JP6139762B1 - 粉体並列吹込システム及び粉体並列吹込方法 - Google Patents
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Abstract
Description
切替え期間の経過後はタンクBによる単独吹込みに移行すると共に、タンクAには図示しない貯蔵タンクから粉体燃料が補充され、次回の切替え時まで待機することになる。以下これを繰り返すことにより、安定した操業を実現するものである。この方法を、以下この明細書においては便宜的に「並列吹込み」と称することとする。
図2の装置の動作は特許文献1に記載されているので詳細な説明は省略するが、タンクを切り替える際に、吹込中のタンク(1−1)の吹込調節弁(7B−1)を規定開度まで徐々に閉じるとともに、待機中のタンク(1−2)の吹込調節弁(7B−2)を吹込流量に応じて徐々に開き、各々のタンクからの吹込流量を監視しつつタンクを切り替えるものである。
また、特許文献1の従来の技術の欄(段落0002及び0003)の記載から判断すると、吹込流量は、秤量器3で検知したタンク1内の微粉炭の重量信号に基づいて、吹込流量調節器6が吹込タンク圧力調節弁5を調節することによって制御するものと考えられる。
すなわち、タンクの切り替え時に、双方のタンクからの合計の吹込み量(総吹込み量)の実測値に基づいて、一方のタンクについてのみ可変弁4(特許文献1における「吹込調節弁7B」に相当)の開度設定量を補正し、他方のタンクの可変弁4は上記実測値による補正を行わないことを特徴とするものである。
次に、タンク1a内の粉体の重量が一定値以下になったことを検知すると、流量調節計12は可変弁4aを徐々に閉じて行き、同時にタンク1bの可変弁4bを徐々に開いて行く。そして、流量計10で測定される(総吹込み量の)実測値が設定値になるように、可変弁4a又は4bのいずれか一方のみの開度を補正するものである。補正の対象とする可変弁は、例えば、単位時間あたりに輸送される粉体の量が多い方を選択するようにすればよい。
その後、タンク1a内の粉体量が所定の値より少なくなると、タンク1bによる単独吹込みに移行し、以降同様にこれを繰り返す。
このようにすることで、両タンクの吹込み量のバランスを取る必要がなくなり、総吹込み量を精度良く一定に保つことができるという効果があるとされている。
また、制御を行う可変弁を条件によって切り替える方法が複雑であり、場合によっては制御性が悪くなる場合がある(特許文献2の段落0022参照)。
さらに、特許文献2に記載の方法では、総吹込み量を流量計10によって計測しているが、並列吹き込みを行っている状態においては、タンク毎の吹込み流量を個別に計測することはできない。図3から明らかなように、二つのタンク1a及び1bの搬送配管の合流後に流量計10が設けられているからである。
かかる問題は粉体燃料以外の他の粉体の搬送においても同様に起こり得るものである。
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑み為されたものであり、吹込タンクを備えた粉体供給装置の切り替え時における粉体の供給量を高精度に制御するための粉体並列吹込システム及び粉体並列吹込方法を提供することを目的とする。
〔第1実施形態〕
図4は、本発明に係る粉体並列吹込システムの構成の第1実施形態を示す概略図である。
図4において、参照符号1a,1bで示すのは、内部に粉体が充填される吹込タンクA,Bである。粉体の例としては、例えば微粉炭が挙げられる。
参照符号2a、2bで示すのは、吹込タンク1a、1b(以下、aとbを特に区別して説明する場合を除き、単に吹込タンク1という。他の参照符号についても同様)の内部に加圧されたガスを導入し、吹込タンク1内の圧力と後述の粉体搬送配管6内の圧力差により吹込タンク1内の粉体を排出口より排出するための加圧ガスの圧力を調整する加圧制御弁である。加圧ガスの例としては、窒素等の不活性ガスや空気等が挙げられる。
また、参照符号4a、4bで示すのは、吹込タンク1内の粉体の重量を検出する秤量器である。秤量器4の例として、荷重(Load)を電気信号に変換するロードセルがある。
参照符号6a、6bで示すのは、吹込タンク1の排出口に接続され、排出口から排出された粉体を炉等へ搬送するための粉体搬送配管である。
参照符号8a、8bで示すのは、粉体搬送配管6内を搬送される粉体の流量を計測する粉体流量計であり、粉体流量計測手段の一形態である。
参照符号9a、9bで示すのは、粉体搬送配管6内に粉体を搬送するための搬送ガスを導入する際に搬送ガス量を制御する搬送ガス量制御弁である。
制御部5aは、例えば、図5に示すように、CPU51a、ROM52a、RAM53a、通信I/F(インタフェース)54aをシステムバス55aにより接続した構成とすることができる。また、外部入力手段56aは外部からデータ等を入力するためのデバイスであり、例えばキーボードやUSBメモリ等が利用可能である。
CPU51aが、RAM53aをワークエリアとしてROM52a等に記憶されている所定のプログラムを実行して、粉体供給装置の加圧制御弁2a、可変弁3a、下部弁7a、搬送ガス量制御弁9aを制御することにより、所望の量の粉体を炉へ供給することができる。
制御部5aと5bとが互いに通信により指令を送受信することにより協働し、炉に対して一定量の粉体を連続的に搬送供給することができる。
なお、制御部5bは制御部5aとハードウェア構成は同じであるので説明は省略する。
図6に示す制御部5は、粉体流量取得部61、粉体流量制御部62、タンク切り替え制御部63及び弁開閉制御部64を備える。
図7は粉体流量制御部62が行う処理の流れを示すフローチャートの一例である。この処理は、タンク切り替え制御部63から設定値読み込み開始指令を受信した時にスタートする。
そこで、実測値が設定値よりも少ない場合は(S706のYES)、加圧制御弁2の開度を上げて吹込タンク1内の圧力を上げ、搬送される粉体の流量を増やす(S707)。なお、加圧制御弁2の開度制御は、上述の通り、粉体流量制御部62が弁開閉制御部64に対して指令することにより行う。そして、ステップS702に戻り、その時の実測値を取得し(S702)、設定値と実測値の差がδよりも小さいか否かをチェックする。
以上の処理により、粉体の流量の実測値を設定値に近づけることができる。
なお、「所定の条件」とは、例えば、吹込タンク1a内の粉体の残量が所定の下限値(例えばL1よりも小さなL2とする。)以下になった時、あるいは、吹込タンク1a内の粉体の残量がL1に到達してから所定の時間(例えば1分程度)経過後とすることが考えられる。
以上、制御部5の機能を分かり易く説明するために各ブロックに分けて説明したが、必ずしも機能ブロックごとに制御プログラムを作成する必要はなく、これらを一つにまとめた一つのプログラムで制御してもよいことは言うまでもない。
次に、粉体流量取得部61aに対して粉体流量の設定値(以下FI_Aという。)を規定量に設定するように指令を行うとともに、吹込タンク1aからの吹込みを開始する(S803a)。
その後、WI_AがL1以下となった時(S804aのYES)に吹込タンク1bとの並列吹込みに移行する。
並列吹込みとは、吹込タンク1aからの吹込み量を徐々に減らしつつ、吹込タンク1bからの吹込み量を徐々に増やし、双方の合計の吹込み量が規定量(一定量)になるように制御することである。
そこで、並列吹込み時のFI_Aを規定量から徐々に減少するような関数(後述の式1)で予め定義し粉体流量取得部61aに格納しておいたものを、そこから読み出して粉体流量制御部62aに送るよう粉体流量取得部61aに指令する(S805a)。
FI_A=規定量(1−kx) ・・・(式1) kは比例定数、xは時間である。
例えば、粉体流量を吹込速度(t/h)(tは重量単位のトン)で表した場合、設定できる吹込速度を0〜100t/hとする。粉体供給装置の吹込速度増減能力が、1分あたり±10t/hとすると、吹込速度増減率は±10%/min(=±0.1/min)となる。そこで、上記比例定数をk=0.1/minとし、xの単位を分(min)に設定する。
この時に送信するFI_Bは、次の式2で定義される。
FI_B=規定量−FI_A=規定量−規定量(1−kx)=kx×規定量・・・(式2)
このFI_Bを制御部5bの粉体流量取得部61bが受信すると、粉体供給装置Bの吹込タンク1bからの吹込みを開始するが、このフローについては後述する。
稼動停止中は、吹込タンク1a内には図示しない貯蔵タンクから粉体が充填され、次の稼動指令(すなわち、S810aにおける、粉体供給装置BからのFI_A(式4)の受信)があるまで待機することになる。
粉体供給装置Bの待機中に、粉体流量取得部61bが粉体供給装置AからFI_B(式2)を受信したことをタンク切り替え制御部63bが検知すると(S801bのYES)、弁開閉制御部64bに対して加圧制御弁2b及び下部弁7bの開栓指令を出すとともに(S802b)、秤量器4bの値(以下WI_Bという。)の監視を開始する(S803b)。すなわち、吹込タンク1b内に残存する粉体の重量のモニタリングを開始する。
その後、WI_BがL1以下となった時(S807bのYES)に吹込タンク1aとの並列吹込みに移行する。
ここでの並列吹込みとは、吹込タンク1bからの吹込み量を徐々に減らしつつ、吹込タンク1aからの吹込み量を徐々に増やし、双方の合計の吹込み量が規定量(一定量)になるように制御することである。
FI_Bは、例えば、上述の式1と同様に、次のような式で定義することができる。
FI_B=規定量(1−kx) ・・・(式3) kは比例定数、xは時間である。
なお、上記比例定数をk=0.1/minとし、xの単位を分(min)に設定する。
FI_A=規定量−FI_B=規定量−規定量(1−kx)=kx×規定量・・・(式4)
このFI_Aを制御部5aの粉体流量取得部61aが受信すると、粉体供給装置Aの吹込タンク1aからの吹込みを開始し、並列吹込み状態となるが、このフローについては後述する。
粉体供給装置Bの稼動停止中は、吹込タンク1b内には粉体が充填され、次の稼動指令(すなわちS801b)があるまで待機することになる。
粉体流量取得部61aが粉体供給装置BからFI_A(式4)を受信したことをタンク切り替え制御部63aが検知すると(S810aのYES)、弁開閉制御部64aに対して加圧制御弁2a及び下部弁7aの開栓指令を出すとともに(S811a)、WI_Aの監視を開始する(S812a)。すなわち、吹込タンク1a内に残存する粉体の重量のモニタリングを開始する。
以上の処理を繰り返すことにより、粉体供給装置Aの設定値と粉体供給装置Bの設定値との合計が規定量となるように制御することができる。
例えば、3台目を粉体供給装置Cとした場合、そのタンク切り替え制御部63C(不図示)の処理の流れは、図8におけるタンク切り替え制御部63bの処理と同様である。
すなわち、図8のステップ番号「S801b〜S812b」を「S801C〜S812C」に置き換えたフローを1列追加し、各添え字「b、B」をそれぞれ「c、C」に置き換え、さらに、S801Cを「粉体供給装置BからFI_Cを受信した?」に、S805Cを「粉体供給装置Bの吹き込み停止?」に、置き換えればよい。
なお、この場合、S810aを「粉体供給装置CからFI_Aを受信した?」に、S814aを「粉体供給装置Cの吹込み停止?」に、S809bを「FI_Cを粉体供給装置Cに送信する指令」に、S812bを「吹込み停止信号を粉体供給装置Cに送信」に、変更する必要がある。
(1)粉体供給装置Aの単独吹込み
(2)粉体供給装置Aと粉体供給装置Bの並列吹込み
(3)粉体供給装置Bの単独吹込み
(4)粉体供給装置Bと粉体供給装置Cの並列吹込み
(5)粉体供給装置Cの単独吹込み
(6)粉体供給装置Cと粉体供給装置Aの並列吹込み→(1)に戻る。
まず、タンク切り替え制御部63からの指令により加圧制御弁2及び下部弁7を開く(S901)。
次に、粉体流量取得部61から設定値(FI)を取得する(S902)。取得したFIをキーとして、弁開閉制御部64が備える後述のルックアップテーブル(図10、図11)を参照して、対応する可変弁開度(%)及び搬送ガス量制御弁開度(%)を取得する(S903)。
これに対して、タンク切り替え制御部63から吹込み停止指令があった場合は(S905のYES)、加圧制御弁2及び下部弁7を閉じて(S906)処理を終了する。
また、図11は、設定値(FI)と搬送ガス量制御弁開度(%)との関係を規定するルックアップテーブル11を示すものである。なお、FIC(Nm2/h)は、設定値(FI)に対応する単位時間あたりの搬送ガス量を示す値であり、参考までに示している。
上記第1実施形態は、図4に示すように、制御部5a、5bが粉体供給装置ごとに独立して設けられているが、第2実施形態は制御部5が共通であり、一つしか設けられていない点で異なる(図示は省略)。なお、図6、図7及び図9乃至11は同じであるので、説明は省略する。
なお、制御部5のCPU51はマルチタスク処理が可能であることが必要であり、粉体供給装置Aと粉体供給装置Bの制御を同時並行処理するものである。
先に粉体供給装置Aの吹込タンク1aから吹き込みを開始する場合を例として説明する。
図12のフローにおいて、ステップS1002a〜S1011aと、S1002b〜S1010bは並行して処理されるものであるが、説明の都合上、先にステップS1002a〜S1011aを説明し、その後にS1002b〜S1010bについて説明することとする。
次に、弁開閉制御部64に対して、加圧制御弁2a及び下部弁7aの開栓を指令し(S1002a)、粉体流量取得部61に対して粉体流量の設定値(以下FI_Aという。)を規定量に設定するように指令を行うとともに、吹込タンク1aからの吹込みを開始する(S1003a)。
その後、WI_AがL1以下となった時(S1004aのYES)に吹込タンク1bとの並列吹込みに移行する。
そこで、並列吹込み時のFI_Aを規定量から徐々に減少するような関数(前述の式1)で予め定義し粉体流量取得部61に格納しておいたものを、そこから読み出して粉体流量制御部62に送るよう粉体流量取得部61に指令する(S1005a)。
並列吹込みとは、吹込タンク1aからの吹込み量を徐々に減らしつつ、吹込タンク1bからの吹込み量を徐々に増やし、双方の合計の吹込み量が規定量(一定量)になるように制御することである。並列吹込み状態になると、粉体供給装置Bの吹込タンク1bからの吹込みを開始するが、このフローについては後述する。
稼動停止中は、吹込タンク1a内には図示しない貯蔵タンクから粉体が充填され、次の稼動指令(すなわち、S1008aにおいて、粉体供給装置Bの秤量器の値WI_BがL1以下となった時)があるまで待機することになる。
暫く並列吹込みを続けた後、粉体供給装置BのWI_BがL2以下になったことを検知すると(S1011aのYES)、粉体流量取得部61に対して、FI_Aを規定量に設定する指令を行い、吹込みを継続する(S1003a)。従って、これ以降は粉体供給装置Aによる単独吹込みに移行する。なお、ここでFI_Aを規定量に設定するのは、粉体供給装置A単独で規定量の粉体を吹き込む必要があるからである。
以上の処理を繰り返すことにより、粉体供給装置Aの設定値と粉体供給装置Bの設定値との合計が規定量となるように制御することができる。
すなわち、S1002b〜S1010bは、S1008a〜S1011a及びS1003a〜S1007aにそっくり対応しており、S1002b〜S1010bの処理内容の中で、AをB、bをa、BをAとそれぞれ読み替えれば、S1008a〜S1011a及びS1003a〜S1007aの処理内容と全く同じになる。従って、これ以降の説明は省略する。
以上、粉体供給装置を2台並列に接続した場合を例として説明したが、3台以上の場合でも同様に実施可能である。
また、上記実施形態では、可変弁開度及び搬送ガス量制御弁開度を粉体流量設定値(FI)に基づいて設定したが、これに限定されるものではない。例えば、設定値(FI)の代わりに粉体流量の実測値を用い、それぞれ図10及び図11のルックアップテーブル10、11を参照して弁開度を決定するようにしてもよい。
さらに、弁開度の設定をルックアップテーブルに拠るのではなく、弁開度を設定値あるいは実測値の関数として定義しておき、取得した設定値又は実測値から計算によって求めた弁開度を利用することも可能である。
なお、微粉炭以外の他の粉体の例としては、生石灰、脱リン剤(たとえば石灰、酸化鉄、螢石などを混合した粉粒体)、脱硫剤(酸化鉄あるいは酸化亜鉛の粉粒体)等がある。
粉体供給装置の具体的な構成、処理の内容、データの構成等は、実施形態で説明したものに限るものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
Claims (8)
- 内部に粉体が充填される吹込タンクと、該吹込タンク内の粉体の重量を検出する秤量器と、前記吹込タンクの下部付近に設けられた排出口に接続された粉体搬送配管と、前記排出口の下流側に設けられ前記排出口から排出される粉体の量を弁の開度により調節可能な可変弁と、前記吹込タンクの内部に加圧されたガスを導入し、前記吹込タンク内の圧力と前記粉体搬送配管内の圧力差により前記吹込タンク内の粉体を前記排出口より排出するための加圧ガスの圧力を調整する加圧制御弁と、前記粉体搬送配管内に前記粉体を搬送するための搬送ガスを導入する際に前記搬送ガス量を制御する搬送ガス量制御弁と、前記粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を計測する粉体流量計測手段と、前記各弁の開度を制御することにより前記粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を制御する制御手段とを備えた粉体供給装置を複数台並列に接続し、前記各粉体供給装置を切り替えあるいは同時に稼動させながら連続的に一定量の粉体を搬送供給する粉体並列吹込システムであって、
前記制御手段は、予め設定された粉体流量設定値に対応した弁の開度に基づいて前記各弁の開閉を制御するとともに、前記粉体流量計測手段で計測された粉体流量実測値が前記粉体流量設定値に近づくように前記加圧制御弁を制御し、さらに、
前記複数の粉体供給装置のうちの稼動中の一の粉体供給装置の前記吹込タンク内の粉体の重量が所定の値(L1)以下となった時に、前記一の粉体供給装置の制御手段が他の粉体供給装置に対して該他の粉体供給装置が搬送すべき粉体の粉体流量設定値を送信し、該粉体流量設定値を受信した前記他の粉体制御装置の制御手段が、粉体の搬送供給を開始し、受信した前記粉体流量設定値に基づいて粉体の流量を制御するとともに、
前記一の粉体供給装置の粉体流量設定値と前記他の粉体供給装置の粉体流量設定値との合計が前記一定量となるように制御することを特徴とする粉体並列吹込システム。 - 内部に粉体が充填される吹込タンクと、該吹込タンク内の粉体の重量を検出する秤量器と、前記吹込タンクの下部付近に設けられた排出口に接続された粉体搬送配管と、前記排出口の下流側に設けられ前記排出口から排出される粉体の量を弁の開度により調節可能な可変弁と、前記吹込タンクの内部に加圧されたガスを導入し、前記吹込タンク内の圧力と前記粉体搬送配管内の圧力差により前記吹込タンク内の粉体を前記排出口より排出するための加圧ガスの圧力を調整する加圧制御弁と、前記粉体搬送配管内に前記粉体を搬送するための搬送ガスを導入する際に前記搬送ガス量を制御する搬送ガス量制御弁と、前記粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を計測する粉体流量計測手段とを備えた粉体供給装置を複数台並列に接続し、さらに、該各粉体供給装置の前記各弁の開度を制御することにより前記各粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を制御する一つの制御手段とを備え、前記各粉体供給装置を切り替えあるいは同時に稼動させながら連続的に一定量の粉体を搬送供給する粉体並列吹込システムであって、
前記制御手段は、予め設定された粉体流量設定値に対応した弁の開度に基づいて前記各弁の開閉を制御するとともに、前記粉体流量計測手段で計測された粉体流量実測値が前記粉体流量設定値に近づくように前記加圧制御弁を制御し、さらに、
前記複数の粉体供給装置のうちの稼動中の一の粉体供給装置の前記吹込タンク内の粉体の重量が所定の値(L1)以下となった時に、他の粉体供給装置に対して該他の粉体供給装置が搬送すべき粉体の粉体流量設定値を設定するとともに、前記他の粉体供給装置からの粉体の搬送供給を開始し、
前記一の粉体供給装置の粉体流量設定値と前記他の粉体供給装置の粉体流量設定値との合計が前記一定量となるように制御することを特徴とする粉体並列吹込システム。 - 前記複数の粉体供給装置のうちの稼動中の一の粉体供給装置の前記吹込タンク内の粉体の重量が所定の値(L1)以下となった時に、前記一の粉体供給装置の制御手段が他の粉体供給装置に対して並列吹込み開始指令を送信し、該並列吹込み開始指令を受信した前記他の粉体制御装置の制御手段が、粉体の搬送供給を開始するとともに、予め設定した並列吹込み時の粉体流量設定値に基づいて粉体の流量を制御するとともに、
前記一の粉体供給装置の粉体流量設定値と前記他の粉体供給装置の粉体流量設定値との合計が前記一定量となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の粉体並列吹込システム。 - さらに、前記排出口と前記可変弁の間に下部弁を備え、前記吹込タンク内の粉体の重量が前記所定の値(L1)よりも少ない値(L2)以下となった時に、前記加圧制御弁及び前記下部弁を閉じて前記粉体搬送配管内への前記粉体の排出を停止することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の粉体並列吹込システム。
- さらに、前記排出口と前記可変弁の間に下部弁を備え、前記吹込タンク内の粉体の重量が前記所定の値(L1)以下となってから所定の時間経過後に、前記加圧制御弁及び前記下部弁を閉じて前記粉体搬送配管内への前記粉体の排出を停止することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の粉体並列吹込システム。
- 前記制御手段は、予め設定された前記粉体流量設定値に代えて、前記粉体流量実測値に対応した弁の開度に基づいて前記各弁の開閉を制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の粉体並列吹込システム。
- 前記粉体流量設定値と前記可変弁の開度及び前記搬送ガス量制御弁の開度とを対応付けたルックアップテーブルをさらに備え、
前記制御手段が、前記ルックアップテーブルを参照し、前記粉体流量設定値に対応する前記可変弁の開度及び前記搬送ガス量制御弁の開度を取得し、該取得した各弁の開度に基づいて前記各弁の開閉を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の粉体並列吹込システム。 - 内部に粉体が充填される吹込タンクと、該吹込タンク内の粉体の重量を検出する秤量器と、前記吹込タンクの下部付近に設けられた排出口に接続された粉体搬送配管と、前記排出口の下流側に設けられ前記排出口から排出される粉体の量を弁の開度により調節可能な可変弁と、前記吹込タンクの内部に加圧されたガスを導入し、前記吹込タンク内の圧力と前記粉体搬送配管内の圧力差により前記吹込タンク内の粉体を前記排出口より排出するための加圧ガスの圧力を調整する加圧制御弁と、前記粉体搬送配管内に前記粉体を搬送するための搬送ガスを導入する際に前記搬送ガス量を制御する搬送ガス量制御弁と、前記粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を計測する粉体流量計測手段と、前記各弁の開度を制御することにより前記粉体搬送配管内を搬送される粉体の流量を制御する制御手段とを備えた粉体供給装置を複数台並列に接続し、前記各粉体供給装置を切り替えあるいは同時に稼動させながら連続的に一定量の粉体を搬送供給する粉体並列吹込方法であって、
前記制御手段が、予め設定された粉体流量設定値に対応した弁の開度に基づいて前記各弁の開閉を制御するとともに、前記粉体流量計測手段で計測された粉体流量実測値が前記粉体流量設定値に近づくように前記加圧制御弁を制御するステップと、さらに、
前記複数の粉体供給装置のうちの稼動中の一の粉体供給装置の前記吹込タンク内の粉体の重量が所定の値(L1)以下となった時に、前記一の粉体供給装置の制御手段が他の粉体供給装置に対して該他の粉体供給装置が搬送すべき粉体の粉体流量設定値を送信するステップと、該粉体流量設定値を受信した前記他の粉体制御装置の制御手段が、粉体の搬送供給を開始し、受信した前記粉体流量設定値に基づいて粉体の流量を制御するステップとを備えるとともに、
前記一の粉体供給装置の粉体流量設定値と前記他の粉体供給装置の粉体流量設定値との合計が前記一定量となるように制御することを特徴とする粉体並列吹込方法。
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