JP2009531647A

JP2009531647A - 法令確実順守モードでの燃焼システムの運転

Info

Publication number: JP2009531647A
Application number: JP2009503002A
Authority: JP
Inventors: ロバートソン，トーマス，エフ; ネヴィル，トーマス，ビー; キルフォイル，チャールズ，イー; ノヴァコウスキ，ジョン，ジェイ
Original assignee: ファイヴス・ノース・アメリカン・コンバッション・インコーポレイテッド
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2009-09-03
Also published as: US8109759B2; CA2642980A1; CA2642980C; US20120100493A1; WO2007112126A2; US20070227125A1; EP1999345A2; EP1999345A4; WO2007112126A3

Abstract

政府によって規制されている排気排出パラメータの法令順守値を基準にして燃焼システムが運転される。通常モードでの運転中に警報状態がもし検出されれば、燃焼システムは法令確実順守モードでの運転へ移行される。燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら、法令確実順守モードへの移行が行われる。

Description

本技術は、産業用加熱装置のための燃焼システムに関する。

ボイラー、蒸気発生器、乾燥機及びプロセス加熱器等の産業用加熱装置には、排気排出を生じる燃焼システムがある。この排気排出は政府の規制を受けることがあるかもしれない。その様な規制は、許容最高値を超える非法令順守値に排気排出パラメータがなっていることを発見すると直ちに加熱プロセスを停止する様にその加熱装置の運転員に要求するかもしれない。その場合にはその運転員はその加熱プロセスを再開する前に是正措置を取らなければならない。

特許請求されている本発明は、政府によって規制されている排気排出パラメータの法令順守値を基準にして燃焼システムを運転する方法を提供する。

その最も広い範囲では、本方法は、法令順守最高値未満の法令順守低位値を指定する初期段階を含んでいる。その後に、有効熱量を生じさせる反応物質流量で基準燃焼システムを運転することによる予備モードでの運転において、排気が発生される。有効熱量と規制排出パラメータとが、予備モードでの運転において測定される。それらの測定値は、排気の規制排出パラメータが法令順守低位値以下である、低位範囲の有効熱量を検証するために、使用される。

通常モードでの運転が予備モードに続く。低位範囲を超える目標範囲内の有効熱量を生じさせる反応物質流量でユーザ燃焼システムを運転することによる通常モードでの運転において、排気が発生される。通常モードでの運転中に警報状態がもし検出されれば、そのユーザ燃焼システムは法令確実順守モードでの運転へ移行される。このことは、ユーザ燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら行われる。法令確実順守モードへの移行は、有効熱量を目標範囲内から低位範囲内へ減少させることによって達成される。

ユーザ燃焼システムが停止中断されることなく運転され続けながら、その警報状態が修正され、有効熱量を低位範囲内から目標範囲内へ増加させることによってユーザ燃焼システムがその後に法令確実順守モードでの運転から通常モードでの運転へ戻されることが、好ましい。

基準燃焼システムとユーザ燃焼システムとは、同一システムであることが好ましいが、異なるシステムであることができる。特許請求されている本発明は、特許請求されている通りに作動する様に燃焼システムを機能させることによってこの燃焼システムを改装する方法を更に提供する。改装された装置と特許請求の範囲中に列挙されている通りに機能する当初から構成されている装置とを、本発明が更に含むということになる。

図面中に概略的に示されている装置は、方法請求項中に列挙されている要素の例である段階中で運転することができ、装置請求項中に列挙されている要素の例である部品を備えている。従って、下記の説明は、特許請求されている本発明を当業者がどの様にして作り且つ使用することができるのかについての例を含んでいる。特許請求の範囲中に列挙されていない制限を課すことなく使用可能性と最良の形態との要求に応じることが、下記の説明中に提示されている。図示されており説明されており且つ特許請求されている様な種々の部品は、本発明の如何なる特定の実施をも達成するために必要とされている様な当初からの構成かまたは改装された構成かの何れであってもよい。

図１中に概略的に示されている部品には、排気排出が政府の規制を受ける産業用加熱装置１２中の燃焼器１０が含まれている。その様な装置には、例えば、ボイラー、蒸気発生器、乾燥機、及びプロセス加熱器が含まれる。燃焼器１０は、加熱される負荷（図示せず）を含んでいる燃焼室１５内へ発火する様に機能する燃焼システム１４の一部である。煙道１７が燃焼室１５から大気へ排気を排出する。

天然ガスの供給であることが好ましい燃料源２０と空気送風機であることが好ましい酸化体源２４とが、それらの反応物質の流れを燃焼器１０に提供する。燃焼器１０は燃料制御弁３０を介して燃料源２０と連通している。送風機２４は酸化体制御弁３２を介して周囲の大気と連通している。

燃焼システム１４の他の部品には、弁３０、３２と機能的に関連づけられている制御器４０と、煙道１７と機能的に関連づけられている感知器５０とが含まれている。制御器４０には、燃焼器１０の運転用に構成されているハードウェア及び／またはソフトウェアがある。従って、制御器４０は、特許請求の範囲中に列挙されている通りに作動する様にプログラムされているかさもなければ構成されている任意の適切なプログラマブル論理制御器もしくはその他の制御装置または制御装置の組合せから成っていてよい。制御器４０がそれらの命令を実行する時は、燃焼器１０に燃焼室１５内へ発火させる反応物質流の流れを開始させ、規制し、終了させる様に、この制御器が弁３０、３２を作動させる。

制御器４０は制御された流量で反応物質流を燃焼器１０に提供する。通常モードでの運転においては、産業用加熱プロセスが室１５内において実行されるのに必要である有効熱量の量にふさわしい様に、且つ目標範囲内の燃料対酸化体比率をも有する様に、反応物質流の流量が制御される。有効熱量は、燃焼室内で放出された総熱量から乾燥煙道ガス損失と水分損失との両方を減じたもの、と定義されている。この有効熱量は、有用な目的のために且つ壁、開口、またはコンベア等への損失と釣り合うために残存している熱量を表している。燃料対酸化体比率の目標範囲は、反応物質流の燃焼によって生じる排気が窒素酸化物（ＮＯ_x）を同様に目標範囲内にあるレベルで含むであろうということを表している、予め決められている流量データを基準にして決定される。ＮＯ_xレベルの目標範囲は、同様に、適切な政府の規制を順守していて許容される最高レベル未満である閾値警報レベルよりも低い。

感知器５０は煙道１７中の排気の成分に反応する。感知器５０はＮＯ_x含有量を直接に感知して表すことができる。あるいは、感知器５０は、酸素等の排気の別の成分を感知し、従ってＮＯ_x含有量を暗に表すことができる。後者の場合には、全酸素に対するＮＯ_xの既知の関係に基づいて排気のＮＯ_x含有量を推測する様に制御器４０が構成される。何れの場合にも、制御器４０は、感知器５０からの入力に基づいて排気のＮＯ_x含有量を測定し、この測定ＮＯ_x含有量を、燃焼器１０における目標範囲の燃料対酸化体比率から生じることを予期されている目標範囲のＮＯ_xレベルと比較する。この測定ＮＯ_xレベルが目標範囲のＮＯ_xレベルをもし超えていれば、制御器４０は警報信号を発生させる。

目標範囲を超えるＮＯ_xを表す警報信号に加えて、その他の警報状態を表す警報信号を発生させる様に制御器４０が更に機能する。図２中に概略的に示されている様に、制御器４０は、上述の様な感知器５０に加えてその他の感知器と機能的に関連づけられている。その感知器５０は、煙道１７中の排気内におけるＮＯ_xの量を直接または間接に表す入力を制御器４０に提供する。少なくとも一つの別の感知器６０は、例えばＣＯの様な別の排気成分の量を直接または間接に表す入力を制御器４０に同様に提供する。制御器４０は、この別の感知器６０からの入力に基づいて排気のＣＯ含有量を測定し、この測定ＣＯ含有量を、燃焼器１０における目標範囲の燃料対酸化体比率から生じることを予期されている目標範囲のＣＯレベルと比較する。この測定ＣＯレベルが目標範囲のＣＯレベルをもし超えていれば、制御器４０は警報信号を発生させる。

図２中に例として示されている追加の感知器は、燃料成分感知器７０、燃料流量感知器８０、及び酸化体流量感知器９０を含んでいる。図２中には排気温度感知器１００も示されている。これらの感知器７０、８０、９０、１００及び上述の感知器５０、６０は、公知の装置である。排気感知器５０、６０、１００は、図１中に示されている感知器５０によって表されている様に煙道１７と機能的に関連づけられている。その他の感知器７０、８０、９０は、図１の装置内に、この分野で知られている任意の適切な位置において取り付けることができる。特許請求されている本発明によると、燃料成分感知器７０からの入力が燃料成分における容認できない変化をもし表せば、制御器４０は警報信号を発生させることができる。制御器４０は、対応する流量感知器８０または９０からの入力によって表されている様に、制御弁３０または３２を通る反応物質流量における容認できない変化を表す警報信号を発生させることもできる。排気温度感知器１００からの入力も、制御器４０からの警報信号を促すかもしれない。更に、制御器４０は、任意の感知器５０−１００からのまたは制御器４０が燃焼システム１４内で機能的に関連づけられている任意のその他の装置からの入力に応答して、この入力が夫々の装置の不具合をもし表していれば、警報信号を発生させることができる。

制御器４０によって発生される警報信号は、検出された警報状態が比較的軽微であるということを表しているかもしれない。例えば、排気含有量感知器５０からの入力に応答する警報信号は、目標範囲よりかは高いが政府の規制は順守している指定閾値警報レベルを排気中におけるＮＯ_xの測定レベルが超過しているということを表しているかもしれない。もしそうであれば、目標範囲内の燃料対酸化体比率の反応物質流を燃焼器１０に提供することによって、制御器４０は燃焼器１０を通常運転モードで発火させ続ける。しかし、制御器４０によって発生される警報信号は、排気中におけるＮＯ_xの測定レベルが法令順守最高レベルに接近しているかまたは超過しているということを表しているかもしれない。もしそうであれば、燃焼器１０は停止中断されることなく発火され続けるが、制御器４０は、通常運転モードから、燃焼器１０によって発生される排気が指定閾値警報レベル未満のレベルのＮＯ_xしか含まない法令確実順守モードへ、移行する。

制御器４０は、警報信号が発生されるレベル未満のレベルまでＮＯ_x生成が減少される様に、室１５内における有効熱量を減少させることによって、燃焼システム１４を法令確実順守モードへ移行させることができる。制御器４０は有効熱量を公知の方法で測定することができ、有効熱量を減少させるために知られている任意の運転技術または運転条件によってその減少を達成することができる。例えば、制御器４０は、排気酸素感知器５０、燃料流量感知器８０、及び排気温度感知器１００から受け取る入力から、有効熱量を計算することができる。公知の方法での有効熱量の計算において、その他の感知器６０、７０、９０からの追加入力も使用することができる。有効熱量を減少させるための技術は、燃焼器１０へ希釈剤として蒸気を供給するかまたは煙道ガスを再循環させることを含んでいる。このことは、煙道ガス再循環弁１０４付きの煙道ガス再循環導管１０２の使用によって達成することができる。特許請求されている本発明の好ましい実施においては、燃焼器１０における燃料対酸化体比率を減少させる様に燃料制御弁３０と酸化体制御弁３２とを作動させることによって、有効熱量の減少が達成される。その比率は、指定閾値警報レベル未満であり従って法令順守最高レベルよりも十分に低い法令順守レベルへ排気のＮＯ_x含有量を減少させるために、目標範囲未満の値へ十分に減少される。例えば、ＮＯ_x含有量の減少されたレベルは、法令順守最高レベルの約７５％であることができる。

法令確実順守モードへ移行することは、さもなければ法令順守最高レベルを超えるＮＯ_x排出を回避するために必要な停止中断をすることなく、燃焼器１０が燃焼室１５内へ発火し続けることを可能にする。ＮＯ_xの非法令順守レベルの原因を検証するために運転員が装置１２を調査している間、装置１２によって実行されている産業用加熱プロセスは停止中断することなく継続することができる。もし燃焼システム１４を停止することなくその原因を修正することができれば、燃焼器１０における燃料対酸化体比率を目標範囲内の値へ増加させることによって燃焼システム１４を法令確実順守モードから通常運転モードへ戻す様に運転員が修正をし且つこの例ではその後に制御器４０を作動させる間、加熱プロセスが停止中断されることなく更に継続されることを法令確実順守モードが可能にする。

前述の例は、排気ＮＯ_xが法令順守最高レベルよりも十分に低い値まで室１５内における有効熱量を減少させることによって、法令確実順守モードに到達することができる、ということを提案している。この様にして法令確実順守モードへ移行するためには、有効熱量の測定値がそこまで減少されなければならない低い有効熱量の予め決められている基準値を、制御器４０が必要とする。低い有効熱量のこの基準値は、経験的に制定されることが好ましい。与えられている例中では、法令確実順守モードにおいて生じるＮＯ_xの法令順守低位レベルを最初に指定することによってこの基準値を制定することができる。低位範囲の有効熱量が検証される予備運転モードで燃焼器１０がその後に発火される。具体的に述べると、煙道１７における感知器５０からの入力で制御器４０によって測定されながら指定法令順守低位レベル以下のＮＯ_xしか生じさせない反応物質流量で燃焼器１０が発火される。ＮＯ_x生成が指定法令順守低位レベルを超過しない低位範囲の有効熱量を検証するために、室１５内における有効熱量が反応物質流量で測定される。従って、その低位範囲の有効熱量は、法令確実順守モードへの移行を達成するために測定有効熱量をそこまで減少することのできる基準としてその後に機能することができる。

前述の例では、有効熱量の基準範囲を制定する予備モードでの運転は、法令確実順守モードでその基準範囲を後に使用する同一の燃焼システム１４によって実行される。しかし、基準システムとユーザシステムとの両方として単一の燃焼システムを使用することが必要であるとは考えられない。一つ以上の別のユーザシステムにおける法令確実順守モード用の低位範囲の有効熱量を制定するために、適切な基準システムを予備モードで運転することができる。

燃焼システム１４が法令確実順守モードで作動する様に当初から構成されている様に、加熱装置１２を組み立てることができる。あるいは、法令確実順守モードで作動する様には構成されていない既存の燃焼システム付き加熱装置をそう作動する様に改装することができる。このことは、上述の方法で法令確実順守モードを制定するための予備運転モードで既存の燃焼システムかまたは別の基準システムかの何れかを運転することによって、達成することができる。予備運転モードにおいて制定された法令確実順守モードへ移行する能力を有して通常運転モードで作動する様に既存の燃焼システムをその後に構成することができる。

本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、本発明をどの様にして作り且つ使用することができるかについてのその他の例を含んでいてよい。この点については、二つの反応物質流が単一の燃焼器１０に供給される燃焼器システムを図１の概略図が示しているが、特許請求されている本発明は複数の燃焼器を含む燃焼器システムで実施することができ、企画されている反応物質によって燃料対酸化体比率を全体的または部分的に規定することができる。更に、特定の加熱プロセスは、複数の燃焼器のうちの幾つかまたは総てが時間、温度及び／またはその他の加熱プロセスパラメータの予め決められている条件に従って周期的にオン及びオフする運転モードを含んでいてもよい。任意の特定の加熱プロセス用の法令確実順守モードは、燃焼プロセスを終了させる燃焼器システムの停止中断を含むことなく任意のその様な燃焼器発火中断を含むことができる。本出願の出願日の前後に利用可能かもしれないその様な別の例は、本特許請求の範囲の文字通りの用語と相違しない構造要素または方法要素がそれらの例にもしあるか、または本特許請求の範囲の文字通りの用語と実質的に相違しない等価な構造要素または方法要素がそれらの例にもしあれば、本特許請求の範囲内にあることが意図されている。

燃焼室と、この燃焼室内へ発火する燃焼器を含む燃焼システムと、燃焼室から大気へ排気を排出する煙道とを備える、産業用加熱装置の部品を示す概略図である。図１の装置の追加部品を示す概略図である。

Claims

ａ）政府の規制を順守していて許容される最高値未満である排気排出パラメータの法令順守低位値を指定することと、
ｂ）有効熱量を生じさせる反応物質流量で基準燃焼システムを運転することによる予備モードにおいて、排気を発生させることと、
ｃ）前記排気の前記規制排出パラメータが法令順守低位値以下である低位範囲の有効熱量を検証するために、前記有効熱量と前記予備モードにおいて発生される前記排気の前記規制排出パラメータとを測定することと、
ｄ）前記低位範囲を超える目標範囲内の有効熱量を生じさせる反応物質流量でユーザ燃焼システムを運転することによる通常モードにおいて、排気を発生させることと、
ｅ）前記通常モードでの運転中に警報状態を検出することと、
ｆ）前記ユーザ燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら、前記有効熱量を前記目標範囲内から前記低位範囲内へ減少させることによって前記通常モードでの運転から法令確実順守モードでの運転へ前記ユーザ燃焼システムを移行させることによって前記警報状態に応答することと
を具備する方法。
同一の燃焼システムが前記基準燃焼システムと前記ユーザ燃焼システムとの両方として運転される請求項１に記載の方法。
一つの燃焼システムが前記基準燃焼システムとして運転され別の燃焼システムが前記ユーザ燃焼システムとして運転される請求項１に記載の方法。
前記ユーザ燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら、前記警報状態を修正することと、前記有効熱量を前記低位範囲内から前記目標範囲内へ増加させることによって前記法令確実順守モードでの運転から通常モードでの運転へその後に戻ることとを更に具備する請求項１に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＮＯ_x含有量である請求項１に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＣＯ含有量である請求項１に記載の方法。
前記法令順守低位値が前記法令順守最高値の約７５％以下である請求項１に記載の方法。
前記警報状態が前記発生された排気の前記規制排出パラメータの非法令順守高位値である請求項１に記載の方法。
前記警報状態が燃焼システムの部品の不具合である請求項１に記載の方法。
前記警報状態が燃料成分である請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法を実行する前記ユーザ燃焼システムとして運転される様に構成されている燃焼システムを具備する装置。
ａ）有効熱量を生じさせる反応物質流量で基準燃焼システムを運転することによる予備モードでの運転において、排気を発生させることと、
ｂ）前記排気の規制排出パラメータが政府の規制を順守していて許容される最高値未満である指定法令順守低位値以下である低位範囲の有効熱量を検証するために、前記有効熱量と前記予備モードでの運転において発生される前記排気の前記規制排出パラメータとを測定することと
ｉ）によってユーザ燃焼システム用の法令確実順守モードでの運転を検証することと、
ｃ）前記低位範囲を超える目標範囲内の有効熱量を生じさせる反応物質流量で運転することによる通常モードでの運転において、排気を発生させ、
ｄ）前記通常モードでの運転中に警報状態を検出し、
ｅ）停止中断させることなく運転し続けながら、前記有効熱量を前記目標範囲内から前記低位範囲内へ減少させることによって前記通常モードでの運転から前記法令確実順守モードへ移行することによって前記警報状態に応答する
ｉｉ）様に、前記ユーザ燃焼システムが機能する様にこのユーザ燃焼システムを構成することと
を具備する方法。
同一の燃焼システムが前記ユーザ燃焼システムと前記基準燃焼システムとの両方として用いられる請求項１２に記載の方法。
前記ユーザ燃焼システムと前記基準燃焼システムとが別個のシステムである請求項１２に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＮＯ_x含有量である請求項１２に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＣＯ含有量である請求項１２に記載の方法。
前記法令順守低位値が前記法令順守最高値の約７５％以下である請求項１２に記載の方法。
前記警報状態が前記発生された排気の前記規制排出パラメータの非法令順守高位値である請求項１２に記載の方法。
前記警報状態が燃焼システムの部品の不具合である請求項１２に記載の方法。
前記警報状態が燃料成分である請求項１２に記載の方法。
請求項１２に記載の方法の実行によって達成される構成を有する改装された燃焼システムを具備する装置。
ａ）目標範囲内の有効熱量の燃焼を生じさせる反応物質流量で運転することによる通常モードでの運転において、排気を発生させ、
ｂ）前記通常モードでの運転中に警報状態を検出し、
ｃ）停止中断させることなく運転し続けながら、前記有効熱量を、前記目標範囲内から、この目標範囲未満であり且つ前記排気の規制排出パラメータが指定法令順守低位値以下である予め決められている基準低位範囲内へ、減少させることによって前記通常モードでの運転から法令確実順守モードへ移行することによって前記警報状態に応答する
様に燃焼システムを構成すること
を具備する方法。
前記規制排出パラメータがＮＯ_x含有量である請求項２２に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＣＯ含有量である請求項２２に記載の方法。
前記法令順守低位値が政府の規制によって許容される法令順守最高値の約７５％以下である請求項２２に記載の方法。
前記警報状態が前記発生された排気の前記規制排出パラメータの非法令順守高位値である請求項２２に記載の方法。
前記警報状態が燃焼システムの部品の不具合である請求項２２に記載の方法。
前記警報状態が燃料成分である請求項２２に記載の方法。
ａ）目標範囲内の有効熱量の燃焼を生じさせる反応物質流量で燃焼システムを運転することによる通常モードでの運転において、排気を発生させることと、
ｂ）前記通常モードでの運転中に警報状態を検出することと、
ｃ）前記燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら、前記有効熱量を、前記目標範囲内から、この目標範囲未満であり且つ前記排気の規制排出パラメータが指定法令順守低位値以下である予め決められている基準低位範囲内へ、減少させることによって前記通常モードでの運転から法令確実順守モードでの運転へ移行することによって前記警報状態に応答することと
を具備する方法。
前記燃焼システムを停止中断させることなく運転し続けながら、前記警報状態を修正することと、前記有効熱量を前記低位範囲内から前記目標範囲内へ増加させることによって前記法令確実順守モードでの運転から通常モードでの運転へその後に戻ることとを更に具備する請求項２９に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＮＯ_x含有量である請求項２９に記載の方法。
前記規制排出パラメータがＣＯ含有量である請求項２９に記載の方法。
前記法令順守低位値が法令順守最高値の約７５％以下である請求項２９に記載の方法。
前記警報状態が前記発生された排気の前記規制排出パラメータの非法令順守高位値である請求項２９に記載の方法。
前記警報状態が燃焼システムの部品の不具合である請求項２９に記載の方法。
前記警報状態が燃料成分である請求項２９に記載の方法。
請求項２９に記載の方法を実行して運転される様に構成されている燃焼システムを具備する装置。