KR20200118493A - Flame image analysis for furnace combustion control - Google Patents
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Abstract
노의 연소 제어 시스템의 작동은 이미지와 화염의 일산화탄소 함량을 상관시키기 위한, 노 내에서의 연소에 의해 생성되는 화염의, 노 외부에서의 또는 노 내에서의, 이미지 분석, 및 상관관계에 응답한 노 내로의 산소 및/또는 연료 유동의 조정에 의해 제어된다.The operation of the furnace combustion control system is responsive to image analysis, and correlation of the flame produced by combustion in the furnace, outside or within the furnace, to correlate the image with the carbon monoxide content of the flame. It is controlled by adjustment of the flow of oxygen and/or fuel into the furnace.
Description
본 발명은 노(furnace)로부터의 일산화탄소의 방출을 제어하고/하거나 줄이기 위한, 재료가 가열되고 가열이 일산화탄소의 형성을 유발할 수 있는 노(노라는 것은 연료 및 가스상 산화제가 연소되는 연소실과 같은 봉쇄된 공간을 의미한다)를 위한 연소 제어 시스템의 작동에 관한 것이다.The present invention is intended to control and/or reduce the emission of carbon monoxide from the furnace, in which the material is heated and the heating can cause the formation of carbon monoxide (a furnace is a closed chamber such as a combustion chamber in which fuel and gaseous oxidants are burned. Means space) for the operation of the combustion control system.
재료가 노 내에서 가열되는 작업은 노 내의 일산화탄소의 형성으로 이어질 수 있다. 일산화탄소가 형성될 수 있게 하는 메커니즘은 노에서의 연료의 불완전 연소; 노 내에서 가열될 재료가 또한 연소되도록 의도될 때 가연성 재료의 불완전 연소; 및/또는 가열될 재료 내에 또는 그 상에 존재하는 탄소질 재료의 변환을 포함한다. 그러한 변환의 예는 탄소질 재료의 열분해 및/또는 불완전 연소를 포함한다.The operation of the material being heated in the furnace can lead to the formation of carbon monoxide in the furnace. The mechanisms by which carbon monoxide can be formed include incomplete combustion of fuel in the furnace; Incomplete combustion of combustible materials when the material to be heated in the furnace is also intended to be burned; And/or conversion of the carbonaceous material present in or on the material to be heated. Examples of such transformations include pyrolysis and/or incomplete combustion of carbonaceous materials.
일산화탄소가 노 내에 형성될 때, 노 밖으로의 일산화탄소의 방출은 보통 바람직하지 않다. 흡수제에의 일산화탄소의 흡수, 또는 일산화탄소와 반응하는 반응물을 오프가스에 추가와 같은, 노를 떠나는 가스상 오프가스로부터 일산화탄소를 제거하기 위한 다양한 기술이 존재한다. 그러한 기술은 구현 및 제어의 비용 및 어려움과 같은 문제점을 나타낸다.When carbon monoxide is formed in the furnace, the release of carbon monoxide out of the furnace is usually undesirable. Various techniques exist for the removal of carbon monoxide from gaseous offgas leaving the furnace, such as absorption of carbon monoxide into an absorbent, or addition of reactants that react with carbon monoxide to the offgas. Such techniques present problems such as cost and difficulty of implementation and control.
본 발명은 노로부터의 일산화탄소의 방출을 회피하기 위한 효율적인 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 개선된 효율성 및 생산율을 달성하도록 노의 작동을 제어하기 위한 효율적인 방법을 제공한다.The present invention provides an efficient method for avoiding the emission of carbon monoxide from the furnace. The invention also provides an efficient method for controlling the operation of a furnace to achieve improved efficiency and production rates.
본 발명의 일 태양은 노 내의 재료를 가열하는 방법이며, 방법은One aspect of the present invention is a method of heating a material in a furnace, the method
(A) 연도(flue)를 갖는 노 내의 탄소질 물질을 포함하는 재료를, 노 내로 공급되는 연료 및 가스상 산화제의 노 내에서의 연소에 의해 발생되는 열을 이용하여 가열하여서, 탄소질 물질로부터 유도되는 일산화탄소를 생성하는 단계 - 연도로부터 노 밖으로 연장될 수 있는 화염이 노 내에 형성됨 -;(A) A material containing carbonaceous substances in a furnace having a flue is heated using heat generated by combustion of fuel and gaseous oxidizer supplied into the furnace in the furnace, and derived from carbonaceous substances. Producing carbon monoxide that is formed in the furnace, a flame that can extend out of the furnace from the flue;
(B) 화염의 강도에 대응하고 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대응하는 적어도 하나의 파라미터를 전자적으로 표현함으로써, 노 외부에 위치된 디지털 카메라에 의해 노 외부에서 또는 내부에서 촬영된 화염의 이미지들로부터 화염 중의 일산화탄소의 농도를 특성화하고, 적어도 하나의 파라미터의 표현된 값들에 대한 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도들의 사전결정된 상관관계들로부터 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 결정하는 단계;(B) Flame from images of the flame taken outside or inside the furnace by a digital camera located outside the furnace, by electronically expressing at least one parameter corresponding to the intensity of the flame and corresponding to the concentration of carbon monoxide in the flame. Characterizing the concentration of carbon monoxide in the flame and determining the characterized concentration of carbon monoxide in the flame from predetermined correlations of actual concentrations of carbon monoxide in the flame for the expressed values of the at least one parameter;
(C) 단계 (B)에 따라 특성화된 바와 같은 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 상기 농도에 대한 사전확립된 임계 농도 값과 비교하는 단계;(C) comparing the characterized concentration of carbon monoxide in the flame as characterized according to step (B) with a pre-established threshold concentration value for said concentration;
(D) 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도가 상기 사전확립된 임계 농도 값을 초과할 때, 노 외부에서 디지털 카메라에 의해 촬영된 화염의 이미지들로부터 화염 중의 일산화탄소의 농도를 계속 특성화하면서, 노 내에서 반응하는 데 이용가능한 노 내로 공급되는 산소의 양, 연료의 양, 또는 산소 및 연료 둘 모두의 양들을 사전결정된 길이의 시간 동안 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 사전확립된 임계 농도 값 이하로 낮추는 데 효과적인 양 또는 양들로 조정하는 단계를 포함한다.(D) When the characterized concentration of carbon monoxide in the flame exceeds the pre-established threshold concentration value, in the furnace, continuing to characterize the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame taken by a digital camera outside the furnace. The amount of oxygen, the amount of fuel, or both oxygen and fuel supplied into the furnace available to react to reduce the characterized concentration of carbon monoxide in the flame for a predetermined length of time below a pre-established threshold concentration value. Adjusting to an effective amount or amounts.
본 발명의 다른 태양은 노 내의 재료를 가열하는 방법이며, 방법은Another aspect of the present invention is a method of heating the material in the furnace, the method
(A) 연도를 갖는 노 내의 탄소질 물질을 포함하는 재료를, 노 내로 공급되는 연료 및 가스상 산화제의 노 내에서의 연소에 의해 발생되는 열을 이용하여 가열하여서, 탄소질 물질로부터 유도되는 일산화탄소를 생성하는 단계 - 연도로부터 노 밖으로 연장될 수 있는 화염이 노 내에 형성됨 -;(A) A material containing a carbonaceous material in a furnace having a flue is heated by using heat generated by combustion in the furnace of fuel and gaseous oxidant supplied into the furnace, thereby reducing carbon monoxide derived from the carbonaceous material. Generating-a flame is formed in the furnace that can extend out of the furnace from the flue;
(B) 화염의 강도에 대응하고 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대응하는 적어도 하나의 파라미터를 전자적으로 표현함으로써, 노 외부에 위치된 디지털 카메라에 의해 노 외부에서 또는 노 내부에서 촬영된 화염의 이미지들로부터 화염 중의 일산화탄소의 농도를 특성화하고, 적어도 하나의 파라미터의 표현된 값들에 대한 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도들의 사전결정된 상관관계들로부터 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 결정하는 단계;(B) By electronically expressing at least one parameter corresponding to the intensity of the flame and corresponding to the concentration of carbon monoxide in the flame, from images of the flame taken outside the furnace or inside the furnace by a digital camera located outside the furnace. Characterizing the concentration of carbon monoxide in the flame and determining the characterized concentration of carbon monoxide in the flame from predetermined correlations of actual concentrations of carbon monoxide in the flame for expressed values of at least one parameter;
(C) 단계 (B)에 따라 특성화된 바와 같은 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 상기 농도에 대한 사전확립된 임계 농도 값과 비교하는 단계;(C) comparing the characterized concentration of carbon monoxide in the flame as characterized according to step (B) with a pre-established threshold concentration value for said concentration;
(D) 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도가 상기 사전확립된 임계 농도 값을 초과할 때, 노 외부에서 디지털 카메라에 의해 촬영된 화염의 이미지들로부터 화염 중의 일산화탄소의 농도를 계속 특성화하면서, 노 내의 일산화탄소와 반응하는 데 이용가능한 노 내로 공급되는 산소의 양을 사전결정된 길이의 시간 동안 화염 중의 일산화탄소의 특성화된 농도를 사전확립된 임계 농도 값 이하로 낮추는 데 효과적인 양으로 조정하는 단계를 포함한다.(D) When the characterized concentration of carbon monoxide in the flame exceeds the pre-established threshold concentration value, carbon monoxide in the furnace, while continuing to characterize the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame taken by a digital camera outside the furnace. Adjusting the amount of oxygen supplied into the furnace available to react with the amount effective to lower the characterized concentration of carbon monoxide in the flame below a pre-established threshold concentration value for a predetermined length of time.
도 1은 본 발명이 노 장치 상에서 어떻게 구현될 수 있는지를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 단계들의 시퀀스를 보여주는 차트이다.1 is a schematic diagram showing how the present invention can be implemented on a furnace apparatus.
2 is a chart showing the sequence of steps of the present invention.
본 발명은 노 내에서 가열될 수 있는 임의의 재료의 가열에 유용하다. 그러한 재료의 예는 완성 생성물뿐만 아니라 스크랩(scrap)을 포함한, 철 및 강철과 같은 철 금속뿐만 아니라, 철 광석 및 다른 화합물을 포함한다. 추가의 예는 완성 생성물뿐만 아니라 스크랩을 포함한, 알루미늄 및 구리와 같은, 비철 금속과, 이들의 광석 및 다른 화합물을 포함한다. 임의의 그러한 재료의 가열은 추가의 화학적 및/또는 물리적 처리를 위해 이들을 준비하기 위해 채용된다.The present invention is useful for heating any material that can be heated in a furnace. Examples of such materials include finished products as well as ferrous metals such as iron and steel, including scrap, as well as iron ores and other compounds. Further examples include finished products as well as non-ferrous metals, such as aluminum and copper, and ores and other compounds thereof, including scrap. Heating of any such materials is employed to prepare them for further chemical and/or physical treatment.
본 발명은 또한 재료의 일부 또는 전부가 용융되는 재료의 가열에 유용하다. 그러한 작업에서, 재료는 전술한 금속, 금속 산화물 및 다른 금속 화합물 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 다른 예는 용융 유리를 형성하기 위해 유리제조 노 내에서 함께 용융되는 생성물을 포함하며; 그러한 재료는 컬릿(cullet)으로 알려진 재활용 유리 조각, 및 유리를 제조하기 위해 함께 용융되는 배치(batch)로 알려진 원료를 포함하며, 그러한 재료는 전형적으로 산화나트륨, 산화칼륨, 및 나트륨 및 칼륨의 실리케이트를 포함한다. 그러한 작업의 다른 예는 시멘트 킬른(cement kiln)이며, 여기서 전형적으로 석회 또는 석회석, 및 실리카 및/또는 알루미노실리케이트(점토) 및 다른 원하는 첨가제를 포함하는 원료들이 함께 가열되어, 이들이 용융되고 서로 반응하여 시멘트를 구성하는 화합물을 형성한다.The invention is also useful for heating materials in which some or all of the materials are melted. In such an operation, the material may include any of the metals, metal oxides and other metal compounds described above. Other examples include products that are melted together in a glass making furnace to form molten glass; Such materials include pieces of recycled glass known as cullets, and raw materials known as batches that are melted together to make the glass, such materials are typically sodium oxide, potassium oxide, and silicates of sodium and potassium. Includes. Another example of such an operation is a cement kiln, where raw materials, typically comprising lime or limestone, and silica and/or aluminosilicate (clay) and other desired additives are heated together so that they melt and react with each other. To form the compounds that make up the cement.
본 발명은 또한, 소각로와 같이, 재료의 일부 또는 전부가 연소되어야 하는 재료의 가열에 유용하다. 본 발명의 이러한 태양의 실시에서 가열될 수 있는 재료는 모든 가연성 생성물, 예를 들어 탄소질 연료, 및 고체 폐기물을 포함한다.The invention is also useful for heating materials, such as incinerators, in which some or all of the materials must be burned. Materials that can be heated in the practice of this aspect of the invention include all combustible products, such as carbonaceous fuels, and solid waste.
본 발명에 따라 처리되는 재료들 중 임의의 것은 이들이 약간의 탄소질 물질을 포함한다는 특성을 가지며, 따라서 재료를 가열하는 것은 탄소질 물질로부터 일산화탄소가 노 내에 형성되게 할 수 있다. 존재하는 탄소질 물질은 가열되는 재료 내에 존재하는 유기 화합물일 수 있고/있거나, 노 내에서 가열된 다음 연소되는 재료의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 구리, 철 및/또는 강철을 포함하는 스크랩은 그 상에 페인트 또는 다른 유기 코팅, 유기 식품 및/또는 인간 배설물 등과 같은 탄소질 물질을 보유할 수 있다. 유리제조 재료에 존재하는 컬릿은 그 상에 그것이 컬릿으로서 재활용되기 전에 컬릿 상에 존재하였던 식품 또는 다른 유기 물질의 잔류물인 유기 물질을 보유할 수 있다.Any of the materials treated according to the present invention have the property that they contain some carbonaceous material, so heating the material can cause carbon monoxide to form in the furnace from the carbonaceous material. The carbonaceous material present may be an organic compound present in the material being heated and/or may include some or all of the material that is heated and then burned in the furnace. For example, scraps comprising aluminum, copper, iron and/or steel may have carbonaceous materials such as paints or other organic coatings, organic foods and/or human waste thereon. A cullet present in the glassmaking material may retain on it organic matter, which is a residue of food or other organic matter that was present on the cullet before it was recycled as a cullet.
노 내에 형성되는 일산화탄소는 노 내에서의 연료의 불완전 연소; 노 내에서 가열될 재료가 또한 연소되도록 의도될 때 가연성 재료의 불완전 연소; 및/또는 가열될 재료 내에 또는 그 상에 있는 탄소질 재료의 변환 - 그러한 변환의 예는 탄소질 재료의 열분해 또는 불완전 연소를 포함함 - 과 같은 몇몇 가능한 메커니즘들 중 어느 하나 이상의 메커니즘에 의해 생성될 수 있다. 노로부터의 일산화탄소 방출이 일산화탄소의 소스에 무관하게 바람직하지 않은 것처럼, 본 발명은 노로부터 방출될 위험이 있는 일산화탄소가 그로부터 형성되는 소스 또는 메커니즘에 무관하게 유용하다.The carbon monoxide formed in the furnace is caused by incomplete combustion of the fuel in the furnace; Incomplete combustion of combustible materials when the material to be heated in the furnace is also intended to be burned; And/or transformation of the carbonaceous material in or on the material to be heated, examples of such transformations including pyrolysis or incomplete combustion of the carbonaceous material, to be produced by any one or more of several possible mechanisms. I can. Just as carbon monoxide emissions from a furnace are undesirable irrespective of the source of carbon monoxide, the present invention is useful irrespective of the source or mechanism by which carbon monoxide, which is at risk of being released from the furnace, is formed therefrom.
도 1을 참조하면, 노(1)가 단면으로 도시되어 있다. 도시된 노는 도 1에 도시된 실시예에서 수평일 축을 중심으로 회전될 수 있는 노의 전형적인 것인 형상을 갖지만, 본 발명은 또한 임의의 다른 유형 및 형상의 노로 실시될 수 있다. 노(1) 내에, 가열될 재료가 2로 표시되어 있다. 재료(2)는 버너(11)에서의 연료(13)와 산화제(12)의 연소에 의해 노 내에 형성된 화염(4)으로부터의 열에 의해 가열된다. 적합한 연료(13)는 임의의 가연성 탄소질 물질일 수 있으며, 그의 바람직한 예는 메탄, 천연 가스, 및 무화 연료유를 포함한다. 12에서 공급되는 적합한 산화제는 산소, 예컨대 공기, 산소-풍부 공기, 및 산소 함량이 적어도 50 부피%, 바람직하게는 적어도 90 부피%인 스트림을 함유하는 임의의 가스상 생성물을 포함한다. 그러한 상승된 산소 함량을 갖는 스트림은 대기 가스의 몇몇 공급자들 중 임의의 것으로부터 구매가능하다. 하나의 화염(4)이 도시되어 있지만, 본 발명이 실시될 수 있는 노는 하나 초과의 버너(11) 및 하나 초과의 화염(4)을 포함할 수 있다.1, a
노(1)는 가스상 생성물이 그를 통해 노(1) 밖으로 나갈 수 있는 적어도 하나의 연도(6)를 포함한다. 연도(6) 밖으로 나가는 가스상 생성물은 산화제(12)와 연료(13) 간의 연소의 가스상 생성물, 예컨대 이산화탄소 및 수증기를 포함하며, 휘발성 유기 화합물(VOC)을 함유할 수 있고 일산화탄소를 함유할 수 있다. 본 발명의 실제 응용에서, 단지 하나의 연도(6)만이 존재하는 경우, 화염(15)이 연도(6)의 출구(7)로부터 연장될 수 있다. 2개 이상의 연도(6)가 존재하는 경우, 적어도 하나의 연도(6)의 적어도 하나의 출구(7)로부터 연장되는 화염(15)이 있을 수 있다. 일산화탄소가 화염(15) 중에 존재할 수 있고, 화염(15) 중에 완전히 연소될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.The
노(1)는 노의 벽 내의 사이트 포트(sight port)(10)를 포함할 수 있으며, 이를 통해 노(1) 내부의 화염(4)이 노(1) 외부로부터 관찰될 수 있다.The
본 발명에 따르면, 카메라(21)가 노(1) 외부에 위치된다. 카메라(21)는 카메라(21)가 그를 통해 이미지를 수신하는 조리개(22)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 카메라(21)는 카메라(21)의 조리개(22)가 화염(15) 쪽을 향하도록 노(1)에 대해 위치된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 카메라(21)는 카메라(21)의 조리개(22)가 사이트 포트(10)와 정렬되어, 카메라(21)가 노(1) 내부의 화염(4)의 이미지를 수신할 수 있도록 노(1)에 대해 위치된다.According to the present invention, the
카메라(21)는 디지털 카메라이며, 이는 카메라(21)가 물체의 하나 이상의 특성을 검출하고(이 경우에, 검출된 특성은 카메라(21)가 그쪽을 향하는 화염의 강도를 적어도 포함함), 검출된 특성에 대응하는 이미지를 디지털 형태로 전자적으로 표현한다는 것을 의미한다. 이러한 능력을 가진 디지털 카메라들은 구매가능하다. 이들은 독립형 유닛일 수 있거나, 추가적인 기능적 능력(예컨대, 전화 통신, 시간 기록 등)을 또한 갖는 장비 아이템의 일부일 수 있다.The
여전히 도 1을 참조하면, 제어 장치(25)가 버너(11)로의(또는 하나 초과의 버너(11)가 존재하는 경우 다수의 버너로의) 산화제(12) 및 연료(13)의 유량을 제어한다. 선택적으로 그러나 바람직하게는, 추가의 산화제가 노(1) 내로 넣어져야 할 때 보충 산화제를 노(1) 내로 방출하기 위해 랜스(lance)(27)가 제공된다. 랜스(27)를 통한 산화제의 유동은 제어 장치(29)에 의해 제어된다. 랜스(27)를 통과해 노(1) 내로 넣어질 수 있는 산화제는 공기, 산소-풍부 공기, 또는 산소 함량이 적어도 50 부피% 그리고 심지어 적어도 90 부피%인 더 높은 순도의 산화제일 수 있다. 랜스(27)를 통해 노(1) 내로 공급되는 산화제의 산소 함량은 노(1) 내로 공급되는 산화제(12)의 산소 함량에 대해 동일하거나 상이할 수 있다.Still referring to FIG. 1, the
도 1에서, 블록(23)은 도 2에서 31, 33 및 35로서 제시되는 단계들의 시퀀스를 수행하는 완전한 시스템을 지칭한다. 시스템은 하나의 통합 장치 내에 존재할 수 있거나, 특정 단계들을 수행하는 구성요소들이 다른 구성요소들로부터 물리적으로 분리되고 적합한 케이블에 의해 또는 케이블 없는 무선 연결에 의해 서로 연결될 수 있다. 구성요소들 중 일부 또는 전부가 카메라(21)에 포함될 수 있다. 그러나, 기능의 용이함을 위해 그리고 카메라(21)가 고온이고 먼지가 많으며 이에 따라 프로세서와 같은 구성요소에 잠재적으로 가혹할 수 있는 환경에 위치될 수 있는 가능성 때문에, 카메라(21)가 다른 구성요소로부터 물리적으로 분리되고, 카메라(21)가 적어도 먼저 카메라(21)에 의한 이미지의 획득을 따르는 단계 31을 수행하는 구성요소에 케이블 또는 무선 연결에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 시스템(23)은 카메라(21)에 연결되어 카메라(21)로부터 입력을 수신하고, 시스템(23)은 제어 장치(25) 및 (존재하는 경우) 제어 장치(29)에 연결되어, 제어 장치(25, 29)에 신호를 제공한다.In FIG. 1, block 23 refers to a complete system that performs the sequence of steps presented as 31, 33 and 35 in FIG. 2. The system may exist in one integrated device, or the components performing certain steps may be physically separated from other components and connected to each other by suitable cables or by cableless wireless connections. Some or all of the components may be included in the
작동 시, 노(1) 내의 재료(2)의 존재 하에서 노(1) 내부에서 연소가 수행된다. 화염이 노 내에 형성되는데, 이는 연도(6)의 개방부(7)로부터 연장되어 나오는 화염(15)으로서 나타날 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 카메라(21)는 화염(15)을 향하여, 화염(15)의 이미지가 조리개(22)를 통해 수신된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 카메라(21)는 노(1) 쪽을 향하여, 노(1) 내부의 화염(4)의 이미지가 사이트 포트(10)를 통해 조리개(22)에서 수신된다. 화염(15 또는 4)은 매우 밝을 수 있으며, 따라서 조리개(22) 및 노출이 이미지의 초점 번짐(blooming)을 방지하도록 조정되어야 한다. 몇몇 상황에서, 이미지가 매우 어두울 때 적절한 해상도가 달성되도록 이미지의 노출을 동적으로 조정할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 대부분의 상황에서, 그러한 동적 조정은 필요하지 않다. 카메라 이미지의 뷰 팩터(view factor) 및 해상도는 이미지 크기가 적어도 50 × 50 픽셀, 바람직하게는 적어도 300 × 300 픽셀이 되게 하는 것이어야 한다. 당업자는 화염(15 또는 4)으로부터의 카메라(21)의 주어진 거리에 대한, 그리고 화염(15 또는 4)의 주어진 크기에 대한 적절한 이미지 해상도 및 이미지 뷰 팩터를 용이하게 결정할 수 있다. 카메라(21)는 화염(15) 또는 화염(4)의 강도와 같은, 화염의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여, 화염(15) 또는 화염(4)의 디지털 전자 이미지를 생성한다. 전자 이미지는 단계 31을 수행하는 장치로 카메라(21)에 의해 전자적으로 전송된다.In operation, combustion is carried out inside the
단계 31에서, 화염(15 또는 4)의 이미지에 대응하는 신호는, 화염의 강도 또는 다양한 강도를 나타내고, 카메라(21)의 시야 내에 있는 화염의 영역에 걸쳐 다양한 값들을 포함할 수 있는 하나 이상의 값으로 변환된다. 강도가 검출되고 디지털 방식으로 표현되어 검출된 강도에 대응하는 값들의 어레이를 생성한다. 검출된 강도 파라미터는 또한 화염 중에 존재하는 일산화탄소의 농도에 대응한다.In
단계 33에서, 검출된 강도 파라미터는 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도에 대한 강도 파라미터의 사전확립된 상관관계와 비교된다. 사전확립된 상관관계는 가스 샘플링 프로브를 사용한 가스 샘플링에 이어서 샘플링된 가스의 분석, 또는 연속적인 방출 모니터링과 같은 확립된 기술을 통해 화염 중의 일산화탄소의 농도를 동시에 측정하고, 카메라(21)에 의해 검출된 바와 같은 강도에 기초한 값으로부터 단계 31에서 도출된 표현된 파라미터의 값을 관찰하고, 측정된 농도 및 파라미터 값을 함께 기록 - 여기서 이들은, 예컨대 컴퓨터에서 또는 작성된 카탈로그에서, 함께 판독될 수 있음 - 함으로써 확립될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템에 의해 표현된 각각의 강도 파라미터는 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도 값에 대응한다. 표현된 파라미터와 측정된 일산화탄소 농도 사이의 기존 상관관계의 결정은 노에서의 시스템의 초기 설정 동안 이미 수행되었을 수 있으며, 보통 노가 작동되고 있을 때마다 주어진 노에서 반복될 필요가 없다. 그러나, 조작자는 주어진 노가 작동되어야 하는 조건이 상당히 상이할 상황에서 주어진 노에서뿐만 아니라 상이한 노들에 대해 상관관계들의 새로운 세트를 확립하는 것이 바람직하다는 것을 발견할 수 있다.In
본 명세서에 기술된 시스템은 노 작동을 제어하는 몇몇 방법들 중 임의의 것을 달성하는 데 사용될 수 있다. 하나의 그러한 방법은 노로의 산소 공급의 제어에 의해 일산화탄소 방출을 제어하는 것이며, 이는 이제 기술된다:The system described herein can be used to achieve any of several methods of controlling furnace operation. One such method is to control carbon monoxide emissions by controlling the oxygen supply to the furnace, which is now described:
노의 작동은 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대한 사전확립된 값을 가질 것이며, 따라서 그 값을 초과하는 일산화탄소 농도 값은 허용가능하지 않고 낮아져야 한다. 과량의 일산화탄소의 전형적인 값은 3 부피% 내지 30 부피%의 범위일 수 있지만, 값은 위치, 노(1) 내에서 가열되는 재료(2)의 성질, 또는 다른 조건에 따라 달라질 수 있다. 사전확립된 값은 환경 피해의 과도한 위험성을 나타내는, 또는 적용가능한 환경 규제의 위험성 위반을 나타내는, 또는 노 내의 경제적 조건과 열역학적 조건의 바람직하지 않은 불균형을 나타내는 값들과 같은, 조작자에 대한 중요성을 갖는 임의의 인자 또는 인자들의 그룹에 기초한다.The operation of the furnace will have a pre-established value for the concentration of carbon monoxide in the flame, so values of carbon monoxide concentration exceeding that value are unacceptable and must be lowered. Typical values of excess carbon monoxide may range from 3% by volume to 30% by volume, but the value may vary depending on the location, the nature of the
단계 33에서, 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대한 사전확립된 값(이는 또한 임계값 또는 설정점으로 지칭될 수 있음)이 저장되고, 어느 한 시점에서의 화염 중의 일산화탄소 농도에 대응하는 검출된 강도 파라미터가 사전확립된 임계값과 비교된다. 비교는 임의의 원하는 레이트(rate)로 수행될 수 있지만, 바람직하게는 비교는 매 2초 내지 5초마다 한 번의 레이트로 수행된다. 바람직하게는 비교는 적합하게 프로그램된 제어기에 의해 자동으로 수행된다.In
검출 및 처리된 강도 파라미터가 사전확립된 임계값을 초과하는 화염 중의 실제 일산화탄소 농도에 대응하면, 시스템은 추가의 산소가 노(1) 내에 제공되는 결과를 가져오는 액션을 수행한다. 도 2에서, 이러한 액션은 단계 33에서 추가의 산소가 노(1) 내에 존재하게 하기 위해 연소 제어 시스템(35)을 활성화시키는 신호를 발생시키는 것으로 표현된다. 추가의 산소는 노 내에 존재하는 일산화탄소와 반응할 것이며, 따라서 더 적은 일산화탄소가 화염(15) 또는 그 외에서 연도(6)를 통해 노(1)를 떠난다. 몇몇 모드들 중 임의의 것에 의해, 검출된 과량의 일산화탄소와 반응하도록, 추가의 산소가 노(1) 내로 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 그러한 모드는 제어 시스템(35)이 노(1) 내로의 연료(13)의 유량을 증가시킴이 없이 버너(11)를 통해 노(1) 내로 공급되는 산소(12)의 양을 증가시키는 것이다. 다른 가능한 모드는, 또한 노(1) 내로의 연료(13)의 유량을 증가시킴이 없이, 보충 공급 라인(29)(도 1에 도시됨)을 통해, 보충 산화제, 또는 증가된 양의 보충 산소를 공급하는 것이다. 또 다른 가능한 모드는, 노(1) 내로 공급되는 산소(12) 또는 보충 산소(27)의 양을 감소시킴이 없이, 노(1) 내로 공급되는 연료(13)의 양을 감소시키는 것이다. 또는, 이러한 모드들의 임의의 조합이 동시에 구현될 수 있다.If the detected and processed intensity parameter corresponds to the actual carbon monoxide concentration in the flame above a pre-established threshold, the system performs an action resulting in additional oxygen being provided in the
바람직한 실시예는 보충 산소(27)를 제공하여, 조작자가 하나 이상의 버너(11)를 통해 공급되는 산화제와 연료의 화학양론비를 조정할 필요가 없게 하는 것이다. 보충 공급 라인(27)은 바람직하게는 그것이 노(1)의 내부가 연도(6)의 상류측 단부와 연결되는 영역 부근과 같은, 일산화탄소가 특히 바람직하지 않을 영역 내로, 또는 상대적으로 더 높은 양의 일산화탄소가 존재할 수 있는 노 내의 영역 내로 산화제를 공급하도록 위치되어야 한다.A preferred embodiment is to provide
추가 산소의 제공은 화염 중의 일산화탄소 농도를 나타내는 검출 및 처리된 값이 전술한 사전확립된 임계값 이하의 값으로 감소될 때까지 계속된다. 바람직한 경우, 추가의 산소는, 추가의 산소의 제공이 개시된 다음 중단되어야 하는 횟수를 최소화하기 위해, 검출 및 처리된 값이 사전확립된 임계값 0.5% 내지 2% 아래와 같이 사전확립된 임계값보다 작을 때까지 제공되어야 한다.The provision of additional oxygen continues until the detected and processed value indicative of the carbon monoxide concentration in the flame is reduced to a value below the previously established threshold. If desired, the additional oxygen should be less than the pre-established threshold, as below the pre-established threshold 0.5% to 2%, in order to minimize the number of times the provision of additional oxygen has to be stopped after the start of Should be served until.
단계 31, 단계 33, 및 단계 35는 적합한 케이블에 의해 또는 무선 연결에 의해 서로 연결된 적합하게 프로그램된 제어기들에서 수행될 수 있다. 대신에, 그들은 모두 하나의 하드웨어 내에 존재할 수 있다.
나타내어진 바와 같이, 본 명세서에 기술된 시스템은 또한 노 내의 원하는 연소 특성을 달성하기 위해 또는 시동부터 노 작동의 제어를 수행하기 위해, 산소(산화제), 연료, 또는 산소 및 연료 둘 모두의 공급을 조정함으로써, 노의 작동을 제어하는 다른 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, (하나의 버너에서, 또는 노가 다수의 버너를 갖는 경우 몇몇 버너들 각각에서) 노로의 연료 유량 및 산소 유량에 대응하는 하나의 설정점 또는 하나 초과의 설정점(전형적으로 3개 내지 10개의 설정점)이 제어기에서 사전확립된다.As shown, the system described herein also provides a supply of oxygen (oxidant), fuel, or both oxygen and fuel to achieve the desired combustion characteristics within the furnace or to perform control of the furnace operation from start-up. By adjusting, it can be used to perform other methods of controlling the operation of the furnace. In this embodiment of the present invention, one set point or more than one set point (typically in one burner, or in each of several burners if the furnace has multiple burners) corresponding to the fuel flow rate and oxygen flow rate of the furnace 3 to 10 set points) are pre-established in the controller.
이들 실시예에서, 이미지 분석 파라미터들이 단계 33에서 수신되고, 각각의 레벨에 대해 버너 및 산화제 랜스에 사용될 유량 값들을 또한 사전설정하는 사용자에 의해 정의된 제어 레벨 설정점들과 비교된다. 이러한 마지막 부분은 노 연소 제어 장치 PLC와 통신된다. 사용자는 또한 제어 레벨을 활성화/비활성화시키기 위해 타이머와 같은 다른 프로세스 파라미터를 선택할 수 있다. 사용자는 이 단계에서 또한 조작자가 볼 제어 패널 상에 나타날 언어를 선택할 수 있고, 또한 제어될 다른 변수를 선택할 수 있다. 제어기(33)는 카메라 및 관련 소프트웨어로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 사용자 입력(한계, 산소 유동 설정점, 천연 가스 유동 설정점, 지연 시간)과 함께 처리하고, CO 배출을 감소시키고 노의 생산량을 증가시키도록 프로세스를 동적으로 조정한다.In these embodiments, image analysis parameters are received in
사용자는 제어 변수를 선택하고, 시작 한계, 중단 한계, 및 "오프-지연" 값들(요구되는 각각의 임의의 수, 전형적으로 각각의 1 내지 10, 및 "온-지연" 값들의 수(전형적으로 1 내지 5))을 설정한다. 사용자는 또한 각각의 대응하는 한계에 대한 산소 유동 설정점 및 버너 천연 가스 유동 설정점을 설정한다. 최초 시작 한계가 온 지연 시간보다 더 많이 초과되었을 때, 소프트웨어는 대응하는 산소 유동 설정점 및 천연 가스 유동 설정점을 설정한다. 설정점들은 한계들이 초과되는 바와 같은 순서로 처리된다. 일단 제어 변수가 중단 한계 아래로 떨어지고 오프 지연 타이머가 완료되면, 전술한 레벨이 설정된다.The user selects the control variable and selects the start limit, stop limit, and "off-delay" values (each arbitrary number required, typically 1-10 each, and a number of "on-delay" values (typically 1 to 5)) are set. The user also sets the oxygen flow set point and the burner natural gas flow set point for each corresponding limit. When the initial start limit is exceeded by more than the on delay time, the software sets the corresponding oxygen flow set point and natural gas flow set point. Setpoints are processed in the same order as limits are exceeded. Once the control variable falls below the interruption limit and the off delay timer is complete, the above-described level is set.
제어 변수가 모든 중단 한계들 아래로 떨어지고 최종 오프 지연이 완료될 때, 산소 설정점은 0으로 설정되고 버너 연료 설정점은 정상 제어로 복귀된다.When the control variable falls below all interrupt limits and the final off delay is complete, the oxygen set point is set to zero and the burner fuel set point returns to normal control.
노 도어가 개방되면, 산소 설정점은 0으로 설정되고 버너 연료 설정점은 정상 제어로 복귀된다.When the furnace door is open, the oxygen set point is set to zero and the burner fuel set point returns to normal control.
본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 조작자가 연료 소비 및 감소된 사이클 시간과 같은 측면에서 더 효율적인 작동과 같은, 노의 작동에 있어서의 이익을 실현하는 것을 가능하게 한다. 화염의 일산화탄소 함량을 모니터링함으로써(그리고 실시간으로 그렇게 함으로써, 이는 본 발명이 이용될 수 있는 방식임), 조작자는 일산화탄소의 연소열이 노 내에 보유되어 유리하게 이용될 수 있도록 노로의 산소 및/또는 연료 공급 레이트를 조정할 수 있으며, 그에 의해 조작자가 더 짧은 사이클 시간 안에 노 내의 재료의 동일한 정도의 가열 및/또는 용융을 달성하는 것을 가능하게 하고, 조작자가 가열된 재료의 단위당 더 적은 연료 소비로 가열 및/또는 용융을 달성하는 것을 가능하게 할 수 있다.The systems and methods described herein enable the operator to realize benefits in the operation of the furnace, such as more efficient operation in terms of fuel consumption and reduced cycle times. By monitoring the carbon monoxide content of the flame (and by doing so in real time, this is how the present invention can be used), the operator supplies oxygen and/or fuel to the furnace so that the heat of combustion of carbon monoxide can be retained and used advantageously in the furnace. The rate can be adjusted, thereby enabling the operator to achieve the same degree of heating and/or melting of the material in the furnace within a shorter cycle time, and the operator heating and/or heating with less fuel consumption per unit of heated material. Or it may be possible to achieve melting.
본 발명은, 여러 가지 이유로, 노로부터의 일산화탄소 방출을 제어하기 위한, 그리고 전체 노 작동을 제어하기 위한 유리한 방법이다. 하나의 이유는 작동 노에 대한 본 발명의 방법의 구현이 화염 중의 일산화탄소의 농도의 지속적인 직접 측정을 요구하지 않는다는 것이다. 다른 이유는 본 발명은 측정이 더 가변적이고 신뢰성이 낮은 경향이 있는 연도 가스 또는 배기 가스보다는, 화염 중의 일산화탄소를 특성화하는 파라미터를 검출한다는 것이다. 또한, 본 발명의 방법은 화염의 온도를 측정하지 않고, 화염 온도의 차이를 측정하는 것에 기초하지 않으며, 이에 따라 더 신뢰할 수 있고 화염에서의 온도 변동에 덜 취약하다. 대신에, 본 발명의 방법은 화염 중의 일산화탄소 농도에 대응하는 이미지 파라미터들의 상관관계에 기초하며, 이는 신규하고 효율적인 작동 모드인 것으로 여겨진다.The present invention is an advantageous method for controlling carbon monoxide emissions from the furnace and for controlling the overall furnace operation, for various reasons. One reason is that the implementation of the method of the invention for an operating furnace does not require a continuous direct measurement of the concentration of carbon monoxide in the flame. Another reason is that the present invention detects parameters that characterize carbon monoxide in flames rather than flue gases or exhaust gases, which measurements tend to be more variable and less reliable. In addition, the method of the present invention does not measure the temperature of the flame, and is not based on measuring the difference in flame temperature, and is therefore more reliable and less susceptible to temperature fluctuations in the flame. Instead, the method of the invention is based on the correlation of image parameters corresponding to the carbon monoxide concentration in the flame, which is believed to be a novel and efficient mode of operation.
다른 이점은 사용되는 장비의 유지보수에 대한 감소된 요구; 본 발명을 수행하는 시스템의 설치를 위한 노의 정지시간이 거의 없거나 전혀 없음 및 더 낮은 설치 비용; 및 시스템이 노 내로 공급되는 산소의 양 및/또는 연료의 양에 있어서의 증가 또는 다른 변화를 요구하는 조건을 검출할 때, 산소 공급, 연료 공급, 또는 산소 공급 및 연료 공급 둘 모두를 조정하기 위한 더 빠른 응답 시간을 포함할 것이다.Other advantages include reduced demands on maintenance of the equipment used; Little or no furnace downtime and lower installation costs for installation of a system carrying out the invention; And for adjusting the oxygen supply, the fuel supply, or both the oxygen supply and the fuel supply, when the system detects a condition that requires an increase or other change in the amount of oxygen and/or the amount of fuel supplied into the furnace. It will include faster response times.
Claims (14)
(A) 연도(flue)를 갖는 노 내의 탄소질 물질을 포함하는 재료를, 상기 노 내로 공급되는 연료 및 가스상 산화제의 상기 노 내에서의 연소에 의해 발생되는 열을 이용하여 가열하여서, 상기 탄소질 물질로부터 유도되는 일산화탄소를 생성하는 단계 - 상기 연도로부터 상기 노 밖으로 연장될 수 있는 화염이 상기 노 내에 형성됨 -;
(B) 상기 화염의 강도에 대응하고 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대응하는 적어도 하나의 파라미터를 전자적으로 표현함으로써, 상기 노 외부에 위치된 디지털 카메라에 의해 상기 노 외부에서 또는 상기 노 내부에서 촬영된 상기 화염의 이미지들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도를 특성화하고, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표현된 값들에 대한 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도들의 사전결정된 상관관계들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 결정하는 단계;
(C) 단계 (B)에 따라 특성화된 바와 같은 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 상기 농도에 대한 사전확립된 임계 농도 값과 비교하는 단계;
(D) 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도가 상기 사전확립된 임계 농도 값을 초과할 때, 상기 노 외부에서 상기 디지털 카메라에 의해 촬영된 상기 화염의 이미지들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도를 계속 특성화하면서, 상기 노 내에서 반응하는 데 이용가능한 상기 노 내로 공급되는 산소의 양, 연료의 양, 또는 산소 및 연료 둘 모두의 양들을 사전결정된 길이의 시간 동안 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 상기 사전확립된 임계 농도 값 이하로 낮추는 데 효과적인 양 또는 양들로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.As a method of heating a material in a furnace,
(A) A material containing a carbonaceous material in a furnace having a flue is heated using heat generated by combustion in the furnace of fuel and gaseous oxidizer supplied into the furnace, and the carbonaceous material Producing carbon monoxide derived from material, wherein a flame is formed in the furnace that can extend out of the furnace from the flue;
(B) by electronically expressing at least one parameter corresponding to the intensity of the flame and corresponding to the concentration of carbon monoxide in the flame, photographed outside the furnace or inside the furnace by a digital camera located outside the furnace Characterizing the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame, and determining the characterized concentration of carbon monoxide in the flame from predetermined correlations of actual concentrations of carbon monoxide in the flame for expressed values of the at least one parameter. Determining;
(C) comparing the characterized concentration of carbon monoxide in the flame as characterized according to step (B) to a pre-established threshold concentration value for the concentration;
(D) when the characterized concentration of carbon monoxide in the flame exceeds the pre-established threshold concentration value, continuing the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame taken by the digital camera outside the furnace While characterizing, the amount of oxygen supplied into the furnace available to react within the furnace, the amount of fuel, or both amounts of oxygen and fuel, determine the characterized concentration of carbon monoxide in the flame for a predetermined length of time. Adjusting to an amount or amounts effective to lower below the pre-established threshold concentration value.
(A) 연도를 갖는 노 내의 탄소질 물질을 포함하는 재료를, 상기 노 내로 공급되는 연료 및 가스상 산화제의 상기 노 내에서의 연소에 의해 발생되는 열을 이용하여 가열하여서, 상기 탄소질 물질로부터 유도되는 일산화탄소를 생성하는 단계 - 상기 연도로부터 상기 노 밖으로 연장될 수 있는 화염이 상기 노 내에 형성됨 -;
(B) 상기 화염의 강도에 대응하고 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도에 대응하는 적어도 하나의 파라미터를 전자적으로 표현함으로써, 상기 노 외부에 위치된 디지털 카메라에 의해 상기 노 외부에서 또는 상기 노 내부에서 촬영된 상기 화염의 이미지들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도를 특성화하고, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표현된 값들에 대한 화염 중의 일산화탄소의 실제 농도들의 사전결정된 상관관계들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 결정하는 단계;
(C) 단계 (B)에 따라 특성화된 바와 같은 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 상기 농도에 대한 사전확립된 임계 농도 값과 비교하는 단계;
(D) 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도가 상기 사전확립된 임계 농도 값을 초과할 때, 상기 노 외부에서 상기 디지털 카메라에 의해 촬영된 상기 화염의 이미지들로부터 상기 화염 중의 일산화탄소의 농도를 계속 특성화하면서, 상기 노 내의 일산화탄소와 반응하는 데 이용가능한 상기 노 내로 공급되는 산소의 양을 사전결정된 길이의 시간 동안 상기 화염 중의 일산화탄소의 상기 특성화된 농도를 상기 사전확립된 임계 농도 값 이하로 낮추는 데 효과적인 양으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.A method according to claim 1 for heating the material in the furnace, comprising:
(A) A material containing a carbonaceous material in a furnace having a flue is heated using heat generated by combustion in the furnace of fuel and gaseous oxidant supplied into the furnace, and derived from the carbonaceous material. Generating carbon monoxide to be formed in the furnace, a flame capable of extending out of the furnace from the flue;
(B) by electronically expressing at least one parameter corresponding to the intensity of the flame and corresponding to the concentration of carbon monoxide in the flame, photographed outside the furnace or inside the furnace by a digital camera located outside the furnace Characterizing the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame, and determining the characterized concentration of carbon monoxide in the flame from predetermined correlations of actual concentrations of carbon monoxide in the flame for expressed values of the at least one parameter. Determining;
(C) comparing the characterized concentration of carbon monoxide in the flame as characterized according to step (B) to a pre-established threshold concentration value for the concentration;
(D) when the characterized concentration of carbon monoxide in the flame exceeds the pre-established threshold concentration value, continuing the concentration of carbon monoxide in the flame from images of the flame taken by the digital camera outside the furnace While characterizing, the amount of oxygen supplied into the furnace available to react with carbon monoxide in the furnace is effective in lowering the characterized concentration of carbon monoxide in the flame below the pre-established threshold concentration value for a predetermined length of time. Adjusting to an amount.
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