JP6701258B2 - 燃料簡易分析装置及びその分析条件調整装置 - Google Patents
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Description
従来、燃料の工業分析値等を用いて排ガス中のNOxや未燃分を推定し、これらの推定値を規定値以下とするようにボイラの操作端の操作量を調整し、火炉内における燃焼状態を調整することにより、排ガス中のNOxや未燃分を規定値以下に抑える燃焼調整が行われている。
このように、NOx差分を許容範囲内とするための分析誤差許容範囲を決定し、第1の工業分析値と燃料簡易分析装置によって分析された燃料試料の第2の工業分析値との分析誤差を分析誤差許容範囲内とするので、燃料簡易分析装置による分析結果を用いて推定されたNOx推定値の推定誤差を許容範囲内に抑えることが可能となる。
上記「第1の工業分析値」は、例えば、要求される分析精度を満足する工業分析手法を用いて燃料試料の分析を行ったときの分析結果である。このような工業分析手法の一例として、「JIS M 8812−2004」、「ISO562」、「ISO687」、「ISO5071−1」に則った工業分析手法が挙げられる。
このように、未燃分推定値の推定差分を許容範囲内とするための分析誤差許容範囲を決定し、第1の工業分析値と燃料簡易分析装置によって分析された燃料試料の第2の工業分析値との分析誤差を分析誤差許容範囲内とするので、燃料簡易分析装置による分析結果を用いて推定された未燃分推定値の推定誤差を許容範囲内に抑えることが可能となる。
また、燃料バーナ21は角度調整可能に構成されている。具体的には、図3に示すように、燃料バーナ21は、ボイラ10で生成する蒸気温度を所定の値に調整するため、バーナ部12の各段に形成される火炉11内の旋回火炎の位置を変化させることができるように、燃料バーナ21の先端部から噴き出すガスの水平方向に対する角度(バーナ角度)αを鉛直上下方向に適宜変化させることができる。
未燃分計測器35によって計測された未燃分計測値およびNOx計測器37によって計測されたNOx計測値は、ボイラ10を制御する制御装置50(図5参照)に出力される。
燃料簡易分析装置25は、30分から2時間で分析結果を得ることができる。燃料簡易分析装置25の一例として、熱天秤を有する加熱炉を用いて、炉内の雰囲気を酸化及び非酸化状態に切り替えて互いに異なる条件での熱処理を行って、異なる種類の成分(水分、揮発分、固定炭素、灰分)を一連の処理として取得する分析装置や、乾燥に時間がかかる水分計測を除外した分析方法を採用する分析装置が挙げられる。熱天秤を有する加熱炉を用いて燃料分析を行う分析装置の一例として、例えば、特開昭61−191950号公報に開示される装置が挙げられる。オンサイトで用いられる燃料簡易分析装置25は、後述する分析条件調整装置60によって事前に分析条件が調整されることにより、一定の分析精度が保証された分析装置である。なお、分析条件調整装置60の詳細については後述する。
図5は、制御装置50が備える機能のうち、燃焼調整に関する機能を主に抽出して示した機能ブロック図である。図5に示すように、制御装置50は、情報取得部51、NOx推定部52、未燃分推定部53、及び燃焼調整部54を備えている。
運転状態量は、ボイラ10の運転状態に関するパラメータであり、例えば、バーナ部12とAA部14との二次空気の配分比、ガス温度、ガス性状等が一例として挙げられる。
また、燃料情報は、微粉炭の水分、揮発分、固定炭素、灰分等であり、燃料簡易分析装置25によってオンサイトで計測された分析値である。また、燃料情報には、粒径または微粉度等も含まれる。
また、NOx推定部52が用いるNOx推定式は、例えば、過去の運転データに基づいて構築された演算式であり、上述したボイラの設計情報、運転状態量、燃料情報をパラメータとして含んでいる。
未燃分推定部53が用いる未燃分推定式は、例えば、過去の運転データに基づいて構築された演算式であり、上述したボイラの設計情報、運転状態量、燃料情報をパラメータとして含んでいる。
燃料簡易分析装置25は、上述したように、30分から2時間で分析結果を得ることができ、一例として、特開昭61−191950号公報に開示される石炭類等の工業分析方法を採用した分析装置が挙げられる。分析条件調整装置60は、燃料簡易分析装置25の精度を保証するための装置であり、例えば、燃料簡易分析装置25がボイラ10のオンサイト分析に導入される前に、燃料簡易分析装置25の精度が一定の精度以上となるように、分析条件を調整するものである。
第1NOx演算部61は、NOx推定式に、設計情報に関するパラメータ、運転状態量に関する各種パラメータ、及び試料の工業分析値をそれぞれ代入することにより、試料のそれぞれについてNOx推定値を算出する。以下、第1NOx演算部61によって算出されたNOx推定値を便宜上「基準NOx推定値」という。
より具体的には、第2NOx演算部62は、微粉炭Aの各成分(水分、揮発分、固定炭素、灰分)の値を+5%、+10%、+15%、・・・と所定の上限値まで変動させるとともに、−5%、−10%、−15%・・・と所定の下限値まで変動させ、変動後の各値をそれぞれNOx推定式に入力することにより、複数の変動NOx推定値を算出する。このとき、1つの成分ずつ値を変動させることで、その成分の変動がNOx推定値に及ぼす影響度についても把握することができる。なお、変動量、変動上下限値については任意に設定することが可能である。第2NOx演算部62は、微粉炭B、Cに対しても同様の演算処理を行うことで、試料毎に複数の変動NOx推定値を算出する。例えば、各成分の値を+5%、+10%、+15%、−5%、−10%、−15%のように、6段階に変動させた場合、各試料(微粉炭A、B、C)について、4(成分数)×6(変動値の数)=24個の変動NOx推定値がそれぞれ算出される。
第1未燃分演算部64は、未燃分推定式に、設計情報に関するパラメータ、運転状態量に関する各種パラメータ(上述したNOx推定部が用いたパラメータと同じもの)、及び各試料(微粉炭A〜C)の工業分析値をそれぞれ代入することにより、各試料について未燃分推定値を算出する。以下、第1未燃分演算部64によって算出された未燃分推定値を便宜上「基準未燃分推定値」という。
より具体的には、第2未燃分演算部65は、微粉炭Aの各成分(水分、揮発分、固定炭素、灰分)の値を+5%、+10%、+15%、・・・と所定の上限値まで変動させるとともに、−5%、−10%、−15%・・・と所定の下限値まで変動させ、変動後の各値を未燃分推定式にそれぞれ入力することにより、複数の変動未燃分推定値を得る。このとき、1つの成分ずつ値を変動させることで、その成分の変動が未燃分推定値に及ぼす影響度についても把握することができる。なお、変動幅、変動上下限値については任意に設定することが可能である。第2未燃分演算部65は、微粉炭B、Cに対しても同様の演算処理を行うことで、試料毎に複数の変動未燃分推定値を算出する。例えば、各成分の値を+5%、+10%、+15%、−5%、−10%、−15%のように、6段階に変動させた場合、各試料(微粉炭A、B、C)について、4(成分数)×6(変動値の数)=24個の変動未燃分推定値がそれぞれ算出される。
分析誤差許容範囲設定部67は、例えば、試料毎に演算されたNOx差分を成分毎のNOx差分に区分し、成分毎に許容範囲(例えば、±10ppm以下)内であるNOx差分の最大値を決定し、その最大値のNOx差分を得たときの値変化量を得る。同様に、分析誤差許容範囲設定部67は、例えば、試料毎に演算された未燃分差分を成分毎の未燃分差分に区分し、成分毎に許容範囲内である未燃分差分の最大値を決定し、その最大値の未燃分差分を得たときの値変化量(各成分の変動量)を得る。そして、NOx差分及び未燃分差分からそれぞれ得た値変化量の比較結果から各成分の分析誤差許容範囲を設定する。
そして、分析誤差許容範囲設定部67は、上記処理を他の成分値である「揮発分」、「固定炭素」、「灰分」についても同様に行うことで、各成分における分析誤差許容範囲を設定する。
判定部69は、分析誤差演算部68によって算出された分析誤差が、分析誤差許容範囲設定部67によって設定された成分毎の分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する。
分析条件調整部70は、判定部69によって少なくとも一つの成分の分析誤差が分析誤差許容範囲を超えていると判定された場合に、簡易分析装置の分析条件が不適切であるとして、分析条件の調整を行う。例えば、分析条件調整部70は、温度保持時間、昇温速度、降温速度、雰囲気ガス供給量、サンプル量、サンプル粒度、サンプルパン寸法や構造等の少なくともいずれか一つを自動的に調整することにより、分析条件を変更する。なお、分析条件の調整は、上述のように自動的に調整する態様としても良いし、例えば、調整する分析条件の情報が作業員によって入力された場合に、その指示に従って分析条件を調整することとしてもよい。
簡易分析装置の分析条件が調整されると、調整後の分析条件が設定された簡易分析装置により、試料(微粉炭A〜C)の分析が行われる。そして、簡易分析装置による工業分析値の全ての成分の分析誤差が誤差許容範囲内となるまで、上述した簡易分析装置の分析条件の調整を繰り返し行う。
続いて、分析誤差がステップSB7で設定された成分毎の分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する(SB10)。この結果、各成分の分析誤差が分析誤差許容範囲内であると判定された場合には(SB10:YES)、簡易分析装置の分析条件が適切であると判定し、例えば、その旨の結果を通知し(SB11)、本処理を終了する。一方、ステップSB10において、少なくとも一つの成分の分析誤差が分析誤差許容範囲を外れている場合には、簡易分析装置の分析条件が不適切であるとして、分析条件の調整を行い(SB12)、ステップSB8に戻る。
そして、全ての成分における分析誤差が分析誤差許容範囲内となると(SB10:YES)、ステップSB11に移行し、分析条件が適切である旨を通知して、本処理を終了する。
また、上記実施形態で説明した燃焼調整処理及び分析条件調整処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
11 火炉
12 バーナ部
14 AA部
15 追加空気投入ノズル
16 微粉炭混合気輸送管
17 送気ダクト
18 排ガス流路
20 微粉炭焚きバーナ
21 燃料バーナ
22 1次ポート
23 2次ポート
25 燃料簡易分析装置
30 ポート
35 未燃分計測器
37 NOx計測器
40 ダンパ
50 制御装置
51 情報取得部
52 NOx推定部
53 未燃分推定部
54 燃焼調整部
60 分析条件調整装置
61 第1NOx演算部
62 第2NOx演算部
63 NOx差分演算部
64 第1未燃分演算部
65 第2未燃分演算部
66 未燃分差分演算部
67 分析誤差許容範囲設定部
68 分析誤差演算部
69 判定部
70 分析条件調整部
Claims (7)
- 排ガス中のNOx量を推定するNOx推定式に、事前に取得した燃料試料の第1の工業分析値を入力してNOx推定値を基準NOx推定値として算出する第1NOx演算部と、
前記第1の工業分析値の各成分の値を変動させ、変動後の前記各成分の値を前記NOx推定式に入力することにより、複数の変動NOx推定値を算出する第2NOx演算部と、
前記基準NOx推定値に対する前記各変動NOx推定値の差をNOx差分としてそれぞれ演算するNOx差分演算部と、
前記NOx差分が許容範囲内となる前記各成分の値変化量を決定し、決定した値変化量に基づいて前記各成分の分析誤差許容範囲を設定する分析誤差許容範囲設定部と、
燃料簡易分析装置によって分析された前記燃料試料の第2の工業分析値の各成分の値と、前記第1の工業分析値の各成分の値との分析誤差を成分毎に演算する分析誤差演算部と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する判定部と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内となるまで、前記燃料簡易分析装置の分析条件を調整する分析条件調整部と
を具備する燃料簡易分析装置の分析条件調整装置。 - 排ガス中の未燃分量を推定する未燃分推定式に、事前に取得した前記燃料試料の第1の工業分析値を入力して未燃分推定値を基準未燃分推定値として算出する第1未燃分演算部と、
前記第1の工業分析値の各成分の値を変動させ、変動後の前記各成分の値を前記未燃分推定式に入力することにより、複数の変動未燃分推定値を算出する第2未燃分演算部と、
前記基準未燃分推定値に対する前記各変動未燃分推定値の差を未燃分差分としてそれぞれ演算する未燃分差分演算部と
を備え、
前記分析誤差許容範囲設定部は、前記NOx差分及び前記未燃分差分が許容範囲内となる前記各成分の値変化量を決定し、決定した値変化量に基づいて前記各成分の分析誤差許容範囲を設定する請求項1に記載の分析条件調整装置。 - 排ガス中の未燃分量を推定する未燃分推定式に、事前に取得した燃料試料の第1の工業分析値を入力して未燃分推定値を基準未燃分推定値として算出する第1未燃分演算部と、
前記第1の工業分析値の各成分の値を変動させ、変動後の前記各成分の値を前記未燃分推定式に入力することにより、複数の変動未燃分推定値を算出する第2未燃分演算部と、
前記基準未燃分推定値に対する前記各変動未燃分推定値の差を未燃分差分としてそれぞれ演算する未燃分差分演算部と、
前記未燃分差分が許容範囲内となる前記各成分の値変化量を決定し、決定した値変化量に基づいて前記各成分の分析誤差許容範囲を設定する分析誤差許容範囲設定部と、
燃料簡易分析装置によって分析された前記燃料試料の第2の工業分析値の各成分の値と、前記第1の工業分析値の各成分の値との分析誤差を成分毎に演算する分析誤差演算部と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する判定部と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内となるまで、前記燃料簡易分析装置の分析条件を調整する分析条件調整部と
を具備する燃料簡易分析装置の分析条件調整装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の分析条件調整装置を用いて分析条件が調整された燃料簡易分析装置。
- ボイラに供給される燃料の分析を行う請求項4に記載の燃料簡易分析装置と、
前記燃料簡易分析装置による分析結果をNOx推定式に用いることにより、前記ボイラから排出される排ガス中のNOx量を推定するNOx推定部と、
前記燃料簡易分析装置による分析結果を未燃分推定式に用いることにより、前記ボイラから排出される排ガス中の未燃分量を推定する未燃分推定部と、
前記NOx推定部によって推定された前記NOx量及び前記未燃分推定部によって推定された未燃分量が許容範囲内となるように、前記ボイラの燃焼状態を調整するための操作端を制御する燃焼調整部と
を具備するボイラの制御装置。 - 排ガス中のNOx量を推定するNOx推定式に、事前に取得した燃料試料の第1の工業分析値を入力してNOx推定値を基準NOx推定値として算出する第1NOx演算工程と、
前記第1の工業分析値の各成分の値を変動させ、変動後の前記各成分の値を前記NOx推定式に入力することにより、複数の変動NOx推定値を算出する第2NOx演算工程と、
前記基準NOx推定値に対する前記各変動NOx推定値の差をNOx差分としてそれぞれ演算するNOx差分演算工程と、
前記NOx差分が許容範囲内となる前記各成分の値変化量を決定し、決定した値変化量に基づいて前記各成分の分析誤差許容範囲を設定する分析誤差許容範囲設定工程と、
燃料簡易分析装置によって分析された前記燃料試料の第2の工業分析値の各成分の値と、前記第1の工業分析値の各成分の値との分析誤差を成分毎に演算する分析誤差演算工程と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する判定工程と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内となるまで、前記燃料簡易分析装置の分析条件を調整する分析条件調整工程と
を有する燃料簡易分析装置の分析条件調整方法。 - 排ガス中の未燃分量を推定する未燃分推定式に、事前に取得した燃料試料の第1の工業分析値を入力して未燃分推定値を基準未燃分推定値として算出する第1未燃分演算工程と、
前記第1の工業分析値の各成分の値を変動させ、変動後の前記各成分の値を前記未燃分推定式に入力することにより、複数の変動未燃分推定値を算出する第2未燃分演算工程と、
前記基準未燃分推定値に対する前記各変動未燃分推定値の差分を未燃分差分としてそれぞれ演算する未燃分差分演算工程と、
前記未燃分差分が許容範囲内となる前記各成分の値変化量を決定し、決定した値変化量に基づいて前記各成分の分析誤差許容範囲を設定する分析誤差許容範囲設定工程と、
燃料簡易分析装置によって分析された前記燃料試料の第2の工業分析値の各成分の値と、前記第1の工業分析値の各成分の値との分析誤差を成分毎に演算する分析誤差演算工程と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内であるか否かを判定する判定工程と、
成分毎の前記分析誤差が成分毎に設定された前記分析誤差許容範囲内となるまで、前記燃料簡易分析装置の分析条件を調整する分析条件調整工程と
を有する燃料簡易分析装置の分析条件調整方法。
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