JP2006177651A - 焼却炉の化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステム - Google Patents
焼却炉の化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006177651A JP2006177651A JP2005294342A JP2005294342A JP2006177651A JP 2006177651 A JP2006177651 A JP 2006177651A JP 2005294342 A JP2005294342 A JP 2005294342A JP 2005294342 A JP2005294342 A JP 2005294342A JP 2006177651 A JP2006177651 A JP 2006177651A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- pso
- oxygen sensor
- sensor
- electrical signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/283—Means for supporting or introducing electrochemical probes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
- F23G5/0276—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using direct heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/24—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a vertical, substantially cylindrical, combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/50—Control or safety arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N3/00—Regulating air supply or draught
- F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples
- F23N5/102—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples using electronic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2201/00—Pretreatment
- F23G2201/30—Pyrolysing
- F23G2201/303—Burning pyrogases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2207/00—Control
- F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
- F23G2207/101—Arrangement of sensing devices for temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G2207/00—Control
- F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
- F23G2207/103—Arrangement of sensing devices for oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
- F23N5/006—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Incineration Of Waste (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
Abstract
【課題】焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステムが提供される。
【解決手段】この方法とシステムは、熱分解セクション内のガスの酸素濃度と温度の測定値、ならびに、これらの値と化学量論的酸化剤パーセントとの間の数学的関係に基づく。
【選択図】図1
【解決手段】この方法とシステムは、熱分解セクション内のガスの酸素濃度と温度の測定値、ならびに、これらの値と化学量論的酸化剤パーセントとの間の数学的関係に基づく。
【選択図】図1
Description
本発明は、一般に、燃焼プロセス、より詳細には、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント(percent stoichiometric oxidant)を決定する方法と装置に関する。
焼却に際しては、2段階の燃焼を用いることが一般に行われている。第1段階において、燃焼空気は、化学量論的な空気の必要量より少ない流量で供給される。化学量論的な空気の必要量は、燃料と廃棄物の流れが完全燃焼するために必要な空気流量として定義される。完全燃焼は、燃焼生成物が、CO2、H2O、N2およびHe(存在する場合)のような安定な化合物であることを意味する。
こうして、第1段階において、廃棄物は、通常、酸素欠乏雰囲気下で熱分解される。この炉、または炉の一部分は、通常、還元、1次燃焼、酸素欠乏、あるいは、熱分解の炉またはチャンバと呼ばれる。次いで、追加の燃焼空気が、次のセクションで供給されて不完全燃焼生成物をすべて崩壊させる。この2次セクションは、通常、再酸化セクションまたはアフターバーナ(afterburner)と呼ばれる。
汚染物質の放出は、熱分解セクションとアフターバーナに供給される燃焼空気の量に強く影響される。したがって、両方のセクションへの空気供給を測定し制御できれば非常に望ましい。通常、アフターバーナへの空気供給は、煙突排出ガスの酸素がある一定レベルで過剰になるように、あるいは、いくつかの場合には、温度が目標値になるように制御される。熱分解セクションへの、空気または酸化剤の供給は制御がより困難である。熱分解セクションへの酸化剤供給量は、化学量論的酸化剤パーセントまたは「PSO」として測定され制御されることが望ましい。PSOは、実際の酸化剤供給量を化学量論的酸化剤供給量で割り、パーセントで表したものに等しい。酸化剤には、NOおよびNO2のような化合物が含まれるが、実際には、焼却炉での酸化剤の主な供給源は一般に空気である。したがって、「PSA」(化学量論的空気パーセント)という用語が、PSOの代わりにしばしば用いられる。
PSOを当量比(equivalence ratio)に関連付けることもできる。当量比は、燃料:空気の実際の比を、燃料:空気の化学量論的な比で割ったものとして定義される。当量比は単に100/PSOであるから、当量比はPSOに関連付けられる。燃料と空気が完全燃焼を達成するように供給される場合、その反応は化学量論的であると言われ、PSOは100%に等しく、当量比は1に等しい。
熱分解炉への空気供給を直接制御する通常の方法の1つは、燃料、廃棄物、および空気の流量を測定し、PSOを計算し、次に、空気の供給量を変えることにより特定の値にPSOを制御することである。廃棄物の構成は、時間と共に変化するか、あるいは単に分からないことが多い。実際には、廃棄物の構成の不確定さと変動に伴う難しさのために、廃棄物は、しばしば化学量論的な空気の必要量の計算から除外される。この除外のために、前記の方法では正しい空気の必要量を正確に反映させることができない。
空気供給を制御する別の通常の方法は、熱分解炉における可燃性レベルを測定し制御すること、あるいは、アフターバーナ空気の追加による温度変化を測定することである。これらの方法はPSOを制御する間接的方法であり、実際のPSOを決定せず、実際のPSOに対する変動する温度の影響を考慮していない。
いくつかの方法は、排出ガスに酸素センサを使用することを含む。例えば、F.M.Lewisにより1983年に出願された米国特許第4459923号は、最も高温の炉床の温度を制御し、排出ガスのO2含量をある最小値に維持することにより複式炉床炉の運転を制御する方法を記載する。PSAは、排出ガス中の酸素測定から、次の式を用いて計算される。
PSA=[1+%O2/(21−%O2)]×100
雰囲気空気(純粋な酸素でなく)が使用される場合、排出ガス中の酸素濃度が負、または21%を超えることはあり得ないので、言うまでもなく、この関係はPSAが100%を超える場合にだけ使用できる。この式は、100%より小さい値になり得ないし、そうなることは意図されていない。このように、前記の関係は、燃料不足(fuel−lean)または超化学量論的(super−stoichiometric)燃焼であることを必要とし、酸素レベルが非常に低くなる(ppmまたはppbレベルでさえあるような)燃料過剰(fuel−rich)または亜化学量論的(sub−stoichiometric)燃焼に対しては適用できない。実際、燃料過剰の燃焼にこの式を適用すると、実際にはPSAが100%よりずっと小さいはずである場合に、PSAが100%に等しいという誤った結論が得られるであろう。さらに、特定のO2測定境界内で一定温度に保つことが制御手段を提供するが、これらの従来技術の方法は、実際のPSAに基づいていない。一般に、制御手法は、一定のPSAよりむしろ一定温度を保つことであったし、温度変化による実際のPSAの変動を計算する試みはまったくなかった。
雰囲気空気(純粋な酸素でなく)が使用される場合、排出ガス中の酸素濃度が負、または21%を超えることはあり得ないので、言うまでもなく、この関係はPSAが100%を超える場合にだけ使用できる。この式は、100%より小さい値になり得ないし、そうなることは意図されていない。このように、前記の関係は、燃料不足(fuel−lean)または超化学量論的(super−stoichiometric)燃焼であることを必要とし、酸素レベルが非常に低くなる(ppmまたはppbレベルでさえあるような)燃料過剰(fuel−rich)または亜化学量論的(sub−stoichiometric)燃焼に対しては適用できない。実際、燃料過剰の燃焼にこの式を適用すると、実際にはPSAが100%よりずっと小さいはずである場合に、PSAが100%に等しいという誤った結論が得られるであろう。さらに、特定のO2測定境界内で一定温度に保つことが制御手段を提供するが、これらの従来技術の方法は、実際のPSAに基づいていない。一般に、制御手法は、一定のPSAよりむしろ一定温度を保つことであったし、温度変化による実際のPSAの変動を計算する試みはまったくなかった。
酸素センサもまた、内燃機関の空気/燃料の比、または当量比を測定するために用いられており、このような装置は自動車で広く用いられている(HowardとWheetmanにより1980年に出願された米国特許第4283256号を参照)。しかし、これらのセンサは、当量比が酸素レベルおよび温度に依存することを考慮に入れておらず、そのために広い範囲の温度では機能し得ない。幸運にも、このような装置では、排出ガス温度が、通常比較的狭い範囲内に調節されるので、当量比の予測への温度の影響を無視することができる。
温度の影響を評価する必要が認識されたために、さらに別の装置が開発されてきた。例えば、米国特許第4151503号および米国特許第4391691号は、排出ガス温度の違いに応じて電気抵抗が迅速に変化するように加工された半導体チップを利用する。温度に依存する電気抵抗は、PSOをより正確に予測するために酸素センサからの信号を補償するために使用される。温度補償チップに使用される材料の機械的および電気的特性のために、このような装置は、焼却炉の熱分解セクションにおいて普通に見られる高温(1400℃から3200℃)においては機能し得ない。
従って、温度の変動を補償し、前記の問題を回避する、焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOの直接測定法が求められている。
本発明により、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント(「PSO」)を測定し決定し制御する方法、ならびに、PSOを測定し決定し制御するのに使用されるシステムが提供され、これらの方法およびシステムは、前記の要求を満たし、従来技術の欠点を克服する。焼却炉の熱分解炉におけるPSOを測定し決定する方法は、基本的に、以下のステップからなる。熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて、温度に対応する電気信号を発生させる。次に、これらの電気信号とPSOとの間の数学的関係を用いて、酸素センサと温度センサからの電気信号をPSO推定値に変換するプロセッサに、これらの電気信号を伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる。
焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOを制御するための本発明の方法は、前記のように、酸素濃度および温度に対応する電気信号を発生させること、そして、前記の数学的関係を用いて電気信号をPSO推定値に変換するためのプロセッサにこれらの信号を伝えることを含む。このPSO推定値は、PSO推定値と設定PSO値に基づいて、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを調節するために、燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の流れの制御信号を発生するフィードバックコントローラへ中継される。次に、制御信号は燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置に中継される。
燃焼炉の熱分解セクションにおけるPSOを測定し決定することに使用されるシステムは、基本的に、次のものを含む:熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段、熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段、および、これらの電気信号とPSOとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度に対応する電気信号をPSO推定値に変換する装置。数学的関係は、温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる。
焼却炉の熱分解セクションにおけるPSO制御に用いられるシステムは、基本的に、様々な温度で(温度は1100°Fより高い)PSOを測定し決定する前記の手段と装置、焼却炉の熱分解セクションへの燃焼空気、酸化剤または燃料の量を制御する制御装置、および、PSO推定値と設定PSO値に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号を発生する手段を備える。
焼却炉の熱分解セクションのPSOを測定し決定する、本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。酸素濃度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して発生させる。温度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて発生させる。次に、これらの電気信号は、酸素センサと温度センサからの電気信号を、PSOとの間の数学的関係を用いてPSO推定値に変換するプロセッサに伝えられる。数学的関係は、温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる。一般的な方法が図1に示されている。
本発明において使用され得る、酸素濃度に対応する電気信号12を発生するための適切な酸素センサ10には、これらに限定されないが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサ、および常磁性センサが含まれる。これらの中で、ジルコニア系センサが好ましい。特に適切な酸素センサ10は、「Oxyfire(商標)」の商品名で、Marathon Sensors,Inc.(オハイオ州、シンシナティ)から市販されている。センサ10は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置されるべきである。
本発明において使用され得る、温度に対応する電気信号を発生するための適切な温度センサ14には、これらに限定されないが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度計測装置が含まれる。これらの中で熱電対が好ましい。特に適切な熱電対は、B型またはR型一体式熱電対プローブとして、Marathon Sensors,Inc.(オハイオ州、シンシナティ)から市販されている。センサ14は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部で、酸素センサにできるだけ近い位置でガスの温度を感知するように設置されるべきである。
酸素センサおよび温度センサからの信号(12および16)は、PSO推定値20を計算するプロセッサ18に伝えられる。特に適切なプロセッサ18は、「VersaPro(商標)」ストイキオメトリックモニタの商品名で、Marathon Sensors,Inc.(オハイオ州、シンシナティ)から市販されている。
プロセッサ18は、本発明に従って、平衡計算により開発された数学的関係を用いて、PSO推定値20を計算するようにプログラムされている。この方法は、熱分解セクション22では、酸素濃度がその平衡値近くまで達するのに十分な長い滞留時間があるという当初の仮定に基づいている。ユニットが運転状態になると、通常、実際の非平衡の運転状態に対する調節を行うことができる。
PSOは、多くの様々な形式で、酸素濃度と温度の関数として表すことができる。これらの形式の中で、2つが最も適切であることが分かっている。第1の形式は次のシグモイド関数であり、
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
式中、xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験により決まる定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでPSOが得られる適切な実験定数の1組は次の通りである。
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
式中、xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験により決まる定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでPSOが得られる適切な実験定数の1組は次の通りである。
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
第2の好ましい表式は、多項式の形式であり、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
式中、やはりxは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでPSOが得られる適切な実験定数の1組は次の通りである。
第2の好ましい表式は、多項式の形式であり、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
式中、やはりxは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでPSOが得られる適切な実験定数の1組は次の通りである。
a=3.424;b=−1.3433E−02;c=2.4979E−05;d=−1.5670E−08;e=0.2439
シグモイドおよび多項式の関係は、メタン/空気の混合物の平衡計算から導かれるが、それらは、一般の炭化水素/空気の燃焼に適用され、非常に良く一致することが示されている。これらの関係は、焼却用途(炭化水素、空気、および廃棄物の流れ)にもまた適用され、実際のPSOと予測PSOとの間でよく一致することが示されている。これらの関係は、H2/空気の燃焼、CO/空気の燃焼、または、炭化水素/純O2の燃焼ではうまく合わない。
シグモイドおよび多項式の関係は、メタン/空気の混合物の平衡計算から導かれるが、それらは、一般の炭化水素/空気の燃焼に適用され、非常に良く一致することが示されている。これらの関係は、焼却用途(炭化水素、空気、および廃棄物の流れ)にもまた適用され、実際のPSOと予測PSOとの間でよく一致することが示されている。これらの関係は、H2/空気の燃焼、CO/空気の燃焼、または、炭化水素/純O2の燃焼ではうまく合わない。
当量比は単に100/PSOであるから、当量比24もまた、酸素および温度信号により表すことができる。例えば、PSO20が80%である場合、当量比24は100/80、すなわち1.25である。
PSOを測定し決定する本発明の方法は、NH3、HCN、C2H3N、C3H3Nのような多くの種類の廃棄物化合物、パラフィン、オレフィン、シクロパラフィン、アセチレンおよび芳香族化合物のような飽和および不飽和有機燃料の燃焼に、非常に小さい誤差で適用することができる。正確度は、水(H2O)、NO2およびNOのような、結合酸素を含む化合物の過剰な量により影響され得る。ここで、「過剰な量」は、1ポンドの炭化水素燃料(通常運転で供給される廃棄物または燃料であり得る)当たりの、焼却炉に向かうすべての流れ(例えば、廃棄物の流れ、または冷却の流れ)から、約1ポンドを超える結合酸素として定義される。
焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOを制御するための本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。熱分解セクション22内のガス中の酸素濃度に対応して電気信号12を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度に対応して電気信号16を発生させる。酸素濃度および温度に対応する電気信号(12および16)を、電気信号とPSOとの間の数学的関係を用いて電気信号をPSO推定値20に変換するプロセッサ18に伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含む。PSO推定値20は、PSO推定値20および設定PSO値36に基づいて燃焼空気30、酸化剤または燃料の流れ(32および/または34)を調節するために、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを制御する信号28を発生するフィードバックコントローラ26に中継される。次に、この制御信号は、燃焼空気ブロア38の制御装置に中継される。この一般的方法は図2に示されている。
空気30は、ブロア38により燃焼炉の熱分解セクション22に供給される。その空気の流量は、バルブを用いること、ブロア速度を変えること、あるいはブロアの羽根のピッチを変えることを含めて、いくつかの手段により変えることができる。本発明により、これらに限定されないが、バルブ、ブロア速度変更装置またはブロア羽根ピッチ調節用具を含む群から選択される適切な用具を用いてブロアの空気の流れ30を調節することにより、設定値36であるようにPSOを制御することができる。これは、プロセッサ18からフィードバックコントローラ26へ、PSO推定値20を電気的に移送することにより達成される。フィードバックコントローラ26は、当業者に知られている標準的な制御手法を利用して、PSO推定値20と設定PSO値36に基づいて、燃焼空気ブロア制御装置への信号28を発生する。
焼却炉の熱分解セクション22におけるPSOを測定するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション22内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号12を発生する手段、熱分解セクション22内のガスの温度に対応する電気信号16を発生する手段、および、酸素濃度と温度に対応する電気信号を電気信号とPSOとの間の数学的関係を用いてPSO推定値20に変換する装置18を備える。数学的関係は、温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含む。
焼却炉の熱分解セクション22におけるPSOを制御するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション22内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号12を発生する手段、熱分解セクション22内のガスの温度に対応する電気信号16を発生する手段、焼却炉の熱分解セクション22への燃焼空気30、酸化剤または燃料(32または34)の量を制御するための燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置、電気信号とPSOとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度(12および16)に対応する電気信号をPSO推定値に変換する装置18、ならびに、PSO推定値20と設定PSO値36に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号28を発生する手段を備える。
本発明の方法をさらに例示するために、以下に実施例を記載する。
この実施例では、酸素センサは、1400°Fを超える温度で酸素イオンを通す固体電解質をもつ酸化ジルコニウム(すなわちジルコニア)電解質セルである。イオン伝導は2つの電極間の電圧として現れる。電圧の大きさは、セル壁面を横断する酸素濃度(酸素分圧の比)とセルの温度により決まる。セルのe.m.fは、次のネルンストの式により決められ、
x=−0.0215(Tr)Log10(P0/P1)
xはセルの出力電圧(ミリボルト);P0はセル内の酸素分圧(%)で20.95%であり;P1は測定されるプロセスの酸素分圧(%)であり;Trはプローブの絶対温度(K)である。
x=−0.0215(Tr)Log10(P0/P1)
xはセルの出力電圧(ミリボルト);P0はセル内の酸素分圧(%)で20.95%であり;P1は測定されるプロセスの酸素分圧(%)であり;Trはプローブの絶対温度(K)である。
燃焼ガス中の酸素の分圧を、メタン/空気の混合物に対して、様々な亜化学量論的状態について、1400°Fと3000°Fの間の様々な温度での平衡状態で計算した。次に、これらの値をネルンストの式に入れてセルの出力電圧を得た。次に、様々な未化学量論的状態でのセル出力電圧(x)と燃焼ガスの運転温度(T)を、シグモイド関係に対する非線形回帰を用いて経験的に評価し、このようにして、データの限界範囲内の状態について化学量論的酸化剤パーセント(PSO)を計算するために必要な定数を得た。実験定数は次の様に計算された。
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
このように、本発明により、それに本来備わる利点だけでなく、先に記載された目的と利点も十分に実現されている。当業者により多くの変更がなされ得るが、このような変更は、添付の請求範囲により定められる本発明の精神の範囲内に含まれる。
Claims (36)
- 熱分解セクション内のガス中の酸素濃度を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ;
前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを利用して、温度に対応する電気信号を発生させるステップ;および
前記電気信号とPSOとの間の数学的関係(温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる)を用いて、前記酸素センサと前記温度センサからの前記電気信号をPSO推定値に変換するプロセッサに、前記電気信号を伝えるステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOを決定する方法。 - 前記酸素センサが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサおよび常磁性センサからなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項1に記載の方法。
- 前記温度センサが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 前記温度センサが熱電対である請求項1に記載の方法。
- 前記数学的関係が、
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項1に記載の方法。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
である請求項6に記載の方法。 - 前記数学的関係が、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項1に記載の方法。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=3.424;b=−1.3433E−02;c=2.4979E−05;d=−1.5670E−08;e=0.2439
である請求項8に記載の方法。 - 熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ;
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生させるステップ;
前記電気信号とPSOとの間の数学的関係(温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる)を用いて前記電気信号をPSO推定値に変換するプロセッサに、酸素濃度と温度に対応する前記電気信号を伝えるステップ;
前記PSO推定値、設定PSO値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量(燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される)を調節するための流れ制御信号を発生するフィードバックコントローラに、前記PSO推定値を中継するステップ;および
前記の流れ制御信号を対応する流れ制御装置に中継するステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOを制御する方法。 - 前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項10に記載の方法。
- 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項10に記載の方法。
- 前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項10に記載の方法。
- 前記温度センサが熱電対である請求項10に記載の方法。
- 前記数学的関係が、
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項10に記載の方法。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
である請求項15に記載の方法。 - 前記数学的関係が、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項10に記載の方法。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=3.424;b=−1.3433E−02;c=2.4979E−05;d=−1.5670E−08;e=0.2439
である請求項17に記載の方法。 - 熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段;
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段;および
前記電気信号とPSOとの間の数学的関係(温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる)を用いて、酸素分圧および温度に対応する前記電気信号を、PSO推定値に変換する装置
を備える、焼却炉の熱分解セクションにおけるPSOを決定するシステム。 - 前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項19に記載のシステム。
- 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項19に記載のシステム。
- 前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項19に記載のシステム。
- 前記温度センサが熱電対である請求項19に記載のシステム。
- 前記数学的関係が、
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項19に記載のシステム。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
である請求項24に記載の方法。 - 前記数学的関係が、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項19に記載のシステム。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=3.424;b=−1.3433E−02;c=2.4979E−05;d=−1.5670E−08;e=0.2439
である請求項26に記載の方法。 - 焼却炉の熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段;
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段;
前記電気信号とPSOとの間の数学的関係(温度および温度の変動による(温度は1100°Fより高い)PSO推定値の調節を含んでいる)を用いて、酸素濃度および温度に対応する前記電気信号を、PSO推定値に変換する装置;
前記PSO推定値、設定PSO値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量(燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される)を調節するための流れ制御信号を発生する手段;および
前記制御信号に対応する前記プロセス流量を調節する装置
を備える、焼却炉の運転を制御するシステム。 - 前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項28に記載のシステム。
- 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項28に記載のシステム。
- 前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項28に記載のシステム。
- 前記温度センサが熱電対である請求項28に記載のシステム。
- 前記数学的関係が、
PSO=a+b/[1+((x+eT)/c)d]
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項28に記載のシステム。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=−733.109;b=873.246;c=1610.403;d=15.176;e=0.2439
である請求項33に記載の方法。 - 前記数学的関係が、
PSO=[a+b(x+eT)+c(x+eT)2+d(x+eT)3]×100
(xは酸素センサ出力(ミリボルト)であり、Tは(Tf−2100)に等しく、Tfは温度(°F)であり、aからeは実験定数である)
である請求項28に記載のシステム。 - 前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
a=3.424;b=−1.3433E−02;c=2.4979E−05;d=−1.5670E−08;e=0.2439
である請求項35に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/963,051 US7318381B2 (en) | 2003-01-09 | 2004-10-12 | Methods and systems for determining and controlling the percent stoichiometric oxidant in an incinerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006177651A true JP2006177651A (ja) | 2006-07-06 |
JP2006177651A5 JP2006177651A5 (ja) | 2008-11-20 |
Family
ID=35520073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005294342A Withdrawn JP2006177651A (ja) | 2004-10-12 | 2005-10-07 | 焼却炉の化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステム |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7318381B2 (ja) |
EP (1) | EP1647771A1 (ja) |
JP (1) | JP2006177651A (ja) |
KR (1) | KR20060052100A (ja) |
BR (1) | BRPI0504263A (ja) |
CA (1) | CA2519749A1 (ja) |
MX (1) | MXPA05010803A (ja) |
TW (1) | TW200628787A (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7878798B2 (en) * | 2006-06-14 | 2011-02-01 | John Zink Company, Llc | Coanda gas burner apparatus and methods |
US7695701B2 (en) | 2008-03-07 | 2010-04-13 | Du Pont | Process for treating acid gas in staged furnaces with inter-stage heat recovery |
US8942944B2 (en) * | 2011-09-13 | 2015-01-27 | Laguna Research, Inc. | System and method for dynamically measuring oxygen levels |
US9568192B1 (en) | 2013-04-19 | 2017-02-14 | The Archer Company, Inc. | Emission control flare stack for reducing volatile organic compounds from gases including well gases |
US9423126B1 (en) | 2013-04-19 | 2016-08-23 | The Archer Company, Inc. | Computer program product for reducing volatile organic compounds from gases with hydrocarbons |
US9151495B1 (en) * | 2013-04-19 | 2015-10-06 | The Archer Company, Inc. | Method for reducing volatile organic compounds from gases with hydrocarbons |
US9587510B2 (en) * | 2013-07-30 | 2017-03-07 | General Electric Company | System and method for a gas turbine engine sensor |
FR3061774B1 (fr) * | 2017-01-09 | 2021-10-08 | Zodiac Aerotechnics | Dispositif de mesure de la quantite d'oxygene presente dans un gaz, et module de separation d'air comprenant un tel dispositif de mesure |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4151503A (en) | 1977-10-05 | 1979-04-24 | Ford Motor Company | Temperature compensated resistive exhaust gas sensor construction |
FR2443645A1 (fr) | 1978-12-04 | 1980-07-04 | Air Liquide | Procede et installation de traitement de dechets industriels |
IT1145264B (it) | 1979-03-15 | 1986-11-05 | Ricardo Consulting Eng | Apparecchio e procedimento per determinare la concentrazione della miscela aria/combustibile alimentata ad un motore a combustione interna |
DE3010632A1 (de) | 1980-03-20 | 1981-10-01 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehalts in gasen |
US4474121A (en) | 1981-12-21 | 1984-10-02 | Sterling Drug Inc. | Furnace control method |
US4459923A (en) | 1983-02-18 | 1984-07-17 | Sterling Drug, Inc. | Method and apparatus for efficiently controlling the incineration of combustible materials in a multiple hearth furnace system |
US4517906A (en) | 1983-08-30 | 1985-05-21 | Zimpro Inc. | Method and apparatus for controlling auxiliary fuel addition to a pyrolysis furnace |
US5123364A (en) | 1989-11-08 | 1992-06-23 | American Combustion, Inc. | Method and apparatus for co-processing hazardous wastes |
US5222887A (en) | 1992-01-17 | 1993-06-29 | Gas Research Institute | Method and apparatus for fuel/air control of surface combustion burners |
US5176086A (en) | 1992-03-16 | 1993-01-05 | Praxair Technology, Inc. | Method for operating an incinerator with simultaneous control of temperature and products of incomplete combustion |
JPH07180539A (ja) | 1993-12-24 | 1995-07-18 | Mitsubishi Electric Corp | 化学発熱装置 |
US20040137390A1 (en) | 2003-01-09 | 2004-07-15 | Arnold Kenny M. | Methods and systems for measuring and controlling the percent stoichiometric oxidant in an incinerator |
-
2004
- 2004-10-12 US US10/963,051 patent/US7318381B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-09-07 EP EP05255473A patent/EP1647771A1/en not_active Withdrawn
- 2005-09-13 CA CA002519749A patent/CA2519749A1/en not_active Abandoned
- 2005-09-29 TW TW094134086A patent/TW200628787A/zh unknown
- 2005-10-07 MX MXPA05010803A patent/MXPA05010803A/es not_active Application Discontinuation
- 2005-10-07 KR KR1020050094305A patent/KR20060052100A/ko not_active Application Discontinuation
- 2005-10-07 JP JP2005294342A patent/JP2006177651A/ja not_active Withdrawn
- 2005-10-13 BR BRPI0504263-1A patent/BRPI0504263A/pt not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060052100A (ko) | 2006-05-19 |
US20060275718A1 (en) | 2006-12-07 |
US7318381B2 (en) | 2008-01-15 |
EP1647771A1 (en) | 2006-04-19 |
TW200628787A (en) | 2006-08-16 |
MXPA05010803A (es) | 2006-04-18 |
BRPI0504263A (pt) | 2006-05-23 |
CA2519749A1 (en) | 2006-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006177651A (ja) | 焼却炉の化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステム | |
CN106324051B (zh) | 用于co突现测量的氧传感器 | |
JP4459631B2 (ja) | 焼却炉における百分率化学量論的オキシダントを測定および制御するための方法およびシステム | |
KR100789158B1 (ko) | 최소한의 에너지를 소비하여 공업용 로에서 일산화탄소방출이 규제에 부합되도록 화실온도를 조절하는 방법 | |
JP2020510804A (ja) | 連続燃焼システムの効率を向上させる方法 | |
RU2357153C2 (ru) | Способ контроля и управления горением топлива | |
US20210148853A1 (en) | In_situ oxygen analyzer with solid electrolyte oxygen sensor and ancillary output | |
CN216816539U (zh) | 具有固态电解质氧气传感器和辅助输出的原位氧气分析器 | |
Docquier et al. | Operating point control of gas turbine combustor | |
JP2000304234A (ja) | 灰溶融炉及びその燃焼制御方法 | |
JP3886333B2 (ja) | 内燃機関及び空燃比制御装置 | |
JP7075021B1 (ja) | ごみ焼却処理施設の燃焼制御装置及び燃焼制御方法 | |
KR970002100A (ko) | 쓰레기소각로의 연소제어방법 및 그 장치 | |
SU1204877A1 (ru) | Способ автоматического регулировани соотношени газ-воздух | |
JP4415376B2 (ja) | ジルコニア式酸素濃度計 | |
Hong et al. | Stoichiometry Control in Reduction Furnaces | |
JPH0756364B2 (ja) | 蒸気発生器の制御方法 | |
JPS6089624A (ja) | 燃焼機器の空気比制御方法 | |
JP4457769B2 (ja) | ジルコニア式センサの温度制御方法 | |
Wang et al. | Online measurement and control system development of combustion state for rolling reheating furnace | |
JP2005274049A (ja) | 廃棄物処理装置における廃棄物供給量調整方法 | |
JPS60232421A (ja) | 加熱炉への燃料供給量の制御方法 | |
JPH03137415A (ja) | 燃焼制御装置 | |
JP2000035209A (ja) | 焼却炉の燃焼制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081006 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081006 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110405 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110414 |