JPS6023704A - コ−ジエネレ−シヨンボイラの制御方法および装置 - 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、ボイラの動作を制御するため方法および装置
、ならびに関連する制御装置を備えるボイラに関する。

特定すると、本発明は、ボイラの対流部分のコイルで加
熱される流体の温度をその出口端部で制御する方法およ
びこの種の制御系を備えるボイラに関する。

放射部分において蒸気を作り、対流部分においてプロセ
ス流体を加熱するように動作するボイラは周知であり、
カナダ特許第１．１４６．８９５号に記載されている。

一方、この種のボイラの放射部分および対流部分におい
て伝達される熱の相対量を、煙道ガスの全部または一部
を対流部分の管の回りに通したり、燃焼を行なうために
使用される空気の量を制御したり、あるいはボイラの燃
焼部分において実際に燃焼される燃料の量を制御するな
どの従来技術によって制御す、ることは、従来より明ら
かに企画されて来た。

これらの従来技術は、反応器温度の逸脱が起こり得る発
熱反応プロセスや、プロセス流体が炭化はその近傍に加
熱されるプロセスにおけるごとく、プロセス流体の温度
がかなり狭い制限内で制御されねばならない場合に有効
でないことが分った。

なぜならば、これらの制御技術は、ボイラまたはプロセ
ス動作の混乱状態の後の相当広い温度変動を防ぐに十分
迅速に応答し得ないからである。明らかなように、変動
が所望のコイル出口温度以上であり、そのためプロセス
流体が反応器において温度の逸脱が起こる温度以上の温
度またはコークス化領域の温度でコイル出口を出て行く
と、温度の逸脱のためプロセスの停止を生じたり、コー
クス化のためコイルの出口またはその近傍で詰まりを生
じ、ボイラの完全な停止を余儀なくさせたりすることが
ある。したがって、カーるボイラ動作を制御するための
改良された方法およびか〜る制御装置を備えるボイラの
必要性は容易に明らかであると思われる。

発明の概要 ボイラ動作を制御する従来の方法の−Ｅ述およびその他
の不利益は、本発明の方法により減することができ、そ
れＫよりボイラ動作を制御するための改良された方法お
よび改良されたボイラが提供できることが分った。

それゆえ、本発明の目的は、ボイラの動作を制御するた
めの改良された方法および装置を提供することであり、
特に、対流部分で加熱される流体のコイル出口温度を、
・ボイラ動作または流体がボイラの対流部分において加
熱されるプロセスにおいて起こる混乱中または混乱直後
狭い限界内で制御できるボイラ動作を制御するための改
良された方法および装置を提供することである。

本発明のこれらおよびその他の目的および利点は、図面
を参照して行なった以下の説明から明らかとなろう。

本発明にしたがえば、本発明の上述およびその他の目的
および利点は、燃焼部分から対流部分を通り、燃焼部分
に再循環される煙道ガスの量を制御し、かつ、ボイラの
燃焼部分に供給される燃料の量を制御することによって
遂行される。燃焼部分に実際に再循環される燃料ガスの
量は、対流部分のプロセス流体コイル入口またはその近
傍における温度およびプロセス流体の流量の変化を感知
する［フィードフォワード」ループで制御される。

ボイラの燃焼部分に供給される燃料の量は、対流部分の
プロセス流体コイル出口またはその近傍におけるプロセ
ス流体の温度の変化を感知するフィードバックループで
制御される。追って詳細に指示されるように、放射部分
において生ずる蒸気の量は、ボイラの燃焼部分における
バーナの角度を手動的または自動的に調節し、かつボイ
ラーの燃焼部分への燃料の流量を調節することによって
制御できる。

発明の詳述 上述のように、本発明は、コージエネレーションボイラ
、すなわち蒸気が放射部分で発生され、プロセス流体が
対流部分で加熱される形式のボイラを制御するための改
良された方法および装置、およびこのような改良された
制御方法および装置を備えるボイラに関するものである
。また上述したように、ボイラ動作を制御するための改
良された方法および装置は、対流部分のコイル入口また
はその近傍におけるプロセス流体の流量および温度の変
化を感知し、この温度および流計の変化に応答してボイ
ラの燃焼部分に再循環される煙道ガスの蓋を調節するフ
ィードフォワードループと、プロセス流体コイル出口ま
たはその近傍におけるプロセス流体の温度の変化を感知
し、ボイラーの燃焼部分に供給される燃料の燃焼速度す
なわち流量を調節するフィードバックループより成る。

追って詳述するように、適当な装置を用いてボイラ動作
をこのような態様で制御すると、プロセスサイクルまた
は蒸気サイクルの混乱に起因する温度の変動は相当に減
ぜられ、それによりプロセス流体コイル出口温度の制御
は改善され、またプロセス反応器における温度の逸脱や
プロセス流体がコークス化温度またはその近傍の温度に
加熱されつつあるときのコークス化の危険を減するのに
も有効である。追って詳細に説明するように、放射部分
および対流部分で伝送される熱の相対量の変動は、ボイ
ラの燃焼部分のバーナーの角度を変えることによって惹
起することができる。

一般的にいって、コージエネレーションハ４７’リッド
ボイラは、放射部分において蒸気を生成し、対流部分に
おいてプロセス流体を加熱するように造られた従来形式
のボイラの変形となろう。変更は、概略的にいうと、対
流部分において加熱また予加熱されるべきプロセス流体
の加熱に使用されるよう設計された対流部分の管を置換
することのみである。概略的にいうと、管は、加熱され
つへある特定のプロセス流体に依存して構造体の材料を
、また、対流部分に流出入するプロセス流体の温度およ
び圧力に依存して強さを変更することになろう。

コージェネレーションボイラの蒸気サイクルはすべての
点において従来通りであるからと〜に詳細に説明しない
。一般に、蒸気は、ボイラ供給水を放射部分に位置する
氷壁または蒸気コイル中に通すととｋより放射部分で生
成される。蒸気を生成するために実際に使用される熱の
量は、蒸気コイルに提供される表面積の情、燃焼部分に
再循環される煙道ガスの量、ボイラの燃焼部分のバーナ
の角度を制御し、かつ燃焼部分に供給される燃料の量を
制御することｋより制御し得る。一般Ｋ、蒸気は、約ａ
ｏｏ’Ｆ〜約１ｏｏｏ’Ｆの範囲の温度および約１００
０〜約２０００　ｐｓｉｇ　の範囲の圧力で蒸気コイル
または過熱器から抜き出される。

蒸気は、プロセスにおける使用（これに限定されない）
を含め蒸気が必要とされる任意の応用に直接使用しても
よいし、電気を発生するためターボジェネレータを駆動
するのに使用してもよい。このようにして発生された電
気は、プロセスの動作に使用することもできるし、電気
として売ることもできよう。

一般的には、対流部分においては如何なるプロセス流体
でも加熱できるが、本発明のゲイラリ１作を制御するた
めの改良された方法は、プロセス反応器において温度の
逸脱か起こる発熱反応プロセスや炭化水素のプロセス流
体の全部または一部がコークス化したりその組成がその
他の態様で望ましいように変化する温度近傍の温度に加
熱される場合のように、プロセス流体の相当綿密な制御
が必要または所望なプロセスに特に適用できる。それゆ
え、本発明の改良された方法は、石灰スラグが液化を受
ける前に予知熱されるコージェネレーションボイラーの
動作を制御するのＫ特に有用である。一般に、この種の
スラリは、液化を受ける前に分子水素の存在または不存
在下において、約６５０〜約８５０″Ｆの範囲の温度に
予め加熱される。便宜上および例示の目的で、本発明を
石炭液化を参照して説明するが、本発明の説明のために
この種のプロセスを選択することは、本発明の技術思想
を限定するものではない。

石炭または類似の固形の炭素質物質がプロセス流体に包
含される場合、石炭または類似の固形の炭素質物質は、
一般に溶媒または希釈材への合体を容易にするため微細
に分割された状態に粉砕される。実際に採用される粒子
寸法は本発明に重要でないが、実際には、本質的にどの
ような粒子寸法範囲でも採用できる。石炭または固形の
炭素質物質は、粉砕された後、適当な溶媒または希釈材
内においてスラリ化される。スラリ内における石炭また
は炭素質物質（無水状態）対溶媒または希釈材の比は、
約１：１〜約ｔ３（重量比）である。

従来技術において石炭または類似の固形炭素質物質め液
化に有用であることが分っている溶媒または希釈材は、
いずれも本発明の改良されたボイラの対流部分において
加熱されるプロセス流体における成分として使用できる
。この種の溶媒または希釈材には、あらゆる形式の炭化
水素、特に約４００’Ｆ〜約９００下の範囲内の沸騰範
囲を有するものが含まれる。溶媒または希釈材としては
、直鎖または枝分れ鎖炭化水素、環状炭化水素、ナンテ
ン系または芳香族炭化水素、フェノ−ルまたは置換フェ
ノール、ヒドロキシ芳香族化合物、酸素、窒素または硫
黄を含み得る複素環式化合物またはこれら物質の１また
は複数の混合物とし得る。

さらに、溶媒または希釈材は、液化条件下で不活性であ
ってもよいし、該条件下で水素を賦与できてもよい。特
に有効なｉ媒または希釈材としては、水素化クレオソー
ト油および石炭の゛液化から誘導された溶媒、特に約４
００’ｌ”〜約９００’Ｆの範囲で沸騰するものがある
。石炭の液化から誘導される溶媒は、これが少なくとも
部分的に水素化されて、水素ドナ一種を含む溶媒を生成
するとき特に有効である。この種の水素ドナ一種は、従
来技術において周知であると思われ、米国特許第３．８
６１２７５号に沢山記載されている。

本発明の改良されたボイラが、対流部分において石炭ス
ラグな加熱するのに使用される場合、石炭または類似の
固形の炭素質物質の液化は、石炭または炭素質物質の少
なくとも部分的液化を可能にするに十分の期間プロセス
流体を高められた温度および圧力にさらすことによって
行なわれる。

周知のよ５Ｋ、石炭または固形炭素質物質の液体への変
換は、液化段階中水素の存在により促進される。また周
知のように、水素は、分子水素、水素ドナー溶媒、液化
条件下で水素を生ずることが知られているその他の物質
およびこれらのｈ１合せの使用を含む従来技術において
有効であることが知られている任意の方法で提供し得る
。液化は、触媒を添加してまたは添加せずに行なうこと
ができる。

一般に、液化は約７００′Ｐ〜約９０　［３’Ｊ’の範
囲の温度および約１０００　ｐｓｉｇ〜約３０　［１０
ｐｓｉｇの範囲の温度で遂行される。一般に、石炭／溶
媒スラリは、約１０〜約２００分の範囲内の公称期間上
述の特定の範囲内の条件に保持される。周知のように、
液化は複数の段階で遂行でき、そして複数の段階が採用
される場合、２００分を越える総公称保持時間を使用で
きる。

本発明の方法においては、液化を行なうに必要な熱の少
なくとも５０Ｘが、コージェネレーションボイラの対流
部分において石炭または固形の炭素質物質のスラリを加
熱するととＫより供給されるのであるが、本方法におい
てはスラリの温度および流量が適当な感知装置で測定さ
れ、これらの感知装置で発生された信号が、ボイラの燃
焼部分に再循環される煙道ガスの量を制御するのに使用
され、そして対流部分におけるコイル出口における温度
が適当な感知装置で感知され、この装置で発生された信
号がボイラの燃焼部分に供給される燃料の量を制御する
のに使用される。便宜上、入口温度および流量により発
生され煙道ガスの再循環量を制御するのに使用される信
号は、本明細書においてはフィードフォワード信号と称
され、コイル出口またはその近傍におけるプロセス流体
の温度により発生され、ボイラの燃焼部分への燃料供給
料を制御するのに使用される信号は、フィードバック信
号と称される。従来技術において周知のように、ボイラ
の放射および対流部分において伝達される熱の量は、燃
焼部分に再循環される煙道ガスの量を変えることにより
変更できる。この点に関して、燃焼部分を再循環される
煙道ガスの量が０から増加すると、放射部分において伝
達される熱の量は滅ぜられ、対流部分において伝達され
る熱の量は増大されることに留意されたい。本発明の改
良されたボイラでは、入口温度のジ少または入口流量の
増大またはその両者の結果として対流部分において伝達
される熱量を増加することが望まれる場合、フィードフ
ォワードルーズに発生される信号の結果として、再循環
される煙道ガスが増大される。対流部分において伝達さ
れる熱量の減少が所望される場合は、ボイラの燃焼部分
に再循環される煙道ガスが同じ信号により減少される。

一般的に、本発明の改良されたボイラは、通常条件下で
は、対流部分を通過する総煙道ガスの約９〜約２３体積
％の範囲内の流量で煙道ガスが再循環されるように動作
する。また、従来技術において周知のように、ボイラの
燃焼部分への燃料の流量が増大しかっそれに対応して燃
焼部分へ供給される空気または酸素の増大があると、煙
道ガス再循環流量およびバーナ角度が増大中一定に維持
されていれば、燃焼部分における所与の煙道ガス再循環
流量および所与のバーナ角度にて、対流部分のコイル出
口におけるプロセス流体の温度は増大する。同様に１燃
料供給流量の減少および空気および酸素供給流量の対応
の減少は、一定煙道ガス再循環流量および一定バーナ角
度にて対流部分のコイル出口温度の減少をもたらす。そ
の結果、対流部分のコイル出口におけるプロセス流体温
度がその所望温度以下であると、フィードバック信号は
、燃焼部分への燃料供給流量および空気または酸素供給
流量を増大させ、また対流部分の出口におけるプロセス
流体温度がその所望温度以上になると、フィードバック
信号はこれらの流量ヲ減少せしめ、フィードフォワード
ループにおける不完全な制御を補償する。

追って詳述するよ５に、好ましい具体例においては、所
望の流量における蒸気生成を制御するために燃焼部分に
おけるバーナの角度を自動的または手動的に制御するた
め、供給水量およびまたは放射部分の出口またはその近
傍における蒸気圧力のようなその他の蒸気変数を使用で
きる。この点に関して、バーナの角度が対流部分圧向っ
て増大するとき、すなわちバーナー出口またはチップが
対流部分′に接近するように移動すると、対流部分にお
いて伝達される熱の量は増大され、放射部分において伝
達される熱量は低減される。同様Ｋ。

バーナ角度が対流部分から遠ざかる方向に増大されると
、すなわちバーナ出口またはチップが対流部分から遠ざ
かる方向に移動されると、対流部分において伝達される
熱量は低減され、放射部分において伝達される熱量は増
大される。バーナ角度および／またはボイラーの燃焼部
分に再循環される煙道ガスの量が変化すると、フィード
バック信号は、バーナ角度により惹起されるコイル出口
温度の変化および／または煙道ガス再循環流量の変化を
補償するに必要とされるところ例したがって、燃焼部分
への燃料供給および空気または酸素供給流量を調節する
。

蒸気を生成しプロセス流体を加熱するためにコーシェネ
レーションボイラまたは２サイクルボイラが使用される
場合、ボイラ動作を制御する上での主たる困難性はプロ
セス流体およびプロセス流体が供給されるプロセスの動
作に関連するものである。この点に関して、プロセス流
体がスラリ、特に溶媒または希釈材に石炭または類似の
炭素質、材料を包含したスラリであると、ポンプの誤機
能のため、対流部分に供給されるプロセス流体流量に相
当の増減を生ずることがあるととに留意されたい。この
ようなポンプの誤機能がプロセス流体流量に相当の減少
をもたらすと、コイル出口温度は、対流部分において伝
達される熱量の減少を伴なわずに相当増大し、このため
、液化反応器に温度の逸脱を生じたり、対流部分の・コ
イル出口またはその近傍においてプロセス流体の少なく
とも一部のコークス化を生ずることがある。また、プロ
セス反応が発熱反応であったりプロセス流体が炭化水素
である多くのプロセスにおいては、所望の温度を３０６
Ｆ越えて温度が変動すると、反応器に温度の逸脱を生じ
たりコークス化のようなプロセス流体の望ましくない分
解または変換を生ずることがあり、他方所望の温度以下
に５０６Ｆ以上の温度の変動があると、生成物の収量に
相当の減少を生ずることにも留意されたい。その結果、
炭化水素を含むプロセス流体が加熱されるときコージエ
ネレーションボイラの対流部分において有効な加熱を保
証するためには、所望の温度の上下５０６Ｆ以上の温度
変動を防ぐ制御システムが必要であることが分った。さ
らＫ、コークス化などから対流部分のコイル中またはそ
の下流に障害物が発生すると、対流部分のコイル中の流
量が減することがあり得る。このような障害物が発生す
ると、フィードフォワード信号が、燃焼部分中を再循環
される煙道ガスの量を急速に減じ、それにより゛プロセ
ス反応器における温度逸脱や、対流部分のプロセスヒー
タコイル内におけるコークス化のような望ましくない変
換を減少することができる。同時に、いずれの場合にも
、フィードバックループは、必要に応じてボイラの燃焼
部分に対する燃料供給相を調節し、プロセス流体コイル
の出口またはその近傍におけるプロセス流体の温度を制
御する。

一般的にいって、どのような燃料またはその組合せも本
発明のコージェネレーションボイラを燃焼するのに使用
できる。かへる燃料としては、石炭、油およびガスがあ
る。しかしながら、追って詳述されるように、好ましい
具体例においては、燃料の少なくとも一部は、石炭の液
化または固形炭素質物質の液化から生ずる底生成物のよ
うな固形物とする。

こねは、ボイラの動作を制御する本発明の改良された方
法および装置が、固形燃料がボイラで燃焼されるときに
従来の制御系に優る大きな利点をもたらすものだからで
ある。

具体例の説明 本発明の好ましい具体例において、本発明の改良された
ボイラ制御系および装置は、炭化水素プロセス流体、も
つとも好ましくは、石炭液化プロセスに供給される石炭
スラリを加熱するのに使用される。液化は、石炭から誘
導された水素ドナー溶媒の存在下および分子水素の存在
下において約７５０〜約８５０″Ｆの範囲の温度、約１
５００〜約２５００　ｐｓｉｇ　の範囲の圧力下で遂行
され、供給スラリは、本発明の改良されたコージェネレ
ーションボイラの対流部分で予加熱され、そして本発明
のボイラ動作を制御するための改良された方法および装
置は、ボイラ動作を制御するのに使用される。好ましい
具体例において、ボイラ動作は、通常の動作でコントロ
ーラ上の設定点の少なくとも±２″Ｆの範囲、混乱後±
６０°Ｆの範囲の温度で石炭供給スラリか対流部分のプ
リヒータコイルを出るように制御されるものとする。液
化中の公称保持時間は、約２５〜約１２０分の範囲であ
り、液化により通常ガス状の生成物、通常液体の生成物
および通常固体の底生成物が生成される。液化後、液化
段階から得られる生成物は、大気中および真空蒸留を受
け、約８５０’Ｆ〜約１１００’ｌ”の範囲内の初沸点
を有する通常固形の底生成物は、液化生成物から分離さ
れる。もつとも好ましい具体例において、底生成物は、
約６０〜約９０重童％の炭素を含み、ボイラの燃焼部分
において燃焼される固形燃料の少なくとも一部として使
用される。

本発明のもつとも好ましい具体例において、底生成物の
約４０〜約１００重量％は、本発明の改良されたボイラ
において燃料として使用される。

底生成物は、ボイラ動作中に必要とされる熱量を生成す
るため所望に応じて１または複数種の燃料、好ましくは
固形燃料と組み合わせられる。残りの底生成物は、液化
を行なうに必要とされる水素のすべてまたは一部を生成
するのに使用できる。

好ましい具体例においては、十分の燃料がボイラで燃焼
され、液化動作を行な５に必要とされる蒸気の少なくと
も６０Ｘを生成し、液化を行なうに必要とされる熱の少
なくとも６０％を供給する。

また、好ましい具体例に１Ａ１で−は、燃焼を受ける燃
料の量は、液化装置を動作させるに必要とされる電力の
少なくとも１０％を供給するに十分の追加の蒸気を生ず
るに十分の量とされる。

本発明は、改良されたボイラの好ましく・具体例および
石炭または類似の固形炭素物質の液化プロセスに合体さ
れるか〜るボイラの動作を制御するための改良された方
法を例示する添付の図面な参照することにより理解され
よう。

図面を参照すると、微細に分割された石炭または類似の
固形の炭素質物質は、管１１を介して混合容器１０に導
かれ、管１２から供給される溶媒または希釈材とともに
スラリ化される。好ましい具体例において、溶媒は液化
を受けつ〜ある固体から誘導されるものであり、水素ド
ナー溶媒種を生成するように水素化され、管１３を介し
て混合容器中に再循環される。しかしながら、始動中、
再循環溶媒が採用されないときは、周知の有用な溶媒ま
たは希釈材を管１４を介して管１２に導入してよい。石
炭または固形炭素質物質スラリは、混合容器１０から管
１５を介して抜き出され、管１６を介して管１５中に導
入された水素と結合される。特に好ましい具体例におい
て、水素は液化の底生成物から生成され、管１７を介し
て管１６に供給される。しかしながら、始動中、底生成
物が水素な゛生成するのに使用できないときは、他のソ
ースからの水素を管１８を介して管ＩＳＫ導入できる。

さらに、例示しないが、水素は液化容器中に直接導入し
てもよく、この場合には、水素番家一般に他の手段によ
り予加熱され、ある〜・番まコージェネレーションボイ
ラ内の別個の予加熱コイル中を通してもよい。いずれに
しても、乾？ｌ！ｍ灰石炭に基づいて約２〜約８重量％
の水素を提供するように十分の水素が導入される。

例示の具体例において、炭素またｔ−１ｔｑ形の炭素質
物質スラリと水素の組合せは、ノーイブ１ノツト°ボイ
ラ２１の対流部分２０に位置するプロセス流体コイル１
９中を通される。プロセス流体コイルを通す前、スラリ
は予過熱交換器（図示せず）を’ｙ’ｆｋし、乾燥を行
なってもよい。スラリー水素混合物は、プロセス流体コ
イルにおいて約６５０Ｔ〜約ｓｓｏ’Ｆの範囲の温度、
好ましくは約７００’Ｆ〜約ａ　ｏ　ｏ’Ｆの範囲の温
度に予加熱される。

ハイブリッドボイラ２１の対流部分２０にお℃＾て、熱
は、ボイラ２１の燃焼部分２２にお〜１て発生される燃
焼煙道ガスおよび燃焼部分を再循環される煙道ガスから
スラリー水素混合物に伝達される。本発明に重要でない
が、燃焼煙道ガスをま、矢印２３〜２５により表わされ
る如き流路にしたがい、管２６から抜き出される。例示
されていないが、通常、抜き出された煙道ガスは、全ボ
イラ効率を改善するためエコノマイザおよび空気グリヒ
ータ部分を通される。燃焼部分に再循環される煙道ガス
は、管２６’を通って管２６から分離され、管２６１１
を通って燃焼部分に通される。

例示される具体例において、管１５を介して対流部分コ
イル１９に通される供給スラリの温度および流量は、１
０１にて熱電対および圧力セルのような適当な手段で検
出され、伝送線１０３を介してＢＴＵコントローラ１０
２として例示されるものに伝達される。ＢＴＵコントロ
ーラは、線１０５を介して伝送される信号により流せ制
御弁またはダンパ１０４の開口の程度を制御する。周知
のように、信号は、空気的または電子的に伝送し得る。

ダンパ１０４は、ハイブリッドボイラ２０の燃焼部分に
再循環される煙道ガスの量を制御する。この制御は、本
明細書においてフィードフォワードループとして言及さ
れるものを介して遂行される。

前述のように、再循環される煙道ガスの量は、ボイラの
燃焼部分における燃料の燃焼により発生される煙道ガス
の総量００〜５０Ｘの範囲で変わる。前述のように、Ｂ
ＴＵコントローラは、対流部分を通る総煙道ガスの約０
〜約３３体積％がボイラの燃焼部分に再循環されるよう
に、煙道ガス再循環流量を変えるように較正される。

例示の具体例において、予め加熱されたスラリー水素混
合物は、管２８を介してプロセス流体コイル１９から抜
き出される。管２８内のスラリの温度は、熱電対のよう
な適当な温度測定手段で１０６にて測定され、そしてこ
の測定に基づく信号が線１０８を介して温度コントロー
ラ１０７に伝送すれる。温度コントローラは、ボイラの
燃焼部分に供給される燃料の流量を、線１１０を介して
伝送される信号により制御装置１０９で制御する。この
制御装置１０９は、微粉細機とし得、流量制御は、微粉
細機に対する燃料の流量を制御することにより行なわれ
よう。燃焼部分に対する煙道ガスの量を制御する場合と
、同様に、流量制御弁１０９に対する信号は、空気的ま
たは簀子的いずれでもよい。

前述のように、点１０６で感知される温度が、温度コン
トローラ１０７上の設定点すなわち所望のコイル出口温
度以下であると、燃焼部分に対する燃料の流量は増大さ
れる。１０６において検出される温度がコントローラ１
０７上の設定点以上であると、燃焼部分への燃料の流量
は減ぜられる。

管２Ｂを介して抜き出される予め加熱されたスラリー水
素混合物は、液化容器２９に直接通される。液化容器２
９において、固形の炭素質物質は少なくとも部分的に液
化さね、そして一般に少なくとも部分的にガス化される
。一般に値化容器は、約２５〜約１２０分の範囲内の公
称保持時間を提供するように寸法を定められ、そしてこ
又では単一の容器が例示されたが、複数の容器も採用で
きる。また、液化帯域における温度は、約７００〜約９
００°Ｆの範囲内にあり、液化は約１００〜約ｓ　ｏ　
ｏ　ｏ　ｐｓｉｇ　の範囲の温度で遂行される。

例示の具体例において、液化容器２９から出る結合され
た生成物は、管３０を介して抜き出され分離器６１に通
される。例示の具体例において、分離器は大気および真
空組合せ蒸留塔とし得、ガス状生成物および約２５０’
Ｆ以下で沸騰する生成物は、管３２を介して上部から抜
き出され、未変換の炭素質物質および鉱物、および約８
５０〜約１１００’Ｆ以上の温度で沸騰する変換物質は
、管３３を介して抜き出される。液体生成物は、ついで
所望の留分に分留され、そして例示の具体例においては
、約２５０°Ｆ〜約４００下の範囲で沸騰するナフサ生
成物が管３４を介して抜き出され、約４００６Ｆ〜約ａ
ｏｏ”Ｆの範囲内で沸騰する物質は、管５５を介して抜
き出され、そして約８００下から約ａｓｏ’Ｆ〜約１１
００°Ｆの範囲で沸騰する重質留分は、管５６を介して
抜き出される。一般に１上から出るガス状物質は、ガス
状の低沸点炭化水素、蒸ゲ、Ｓ０２およびＨ２Ｓのよう
な酸素ガス、および液化中生成され得るアンモニヤを含
む。

この流れは、スクラビングされ、そして高ＢＴＵガスお
よびより軽質の炭化水素を生ずるようＫさらに分割され
得る。ナフサ流は、良質のガソリンを生ずるようにさら
に良質化の処理を施すことができ、また、管３６を介し
て抜き出される重質の流れは、重質の燃料油を生成する
ように良質化の処理を施してもよいし、ガソリン沸騰留
分を生成するようにクラッキングおよび改質してもよい
。

一般に、溶媒沸騰範囲の物質または少なくともその一部
は、水素ドナ一種の濃度を増すように水素化され、そし
て溶媒または希釈材として混合容器１０に再循環される
。

上述のように、採用される特定の分離系は、本発明に重
要でなく、そして実際に、ガス、液体および固体生成物
の分離を行なうためには、技術的に周知の分離技術の任
意のものを使用できよう。

しかしながら、いずれにしても、未反応石炭、鉱物およ
び高沸点炭化水素を含む底生放物は、本発明の改良され
たコージェネレーションボイラにおいて燃焼するための
燃料として利用できよう。同様に、溶媒沸騰範囲の物質
は、溶媒または希釈材として再循環のため回収できる。

具体例の説明 好ましい具体例において、管３５を介して抜き出された
溶媒留分は、混合容器１０１Ｃ再循環される前に水素化
される。好ましくは、水素化は、従来技術でこの目的の
ために有効であることが分った条件で触媒下で遂行され
るのがよい。好ましい具体例においては、水素化は、液
化の置物質の一部のガス化により発生される分子水素を
管３８を介して導入して水素化容器３７で遂行される。

しかしながら、始動中、十分の水素が置物質のガス化か
ら得られないときは、他のソースからの水素を管３９を
介して管３８に導入できる。例示の具体例においては、
未反応水素および水素のガス状生成物が管４０を介して
抜き出される。所望ならば、このガス状生成物は、再循
環水素を回収するように処理でき、そしてこの再循環水
素は、管４１を介して供給される液化の置物質のガス化
から得られる水素と再結合し得る。また例示の具体例に
おいては、水素生成物は管４２を介して抜き出される。

管３５を介して抜き出される液の址が液化中必要とされ
る溶媒の量を越すと、過剰量は管４３を介して抜き出さ
れ、残りは管１３および１２を介して混合容器１ｏに再
循環できる。

通常、水素化は、約６５０″Ｆ〜約８５０’Ｆの範囲の
温度および約６５０〜２０００　ｐｓｉｇ　の範囲の圧
力で遂行される。一般Ｋ、水素化中の水素処理速度は、
約１０ｏｏ〜約１０．００　Ｄ　ｓｃｆ／ｂｂ７　ノ範
囲内である。周知の水素化触媒を採用し得るが、ニッケ
ルーモリブデン触媒がもっとも好ましい。

本発明の特定の好ましい具体例においては、管３３を介
して抜き取られる底部生成物は分割され、その一部は水
素を生成するためガス化され、残りは、ボイラ２１にお
いて燃料として直接燃焼を受ける。例示の具体例におい
ては、置物質の約□〜約６０％が管４４を介してガス化
器４５に供給される。残りの約４０〜約１００％は、管
４６’−４７’　−４７”を介してボイラ２１の燃焼部
分２２に供給される。ボイラに供給される置物質は、冷
却器４８で冷却できる。置物質は、管５ｏを介して管４
７１に導入される石炭のような追加の燃料と結合しても
よいし、置物質が燃料として採用されない具体例におい
ては、管５０から管４７’−４７”を介して燃焼部分に
代わりの燃料を導入してもよい。

一般ｋ、置物質を水素に変換するためｋは、技術的に周
知のガス化技術を使用できよう。しかしながら、好まし
い具体例においては、蒸気および酸素の存在下で置物質
の変換により合成ガスを生ずるために、連行流ガス化器
が使用される。次いで、合成ガスは、水素を生ずるため
の従来の技術にしたがって良質化処理される。一般に、
連行流ガス化器においては、約０〜１ポンドの蒸気およ
び約α５〜約１ボンドの酸素（／置物質１ボンド）が使
用され、ガス化は、約２０００６Ｆ〜約３０００下の範
囲の温度で行なわれる。例示の具体例において、ガス化
器において発生される水素は、管４６’から抜き出され
、水素化および液化容器から利用できる再循環水素と結
合される。次いで、結合された水素は、管４７を通され
、次いで分割され、溶媒の水素化に必要とされる水素は
管３８を介して抜き出され、液化に必要な水素は管１７
を介して抜き出される。溶媒水素化のために抜き出され
た水素は、必要とされる補足用の水素と結合され、管３
８を介して水素化帯域３７に供給される。同様に、液化
に必要な水素は、必要とされる補足用水素と結合され、
次いで管１５の固形の炭素質物質−溶媒スラリと結合さ
れ得る。ガス化器４５からの残分は、管４９を介して抜
き出される。

例示の具体例において、水素は液化帯域および溶媒水素
化帯域に別個に供給される。しかしながら、技術におい
て周知のように、こわは液化にｌ要でなく、実際には、
ガス化器において発生されるすべての水素を、まず溶媒
水素化帯域に供給し、次いで液化帯域に供給してもよい
、まず液化帯域に供給し、次いで溶媒水素化帯域に供給
してもよい。しかしながら、これらのような統合された
プロセスは、水素が２つの水素化帯域に別個に供給され
るときに利用し得るのと同程度の制御を受けられない。

例示の具体例においては、燃料流量は制御装置１０９に
より制御され、燃料は管４７”を介してボイラの燃焼部
分２２に入る。一般に、燃料は、ボイラの燃焼部分の周
囲に配置された複数のノズル１１６を介して導入される
。しかして各ノズルは角度Ｙだけ回転し得る。例示の具
体例において、この角度は水平下３０°まで、水平より
上３０’までとし得る。便宜上、水平面より上の回転は
、十角度として言及され、水平面下の回転は一角度とし
て言及される。ノズルが十角度に回転されると、燃焼は
対流部分に近い１または複数の点で行なわれ、ノズルが
一角度で回転されると、燃焼はボイラの対流部分から遠
い点で行なわれる。もちろん、回転角度は垂直角度とし
て例示されているが、ある種の゛ボイラ設計では、放射
部分または蒸気コイルに関して同じ変化を得るため、水
平角の回転の使用を容易にすることができることが認め
られよう。

燃焼部分においては、燃料は熱および１熱を含む煙道ガ
スを生成するように燃焼される。このようにして生成さ
れた熱の約５０〜約８０％は、ボイラ２１の放射部分５
１において蒸気を発生するのに使用される。蒸気は、管
５２．５５および５５’を介して導入されたボイラ供給
水を蒸気コイル５４に通すことにより発生される。蒸気
を発生するのに実際に使用される熱量は、蒸気コイル５
４に提供される表面積の大きさ、コイル５４に供給され
る水の量および燃焼部分２２におけるバーナ１１６の角
度のような変数を制御することにより制御できる。一般
に、発生される蒸気は、蒸気コイルすなわち過熱器５４
から、約１０００〜約２０００　ｐｓｉｇ　の圧力で管
５６を介して抜き出される。この蒸気の一部は、ターボ
ジェネレータ５７に通し、電気を発生するのに使用でき
る。発生された電気は、紳５９を介してバス５８に伝送
される。バス５８は、液化作業に必要とされる全電力源
または一部電力源として使用してもよいし、液化プロセ
スに必要とされる全電気を供給するためｉＩｊ！６ｏを
介して商用電源またはその他の電源に接続してもよい。

例示の具体例においては、液化プロセスに使用のため、
はとんど如何なる圧力の蒸気でも抜き出すことができる
。例示の具体例において、約４００〜約８００　ｐｓｉ
の範囲の圧力の高圧蒸気は管６１を介して抜き出すこと
ができ、約１５〜約２００ｐｓｉの範囲の圧力の低圧蒸
気は、゛管６２を介して抜き出すことができる。ターボ
ジェネレータからの濃縮物は、管５５を介して抜き出さ
れ、管５３および５３１を介して蒸気コイル５４に再循
環される。燃焼帯域２２において燃焼された液化の底物
質から出る灰の少なくとも一部、および管５０を介して
導入される補助燃料の燃焼から出る灰は、管６３を介し
て抜き出される。残りの部分は、静電集塵器のような任
意の適当な手段で下流で抜き取ることができる。

上述のようＫ、本発明の好ましい具体例においては、蒸
気生成ｔｔは、バーナの角度を一３０’〜十３００の範
囲（Ｙ角）で変えることにより、通常の動作から自動的
または手動的に変えることができる。自動制御装置が使
用される場合、適当な感知装置１１１で蒸気流または頭
圧を測定するように、適当な手段を採用できる。しかし
て、適当な感知装置１１１は、線１１３を介してバーナ
角度コントローラ１１２Ｋ（Ｐｒ号を伝送できる。バー
ナ角度コントローラ１１２は、線１１５（一部のみ図示
）を介して伝送される信号でバーナ角度を制御する。バ
ーナ角度コントローラから出力される信号は、線１１５
を介して空気的または電気的に伝送できる。

以上、本発明およびその好ましい具体例を広く説明した
が、本発明は下記の例を参照することにより一層明らか
となろう。しかしながら、この例は単なる例示の目的で
あり、発明を限定するものとして解釈されるべきでない
ことをはっきりと理解されたい。

町 対流部分のプロセス流体コイルにおいて石炭スラリを４
６６°Ｆの温度から８４０’Ｆの温度に加熱するのに使
用されるコージェネレーションボイラのコンピュータシ
ミュレーション運転を２回完了した。第１回のシミュレ
ーション運転においでは、対流部分からのコイル出口温
度の偏差のみを、フィードバックルーズで燃焼速度を制
御するととＫよりコイル出口温度を制御するのに使用し
た。第２回のシミュレーションにおいては、コイル入口
の温度およびプロセス流体コイルに対するプロセス流体
コイルの流量を、燃焼部分に循環される煙道ガスをフィ
ードフォワードルーズで制御するのに使用し、コイル出
口温度を、燃焼部分において燃焼される燃料の量をフィ
ードバックループで制御するのに使用した。両シミュレ
ーションにおいて、プロセス流体流量の１／３のランダ
ムな変動損失から変わる入口流量変動が制御に及ぼす影
響を試験した。また、コイル入口温度のランダムな変動
を試験した。最後に、ボイラの完全な故障をシミュレー
ションにプログラムした。ついで、混乱の結果として生
ずる最大温度変動をシミュレーションから決定した。フ
ィードバック制御のみを使用した場合、コイル出口にお
ける最大温度変動は５６°Ｆであった。本発明の系のフ
ィードフォワード及びフィードバック制御ループを使用
した場合、最大温度変動は２２′Ｆであった。この後者
の最大変動は、液化反応器における温度の逸脱やコイル
におけるコークス化を避けるに必要な３０″Ｆの限界内
に十分にある。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明のボイラが合体された石炭液化プロセスの
櫃略系統図で、石炭スラリか対流部分で加熱されるプロ
セスであるときのボイラ動作を制御するための改良され
た方法および装置を示す図である。 １０：　混合容器 １９：　プロセス流体コイル ２０：　対流部分 ２１：　ハイブリッドボイラ ２２：　燃焼部分 ２９：　液化容器 ３１：　分離器 ３７：　水素化容器 ４５：　ガス化器 ４８：　冷却器 ５１：　放射部分 ５４：　蒸気コイル ５７：　ターボジェネレータ ５８：　バス １０１：熱電対 １０２：ＢＴＵコントローラ １０４：流量制御弁またはダンパ １０７：温度コント四−ラ １０９：制御装置 １１１：熱電対 °１１２：バーナ角度コントローラ 手続補正書（方式） 昭和５９年８月９日 特許痰官志賀　手厳 事件の表示　昭和５９年　特願第６９２６６　号補正を
する者 事件との関係　特許出願人 代理人 住　所　同　」− 喰゛　”゛　−＼ 補正の対象 補正の内容　別紙の通り 明細書の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１放射部分および対流部分を備えるボイラにおいて
   熱交換コイルから出るプロセス流体の出口温度を所望の
   温度範囲に維持する制御システムにおいて、前記熱交換
   コイ′ルの入口温度および入口に隣接するプロセス流体
   の流量を測定する手段と、前記入口温度および流量の変
   化に応答して、前記対流部分から前記放射部分に再循環
   される煙道ガスの量を変化させる第１の手段と、前記熱
   交換コイルの出口に隣接するプロセス流体の温度を測定
   する手段と、前記プロセス流体の出口温度の変化に応答
   して、前記放射部分において燃焼のため該放射部分に供
   給される燃料の量を変化させるための第２の手段とを備
   え、前記第１手段および前記第２手段で、前記ボイラに
   同時のフィードフォワード制御およびフィードバック制
   御を提供し、プロセス流体の入口温度または流量の混乱
   に依る大きな変動中所望のプルセス流体出口温度を緊密
   な許容値内に維持するごとくしたことを％微とするボイ
   ラ制御システム。 （２）前記ボイラが燃焼角度調節可能なバーナな備えて
   おり、そして前記放射部分に位置するコイルから出る蒸
   気の出口温度または圧力を測定する手段と、前記蒸気温
   度または圧力の変化に応答して、前記バーナの燃焼角度
   を変えて所望の蒸気出口温度または圧力を維持する特許
   請求の範囲第１項に記載の制御装置。 （３）　放射部分および対流部分を有するボイラにおい
   て熱交換コイルから出るプロセス流体の出口温度を所望
   の温度範囲内に維持する制御方法において、前記熱交換
   コイルの入口温度および該入口に隣接するプロセス流体
   の流量を測定し、前記入口温度および流量の変化に応答
   して前記対流部分から前記放射部分に再循環される煙道
   ガスの量を変化させ、前記熱交換コイルの出口に隣接す
   るプロセス流体の温度を測定し、前μプロセス流体の出
   口温度の変化に応答して前記放射部分に供給される燃焼
   燃料の量を変化させ、前記ボイラにおけ゛る同時のフィ
   ードフォワードおよびフィードバック制御により、プロ
   セス流体の入口温度または流量の混乱による、大きな変
   化中、所望のプロセス流体出口温度を緊密な許容値内に
   維持することを特徴とするボイラ制御方法。 （４）前記放射部分に位置するコイルから出る蒸気の出
   口温度および圧力を測定し、前記蒸気温度の変化に応答
   して前記バーナの燃焼角度を変化して、所望の蒸気出口
   温度を維持することを含む特許請求の範囲第３項記載の
   ボイラ制御方法。 （５）放射部分および対流部分を有するボイラにおいて
   熱交換コイルから出るプロセス流体の出口温度を所望の
   温度範囲に維持するため、特許請求の範囲第１項に記載
   の制御系を備える、放射部分において蒸気を発生し対流
   部分においてプロセス流体を加熱し得るボイラ。 （６）　燃焼角度調節可能なバーナ、および前記放射部
   分に位置するコイルから出る蒸気の出口温度または圧力
   を測定する手段と、該蒸気温度または圧力の変化に応答
   して、所望の蒸気出口温度または圧力を維持する手段を
   備える特許請求の範囲第４項記載のボイラ。