EmiL - Emission Limited Biomass Combustion

Österreich zählt zu den Vorreitern bei der Entwicklung und Inbetriebnahme von Biomassekesselanlagen und tragen einen umweltfreundlichen Beitrag zur Fernwärmeversorgung bei. Allerdings steigen mit der Größe der Biomassekesselanlagen auch die Anforderungen an die Verbrennungsregelung und an die Abgasreinigung. Das Projekt EmiL schafft auf Basis von Grundlagenuntersuchungen die Voraussetzungen für effiziente und emissionsarbei Biomassekessel.

Projekt Böhler

© E325

Projektziel

Das Ziel einer emissionsarmen Biomasseverbrennung soll durch die Kombination von Primärmaßnahmen im Bereich der Verbrennungssensorik und Verbrennungsregelung sowie durch Sekundärmaßnahmen im Bereich der kosteneffizienten Feinstaub- Abscheidetechnik erreicht werden. Die angestrebten Projektergebnisse werden in enger Kooperation zwischen Forschungseinrichtung, Universität und Kesselproduzenten erarbeitet.

Der Forschungsbereich Regelungstechnik und Prozessautomatisierung erforscht die Modellierung einer modellprediktiven Regelung zur Verbrennungsoptimierung, die im Rahmen von experimentellen Versuchen erprobt wird.

Ergebnisse

Die Methodik zur Erforschung der Projektergebnisse stützt sich auf experimentelle Untersuchungen an Prüfständen und im realen Anlagenbetrieb. Es wird eine innovative modellprädiktive Regelung entwickelt, welche durch Implementierung in eine LabVIEW® Umgebung über eine Schnittstelle zur Kesselsteuerung experimentell untersucht wird. Im Bereich der Feinstaubabscheidung wird auf Basis von CFD- Simulationen und experimentellen Grundlagenuntersuchungen an einem Versuchsträger die Integration von Feinstaubabscheidern in den Kesselkörper erprobt.

Im ersten Schritt wurde auf Grundlage von Verbrennungsversuchen am Kesselprüfstand ein MIMO Modell des Kessels erstellt. Die Modellierung orientiert sich an den zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien, die thermochemischen Reaktionen im Kessel hingegen wurden mittels sogenannter Grey-Box Modelle angenähert. Unbekannte Parameter und nicht messbare Größen konnten mit Hilfe von nichtlinearen Optimierungsverfahren aus vorhandenen Messdaten bestimmt werden.

Das nichtlineare Kesselmodell wurde anschließend mittels einer sogenannten „gap-metric“, einem Maß für den Unterschied zwischen zwei Übertragungsfunktionen, in günstige Arbeitspunkte unterteilt, um welche in einem weiteren Schritt eine Linearisierung durchgeführt wurde. Die Kombination der genannten Methoden ermöglicht es, einen linearen, modellbasierten Zustandsregler am Prüfstand zu implementieren, der den gesamten Arbeitsbereich des Kessels abdeckt. Speziell wurde dazu der bereits erwähnte modellprädiktive Regler gewählt, der neben seiner prädiktiven Eigenschaft auch Stellgrößenbeschränkungen in eleganter Weise berücksichtigt, ohne dass klassische Maßnahmen wie ein Anti-windup notwendig sind. Eine wichtige Feedbackgröße für die Regelung ist der Restsauerstoffgehalt im Abgas, welcher mit Lambdasonden bestimmt wird.

Videopräsentation

Sind Sie an weiteren Informationen interessiert?

Besuchen Sie unser Projektvideo zu diesem spannenden Thema (in englischer Sprache)!

Nach Aktivierung werden u. U. Daten an Dritte übermittelt. Datenschutzerklärung., öffnet in einem neuen Fenster

MPC of Small-Scale Biomass Furnaces

Projektdauer

April 2016 - September 2020

Projektleiter

Kontakt

TU Wien

Institut für Mechanik und Mechatronik

Forschungsbereich Regelungstechnik und Prozessautomatisierung

Getreidemarkt 9 / E325-04 / 6. Stock

1060 Wien

E-mail an Sekretariat

Lage und Anreise