KR20240058138A - 반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기 - Google Patents

반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR20240058138A
KR20240058138A KR1020247010902A KR20247010902A KR20240058138A KR 20240058138 A KR20240058138 A KR 20240058138A KR 1020247010902 A KR1020247010902 A KR 1020247010902A KR 20247010902 A KR20247010902 A KR 20247010902A KR 20240058138 A KR20240058138 A KR 20240058138A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bed
temperature
reactor
fluidized bed
measured
Prior art date
Application number
KR1020247010902A
Other languages
English (en)
Inventor
미까 리우꼬넨
요우니 미에띠넨
아리 께뚜넨
Original Assignee
스미토모 에스에이치아이 에프더블유 에너지아 오와이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모 에스에이치아이 에프더블유 에너지아 오와이 filed Critical 스미토모 에스에이치아이 에프더블유 에너지아 오와이
Publication of KR20240058138A publication Critical patent/KR20240058138A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F23C10/28—Control devices specially adapted for fluidised bed, combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/06—Sampling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/40—Simulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/48—Learning / Adaptive control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Abstract

유동층 반응기 시스템(10)의 제어를 개선시키기 위해, 유동층의 상태 모니터링과 관련된 특정 방법들이 제안된다. 유동층 반응기 시스템(10)을 제어하는 방법에서, 예를 들어, 국소 층 온도 이상들 및/또는 층 소결 지수가 모니터링되고; 미리규정된 기준을 초과하는 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 지수를 검출할 때, 반응기 시스템(10) 작동을 자동으로 조정하고/하거나 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 조건이 검출되었다는 것을 오퍼레이터에게 표시한다.

Description

반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기
본 발명은 순환 유동층(CFB) 또는 버블링 유동층(BFB) 보일러, 기화기, 또는 유동층에서 프로세스를 실시하도록 구성된 반응기와 같은 유동층 반응기의 제어에 관한 것이다.
화격자 보일러(grate boiler) 및 유동층 보일러와 같은 반응기는 다양한 목적을 위해, 예를 들어 전기 생산 및 가열을 위해 사용될 수 있는 스팀을 생성하도록 일반적으로 이용된다.
또한 유동층 반응기를 사용하여 고체 재료를 기화기와 같은 가스 생성물로 변환하는 것은 알려져 있다.
유동층 반응기에서, 연료와 고체 미립자 층 재료는 노 내로 도입되고 노의 바닥 부분으로부터 유동화 가스를 도입함으로써 층 재료와 연료는 유동화된다. 연료의 버닝은 노에서 행해진다. BFB 연소에서는 유동화 가스가 층에 버블링를 형성하도록 층을 통해 통과한다. BFB에서 유동층은 유동화 가스 피드 및 연료 피드를 제어함으로써 오히려 편리하게 제어될 수 있다.
CFB 연소에서는 유동화 가스가 층 재료를 통해 통과한다. 대부분의 층 입자는 유동화 가스에 비말 동반될 것이며 그것들은 유동화 가스에 의해 캐리될 것이다. 입자는 유동화 가스로부터 분리되고 순환되어 노 내로 복귀된다.
유동층에서의 제어는 유동층에서 프로세스가 원하는 대로 행해지는 것이 무엇보다 중요하다.
본 발명의 제 1 목적은 유동층 반응기 시스템에서 층 제어를 개선시키는 것이다. 이러한 목적은 독립항 제 1 항에 따른 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제 2 목적은 유동층 반응기 시스템에서 층 제어의 정확도를 개선시키는 것이다. 이러한 목적은 병렬적 독립항 제 6 항에 따른 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제3 목적은 유동층 반응기 시스템에서 층 제어를 개선시키는 것이다. 이러한 목적은 병렬적 독립항 제 9 항에 따른 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제 4 목적은 유동층 반응기 시스템에서 층 제어를 개선시키는 것이다. 이러한 목적은 병렬적 독립항 제 12 항에 따른 방법에 의해 달성될 수 있다.
종속항들은 방법들의 유리한 양태들을 설명한다.
본 발명의 제1 목적과 관련하여, 측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들이 구비된 그리드를 갖는 반응 챔버를 포함하는 유동층 반응기 시스템에서의 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법으로서,
각각의 온도 센서는 측정 지점을 나타내고, 상기 방법은 다음의 단계들:
- 측정 지점들에서 층 온도들을 측정하는 단계;
- 반응기 시스템의 정상 작동 조건들 하에서 연산된 층 온도들을 획득하기 위해, 적어도 하나의 수치적 층 온도 모델을 사용하여 상기 측정 지점에 대한 층 온도들을 연산하는 단계;
- 측정 온도들은 측정 지점의 적어도 일부에 대해 연산된 상기 온도들과 비교되고, 이상 임계치가 초과되면, 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 상기 측정된 온도들을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 방법에 의해, 층 온도를 모니터링하기 위해 사용되는 적어도 3개의 온도 센서는 수치적 온도 모델과 함께, 이제 국소 층 온도 이상을 검출하는 것이 가능하게 될 정도로 유동층 온도 측정 정확도를 증가시킨다.
특히, 그리고 특히, 층 온도가 그리드 레벨에서 측정된다면, 국소적인 이상들은 이론에 의해 구속되지 않기를 원한다면, 유동층에서 소결 조건의 시작과 관련하여 보여질 수 있다. 본 발명자들은 국소 온도 이상이 소결하기 시작하는 유동층에 대한 전구체로서 작용하는 것을 관찰하였다. 따라서, 연산된 온도에 대해 측정된 온도를 모니터링함으로써, 시작 층 소결(bed sintering)이 검출될 수 있고 층을 치유하기 위한 또는 적어도 소결이 악화되는 것을 회피하기 위한 조치가 적절한 시간에 취해질 수 있다. 이는 층 소결 때문에 반응기 시스템 셧다운 및 또한 비용이 많이 드는 수리를 회피하는 것을 도울 수 있다. 유리하게는, 층 온도 이상은 층 품질에 대한 정보, 바람직하게는 소결이 층에서 행해지고 있는지에 대한 정보를 제공한다. 또는 달리 표현하면, 개선 액선을 취하지 않는다면 셧다운에 이르게 되는 경향을 가질 수 있는 층-관련된 문제에 대한 정보를 수신하는 것이 가능하다. 따라서, 반응기의 가동성이 개선되고 그리고/또는 작동 비용이 절감될 수 있다. 상기 방법은 바람직하게는 국소 제어 시스템에서 또는 원격으로, 바람직하게는 프로세스 인텔리전스 시스템에서 자동으로 수행된다.
측정 지점들에 대한 연산된 층 온도들은 다음의 방식으로 획득될 수 있다:
- 미리결정된 프로세스 변수들 및 각각의 측정 지점에서의 측정된 층 온도들을 포함하는, 반응기 작동 데이터 사이의 수치 모델이 준비되고 교정되고;
- 각각의 측정 지점에서의 측정된 온도 및 미리결정된 프로세스 변수들을 포함하는, 상기 반응기의 현재 작동 데이터를 모니터링하고;
- 적어도 하나의 측정 지점에 대해, 상기 수치 모델은 적어도 2개의 다른 측정 지점들의 현재 작동 데이터 및 측정된 온도들을 사용하여, 연산된 온도를 연산하는데 사용되고;
- 상기 연산된 온도 및 상기 측정된 온도를 이상 기준과 비교하고 상기 이상 기준이 충족되면 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 결정하는 방식으로 획득된다.
교정은 바람직하게 적어도 M 일 경과인 이력 데이터를 사용하여 지연된 방식으로 수행되고, 여기서, M 은 적어도 3 이고, 바람직하게는 M 은 적어도 7 이고, 보다 바람직하게는 M 은 적어도 14 이다. 이러한 방식으로, 단지 전개되고 있는 층 품질 문제가 상기 교정을 오염시키지 않도록 양호하게 보장될 수 있다.
연소 프로세스가 유동층에서 실시되는 경우에, 미리결정된 프로세스 변수는 1차 공기 유동, 연료 수분, 메인 스팀 유동, 연도 가스 산소 및 층 압력 및 측정된 층 온도를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연산된 층 온도 모델은 다음의 식으로부터 획득될 수 있다:
y = b 0 + b 1 × x 1 + b 2 × x 2 + ... + b N-1 × x N-1 + b N × x N ,
여기서:
b0 … bN은 선형 회귀 모델로부터 얻은 모델 계수들이고,
x1 내지 x N = 미리-선택된 프로세스 변수 1 내지 N 이다.
반응기가 유동층 기화기인 경우에, 프로세스 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함한다:
x1 = 기화기에 피딩된 총 스팀 유동
x2 = 기화기로의 산소 입구 유동
x3 = 기화될 공급원료의 미리선택된 특성(예를 들어, 수분, 및/또는 알칼리 함량, 및/또는 할로겐 함량 중 하나 이상)
x4 = 층 온도 측정의 평균
x5 = 미리선택된 특성(예를 들어 H2 및 CO, H2O, CO2, O2 및 N2 중 하나 이상)
x5 = 층 압력의 평균
x6 = 적용가능하다면, 재순환 가스 유동의 평균
x7 = 스팀과 산소 입구 피드들 사이의 제어 비의 평균
반응기가 알칼리 산화물 또는 토류 알칼리 산화물을 수화시키기 위한 유동층 수화 반응기인 경우에, 프로세스 파라미터는 다음 중 하나 이상을 포함한다:
x1 = 총 스팀 유동
x2 = 수화될 알칼리 산화물의 제1 미리선택된 특성(예를 들어, 그 버진 형태(virgin form) 또는 그 성능을 향상시키기 위해 의도된 그 엔지니어링된 변형물(예를 들어, 코팅 또는 처리)에서의 재료의 크기 분포, 다공성 및 반응성)
x3 = 층 온도 측정의 평균
x4 = 생성물 가스 함량/온도
x5 = 층 압력의 평균
x6 = 재순환 가스 유동의 평균.
반응기가 CO2 및/또는 다른 산 가스들을 제거하기 위해 연도 또는 프로세스 가스 스트림들의 클리닝을 위한 유동층 반응기인 경우에, 프로세스 파라미터들은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
x1 = 클리닝될 가스의 총 유량
x2 = 클리닝될 가스의 미리선택된 특성
x3 = 층 온도 측정의 평균
x4 = 반응기 내로의 CaO와 같은 반응물 재료의 유량
x5 = 반응기로부터의 CaCO3과 같은 결과물 재료의 유량
x5 = 층 압력의 평균
반응기가 연료 재료를 연소시키도록 구성된 유동층 반응기인 경우, 연산된 층 온도 모델은 다음의 등식으로부터 획득될 수 있다
y = b 0 + b 1 × x 1 + b 2 × x 2 + b 3 × x 3 + b 4 × x 4 + b 5 × x 5 + b 6 × x 6 ,
여기서:
b0 … b6 은 선형 회귀 모델로부터 얻은 모델 계수들이고,
프로세스 변수는 다음을 포함한다:
x1 = 1차 공기 유동(x1prim)과 2차 공기 유동(x1sec)의 합으로 계산된 총 공기 유동
x2 = 연료 수분
x3 = 출력 층 온도 측정치(y)에 인접한 층 온도 측정치의 평균(x3a, x3b)
x4 = 연도 가스 산소 함량
x5 = 층 압력의 평균
x6 = 재순환 가스 유동의 평균.
일 실시 예에 따르면, 연료 수분이 계산되거나 측정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연산된 층 온도 모델은 다음의 식으로부터 획득될 수 있다:
y = b 0 + b 1 × x 1 + b 2 × x 2 + b 3 × x 3 + b 4 × x 4 + b 5 × x 5 + b 6 × x 6 ,
여기서:
b0 … b6 은 선형 회귀 모델로부터 얻은 모델 계수들
x1 = 1차 공기 유동(x1prim)과 2차 공기 유동(x1sec)의 합으로 계산된 총 공기 유동
x2 = 연도 가스 H 2 O 함량
x3 = 출력 층 온도 측정치(y)에 인접한 층 온도 측정치의 평균(x3a, x3b)
x4 = 연도 가스 산소 함량
x5 = 층 압력의 평균
x6 = 재순환 가스 유동의 평균.
본 발명의 실시예에 따르면, 연산된 층 온도는 인공 인텔리전스 툴을 사용하여 획득될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연산된 층 온도들은 신경망들을 사용하여 획득될 수 있다.
바람직하게, 교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않는다(즉, 교정은 생략된다). 반응기 셧다운 상황에 부가하여 또는 대안적으로, 비정상 작동 및/또는 비정상 층 조건은 바람직하게는 교정 데이터로부터 필터링되거나 생략된다. 이러한 접근법은 교정을 오염시킬 수 있는 층 품질 문제를 회피하는 것을 도울 수 있다. 이러한 접근법은 교정이 주어진 임계치를 충족시키는 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않도록 미세튜닝될 수 있다, 그후, 충분히 큰 이상 신호를 생성하는 충분히 심각한 조건들만이 미리규정된 기간 동안 교정의 스킵(skipping)을 야기하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 제2 목적과 관련하여, 반응기 시스템의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법은, 측정 그리드를 함께 정의하는 적어도 3개의 온도 센서가 구비된 그리드를 갖는 반응기 챔버를 포함하고, 각각의 온도 센서가 측정 지점을 나타내고, 반응기 시스템은 측정 지점들 각각에서 측정된 온도들을 생성하도록 구성되었다.
이는 바람직하게는 본 발명의 제1 목적을 위한 방법의 맥락에서 사용된다:
- 각각의 측정 지점에서의 측정된 온도 및 미리결정된 프로세스 변수들을 포함하는, 반응기의 현재 작동 데이터가 모니터링되고 이력 데이터로 수집되고;
- 미리결정된 프로세스 변수들 및 각각의 측정 지점에서의 측정된 층 온도들을 포함하는, 반응기 작동 데이터 사이의 수치 모델은 적어도 하나의 수치 피팅 방법, 바람직하게는 수치 회귀 방법, 유리하게는 최소 제곱 피팅을 사용하여 피팅된다.
이러한 방식으로, 반응기 시스템의 상이한 작동 조건에서 적합하게 정확한 결과를 생성할 교정된 수치 모델이 생성될 수 있다.
교정은 미리규정된 간격들, 예를 들어 주기적으로 반복될 수 있다. 이는 반응기 시스템의 가능한 마모 및 파손(wear and tear)을 반영하여, 교정을 실제로 유지하는데 도움이 될 뿐만 아니라, 시간에 따라 변화하는 작동 파라미터를 초래할 수 있는 프로세스 변수들, 환경 조건(온도, 주위 습도, 주위 압력 변화)의 변경에도 도움이 된다.
교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 단지 전개되고 있는 층 품질 문제가 상기 교정을 오염시키지 않도록 양호하게 보장될 수 있다.
본 발명의 제3 목적과 관련하여, 측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들이 구비된 그리드를 갖는 반응기 챔버를 포함하는 유동층 반응기 시스템의 보일러 층에서 보일러 층의 위험도를 추정하기 위한 방법으로서, 각각의 온도 센서는 측정 지점을 나타내고, 상기 방법은 다음의 단계들:
- 반응기에서 현재 작동 데이터, 즉 반응기의 층에서 측정된 온도가 각각의 측정 지점에서 측정되는 단계;
- 반응기의 현재 작동 데이터에 기초하여,
i) 측정된 층 온도들의 평균이 연산되고;
ii) 측정된 층 온도의 표준 편차가 연산되고;
iii) 측정된 층 최대 온도와 측정된 층 최소 온도 사이의 차이가 연산되고;
iv) 상기 측정된 층 온도에 대해 확산이 연산되고;
- i), ii), iii) 및 iv)로부터의 연산 결과를 사용하여, 층 소결 지수를 준비하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 사용되는 소결 지수의 규정에 대한 하나의 가능성은 다음과 같을 수 있다:
i) 측정된 층 온도들의 평균이 연산될 때;
ii) 측정된 층 온도의 표준 편차가 연산될 때;
iii) 측정된 층 최대 온도와 측정된 층 최소 온도 사이의 차이가 연산될 때;
iv) 상기 측정된 층 온도에 대해 확산(x spread, )이 연산될 때;
그것들은 평균, 편차, 차이 및 확산에 대한 소결 위험도 지수를 얻기 위해 대응하는 미리규정된 제한과 비교된다.
상기 방법은,
v) 동일한 측정 지점들에 대한 연산된 층 온도들(TCi ; I = 1, ..., n)이 연산되고, 상기 측정된 층 온도들(TMi ; i = 1, ..., n)과 상기 연산된 층 온도들 사이의 잔차들이 연산될 때 추가로 개발된다.
그것은 층 온도 잔차들에 대한 소결 위험도 지수를 얻기 위해 대응하는 미리 규정된 한계와 비교된다.
최종 위험도 지수는 예를 들어 상기 위험도 지수들 중 최대일 수 있다.
본 발명자들은 이러한 방식으로, 결과적인 층 소결 지수가, 반응기를 셧다운할 필요성을 회피할 수 있도록 보정 조치를 취하기에 충분히 조기에, 처리되지 않는다면, 반응기를 셧다운시킬 수 있는 유동층 조건의 표시를 제공한다는 것을 관찰하였다. 이러한 양태는 도 7을 참조하여 더 상세히 논의될 것이다.
바람직하게는, 상기 방법에서, 추가로
vi) 동일한 측정 지점들에 대한 연산된 층 온도들이 연산되고, 측정된 층 온도들과 연산된 층 온도들 사이의 잔차들이 연산되며; 단계 v)로부터의 결과들이 또한 층 소결 지수의 준비에 사용된다.
이러한 방식으로, 층 소결 지수의 예측 정확도가 여전히 개선될 수 있다.
본 발명의 제3 목적에 따른 방법에서, 연산된 층 온도들은 본 발명의 제1 목적에 따른 방법을 사용함으로써 획득될 수 있다.
본 발명의 제4 목적과 관련하여, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법에서:
국소 층 온도 이상들 및/또는 층 소결 지수가 모니터링되고;
미리규정된 기준을 초과하는 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 지수를 검출할 때, 반응기 시스템 작동을 자동으로 조정하고/하거나 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 조건이 검출되었다는 것을 보일러 오퍼레이터에게 표시한다.
이러한 방식으로, 반응기 시스템은 층 소결을 방지하기 위해 자동으로 제어될 수 있거나, 오퍼레이터는 층 소결을 방지하기 위해, 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 조건을 통지받을 때 조치를 취할 수 있을 것이다.
반응기 작동의 자동 조정은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: a) 반응물 피드를 증가 또는 감소시키는 것, b) 프로세싱될 공급원료의 유량을 증가 또는 감소시키는 것, c) 층 재료 피드 및/또는 층 재료 제거를 증가 또는 감소시키는 것, e) 반응기 수율 또는 출력을 일시적으로 제약하는 것.
본 발명의 실시예에 따르면, 자동 조정 또는 소위 개선 액션(remedial action)은 다음 중 적어도 하나를 포함한다:
- 연료 조성이 연소 적용인 것과 유사하게, 프로세싱될 공급원료의 조성을 변경시키는 것
- 그리드 노즐들을 통한 공기 펄스(들)을 트리거링하는 것
- 층 재료의 소결 경향에 영향을 미치는 피드 첨가제를 도입하거나 이러한 피드 첨가제의 양을 증가시키는 것.
측정된 층 온도는 소결의 초기 단계에서 감소하기 시작할 수 있다. 따라서, 비정상적인 층 조건은 층 모니터링 과정에서 층 온도가 모델링된 층 온도보다 낮아서 이상 임계치가 초과되는 것으로 결정될 때 결정될 수 있다.
국소 층 온도 이상은 본 발명의 제1 목적에 따른 방법을 사용하여 모니터링될 수 있다.
층 소결 지수는 본 발명의 제3 목적에 따른 방법을 사용하여 모니터링될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법에서 국소 층 온도 이상 및/또는 모니터링 소결 지수는 수치 모델이다. 수치 모델의 지연된 교정은 교정 데이터에서 최근 층 조건의 영향을 감소시키거나 회피하기 위해 사용될 수 있다.
유리하게는, 지연된 교정은 본 발명의 제 2 목적에 따른 방법을 사용하여 수행된다.
반응기 시스템은 본 발명의 목적 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
이하에서, 방법 및 연소 보일러는 도 1 내지 도 8b에 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 CFB 반응기 시스템을 예시한다.
도 2는 BFB 반응기 시스템을 예시한다.
도 3은 그리드 및 그안의 측정 배열체를 예시한다.
도 4는 소결 위험도 계산 방법을 예시한다.
도 5 는 잔차 계산 방법을 예시한다.
도 6은 지연 교정의 방법을 예시한다.
도 7은 잔차 계산 방법으로 획득된 결과를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 상황에 대해, 반응기 시스템의 실제 작동 데이터에 대해 활용된 위험도 계산 방법의 결과들을 예시한다.
동일한 도면 부호는 모든 도면에서 동일한 기술적 특징을 나타낸다.
도 1은 반응기 시스템(10)을 도시하고, 즉 도 1은 순환 유동층(CFB) 반응기를 도시한다. 이러한 CFB 반응기의 구체적인 적용에는 CFB 보일러일 수 있다. 반응기 시스템(10)은 반응 챔버(12), 즉 반응기 시스템(10)의 물-스팀 회로에 연결된, 튜브 벽(13)(전형적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 전방 벽(132), 후방 벽(134), 측면 벽(131, 133)을 포함함)을 갖는 반응기 챔버를 포함한다. 물은 피드 물 탱크로부터 이코노마이저(economizer)로 그리고 이코노마이저로부터 스팀 드럼을 통해 증발 열 전달 표면, 예를 들어 튜브 벽(13)으로 공급되고, 그후 스팀 드럼을 통해 과열기 및 그후 터빈으로 안내될 수 있다. 연도 가스 채널에는 이코노마이저 및/또는 과열기/들 및/또는 재가열기들이 제공될 수 있다.
다음에는 CFB의 동작을 설명한다. 유동화 가스(예를 들어 공기, 산소-함유 가스, 또는 일부 실제 적용에서 스팀, 순수 산소, 반응기의 출구로부터 리사이클링된 가스 등의 임의의 혼합물)는 유동화 가스 공급부(153)로부터 그리드(250) 아래로 1차 유동화 가스 공급 입구(151)를 통해 피딩되어, 일반적으로 1차 유동화 가스는 층 재료를 유동화하기 위해 그리드(250)에서 노즐을 통해 반응 챔버로 진입된다. 반응 챔버에서의 프로세스를 제어하기 위해 가스를 피딩하기 위한 2차(또는 원하는 경우 3차) 가스 피드(152)가 존재할 수 있다. 그 효과로 층 재료들이 유동화될 것이다. 그리고, 또한 반응 또는 프로세스에 대해 요구되는 성분들은 필요에 따라 반응 챔버(12) 내로 제공된다. 또한, 프로세싱될 공급원료는 공급원료 피드 입구(22)를 통해 반응 챔버(12) 내로 피딩된다.
반응은 공급원료 피드(22)를 제어함으로써(예를 들어, 피드 유량을 감소시키거나 증가시킴으로써), 그리고 유동화 가스 피드 및/또는 그 조성을 제어함으로써(예를 들어, 반응 챔버(12) 내로의 산소 또는 산소-함유 가스 공급의 양을 감소시키거나 증가시킴으로써) 조정될 수 있다. 공급원료는 프로세스에 적합한 첨가제와 함께 피딩될 수 있다. 특히, 연료의 연소 시에 그러한 첨가제는 예를 들어 CaCO3 및/또는 점토와 같은 알칼리 흡수제로서 작용한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 암모늄 또는 요소와 같은 NOx 환원제는 반응기(12)의 연소 존 내로, 또는 반응기(12)의 연소 존 위로 공급될 수 있다.
이하에, 스팀 생성을 위한 연료의 연소의 실제 적용이 설명된다. 노 내로 도입되는 층 재료는 특히 카올린을 포함할 수 있는 모래, 석회석 및/또는 점토를 포함할 수 있다. 층 및, 일반적으로 연소의 하나의 효과는 물-스팀 회로에서, 물과 스팀이 튜브 벽(13)에서 가열되고 물이 스팀로 변환된다는 것이다.
바닥 애쉬는 반응 챔버(12)의 바닥으로 떨어질 수 있고, 애쉬 슈트(ash chute)(명료함을 위해 도 1 에서 생략됨)를 통해 제거될 수 있는 반면, 애쉬의 일부, 소위 플라이 애쉬는 연도 가스와 함께 캐리된다.
연소 생성물, 예를 들어 미연소 연료, 연도 가스, 및 층 재료는 반응 챔버(12)로부터 볼텍스 파인더(103)를 포함할 수 있는 입자 분리기(14)로 진행한다. 입자 분리기(14)는 연도 가스를 고체로부터 분리한다. 특히 더 큰 반응기(10)에서, 바람직하게는 서로 병렬로 배열된 하나 이상(2개, 3개, ...)의 분리기(14)가 있을 수 있다.
분리기(14)에 의해 분리된 고체는 바람직하게는 분리기(14)의 바닥에 위치되는 루프 시일(120)을 통과한다. 그후, 고체들은 또한 열 전달 표면(예를 들어, 튜브 및/또는 열 전달 패널을 포함하지만 이에 제한되지 않음)인 유동층 열 교환기(FBHE)(100)로 통과되어, FBHE(100)는 고체들로부터 열을 수집하여 물-스팀 회로에서 스팀을 추가로 가열한다.
FBHE(100)는 유동화될 수 있고, 열 전달 튜브 또는 다른 종류의 열 전달 표면을 포함할 수 있고, 재가열기 또는 과열기로서 배열될 수 있다. FBHE 출구(105)로부터, 스팀은 고압 터빈(FBHE(100)가 과열기인 경우) 또는 중압 터빈(FBHE(100)가 재가열기인 경우) 내로 통과된다. FBHE 입구(104)는 바람직하게는 이코노마이저(FBHE(100)가 과열기인 경우) 또는 고압 터빈(FBHE(100)가 재열기인 경우)으로부터 나온다.
고체는 복귀 채널(102)을 통해 반응 챔버(12) 내로 FBHE(100)를 빠져나갈 수 있다. 특히 더 큰 반응기(10)에서, 하나 보다 많은(2개, 3개, ...) 루프 시일(120) 및 FBHE(100), 및 복귀 채널(102)이 있을 수 있으며, 바람직하게는 서로 병렬로 배열되어, 각각의 분리기(14)에 대해, 각각의 루프 시일(120), FBHE(100) 및 복귀 채널(102)이 존재한다. 실제로, FBHE(100)의 일부는 과열기로서 배열될 수 있는 반면, 일부 다른 것들은 재가열기로서 배열될 수 있다.
연도 가스는 분리기(14)로부터 크로스오버 덕트(15)로 그리고 그로부터 추가로 후방 패스(16)(바람직하게는 이는 수직 통로일 수 있음)로 그리고 그로부터 연도 가스 덕트(18)를 통해 스택(19)으로 통과된다.
후방 패스(16)는 다수의 열 전달 표면(21i)(여기서 i = 1, 2, 3, ..., k, 여기서 k 는 열 전달 표면의 수임)을 포함한다. 도 1 에는 열 전달 표면 중 열 전달 표면(211, 212, 213, 214, ..., 21k)이 도시되어 있다. 열 전달 표면(21k)은 공기 예열기를 도시한다. 다른 열 전달 표면(211 내지 21k-1)은 이코노마이저, 과열기 및 재가열기를 포함할 수 있다. 이들 구성 요소 각각에서 상이한 열 전달 표면의 실제 수는 예를 들어, 실제 필요에 따라 각각의 반응기에 대해 상이하게 선택될 수 있다. 그리고, 열 전달 표면(21)을 포함하는 추가의 구성요소들이 또한 있을 수 있다.
반응기 시스템(10)은 복수의 센서 및 컴퓨터 유닛을 구비한다. 실제로, 하나의 미들-크기(100 - 150 MWth) 반응기 시스템(10)은 25 GB 의 저장 공간을 필요로 하는 1억개의 측정 결과/일 을 생성할 수 있다(100). 도 1 및 도 2는 센서들 및 컴퓨터 유닛들 중 일부를 예시한다. 센서들의 예들은 FBHE(100)의 출구(105)에서 출력 스팀 온도를 측정하는 온도 센서, FBHE(100) 챔버에서 압력을 측정하는 압력 센서, 분리기(14)에서 연도 가스 출구 온도를 측정하는 온도 센서, 루프 시일(120)에서 온도를 측정하는 온도 센서, 및 루프 시일에서 압력을 측정하는 압력 센서이다.
프로세스 데이터는 분산 제어 시스템(DCS)(301)에 의해 센서들로부터 수집될 수 있다. 데이터 수집은 예를 들어, 필드 버스(378)를 통해 가장 편리하게 배열될 수 있다. DCS(301)는 오퍼레이터에게 작동 상태 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이/모니터(302)를 가질 수 있다. EDGE 서버(303)는 센서로부터 획득된 측정 데이터를 필터링 및 스무딩(smooth)하는 것과 같이 프로세싱할 수 있다. 데이터를 저장하기 위한 로컬 저장소(304)가 있을 수 있다.
DCS(301), 디스플레이/모니터(302), EDGE 서버(303), 로컬 저장소(304)는 반응기 네트워크(370)에 있을 수 있다(로컬 저장소(304)는 바람직하게는 EDGE 서버(303)에 직접 연결된다). 반응기 네트워크(370)는 바람직하게는 센서로부터의 측정 결과를 DCS(301) 및/또는 EDGE 서버(303)로 통신하는데 사용되는 필드 버스(380)로부터 분리된다. DCS(301)와 EDGE 서버(303) 사이에는 시스템들이 보다 양호하게 상호작동할 수 있게 하기 위해 오픈 플랫폼 통신 서버가 있을 수 있다.
반응기 네트워크(370)는 바람직하게는 게이트웨이(308)를 통해 인터넷(300)과 연결될 수 있다. 이러한 상황에서, 측정 결과들은 반응기 네트워크(370)로부터 클라우드 서비스로, 예를 들어 연산 클라우드(306)에 위치된 인텔리전스 시스템(305)을 프로세싱하기 위해 전달될 수 있다. 출원인은 현재 분석 플랫폼을 실행하는 클라우드 서비스를 운영한다. 클라우드 서비스는 가상화된 서버 환경, 예를 들어 데이터에 대한 분산 컴퓨팅 및 클라우드 스토리지를 위해 가상화되고, 용이하게 확장가능한 환경인 Microsoft® Azure® 상에서 작동될 수 있다. 다른 클라우드 컴퓨팅 서비스들도 분석 플랫폼을 실행하기에 적합할 수 있다. 또한, 클라우드 컴퓨팅 서비스 대신에, 또는 이에 더하여, 로컬 또는 원격 서버가 분석 플랫폼을 실행하는데 사용될 수 있다.
도 2는 버블링 유동층(BFB) 반응기인 반응기 시스템(10)을 도시한다. BFB 반응기는 유동층이 순환층이 아니라 더 작은 유동화 속도를 갖는 버블링층이라는 점에서 CFB 반응기와 상이하다. 따라서, BFB 반응기에 배열된 분리기(14), 루프 시일(120), FBHE(100) 및 복귀 채널(102)이 반드시 존재할 필요는 없다.
BFB 보일러인 경우, 노(12)에, 바람직하게는 노(12)의 상단에 위치된 적어도 하나의 과열기(14)가 있다. 다른 종류의 실용적인 적용에서, 과열기는 생략될 수 있다. 과열기(14) 입구(143)는 바람직하게는 스팀 드럼(200) 또는 또 다른 과열기로부터 나오고, 출구(144)는 고압 터빈으로 들어간다. 열 전달 표면들은 단지 상기 방법이 열을 생성하는 프로세스들에 적용된다는 것을 이해하기 위해 제시된다는 점에 주목해야 한다.
측정 그리드를 함께 규정하는, 그리드(250) 위에 위치되는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응 챔버(12)를 포함하는 유동층 반응기 시스템(10)의 층에서의 국소적 온도 이상을 결정하기 위한 방법에서, 각각의 온도 센서(20i)는 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)을 나타내고,
- 층 온도들(TMi, i = 1, ..., N)은 상기 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)에서 측정되고;
- 상기 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., n)에 대한 층 온도들은 반응기 시스템(10)의 정상 작동 조건들 하에서 연산된 층 온도들(TCi; i = 1, ..., n)을 획득하기 위해, 적어도 하나의 수치적 층 온도 모델을 사용하여 연산되고;
- 상기 측정된 온도들(TMi)은 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., n)의 적어도 일부에 대해 연산된 상기 온도들(TCi)과 비교되고, 이상 임계치가 초과되면(예를 들어 ΔT = TMi - TCi 가 모든 i 에 대해 연산되고, ΔT > ΔTlimit 인 경우), 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 결정한다.
상기 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)에 대한 상기 연산된 층 온도들(TCi; i = 1, ..., N)은 바람직하게:
- 반응기 작동 데이터, 즉 미리결정된 프로세스 변수들과 각각의 측정 지점(Pi = 1, ..., N)에서의 측정된 층 온도(TMi; i = 1, ..., N) 사이의 수치 모델(f) 가 준비되고 보정되고, 즉 f(x1, x2, c3, x4, x5) = Tmi이고;
- 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)에서의 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N) 및 미리결정된 프로세스 변수들을 포함하는, 상기 반응기의 현재 작동 데이터를 모니터링하고;
- 적어도 하나의 측정 지점(Pj, j 는 약 1, ..., n 임)에 대해, 상기 수치 모델은 적어도 2개의 다른 측정 지점들의 현재 작동 데이터 및 측정된 온도들을 사용하여, 연산된 온도(TCj)를 연산하는데 사용되고;
- 상기 연산된 온도(Tci) 및 상기 측정된 온도(TMi)를 이상 기준과 비교하고 상기 이상 기준이 충족되면 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 결정하는 방식으로 획득된다.
교정은 바람직하게 적어도 M 일 경과인 이력 데이터를 사용하여 지연된 방식으로 수행되고, 여기서, M 은 적어도 3 이고, 바람직하게는 M 은 적어도 7 이고, 보다 바람직하게는 M 은 적어도 14 이다.
교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않을 수 있다. 특히, 교정은 주어진 임계치를 충족시키는 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않을 수 있다.
측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응기 챔버(12)를 포함하는 반응기 시스템(10)의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법에서, 각각의 온도 센서는 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)을 나타내고, 반응기 시스템(10)은 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)의 각각에서 측정된 온도들(TMi)을 생성하도록 구성되고;
- 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)에서의 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N) 및 미리결정된 프로세스 변수들을 포함하는 반응기의 현재 작동 데이터가 모니터링되고 이력 데이터로 수집되고;
- 작동 데이터, 즉 미리결정된 프로세스 변수들과 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)에서의 측정된 층 온도(TMi ; i = 1, ..., N) 사이의 수치 모델(f)은 적어도 하나의 수치 피팅 방법, 바람직하게는 수치 회귀 방법, 유리하게는 최소 제곱 피팅을 사용하여 피팅된다.
도 3 은 반응기(250)가 8개의 온도 센서(20)(따라서 N = 8)를 포함하는 예를 도시한다. 기본적으로, 임의의 수(적어도 3개이지만)의 온도 센서(20)가 사용될 수 있다.
교정은 바람직하게 미리규정된 간격, 예를 들어 주기적으로 반복된다.
교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 방지될 수 있다.
측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응기 챔버(12)를 포함하는 유동층 반응기 시스템(10)의 층 소결 위험도를 추정하는 방법에서, 각각의 온도 센서(20i)는 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)을 나타내고:
- 반응기의 현재 작동 정보, 즉 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N)는 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)에서 측정되고;
- 상기 반응기의 현재 작동 데이터에 기초하여,
i) 측정된 층 온도들의 평균이 연산되고;
ii) 측정된 층 온도의 표준 편차가 연산되고;
iii) 측정된 층 최대 온도와 측정된 층 최소 온도 사이의 차이가 연산되고;
iv) 상기 측정된 층 온도에 대해 확산(x spread, )이 연산되고;
- i), ii), iii) 및 iv)로부터의 연산 결과를 사용하여, 층 소결 지수를 준비한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 확산 i = 1:N 의 연산에서, N 은 층 온도 측정들의 총 수이고, xi 는 개별 층 온도 측정이고 , 는 xi 이외의 모든 층 온도 측정들의 평균이다.
바람직하게는, 상기 방법에서 또한
v) 동일한 측정 지점들에 대한 연산된 층 온도들(TCi ; I = 1, ..., n)이 연산되고, 상기 측정된 층 온도들(TMi ; i = 1, ..., n)과 상기 연산된 층 온도들 사이의 잔차들이 연산된다. 단계 v)로부터의 결과는 또한 층 소결 지수의 준비에 유리하게 사용된다.
유동층 반응기 시스템(10)을 제어하는 방법에서,
국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 지수가 모니터링되고;
미리규정된 기준을 초과하는 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 지수를 검출할 때, 반응기 시스템(10) 작동을 자동으로 조정하고/하거나 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 조건이 검출되었다는 것을 오퍼레이터에게 표시한다.
반응기 작동의 자동 조정은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: a) 반응물 피드를 증가 또는 감소시키는 것, b) 프로세싱될 공급원료의 유량을 증가 또는 감소시키는 것, c) 층 재료 피드 및/또는 층 재료 제거를 증가 또는 감소시키는 것, e) 반응기 수율 또는 출력을 일시적으로 제약하는 것.
반응기가 보일러 또는 기화기와 같은 유동층 반응기인 경우에, 반응기 작동의 자동 조정은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
a) 1차 및/또는 2차 공기 또는 스팀-산소 혼합물, 피드(151, 152)를 증가 또는 감소시키는 것, b) 연료 피드(20)를 증가 또는 감소시키는 것, c) 층 재료 피드 및/또는 층 재료 제거를 증가 또는 감소시키는 것, 및/또는 d) 재순환 가스 유동을 조정하는(바람직하게는 증가시키는) 것, 및/또는 e) 반응기 부하를 일시적으로 제한하는 것.
자동 조정 또는 소위 개선 액션은 다음 중 적어도 하나를 할 수 있다:
- 연료, 조성과 같은 공급원료를 변경하는 것
- 1차 유동화 노즐들을 통한 가스 유동 펄스를 트리거하는 것
- 층 소결 거동에 영향을 미치는 적절한 피드 첨가제를 도입하는 것 또는 피드 첨가제의 양을 증가시키는 것.
국소 층 온도 이상 및/또는 모니터링 소결 지수는 바람직하게 수치 모델을 사용하여 모니터링된다. 바람직하게는, 수치 모델의 지연된 교정은 교정 데이터에서 최근 층 상태의 영향을 감소시키거나 회피하기 위해 사용된다.
반응기 시스템(10)은 선행 청구항들 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
도 4 는 유동층 반응기 시스템(10)에서, 보다 구체적으로는 DCS(301) 및/또는 EDGE 서버(303)에서, 또는 프로세스 인텔리전스 시스템(305)에서 본 방법의 가능한 사용을 예시한다.
이전에 저장된 이력 데이터의 데이터 입력들(단계 J1)로서, 프로세스 변수들이 DCS에 이용가능하게 된다.
단계(J3)에서는 프로세스 변수들의 유효한 이력 데이터를 사용하여 층 온도를 모델링한다.
단계(J5)에서, 층 진단은 모델에 적용된 온라인 데이터를 이용하여 수행된다. 그 결과로서, 잔차 ΔT = ΔTC -ΔTM 가 획득된다.
도 5는 유동층 반응기에서 실시되는 연료의 연소 프로세스와 관련하여 층 진단 단계(J5)에 대한 가능한 프로세스 변수 입력을 도시한다. 가능한 입력으로서, 1차 공기 유량, 2차 공기 유량, 연도 가스 산소 함량, 연도 가스 H2O 함량, 층 압력이 제공된다. 이들은 연소 보일러의 작동 중에, 바람직하게는 DCS(301) 또는 EDGE 서버(303)에 의해 측정될 수 있다.
개선 액션은 자동으로(바람직하게는 DCS(301), EDGE 서버(303) 또는 프로세스 인텔리전스 시스템(305)에 의해) 취해질 수 있거나, 반응기의 오퍼레이터는 수동으로 액션을 취할 수 있다.
반응기가 기화기인 경우에, 프로세스 변수 입력들은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
■ 스팀 유량
■ 스템 압력
■ 스팀 온도
■ 산소 유량
■ 공급원료 조성물
■ 공급원료 유량
반응기가 산화칼슘 수화 반응기일 때, 프로세스 변수 입력은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
■ 스팀 유량
■ 스팀 온도
■ 스템 압력
■ CaO 유량
■ CaO 캐리어 가스 유량
■ CaO/다른 고체의 비
반응기가 CO2 또는 다른 산 가스를 제거하도록 구성된 가스 클리닝 반응기 시스템(소위 칼슘 루핑)일 때, 프로세스 변수 입력은 다음 중 하나 이상을 포함한다:
■ 스팀 유량
■ 스팁 압력 및 온도
■ 부가적인 연료의 유량
■ 열량 값 부가적인 연료
■ 수분 함량 부가적인 연료
■ CaCO3 유량의 보충(makeup)
■ CaO/CaCO3 의 총 유량
도 6 은 지연된 교정의 원리를 예시한다.
본 발명자들은 층 소결로 인해 반응기 시스템(10)의 셧다운까지 보일러로서 반응기 시스템(10)의 작동 중에 수집된 실제 작동 데이터를 분석하였다. 본 발명자들은, 그 방법을 사용함으로써, 국소 층 온도 이상이 검출될 수 있고 국소 층 온도 이상이 층 소결을 위한 전구체로서 작용하는 경향이 있다는 것을 입증할 수 있다(도 7 참조). 본 방법들에 의하면, 국소 층 온도 이상 및 또한 소결 조건들이 실제 문제 이전에 미리 충분히 길고 적절히 훨씬 많은 액션 윈도우 내에서 충분히 일찍 관찰될 수 있다. 도 7 의 예에서, 반응기 시스템(10)이 층 소결 문제로 인해 셧다운될 필요가 있기 전에 작동 윈도우는 약 45 - 25 시간이었다.
도 8a 및 도 8b 는 도 7 에 도시된 곡선을 초래한 온도 센서들(201 내지 208)의 각각의 온도 센서 측정 데이터를 도시한다. 따라서, 적어도 8개의 온도 센서(20)는 반응기 시스템(10)의 셧다운을 방지하기 위해, 반응기 시스템(10)의 자동 제어 또는 보일러 오퍼레이터에 의한 수동 제어를 위한 충분히 긴 작동 윈도우를 가능하게 하기에 충분히 조기에 소결 문제를 신뢰성 있게 검출하기에 충분히 많다.
본 발명의 기본 사상은 기술적 진보와 함께 고체 재료의 유동층을 이용하여 여러가지 방식으로 그리고 다양한 프로세스로 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 본 발명 및 그 실시예들이 따라서 전술한 예들 및 샘플들에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구범위 및 그 법적 등가물에 따라 다양한 변형이 가능하다.
문맥이 표현 언어 또는 필요한 함축성으로 인해 달리 요구되는 경우를 제외하고, 본 발명의 다음의 청구항들에서 그리고 이전의 설명에서, "포함한다(comprise)" 또는 “포함하고(comprises)”"포함하는(comprising)"과 같은 단어 또는 변형예들은 포괄적 의미로, 즉 언급된 특징의 존재를 특정하지만 본 발명의 다양한 실시예들에서 추가적인 특징들의 존재 또는 추가를 배제하지 않도록 사용된다.

Claims (18)

  1. 측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응 챔버(12)를 포함하는 유동층 반응기 시스템(10)에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법으로서,
    각각의 온도 센서(20i)는 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)을 나타내고,
    상기 방법에서:
    - 층 온도들(TMi, i = 1, ..., N)은 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)에서 측정되고;
    - 상기 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., n)에 대한 층 온도들은 상기 반응기 시스템(10)의 정상 작동 조건들 하에서 연산된 층 온도들(TCi; i = 1, ..., n)을 획득하기 위해, 적어도 하나의 수치적 층 온도 모델을 사용하여 연산되고;
    - 측정된 상기 온도들(TMi)은 상기 측정 지점들(P i, i = 1, ..., n)의 적어도 일부에 대해 상기 연산된 층 온도들(TCi)과 비교되고, 이상 임계치가 초과되면, 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 결정하는, 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법에서, 상기 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)에 대한 상기 연산된 층 온도들(TCi; i = 1, ..., N)은:
    - 미리결정된 프로세스 변수들(x1, x2, x3, x4,...)과 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)에서 측정된 상기 층 온도들(TMi; i = 1, ..., N)을 포함하는, 작동 데이터 사이의 수치 모델(f)을 준비하고 교정하고;
    - 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)에서의 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N) 및 미리결정된 프로세스 변수들(x1, x2, x3, x4, ...)을 포함하는, 상기 반응기의 현재 작동 데이터를 모니터링하고;
    - 적어도 하나의 측정 지점(Pj, j 는 약 1, ..., n)에 대해, 상기 수치 모델은 적어도 2개의 다른 측정 지점들의 현재 작동 데이터 및 측정된 온도들을 사용하여, 연산된 온도(TCj)를 연산하는데 사용되고;
    - 상기 연산된 온도(Tci) 및 측정된 온도(TMi)를 이상 기준에 대해 비교하고 상기 이상 기준이 충족되면 국소 온도 이상이 존재하는 것으로 결정하는 방식으로 획득되는, 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 교정은 바람직하게 적어도 M 일 경과인 이력 데이터를 사용하여 지연된 방식으로 수행되고, 여기서, M 은 적어도 3 이고, 바람직하게는 M 은 적어도 7 이고, 보다 바람직하게는 M 은 적어도 14 인, 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법.
  4. 제 2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않는, 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 교정은 주어진 임계치를 충족시키는 국소 온도 이상을 검출할 때 미리규정된 시간 동안 수행되지 않는, 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법.
  6. 바람직하게 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 문맥에서 사용될, 반응기 시스템(10)의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법으로서,
    - 반응기 시스템(10)은 측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응 챔버(12)를 포함하며, 각각의 온도 센서는 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)을 나타내고, 반응기 시스템(10)은 측정 지점들(Pi, i = 1, ..., N)의 각각에서 측정된 온도들(TMi)을 생성하도록 구성되고;
    - 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., N)에서의 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N) 및 미리결정된 프로세스 변수들을 포함하는 반응기의 현재 작동 데이터를 모니터링하고 이력 데이터로 수집하고;
    - 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)에서의 측정된 층 온도들(TMi ; i = 1, ..., N)과 작동 데이터 사이의 수치 모델(f)은 적어도 하나의 수치 피팅 방법, 바람직하게는 수치 회귀 방법, 유리하게는 최소 제곱 피팅을 사용하여 피팅되는, 수치 모델을 교정하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 교정은 미리규정된 간격들로 반복되는, 수치 모델을 교정하기 위한 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 교정은 국소 온도 이상을 검출할 때 방지되는, 수치 모델을 교정하기 위한 방법.
  9. 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법으로서,
    - 상기 반응기 시스템(10)은 측정 그리드를 함께 규정하는 적어도 3개의 온도 센서들(20i)이 구비된 그리드(250)를 갖는 반응 챔버(12)를 포함하고,
    각각의 온도 센서는 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)을 나타내고,
    - 보일러의 현재 작동 정보, 즉 반응기의 층에서의 측정된 온도(TMi ; i = 1, ..., N)는 각각의 측정 지점(Pi, i = 1, ..., n)에서 측정되고;
    - 상기 반응기의 현재 작동 데이터에 기초하여,
    i) 측정된 층 온도들의 평균이 연산되고;
    ii) 측정된 층 온도의 표준 편차가 연산되고;
    iii) 측정된 층 최대 온도와 측정된 층 최소 온도 사이의 차이가 연산되고;
    iv) 측정된 층 온도들에 대해 확산(x spread, )이 연산되고;
    - i), ii), iii) 및 iv)로부터의 연산 결과를 사용하여, 층 소결 지수를 준비하는, 위험도를 추정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 방법은, 추가로
    v) 동일한 측정 지점들에 대한 연산된 층 온도들(TCi ; I = 1, ..., n)이 연산되고, 상기 측정된 층 온도들(TMi ; i = 1, ..., n)과 상기 연산된 층 온도들 사이의 잔차들이 연산되며; 단계 v)로부터의 결과들이 또한 층 소결 지수의 준비에 사용되는, 위험도를 추정하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연산된 층 온도들(TCi; I = 1, ..., n)은 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 획득되는, 위험도를 추정하기 위한 방법.
  12. 유동층 반응기 시스템(10)을 제어하는 방법으로서,
    국소 층 온도 이상들 및/또는 층 소결 지수가 모니터링되고;
    미리규정된 기준을 초과하는 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 지수를 검출할 때, 반응기 시스템(10) 작동을 자동으로 조정하고/하거나 국소 층 온도 이상 및/또는 층 소결 조건이 검출되었다는 것을 오퍼레이터에게 표시하는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    작동의 자동 조정은 다음 중 적어도 하나를 포함하는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
    a) 반응물 피드(151, 152)를 증가 또는 감소시키는 것,
    b) 프로세싱될 공급원료(20)의 유량을 증가 또는 감소시키는 것,
    c) 층 재료 피드 및/또는 층 재료 제거를 증가 또는 감소시키는 것,
    d) 재순환 가스 유동을 조정하는 것,
    e) 반응기 수율을 일시적으로 제한하는 것.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 국소 층 온도 이상들이 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 모니터링되는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층 소결 지수는 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 모니터링되는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 국소 층 온도 이상들 및/또는 상기 모니터링 소결 지수들이 모니터링되고 그리고/또는 수치 모델이고, 상기 수치 모델의 지연된 교정은 상기 교정 데이터에서 최근 층 조건들의 영향을 감소시키거나 회피하는데 사용되는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 지연된 교정은 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 수행되는, 유동층 반응기 시스템을 제어하는 방법.
  18. 반응기 시스템(10)으로서,
    상기 반응기 시스템(10)은 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 반응기 시스템(10).
KR1020247010902A 2021-09-09 2022-09-09 반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기 KR20240058138A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EPPCT/EP2021/074840 2021-09-09
PCT/EP2021/074840 WO2023036427A1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Method for determining a local temperature anomaly in a fluidized bed of a combustion boiler, method for calibrating a numerical model of a fluidized bed of a combustion boiler, method for estimating risk of fluidized bed combustion boiler bed sintering, method of controlling a fluidized bed boiler, as well as a combustion boiler
PCT/EP2022/075091 WO2023036924A1 (en) 2021-09-09 2022-09-09 Method for determining a local temperature anomaly in a fluidized bed of a reactor, method for calibrating a numerical model of a fluidized bed of a reactor, method for estimating risk of fluidized bed reactor bed sintering, method of controlling a fluidized bed reactor, as well as a reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240058138A true KR20240058138A (ko) 2024-05-03

Family

ID=77913082

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247004253A KR20240029089A (ko) 2021-09-09 2021-09-09 연소 보일러의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 연소 보일러의 유동층의 수치 모델 교정하기 위한 방법, 유동층 연소 보일러 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 연소 보일러 및 연소 보일러를 제어하는 방법
KR1020247010902A KR20240058138A (ko) 2021-09-09 2022-09-09 반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247004253A KR20240029089A (ko) 2021-09-09 2021-09-09 연소 보일러의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 연소 보일러의 유동층의 수치 모델 교정하기 위한 방법, 유동층 연소 보일러 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 연소 보일러 및 연소 보일러를 제어하는 방법

Country Status (6)

Country Link
EP (2) EP4399449A1 (ko)
JP (2) JP2024534224A (ko)
KR (2) KR20240029089A (ko)
CN (2) CN117940703A (ko)
AU (2) AU2021463727A1 (ko)
WO (2) WO2023036427A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116340795B (zh) * 2023-05-29 2023-07-28 山东一然环保科技有限公司 一种用于纯氧燃烧加热炉运行数据处理方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0800397L (sv) * 2008-02-21 2008-11-11 Metso Power Ab Anordning och system för kontroll av temperatur i en förbränningspanna med fluidiserande bädd
CN104214772B (zh) * 2014-07-16 2016-06-22 山西大学 一种循环流化床机组agc负荷指令响应的控制方法
EA031280B1 (ru) * 2016-09-23 2018-12-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" Способ запуска топки с низкотемпературным кипящим слоем
CN110887038B (zh) * 2019-12-26 2021-05-28 哈尔滨中远控制工程有限公司 一种循环流化床锅炉燃烧自适应控制系统及方法
CN112696667A (zh) * 2020-12-31 2021-04-23 华电国际电力股份有限公司天津开发区分公司 一种循环流化床锅炉机组床温预警系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP4399449A1 (en) 2024-07-17
CN117999438A (zh) 2024-05-07
EP4399450A1 (en) 2024-07-17
KR20240029089A (ko) 2024-03-05
AU2022343893A1 (en) 2024-03-14
JP2024533225A (ja) 2024-09-12
WO2023036427A1 (en) 2023-03-16
JP2024534224A (ja) 2024-09-18
AU2021463727A1 (en) 2024-03-14
CN117940703A (zh) 2024-04-26
WO2023036924A1 (en) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11060719B2 (en) Control method for the operation of a combustion boiler
CN101329582B (zh) 循环流化床锅炉燃烧优化与诊断方法
CA2727579C (en) Method for operating a once-through steam generator and forced-flow once-through steam generator
CN102395926B (zh) 用于优化回收锅炉参数的方法和系统
US9360209B2 (en) Method for controlling a combustion process, in particular in a firing chamber of a fossil-fuel-fired steam generator, and combustion system
KR20240058138A (ko) 반응기의 유동층에서 국소 온도 이상을 결정하기 위한 방법, 반응기의 유동층의 수치 모델을 교정하기 위한 방법, 유동층 반응기 층 소결의 위험도를 추정하기 위한 방법, 유동층 반응기를 제어하는 방법 및 반응기
JP2010145018A (ja) ボイラ装置とこのボイラ装置の制御方法
JP2686341B2 (ja) 循環流動層ボイラの蒸気圧力制御装置
KR20240065109A (ko) 방열 반응기 작동 방법, 방열 반응기 및 방열 반응기 계산 시스템
US20240318815A1 (en) Method of determining a tube leakage in a water-steam circuit of a combustion boiler system, and a combustion boiler
WO2023222228A1 (en) Method of and control system for monitoring a process of circulation of solid material in a circulating fluidized bed reactor
JP7458513B2 (ja) 循環流動床反応器構成内の循環する床材料の閉塞を防止する方法
JP2678196B2 (ja) 再熱蒸気温度制御方法および装置
Kaya et al. On the control methods of atmospheric fluidized bed boilers for power generation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination