JP2018031499A - Combustion control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼制御方法に関するものである。 The present invention relates to a combustion control method.
近年、環境問題への関心の高まりにより、より低公害な燃焼を可能とする天然ガスが注目されている。天然ガスは、石油や石炭と比べてＣ／Ｈ比が小さく、１モルの天然ガスを燃焼させたときの二酸化炭素の排出量が少ないことが知られている。また、輸送時に天然ガスを液化する際に、Ｎ成分、Ｓ成分が除去されるため、燃焼時のＮＯｘ、ＳＯｘの排出量も少ないことが知られている。 In recent years, natural gas that enables lower pollution combustion has attracted attention due to an increase in interest in environmental problems. It is known that natural gas has a smaller C / H ratio than petroleum and coal, and emits less carbon dioxide when 1 mol of natural gas is burned. It is also known that the amount of NOx and SOx emitted during combustion is small because N and S components are removed when natural gas is liquefied during transportation.
天然ガスの組成は、産地によって異なるが、主成分としてメタン、エタンおよびプロパンを含むことは共通している（非特許文献１）。天然ガスの熱量は、各成分を燃焼させたときに得られる熱量と、各成分の存在比率とによって決定される。 The composition of natural gas varies depending on the production area, but it is common to contain methane, ethane and propane as main components (Non-patent Document 1). The amount of heat of natural gas is determined by the amount of heat obtained when each component is burned and the abundance ratio of each component.
通常、天然ガスは、液化されてタンクなどに貯蔵された状態のものが使用される。タンク内の液化天然ガスの量が少なくなり、液化天然ガスの一部が気化すると、タンクの上部では比重の小さいメタンが多く存在しやすく、下部では比重の大きいプロパンが多く存在しやすくなることがある。このようなタンクから天然ガスを流出させる際、タンク内の液化天然ガスの量が少なくなると、気化した天然ガスに生じる対流が顕著になる。このようにタンク内部で天然ガスが対流する場合、天然ガスの組成が周期的に変化することがあった。その場合、天然ガスの組成比の変化に伴って、天然ガスの熱量が周期的に変化することがあった。これにより、熱量が急激に変化して火炎が長くなったり、失火したりすることが想定される。 Usually, natural gas is used in a state of being liquefied and stored in a tank or the like. If the amount of liquefied natural gas in the tank is reduced and a part of the liquefied natural gas is vaporized, a large amount of methane having a small specific gravity tends to exist in the upper part of the tank, and a large amount of propane having a large specific gravity tends to exist in the lower part. is there. When natural gas flows out from such a tank, if the amount of liquefied natural gas in the tank decreases, the convection generated in the vaporized natural gas becomes significant. Thus, when natural gas convects inside the tank, the composition of the natural gas may change periodically. In that case, the amount of heat of the natural gas may periodically change as the composition ratio of the natural gas changes. Thereby, it is assumed that the amount of heat changes abruptly and the flame becomes longer or misfires.
そこで、連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制できることが求められていた。 In view of this, it has been required to suppress periodic fluctuations in the amount of heat of natural gas in a continuously operating combustor.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制できる燃焼制御方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the combustion control method which can suppress the periodic fluctuation | variation of the calorie | heat amount of natural gas in the combustor which is operating continuously.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、連続運転している燃焼器に燃料として天然ガスを供給する際に行われる燃焼制御方法であって、燃焼器に供給する天然ガスは、周期的な組成変化を伴い、現在供給している天然ガスの組成比を第１の組成比とし、周期的な組成変化から所定時間後の天然ガスの組成として予測される天然ガスの組成比を第２の組成比としたとき、第１の組成比から推定される第１の熱量と、第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程を有する燃焼制御方法を提供する。 In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is a combustion control method performed when supplying natural gas as fuel to a combustor that is continuously operated. The composition ratio of the natural gas currently being supplied is the first composition ratio, and the composition ratio of the natural gas predicted as the composition of the natural gas after a predetermined time from the periodic composition change is the first composition ratio. Of the amount of heat supplied to the combustor based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio. Provided is a combustion control method including a step of controlling a supply amount of natural gas so that a change amount or a change amount of a temperature of an object when natural gas is burned becomes small.
本発明の一態様は、連続運転している燃焼器に燃料として天然ガスを供給する際に行われる燃焼制御方法であって、燃焼器に供給する天然ガスは、周期的な組成変化を伴い、現在供給している天然ガスの組成比を第１の組成比とし、周期的な組成変化から所定時間後の天然ガスの組成として予測される天然ガスの組成比を第２の組成比としたとき、第１の組成比から推定される第１の熱量と、第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスに対し、所定の熱量を有する調整ガスを混合する工程を有する燃焼制御方法を提供する。 One aspect of the present invention is a combustion control method performed when supplying natural gas as fuel to a combustor that is continuously operated, and the natural gas supplied to the combustor is accompanied by a periodic composition change, When the composition ratio of the natural gas currently supplied is the first composition ratio and the composition ratio of the natural gas predicted as the composition of the natural gas after a predetermined time from the periodic composition change is the second composition ratio Based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio, the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor or natural gas is burned Provided is a combustion control method including a step of mixing a natural gas with a regulated gas having a predetermined amount of heat so that the amount of change in the temperature of an object when reduced is reduced.
本発明の一態様においては、調整ガスは、不活性ガス、メタンまたはプロパンである方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, the adjustment gas may be an inert gas, methane or propane.
本発明の一態様においては、天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの比重と、天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの３成分のみからなることとして近似したときの近似組成比を算出し、近似組成比に基づいて、変化量が小さくなるように調整ガスの混合量を制御する方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, from the specific gravity of natural gas, methane, ethane, and propane, and the calorific value of natural gas, methane, ethane, and propane, natural gas is composed of only three components, methane, ethane, and propane. An approximate composition ratio at the time of approximation may be calculated, and the mixing amount of the adjustment gas may be controlled based on the approximate composition ratio so that the amount of change becomes small.
本発明の一態様においては、天然ガスを燃焼させて生じる火炎の輝度と、天然ガスに含まれるプロパン量と、の対応関係に基づいて、火炎の輝度の変化の傾向から推定される燃焼器に供給される熱量の変化または対象物の温度の変化を打ち消すように制御する方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, a combustor that is estimated from a change in the brightness of a flame based on a correspondence relationship between the brightness of a flame generated by burning natural gas and the amount of propane contained in the natural gas. It is good also as a method of controlling so that the change of the calorie | heat amount supplied or the temperature of a target object may be negated.
本発明の一態様によれば、連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制できる燃焼制御方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a combustion control method that can suppress periodic fluctuations in the amount of heat of natural gas in a continuously operating combustor.
［第１実施形態］
本実施形態は、燃料として供給される天然ガスの周期的な組成変化に着目し、天然ガスの熱量を制御しようとするものである。本明細書において「周期的な組成変化」とは、連続的に組成比の増減が繰り返される状態であればよく、必ずしもサイン波やコサイン波のような完全な周期でなくてよい。その他、本明細書において、「周期的に熱量が変化する」、「周期的変動」などというときの「周期的」も上記と同様の趣旨である。
[First Embodiment]
The present embodiment is intended to control the amount of heat of natural gas by paying attention to the periodic composition change of natural gas supplied as fuel. In the present specification, the “periodic composition change” may be a state in which the increase / decrease of the composition ratio is continuously repeated, and is not necessarily a complete cycle such as a sine wave or cosine wave. In addition, in this specification, “periodic” when “amount of heat periodically changes”, “periodic fluctuation”, and the like has the same meaning as described above.
通常、天然ガスは、液化されてタンクなどに貯蔵された状態のものが使用される。タンク内の液化天然ガスの量が少なくなり、液化天然ガスの一部が気化すると、タンクの上部では比重が比較的小さいメタンが多く存在しやすく、下部では比重が比較的大きいプロパンが多く存在しやすくなることがある。また、通常、タンク内では、タンクに貯留する液化天然ガスについて機械的な撹拌を行わないが、タンク内の液化天然ガスの量が少なくなると、気化した天然ガスに生じる対流が顕著になり、徐々に撹拌されるようになる。 Usually, natural gas is used in a state of being liquefied and stored in a tank or the like. When the amount of liquefied natural gas in the tank is reduced and a part of the liquefied natural gas is vaporized, a large amount of methane having a relatively small specific gravity tends to exist in the upper part of the tank, and a large amount of propane having a relatively large specific gravity exists in the lower part. May be easier. Normally, mechanical agitation is not performed on the liquefied natural gas stored in the tank in the tank, but when the amount of the liquefied natural gas in the tank decreases, convection generated in the vaporized natural gas becomes noticeable and gradually increases. To be stirred.
そのため、上述のように、天然ガスをタンク内で対流が生じている場合、タンクから払い出した天然ガスは、タンク内の対流に起因して、周期的に組成が変化することがある。 Therefore, as described above, when convection of natural gas occurs in the tank, the composition of the natural gas discharged from the tank may periodically change due to the convection in the tank.
さらに、天然ガスに含まれる成分は、沸点がそれぞれ異なることから、液化天然ガスをガス化する方法によっては、これらの成分のガス化の度合いに差が生じることがあり、周期的に組成が変化することがある。 Furthermore, since the components contained in natural gas have different boiling points, the degree of gasification of these components may vary depending on the method of gasifying liquefied natural gas, and the composition changes periodically. There are things to do.
ここで、天然ガスは、主成分としてメタン、エタンおよびプロパンを含んでいる。また、メタン、エタンおよびプロパンは熱量がそれぞれ異なる。燃焼させたときに得られる熱量は、メタンが最も低く、エタン、プロパンの順に熱量が高くなることが知られている。したがって、タンクから払い出した天然ガスは、周期的に変化する組成比に起因して、周期的に熱量が変化することがある。 Here, natural gas contains methane, ethane and propane as main components. Also, methane, ethane and propane have different calories. It is known that the amount of heat obtained when burning is the lowest for methane, and the amount of heat increases in the order of ethane and propane. Therefore, the amount of heat of the natural gas discharged from the tank may change periodically due to the periodically changing composition ratio.
図１を用いて、天然ガスの熱量の周期的変動について説明する。図１は、本実施形態における天然ガスの熱量の周期的変動を模式的に表したグラフである。図１では、横軸に時間、縦軸に天然ガスの組成比に基づいて算出される温度を示している。ここでの温度は、天然ガスを燃焼させたときの火炎の温度を意味する。 With reference to FIG. 1, periodic fluctuations in the amount of heat of natural gas will be described. FIG. 1 is a graph schematically showing periodic fluctuations in the amount of heat of natural gas in the present embodiment. In FIG. 1, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the temperature calculated based on the composition ratio of natural gas. The temperature here means the temperature of the flame when natural gas is burned.
図１に示すように、時間ｔ１における天然ガスの組成比に基づいて算出される温度ＴＡは、天然ガスの平均温度Ｔ０と比べて高くなっている。このような場合、時間ｔ１における天然ガスは、天然ガスの平均組成よりもプロパンの比率が大きくなっていると推測される。 As shown in FIG. 1, the temperature T A that is calculated based on the composition ratio of the natural gas at time t 1, it is higher than the average temperature T 0 of the natural gas. In such a case, it is presumed that the ratio of propane in the natural gas at time t 1 is larger than the average composition of natural gas.
一方で、時間ｔ２における天然ガスの組成比に基づいて算出される温度ＴＢは、天然ガスの平均温度Ｔ０と比べて低くなっている。このような場合、時間ｔ２における天然ガスは、天然ガスの平均組成よりもメタンの比率が大きくなっていると推測される。
このように、燃焼器に供給する天然ガスは、周期的な組成変化を伴うことがあった。また、天然ガスの組成変化に伴い、得られる熱量が周期的に変化することがあった。
On the other hand, the temperature T B is calculated based on the composition ratio of the natural gas at time t 2 is lower than the average temperature T 0 of the natural gas. In this case, natural gas at time t 2 is estimated as the ratio of methane than the average composition of the natural gas is increased.
Thus, the natural gas supplied to the combustor may be accompanied by a periodic composition change. In addition, the amount of heat obtained may change periodically with changes in the composition of natural gas.
以下、本実施形態の燃焼制御方法について説明する。
本実施形態の燃焼制御方法は、連続運転している燃焼器に燃料として天然ガスを供給する際に行われるものである。
Hereinafter, the combustion control method of this embodiment will be described.
The combustion control method of this embodiment is performed when supplying natural gas as fuel to a combustor operating continuously.
本実施形態では、現在供給している天然ガスの組成比を第１の組成比とし、周期的な組成変化から所定時間後の天然ガスの組成として予測される天然ガスの組成比を第２の組成比としたとき、第１の組成比から推定される第１の熱量と、第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程を有する。 In the present embodiment, the composition ratio of the currently supplied natural gas is the first composition ratio, and the composition ratio of the natural gas predicted as the composition of the natural gas after a predetermined time from the periodic composition change is the second composition ratio. When the composition ratio is used, the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio. Or it has the process of controlling the supply amount of a natural gas so that the variation | change_quantity of the temperature of the target object when a natural gas is burned becomes small.
例えば、図１における時間ｔ１の天然ガスの組成を第１の組成比、時間ｔ２の天然ガスの組成を第２の組成比とする。すなわち、図１のグラフを例にすると、本実施形態の燃焼制御方法では、時間ｔ１の天然ガスの組成比から推定される熱量（第１の熱量）と、時間ｔ２の天然ガスの組成比から推定される熱量（第２の熱量）と、に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程を有する。
予測方法としては、特に制限されるものではないが、例えば短期予測法などを用いることができる。
For example, the composition of natural gas time t 1 in FIG. 1 a first composition ratio, and the composition of the natural gas time t 2 a second composition ratio. That is, taking the graph of FIG. 1 as an example, in the combustion control method of this embodiment, the amount of heat (first amount of heat) estimated from the composition ratio of natural gas at time t 1 and the composition of natural gas at time t 2. Based on the amount of heat (second amount of heat) estimated from the ratio, the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor or the amount of change in the temperature of the object when natural gas is burned is reduced. A step of controlling a supply amount of the natural gas.
Although it does not restrict | limit especially as a prediction method, For example, a short-term prediction method etc. can be used.
ここで、短期予測法とは、タンクから供給される天然ガスの組成比についての過去の測定値に基づいて、未来の予測値を得る方法を指す。例えば、図１において時間ｔ１までの組成変化を測定したデータがあるとする。このような測定データは、ある程度の周期的な変化は含んでいるとしても、完全には周期的なデータとはなっていない。そこで、このような測定データについてカオス理論に基づいた軌道平行測度法（ＴＰＭ：Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍｅａｓｕｒｅ）により、時間ｔ１以降の近い将来の組成変化を予測することとしてもよい。 Here, the short-term prediction method refers to a method of obtaining a future predicted value based on a past measurement value of a composition ratio of natural gas supplied from a tank. For example, it is assumed that there is a data obtained by measuring the composition change up to the time t 1 in FIG. 1. Such measurement data is not completely periodic data even though it includes some periodic change. Therefore, the near future composition change after time t 1 may be predicted for such measurement data by a trajectory parallel measure (TPM: Trajectory Parallel Measurement) based on chaos theory.
また、上述のような測定データに基づいて、周期回帰分析やスペクトル解析を行うことにより測定データの周期回帰曲線を求め、得られる周期回帰曲線の周期に基づいて、近い将来（例えば時間ｔ２）の組成変化を予測することとしてもよい。 In addition, a periodic regression curve of the measurement data is obtained by performing periodic regression analysis or spectrum analysis based on the measurement data as described above, and in the near future (for example, time t 2 ) based on the period of the obtained periodic regression curve. It is good also as predicting a composition change.
その他、天然ガスの組成比の測定データに基づいて、天然ガスの組成比変化の周期性を近似する解析方法であれば、種々の統計的手法を用いることができる。 In addition, various statistical methods can be used as long as the analysis method approximates the periodicity of the change in the composition ratio of the natural gas based on the measurement data of the composition ratio of the natural gas.
ここで、「熱量の変化量」とは、単位時間（図１に示すΔｔ）あたりの天然ガスの熱量の変化量（図１に示すΔＴ）を意味する。 Here, “the amount of change in heat” means the amount of change in the amount of heat of natural gas per unit time (Δt shown in FIG. 1) (ΔT shown in FIG. 1).
本発明者らが検討を重ねた結果、天然ガスの熱量の変化量が５秒間あたり３ＭＪ／ｍ３以上であると、熱量の周期的変動が大きくなりやすいことがわかった。そのため、天然ガスの熱量の変化量が５秒間あたり３ＭＪ／ｍ３未満になるように制御することが好ましい。 As a result of repeated studies by the present inventors, it has been found that when the amount of change in the calorific value of natural gas is 3 MJ / m 3 or more per 5 seconds, the periodic fluctuation of the calorific value tends to increase. Therefore, it is preferable to control the amount of change in the amount of heat of natural gas to be less than 3 MJ / m 3 per 5 seconds.
また、本実施形態において「対象物の温度」は、天然ガスを燃焼させたときの火炎の温度であってもよいし、燃焼器の内部の温度であってもよいし、天然ガスを燃焼させたときの火炎を利用して加熱または燃焼させるものであってもよい。 Further, in the present embodiment, the “temperature of the object” may be the temperature of the flame when natural gas is burned, the temperature inside the combustor, or burn the natural gas. It is also possible to heat or burn using a fired flame.
天然ガスなどの燃料の燃焼においては、燃焼により熱量が発生するのと同時に、火炎から輻射熱が発生する。一般に、火炎の輝度が高いほど、輻射による伝熱量が多くなることが知られている。また、メタンよりプロパンの方が火炎の輝度が高いことが知られていることから、メタンよりプロパンの方が輻射による伝熱量が多いと推測される。したがって、天然ガスの熱量が同じであっても、火炎の輝度が異なれば周囲の温度が異なる場合があり得る。そのため、天然ガスの燃焼制御においては、燃焼により発生した熱量だけでなく、火炎の輝度についても考慮することが好ましい。 In the combustion of fuel such as natural gas, radiant heat is generated from the flame at the same time that heat is generated by the combustion. In general, it is known that the higher the flame brightness, the greater the amount of heat transfer by radiation. Further, since it is known that propane has a higher flame brightness than methane, it is estimated that propane has more heat transfer due to radiation than methane. Therefore, even if the amount of heat of the natural gas is the same, the ambient temperature may be different if the brightness of the flame is different. Therefore, in the natural gas combustion control, it is preferable to consider not only the amount of heat generated by combustion but also the brightness of the flame.
天然ガスを燃焼させて生じる火炎の輝度と、天然ガスに含まれるプロパン量と、の対応関係に基づいて、火炎の輝度の変化の傾向がみられることがある。本実施形態では、この傾向から推定される燃焼器に供給される熱量の変化または対象物の温度の変化を打ち消すように制御することができる。具体的な制御方法については、上述と同様の方法を挙げることができる。 There may be a tendency of the change in the luminance of the flame based on the correspondence between the luminance of the flame generated by burning the natural gas and the amount of propane contained in the natural gas. In the present embodiment, control can be performed so as to cancel the change in the amount of heat supplied to the combustor or the change in the temperature of the object estimated from this tendency. Specific control methods can include the same methods as described above.
天然ガスの供給量の制御について具体例を挙げて説明する。なお、以下では、燃焼器に供給される熱量の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御することについて説明する。
例えば、第２の組成比から推定される第２の熱量が、第１の組成比から推定される第１の熱量と比べて大きい場合、天然ガスの供給量を減少させる。これにより、第２の天然ガスの総熱量が減少する。そのため、図１に示すグラフの縦軸方向の振幅が小さくなり、熱量の周期的変動が抑えられる。
The control of the supply amount of natural gas will be described with a specific example. In the following, controlling the supply amount of natural gas so as to reduce the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor will be described.
For example, when the second heat quantity estimated from the second composition ratio is larger than the first heat quantity estimated from the first composition ratio, the supply amount of natural gas is decreased. Thereby, the total calorie | heat amount of 2nd natural gas reduces. Therefore, the amplitude in the vertical axis direction of the graph shown in FIG. 1 is reduced, and the periodic fluctuation of the heat quantity is suppressed.
一方、第２の組成比から推定される第２の熱量が、第１の組成比から推定される第１の熱量と比べて小さい場合、天然ガスの供給量を増加させる。これにより、第２の天然ガスの総熱量が増加する。そのため、図１に示すグラフの縦軸方向の振幅が大きくなり、熱量の周期的変動が抑えられる。 On the other hand, when the second heat quantity estimated from the second composition ratio is smaller than the first heat quantity estimated from the first composition ratio, the supply amount of natural gas is increased. Thereby, the total calorie | heat amount of 2nd natural gas increases. Therefore, the amplitude in the vertical axis direction of the graph shown in FIG. 1 is increased, and periodic fluctuations in the amount of heat are suppressed.
以上のような方法によれば、連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制することができる。 According to the method as described above, periodic fluctuations in the amount of heat of natural gas can be suppressed in a continuously operating combustor.
［第２実施形態］
以下、第２実施形態の燃焼制御方法について説明する。
第２実施形態は、現在供給している天然ガスの組成比を第１の組成比とし、周期的な組成変化から所定時間後の天然ガスの組成として予測される天然ガスの組成比を第２の組成比とする点で第１実施形態と共通している。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the combustion control method of 2nd Embodiment is demonstrated.
In the second embodiment, the composition ratio of the currently supplied natural gas is the first composition ratio, and the composition ratio of the natural gas predicted as the composition of the natural gas after a predetermined time from the periodic composition change is the second. This is common with the first embodiment in that the composition ratio is as follows.
本実施形態では、第１の組成比から推定される第１の熱量と、第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスに対し、所定の熱量を有する調整ガスを混合する工程を有する。 In the present embodiment, the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio, or A step of mixing a natural gas with a conditioning gas having a predetermined amount of heat so that the amount of change in temperature of the object when the natural gas is burned is reduced.
第２実施形態も第１実施形態と同様に、天然ガスを燃焼させて生じる火炎の輝度と、天然ガスに含まれるプロパン量と、の対応関係に基づいて、火炎の輝度の変化の傾向がみられることがある。本実施形態では、この傾向から推定される燃焼器に供給される熱量の変化または対象物の温度の変化を打ち消すように制御することができる。具体的な制御方法については、以下に述べる方法を挙げることができる。 Similarly to the first embodiment, the second embodiment also shows a tendency of the change in the luminance of the flame based on the correspondence between the luminance of the flame generated by burning natural gas and the amount of propane contained in the natural gas. May be. In the present embodiment, control can be performed so as to cancel the change in the amount of heat supplied to the combustor or the change in the temperature of the object estimated from this tendency. Specific control methods can include the methods described below.
ここでは、第１の熱量および第２の熱量の説明は省略し、燃焼器に供給される熱量の変化量が小さくなるように、所定の熱量を有する調整ガスを混合する工程について説明する。 Here, the description of the first heat quantity and the second heat quantity is omitted, and the process of mixing the adjustment gas having a predetermined heat quantity so that the change amount of the heat quantity supplied to the combustor is reduced will be described.
所定の熱量を有する調整ガスとしては、例えばメタンまたはプロパンが挙げられる。なお、本実施形態において、所定の熱量を有する調整ガスとしては、所定の熱量は０ＭＪ／ｍ３である不活性ガスを含んでもよい。 Examples of the adjusting gas having a predetermined calorie include methane or propane. In the present embodiment, the adjustment gas having a predetermined amount of heat may include an inert gas whose predetermined amount of heat is 0 MJ / m 3 .
上述したように、天然ガスは、主成分としてメタン、エタンおよびプロパンを含んでいる。天然ガスに含まれる上記３成分以外の成分は微量であることから、上記３成分の組成比を変えることにより、天然ガスの熱量を調整することが可能である。 As described above, natural gas contains methane, ethane and propane as main components. Since the amount of components other than the three components contained in natural gas is very small, it is possible to adjust the amount of heat of natural gas by changing the composition ratio of the three components.
調整ガスの選択について具体例を挙げて説明する。
例えば、第２の熱量が、第１の熱量と比べて大きい場合、調整ガスとして窒素ガスなどの不活性ガスまたはメタンが好ましく用いられる。
The selection of the adjustment gas will be described with specific examples.
For example, when the second heat quantity is larger than the first heat quantity, an inert gas such as nitrogen gas or methane is preferably used as the adjustment gas.
一方、第２の熱量が、第１の熱量と比べて小さい場合、調整ガスとしてプロパンが好ましく用いられる。 On the other hand, when the second amount of heat is smaller than the first amount of heat, propane is preferably used as the adjustment gas.
本実施形態では、熱量を算出する際に用いる天然ガスの組成比について、分析の結果明らかになる真の組成比を用いてもよいが、近似値を用いてもよい。本発明者らの検討により、天然ガスが、メタン、エタン、プロパンの３成分からなると仮定し、天然ガスに微量含まれるブタンやペンタンについては捨象して天然ガスの組成を近似しても、熱量を計算するにあたっては不具合が生じないことが分かった。 In the present embodiment, for the composition ratio of natural gas used when calculating the amount of heat, a true composition ratio that becomes clear as a result of analysis may be used, but an approximate value may be used. According to the study by the present inventors, it is assumed that natural gas is composed of three components of methane, ethane, and propane, and even if the butane and pentane contained in a small amount in natural gas are discarded, the composition of the natural gas is approximated. It was found that there was no problem in calculating.
ここで、天然ガスの組成比について、上記３成分のみ考慮した場合と、他の成分を含めた全成分を考量した場合とで、燃焼特性に差が生じるのか検証した。具体的には、公知のソフトウェアを用いて、一般的な天然ガスと、上記３成分の合計を１としたとき、当該天然ガスの上記３成分の割合になるように換算した模擬天然ガスとをそれぞれ計算し、燃焼特性を比較した。その結果、一般的な天然ガスと模擬天然ガスとの間で燃焼特性にほとんど差は見られなかった。 Here, regarding the composition ratio of natural gas, whether or not there is a difference in combustion characteristics between the case where only the above three components are considered and the case where all components including other components are considered was verified. Specifically, using known software, general natural gas and simulated natural gas converted so as to be the ratio of the three components of the natural gas when the total of the three components is 1. Each was calculated and the combustion characteristics were compared. As a result, there was almost no difference in combustion characteristics between general natural gas and simulated natural gas.
公知のソフトウェアとしては、例えば、株式会社菱化システムが販売している詳細化学反応解析支援ソフトウェア「ＣＨＥＭＫＩＮ−ＰＲＯ」などが挙げられる。計算モデルには、例えば予混合よどみ流火炎モデルを採用し、ガス流量０．８ｍ／秒、温度２９８．１５Ｋ、圧力１０１．３２５ｋＰａ、当量比０．７の条件で計算することができる。なお、当量比とは、実際の燃料および空気の体積比を、理論混合比における燃料および空気の体積比で除した値を指す。 Known software includes, for example, detailed chemical reaction analysis support software “CHEMKIN-PRO” sold by Ryoka System Co., Ltd. For example, a premixed stagnation flow flame model is adopted as the calculation model, and the calculation can be performed under the conditions of a gas flow rate of 0.8 m / second, a temperature of 298.15 K, a pressure of 101.325 kPa, and an equivalence ratio of 0.7. The equivalent ratio refers to a value obtained by dividing the actual volume ratio of fuel and air by the volume ratio of fuel and air in the theoretical mixing ratio.
本実施形態では、天然ガスのモル組成は、メタン、エタンおよびプロパンが主成分であり、他の成分は微量であることに着目し、天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの３成分のみからなることとして近似したときの近似組成比を用いて制御してもよい。この近似組成比に基づいて、燃焼器に供給される熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように調整ガスの混合量を制御することができる。 In the present embodiment, the molar composition of natural gas is mainly composed of methane, ethane and propane, and other components are trace amounts. Natural gas is composed of only three components of methane, ethane and propane. In other words, the approximate composition ratio when approximated may be used for control. Based on this approximate composition ratio, the amount of adjustment gas mixed can be controlled so that the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor or the amount of change in the temperature of the object when natural gas is burned becomes small. .
具体的には、天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの比重と、天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの３成分のみからなることとして近似したときの近似組成比を算出する。近似組成比は、次の式（Ｓ１）〜（Ｓ３）の連立式に基づいて算出することができる。 Specifically, from the specific gravity of natural gas, methane, ethane, and propane and the calorific value of natural gas, methane, ethane, and propane, when natural gas is approximated as consisting of only three components: methane, ethane, and propane The approximate composition ratio is calculated. The approximate composition ratio can be calculated based on the simultaneous equations of the following equations (S1) to (S3).
ρｆ＝ρ１Ｒ１＋ρ２Ｒ２＋ρ３Ｒ３ （Ｓ１）
〔式（Ｓ１）中、ρ１〜ρ３は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの比重を表し、ρｆは、天然ガスが、上記３成分のみからなるとして近似したときの天然ガスの熱量を表す。また、Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの近似組成比を表す。〕
ρ f = ρ 1 R 1 + ρ 2 R 2 + ρ 3 R 3 (S1)
[In the formula (S1), ρ 1 to ρ 3 represent specific gravity of methane, ethane, and propane, respectively, in this order, and ρ f is the natural gas when the natural gas is approximated as consisting of only the above three components. Represents the amount of heat. R 1 to R 3 each represent an approximate composition ratio of methane, ethane, and propane in this order. ]
Ｑｆ＝Ｑ１Ｒ１＋Ｑ２Ｒ２＋Ｑ３Ｒ３ （Ｓ２）
〔式（Ｓ２）中、Ｑ１〜Ｑ３は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの熱量を表し、Ｑｆは、天然ガスが、上記３成分のみからなるとして近似したときの天然ガスの熱量を表す。また、Ｒ１〜Ｒ３は上記と同様である。〕
Q f = Q 1 R 1 + Q 2 R 2 + Q 3 R 3 (S2)
Wherein (S2), Q 1 ~Q 3, respectively, methane in this order, represents the amount of heat of ethane and propane, Q f is natural gas, the natural gas when approximated as consisting of only the three components Represents the amount of heat. R 1 to R 3 are the same as described above. ]
Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＝１ （Ｓ３）
〔式（Ｓ３）中、Ｒ１〜Ｒ３は上記と同様である。〕
R 1 + R 2 + R 3 = 1 (S3)
[In formula (S3), R 1 to R 3 are the same as above. ]
なお、天然ガスの密度（比重）は、燃焼器（例えば、バーナー）の上流において、ガス密度計を用いて測定される。ガス密度計としては、従来公知のものを用いることが可能であり、例えば横河電機株式会社製の「ＧＤ４００」を使用することができる。なお、本明細書において、燃焼器の上流とは、タンクの出口から燃焼器の出口までの間を指す。天然ガスの測定のしやすさから、具体的に燃焼器の上流とは、タンクの出口または燃焼器の入口であることが好ましい。 The density (specific gravity) of natural gas is measured using a gas density meter upstream of the combustor (for example, a burner). A conventionally known gas density meter can be used. For example, “GD400” manufactured by Yokogawa Electric Corporation can be used. In addition, in this specification, the upstream of a combustor refers to the area from the exit of a tank to the exit of a combustor. From the viewpoint of easy measurement of natural gas, specifically, the upstream side of the combustor is preferably the outlet of the tank or the inlet of the combustor.
以上のように、メタン、エタン、プロパンのみからなる近似組成比を用いると、注目する天然ガスの成分の数が少なくて済むので、天然ガスの熱量の制御が容易となる。 As described above, when an approximate composition ratio composed only of methane, ethane, and propane is used, the number of components of the natural gas to be noticed can be reduced, so that the amount of heat of natural gas can be easily controlled.
以上のような方法によれば、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、連続運転している燃焼器において、天然ガスの熱量の周期的変動を抑制することができる。 According to the method as described above, in the second embodiment as well as in the first embodiment, it is possible to suppress periodic fluctuations in the amount of heat of the natural gas in the combustor that is continuously operated.
Claims (5)
前記燃焼器に供給する前記天然ガスは、周期的な組成変化を伴い、
現在供給している前記天然ガスの組成比を第１の組成比とし、前記周期的な組成変化から前記第１の組成比に基づいて、所定時間後の前記天然ガスの組成として予測される前記天然ガスの組成比を第２の組成比としたとき、
前記第１の組成比から推定される第１の熱量と、前記第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、前記燃焼器に供給される熱量の変化量または前記天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、前記天然ガスの供給量を制御する工程を有する燃焼制御方法。 A combustion control method performed when supplying natural gas as fuel to a continuously operating combustor,
The natural gas supplied to the combustor is accompanied by periodic composition changes,
The composition ratio of the natural gas currently supplied is set as a first composition ratio, and the composition of the natural gas predicted after a predetermined time based on the first composition ratio from the periodic composition change When the composition ratio of natural gas is the second composition ratio,
The amount of change in the amount of heat supplied to the combustor or the natural amount based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio. A combustion control method comprising a step of controlling the supply amount of the natural gas so that the amount of change in the temperature of an object when the gas is combusted becomes small.
前記燃焼器に供給する前記天然ガスは、周期的な組成変化を伴い、
現在供給している前記天然ガスの組成比を第１の組成比とし、前記周期的な組成変化から所定時間後の前記天然ガスの組成として予測される前記天然ガスの組成比を第２の組成比としたとき、
前記第１の組成比から推定される第１の熱量と、前記第２の組成比から推定される第２の熱量と、に基づいて、前記燃焼器に供給される熱量の変化量または前記天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、前記天然ガスに対し、所定の熱量を有する調整ガスを混合する工程を有する燃焼制御方法。 A combustion control method performed when supplying natural gas as fuel to a continuously operating combustor,
The natural gas supplied to the combustor is accompanied by periodic composition changes,
The composition ratio of the natural gas currently supplied is the first composition ratio, and the composition ratio of the natural gas predicted as the composition of the natural gas after a predetermined time from the periodic composition change is the second composition. As a ratio
The amount of change in the amount of heat supplied to the combustor or the natural amount based on the first amount of heat estimated from the first composition ratio and the second amount of heat estimated from the second composition ratio. A combustion control method comprising a step of mixing an adjustment gas having a predetermined amount of heat with the natural gas so that the amount of change in temperature of an object when the gas is burned is reduced.
前記近似組成比に基づいて、前記変化量が小さくなるように前記調整ガスの混合量を制御する請求項２または３に記載の燃焼制御方法。 Approximation when the natural gas is approximated from the specific gravity of the natural gas, methane, ethane, and propane, and the calorific value of the natural gas, methane, ethane, and propane, as the natural gas is composed of only three components of methane, ethane, and propane Calculate the composition ratio,
The combustion control method according to claim 2 or 3, wherein a mixing amount of the adjustment gas is controlled based on the approximate composition ratio so that the change amount becomes small.
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