Die Arbeit untersucht die Potentiale neuer Kohlenmonoxidsensorik zur Regelung automatisch beschickter Biomassefeuerungen im kleinen Leistungsbereich. Ausserdem wird ein neuartiges Konzept zur Regelung von Biomassekleinfeuerungsanlagen vorgeschlagen.
Das Regelsystem basiert auf gleichzeitiger Messung von Sauerstoff und Kohlenmonoxid und ist in der Lage, die Anlage automatisiert in den emissionsoptimalen Arbeitspunkt zu fahren. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen wird nicht ein lokaler Gradient der CO-O2-Charakteristik bestimmt, sondern die CO-O2-Charakteristik global geschätzt. Hierfür wurde ein Kalmanfilter eingesetzt, um die Parameter einer zuvor gewählten Basisfunktion zu schätzen.
Neben der detaillierten Beschreibung des neuen Konzeptes enthält die vorliegende Arbeit eine umfangreiche Validierung des Regelkonzeptes an typisch auftretenden Störgrößen, wie wechselnde Brennstoffwassergehalte, Sensordrift, Falschlufteintrag und wechselnde Feuerungsleistung. Die Experimente mit typischen Lastzyklen zeigen beispielsweise, dass die Vorgabe der optimalen Sauerstoffkonzentration bei verschiedenen Leistungen durch einen CO-O2-Regelkreis nicht mehr notwendig ist. Für jede Leistung wird in Echtzeit die optimale Sauerstoffkonzentration durch die CO-O2-Schätzer bestimmt. Zudem wiesen die Experimente nach, dass sich die CO-Emissionen im Vergleich zu Referenzmessungen deutlich verbessern.
Experimente mit künstlicher Falschluft und Sensordrift zeigten, dass die auftretende Verschiebung der CO-λ-Charakteristik vom CO-O2-Schätzer erkannt und der Sauerstoffsollwert entsprechend angepasst wird, um die auftretende Störung zu kompensieren. Für die Praxis bedeutet dies, dass negative Auswirkungen der Lambdasonde durch das neue Regelkonzept deutlich reduziert werden können, da beispielsweise auch stark driftende Sauerstoffmessungen durch das CO-O2-Regelkonzept ausgeglichen werden können. Vergleichsmessungen zeigen, dass eine deutliche Verbesserung des Ausbrandes durch den CO-O2-Schätzer erreicht werden kann. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass eine Veränderung des Brennstoffwassergehaltes detektiert und der Arbeitspunkt entsprechend angepasst werden kann.
Im Allgemeinen zeichnet sich der neue Regelalgorithmus durch eine hohe Robustheit aus und ist in der Lage Änderungen der Verbrennungsbedingungen innerhalb weniger Minuten auszugleichen. Damit stellt das neue Regelkonzept eine wertvolle Verbesserung existierender Regelstrategien dar.
In dieser Arbeit wird gezeigt, dass CO-O2-Regelsysteme eine sinnvolle und technologisch realisierbare Alternative zu klassischen sauerstoffgeführten Regelsystemen darstellen.