂ -Anteile bzw. -Konzentrationswerte im Rauchgas gemessen werden können. Der jeweilige Anteilswert ist eine weitere, die Verbrennungsqualität charakterisierende Kenngröße. Die Messung erfolgt typischerweise dort, wo die Verbrennung quasi abgeschlossen ist und wo nur noch geringe Absorption vorhanden ist, d.h. im Zünd-/Ausbrandbereich und insbesondere im Aus- brandbereich.

Die zuvorgenannten Messvorrichtungen können auch miteinander kombiniert werden, wie z.B. aus Gründen der Plausibilität der erfassten Messwerte und/oder aus Gründen der Steigerung der Messgenauigkeit.

Vorzugsweise findet ein optisches Messverfahren Anwendung, wie z.B. ein kameragestütztes Messverfahren.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 10 206 AI ist ein Verfahren und eine Vor- richtung zur Verbrennungsanalyse sowie Flammenüberwachung in einem Verbrennungsraum bekannt. Um sowohl die Temperaturverteilung als auch die Konzentrationsverteilung von im Verbrennungsprozess entstehenden Reaktionsprodukten sowie Parameter der Flamme besonders schnell erfassen zu können, wird ein Bild einer Flamme aufgenommen und aus ortsaufgelösten Intensitäten des Bildes für mindestens einen vorgebba- ren Spektralbereich eine räumliche Verteilung eines den Verbrennungsprozess charakterisierenden Parameters ermittelt. Ein optisches System der Vorrichtung weist eine Linse zur Erfassung der Flamme sowie drei nachgeschaltete Strahlteiler auf. Die von der Linse erfassten Bündelstrahlen werden durch die Strahlteiler auf insgesamt vier Spektralbereiche aufgeteilt und jeweils einem CCD-Bildsensor zugeführt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 091 175 A2 ist ein Verfahren sowie eine dazu korrespondierende Vorrichtung zur Bestimmung des Luftüberschusses bei einem Verbrennungsprozess bekannt, indem die Bildungsraten der bei der Verbrennung gebildeten Reaktionsprodukte CN und CO ermittelt werden. Anschließend wird das Verhältnis der ermittelten Bildungsraten als eine den Luftüberschuss im Sinne eines Luft-/Brenn- stoffverhältnisses repräsentierende Größe gebildet. Zur Erfassung der Strahlungsintensitäten sind zumindest vier Spezialkameras vorgesehen. Auf Basis der messtechnisch ermittelten örtlichen Verteilung des Luft-/Brennstoffverhält- nisses im Zünd-/Ausbrandbereich können Gebiete mit verbrennungstechnisch ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis ermittelt werden, wie z.B. von Gebieten mit Verhältniswerten von größer 1.2 oder kleiner als 0.8.

Um die Verbrennung in den identifizierten Gebieten zu verbessern ist es bekannt, den Luftmassenstrom oder den Brennstoffstoff zu verändern, indem z.B. die Lüfterdrehzahl eines der Lüfter erhöht oder erniedrigt wird oder indem die eingeblasene Brennstoffmenge bei einem Brenner erhöht oder erniedrigt ist.

Problem dabei ist, dass aufgrund der Verwirbelung und der Vielzahl von Brennern nicht feststellbar ist, welcher der Brenner maßgeblich für die ungünstige Verbrennung„verantwortlich" ist. Daher wird nacheinander der Luft- oder Brennstoffmassenstrom lediglich nur an einem der Brenner verändert, um dann zu überprüfen, ob sich die Verbrennung in dem betrachteten Gebiet verbessert hat. Allerdings kann es bis zu 15 min dauern, bis die Auswirkungen der Änderung des Luft- oder Brennstoffmassenstroms im gesamten Feuerraum sich stationär im Verbrennungsprozess eingependelt haben. Der zeitliche Aufwand ist folglich enorm hoch. Typischerweise ist der Verbrennungsprozess auch nicht sonderlich stabil. Hier führen z.B. unterschiedliche Brennstoffqualitäten dazu, dass sich der gesamte Verbrennungsprozess ändert und wiederum geändert stationär einpendelt. Auch der häufige Ausfall von einem oder mehreren Brennern, wie z.B. durch Servicearbeiten oder technischem Ausfall, führt zu einem geänderten Verbrennungsprozess und folglich zu unterschiedlichen Gebieten mit verbrennungstechnisch ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis.

In dem Fachbuch„Simulation von Kraftwerken und wärmetechnischen Anlagen" von Bernd Epple et al., Springer Verlag Wien, 2009, sind verschiedene Methoden einer Feuerraumsimulation bekannt, wie z.B. auf Basis eines sogenannten CFD- Simulationsmodells (CFD für Computational Fluid Dynamics) für die numerische Strömungsmechanik. Basierend auf diesem Modell ist eine Strömungs- Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulation eines Feuerraums möglich. Zur approximativen Lösung der dynamischen strömungsmechanischen Modellgleichungen ist die Anwendung einer Finite-Volumen-Methode beschreiben. Je nach Modellierungsaufwand und Rechnerleistung kann für jedes Volumenelement im modellierten Feuerraum die dort herrschende Temperatur, der Druck, die Strömungsgeschwindigkeit und Richtung der Verbrennungsgase sowie wie deren chemische Zusammensetzung wie Sauerstoffanteil, Anteil des pyrolysierten Brennstoffs sowie Anteil des bereits verbrannten Brennstoffs angegeben werden. Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, welches eine verbesserte Verbrennung in einem Feuerraum erlaubt.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, welches eine schnelle Korrektur des jeweiligen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms erlaubt, um die Verbrennung im Feuerraum wieder zu verbessern. Es ist eine weiteren Aufgabe der Erfindung, geeignete Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.

Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine zum Verfahren korrespondierende Vorrichtung anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird für das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben. Im Anspruch 11 ist eine geeignete vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens genannt. In den Ansprüchen 12 und 13 sind zwei zum erfin- dungsgemäßen Verfahren korrespondierende Vorrichtungen angegeben. Im Anspruch 14 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtungen genannt.

Erfindungsgemäß wird ein für eine Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungssimulation wesentlicher Teil des Feuerraums in einem numerischen Simulationsmodell abgebildet, aufge- teilt in eine Vielzahl von Volumenelementen. Es wird bei der numerischen Simulation eines jeden Volumenelements die Herkunft der von jeweiligen Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile fortlaufend und für sich getrennt mitberücksichtigt. Es wird eine der messtechnisch ermittelten örtlichen Verteilung im Simulationsmodell örtlich entsprechende Verteilung der Brennstoff- und Luftanteile ermittelt. Es wird für das jeweilige identifizierte Ge- biet der hinsichtlich der ermittelten Brennstoff- und Luftanteile maßgebliche zumindest eine Brenner ermittelt, um die Verbrennung durch eine Korrektur des jeweiligen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms zu verbessern.

Dadurch ist auf Basis der numerischen Strömungs- Pyrolyse- und Verbrennungs-Simula- tion für jedes messtechnisch identifizierte Gebiet, welches eine hinsichtlich der Verbrennungsqualität ungünstige Kenngröße aufweist, vorteilhaft der für die ungünstige Verbrennung maßgeblich verantwortliche Brenner ermittelbar. Durch Korrektur des zugehörigen Luft- und/oder Brennstoffmassenstroms kann dann zumindest iterativ die dortige Verbrennung verbessert werden. Liegt z.B. das gemessene Luft-/Brennstoffverhältnis im identifizierten Gebiet z.B. bei 0.75, d.h. es ist zu wenig Luft für eine optimale Verbrennung vorhanden, so kann der Luftmassenstrom des ermittelten maßgeblich verantwortlichen Brenners erhöht werden, wie z.B. um 5%. Dabei kann der Luftmassenstrom umso mehr korrigiert werden, je größer das gemessene Luft-/Brennstoffverhältnis vom optimalen Verhältnis 1.0 entfernt ist. Im umgekehrten Fall, d.h. für den Fall, dass das gemessene Luft-/Brennstoffverhältnis im identifizierten Gebiet z.B. bei 1.25 liegt, d.h. es ist zu viel Luft für eine optimale Verbrennung vorhanden, so kann der Luftmassenstrom des ermittelten maßgeblich verantwortlichen Brenners verringert werden, wie z.B. um 10%.

Alternativ oder zusätzlich kann auch der Brennstoffmassenstrom erhöht oder erniedrigt werden. In technischer Hinsicht ist es in den meisten Fällen vorteilhaft, den Luftmassenstrom zu korrigieren, indem die Lüfterdrehzahl oder geeignete verstellbare Lüfterklappen verändert werden. Der Brennstoffmassenstrom bleibt dabei unverändert. Weist der je- weilige Brenner eine Brennstoffeinblasvorrichtung für den Brennstoffmassenstrom und zumindest einen zugeordneten, separaten Lüfter für den Luftmassenstrom auf, so ist es vorteilhaft, nur den Luftmassenstrom des Lüfters zu verändern.

Kernidee der Erfindung ist, dass bei der numerischen Strömungs- Pyrolyse- und Verbren- nungs-Simulation für jedes„simulierte" Volumenelement der jeweilige brennerbezogene Ursprung des eingeblasenen Brennstoffs und der eingeblasenen Luft mitgeführt und während der Simulation auf die nächsten angrenzenden Volumenelemente übertragen werden. So kann ein Volumenelement, wie z.B. mit den Abmessungen 10cm x 10cm x 10cm, einen Brennstoffanteil von 5% von Brenner 1, 80% von Brenner 2, 10% von Brenner 4 etc. aufweisen sowie einen Luftanteil von 60% vom Brenner 3, 30% von Brenner 6 etc. aufweisen. Mittels der numerischen Strömungs- Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulation kann für dieses Volumenelement auf Basis der zuvorgenannten ursprungsbezogenen Anteile sowie weiterer vorliegenden Randbedingungen wie z.B. Lufttemperatur, Brennstofftemperatur, Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke, die Pyrolyse sowie die Verbrennung schrittweise berechnet werden. Das Ergebnis einer Berechnung für dieses Volumenelement kann z.B. sein, dass der gesamte vorhandene Brennstoff bereits zu 95% pyrolisiert und zu 20% verbrannt ist, sowie bei einer Temperatur von 693°C bei einem Sauerstoffgehalt von 17,3% und bei einem aktuellen Strömungsvektor von Vx = 1m/s, Vy = -0,2m/s, Vz = 0,1m/s.

Es wird mit anderen Worten die von jeweiligen Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile fortlaufend und für sich getrennt mitberücksichtigt. Mittels der numerischen Strömungs- Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulation sind zumindest die Herkünfte der Brennstoffe und Lüfte qualitativ für jedes Volumenelement ermittelbar. Dies ist aber völlig ausreichend, um die Verbrennung in den messtechnisch erfass- ten Gebieten mit ungenügendem Luft-/Brennstoffverhältnis gezielt korrigieren zu können.

Nach einer Verfahrensvariante wird dem Brennstoff und/oder der Luft für einen jeweiligen Brenner eine Substanz beigemischt.

Die Substanz kann z.B. an der Eingangsseite des jeweiligen Brenners eingebracht werden, wie z.B. in Pulverform oder in Form eines Granulats. Sie kann eingangsseitig z.B. mittels einer Förderschnecke eingebracht werden oder dort eingeblasen werden. Die Substanz kann alternativ auch an der Ausgangsseite des Brenners, d.h. in den Luftauslass eines Lüfters des jeweiligen Brenners oder in den Auslass einer Brennstoffeinblasvorrichtung des jeweiligen Brenners eingebracht werden. Sie kann dort gleichfalls in Pulverform oder in Form eines Granulats eingeblasen oder mittels einer Förderschnecke eingebracht werden. Die Substanz kann auch in flüssiger Form dort eingesprüht werden. Mit anderen Worten wird die Substanz in den Brennstoff- und/oder Luftmassenstrom des jeweiligen Brenners eingebracht. Alternativ oder zusätzlich kann die Substanz im gasförmigen Zustand in den Auslass einer Brennstoffeinblasvorrichtung des jeweiligen Brenners eingeblasen werden.

Die Substanz hinterlässt während der Verbrennung im Feuerraum eine (optisch signifikante) Leuchtspur, wobei mittels eines spektral auf die Leuchtspur abgestimmten optischen Messsystems die örtliche und zeitliche Ausbreitung der Substanz erfasst wird. Mit anderen Worten wird die Ausbreitung der Substanz im Feuerraum zeitlich und/oder räumlich durch das optische Messsystem erfasst. Es wird eine mit der tatsächlichen Ausbreitung der Substanz einhergehende tatsächliche Ausbreitung des vom jeweiligen Brenner stammenden Brennstoffs und der vom jeweiligen Brenner stammenden Luft im numerischen Simulationsmodell als Randbedingung übernommen. Durch die Anpassung des numerischen Simulationsmodells an die tatsächliche Ausbreitung sind die gesuchten Gebiete mit dem ungenügenden Luft-/Brennstoffverhältnis zuverlässiger ermittelbar.

Es können hierzu die von dem optischen Messsystem erfassten Daten der einzelnen Leuchtspuren für die jeweiligen Brennstoff- und/oder Luftmassenströme getrennt in räumliche Verteilungen und deren Ausbreitungsgeschwindigkeit umgerechnet werden, aufgeteilt in eine Vielzahl von Volumenelementen. Die so berechneten Leuchtspuren verschiedener Brennstoff- und/oder Luftmassenströme können dann in einem Leuchtspurmodell gespeichert werden. Je nach Modellierungsaufwand und Rechnerleistung kann, soweit messtechnisch möglich, kann für jedes Volumenelement im modellierten Feuerraum die dort herrschende Strömungsgeschwindigkeit und Richtung der Verbrennungsgase sowie wie Zuordnung zu den Brennstoff- und/oder Luftmassenströmen bezüglich der verschiedenen Brennstoff und/oder Lufteinlässen angegeben werden. Vorzugsweise wird die Substanz nicht nur dem Brennstoff und/oder der Luft für einen einzigen Brenner sondern für mehrere Brenner beigemischt. Dies kann z.B. zyklisch für eine Auswahl aus allen Brennern, wie z.B. jeder zweite oder jeder dritte Brenner, oder für alle Brenner erfolgen, wie z.B. reihum. Durch die zeitlich aufeinander folgende Beimischung kann die örtliche und zeitliche Ausbreitung der leuchtenden Substanz im Feuer- räum mittels des optischen Messsystems erfasst werden, d.h. nachverfolgt werden. Da die Zeitpunkte der Beimischung der Substanz für die jeweiligen Brenner bekannt sind, können die verschiedenen Herkünfte des Brennstoffs und/oder der Luft den jeweiligen Brennern zugeordnet werden. Die Übereinstimmung des numerischen Simulationsmodells mit den wirklichen Strömungsverhältnissen im Feuerraum wird dadurch weiter vor- teilhaft erhöht. Dadurch können die gesuchten Gebiete mit dem ungenügenden Luft-

/Brennstoffverhältnis noch zuverlässiger ermittelt werden und noch gezielter Korrekturen an dem Brennstoffmassenstrom und/oder Luftmassenstrom des zumindest einen maßgeblichen Brenners zur Optimierung der Verbrennung vorgenommen werden. Es können auch andere messtechnisch erfasste Größen, wie z.B. die Temperaturverteilung, die Verteilung des Luft-/Brennstoffverhältnis im Feuerraum und die Massenströme an den Brennern im Leuchtspurmodell zusätzlich hinterlegt werden. Es können auch mehrere, spektral unterschiedlich leuchtende Substanzen zeitgleich dem Brennstoff und/oder der Luft unterschiedlicher Brenner beigemischt werden, so dass die Substanzen während der Verbrennung im Feuerraum unterschiedliche, jeweils optisch signifikante Leuchtspuren hinterlassen, wie z.B. rot, blau oder grün. Die örtliche und zeitliche Ausbreitung der Substanzen kann dann mittels eines spektral auf die Leuchtspuren abgestimmten optischen Messsystems erfasst werden. Hierzu kann das optische Messsystem z.B. eine Reihe von Spektralfiltern aufweisen, die auf die dominante emittierte Spektrallinie der jeweili- gen Substanz abgestimmt sind.

Wie aus der Chemie bekannt ist, können mit einigen Substanzen Verfärbungen einer Flamme erreicht werden. Z.B. bewirkt Lithium eine rote Verfärbung, Natrium eine gelbe, Barium eine grüne und Kupferchlorid eine blaue Verfärbung. Dabei werden jeweils eine oder mehrere Spektrallinien im Spektrum erzeugt. Vorzugsweise werden Substanzen verwendet, die bei thermischer Anregung im grünen oder blauen mit hoher Intensität strahlen, da sie dann von der intensiven thermischen Strahlung im roten und infraroten Spektralbereich mit optischen Filtern getrennt und unterschieden werden können. Unter Umständen können die die Verbrennungsqualität charakterisierenden Kenngrößen nicht in allen Bereichen des Brennraums gemessen werden und die Leuchtspuranalyse nicht für alle Bereiche ausgewertet werden. Es kann daher alternativ oder zusätzlich mit einer Verbrennungsrechnung und/oder mit einem Strömungsmodell auch für Bereiche, die nicht messtechnisch erfasst werden konnten und/oder für die keine Leuchtspuranalyse durchgeführt werden konnte, eine Berechnung der Kenngrößen für die Verbrennungsgüte erfolgen. Mit einem solchen Leuchtspurmodell bzw. um ein solches erweitertes CFD-Simulations- modell kann für das jeweilige identifizierte Gebiet der hinsichtlich der ermittelten Kenngrö- ßen maßgebliche zumindest eine Brenner ermittelt werden, um die Verbrennung durch eine Korrektur des jeweiligen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms zu verbessern.

Nach einer Verfahrensvariante wird wiederholt, vorzugsweise zyklisch, der zumindest eine maßgebliche Brenner ermittelt und automatisiert der jeweilige Brennstoff- und/oder Luftmassenstrom korrigiert. Dadurch ist ohne menschliches Zutun automatisiert eine weitgehend optimale Verbrennung im Feuerraum bewerkstelligbar.

Einer weiteren Verfahrensvariante nach werden der Feuerraum, die geometrische Anordnung und Ausrichtung der Brenner im Feuerraum, deren aktuell vorgegebener Geschwin- digkeitseinblasvektor, deren jeweiliger aktuell vorgegebener Wert für den Brennstoff- und Luftmassenstrom und/oder die aktuell vorgegebene Temperatur des jeweiligen Brennstoff- und Luftmassenstroms im numerischen Simulationsmodell abgebildet. Dadurch stimmen die simulierten Bedingungen im Feuerraum aufgrund der Vielzahl vorgegebener bzw. messbarer Randbedingungen zumindest qualitativ, mit den tatsächlich vor- herrschenden realen Bedingungen im Feuerraum überein.

Nach einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist das Strömungs-, Pyrolyse- und Verbren- nungs-Simulationsmodell ein Computational-Fluid-Dynamics-Simulationsmodell (CFD), welches die dynamischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungsvorgänge im Feuer- räum durch strömungsmechanische Modellgleichungen wie Navier-Stokes-, Euler- oder Potentialgleichungen beschreibt. Die Verwendung derartiger Modelle ist in der Strömungsmechanik, wie z.B. im Triebwerkbereich bei Flugzeugen oder bei Gasturbinen im Kraftwerksbereich, seit langem bekannt und ausgereift. Aufgrund der heute zur Verfügung stehenden Computerrechenleistung ist eine genaue und zugleich schnelle Modellie- rung sowie Simulation möglich. Insbesondere wird zur approximativen Lösung der Navier-Stokes-, Euler- oder Potentialgleichungen des Computational-Fluid-Dynamics-Simulationsmodells eine Finite-Volumen- Methode verwendet. Eine derartige Methode ist gleichfalls weitverbreitet und anerkannt. Nach einer weiteren Verfahrensvariante ist die die Verbrennungsqualität charakterisierende, messtechnisch ermittelte Kenngröße ein Luft-/Brennstoffverhältnis. Es kann selbstverständlich alternativ auch der Kehrwert sein, d.h. ein Brennstoff-/Luftverhältnis sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kenngröße eine Temperatur sein, welche mittels eines Pyrometers, eines Lasergitters oder mittels eines horizontal verfahrbaren Temperatursensors erfasst wird. Die Kenngröße kann alternativ oder zusätzlich der CO-, NO _x -, 0 ₂ - oder C0 ₂ -Anteil bzw. - Konzentrationswert dem im Zünd-/Ausbrandbereich vorliegenden Rauchgas sein. Aus diesen jeweiligen Anteils- oder Konzentrationswerten kann dann letztendlich ein das Brennstoff- /Luftverhältnis oder Luft-/Brennstoffverhältnis bzw. repräsentierender Wert abgeleitet werden. Ist z.B. die örtliche Verteilung von Sauerstoff, also von 0 ₂ , ungleichmäßig, so wird in Gebieten mit zu viel Luft NO _x gebildet, während in Gebieten mit zu wenig Luft wegen der dortigen unvollständigen Verbrennung CO gebildet wird. Hier sind CO und NO _x quasi Gegenspieler, deren gegenläufiges Verhalten in den Anteils- bzw. Konzentrationswerten vorteilhaft verwendet werden kann, um daraus als weitere Kenngröße für die Verbrennungsqualität einen das Brennstoff-/Luftverhältnis repräsentierenden Wert abzuleiten.

Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zur messtechnischen Ermittlung der örtlichen Verteilung des Luft-/Brennstoffverhältnisses im Zünd-/Ausbrandbereich ein kameragestütztes Verfahren verwendet. Insbesondere werden die Bildungsraten der bei der Verbrennung gebildeten chemischen Reaktionsprodukte CN (Cyanid) und CO (Kohlen- stoffmonoxid) ermittelt, wobei das Verhältnis der ermittelten Bildungsraten als eine das Luft-/Brennstoffverhältnis repräsentierende Größe gebildet wird. CN ist dabei im

Verbrennungsprozess umso mehr vorhanden, je mehr Luftüberschuss bei der Verbrennung vorliegt. Gegensätzlich dazu ist umso mehr CO vorhanden, je mehr Luftmangel bei der Verbrennung vorliegt.

Bei den chemischen Reaktionsprodukten handelt es um gasförmige Radikale, die typischerweise bei einem Hochtemperaturprozess von mehr als 1000 °C bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff entstehen. Anstelle von CN und CO kann auch eine andere geeignete Paarung für die Repräsentation des Luft-/Brennstoffverhältnis herangezogen wer- den, wie z.B. aus der Menge der C ₂ -, CH-, CHOH-, CHO-, NH-, OH- oder 0 ₂ -Radikale.

Die Erfassung der Bildungsraten kann z.B. mittels Spezialkameras erfolgen, denen ein optisches Sperrfilter mit einem vorgebbaren Durchlasswellenbereich für eine charakteristi- sehe Spektrallinie des jeweiligen Reaktionsproduktes vorgeschaltet. Dadurch ist hinsichtlich der Emission eines chemischen Reaktionsproduktes eine besonders hohe Selektivität möglich. Typischerweise weist ein solches Sperrfilter einen Durchlasswellenbereich im Bereich von ca. 5 bis 20 nm auf. So liegt beispielsweise das spezifische Frequenzband ei- ner der Spektrallinien für CO (Kohlenstoffmonoxid) im Bereich von 445 bis 455 nm und für das Reaktionsprodukt CN (für Cyanid) im Bereich von 415 bis 425 nm. Den Sperrfiltern kann darüber hinaus ein IR-Filter, das heißt ein Infrarot-Filter, vorgeschaltet sein, um einen Großteil der eintreffenden Wärmestrahlung auszufiltern. Beide Filter können auch in einem einzigen Sperrfilter integriert sein. Die beiden Bildungsraten, wie vorzugsweise für CO und CN, werden aus der Differenz eines jeweiligen Bandenstrahlungswerts und eines jeweiligen Temperaturstrahlungswerts gebildet, letzterer vorzugsweise mittels einer Verhältnispyrometrie.

Das zuvor beschriebene Verfahren kann vorteilhaft zur Verbesserung der Verbrennung in einem fossilen thermischen Kraftwerk oder in einem Drehrohrofen angewendet werden

Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird zur messtechnischen Ermittlung der örtlichen Verteilung des Luft-/Brennstoffverhältnisses im Zünd-/Ausbrandbereich sowie zur optischen Erfassung der bei der Ausbreitung der Substanz emittierten Leuchtspur ein ge- meinsames kameragestütztes Verfahren verwendet. Ein derartiges kameragestütztes Verfahren ist z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 091 175 A2 bekannt. Vorzugsweise wird in diesem Fall Kupferchlorid in Kombination mit dem dort offenbarten Messsystem verwendet, um die räumliche Zuordnung zu den Brennstoff- und/oder Luftauslässen zu erhalten. Über das zeitliche Verhalten der Leuchtspuren des Kupferchlorid im Brennraum kann zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit abgeschätzt werden.

Es kann anstelle des in der europäischen Patentanmeldung EP 1 091 175 A2 beschriebenen Kamerasystems auf ein Lasermessgitter verwendet werden. Dieses Messgitter kann somit sowohl zur messtechnischen Ermittlung der örtlichen Verteilung des Luft-/Brenn- Stoffverhältnisses im Zünd-/Ausbrandbereich sowie zur Erfassung der bei der Ausbreitung der Substanz emittierten Leuchtspur und/oder Absorptionsspur gleichfalls im Zünd-/Aus- brandbereich verwendet werden.

Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch eine zum Verfahren korrespondierende Vorrichtung gelöst.

Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß Mittel zur Erfassung eines Istwertes zumindest des aktuellen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms eines jeweiligen Brenners auf. Sie umfasst Mittel zur Ausgabe eines Sollwertes an eine Stelleinrichtung für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms eines jeweiligen Brenners auf. Weiterhin weist sie Messmittel zur Ermittlung einer im Zünd-/Ausbrandbereich vorliegenden örtlichen Verteilung einer die Verbrennungsqualität charakterisierenden Kenngröße, insbesondere des Luft- /Brennstoffverhältnisses auf. Schließlich umfasst die Vorrichtung rechnergestützte Mittel zur Simulation reagierender Strömungen in einem Feuerraum mittels eines numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulationsmodells, zur Ermittlung einer der messtechnisch ermittelten örtlichen Verteilung im Simulationsmodell örtlich entsprechenden Verteilung der Brennstoff- und Luftanteile, zur Identifikation zumindest eines dortigen Gebiets mit einer hinsichtlich der Verbrennungsqualität ungünstigen Kenngröße, insbesondere mit einem verbrennungstechnisch ungünstigen Luft-/Brennstoffverhältnis, zur Ermittlung des maßgeblichen zumindest einen Brenners hinsichtlich der simulierten Brennstoff- und Luftanteile sowie zur Ausgabe eines korrigierten Sollwertes für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms an die Stelleinrichtung eines jeweiligen Brenners.

Der Istwert des aktuellen Brennstoffmassenstroms kann z.B. mittelbar aus der Drehzahl einer dem Brenner vorgeschalteten Kohlemühle oder unmittelbar von einem Gaszähler bei Erdgas als Brennstoff abgeleitet werden. Der Luftmassenstrom kann z.B. aus der Lüfterdrehzahl eines Lüfters als separater Teil eines Brenners auf Basis der technischen Kenndaten des Lüfters abgeleitet werden. Die Temperaturwerte für den Brennstoffmassenstrom und Luftmassenstrom können z.B. mittels eines Temperatursensors erfasst werden. Der jeweilige Sollwert kann ein Zahlenwert sein, wie z.B. eine Prozentzahl im Bereich von 0% und 100% sein. Eine Prozentzahl von 0 kann z.B. einem gestellten Brennstoffmassenstrom von 0 sein, d.h. es wird in diesem Fall die Brennstoffzufuhr eines Bren- ners ausgeschaltet. 100% dagegen entsprechen einer maximal möglichen Fördermenge des Brenners bzw. der Brennstoffeinblasvorrichtung.

Als rechnergestützte Mittel kommt vorzugsweise ein Computer, wie z.B. ein industrietauglicher PC in Frage, auf dem mehrere Programme ausgeführt werden können. Die Si- mulation reagierender Strömungen im Feuerraum mittels des numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulationsmodells, die Ermittlung einer der messtechnisch ermittelten örtlichen Verteilung im Simulationsmodell örtlich entsprechenden Verteilung der Brennstoff- und Luftanteile, die Identifikation zumindest eines dortigen Gebiets mit einem verbrennungstechnisch ungünstigen Luft-/Brennstoffverhältnis, die Ermittlung des maßgeblichen zumindest einen Brenners hinsichtlich der simulierten Brennstoff- und

Luftanteile sowie die Ausgabe eines korrigierten Sollwertes für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms an die Stelleinrichtung eines jeweiligen Brenners erfolgt vorzugsweise in Form ausführbarer Softwareprogramme sowie in Form hinterlegter Modelldaten, die von einem Mikroprozessor der rechnergestützten Mittel ausgeführt bzw. verarbeitet werden.

Nach einer alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung die Mittel zur Erfassung eines Istwertes zumindest des aktuellen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms eines jeweiligen Brenners auf. Sie weist die Mittel zur Ausgabe eines Sollwertes an eine Stelleinrichtung für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms eines jeweiligen Brenners auf. Sie weist zudem Mittel zum individuellen Ansteuern eines Beimischers zum Beimischen einer Substanz in den Brennstoff und/oder in der Luft eines jeweiligen Brenners auf, wobei die Substanz während der Verbrennung im Feuerraum eine Leuchtspur hinter- lässt.

Der jeweilige Beimischer ist vorzugsweise elektrisch über die Mittel ansteuerbar. Der Beimischer kann z.B. eine Förderschnecke sein. Es kann z.B. eine druc kluftgestützte Ein- blasvorrichtung, über welche die Substanz über ein elektrisch ansteuerbares Druckluftventil eingeblasen werden kann.

Die Vorrichtung weist weiterhin ein kameragestütztes Messsystem zur Ermittlung einer im Zünd-/Ausbrandbereich vorliegenden örtlichen Verteilung einer die Verbrennungs- qualität charakterisierenden Kenngröße sowie zur optischen Erfassung einer spektral signifikanten und sich örtlich sowie zeitlich ausbreitenden Leuchtspur auf. Weiterhin weist die Vorrichtung rechnergestützte Mittel auf. Sie sind vorgesehen zur Simulation reagierender Strömungen in einem Feuerraum mittels eines numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulationsmodells und zur Übernahme der tatsächlichen Ausbreitung des vom jeweiligen Brenner stammenden Brennstoffs und der vom jeweiligen Brenner stammenden Luft auf Basis der erfassten Ausbreitung der Leuchtspur als Randbedingung im numerischen Simulationsmodell. Die rechnergestützten Mittel sind weiterhin vorgesehen zur Ermittlung einer der messtechnisch ermittelten örtlichen Verteilung im Simulationsmodell örtlich entsprechenden Verteilung der Brennstoff- und Luftanteile . Die rechnergestützten Mittel sind zudem vorgesehen zur Identifikation zumindest eines dortigen Gebiets mit einer hinsichtlich der Verbrennungsqualität ungünstigen Kenngröße. Die rechnergestützten Mittel sind weiterhin vorgesehen zur Ermittlung des maßgeblichen zumindest einen Brenners hinsichtlich der simulierten Brenn- stoff- und Luftanteile. Schließlich sind die rechnergestützten Mittel vorgesehen zur Ausgabe eines korrigierten Sollwertes für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms an die Stelleinrichtung eines jeweiligen Brenners. Nach einer Ausführungsform sind die rechnergestützten Mittel dazu eingerichtet, wiederholt, vorzugsweise zyklisch, den zumindest eine maßgebliche Brenner zu ermitteln und automatisiert einen korrigierten Sollwert für den Brennstoff- und/oder Luftmassenstrom an die Stelleinrichtung eines jeweiligen Brenners auszugeben. Die Ermittlung des zumin- dest einen maßgeblichen Brenners kann z.B. dadurch erfolgen, dass die mittels des Simulationsmodells ermittelten Brennstoff- und Luftanteile von den jeweiligen Brennern in den Volumenelementen im Zünd-/Ausbrandbereich auf maximale Anteilswerte hin untersucht werden. Vorzugsweise erfolgt dies nur bei den Volumenelementen, welche der örtlichen Verteilung ungünstiger Luft-/Brennstoffverhältnisse entsprechen.

Nach einer weitere Ausführungsform sind im numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungsmodell, auf dessen Basis die reagierenden Strömungen in einem Feuerraum durch die rechnergestützten Mittel simuliert werden, der Feuerraum, die geometrische Anordnung und Ausrichtung der Brenner im Feuerraum , deren aktuell vorgegebener Ge- schwindigkeitseinblasvektor, deren jeweiliger aktuell vorgegebener Wert für den Brennstoff- und Luftmassenstrom und/oder die aktuell vorgegebene Temperatur des jeweiligen Brennstoff- und Luftmassenstroms abgebildet.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs- Simulationsmodell ein Computational-Fluid-Dynamics-Simulationsmodell. Ein solches Modell ist zur Beschreibung dynamischer Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungsvorgänge im Feuerraum durch strömungsmechanische Modellgleichungen wie Navier- Stokes-, Euler- oder Potentialgleichungen vorgesehen. Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verwendung einer Finite-Volumen-Methode zur approximativen Lösung der Navier-Stokes-, Euler- oder Potentialgleichungen des Computational-Fluid-Dynamics-Simulationsmodells vorgesehen.

Einer weiteren Ausführungsform sind die Messmittel zur messtechnischen Ermittlung der örtlichen Verteilung des Luft-/Brennstoffverhältnisses im Zünd-/Ausbrandbereich als kameragestütztes Messsystem realisiert, bei dem die Bildungsraten der bei der Verbrennung gebildeten chemischen Reaktionsprodukte, wie z.B. von CN und CO, ermittelbar sind. Das Verhältnis der ermittelten Bildungsraten kann dabei das Luft-/Brennstoffverhält- nis repräsentieren. Die Messmittel kann alternativ auch die eingangs beschriebene ver- fahrbare Lambdasonde umfassen. Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der jeweilige Brenner ein konzentrisch aufgebauter Rundbrenner. Der jeweilige Brenner kann auch eine Brennstoffeinblasvorrichtung sowie einen darunterliegenden und/oder darüberliegenden Lüfter umfassen. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine zum erfindungsgemäßen Verfahren korrespondierende Vorrichtung gelöst.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen

FIG 1 ein Beispiel für einen Feuerraum eines Kraftwerks mit acht Brennern in einer Brennschicht, eine beispielhafte Ausführungsform der Brenner im Feuerraum mit jeweils einer Brennstoffeinblasvorrichtung und jeweils zwei zugeordneten Lüftern, eine Aufsicht auf die Brenner gemäß FIG 2 mit sieben von den acht Brennern im Betrieb, ein Beispiel für eine messtechnisch ermittelte örtliche Verteilung eines in einem Zünd-/Ausbrandbereich gemäß FIG 1 herrschenden Luft-/Brenn- stoffverhältnisses mit vier Gebieten mit verbrennungstechnisch ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis, eine der örtlichen Verteilung gemäß FIG 4 örtlich entsprechende Verteilung der von den Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile auf Basis eines numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulations- modells gemäß der Erfindung, und ein Beispiel für Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur des Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms der jeweiligen Brenner in einem Feuerraum.

FIG 1 zeigt ein Beispiel für einen Feuerraum 1 eines Kraftwerks mit acht Brennern 2 in einer Brennschicht E. Der Feuerraum 1 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Es sind beispielhaft acht Brenner 2 in einer gemeinsamen horizontalen Brennebene BE angeordnet, in welcher Luft sowie Brennstoff durch die Brenner 2 eingeblasen wird. Mit P ist ein darüberliegender Pyrolysebereich B und mit ZA ein in einen Zünd-/Ausbrandbereich ü- hergehender Bereich bezeichnet. Mit Z selbst ein Zündbereich und mit A ein Ausbrandbereich bezeichnet. Die Grenzen zwischen den jeweiligen Bereichen sind dabei fließend und dienen in dieser Darstellung nur dem besseren Verständnis. Mit dem Bezugszeichen 5 sind schließlich Messkameras bezeichnet, die in einer Messebene M zur messtechnischen Erfassung des Zünd-/Ausbrandbereichs ZA angeordnet sind und sozusagen in den Feuerraum 1 hineinschauen. Die Messkameras 5 sind Teil eines kameragestützten Messsystems, welches zur messtechnischen Erfassung einer örtlichen Verteilung des im Zünd- /Ausbrandbereich ZA herrschenden Luft-/Brennstoffverhältnisses vorhanden ist. Mit x,y,z sind die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems bezeichnet. Die Brennebene BE sowie die Messebene M liegen somit in einer xy-Ebene. Jeweils senkrecht dazu ist die z- Achse.

FIG 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Brenner 2 im Feuerraum 1 mit jeweils einer Brennstoffeinblasvorrichtung 3 und mit jeweils zwei zugeordneten Lüftern 4. Es ist dabei jeweils ein Lüfter 4 direkt oberhalb und ein weiterer Lüfter 4 direkt unterhalb der zugehörigen Brennstoffeinblaseinrichtung 3 angeordnet. Von den Lüftern 4 ist lediglich nur das viereckige Lufteintrittsfenster und von der Brennstoffeinblasrichtung 3 lediglich eine runde, konzentrische Öffnung im Feuerraum 1 zu sehen. Die Brennstoffeinblaseinrichtung 3 ist zudem symbolisiert durch eine Flamme dargestellt, auch wenn in dieser Brennschicht E noch keine offene Verbrennung stattfindet. Diese findet erst im Zünd- /Ausbrandbereich statt.

FIG 3 zeigt eine Aufsicht auf die Brenner gemäß FIG 2 mit sieben von den acht Brennern 2i-2 ₈ im Betrieb. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass Luft sowie Brennstoff leicht ver- setzt zum geometrischen Zentrum eingeblasen wird, um eine gezielte Verwirbelung und Durchmischung des Luft-/Brennstoffgemisches zu erzielen. Mit m -m _BS ist der vom jeweiligen Brenner 2 2 ₈ eingeblasene Brennstoffmassenstrom und m\t rh _Ll -m _Li der vom jeweiligen Brenner 2i-2 ₈ eingeblasene Luftmassenstrom bezeichnet. Es handelt sich bei diesen physikalischen Größen um zeitabhängige Größen mit der Einheit Kilogramm pro Sekunde (kg/s), symbolisiert durch den Punkt über der physikalischen Bezeichnung der Masse m. Mit Vi-v ₈ ist der jeweilige Geschwindigkeitseinbiasvektor sowohl für die Luft als auch für den Brennstoff bezeichnet. Der Geschwindigkeitseinbiasvektor i-v ₈ selbst weist drei kartesische, nicht weiter gezeigte skalare Geschwindigkeitswerte v _x , v _y , v _z auf, die auf das gemäß FIG 1 zugrunde gelegte Koordinatensystem x,y,z bezogen sind. Der Einfachheit halber wurde für den eingeblasenen Brennstoff eine gemeinsame Brennstofftemperatur T _B und für die Luft eine gemeinsame Lufttemperatur T _L eingetragen. Selbstverständlich können bei jedem Lüfter 4 und bei jeder Brennstoffeinblasvorrichtung 3 des jeweiligen Brenners 2 2 ₈ die aktuelle Temperatur sowie separate Geschwindigkeitseinblasvektoren für die Luft vom jeweiligen Lüfter 4 und für den Brennstoff von der jeweiligen Brennstoff- einblasvorrichtung 3 angegeben bzw. erfasst werden.

Im Beispiel der FIG 3 ist weiterhin der Brenner 2 ₄ gestrichelt dargestellt. Dies symbolisiert, dass der gezeigte Brenner 2 ₄ nicht in Betrieb ist. Gründe hierfür können ein technischer Ausfall, Revisionsarbeiten oder ein Teillastbetrieb sein.

FIG 4 zeigt ein Beispiel für eine messtechnisch ermittelte örtliche Verteilung V _R eines in einem Zünd-/Ausbrandbereich ZA gemäß FIG 1 herrschenden Luft-/Brennstoffverhält- nisses mit vier Gebieten G1-G4 mit verbrennungstechnisch ungünstigem Luft-/Brennstoff- verhältnis. Die gezeigte zweidimensionale Darstellung in der xy-Ebene zeigt Gebiete Gl- G4 mit einem verbrennungstechnisch ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis. So zeigen die schraffierten Gebiete Gl, G2 ein Luft-/Brennstoffverhältnis von weniger als 0.8. In Richtung zum Gebietsinneren nimmt dabei das Luft-/Brennstoffverhältnis im Sinne von Höhenlinien noch weiter ab, wie z.B. im Gebietszentrum auf einen Wert von 0.6. Analog zeigen die nichtschraffierten Gebiete G3, G4 ein Luft-/Brennstoffverhältnis von mehr als 1.2. In Richtung zum Gebietsinneren nimmt dabei das Luft-/Brennstoffverhältnis im Sinne von Höhenlinien noch weiter zu, wie z.B. im Gebietszentrum auf einen Wert von 1.4. FIG 5 zeigt eine der örtlichen Verteilung V _R gemäß FIG 4 örtlich entsprechende Verteilung V _s der von den Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile A _B i-A _B 8, A _L i-A _L 8 auf Basis eines numerischen Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungs-Simulationsmodells gemäß der Erfindung. Die in der FIG 5 gezeigten Gebiete G1-G4, die sich im Raster eines Volumenelements dV des Simulationsmodells erstrecken, entsprechen in etwa den Gebieten G1-G4 in FIG 4 mit den dort extremen Werten für das Luft-/Brennstoffverhältnis. Diese nun identifizierten, verbrennungstechnisch ungünstigen Gebiete G1-G4 werden nun hinsichtlich ihrer Brennstoff- und Luftanteile A _B i-A _B 8, ALI-A _L8 untersucht. Genauer gesagt, werden die jeweiligen, zu den identifizierten Gebieten G1-G4 zugehörigen Volumenelemente dV untersucht. Da gemäß der Erfindung bei der numerischen Simulation eines jeden Volumenelements dV die Herkunft der von jeweiligen Brennern stammenden Brennstoff- und Luftanteile Α _Β χ- A _B 8, AQ-ALS fortlaufend und bereits für sich getrennt mitberücksichtigt wurden, kann nun für jedes Gebiet G1-G4 der maßgebliche Brenner 2 ermittelt werden. Dies ist typischer- weise der Brenner 2, dessen Brennstoff- oder Luftanteil A _B i-A _B 8, A _Lr A|.8 im Vergleich zu den Brennstoff- und Luftanteilen A _B i-A _B8 , A _L i-A _L 8 der anderen Brenner 2 maximal ist. So kann z.B. für das Gebiet Gl in FIG 5, welches gemäß FIG 4 ein Luft-/Brennstoffverhältnis von 0.6 aufweist, also zu„fett" ist, 60% des Brennstoffs ausschliesslich von nur einem Brenner 2 stammen und 30% der Luft hauptsächlich von einem anderen Brenner 2 stammen. Im vorliegenden Fall ist es dann besonders geeignet, den Brennstoffmassenstrom des Brenners 2 mit dem 60%-Anteil zu reduzieren, um die Verbrennung dort zu verbessern. Es kann auch beispielsweise für dieses Gebiet Gl in FIG 5 z.B. 50% der Luft von nur einem Brenner 2 stammen und sich die Brennstoffanteile in etwa gleichmässig auf alle Brenner 2 verteilen. In diesem Fall ist es besonders geeignet, den Luftmassenstrom bei diesem maßgeblichen Brenner 2 mit dem 30%-Luftanteil zu erhöhen, um die Verbrennung dort zu verbessern. Vorzugsweise werden bei mehreren identifizierten Gebieten G1-G4 die Gebiete G1-G4 hinsichtlich des Luft- und Brennstoffmassenstroms nacheinander kor- rigiert.

FIG 6 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur des Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms m _Bl -m _BS , m _L -m _L% der jeweiligen Brenner 2i-2 ₈ in einem Feuerraum 1. Mit dem Bezugszeichen 11 sind Mittel zur Erfassung eines Istwertes IW, mit 12 Mittel zur Ausgabe eines Sollwertes SW, mit 13 Messmittel und mit 14 rechnergestützte Mittel, wie z.B. ein Computer, bezeichnet. Die erfassten Istwerte IW sind dabei aktuelle, z.B. über eine Kraftwerksleittechnik empfangene Luftmassenstromwerte m _L -m _L% , Brennstoffmassenstromwerte m _B -m _Bt sowie Temperaturmesswerte T _B , T _L . Die Messmittel 13 sind im vorliegenden Bei- spiel durch ein kameragestütztes Messsystem mit vier Kameras 5 realisiert. Ausgabeseitig stellt dieses System eine örtliche Verteilung V _R des gemessenen Luft-/Brennstoff- verhältnisses λ im Zünd-/Ausbrandbereich ZA bereit, wie z.B. als zweidimensionales Datenfeld λχ _γ entsprechend der xy-Ebene der Messebene M. Die rechnergestützten Mittel 14 weisen beispielhaft ein als Datenmodell hinterlegtes numerisches Simulationsmodell CFD für die Strömungs-, Pyrolyse- und Verbrennungssimulation des Feuerraums 1 auf. Ausgabeseitig gibt das numerische Simulationsmodell CFD die den jeweiligen Brennern 2 zuordenbaren Brennstoff- und Luftanteile A _B i-A _B 8, A _L i-A _L 8 aus. Ferner umfassen die rechnergestützten Mittel 14 einen Identifizierungsblock ID, um entsprechende Gebiete G1-G4 aus der örtlichen Verteilung V _R der vom Messsystem 13 bereitgestellten Luft-/Brennstoff- verhältniswerte λ _χν zu identifizieren. Ein Vergleichsblock CMP der rechnergestützten Mittel 14 vergleicht nun Brennstoff- und Luftanteile A _B i-A _B 8, A _L A _L 8 in Volumenelementen dV, die örtlich den identifizierten Gebieten G1-G4 entsprechen, untereinander auf maximale und minimale Anteilswerte hin, um den maßgeblichen Brenner 2 bzw. die maßgebliche Brennstoffeinblasvorrichtung 3 oder den maßgeblichen Lüfter 4 zu ermitteln. Darauf basierend wird für den betreffenden Brenner 2 ein geänderter Sollwert ASW an die Mittel 12 zur Ausgabe eines Sollwertes SW ausgegeben, wie z.B. wieder über die Kraftwerksleittechnik, um die Verbrennung durch eine Korrektur des jeweiligen Brennstoff- und/oder Luftmassenstroms m _B , m _L zu verbessern. Nach einer vorgegebenen Wartezeit, wie z.B. von 10 Minuten, erfolgt eine Überprüfung, ob die Ausgabe des geänderten Sollwertes SW zu einer Verbesserung der Verbrennung geführt hat. Dies kann iterativ erfolgen, bis ein Optimum für die Verbrennung gefunden worden ist. Im Anschluss kann das nächste identifizierte Gebiet G1-G4 in gleicher Weise iterativ optimiert werden. Es kann auch nur ein einziges Gebiet G1-G4 mit maximal mit verbrennungstechnisch maximal ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis λ ermittelt werden und dieses Gebiet G1-G4 dann optimiert werden. Nach der iterativen Optimierung erfolgt die Identifikation eines neuen Gebiets G1-G4 mit nun verbrennungstechnisch maximal ungünstigem Luft-/Brennstoffverhältnis λ.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die korrespondierende Vorrichtung 10 ist besonders vorteilhaft auch für Fälle, in denen ein oder mehrere Brenner 2 ausgefallen sind oder bewusst im Teillastbereich nicht betrieben werden. Hier kann durch gezielte Ansteuerung des Luft-/Brennstoffmassenstroms der anderen Brenner 2 wiederum eine optimale Verbrennung bewerkstelligt werden.

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Bezugszeichenliste

I Feuerraum, Brennraum, Verbrennungsraum 2, 2i-2 ₈ Brenner

3 Brennstoffeinblasvorrichtung

4 Lüfter

5 Messkamera, Videokamera

10 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

II Mittel zur Erfassung eines Istwertes

12 Mittel zur Ausgabe eines Sollwertes

13 Messmittel

14 rechnergestützte Mittel, Computer

A Ausbrandbereich

A _B , ABI-A _B8 Brennstoffanteil

A _L , A _L i-A _L8 Luftanteil

BE Brennerebene

CFD numerisches Simulationsmodell

CMP Vergleichsblock

dV Volumenelement

E Brennschicht

F Flamme

G1-G4 verbrennungstechnisch ungünstige Gebiete

ID Identifizierungsblock

IW Istwert

λ Luft-/Brennstoffverhältnis

λ _χγ Luft-/Brennstoffverhältnis in der xy-Ebene

M Messebene

m _B , rh -th _BS Brennstoffmassenstrom

m _L , m _L -m _L% Luftmassenstrom

P Pyrolysebereich

SW Sollwert

ASW korrigierter Sollwert

Ti-Tg Flammentemperatur

T _B Brennstofftemperatur

T _L Lufttemperatur

V Verbrennungsraumvolumen

v, Vi-v ₈ Geschwindigkeitseinblasvektor

V _R messtechnisch ermittelte örtliche Verteilung 26 örtliche Verteilung im Simulationsmodell

Bezugskoordinaten

Zündbereich

Zünd-/Ausbrandbereich