JP2012158700A - Temperature control device and temperature control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve continuously stable temperature control even under a severe condition.SOLUTION: The temperature control device includes: a first temperature sensor 128 for measuring a temperature at a first position to generate a first temperature measuring value; a second temperature sensor 130 for measuring a temperature at a second position where the environmental condition is different from the first position to generate a second temperature measuring value; a temperature measuring value estimating part 132 for estimating the first temperature measuring value from the second temperature measuring value based on correlation of the first and the second temperature measuring values to generate an estimating value; and a control input switching part 134 switches control input from the first temperature measuring value to the estimating values when the first sensor is determined to be abnormal.

Description

本発明は、過酷な環境条件下で温度制御を行う温度制御装置および温度制御方法に関する。   The present invention relates to a temperature control device and a temperature control method for performing temperature control under severe environmental conditions.

近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、石炭ガス化複合発電(IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle)といった効率的な発電システムや、水素の製造、合成燃料(合成石油)の製造、化学肥料(尿素)等の化学製品の製造等に利用されている。ガス化ガスの原料となる固体原料のうち、特に石炭は、可採年数が150年程度と、石油の可採年数の3倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。   2. Description of the Related Art In recent years, a technology has been developed that gasifies solid raw materials such as coal, biomass, and tire chips to generate gasified gas instead of petroleum. The gasified gas generated in this way can be used for efficient power generation systems such as Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC), hydrogen production, synthetic fuel (synthetic petroleum) production, chemical fertilizer ( (Urea) and other chemical products. Among solid raw materials used as raw materials for gasification gas, coal, in particular, has a recoverable period of about 150 years, more than three times the recoverable period of oil, and reserves are unevenly distributed compared to oil. Therefore, it is expected as a natural resource that can be stably supplied over a long period of time.

このような石炭のガス化プロセスは、酸素や空気を用いて部分酸化することにより行われていたが、2000℃といった高温で部分酸化する必要があるため、ガス化炉のコストが高くなるといった欠点を有していた。この問題を解決するために、水蒸気を利用し、700℃〜900℃程度で石炭をガス化する技術が開発されている。   Such a coal gasification process has been performed by partial oxidation using oxygen or air. However, since it is necessary to perform partial oxidation at a high temperature of 2000 ° C., the cost of the gasification furnace increases. Had. In order to solve this problem, a technology for gasifying coal at about 700 ° C. to 900 ° C. using water vapor has been developed.

例えば、循環流動層ガス化システムでは、水蒸気の存在下で流動する流動媒体(例えば砂)の熱によりガス化原料をガス化させ、ガス化炉から導出された流動媒体は、燃焼炉で加熱されて燃焼炉とガス化炉とを循環する。ガス化に必要な上述した温度を適切に維持するため、流動媒体は燃焼炉において温度制御が為されている。温度制御を行うべく、燃焼炉内の温度を計測することが必要となるが、燃焼炉内では、流動媒体である砂が燃焼ガスと共に高速で流動しているため、断線等により温度センサが正常に機能しなくなるおそれがある。   For example, in a circulating fluidized bed gasification system, the gasification raw material is gasified by the heat of a fluidized medium (eg, sand) that flows in the presence of water vapor, and the fluidized medium derived from the gasification furnace is heated in the combustion furnace. Circulate between the combustion furnace and the gasification furnace. In order to maintain the above-mentioned temperature necessary for gasification appropriately, the temperature of the fluidized medium is controlled in a combustion furnace. In order to perform temperature control, it is necessary to measure the temperature in the combustion furnace, but in the combustion furnace, the sand that is the fluidized medium flows at high speed together with the combustion gas, so the temperature sensor is normal due to disconnection etc. May not function properly.

そこで、温度センサが正常に機能しなくなったとしても温度制御を継続する技術として、温度センサが断状態になると、断状態となる直前の温度計測値を保持し、断状態においても固定値(直前の温度計測値)に基づいて温度制御を継続する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。また、温度計測の対象となる位置に複数の温度センサを設置し、その複数の温度センサの複数の温度計測値の平均値に基づいて制御を行うことを前提に、複数の温度計測値それぞれが所定の範囲に含まれるか否か判定し、含まれていない温度計測値を異常値として平均値に反映しない技術も開示されている(例えば、特許文献2)。   Therefore, as a technology for continuing temperature control even if the temperature sensor stops functioning normally, if the temperature sensor is in the disconnected state, the temperature measurement value immediately before the disconnected state is held, and even in the disconnected state, a fixed value (immediately before (For example, Patent Document 1). In addition, assuming that multiple temperature sensors are installed at the position where temperature measurement is to be performed and control is performed based on the average value of the multiple temperature measurement values of the multiple temperature sensors, each of the multiple temperature measurement values is There is also disclosed a technique for determining whether or not a temperature is included in a predetermined range and not reflecting a temperature measurement value not included in an average value as an abnormal value (for example, Patent Document 2).

特許第3440838号Japanese Patent No. 3440838 特開2006−330944号公報JP 2006-330944 A

しかし、循環流動層ガス化システムにおいては、プロセスの条件に応じて目標とする温度が変化するので、特許文献1の技術を利用して直前の温度を保持するのみでは、プロセスの条件に適切に対応することができなくなる。また、循環流動層ガス化システムのように固体の流動媒体が高速に飛散する燃焼炉内では、特許文献2の技術のように温度センサが複数あろうとも、同じ過酷な条件下で次々に断線する可能性があり、所望する適切な温度計測値を得ることができなくなってしまう。   However, in the circulating fluidized bed gasification system, the target temperature changes depending on the process conditions. Therefore, by simply using the technique of Patent Document 1 and maintaining the previous temperature, the process conditions are appropriately set. It becomes impossible to cope. Also, in a combustion furnace in which a solid fluidized medium is scattered at high speed as in a circulating fluidized bed gasification system, even if there are a plurality of temperature sensors as in the technique of Patent Document 2, disconnection occurs one after another under the same severe conditions. This makes it impossible to obtain a desired appropriate temperature measurement value.

本発明は、このような課題に鑑み、過酷な条件下においても、安定した温度制御を継続的に実行することが可能な、温度制御装置および温度制御方法を提供することを目的としている。   In view of such problems, the present invention has an object to provide a temperature control device and a temperature control method capable of continuously executing stable temperature control even under severe conditions.

上記課題を解決するために、本発明の温度制御装置は、第1の位置における温度を計測し、第1の温度計測値を生成する第1の温度センサと、第1の位置と環境条件を異にする第2の位置の温度を計測し、第2の温度計測値を生成する第2の温度センサと、第1の温度計測値と第2の温度計測値の相関関係に基づいて、第2の温度計測値から第1の温度計測値を推定し、推定値を生成する温度計測値推定部と、第1の温度センサが異常であると判定した場合、制御入力を、第1の温度計測値から、推定値に切り換える制御入力切換部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a temperature control device of the present invention measures a temperature at a first position, generates a first temperature measurement value, a first position, and an environmental condition. Based on the correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value, the second temperature sensor that measures the temperature of the second position to be different and generates the second temperature measurement value, When it is determined that the first temperature measurement value is estimated from the two temperature measurement values and the temperature measurement value estimation unit that generates the estimation value and the first temperature sensor are abnormal, the control input is the first temperature. A control input switching unit that switches from the measured value to the estimated value is provided.

水蒸気の存在下で流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成すると共に、流動媒体と未反応のチャーを導出するガス化炉と、流動媒体の存在下で未反応のチャーを燃焼して流動媒体を加熱し、加熱された流動媒体と燃焼ガスとを導出する燃焼炉と、燃焼炉において燃焼を補助する補助燃料の供給量を制御する燃料供給部と、流動媒体と燃焼ガスとを分離し、流動媒体をガス化炉に導入する媒体分離器とを備える循環流動層ガス化システムに用いられ、第1の位置は、燃焼炉内であり、第2の位置は、媒体分離器における燃焼ガスの出口近傍であり、制御入力切換部は、第1の温度センサが異常であると判定した場合、燃料供給部における制御入力を、第1の温度計測値から、推定値に切り換えてもよい。   The gasification raw material is gasified by the heat of the fluidized medium in the presence of water vapor to generate a gasified gas, and a gasification furnace for deriving the fluidized medium and unreacted char; A combustion furnace that burns the char to heat the fluid medium, derives the heated fluid medium and combustion gas, a fuel supply unit that controls a supply amount of auxiliary fuel that assists combustion in the combustion furnace, and a fluid medium; Used in a circulating fluidized bed gasification system comprising a medium separator for separating combustion gas and introducing a fluidized medium into a gasification furnace, wherein the first position is in the combustion furnace and the second position is In the vicinity of the outlet of the combustion gas in the medium separator, and the control input switching unit determines that the first temperature sensor is abnormal, the control input in the fuel supply unit is estimated from the first temperature measurement value. You may switch to.

推定値は、燃焼炉へ導入した空気の流量と第2の温度計測値とに基づいて求められる温度差を第2の温度計測値に加算するか、または、燃焼炉へ導入した空気の流量と第2の温度計測値とに基づいて求められる係数を第2の温度計測値に乗算して導出されてもよい。   The estimated value is obtained by adding a temperature difference obtained based on the flow rate of air introduced into the combustion furnace and the second temperature measurement value to the second temperature measurement value, or by calculating the flow rate of air introduced into the combustion furnace. The second temperature measurement value may be derived by multiplying the second temperature measurement value by a coefficient obtained based on the second temperature measurement value.

上記課題を解決するために、第1の位置における温度を計測し、第1の温度計測値を生成する第1の温度センサと、第1の位置と環境条件を異にする第2の位置の温度を計測し、第2の温度計測値を生成する第2の温度センサとを備える温度制御装置を用いて温度を制御する、本発明の温度制御方法は、第1の温度計測値と第2の温度計測値の相関関係に基づいて、第2の温度計測値から第1の温度計測値を推定し、推定値を生成し、第1の温度センサが異常であると判定した場合、制御入力を、第1の温度計測値から、推定値に切り換えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the first temperature sensor that measures the temperature at the first position and generates the first temperature measurement value, and the second position that has different environmental conditions from the first position. The temperature control method of the present invention, which controls the temperature using a temperature control device that includes a second temperature sensor that measures temperature and generates a second temperature measurement value, includes the first temperature measurement value and the second temperature measurement value. If the first temperature measurement value is estimated from the second temperature measurement value based on the correlation between the temperature measurement values, the estimated value is generated, and it is determined that the first temperature sensor is abnormal, the control input Is switched from the first measured temperature value to the estimated value.

本発明では、過酷な条件下においても、安定した温度制御を継続的に実行することが可能となる。   In the present invention, stable temperature control can be continuously executed even under severe conditions.

循環流動層ガス化システムを説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating a circulating fluidized bed gasification system. 燃料供給部の制御系を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating the control system of a fuel supply part. 第1の温度計測値と第2の温度測定値との相関関係の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of correlation with the 1st temperature measurement value and the 2nd temperature measurement value. MAPの一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of MAP. 燃料供給部の制御系を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating the control system of a fuel supply part. 温度制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of a temperature control method.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

本実施形態では、温度制御装置の温度制御の対象として、循環流動層ガス化システム100、特に、二塔式の流動層ガス化炉とも称される循環流動層ガス化システム100を挙げる。循環流動層ガス化システム100では、ガス化炉と燃焼炉との間を流動媒体(例えば、硅砂(珪砂)等の砂)が熱媒体として循環する。温度制御装置は、循環流動層ガス化システム100において、ガス化および循環によって熱が奪われた流動媒体を所定の温度に加熱および維持する役割を担う。   In the present embodiment, examples of the temperature control target of the temperature control device include the circulating fluidized bed gasification system 100, particularly, the circulating fluidized bed gasification system 100 also called a two-column fluidized bed gasification furnace. In the circulating fluidized bed gasification system 100, a fluid medium (for example, sand such as silica sand) circulates between the gasification furnace and the combustion furnace as a heat medium. The temperature control device plays a role in the circulating fluidized bed gasification system 100 to heat and maintain the fluidized medium from which heat has been removed by gasification and circulation at a predetermined temperature.

(循環流動層ガス化システム100)
図1は、本実施形態にかかる循環流動層ガス化システム100を説明するための機能ブロック図である。循環流動層ガス化システム100は、ガス化原料供給部108と、ガス化炉110と、改質炉112と、燃焼炉114と、媒体分離器116と、燃焼炉空気導入部118と、空気流量測定部120と、燃料供給部122と、制御弁124と、燃料流量測定部126と、第1の温度センサ128と、第2の温度センサ130と、温度計測値推定部132と、制御入力切換部134と、相関性導出部136と、蒸気供給装置138とを含んで構成される。また、図1において、実線矢印は物質の流れを、破線矢印は制御信号の流れを示している。ここで、第1の温度センサ128と、第2の温度センサ130と、温度計測値推定部132と、制御入力切換部134とは、温度制御装置として機能する。
(Circulating fluidized bed gasification system 100)
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a circulating fluidized bed gasification system 100 according to the present embodiment. The circulating fluidized bed gasification system 100 includes a gasification raw material supply unit 108, a gasification furnace 110, a reforming furnace 112, a combustion furnace 114, a medium separator 116, a combustion furnace air introduction unit 118, an air flow rate. Measurement unit 120, fuel supply unit 122, control valve 124, fuel flow rate measurement unit 126, first temperature sensor 128, second temperature sensor 130, temperature measurement value estimation unit 132, and control input switching Unit 134, correlation deriving unit 136, and steam supply device 138. Moreover, in FIG. 1, the solid line arrow shows the flow of the substance, and the broken line arrow shows the flow of the control signal. Here, the first temperature sensor 128, the second temperature sensor 130, the temperature measurement value estimation unit 132, and the control input switching unit 134 function as a temperature control device.

ガス化原料供給部108は、褐炭等の石炭、石油コークス(ペトロコークス)、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等液体原料といったガス化原料をガス化炉110に供給する。   The gasification raw material supply unit 108 supplies the gasification furnace 110 with gasification raw materials such as coal such as brown coal, solid raw materials such as petroleum coke (petro coke), biomass and tire chips, and liquid raw materials such as black liquor.

ガス化炉110では、流動媒体としての砂が、ガス化炉110の上方から導入される。また、ガス化炉110では、蒸気供給装置138が、ガス化炉110の下方から水蒸気を導入することで流動層(バブリング流動層)が形成される。そして、ガス化原料供給部108から流動層の上流側にガス化原料が供給されると、そのガス化原料が、水蒸気の存在下、700℃〜900℃で還元反応によりガス化され(水蒸気ガス化)、ガス化ガスが生成される。ガス化原料が石炭である場合、ガス化ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを主成分とし、タール、窒素や窒素化合物、硫黄や硫黄化合物を少量含んでいる。   In the gasification furnace 110, sand as a fluid medium is introduced from above the gasification furnace 110. In the gasification furnace 110, the steam supply device 138 introduces water vapor from below the gasification furnace 110 to form a fluidized bed (a bubbling fluidized bed). When the gasification raw material is supplied from the gasification raw material supply unit 108 to the upstream side of the fluidized bed, the gasification raw material is gasified by a reduction reaction at a temperature of 700 ° C. to 900 ° C. in the presence of water vapor (water vapor gas Gasification gas is generated. When the gasification raw material is coal, the gasification gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane as main components, and contains a small amount of tar, nitrogen, nitrogen compounds, sulfur, and sulfur compounds.

なお、ここでは、循環流動層方式のガス化炉110を例に挙げて説明するが、ガス化原料をガス化するガス化炉であれば、単なる流動層方式のガス化炉や、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式のガス化炉であってもよい。   Here, the circulating fluidized bed type gasification furnace 110 will be described as an example, but if it is a gasification furnace that gasifies the gasification raw material, a simple fluidized bed type gasification furnace or sand will be used. It may be a moving bed type gasification furnace that forms a moving bed by flowing down vertically.

また、ガス化炉110内で流動層を形成し、ガス化反応を終えた流動媒体は、未反応のガス化原料であるチャー(石炭に限らずバイオマス等ガス化原料の残渣)と共に燃焼炉114に導入される。   In addition, the fluidized medium in which the fluidized bed is formed in the gasification furnace 110 and the gasification reaction is finished is the combustion furnace 114 together with char (residue of gasification raw material such as biomass, not limited to coal) which is an unreacted gasification raw material. To be introduced.

改質炉112は、ガス化炉110で生成されたガス化ガスを900℃〜1500℃に加熱し酸素や空気を加え、ガス化ガスに含まれるタールを改質(酸化改質)する。改質炉112で改質されたガス化ガスは、後段の処理部において、さらに、粉塵、硫黄、アンモニア、塩素が除去され(精製され)、精製ガス化ガスとなる。   The reforming furnace 112 heats the gasification gas generated in the gasification furnace 110 to 900 ° C. to 1500 ° C., adds oxygen and air, and reforms (oxidation reforming) the tar contained in the gasification gas. The gasified gas reformed in the reforming furnace 112 is further removed (purified) from the dust, sulfur, ammonia, and chlorine in the subsequent processing section to become a purified gasified gas.

燃焼炉114は、鉛直方向に延びる筒形状で形成され、導入された流動媒体を、同じく導入されたチャーおよび補助燃料の燃焼によって加熱し、さらに空気が供給されて燃焼炉114上方に高速に流動化させる。   Combustion furnace 114 is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction, heats the introduced fluid medium by combustion of the introduced char and auxiliary fuel, and further flows through the combustion furnace 114 at a high speed by being supplied with air. Make it.

媒体分離器(サイクロン)116は、燃焼炉114で1000℃程度に加熱された、流動媒体と燃焼ガスとを分離し、流動媒体を降下させてガス化炉110に導入する。また、媒体分離器116で分離された燃焼ガスは、ボイラ等で熱回収される。   The medium separator (cyclone) 116 separates the fluidized medium and the combustion gas heated to about 1000 ° C. in the combustion furnace 114, lowers the fluidized medium, and introduces the fluidized medium into the gasification furnace 110. Further, the combustion gas separated by the medium separator 116 is heat recovered by a boiler or the like.

こうして、流動媒体は、ガス化炉110、燃焼炉114、媒体分離器116を循環する。このとき、流動媒体は、ガス化原料の流動量(ガス化ガスの生成量)を調整すべく、燃焼炉114において、その流速が調整されると共に、ガス化炉110におけるガス化に必要な700℃〜900℃の温度を適切に維持するため、燃焼炉114において温度制御が為されている。   Thus, the fluidized medium circulates through the gasification furnace 110, the combustion furnace 114, and the medium separator 116. At this time, the flow rate of the fluidized medium in the combustion furnace 114 is adjusted in the combustion furnace 114 in order to adjust the flow amount of the gasification raw material (the amount of gasification gas generated), and 700 required for gasification in the gasification furnace 110. Temperature control is performed in the combustion furnace 114 in order to appropriately maintain a temperature of from 0C to 900C.

燃焼炉空気導入部118は、燃焼炉114内に導入されたチャーを燃焼させるべく、また、燃焼炉114内に導入された流動媒体を上方に流動化させるべく、燃焼炉114内に下方から空気を供給する。燃焼炉空気導入部118は、空気の流量を調整することで、例えば、燃焼炉114内およびガス化炉110内の流動媒体の流動量を制御することができる。   The combustion furnace air introduction section 118 is used to burn the char introduced into the combustion furnace 114 and to cause the fluid medium introduced into the combustion furnace 114 to fluidize upward into the combustion furnace 114 from below. Supply. The combustion furnace air introduction unit 118 can control, for example, the flow amount of the fluid medium in the combustion furnace 114 and the gasification furnace 110 by adjusting the flow rate of air.

空気流量測定部120は、燃焼炉空気導入部118から燃焼炉114に供給される空気の流量を測定する。燃焼炉空気導入部118は、かかる空気流量測定部120で測定された空気の流量を帰還(フィードバック)させて、空気の流量を制御する。   The air flow rate measurement unit 120 measures the flow rate of air supplied from the combustion furnace air introduction unit 118 to the combustion furnace 114. The combustion furnace air introduction unit 118 controls the air flow rate by feeding back the air flow rate measured by the air flow rate measurement unit 120.

燃料供給部122は、流動媒体の温度を所定の値に加熱すべく、燃焼炉114内に制御弁124を通じて補助燃料を供給する。上述したように燃焼炉114内にはチャーが導入され、チャーの燃焼により流動媒体を加熱する。しかし、ガス化の過程に応じてチャーの量が変化するため、燃料供給部122は、チャーの不足を補い、補助燃料を加えて燃焼炉114内の温度を制御する。ここで補助燃料は、ガス化炉110同様、石炭やバイオマス等が用いられる。   The fuel supply unit 122 supplies auxiliary fuel into the combustion furnace 114 through the control valve 124 in order to heat the temperature of the fluid medium to a predetermined value. As described above, char is introduced into the combustion furnace 114, and the fluidized medium is heated by combustion of the char. However, since the amount of char changes according to the gasification process, the fuel supply unit 122 compensates for the shortage of char and adds auxiliary fuel to control the temperature in the combustion furnace 114. Here, as with the gasifier 110, coal, biomass, or the like is used as the auxiliary fuel.

燃料流量測定部126は、燃料供給部122から燃焼炉114に供給される補助燃料の流量を測定する。燃料供給部122は、かかる燃料流量測定部126で測定された補助燃料の流量を帰還させて、補助燃料の流量を制御する。   The fuel flow rate measurement unit 126 measures the flow rate of auxiliary fuel supplied from the fuel supply unit 122 to the combustion furnace 114. The fuel supply unit 122 controls the flow rate of the auxiliary fuel by feeding back the flow rate of the auxiliary fuel measured by the fuel flow rate measurement unit 126.

第1の温度センサ128は、熱電対やサーミスタで構成され、燃焼炉114内の所定の位置(第1の位置)における温度を計測し、第1の温度計測値を生成する。上述したように、燃焼炉114内では、燃焼炉空気導入部118から供給された空気量に応じ、流動媒体(砂)が飛散しながら高速で流動する。したがって、第1の温度センサ128が設置される第1の位置は環境条件として非常に過酷な条件であると言える。   The first temperature sensor 128 is composed of a thermocouple or a thermistor, measures the temperature at a predetermined position (first position) in the combustion furnace 114, and generates a first temperature measurement value. As described above, in the combustion furnace 114, according to the amount of air supplied from the combustion furnace air introduction unit 118, the fluid medium (sand) flows at high speed while being scattered. Therefore, it can be said that the first position where the first temperature sensor 128 is installed is a very severe condition as an environmental condition.

燃料供給部122は、上述した燃料流量測定部126で測定された流量と第1の温度センサ128で測定された第1の温度測定値とに基づいて補助燃料の流量を制御する。   The fuel supply unit 122 controls the flow rate of the auxiliary fuel based on the flow rate measured by the fuel flow rate measurement unit 126 and the first temperature measurement value measured by the first temperature sensor 128.

図2は、燃料供給部122の制御系を説明するための制御ブロック図である。図2のアウターループでは、減算器150が目標値として設定された温度設定値から第1の温度センサ128で測定された第1の温度測定値を減算し、PID機能部152においてPID係数が付加されて補助燃料の目標値が決定される。そして、図2のインナーループでは、減算器154が、補助燃料の目標値から燃料流量測定部126で測定された流量を減算し、PID機能部156においてPID係数が付加されて補助燃料の流量が決定され、制御弁124に伝達される。   FIG. 2 is a control block diagram for explaining a control system of the fuel supply unit 122. In the outer loop of FIG. 2, the subtracter 150 subtracts the first temperature measurement value measured by the first temperature sensor 128 from the temperature set value set as the target value, and the PID function unit 152 adds the PID coefficient. Thus, the target value of the auxiliary fuel is determined. In the inner loop of FIG. 2, the subtractor 154 subtracts the flow rate measured by the fuel flow rate measurement unit 126 from the target value of the auxiliary fuel, and the PID function unit 156 adds a PID coefficient so that the flow rate of the auxiliary fuel is increased. It is determined and transmitted to the control valve 124.

こうして、燃焼炉114内に導入されるチャーの量に拘わらず、燃焼炉114内の温度に応じて補助燃料の流量を適切に制御することができ、燃焼炉114内の温度を目標値として設定された温度設定値を維持することが可能となる。   Thus, regardless of the amount of char introduced into the combustion furnace 114, the flow rate of the auxiliary fuel can be appropriately controlled according to the temperature in the combustion furnace 114, and the temperature in the combustion furnace 114 is set as a target value. The set temperature set value can be maintained.

ただし、燃焼炉114内では、流動媒体である砂が燃焼ガスと共に高速で流動しているため、断線等により第1の温度センサ128が正常に機能しなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、第1の温度センサ128と独立して第2の温度センサ130を設けている。   However, in the combustion furnace 114, since the sand that is a fluid medium flows at a high speed together with the combustion gas, the first temperature sensor 128 may not function normally due to disconnection or the like. Therefore, in the present embodiment, the second temperature sensor 130 is provided independently of the first temperature sensor 128.

第2の温度センサ130は、熱電対やサーミスタで構成され、第1の位置と環境条件を異にする位置、例えば、第1の位置が環境条件として過酷(砂が飛散しながら高速で流動する等)な場合、その第1の位置と環境条件が異なる安静な、媒体分離器116における燃焼ガスの出口(第2の位置)に設置され、その第2の位置の温度を計測し、第2の温度計測値を生成する。本実施形態では、第1の温度センサ128や第2の温度センサ130といった複数の温度センサを環境条件が異なる位置にそれぞれ配すことを特徴としている。ただし、第1の位置と第2の位置は、所定の位置関係にあり、第1の温度計測値と第2の温度計測値とが相関性を有することを要す。例えば、本実施形態において、第1の位置と第2の位置は、燃焼炉114と媒体分離器116といったように、互いに連通し、流動媒体の循環経路となっている点で共通し、第1の温度計測値と第2の温度計測値とは相関性を有していると言える。   The second temperature sensor 130 is composed of a thermocouple or a thermistor, and the position where the first position differs from the environmental condition, for example, the first position is severe as the environmental condition (flows at high speed while sand is scattered). Etc.), it is installed at the outlet (second position) of the combustion gas in the medium separator 116 where the environmental conditions are different from the first position, and the temperature of the second position is measured and the second position is measured. The temperature measurement value of is generated. The present embodiment is characterized in that a plurality of temperature sensors such as the first temperature sensor 128 and the second temperature sensor 130 are respectively arranged at different environmental conditions. However, the first position and the second position are in a predetermined positional relationship, and it is necessary that the first temperature measurement value and the second temperature measurement value have a correlation. For example, in the present embodiment, the first position and the second position are common to each other in that they are in communication with each other and serve as a circulation path for the fluid medium, such as the combustion furnace 114 and the medium separator 116. It can be said that the measured temperature value and the second measured temperature value have a correlation.

温度計測値推定部132は、第1の温度計測値と第2の温度計測値の相関関係に基づいて、第2の温度計測値から第1の温度計測値を推定し、推定値を生成する。上述したように、第1の温度センサ128と第2の温度センサ130とは、相関性を有するように設置されるので、その相関性を用いて一方から他方を推測することができる。特に本実施形態では、第2の温度センサ130による第2の温度測定値から第1の温度測定値を推測する場合を説明する。   The temperature measurement value estimation unit 132 estimates the first temperature measurement value from the second temperature measurement value based on the correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value, and generates an estimated value. . As described above, since the first temperature sensor 128 and the second temperature sensor 130 are installed so as to have a correlation, the other can be estimated from one using the correlation. In particular, in the present embodiment, a case where the first temperature measurement value is estimated from the second temperature measurement value by the second temperature sensor 130 will be described.

図3は、第1の温度計測値と第2の温度測定値との相関関係の一例を示した説明図である。第2の温度センサ130は第1の温度センサ128より下流に位置しているため、その途中で加熱されない限り、第2の温度計測値は第1の温度計測値から降下する。また、第2の温度センサ130と第1の温度センサ128との位置関係は固定されているが、その温度計測値の降下量は、第1の温度センサ128の位置から第2の温度センサ130の位置まで流動媒体および燃焼ガスがどの程度の時間で移動するかに依存するので、燃焼炉114の空気の流量、即ち、空気流量測定部120で測定された流量が大きく影響することとなる。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value. Since the second temperature sensor 130 is located downstream from the first temperature sensor 128, the second temperature measurement value falls from the first temperature measurement value unless it is heated in the middle thereof. Further, although the positional relationship between the second temperature sensor 130 and the first temperature sensor 128 is fixed, the amount of decrease in the temperature measurement value is from the position of the first temperature sensor 128 to the second temperature sensor 130. Therefore, the flow rate of the air in the combustion furnace 114, that is, the flow rate measured by the air flow rate measurement unit 120 is greatly affected.

したがって、図3(a)では、燃焼炉114へ導入した空気の流量としての空気流量測定部120で測定された流量と、第2の温度計測値とに基づいて、例えば、図3(a)に示すMAP(テーブル)から求められる、第1の温度計測値と第2の温度計測値との温度差を第2の温度計測値に加算するといった相関関係により、第1の温度計測値と理論的に等しい推定値を導出することができる。また、図3(b)のように、空気流量測定部120で測定された流量と、第2の温度計測値とに基づいて、例えば図3(b)に示すMAPから求められる係数を第2の温度計測値に乗算して推定値を導出することもできる。   Therefore, in FIG. 3A, based on the flow rate measured by the air flow rate measurement unit 120 as the flow rate of the air introduced into the combustion furnace 114 and the second temperature measurement value, for example, FIG. The first temperature measurement value and the theory are obtained from the correlation obtained by adding the temperature difference between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value to the second temperature measurement value, which is obtained from the MAP (table) shown in FIG. Equally estimated values can be derived. Further, as shown in FIG. 3B, based on the flow rate measured by the air flow rate measurement unit 120 and the second temperature measurement value, for example, the coefficient obtained from the MAP shown in FIG. It is also possible to derive an estimated value by multiplying the measured temperature value.

また、図3に示すMAPは、当該循環流動層ガス化システム100を実際に運転したときの実測データから求めることができる。ここでは、空気流量測定部120で測定された流量と、第2の温度計測値とのそれぞれ複数点を対象として相関性をMAP化する。温度計測値推定部132は、その複数点の間における推定値を線形補間等の補間処理によって導出する。   Further, the MAP shown in FIG. 3 can be obtained from actually measured data when the circulating fluidized bed gasification system 100 is actually operated. Here, the correlation is mapped to a plurality of points each of the flow rate measured by the air flow rate measurement unit 120 and the second temperature measurement value. The temperature measurement value estimation unit 132 derives an estimated value between the plurality of points by an interpolation process such as linear interpolation.

また、図3(a)、(b)においては、空気流量測定部120で測定された流量と、第2の温度計測値とに基づいて、一旦、それぞれ温度差や係数を求め、その値を加算したり乗算したりしているが、空気流量測定部120で測定された流量と、第2の温度計測値とに基づいて図4の如く、推定値を直接導出するMAPを設けることもできる。ただし、図3や図4に示した数値はあくまで例示であり、実際の値がかかる数値と異なり得ることは言うまでもない。   Further, in FIGS. 3A and 3B, based on the flow rate measured by the air flow rate measuring unit 120 and the second temperature measurement value, a temperature difference and a coefficient are once obtained, and the values are obtained. Although adding or multiplying, a MAP that directly derives an estimated value based on the flow rate measured by the air flow rate measuring unit 120 and the second temperature measurement value can be provided as shown in FIG. . However, the numerical values shown in FIG. 3 and FIG. 4 are merely examples, and it goes without saying that actual values may be different from the numerical values.

制御入力切換部134は、常に、第1の温度センサ128が正常に機能しているか否か監視し、第1の温度センサ128が異常である(正常ではない)と判定した場合、燃料供給部122における制御入力を、第1の温度センサ128から得られる第1の温度計測値から、温度計測値推定部132で推定された推定値に切り換える。   The control input switching unit 134 always monitors whether or not the first temperature sensor 128 is functioning normally, and if it is determined that the first temperature sensor 128 is abnormal (not normal), the fuel supply unit The control input at 122 is switched from the first measured temperature value obtained from the first temperature sensor 128 to the estimated value estimated by the measured temperature value estimation unit 132.

図5は、燃料供給部122の制御系を説明するための制御ブロック図である。ここでは、図2で説明した制御系に、制御入力切換部134による制御入力の切り換え制御が追加されている。上述したように、第1の温度センサ128は、第2の温度センサ130より環境条件が過酷な位置に設置されているので、第1の温度センサが正常に機能しなくなるおそれがある。本実施形態では、温度計測値推定部132が第1の温度計測値の推定値を生成しているので、第1の温度センサ128が異常を示すと、第1の温度計測値に代えて、推定値を用いることで、燃料供給部122の温度制御を継続することが可能となる。   FIG. 5 is a control block diagram for explaining a control system of the fuel supply unit 122. Here, control input switching control by the control input switching unit 134 is added to the control system described in FIG. As described above, since the first temperature sensor 128 is installed at a position where the environmental conditions are more severe than those of the second temperature sensor 130, the first temperature sensor may not function normally. In the present embodiment, since the temperature measurement value estimation unit 132 generates the estimated value of the first temperature measurement value, if the first temperature sensor 128 indicates an abnormality, instead of the first temperature measurement value, By using the estimated value, the temperature control of the fuel supply unit 122 can be continued.

相関性導出部136は、第1の温度センサ128が正常に機能している間、第1の温度センサ128から得られる第1の温度計測値と、温度計測値推定部132から得られる推定値とを比較し、第1の温度計測値と推定値との差分値を相関関係に反映する。第1の温度センサ128が正常に機能している間は、推定値を要さないので、ここでは、正常に機能している間の推定値を利用して相関関係を校正している。   The correlation deriving unit 136 performs the first temperature measurement value obtained from the first temperature sensor 128 and the estimated value obtained from the temperature measurement value estimation unit 132 while the first temperature sensor 128 is functioning normally. And the difference value between the first measured temperature value and the estimated value is reflected in the correlation. Since the estimated value is not required while the first temperature sensor 128 is functioning normally, here, the correlation is calibrated using the estimated value while functioning normally.

温度計測値推定部132は、予め定められた相関関係に基づいて、例えば、図3に示したMAPに基づいて推定値を生成する。しかし、経年や設計変更等に応じてその相関関係が変化する場合も生じ得る。ここでは、相関性導出部136が、例えば、第1の温度計測値と推定値との差分値に低域通過フィルタ(LPF)等を施した値をMAPに反映することで、リアルタイムに適切な相関関係を構築することができ、それに伴って、温度計測値推定部132は、より高精度に第1の温度計測値の推定値を導出することが可能となる。   The temperature measurement value estimation unit 132 generates an estimated value based on, for example, the MAP shown in FIG. 3 based on a predetermined correlation. However, the correlation may change depending on aging, design change, or the like. Here, for example, the correlation deriving unit 136 reflects a value obtained by performing a low-pass filter (LPF) or the like on the difference value between the first temperature measurement value and the estimated value in the MAP, so that the appropriate value is obtained in real time. Correlation can be constructed, and accordingly, the temperature measurement value estimation unit 132 can derive the estimated value of the first temperature measurement value with higher accuracy.

以上、説明した循環流動層ガス化システム100では、過酷な条件下において、たとえ第1の温度センサ128が異常となったとしても、第1の温度センサ128より安静な条件下にある第2の温度センサ130に切り換えることで、追従制御ができるので、温度制御装置は、安定した温度制御を継続的に実行することが可能となり、燃焼炉114内において、効率よくガス化を行うための必要かつ適切な燃焼を遂行することができる。こうして、運転員は、第1の温度センサ128が正常に動作しているか否かを意識せずとも、安定した温度制御を継続することが可能となる。   As described above, in the circulating fluidized bed gasification system 100 described above, even under severe conditions, even if the first temperature sensor 128 becomes abnormal, the second condition under which the first temperature sensor 128 is more quiet. Since the tracking control can be performed by switching to the temperature sensor 130, the temperature control device can continuously perform stable temperature control, and is necessary for efficient gasification in the combustion furnace 114. Appropriate combustion can be performed. In this way, the operator can continue stable temperature control without being aware of whether or not the first temperature sensor 128 is operating normally.

(温度制御方法)
図6は、本実施形態にかかる循環流動層ガス化システム100を用いた温度制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。
(Temperature control method)
FIG. 6 is a flowchart showing a process flow of the temperature control method using the circulating fluidized bed gasification system 100 according to the present embodiment.

図6に示すように、燃焼炉空気導入部118は、ガス化炉110内の流動媒体の目標とする流動量に応じて、燃焼炉114に供給する空気の目標流量を決定し、その目標流量と空気流量測定部120で測定された流量とに基づいて空気の流量を制御する(S200)。   As shown in FIG. 6, the combustion furnace air introduction unit 118 determines a target flow rate of air supplied to the combustion furnace 114 in accordance with a target flow amount of the fluid medium in the gasification furnace 110, and the target flow rate The air flow rate is controlled based on the flow rate measured by the air flow rate measuring unit 120 (S200).

続いて、温度計測値推定部132は、第1の温度計測値と第2の温度計測値の相関関係に基づいて、第2の温度計測値から第1の温度計測値を推定し、推定値を生成する(S202)。制御入力切換部134は、第1の温度センサ128が正常に機能しているか否か監視し(S204)、第1の温度センサ128が正常に機能している間(S204におけるYES)、燃料供給部122の制御入力として第1の温度測定値を選択し(S206)、第1の温度センサ128が正常に機能していないと(S204におけるNO)、燃料供給部122の制御入力として、温度計測値推定部132が推測した推定値を選択する(S208)。   Subsequently, the temperature measurement value estimation unit 132 estimates the first temperature measurement value from the second temperature measurement value based on the correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value, and the estimated value Is generated (S202). The control input switching unit 134 monitors whether or not the first temperature sensor 128 is functioning normally (S204), and supplies fuel while the first temperature sensor 128 is functioning normally (YES in S204). When the first temperature measurement value is selected as the control input of the unit 122 (S206) and the first temperature sensor 128 is not functioning normally (NO in S204), the temperature measurement is performed as the control input of the fuel supply unit 122. The estimated value estimated by the value estimating unit 132 is selected (S208).

燃料供給部122は、図5で説明したように、選択された制御入力と、燃料流量測定部126で測定された流量とに基づいて補助燃料の流量を決定し、その流量を制御弁124に伝達し(S210)、制御弁124は、燃料供給部122から伝達された流量の補助燃料を燃焼炉114に供給する(S212)。   As described with reference to FIG. 5, the fuel supply unit 122 determines the flow rate of the auxiliary fuel based on the selected control input and the flow rate measured by the fuel flow rate measurement unit 126, and sends the flow rate to the control valve 124. Then, the control valve 124 supplies the auxiliary fuel at the flow rate transmitted from the fuel supply unit 122 to the combustion furnace 114 (S212).

このようにして温度制御された燃焼炉114において加熱された流動媒体と燃焼ガスは、媒体分離器116によって、流動媒体と燃焼ガスとが分離され、分離された流動媒体がガス化炉110に導入される(S214)。ガス化炉110では、導入された流動媒体にガス化原料を供給し、水蒸気の存在下で流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させる(S216)。そして、役目を終えた流動媒体と未反応のチャーは再び燃焼炉114に導入され、加熱される(S218)。こうして、ガス化炉110において流動媒体が所定の温度になるように温度制御されつつ、流動媒体が循環することとなる。   The fluid medium and the combustion gas heated in the temperature-controlled combustion furnace 114 are separated from the fluid medium and the combustion gas by the medium separator 116, and the separated fluid medium is introduced into the gasification furnace 110. (S214). In the gasification furnace 110, the gasification raw material is supplied to the introduced fluid medium, and the gasification raw material is gasified by the heat of the fluid medium in the presence of water vapor (S216). The fluid medium that has finished its role and the unreacted char are again introduced into the combustion furnace 114 and heated (S218). In this way, the fluidized medium circulates while the temperature of the fluidized medium is controlled to be a predetermined temperature in the gasification furnace 110.

以上説明した、温度制御方法においても、過酷な条件下においても、安定した温度制御を継続的に実行することが可能となる。   Even in the temperature control method described above, it is possible to continuously perform stable temperature control even under severe conditions.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

なお、本明細書の温度制御方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。   Note that each step of the temperature control method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include processing in parallel or by a subroutine.

本発明は、過酷な環境条件下で温度制御を行う温度制御装置および温度制御方法に利用することができる。   The present invention can be used for a temperature control device and a temperature control method for performing temperature control under severe environmental conditions.

100 …循環流動層ガス化システム
110 …ガス化炉
114 …燃焼炉
116 …媒体分離器
118 …燃焼炉空気導入部
120 …空気流量測定部
122 …燃料供給部
124 …制御弁
126 …燃料流量測定部
128 …第1の温度センサ
130 …第2の温度センサ
132 …温度計測値推定部
134 …制御入力切換部
136 …相関性導出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Circulating fluidized bed gasification system 110 ... Gasification furnace 114 ... Combustion furnace 116 ... Medium separator 118 ... Combustion furnace air introduction part 120 ... Air flow measurement part 122 ... Fuel supply part 124 ... Control valve 126 ... Fuel flow measurement part 128 ... first temperature sensor 130 ... second temperature sensor 132 ... temperature measurement value estimation unit 134 ... control input switching unit 136 ... correlation derivation unit

Claims (4)

第1の位置における温度を計測し、第1の温度計測値を生成する第1の温度センサと、
前記第1の位置と環境条件を異にする第2の位置の温度を計測し、第2の温度計測値を生成する第2の温度センサと、
前記第1の温度計測値と前記第2の温度計測値の相関関係に基づいて、前記第2の温度計測値から前記第1の温度計測値を推定し、推定値を生成する温度計測値推定部と、
前記第1の温度センサが異常であると判定した場合、制御入力を、前記第1の温度計測値から、前記推定値に切り換える制御入力切換部と、
を備えることを特徴とする温度制御装置。
A first temperature sensor for measuring a temperature at a first position and generating a first temperature measurement value;
A second temperature sensor that measures a temperature at a second position that is different from the first position in environmental conditions, and generates a second measured temperature value;
Temperature measurement value estimation that estimates the first temperature measurement value from the second temperature measurement value based on the correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value, and generates an estimated value And
A control input switching unit that switches a control input from the first measured temperature value to the estimated value when it is determined that the first temperature sensor is abnormal;
A temperature control device comprising:
水蒸気の存在下で流動媒体の熱によりガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成すると共に、該流動媒体と未反応のチャーを導出するガス化炉と、
前記流動媒体の存在下で未反応のチャーを燃焼して該流動媒体を加熱し、加熱された該流動媒体と燃焼ガスとを導出する燃焼炉と、
前記燃焼炉において燃焼を補助する補助燃料の供給量を制御する燃料供給部と、
前記流動媒体と前記燃焼ガスとを分離し、該流動媒体を前記ガス化炉に導入する媒体分離器と、
を備える循環流動層ガス化システムに用いられ、
前記第1の位置は、前記燃焼炉内であり、
前記第2の位置は、前記媒体分離器における燃焼ガスの出口近傍であり、
前記制御入力切換部は、前記第1の温度センサが異常であると判定した場合、前記燃料供給部における制御入力を、前記第1の温度計測値から、前記推定値に切り換えることを特徴とする温度制御装置。
A gasification furnace that gasifies the gasification raw material by heat of the fluidized medium in the presence of water vapor to generate a gasified gas, and derives unreacted char from the fluidized medium;
A combustion furnace that burns unreacted char in the presence of the fluidized medium to heat the fluidized medium and derives the heated fluidized medium and combustion gas;
A fuel supply unit for controlling a supply amount of auxiliary fuel for assisting combustion in the combustion furnace;
A medium separator for separating the fluid medium and the combustion gas and introducing the fluid medium into the gasification furnace;
Used in a circulating fluidized bed gasification system,
The first position is in the combustion furnace;
The second position is near the outlet of the combustion gas in the media separator;
The control input switching unit switches the control input in the fuel supply unit from the first measured temperature value to the estimated value when it is determined that the first temperature sensor is abnormal. Temperature control device.
前記推定値は、前記燃焼炉へ導入した空気の流量と前記第2の温度計測値とに基づいて求められる温度差を前記第2の温度計測値に加算するか、または、前記燃焼炉へ導入した空気の流量と前記第2の温度計測値とに基づいて求められる係数を前記第2の温度計測値に乗算して導出されることを特徴とする請求項2に記載の温度制御装置。   The estimated value is obtained by adding a temperature difference obtained based on a flow rate of air introduced into the combustion furnace and the second temperature measurement value to the second temperature measurement value, or introducing the temperature difference into the combustion furnace. The temperature control device according to claim 2, wherein the temperature control device is derived by multiplying the second temperature measurement value by a coefficient obtained based on the flow rate of the measured air and the second temperature measurement value. 第1の位置における温度を計測し、第1の温度計測値を生成する第1の温度センサと、該第1の位置と環境条件を異にする第2の位置の温度を計測し、第2の温度計測値を生成する第2の温度センサとを備える温度制御装置を用いて温度を制御する温度制御方法であって、
前記第1の温度計測値と前記第2の温度計測値の相関関係に基づいて、前記第2の温度計測値から前記第1の温度計測値を推定し、推定値を生成し、
前記第1の温度センサが異常であると判定した場合、制御入力を、前記第1の温度計測値から、前記推定値に切り換えることを特徴とする温度制御方法。
A first temperature sensor that measures a temperature at the first position and generates a first temperature measurement value; a temperature at a second position that differs from the first position in environmental conditions; A temperature control method for controlling the temperature using a temperature control device comprising a second temperature sensor that generates a temperature measurement value of
Based on the correlation between the first temperature measurement value and the second temperature measurement value, the first temperature measurement value is estimated from the second temperature measurement value, and an estimated value is generated,
When it is determined that the first temperature sensor is abnormal, a control input is switched from the first measured temperature value to the estimated value.
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