JP5076207B2 - バーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１および７の前文によるバーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する方法および装置に関する。

先端技術により、バーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する装置および方法が数多く知られている。流動性材料とは、バーナーシステムの燃料供給に使用できる全ての材料であると解釈する。ここに例を挙げると、あらゆる炭塵や廃炭、とりわけ廃プラスチックなどがこれにあたる。この流動性材料は、微粒子または粗粒子の形状をとることができる。廃プラスチックは、例えば廃タイヤやカーペットの小片のように細断してもよいが、例えば、プラスチックコンテナやプラスチックパッケージングのように、そのまま使用することもできる。通常、流動性材料は、サイロまたはバンカーに格納されており、例えば、セメント製造に用いるロータリーキルンのようなバーナーシステムに計測装置と搬送装置を用いて供給される。

注ぎ込み可能な材料を連続的に重量運搬および／または混合するようなシステムについては、例えば独国特許出願公開第４０ ２３ ９４８ Ａ１号明細書により公知であり、このシステムは、独国特許出願公開第３２ １７ ４０６ Ａ１号明細書またはＥＰ−Ａ−０ １９８ ９５６号明細書による回転型計測秤を利用している。かかる計量機器を利用する理由は、注ぎ込み可能な材料の流量を連続的に測定する際に閉鎖された空気運搬通路内で使用可能であること、また単位時間あたりの供給量を変化させるか、または速度を変更することにより注ぎ込み可能な材料のスループットに影響を与えられることである。例えば、ＤＥ ３２ １７ ４０６に説明するように、コンピュータ制御型中央計測制御システムを用いて、所望の混合比または単位時間当たりの所望の運搬量（運搬速度）をそれぞれ制御する。バンカー計量セルの計量信号を入力信号として使用し、特に計測ローターの速度を制御して注ぎ込み可能な材料を供給する。

さらに、ＤＥ ４４ ４３ ０５３号明細書からも、このような装置は公知である。ここに記載される連続的に重量計測を行い、流動性材料の質量流量を測定する装置は、流量計、特に瞬間質量流量を測定するコリオリ計量ホイール(Coriolis metering wheel)と、そしてこの流量計の下流側に接続する計測装置とを備える。流量計は、計測制御ユニットを介して計測装置に接続されており、質量流量の偏移に応じて流量計上で計測装置の送出を時間をずらして制御することができる。

バーナーシステムへの流動性材料の供給、特に異なる流動性材料を供給することになっている場合、環境および経済性を考慮すれば、燃焼工程が最適に行われるような方法で供給を管理することが益々重要になってきている。これは、燃焼工程を最適に行うと同時に所望の温度を常時保つことができるような方法で、燃料としての流動性材料と空気の供給を制御しなければならないことを意味する。燃料が異なることに関連する問題として、個々の品物、つまり流動性材料の発熱量全体を測定することが今まで不可能であったということが挙げられる。このため、現在では、例えば炭塵など通常セメント製造用のロータリーキルンに用いられる燃料の一部のみを廃プラスチックなどの代替燃料で部分的に代用している。また、プラスチックの各種類によって発熱量の大きさが異なるので、一種類のプラスチック材料だけを加える試みも頻繁に行われている。「混じり気のなく類別された」プラスチック材料は、原油等級に値する発熱量を有するが、とりわけ廃棄物管理下で得られた混合プラスチック材料の破片は、木材または石炭に近い発熱量である。

本発明の目的は、個々の品物の状態および発熱量に応じた流動性材料の計測が可能な、バーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する方法および装置を提供することである。

この目的は、請求項１による方法と請求項７による装置によって達成される。好適な実施形態は、下位クレームの主題である。

瞬間質量流量は、流量計を用いて、あるいは例えばコンベヤばかりまたはコリオリ計量ホイールなどの計測装置を組み合わせた本発明による方法で測定される。このように、連続的に流れる材料の質量は連続的に測定され、また、質量の測定に加え、流れた流動性材料の種類も決定する。これにより、炭塵、プラスチック材料、廃カーペット、廃タイヤ、木材または他の可燃物のうちどれを炉に供給するのかを決定する。さらに、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）またはプラスチックがコーティングされた材量を含有しているかどうかなど、プラスチック材料の種類がさらに決定される。特に、各リサイクルプラスチックの種類が決定されることになる。既存の流動性材料の発熱量についてはそれぞれ公知であるので、複数の流動性材料の瞬間発熱量は、質量流量測定についてのデータおよび流動性材料の種類と各材料の発熱量を決定したデータから決定される。瞬間発熱量は、瞬間的に炉に供給される流動性材料の発熱量として示される（質量および種類の決定時に）。次に、瞬間発熱量に応じて、計測装置の送出を調節し、設定運搬速度に適合するようにする。かかる調節は、例えば、燃料を加減して炉に供給したり、または空気の供給量を調節したりして行われる。本発明による方法および本発明の方法が実施される本発明による個々の装置により、流動性材料の破片ひとつひとつの発熱量が炉に供給する前にわかり、計測を正確に調節できることが確実となる。予想発熱量を推定する必要もなくなる。その代わり、この目的を達成するための正確なデータがある。このように、燃焼工程を最適化することができ、環境面および経済面についても最良な形で配慮することになる。

本発明につき、添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。

図１に、本発明の実施形態の概略図を示す。この図は、装置１００の概略構成と各信号、および材料の流れを示す。流動性材料は、サイロ１０２からドローオフ装置１０３を介して流量計１０４および材料認識システム１２０の両方に供給される。燃料の流れについては、図１に、実線矢印１５０で示す。流量計１０４を通過後、これらの材料はさらに計測装置１０８を介して、バーナーシステム１４０に流れる。ドローオフ装置１０３としては、例えば、区画状ホイールスルース(cellular wheel sluices)または計量ウォームなど、あらゆる既存の装置を利用することができる。流量計としても多くの既存の流量計を利用することができるが、図１による実施形態の流量計１０４にはコンベヤばかりを有する流量計を使用するのが好ましい。また、様々な装置を計測装置１０８として利用でき、例えば、区画状ホイールスルースまたは計量ウォーム、あるいは、この２つの組み合わせまたはモジュールである図３の回転型計測秤を使用することもできる。バーナーシステム１４０としては、例えばセメント製造用のロータリーキルンを用いるのが好ましい。また、発電所のバーナーシステムなど他のバーナーシステムを利用することも可能である。この流動性燃料材料は、流量計１０４だけでなく、材料認識システム１２０にも流入する。図１の実施形態において、材料認識システム１２０は、流量計１０４の中または上方に配置されているが、計測装置の直前または流量計１０４の直後に配置することも可能である。

材料認識システム１２０は、非接触材料センサ、特にマイクロ波センサ、Ｘ線センサまたは近赤外分光センサを備える。この材料認識システム１２０は、材料センサによる感知が可能な放射線を流動性材料に照射することができる放射線源をさらに備えている。近赤外分光センサを使用するのが好ましい。このように、材料認識システム１２０を用いて、各流動性材料を認識する。材料認識システムで測定されたデータは、演算ユニット１３０に送られる（矢印１７０）。ここで、データが評価され、決定された流動性材料の種類はそれぞれ発熱量と関連付けられる。次に、演算ユニットと関連付けられたデータは、計測制御ユニット１１０に送られる（矢印１７５）。この計測制御ユニット１１０は、流量計１０４が測定した質量流量の測定に関するデータも受信する（矢印１６０）。

図１に、計測制御ユニット１１０によって受信されるパラメータを破線で示す。この計測制御ユニット１１０は、受信データを評価し、流動性材料の瞬間発熱量を決定する。この瞬間発熱量に応じて、計測装置１０８の送出を調節し、設定運搬速度に適合するようにする。これについては、鎖線１８０で示す。さらに調節する必要があれば、バーナーシステム１４０への空気供給を調節するが、これについてはブロワー１１８の制御ユニットを利用して実行する（矢印１８５）。計測制御ユニットから発せられる信号はすべて、鎖線で示す。矢印１９０で示すように、ブロワー１１８は、バーナーシステム１４０へ供給する空気量の調節を行う。流動性燃料を加減して運搬するように計測装置１０８を調節すると共に、ブロワー１１８を調節し空気供給量を増減することにより、バーナーシステム１４０内で流動性材料を燃焼させることが可能となる。

図２は、連続的に重量を計測し、質量流量を測定する装置１を示す。調節可能な設定運搬速度にしたがって計測される運搬材料、特に注ぎ込み可能な流動性材料は、ここでは区画状ホイールスルースの形態で構成されるドローオフ装置３を用いてバンカーまたはサイロ２から供給される。運搬された材料は、ハウジング５内に配置され、計測部を画定する流量計４に到達する。本明細書において、流量計４は、コリオリ計量ホイールとして構成されており、その詳細については独国特許出願公開第４１ ３４ ３１９ Ａ１号明細書に記載されている。このコリオリ計量ホイールは、本件の場合、ハウジング５から横方向に突出する駆動ハウジング上に保持されており、ロードセル７上にジブによって制限された範囲で枢動するように搭載された電気モーター６によって駆動される。計量ホイールが略一定速度で回転するのに必要なトルクは、コリオリ力の発生によって変化するため、この駆動トルクの変化にともない、横方向に配置されたロードセル７にかかる反作用モーメントは、流れる材料の質量と正比例する。

駆動モーター６の消費電力によって、トルクの変化を検出することもでき、これにより質量流量を測定する。コリオリの計測原理に基づく流量計４には、非常に高い計測精度を有するという利点があるが、バッフルプレート付連続フロー計量機、あるいは誘電型または容量型の流量計など、他の流量計を使用することも可能である。

流動性材料を計測運搬する計測装置８として、本件の場合、空気コンベヤ１８が設けられており、吹き出しライン９に通じている。流量計４の変換器、つまりロードセル７は、計測制御ユニット１０と接続している。この計測制御ユニット１０は、瞬間質量流量を測定し、その流量を設定運搬速度と関連付け、これにより変換器は、計測装置８のモーター１８ａを直接作動させて、空気コンベヤ１８の速度を変化させ、設定運搬速度を一定に保つ。流量計４が質量流量の負の偏差を測定する場合、空気コンベヤ１８の速度をそれぞれの値分上げて、運搬速度を維持する。これに関連して、計測装置８を流量計４またはバーナーシステム４０からある一定の距離をおいて配置したことによって幾何学的に所定の条件が存在することとなり、計測制御ユニット１０は、吹き出しライン９で乱れが起こった時間を正確に計算することができる。これは、材料認識システム１２０によって測定された瞬間発熱量に関連づけることもできる。その結果、計測制御ユニット１０は、この時点またはその直前に、計測装置８の慣性特性を考慮して、速度を例えば０.２％上げるコマンドをそれぞれ与えることができる。したがって、この装置１により、実際の運搬速度を予測して調節するようなことが可能になる。

有利な実施形態では、流量計４に供給する質量流量を実質一定に維持するために、流量計４の測定結果に従いドローオフ装置３を制御または調節することができる。格別簡易な実施形態において、ドローオフ装置３と計測装置８を同時に調節するには、駆動モーター１８ａからの駆動と、それに関連する計測装置８の伝達を分けるようにすれば十分である。全く別々のモーターを設け、計測制御ユニット１０によって電気的に結合させて作動させることもできると理解されたい。

本発明によると、装置１は、材料認識システム２０（図４に参照番号１２０で示すシステムと同様）を備えるが、ここでは流量計４の前に配置されている。図２の実施形態において、この材料認識システム２０は近赤外分光計２１を備える。材料センサ２２、より正確に言うと、近赤外分光センサは、通過した流動性材料の光吸収を感受する。近赤外光が、流動性材料に対して均一に照射される。放射線源２３と２４は、この近赤外光のために備えられているのだが、このような光線源として、例えばハロゲンランプを使用することもできる。材料センサ２２は、非接触型センサであり、流動性材料の距離に関わらず透過光および反射光を集光し、これらの光を適切な光導波路を介して分光計２１へと導く。種類の異なる流動性材料はそれぞれ固有の光吸収性を有しているので、このように認識することができる。近赤外領域は、８５０〜２２００nmのスペクトル域に達し、この波長範囲内で、例えばＯ−Ｈ−、Ｎ−Ｈ−またはＣ−Ｈ−の分子振動が明確な吸収帯として現れる。個々の帯域の吸光度を評価することにより、複雑な混合物であってもその組成について正確に提示することが可能になる。これは、流動性材料をバーナーシステム４０に供給している間にその場で直接行うことができ、リアルタイムに結果が出る。データは、分光計２１により、演算ユニット３０に送られる。演算ユニット３０において、データは、校正方法または既知の情報源から知られる燃料データと比較され、それぞれ既知の発熱量と関連づけられる。次に、このデータは、計測制御ユニット１０に供給される。計測制御ユニット１０は、流量計４で取得したデータを利用し、システムに供給する燃料の瞬間発熱量を考慮して、運搬速度を調節し、設定運搬速度に適合するようにする。計測装置、およびドローオフ装置の調節は、このようにして行うことができる。

さらに、計量フラップ１８'を空気コンベヤ１８上に設けて調節を行うことも可能である。この計量フラップは、流量計４に測定される瞬間質量流量と発熱量に応じて、空気の流れを変え、ハウジング５からの出力を制御する。設定運搬速度を維持するために、駆動モーター１８ａの速度の調節および／または計量フラップ１８'の開閉後、正の偏差または負の偏差に応じて、空気コンベヤ１８による空気注入量を変更することができる。

さらに、補助ブロワー２８を吹き出しライン９に接続し、データの連結点から始まる実線で示すように、補助ブロワー２８の駆動モーター２８ａを計測制御ユニット１０に接続することも可能である。この二次空気量および／または気流速度を変更しなくとも、更なる代替案として、一次空気ブロワー３８を再調整することが可能になる。固定距離、この場合はｈ＋｜１＋｜２と、流量計４からバーナーシステム４０に続く開口までの時間差を予め設定することができる。一次空気供給の変更は、特にこの場合では、バーナーシステム４０において空燃比を維持することに関係する。結果として、図示する３つのブロワー１８、２８、３８を、例えば計測制御ユニット１０と一体のコントローラ内で互いに接続しておくのが好ましい。それにより、ブロワー１８内で空気量が増加した場合、燃料供給量だけでなく、好ましくは設定値に応じた化学量論的空燃比を維持するべく、空気供給量をブロワー３８内で逐次削減する。

図３は、この装置の好適な実施形態を示す（各構成要素には同じ参照番号を付す）。すなわち、上述の構成の回転型計測秤を備えた装置を示す。２つの矢印で示すように、計測装置８としての回転型計測秤の構成は、構成の結果として同時に流量計４を組み込んだ形になっている。これにより、モジュール型の装置をとりわけ小型に構成することができ、図１および２に示す個々の構成要素は、実用的に一つの計測装置の中に組み合わせることができる。ここで関係する材料認識システム２０をバンカー２から材料注入口の直前に配置することも可能である。また、材料認識システム２０を回転型計測秤４および８のハウジング内で一体化することもできる。同等のものを出願人の計測装置と類似する装置、例えば計測鎖てんびんに適用する。

本発明による装置のブロック図を示す。 本発明の実施形態の概略図を示す。 回転型計測秤の形態のさらに好適な実施形態を示す。

Claims (13)

1. バーナーシステムの燃料として流動性材料をバーナーシステムに送出する際に、流動性材料の瞬間質量流量を測定し、計測装置でバーナーシステムに対する流動性材料の送出量を調整する、バーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する方法であって、
   流動性材料が破片であり、瞬間質量流量が計測された前記各流動性材料の種類を破片ごとにそれぞれ決定し、前記各流動性材料の破片ごとの瞬間発熱量を、質量流量の測定値、前記各流動性材料の種類を決定したデータ、及び、種類ごとに既知である個々の発熱量を決定したデータから決定し、前記計測装置から出力される前記流動性材料の運搬速度を、前記瞬間発熱量に応じて、バーナーシステムの燃焼工程が行われるよう設定された運搬速度に調節することを特徴とする上記の方法。
2. 前記流動性材料の種類は、近赤外分光法によって決定される請求項１に記載の方法。
3. 前記流動性材料はプラスチック材料である請求項１に記載の方法。
4. 前記計測装置の出力は、計測装置とバーナーシステムとの間の距離を考慮して調節される請求項１に記載の方法。
5. 前記計測装置の出力は、前記計測装置の速度を変更することにより制御または調節される請求項１に記載の方法。
6. 前記計測装置が、流動性材料を計測運搬する空気コンベヤであって、空気コンベヤ介して出力される流動性材料の出力量が、空気量および/または気流速度を変更することにより調節される請求項１に記載の方法。
7. バーナーシステムの燃料として流動性材料をバーナーシステムに送出する際に、流動性材料の瞬間流体質量を測定し、計測装置を用いてバーナーシステムに対する流動性材料の送出量を調整できる、バーナーシステム用の流動性材料を連続的に重量計測する装置であって、
   瞬間質量流量が計測された破片状の流動性材料のいかなる種類をも破片ごとに決定する材料認識システム、前記破片ごとの流動性材料の瞬間熱出力を決定する演算ユニット、および前記破片ごとの流動性材料の瞬間熱出力を基に、前記計測装置から出力されるバーナーシステムに対する前記流動性材料の供給速度を、バーナーシステムの燃焼工程が行われるよう設定された供給速度に調整して、前記流動性材料を出力する計量コントロールユニットが設けられている装置。
8. 前記材料認識システムが、非接触材料センサと、前記材料センサによる感知可能な放射線を前記流動性材料に照射することができる放射線源とを含む請求項７に記載の装置
9. 前記材料センサは、近赤外分光センサであり、前記放射線源は、近赤外範囲の光を出射し、特に前記放射線源は、ハロゲンランプである請求項８に記載の装置。
10. 前記材料認識システムは前記計測装置の直前に配置されている請求項７に記載の装置。
11. 前記流動性材料は、プラスチック材料である請求項７に記載の装置。
12. 前記バーナーシステムは、セメント製造用のロータリーキルンである請求項７に記載の装置。
13. 前記計測装置と前記流量計で１つのユニット、特に回転型計測秤を形成する請求項７に記載の装置。

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