JPS5956609A - 煤吹き最適化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地下またはその他の有機燃料ボイラに関し、
特定すると、この種の燃料において煤吹きの予定時間な
ηす適化するための新規かつ有用な方法を’ＣＭ　（Ｉ
ｃすることである。

蒸気または動力を発生するため地下燃料を燃焼すると、
灰と１．て知られる残留物が生ずる。若干のものを除く
すべての残留物は、固形残留物であり、いくつかの例で
はその量は相当である。

連続動作を行）ｆうためには、灰の除去は必須である。

流動床燃焼においては、灰粒子は、ガス流によりボイラ
炉から運び出され、ガス流路内の管上に沈殿物を形成す
る（ファウリング）。このような状況の場合、不着物は
、これら表面の腐食をもたらすことになろう。

種々の形式の灰はボイラの動作をひどく阻害し、運転停
止をもたらすことも与るから、灰をボイラ表面から除去
する手段が提供されねばならない。

炉壁および対流路は、・煤吹き媒体と１７で蒸気または
空気を利用する煤吹器（煤煙吹除器）の使用より動作中
に灰やスラグを掃除することができる。

煤吹器は、イ；１泊物が累積する領域に向けられた後退
可能なノズルを介して生成空気を吹き付ける。

ボイラ内の対流流路面は（ヒートトラップと称されるこ
とが多い）、別個の部分に分割される（第１図参照）。

各ヒートトラップは、通常１組の専用の煤吹器を有して
℃・る。普通は、１組の煤吹器のみが常時動作している
。これは、煤吹き動作は、生成物流を消費し、同時に浄
化されつ〜あるヒートトラップの熱伝達率を減するから
である。

煤吹きの予定および順序は、通常、タイマで実施されろ
。時間予定は、ボイラの初動作および始動中に形成され
る。タイマに加えて、ガス側部差圧のような臨界的な動
作パラメータにより、非常のプラツギングやファウリン
グ状態が検出されると、時間予定は中断されることにな
る。

第１表 すべての石灰　　　　　　　　　　天然ガス・燃料油−
１バンカーＣ」　　　　　　メ造ガスｆＮ製ス５ッジ　
　　　　　　　　　　コードオープンガス（クリーン）
タンク残留物　　　　　　　　　　精製ガスイ′ｐＩ肥
コークス　　　　　　　　　　蒸留物大部分のタール 水利および水利製品 他の植物製品 廃熱ガス（大部分） 溶鉱炉ガス セメント炉ガス 煤吹き動作の順序および予定は、制御装置４を使うこと
によって自動化できる。例えば、１９７８年・１月１８
日付の米国特許第４．０８５．４３８号参照。予定は、
普通、ボイラの動作状態を観察１〜、燃料分析および燃
料７アウ°リングの以前の研究室試験を検羽するボイラ
ＹＲ浄専閂家により設定される。煤吹き器の予定の制御
設定は、観察された所与の動作条件に対して正確なもの
とし得るが、燃焼行稈は大きく変化し得る。負荷需要に
は一定で季節的な変化があり、またバーナの効率や煤吹
き後の熱交換表面の清浄度には緩やかな長期間変化ガあ
る。燃料特性も、樹皮、廃物、溶鉱炉ガス、残油、廃棄
物スラッジまたは石炭混合物などの燃料の種類ごとに変
わろう。この結果、数日の動作ザイクルに基づ（煤吹き
予定は、ボイラのもつとも経済的な動作をもたらさない
ことがあり得る。

現在、煤吹き予定の実際の実施は、タイ−７の使用に基
づいて行なわれている。時間予定は、初動作および始動
中に形成される。負荷に一定で＄節約な変化があり、燃
料の変動があり、またバーナー効率や煤吹き後の熱交換
表面の清浄度に緩やかな長期間変化があるため、経済的
に最適な時間予定は１つもなし・。

煤吹きの最適化に使用できるボイラ診断パッケージは、
１９ａｌｌ＝ｉｏ月にミズリー州で開催さオしたＡＳＭ
Ｅ／ｌ：ＩシＥ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎ、　Ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ　Ｙ）「Ｂｏｉｌｅｒ　Ｈｅ旧　’ｐｒ；＋ｎ
５ｆｅｒ　Ｍｏｄｅｉ　　ｆｏｒ　ＱｐｃｒａｔｏｒＪ
）ｉａｇｎｎｓｔｉｃ　Ｊｎｆｏｒｍａｊｉｎｎ　Ｊ　
　と題する論文においＹ−Ｔ、　（’、　ｌ１ｅｉ１等
により提案されている。この方法は、結合さＪｌ、たエ
ネルギ平衡からガス側部温度を評価することに依存し、
実施には一連のヒートトラップ式を解くため大規模な帰
納的計算を必要とする。この方法は、熱伝達ファウリン
グファクタを評価するのに使用できる。これらの中間結
果は、゛煤吹器の始動からもたらされる費用の節約を評
価するために、定常状態の設計条ｆ１に基づくボイラ特
性モデルに入力として使用される。しかしながら、経済
的な最適化は行なわれず、蒸気費用増分の動的変化は補
償されない。

本発明は、煤吹きを予定するため最適の経済的サイクル
時間を予測する方法に係るもので、オンラインプロセス
測定値を使用する。最適のサイクル時間は、ボイラ動作
、燃料変化または季節変化からもたらされる変化する条
件に動的に１１＠応する。

最適条件は、ヒートトラッ°シファウリング、ファウリ
ング率、ボイラ内の他のヒートトラップのファウリング
率およびオンライン蒸仏費用増分を補償する経済基準に
基づく。

この煤吹き最適化の発、明け、次の５壱で、従来の煤吹
き自動化および最適化のパンケージに優７）十分の利点
を有する。

（ａｌ　　ｆｌ適サイクル時間は、熱伝達効率から推論
されるのでなく、経済的基準に基づく。

（ｂｌ　　量適サイクル時間は、実時間で瞬間的に決定
される。最適サイクル時間は、変動する動作および経済
条件に適合する。

（ｃ＋　　情吹き効率、隣接するヒートトラップ−Ｌの
ファウリング、および蒸気費用増分および負荷増分のよ
うなファクタが最適サイクル時間の動的計算において考
慮に入れられる。

ｆｄｌ　　最適化は、容易に入手し得る測定値を必曹と
する。ガス側部炉温度は必要としない。

（ｅｌ　　計算は簡単であり理解容易である。解くのに
相互作用する等式の帰納的計算ないし方式は存在しない
。

（ｆｌ　　最適化は、設計ファクタまたは最初の根拠の
あるｌ時性データに依存しない。

したがって、本発明の目的は、ボイラにおいてｊＹＪ位
の熱当り特定の費用で蒸気を発生するため、ｌ庁定の比
熱（Ｃｐ）を有する流体入力を有するボイラの動作中の
煤吹きを予定するため最適サイクル時間（Ｑｏｐｔ）を
決定する方法であって、ボイラに出入りする入力および
出力温度を感知して入力および出力温度の差（△ｔ　）
を得、動作中ボイラにおける流体の流量（ｍ）を感知し
、蒸気の費用増分（φ）を決定し、こ〜で実際の煤吹き
のための時間（Ｑｃ）は煤吹きのための蒸気費用（Ｓ）
を決定することが知られている、式ｑ＝ｍｃｐｔにした
がってその動作中におけるボイラの熱束（ｑ）を計算し
、式Ｋ　＝　ｑｏ　（””／ｍｏ　）および１）　−（
Ｋ−ｑｏ）φ／θｂ）−θｂ）ＶＣしたがって２つのス
ケーリングパラメータ（ＫおよびＰ）を計算し、モして
Ｔ、に、Ｓに対する値を使って、下記の関係すなわち、 にしたがって最適サイクル時間を計初する最適サイクル
時間決定方法を提供することである。

本発明の原理は、図面な参Ｉ！！（〜で行なった以下の
）具体例゛についての説明から明らかとなろう。

図面を参照すると、総括的に１０で指示されるボイラに
おゆる煤吹きのためのサイクル時間を醇適化するための
方法が示されている。ボイラ１゜は、複数のヒートトラ
ップないしゾーンを含んでいる。これらトラップには、
例えば、プラテン１２、入力および出力部分を漏える二
次過熱器１６、再過熱器１４、−次週熱器１６およびエ
コノマイザ１８が含まれる。

Ｃで動作時間ｏｂ内における総損費用を表わすものとす
ると、所与の瞬間における損費用率は下式で表わされる 動作時間θｂ　中における総摺費用は、下記のように式
（１０）を積分することにより決定できる。

式（１２）は、所方の期間中における最小；ｔ−ＤＩ費
用をもたらすサイクル時■１を児出すための基準として
使用できる。各サイクルは、θｂ　の動作時間より成る
。もしも・煤吹きのためのザイクル当りの時間がＱｃ　
であると、総時間（ｈｏｕｒ　）はθ１−θｌ）」−０
ｃである。所与の期間に対する総時間が１１時間である
と、１７時間しこおレテるサイクルの数はＩ−１／　（
０１）−１−００）である。

０時間中における（ｉ費用−ＣＨ＝（全費用／サイクル
）×（ザイクル数／Ｈ時間）。総費用／ザイクルーＣは
、動作時間θｂに対する損費用＋煤吹きのための費用Ｓ
。こ〜で、 Ｃ，（−（Ｇ（ｉ費用／サイクル）×（Ｈ時間内のサイ
クル数）普通の条件下で、式（１４１内の惟−σ）変委
０ｉθｂでである。一方、蒸気費用増分Φ、しブこ７５
；つて・煤吹き費用Ｓは、サイクルごとに変わろう。ま
プこ、スケールパラメータＰおよびＫは、負荷のａ積数
として変わろう。もしもΦ、３．ＰおよびＩ＜力［に維
持されると、瞬間的な量適経済−１）−イクル時ｆｓｌ
（θ　ｔ）は、θｔ、に関する式（１イ）の−次３％関
数をｐ Ｏに設定し、θ１）−＝：θａｐｔ　　をｆＴ＋’ｌ　
＜ことによりイ丑ることができる。

すなわち。

一−−＋Ｑｏ（１７１ に θｏｐｔ＝（Ｐ、　Ｋ、　Ｓ　；φ）のような簡単な閉
鎖式の解法は不可能である。しかしブよから、式ｇ（θ
ａｐｔ）　＝Ｑは、Ｔｔｅｇｕ　Ｉ　ａ−Ｆａ　ｌ　ｓ
　ｉまたはＮｅｗｔｏｎ−１、ａｐｈｓｏｎのような従
来の試行・錯誤の技術を使って解くことができろ。ディ
ジタル手段による最適の煤吹き法の実施に際しては、式
（１５）の値をＯに導くためＰ　Ｘ　Ｄコントローラが
使用される。

かくして、瞬間的な最適経済サイクル時間Ｑ。、ｔは、
Φ、Ｓ、ｌ）およびＫを一定に維持することにより決定
される。しかしながら、これらのパラメータが変化する
と、最適経済サイクルは変化することになる。負荷が大
きく振れると、熱交換器表１１旧ヒで確立されるスケー
ル率は相当に影響され、θ。、ｔ　は各ヒートトラップ
に対してサイクルごとに変わる。蒸気費用増分および蒸
気負荷増分の変化を考慮に入れるθ。、ｔ　の瞬間的値
は、パラメータＰおよびＫが動的に更新され匁は計算で
きる。

簡単な予測モデルを使用して、損費用回復増分を評価し
、それにより、下記のように熱束ｑのオンライン測定値
からモデルパラメータＰおよびＫを推論することができ
る。

と−ＶＣＫ　＝　ｑ（０）　ＸΦ（Ｏｌ））　　　　　
　　　　θ９）モデルの目的は、時点θｂ　におり゛る
オンライン熱束計算値を使用して、将来の最適サイクル
時間θ。、ｔ　を予測することである。こ〜にθ。ｐｉ
　＞θｂである。これは第６図にグラフで示されて（・
る。

このモデルを使用すると、Ｐの値は、θｂ　およびｙ（
θｂ）　＝　（ｑ（０）−ｑ（θｂ）〕×Φの各値に対
して式（＋８１から決定できる。

式（１１および（２■からＫおよびＰ（θｂ）の値を使
用すると、式（１７１は、０乎衡帰納解法技術によりエ
ラーを積分することにより、θｏｐｔ　　について解く
ことができる。

モデルは、管側部流体温度（またはエンタルピ。

−）の測定値を利用する。これは容易に得ることができ
る。ガス側部炉温度は必要でなし・０最適のザイクル時
間θ。、ｔ　は瞬間的に決定され、変化する動作および
経済条件に適合する。

各ヒーＩ・トラップに対する最適の経済サイクル時間は
、他のヒートｌ−ランプと独立的に決定されろ。しかし
ブ、仁から、種々のヒートトラップ間の相互作用が、考
慮に入れられる。何故ならば、各ヒ−１−）ラップは、
全効率および生じた蒸気費用増分に影響ろ・及はずから
である。全効率の言］算は狽失法に基づいており、ヒー
トトラップ特性計Ｗ、ＶＣより影響されない。

第２表 二次過熱器　　　　８３　　　　　８４　　　　　−１
再加熱過熱器　　　１０４　　　　　９５　　　　　９
−次週熱器　　　　１５５　　　　１１　Ｄ　　　　　
　４５再加熱過熱器　　　１７６　　　　　１５　　　
　１６１エコノマイツ’　　　　２４０　　　　１７４
　　　　　６６オンライン予測損費用モデル、瞬間的最
適経済サイクル時間計算および煤吹きシクエンザに対す
る論理形態は第８図および第９図に示されている。

第７図を参照すると、流体流−菅ならびに入力および出
力温度は、それぞれ伝送器２０．２２セよび２４により
供給される。駆動温度は、コンパレータ２６で得られ、
その出力は、乗算装置２８で流量と乗算される。出力は
、乗算器３０において流体（水）の比熱を表わす定数に
より再度乗算される。乗算器３Ｄの出力は、ボイラの動
作中におけろ種々の時点におけるボイラの管内の熱束を
表わす。ザイクル期間θｂ　の終了後、期間の終了時に
対する熱束値が計算されて、第２のコンパレータ３２に
供給される。トランスファターミナル３４は熱束に対す
る初期値（煤吹き操作者後の）を保持しており、これが
コンパレータ３２で比較され、差値を得る。サイクルの
終了時の流量対サイクルの開始時における流量の比は、
要素３６により供給されるが、分割要素３８および流量
の初期値を記憶するだめのターミナル４０から比を受は
取る。伝達ターミナル３４および４０は、煤吹き開始を
制御ずろコントローラ４４に接続されたゲート４２かも
のパルスにより作動される。

ターミナル４６は、スケールパラメータＫに対応する値
を受は取り、そしてこの値と蒸気費用増分を表わす値が
乗算器４８に供給される。費用増分フつ′フタは、費用
伝送器５０から計算され、負荷伝送器５２により変更さ
れる。信号は、論理回路６０で示されるように処理され
、費用増分ファクタ△を生成する。

分割要素５６およびコンパレータ５８は、スケールファ
クタＰを生成する。ゲートｆ＃６２．６４、および６６
は、値Ｐ、煤吹きタイマに対する信号および値Ｓをそれ
ぞれ送出する。

第８図に示されるように、これらのターミナルは、これ
らのそれぞれの信号を、最適サイクル時間θ。、ｔ　を
生成するのに利用される追加の回路に供給する。しかし
て、最適サイクル時間信号は、端子７０に供給される。

サイ°゛クル時間信号は、例えば最大の燃料効率に対し
て手動的に設定され、端子７０に供給される。この値は
、スケール、＋ラメータＰを生成するため第７図の回路
においても使用される。

第９図に示される回路にｋいて、番−け１〜４を（１１
，た４つのヒートトラップから得られる設定サイクル値
卦よび量適サイクル値θｂおよびθ。岬が示されている
。コンパレータ８０〜８３は、最適ザイクル時間および
設定サイクル時間の差を出力し、コンパレータ８４は、
最小差を選択する。特定のヒートトラップの煤吹器が作
動される前に遭遇し／３ｃければフエらない条件は下記
のごとくである。

（３）他の送風機は目下全々作動していない。

（ｂｌ　　設定ザイクル時間および最適サイクル時間の
差は十分小さい。

（Ｃ１条件すが１つ以上のヒートトラップに存在してい
れば、最低値のヒートトラップが選択される。

この目的のため、コンパレータ８６〜８９が下限検出器
９０〜９７とともに利用される。Ａ　Ｎ　Ｊ）ゲート９
８．９９．１００および１０１は、ブール論理信号を比
較し、すべての正入力を有するＡ　Ｎ　Ｉ）ゲートのみ
が作動されて、それぞれ制御要素１０２．１０５．１０
４および１０５に接続された各煤吹器を作動させる。

以し、本発明を特定の好まＩ−い具体例について図示説
明１−だが、本発明は、その技術思想から逸脱すること
なく、他の方法でも具体化できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は″煤吹きのための最適のサイクル時間が決定さ
れるボイラの概略図、第２図は煤吹き１（ワ作問の動作
サイクル時間に対して熱伝達をプロットしたグラフ、第
３図は煤吹きのための短いサイクル時間を示すグラフ、
第４図は煤吹きのための陵いサイクル時間を示すグラフ
、第５ズはサイクル時間に対して損費用増分をプロット
したグラフ、第６図は優大効率を得るためにサイクル時
間に対して損費用増分をプロットしたグラフで、煤吹き
のための最適経済サイクル時間を予測するのに使用され
るもの、第７．８および９Ｆは本発明を実施するための
例示的論理回路を示すブロック図である。 １（１：ボイラ １２ニブラテン １３二二次過熱器 １４：再過熱器 １６：−次週熱器 １８：エコノマイザ 時間（計）θ。 ＩＧ　　３ ＩＧ　　４ 胃へ　　　　１船　　（１−１ｒ） ＦＩＧ５ ＦＩＧ　　６ 幅間θ（Ｈｉ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ボイラにおいて単位熱邦当り特定の費用で蒸
   気を発生させるため、特定の比熱（ｃｐ　）をもつ流体
   入力を有するボイラの動作中の煤吹きを予定するためサ
   イクル時間を最適化する方法において、ボイラに入出力
   する流体の入力および出力温度を感知ｌ、て、入力およ
   び出力温度の差（△ｔ）を得、動作中のボイラの流体の
   流量（ｍ）を感知し、蒸気の費用増分（φ）を決定し、
   しかして煤吹きのため蒸気費用（Ｓ）は実際の煤吹きの
   ための時間θＣで決定される、式ｑ＝ｍｃｐｔ　にした
   がって動作中のボイラの熱束（ｑ）を計算し、式％式％
   ） にしたがって２つのスケールパラメータ（ＫおよびＰ）
   を計算し、そしてＴ、に、Ｓの値を使用して、下記の関
   係、すなわち にしたがって最適のサイクル時間（θｏｐｔ　）　　を
   計算することを特徴とするサイクル時間最適化方法。
2. （２）　　ボイラが各々それ自体の流体入力をもつ複数
   のヒートトラップを含み、各ヒートトラップに対して入
   力および出力温度を感知し、各ヒートトラップを通る流
   量を感知し、ＰおよびＫに対する値を計算して、各ヒー
   トトラップに対する最適サイクル時間を得、量適の経済
   効率を得るため各ヒートトラップに対して最適のサイク
   ル時間を決定することを含む特許請求の範囲第１項に記
   載のサイクル時間最適化方法。
3. （３）最適経済サイクル時間を決定し、先の煤吹きから
   の時間と最適経済サイクル時間の差を各ヒートトラップ
   に対して決定し、そして最大の負の差を有するヒートト
   ラップに煤吹き動作を施す特許請求の範囲第１項または
   第２項に記載のザイクル時間最適化方法。