JP5930322B2 - 再生式に加熱される産業炉を制御運転する方法、制御装置及び産業炉 - Google Patents
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Description
原則、産業炉は、ガラス製造での使用に限定されない。例えば冒頭で述べた形態の産業炉は、金属製造等においても使用可能である。しかし、冒頭で述べた形態の再生式の産業炉は、ガラス製造においてガラスを溶融させるために特に好適であることが判っている。
本発明が解決しようとする課題は、再生式に加熱される産業炉を制御運転する改良された方法、この方法を実施する改良された制御装置及び改良された産業炉を提供することである。特に、従来技術の上述の欠点は、可能な限り解消されることが望ましい。
方法に関して、上記課題は、請求項1の特徴部に記載の特徴を備える冒頭で述べた形態の方法により解決される。さらに本発明は上記課題を、請求項16に係る制御装置及び請求項18に係る産業炉により解決する。
ここで、不正空気と称呼される量XFは、すべての外乱及び燃焼空気収支に対する外的な影響の和を含む。
本発明の別の好ましい態様は、従属請求項に係る発明であり、上述のコンセプトを課題設定の枠内でかつ別の利点に関して実現する好適な可能性を個々に提示する。
‐目下の不正空気を特定し、可視化すること、
‐不正空気を抑制又は低減すること、
‐不可避の不正空気を補償あるいは相殺すること、
を意味している。
SP_空気: 燃焼空気量の目標値、
SP_Lambda: 所望の空気過剰の規定値、
LMIN: この燃料の化学量論的な最低空気量、
燃料: 燃料量の目標値と実際値との最大値、
XFA: 管理下にない空気の能動的に補償すべき量、
である。
Claims (24)
- 再生式に加熱される産業炉(100)を制御運転する方法であって、前記産業炉(100)は、炉室(10)を有し、
燃料を噴射するために形成された少なくとも1つの燃料インジェクタ(20,20′)を介して燃料を前記炉室(10)に噴射するステップと、
排ガス(AG)からの熱を再生式に蓄熱するとともに該熱を燃焼空気(VB)に伝熱するために形成され、前記少なくとも1つの燃料インジェクタ(20,20′)に対応配置された左側の再生器(50)及び右側の再生器(50′)により、燃料とは別に、第1の周期持続時間中に燃焼空気(VB)を前記炉室(10)に、かつ第2の周期持続時間中に排ガス(AG)を前記炉室(10)から、周期的に交互に導くステップであって、前記燃焼空気(VB)の供給を制御ループにより自動的に制御するステップと、
前記左側の再生器及び/又は右側の再生器に設けられた測定素子としての排ガス分析装置により、酸素含有量を、燃焼空気(VB)及び/又は排ガス(AG)の空気過剰数(λ)を直接求めるために測定し、前記空気過剰数(λ)を、プロセス値として、測定された酸素含有量から直接求めるステップと、
を有する、再生式に加熱される産業炉(100)を制御運転する方法において、
前記空気過剰数のプロセス値を前記制御ループのλ制御器に実際値(λ実際)として提供し、かつ
不正空気指標により、
不正空気が、第1の場合、左側及び/又は右側の再生器内又は該再生器より前の上流において流入しているか、又は
不正空気が、第2の場合、左側及び/又は右側の再生器より後の下流、及び/又は前記炉室内において流入しているか、
を求め、
不正空気指標の第1の場合のための制御ループの第1の部分において、前記λ制御器の出力に基づいて、第1の制御素子によって、燃焼空気の前記炉室への供給を操作量として調節し、かつ
不正空気指標の第2の場合のための制御ループの第2の部分において、前記λ制御器の出力に基づいて、第2の制御素子によって、前記炉室内の炉圧を操作量として調節する、
ことを特徴とする、再生式に加熱される産業炉を制御運転する方法。 - 前記第1の制御素子を、燃焼空気の流量を制御するために形成された絞り手段として燃焼空気供給部に形成し、かつ/又は前記第2の制御素子を、炉圧に対する背圧を形成するために形成されたスライダとして排ガス導出部に形成する、請求項1記載の方法。
- 燃焼空気(SP_空気)の供給をPID制御器により自動的に制御し、該PID制御器の目標値を、燃料量と、この燃料の化学量論的な所要空気量(LMIN)と、目標量(SP_Lambda)として予め設定される空気過剰数ラムダの目標値(λ目標)との積から、産業炉外からの管理下にない不正空気供給(XFA)の、求められる量を差し引いて、下記式:
SP_空気=SP_Lambda*LMIN*燃料−XFA
に基づいて形成する、請求項1又は2記載の方法。 - 管理下にない不正空気供給(XFA)を、連続的に作業する排ガス分析装置に基づいた燃焼計算によって継続的に求める、請求項3記載の方法。
- 前記排ガス分析装置は、ラムダセンサであるか、又は酸化ジルコニウム式センサである、請求項4記載の方法。
- 燃焼空気(SP_空気)の、目標量として予め設定される空気過剰数ラムダの目標値(λ目標)を燃料量で割って、継続的に修正される空燃比(SP_空気/燃料)を、下記式:
SP_空気/燃料=SP_Lambda*LMIN−XFA/燃料
に基づいて形成し、該空燃比を前記制御ループのλ制御器に供給する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 温度制御において、
制御量としての炉室温度と、
炉室温度のための第1の制御器と、
前記第1の制御器に対応配置された制御素子とを介して、燃料流及び/又は燃焼空気流の形態の調節可能な第1の操作量を調節する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 左側及び右側の再生器に関する対称制御において、
左側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第1の予熱特性量及び右側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第2の予熱特性量と、
前記第1及び第2の予熱特性量の差のための第2の制御器と、
前記第2の制御器に対応配置された制御素子とを介して、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第2の操作量を調節する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。 - 第1の予熱特性量と第2の予熱特性量との間の差の大きさを、ゼロに近い閾値を下回る値に制限するために、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第2の操作量を調節する、請求項8記載の方法。
- 熱伝達量として、第1の期間であって、該第1の期間の分だけ左側の再生器及び右側の再生器のうち高温の再生器に関して第1の周期持続時間を延長かつ/又は左側の再生器及び右側の再生器のうち低温の再生器に関して第1の周期持続時間を短縮する第1の期間を調節し、かつ/又は
熱伝達量として、第2の期間であって、該第2の期間の分だけ左側の再生器及び右側の再生器のうち低温の再生器に関して第2の周期持続時間を延長かつ/又は左側の再生器及び右側の再生器のうち高温の再生器に関して第2の周期持続時間を短縮する第2の期間を調節する、
請求項8または9記載の方法。 - 前記第1の期間と前記第2の期間とが同じ値である、請求項10記載の方法。
- 第1の予熱特性量と第2の予熱特性量との間の差を、不正空気指標の枠内の対称制御の制御結果として、炉室及び/又は再生器内の管理下にない空気流入の評価のために使用する、請求項8から11までのいずれか1項記載の方法。
- 前記差を、不正空気指標の枠内で、再生器の状態のさらなる評価及び/又はその他の影響量の評価のために使用する、請求項12記載の方法。
- 不正空気指標は、周期持続時間を数倍上回る時間スケールにおいて平均して再生器の加熱が示される場合、不正空気が左側及び/又は右側の再生器より後の下流、及び/又は炉室内において流入することを判定する、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
- 平均して前記再生器のために第1の周期持続時間が延長されるかつ/又は第2の周期持続時間が繰り返し短縮される、請求項14記載の方法。
- 同時に使用される複数の燃料のために空気比を、これらの燃料の割合の変更時に不変の酸素供給を維持するために、これらの空気比が互いにそれぞれの燃料の化学量論的な所要空気量の比にあるように形成する、請求項1から15までのいずれか1項記載の方法。
- 不正空気指標の枠内で、再生式の加熱の火炎周期の時間中の、管理下にない空気の量の時間的な傾向の観察及び/又は分析から、周期的に繰り返す特徴的な傾向パターンを求める、請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。
- 前記傾向パターンを、管理下にない空気の連続するプロセス値の平滑化及び先を見越した制御のために使用する、請求項17記載の方法。
- 炉圧の所定の最低値を安定限界として維持し、安定限界を上回る炉圧値については、管理下にない空気が、それぞれ異なる高さの燃焼空気流によっては影響を受けないか、又は受けたとしても極僅かである、請求項1から18までのいずれか1項記載の方法。
- 制御される燃焼空気流の最低量を、再生器の温度が予め設定された温度閾値の下にあるように制限する、請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。
- 前記空気過剰数の前記プロセス値を、該空気過剰数の目標値(λ目標)に対する実際値(λ実際)として、実際値(λ実際)と目標値(λ目標)から形成された制御偏差(Δλ)を求めるために、前記制御ループのλ制御器(Rλ)に提供し、前記λ制御器(Rλ)は前記制御偏差(Δλ)を出力し、該制御偏差(Δλ)は閉ループ制御式に取り除かれる、請求項1から20までのいずれか1項記載の方法。
- 産業炉(100)において、請求項1から21までのいずれか1項記載の方法を実施する制御装置であって、産業炉制御部を備え、該産業炉制御部は、
λ制御モジュール(200)であって、左側及び/又は右側の再生器に設けられた測定素子としての排ガス分析装置によって、酸素含有量を介して、燃焼空気及び/又は排ガスの空気過剰数(λ)を直接求めるために測定可能な、実際値(λ実際)としての空気過剰数のための入力部を有するλ制御モジュールと、
不正空気指標モジュールであって、不正空気が、第1の場合、左側及び/又は右側の再生器内又は該再生器より前の上流において流入しているか、又は不正空気が、第2の場合、左側及び/又は右側の再生器より後の下流、及び/又は前記炉室内において流入しているか、を求めることが可能な不正空気指標モジュールと、
分岐モジュールであって、
不正空気指標の第1の場合のためのλ制御モジュール(200)の制御ループの第1の部分(I)において、λ制御器の出力に基づいて、第1の制御素子によって、燃焼空気の炉室への供給を第1の操作量として調節し、かつ
不正空気指標の第2の場合のためのλ制御モジュール(200)の制御ループの第2の部分(II)において、λ制御器の出力に基づいて、第2の制御素子によって、前記炉室内の炉圧を第2の操作量として調節する、
ことを行わせるために形成されている分岐モジュールと、
を備えることを特徴とする、制御装置。 - 温度制御モジュールを備え、該温度制御モジュールによって、
制御量としての炉室温度と、
炉室温度のための第1の制御器と、
前記第1の制御器に対応配置された制御素子とを介して、燃料流及び/又は燃焼空気流の形態の調節可能な第1の操作量が調節可能であり、かつ
左側及び右側の再生器に関する対称制御モジュールを備え、該対称制御モジュールによって、
左側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第1の予熱特性量及び右側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第2の予熱特性量と、
前記第1及び第2の予熱特性量の差のための第2の制御器と、
前記第2の制御器に対応配置された制御素子とを介して、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第2の操作量が調節可能である、
請求項22記載の制御装置。 - 再生式に加熱される産業炉であって、
炉室を備え、さらに
燃料を噴射するために形成されている、炉室内に燃料を噴射する少なくとも1つの燃料インジェクタと、
排ガスからの熱を再生式に蓄熱するとともに該熱を燃焼空気に伝熱するために形成され前記少なくとも1つの燃料インジェクタに対応配置された左側の再生器及び右側の再生器であって、燃料とは別に、第1の周期持続時間中に燃焼空気を前記炉室に、かつ第2の周期持続時間中に排ガスを前記炉室から、周期的に交互に導く左側の再生器及び右側の再生器と、
請求項22又は23記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする、再生式に加熱される産業炉。
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