Fuzzy-basierte Regelung des Keramisierungsprozesses von Klärschlamm-Mischgranulat in einer Hochtemperatur-Wirbelschicht-Anlage

Grafische Darstellung einer O2-Regelung
Grafische Darstellung einer O2-Regelung

Zielstellung

Mit Hilfe der thermischen Behandlung von Klärschlamm-Mischgranulat in einer Hochtemperatur-Wirbelschichtanlage soll eine Möglichkeit der Verwertung von Abfällen aus kommunalen und industriellen Kläranlagen geschaffen werden. Das enstehende Endprodukt soll gleichzeitig als Zuschlagstoff in der Bauindustrie Einsatz finden.

Steuerungsaufgabe

  • Temperaturregelung im Reaktorraum
  • Unterdruck-Reglung
  • O2-Regelung

Charakterisierung des Prozesses

  • hohe Komplexität des Prozesses in Bezug auf Anzahl der Eingangs-, Zustands- und Ausgangsgrößen,
  • notwendige Einhaltung sehr enger Toleranzbänder der Prozessgrößen,
  • nichtlineares Prozessverhalten,
  • starke Störungen der Prozessgrößen (Zusammensetzung des Klärschlamm-Mischgranulates),
  • unzureichende Modellierbarkeit des Prozesses,
  • Extremsituationen nur mit Expertenwissen beherrschbar.

Anforderungen an den Prozess

  • Qualität des Endprodukts,
  • energieoptimale Führung des Prozesses,
  • Einhaltung der vorgeschriebenen Abgaswerte,
  • Einhaltung der notwendigen Druckverhältnisse zum Betrieb der Anlage.

Lösungsweg

  • Modellbildung mit MATLAB ©
  • Aufstellen der Regeln an Hand von Expertenbefragungen
  • Reglerentwurf mit Fuzzy Control Design Toolbox für MATLAB ©
  • parametrisches Fuzzykonzept
  • Optimierung mit FCD Toolbox auf Grundlage der Evolutionsstrategie - Anwendung des Schrankenkriteriums bei der Optimierung

Ergebnisse

  • Führung des Prozesses im geforderten Temperaturband
  • Maximierung der Durchsatzrate des Klärschlamm-Mischgranulates
  • Einhaltung der mit Hilfe der Verbrennung zu beeinflussenden Abgaswerte
  • Erzielung von Qualitätsmerkmalen für Einsatz des Endproduktes als Baustoff

Partner:

VTI Thüringer Verfahrenstechnisches Institut Saalfeld e.V.