特許 6356948 燃焼プロセスシステムを制御するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6356948

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】燃焼プロセスシステムを制御するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/00 20060101AFI20180702BHJP

   F23N 5/18 20060101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   F23N5/00 L

   F23N5/18 K

   F23N5/18 L

   F23N5/00 J

【請求項の数】33

【外国語出願】

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2013-101227(P2013-101227)

(22)【出願日】2013年5月13日

(65)【公開番号】特開2013-238390(P2013-238390A)

(43)【公開日】2013年11月28日

【審査請求日】2016年5月12日

(31)【優先権主張番号】61/645,972

(32)【優先日】2012年5月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512132022

【氏名又は名称】フィッシャー−ローズマウント システムズ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100085279

【弁理士】

【氏名又は名称】西元 勝一

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ダンカン レニー

(72)【発明者】

【氏名】スコット ラシェオン ペティグリュー

(72)【発明者】

【氏名】バーバラ ハミルトン

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア ニコル ビショップ

【審査官】 渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４７２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１８０１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７６８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９９６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３６２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５７６５７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６７１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６７１５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｎ ５／００

Ｆ２３Ｎ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼プロセスへの燃料の実際の流量をモニタすることと、
前記燃焼プロセス内の前記燃料の発熱量の変化に対応する相対的放熱量を計算することと、
前記相対的放熱量に基づいて前記燃焼プロセス用の燃料要求量を決定することと、
前記燃焼プロセスへの空気の実際の空気流量をモニタすることと、
前記実際の空気流量に基づいて前記燃焼プロセス用の前記燃料要求量を決定することと、
前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて前記燃焼プロセス用の目標空気流量を決定することと、
を備え、
前記発熱量の変化は、前記燃焼プロセスにおいて消費される空気の量の変化に基づいて計算される、方法。

【請求項2】

前記燃焼プロセス用の目標過剰空気を決定することと、
前記燃焼プロセス内の実際の過剰空気を決定することと、
前記目標空気流量、前記実際の空気流量、前記目標過剰空気、および前記実際の過剰空気に基づいて前記相対的放熱量を決定することと、
をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記燃焼プロセスの排気内の酸素量をモニタすることと、
前記燃焼プロセスの前記排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値を受け取ることと、
前記酸素設定値に基づいて前記目標過剰空気を決定することと、
前記燃焼プロセスの前記排気内の前記酸素量に基づいて前記実際の過剰空気を決定することと、
をさらに備える、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記燃焼プロセスの前記排気内の一酸化炭素量をモニタすることをさらに備え、前記酸素設定値は前記一酸化炭素量に基づく、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記燃料は時間とともに変化する発熱量を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記相対的放熱量を計算することは、目標空気流量に対する前記燃焼プロセスへの実際の空気流量の比率および実際の過剰空気に対する前記燃焼プロセス用の目標過剰空気の比率を乗算することを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記相対的放熱量に基づいてＢＴＵトリム因子を決定することと、
前記燃料用のトリムされた発熱量を計算することと、
前記トリムされた発熱量に基づいて前記燃料要求量を決定することと、
をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

燃焼プロセスへの燃料の実際の流量をモニタするセンサーと、
前記燃焼プロセスへの空気の実際の空気流量をモニタする空気流量センサーと、
前記燃焼プロセス内の前記燃料の発熱量の変化に対応する相対的放熱量を計算する放熱量計算機と、
前記相対的放熱量に基づいて前記燃焼プロセス用の燃料要求量及び前記実際の空気流量を決定すると共に前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて前記燃焼プロセス用の目標空気流量を決定するクロスリミット計算機と、
を備え、
前記発熱量の変化は、前記燃焼プロセスにおいて消費される空気の量の変化に基づいて計算される、装置。

【請求項9】

前記燃焼プロセス用の目標過剰空気および前記燃焼プロセス内の実際の過剰空気を決定するコントローラをさらに備え、前記相対的放熱量は前記目標空気流量、前記実際の空気流量、前記目標過剰空気、および前記実際の過剰空気に基づく、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記燃焼プロセスの排気内の酸素量をモニタする酸素センサーをさらに備え、前記コントローラは前記燃焼プロセスの前記排気内の前記酸素量に基づいて前記実際の過剰空気を決定し、および前記燃焼プロセスの前記排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値に基づいて前記目標過剰空気を決定する、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記燃焼プロセスの前記排気内の一酸化炭素量をモニタする一酸化炭素センサーをさらに備え、前記酸素設定値は前記一酸化炭素量に基づく、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記燃料は時間とともに変化する未知の組成を有する、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

前記相対的放熱量は、目標空気流量に対する前記燃焼プロセス用の実際の空気流量の比率および実際の過剰空気に対する前記燃焼プロセス用の目標過剰空気の比率の積に対応する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

前記放熱量計算機は、
前記相対的放熱量に基づいたＢＴＵトリム因子を決定し、
前記燃料用のトリムされた発熱量を計算し、前記燃料要求量は前記トリムされた発熱量に基づく、
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項15】

命令を備えた実体的な機械読み取り可能な記憶媒体であって、命令実行時に、命令が機械に少なくとも、
燃焼プロセスへの燃料の実際の流量をモニタさせ、
前記燃焼プロセスへの実際の空気流量をモニタさせ、
前記燃焼プロセス内の前記燃料の発熱量の変化に対応する相対的放熱量を計算させ、
前記相対的放熱量と前記実際の空気流量とに基づいて前記燃焼プロセス用の燃料要求量を決定させ、
前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて前記燃焼プロセス用の目標空気流量を決定させ、
前記発熱量の変化は、前記燃焼プロセスにおいて消費される空気の量の変化に基づいて計算される、記憶媒体。

【請求項16】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃焼プロセス用の目標過剰空気を決定させ、
前記燃焼プロセス内の実際の過剰空気を決定させ、
前記目標空気流量、前記実際の空気流量、前記目標過剰空気、および前記実際の過剰空気に基づいて前記相対的放熱量を決定させる、
請求項１５に記載の記憶媒体。

【請求項17】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃焼プロセスの排気内の酸素量をモニタさせ、
前記燃焼プロセスの前記排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値を受け取らせ、
前記酸素設定値に基づいて前記目標過剰空気を決定させ、
前記燃焼プロセスの前記排気内の前記酸素量に基づいて前記実際の過剰空気を決定させる、
請求項１６に記載の記憶媒体。

【請求項18】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃焼プロセスの前記排気内の一酸化炭素量をモニタさせ、前記酸素設定値は前記一酸化炭素量に基づく、請求項１７に記載の記憶媒体。

【請求項19】

前記燃料は時間とともに変化する発熱量を有する、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項20】

前記相対的放熱量を計算させることは、
目標空気流量に対する前記燃焼プロセスへの空気の実際の空気流量の比率および実際の過剰空気に対する前記燃焼プロセス用の目標過剰空気の比率を乗算させることを備える、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項21】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記相対的放熱量に基づいてＢＴＵトリム因子を決定させ、
前記燃料用のトリムされた発熱量を計算させ、
前記トリムされた発熱量に基づいて前記燃料要求量を決定させる、
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項22】

前記燃料の組成が制御されていない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記燃料の組成の変化に基づいて、目標空気流量をリアルタイムに調整することをさらに備える、請求項１〜７、２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記燃料をサンプリングすることなく、前記相対的放熱量をリアルタイムに決定することをさらに備える、請求項１〜７、２２、２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

前記燃焼プロセスへの実際の空気流量を空気流量センサーにより計測することと、
前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて目標空気流量を決定することと、
前記燃焼プロセスの排気内の酸素量を酸素センサーにより計測することと、
前記燃焼プロセスの排気内の前記酸素量に基づいて、実際の過剰空気を決定することと、
前記燃焼プロセスの排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値に基づいて、前記燃焼プロセスのための目標過剰空気を決定することと、
をさらに備える、請求項１〜７、２２〜２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記燃料の組成が制御されていない、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項27】

前記燃料の組成の変化に基づいて、目標空気流量がリアルタイムに調整される、請求項８〜１４、２６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項28】

前記燃料をサンプリングすることなく、前記相対的放熱量がリアルタイムに決定される、請求項８〜１４、２６、２７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項29】

前記燃焼プロセスへの実際の空気流量が空気流量センサーにより計測され、
前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて、目標空気流量が決定され、
酸素センサーにより計測された前記燃焼プロセスの排気内の酸素量に基づいて、実際の過剰空気が決定され、
前記燃焼プロセスの排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値に基づいて、前記燃焼プロセスのための目標過剰空気が決定される、請求項８〜１４、２６〜２８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項30】

前記燃料の組成が制御されていない、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項31】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃料の組成の変化に基づいて、目標空気流量をリアルタイムに調整させる、請求項１５〜２１、３０のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項32】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃料をサンプリングすることなく、前記相対的放熱量をリアルタイムに決定させる、請求項１５〜２１、３０、３１のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【請求項33】

前記命令が、実行時に、前記機械にさらに、
前記燃焼プロセスへの実際の空気流量を空気流量センサーにより計測させ、
前記実際の燃料流量または前記燃料要求量の大きい方に基づいて目標空気流量を決定させ、
前記燃焼プロセスの排気内の酸素量を酸素センサーにより計測させ、
前記燃焼プロセスの排気内の前記酸素量に基づいて、実際の過剰空気を決定させ、
前記燃焼プロセスの排気内の所望の酸素量を表わす酸素設定値に基づいて、前記燃焼プロセスのための目標過剰空気を決定させる、
請求項１５〜２１、３０〜３２のいずれか一項に記載の記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般的にプロセス制御に関し、より具体的には燃焼プロセスシステムを制御するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プロセス燃焼ヒーター、ボイラーなどで使用されるような燃焼プロセスは、様々なプロセス流体の加熱、気化、または熱分解用に複数の業界で広く使用されている。これら燃焼プロセスの動作および維持は、不完全なまたは変化しやすい燃焼が製品の不均一性、機器の熱ストレス、環境問題、および、深刻な場合、ユニットの爆発等を結果としてもたらすので困難である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

燃焼プロセスシステムを制御するための方法および装置の例示が開示される。例示的方法は、燃焼プロセスへの燃料の実際の流量のモニタリング、燃焼プロセス内での燃料に対応した相対的な放熱量の計算、および相対的な放熱量に基づいた燃焼プロセスのための燃料要求量の決定を含む。

【0004】

例示的装置は、燃焼プロセスへの燃料の実際の流量をモニタするセンサー、燃焼プロセス内での燃料に対応した相対的な放熱量を計算する放熱量計算機、および相対的な放熱量に基づいて燃焼プロセスのための燃料要求量を決定するクロスリミット計算機を含む。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本明細書にて開示される教示が実装してもよい範囲内での燃焼プロセスシステムの例示を示す。

【図2】本明細書にて開示される教示により構成される図１の例示的制御システムのブロック図である。

【図3】図１の燃焼プロセスシステム内で使用される例示的燃料のための過剰空気に対する酸素のパーセンテージを表わす例示的表および対応するグラフを示す。

【図4】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図5】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図6】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図7】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図8】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図9】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図10】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図11】図１および／または図２の例示的制御システム実装のための例示的プロセスの代表的なフローチャートである。

【図12】図４から図１１の例示的プロセスを実行するために使用および／またはプログラムされてもよい、および／または、より一般的には、図１および／または図２の例示的制御システムを実装するための、例示的処理装置プラットフォームの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

燃焼ヒーターの目的はプロセス流体を所望の温度まで加熱することである。一定の出口温度を維持するのはプロセスにとって重要である。出口温度の変動はプロセス全体に不均一性をもたらす。燃焼ヒーターの最適な動作は典型的にほぼ制約条件に近いが（例えば、最高管内温度、最低過剰空気）、プロセス内の変動は予想外のプロセス変調を処理するためのバッファおよび安全マージンを提供するためにオペレータを実際の制限から遠ざけてしまう。その結果、製造業者は常にスループットを最大化することができず、あるいはその逆に投資の効率を高めることができない。

【0007】

プロセス燃焼ヒーターは一般に大幅に変化する加熱量を有し得るプロセスからの廃棄燃料を利用する。燃料加熱量の変動は空気および燃料要求量の制御に挑戦することをもたらす。多くの場合、燃料と空気の関係は不完全燃焼に関連するリスクを低減するためにかなりの過剰空気安全バッファで動作する。重要な安全バッファを提供するこの方策は非効率的な動作および／または排出の増加を結果としてもたらす。燃料加熱量での著しい変動はまた最終的な製品品質のばらつき、もしくは準化学量論的な条件を結果としてもたらすかもしれない。

【0008】

前述の制御解決策は、製品温度の標準的な比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御および燃料と空気の関係を扱うために必要な燃料エネルギー変化を推定する固定数学的アルゴリズムの制約を含む。典型的な燃焼制御解決策は、所望の過剰空気量を達成するために、空気量および燃料量の整合に基づいた経験的に導かれた空気対燃料曲線を含む。しかしながら、これら解決策は操作が難しい。概して、ＰＩＤ制御は制御変数、操作変数、および制約変数の複数の相互作用を適切に扱うことができない。経験的な燃焼曲線は、可能性のある燃料エネルギー変動全般に渡って手動で空気流量を調整することにより構成されなければならない。これは、しばしば実稼動プラントで調整することは不可能である。また、流量に基づく計算および／または曲線は、水素、二酸化炭素、または不燃性ガスを含む排出ガスの組成変化を補償できない。

【0009】

本明細書にて開示される例示は、これら装置の安全性および動作を改善するために加熱機材の燃焼、スループット、および最終製品温度を同時に制御する方策を実装する。本明細書にて開示される例示は、廃棄燃料および／または変化しやすいエネルギー含有量を有する燃料を使用する加熱アプリケーション（例えば、プロセス燃焼ヒーター、熱酸化機、加熱回転乾燥機、石灰炉、改質機、分解炉）に関連して実装することができる（例えば、エチレン炉や水蒸気メタン改質機）。本明細書にて開示される例示は、最適なおよび安全な燃焼のために燃焼空気を燃料と調整する本明細書にて開示されるアルゴリズムを使用することにより最近６０年間自動燃焼制御で使われてきている燃料対空気曲線を除外する。本明細書にて開示される例示は、燃料流量（直接計測または推測のどちらでも）に基づいて空気要求量を決定し、燃料内の変動する熱含有量を補うために燃料流量目標値を調整する。

【0010】

本明細書にて開示される例示は、燃料内のエネルギー（発熱率）に基づいて空気要求量を決定する。本明細書にて開示される例示は、燃料内の変動する熱含有量を補うために燃料発熱量を調整する。調整済み発熱量は、次に燃料流量目標値を決定するために使用される。この制御方策または技法は、設定された制約条件内で改善された効率および安定的な一貫した製品のために過剰空気を最小化しつつ、一貫した製品温度を提供する。最適な過剰空気の維持は排出ガス低減の付加的な利益を有する。

【0011】

本明細書にて開示される例示は、例えば発熱量が直接計測されないが、標準値が既知であるような状況で使用することが可能である。いくつかの例示では、燃料の発熱量は具体的な重力および／またはクロマトグラフィーを使用して推測される。このような場合には、計測値は本明細書にて開示される例示的アルゴリズムに基づいて調整され、燃焼空気要求量のさらなる改良を結果としてもたらす。

【0012】

本明細書にて開示される例示によれば、燃焼排ガス中のパーセント酸素およびパーセント過剰燃焼空気との間の関係は燃料タイプから確立される。この方策は、たとえ燃料の発熱量が変化したとしても燃焼用空気の正確な量を保証する。

【0013】

プロセス燃焼ヒーターが購入したガス（例えば、都市ガス）で燃焼される場合、本明細書にて開示される例示により提供される改善された効率による省エネルギーは著しい。入手可能な廃棄ガスの代わりに、相対的により高価な購入したガスを使用することにより、さらに著しい省エネルギーでさえも実現可能である。精製所および石油化学プラント内の廃棄ガスは概してどのプロセスユニットが燃料システムに廃棄しているかに依存して組成が劇的に変動する。水素、窒素、および炭化水素の分布の大きな変化はこれら廃棄の流れでは普通のことである。廃棄ガスが非常に変化しやすい発熱量を有する場合、しばしば重要なユニットで使用することはできない。しかしながら、本明細書にて開示される例示は、下記に詳細に説明するように、大きく変化する発熱量を補償し、そして著しい効率の節約および／または向上につながるかもしれない燃料の代替を可能とする燃焼の方策を提供する。さらに、少ない変動で燃料内の利用可能な熱の捕捉の増加（最大限の捕捉）を可能にすることにより、本明細書にて開示される例示により提供される燃焼の方策は温室効果ガスの排出を減少し、ボイラーまたはコジェネレーションプラントのような他の用途のために燃料を利用できるようにし、容量制約下の状況でより多くのスループットを可能にする。

【0014】

燃料内の変化するエネルギー含有量の補償をする間の燃料および空気の調整に加えて、本明細書にて開示される例示は、最終製品品質を安定化する複雑なタスクを解決するためにモデル予測制御（ＭＰＣ）を使用する。すなわち、本明細書にて開示される例示は拡張燃焼制御をＭＰＣと結びつける。本明細書にて開示される拡張燃焼制御は安全性、安定した燃焼を保証し、本明細書にて開示される例示のＭＰＣ利用は排気、最大加熱入力、機器の制限等のようなプロセス制約内で最適な製品制御を提供する。いくつかの例示では、本明細書にて開示される例示によるＭＰＣの利用は複数のＰＩＤまたは同等以上の機能のためのＰＩＤ等価物の使用を排除する。

【0015】

このように、本明細書にて開示される例示は、同時に製品の変化性および排出を減少させる一方、経験的な空気および燃料曲線を排除し、変化するエネルギー含有量および／または燃料の燃焼空気要求量を補償し、ユニットの安全性、効率、および、例えばプロセス燃焼ヒーターのスループットを改善する。さらに、本明細書にて開示される例示は、燃料流量のサンプリングなしにリアルタイムで任意の燃料（例えば、固体、液体またはガス状）の相対的エネルギー変化を決定する能力を提供する。リアルタイムで燃料エネルギー含有量を定義することにより、総燃焼空気はエネルギー要件に合致することができ、それにより排出を減少し動作の安全性を向上する。任意の燃料のエネルギー含有量を定義することにより、任意の装置（例えば、燃焼プロセスヒーター）で同じ燃焼設計および／またはアプローチが使用できるように、本明細書にて開示される例示はすべての燃料を標準化する。エネルギー要求量を燃焼におけるエネルギーの正確な量（例えば、無視できるほどの閾値内）とマッチングすることは、変動性および経費を減少させる。

【0016】

図１は例示的燃焼プロセスシステム１００の代表的な図である。例示的燃焼プロセスシステム１００は、ヒーター内側に配置された管を通して流れるプロセスフィード製品を加熱するために実装されてもよいプロセス燃焼ヒーターシステムである。燃焼ヒーターシステムが図１に示され、次の説明が燃焼ヒーターに関して与えられているが、本明細書にて開示される教示は、例えば、ボイラー、加熱回転乾燥機等のような任意の他の燃焼プロセスに応用可能である。例示的システムおよび方法は、（例えば、時間とともに燃料の組成が変化することにより）変化しやすい発熱量を有する燃料を使用するプロセスヒーターの制御に優位性をもって応用可能であるように本明細書にて説明される。特に、例示的燃焼プロセスシステム１００は水素（例えば、いくつかの例では、水素濃度は２５％から７５％までの範囲であり得る）、ライトエンド炭化水素、増加する天然ガス、または過剰なブタンの混合物を含むことができる廃棄燃料を使用するものとして以下に説明される。しかしながら、代替の実装では、本明細書にて説明される例示的システムおよび方法は、任意のタイプの燃料を使用する燃焼生成システムを制御するために使用されてもよい。

【0017】

図１に示すように、例示的システム１００は、燃料供給１０４から燃料ガスを受け取る燃焼ヒーター１０２を含み、燃焼ガスは、ヒーター１０２の炉１０６内で空気と混合され燃焼される。図示される例示では、管１０８はプロセスフィード製品供給１１０からプロセスフィードまたは製品流体を炉１０６を通して搬送する。図示される例示の例示的な管１０８は２パス配置で示される。他の例示では、システム１００はシングルパス燃焼ヒーター１０２で代替的に配置されてもよい。他の例示では、システム１００は２を超える（例えば、４、８、または１６）パスで配置されてもよい。フィード製品は燃焼ヒーター１０２を通過するので、燃焼燃料により生成された熱はフィード製品に移動する。図示された例示の燃焼プロセスからの余熱、排気および／または排出ガスは、ヒーター１０２の上部のスタックまたは送器管１１２を介して放出される。

【0018】

例示的システム１００はまた、事前定義された、必要となるまたは所望の動作範囲内で他の動作特性（例えば、燃料対空気比率、排出ガス等）を維持しながら、事前定義された、必要となるおよび／または所望の動作範囲内（例えば、製品に関連するコイル出口温度）で燃焼システム１００を動作するために使用されてもよい構成設定（例えば、燃料流量および空気流量）を決定するための例示的燃焼システム１００の様々な動作条件を収集しモニタするための例示的制御システム１１６を含む。図２に関連して以下でより詳細に説明されるように、例示的制御システム１１６は例示的システム１００が不適格な（および潜在的に非効率的および／または安全でない）条件で動作する間の実例（または時間）を実質的に減少させるまたは排除するために構成設定を予測するためモデル予測制御を使用する。特に、制御システム１１６は、例示的システム１００が近いもしくは遠い将来に、如何に動作してよいかを予測するための解析を実行するために現在のおよび／または以前の動作条件の計測値を使用し、これらの解析に基づいて、燃焼システム１００が事前定義された、必要となるまたは所望の動作範囲外で動作することを防止するために積極的である製品フィード流量の構成設定を生成する。また、例示的制御システム１１６は一貫性のある炉温度用の燃料燃焼率を制御するために燃焼プロセスの実際の放熱量をモニタした計測値を使用する。特に、燃料の燃料流量および対応する（モニタした放熱量に基づく）発熱量は、燃焼プロセス用の目標空気流量を決定するためにモニタされ、燃料の空気流量および発熱量が目標燃料流量または燃料要求量を決定または調整するために使用される。すなわち、燃料流量および空気流量は、関連する燃料および空気の燃焼から決定される対応する放熱量に関連して、クロスリミット方策を介して解析される。このように、制御燃焼環境は効率の改善および安定した一貫性のある製品のためにシステム１００内で使用される過剰空気を減少（例えば、最小化）させながら、他の既知の燃焼ヒーターよりも一貫した製品温度を提供するために提供される。さらに、例示的制御システム１１６は、システムの安全性および製品の品質を保証するために例示的システム１００を許容可能な制限内に維持するため設定された制限をモニタする。

【0019】

図１に示すように、例示的制御システム１１６は、燃焼ヒーター１０２内への燃料の流量を制御するために燃料流量バルブ１１８と、流量および管１０８を介して燃焼ヒーター１０２を通過する製品の送り量を制御するために製品流量バルブ１２０、１２２と、およびヒーター１０２内にもたらされる空気の総量、およびそれに対応してヒーター１０２から排気および／または放出される空気の総量を制御するためにスタックダンパー１２４と通信する。付加的にまたは代替的に、いくつかの例では、例示的制御システム１１６は、ヒーター１０２を通過する空気流量を制御するためにファン、送風機、および／または関連するダンパーと通信する。供給品（例えば、燃料、フィード製品、空気流）各々の送り量または流量を計測するために、図示される例示の制御システム１１６は、複数のセンサーおよび／または他の計測機器に通信可能に結合されてもよい。

【0020】

特に、酸素センサー１２６および一酸化炭素センサー１２８は、スタック１１２を介してヒーター１０２から出て行く排気および排出ガスの条件をモニタするために例示的制御システム１１６に通信可能に結合される。つまり、酸素および一酸化炭素は、実質的にリアルタイムでヒーター１０２内の燃焼状態を示す。このように燃焼プロセスをモニタすることにより、制御システム１１６はユニットを安定化し、効率を改善し、および／または排出ガスを減少させるためにプロセスへの調整がなされるよう決定する。いくつかの例示では、環境規則に適合するためにおよび／またはプロセスシステムの動作に制約事項を加えるために、リアルタイムで他の排出物（例えば、窒素酸化物、二酸化硫黄、微粒子、二酸化炭素等）をモニタするため酸素センサー１２６および一酸化炭素センサー１２８に加えて他のセンサーが含まれる。

【0021】

いくつかの例示では、ドラフト圧センサー１３２はヒーター１０２内の火炎安定性を検出するために使用されるため例示的制御システムに通信可能に結合される。多くの場合、燃焼ヒーターの動作での１つの課題はバーナー炎の不安定性であり、発熱量または燃料のエネルギー含有量の大きなおよび／または速い変化がある際（例えば、燃焼制御が適切に補償をすることができない精製所の不調により）に特に関連性がある。炎が不安定である際、揺らぎまたは燃焼停止となるかもしれず、炉内に不燃焼燃料を残す結果となるかもしれない危険な条件となる。いくつかの既知の技術がそのような条件を回避するために使用されてもよい。しかしながら、これら技術はしばしば誤報を前提としており、炎が消えた後の条件を検出するのみかもしれず、および／または維持および／または設置する経費が異常に高額である。したがって、いくつかの例示では、火炎安定性はドラフト圧センサー１３２を介して計測されるドラフト圧に基づいてモニタおよび検出される。そのような例示では、火炎安定性の検出は、動的プロセスは通常の条件化で特有の雑音または変化信号を有するという前提に基づいていて、これら特有のサインの変化がプロセス内の変化を示す。そのように、いくつかの例示では、燃焼停止および炉の停止前にシステムに注意を払いおよび／または調整するために、安定した炎で動作している燃焼プロセスに矛盾する変化を識別するためにドラフト圧はモニタされる。

【0022】

いくつかの例示では、スタック温度センサー１３０、ダンパー位置センサー１３４、および空気流量センサー１３６は、スタック１１２を介してヒーターから出て行く空気流量の条件をモニタするために例示的制御システムに通信可能に結合される。つまり、いくつかの例示では、そのような計測は安全性と安定した燃焼を維持し、より一貫性のある製品温度、より一層の効率化、および／または減少された排出ガスのためリアルタイムで燃焼プロセスを改善（例えば、最適化）するために使用される。いくつかの例示では、如何に空気流量測定が得られるかは、使用される炉のタイプおよび個々の現場の機器に依存する。例えば、燃焼ヒーターは典型的に強制式ドラフトヒーター、バランス式ドラフトヒーター、または自然ドラフトヒーターのいずれかに分類可能である。強制式ドラフトまたはバランス式ドラフトヒータープロセスでは、空気流量は、強制ドラフトファンを例えば減少した電気使用により減少した経費で広範囲に渡って空気流量の正確なおよび繰り返し可能な制御を可能にする可変スピードドライブで変調することにより、制御可能である。あるいは、またはいくつかの例示では、ファンスピードの変調に加えて、付属のダンパーは空気流量を制御するために変調可能である。そのような例示で空気流量を計測するには、センサーは強制ドラフトファンの入り口か強制ドラフトファンおよびヒーター１０２間の空気ダクトのどちらかに配置することができる。いくつかの例示では、センサーはダクト形状、直留の欠如、外部遊隙の欠如、ダクト内の流れの層化等の結果からもたらされる課題を克服するために平均ピトー管（ＡＰＴ）技術を使用する。（図１に図示される例示的プロセスシステムのような）自然ドラフトプロセスでは、空気流量はスタック１１２の内側でダンパー１２４を変調することにより調整される。典型的には、自然ドラフトヒーター内ではセンサーを置く位置にファンまたはダクトがないので、そのような計測は課題であり、空気流量は直接計測されない。しかしながら、図示される例示では、空気流量センサー１３６はスタック１１２の内側に配置され、スタックダンパー１２４の位置に基づいて変化する燃料ガス流量をモニタするために上記で説明したＡＰＴ技術を含む。送器管ガス流量は空気流量を推測するために使用することができる。いくつかの例示では、ダンパー１２４は、時間とともにダンパーの動きの信頼性および再現性を保証するのと同様に、ダンパー１２４の正確な位置決めを可能にするためオンライン校正、構成、および診断機能付きのデジタルコントローラで作動される。

【0023】

図１の図示される例示では、バーナー圧センサー１３８および炉温度センサー１４０は、ヒーター１０２の炉１０６内側の条件をモニタするため制御システム１１６と通信可能に結合される。そのような計測は、安全性および安定したプロセス環境を保証するために本明細書にて開示される制御プロセス上の制約事項としていくつかの例示で使用される。

【0024】

さらに、いくつかの例示では、総供給流量センサー１４２、製品出口温度センサー１４４、１４６、およびコイル出口温度センサー１４８は、ヒーター１０２に入りおよび出て行くフィード製品の条件をモニタするため、制御システム１１６に通信可能に結合される。いくつかの例示では、総供給流量は、すべてのパスを介してヒーター１０２を通過するフィード製品の総流量に対応する。いくつかの例示では、コイル出口温度は、ヒーター１０２から出る各パス内のフィード製品の混合温度に対応する（例えば、各製品出口温度センサー１４４、１４５から取得される）。しばしば、プロセスの目的は、炉を出て行く材料の目標コイル出口温度を達成するためにプロセスを制御することである。したがって、いくつかの例示でのコイル出口温度および総供給流量は、ヒーター１０２内の燃焼プロセスから必要となる放熱量を定義するために使用される基本的なまたは主要な入力または設定値として使用される。特に、生産量を改善するためにヒーター出口温度を高めること（例えば、コーキング限界まで）と燃焼プロセスの稼動時間を延長するために温度を低くすること（例えば、ヒーターが炭素除去が必要となる前）との間にはしばしば取り決めるべきバランスがある。したがって、いくつかの例示では、制御システム１１６は、各製品パスの出口温度を実質的に同等に保つためＭＰＣに関連して上記のパラメータを使用し、それにより変動性を減少したプロセス生産量の質を改善（例えば、最大化）する一方、動作稼動長を増加（例えば、最大化）するため他よりも速くヒーター１０２内の管１０８の１つのセットのコーキングの可能性を減少させる。すべての炉管に渡って相対的に一定の温度を維持することはまた、過熱状態となる管上のホットスポットの可能性を減少させる。さらに、そのような制御技術はまた、ヒーター制約事項および／または他の制限を超過することなく、システムにより処理される総フィード量またはスループットを増加（例えば、最大化）する。

【0025】

さらにまた、燃料加熱バルブセンサー１５０、燃料温度センサー１５２、および燃料圧センサー１５４は、本明細書で説明される燃焼制御システム内で使用される基本的パラメータの１つである、ヒーター１０２内に供給される燃料の条件をモニタするために制御システム１１６に通信可能に結合される。つまり、開示される例示は、燃料の流量と組み合わせた際に安定した、安全な、および効率的な燃焼プロセスを維持するために、システム内への空気流量を計算および制御するため燃焼システム１００内で使用することができる燃料のＢＴＵ（エネルギー）含有量または燃料の発熱量を推論するために燃焼プロセス内で放熱量を計算する。いくつかの例示では、温度センサーおよび圧力センサー１５２、１５４は燃料の質量流量を計算するために使用される。付加的にまたは代替的に、いくつかの例示では、燃料の質量ベース発熱量に関連があり得る質量流量を計測するためにコリオリ流量計が使用されてもよい。さらに、いくつかの例示では、他のタイプの流量計測機器が実装される。例えば、差圧伝送器付きオリフィス板または渦流量計が燃料の流れをモニタするために使用されてもよい。いくつかの例示では、リアルタイムでまたは実質的にリアルタイムで燃料のＢＴＵ含有量の値を推測するためにガス比重計が取り付けられてもよい。

【0026】

図示されてはいないが、例示的燃焼プロセスシステム１００の全体に配置される他の付加的なセンサー（例えば、温度センサー、流量／フィード量センサー、圧力センサー等）が、本明細書にて説明される例示的システムおよび方法の実装での使用で計測値を取得するために、制御システム１１６に通信可能に結合されることができる。さらに、本明細書にて説明される任意のセンサーの特定の位置および／またはセンサーによりモニタされるパラメータは、本開示の教示が実装される特定の応用の必要性に基づいて改変されてもよい。

【0027】

図２は図１の例示的制御システム１１６の詳細なブロック図である。制御システム１１６は、現時点でのモニタ条件に基づく将来に対するまたは予測の構成設定を決定することにより例示的燃焼システム１００の動作を制御するために、予測制御技術を使用してもよい。このように、制御システム１１６は、例示的システム１００が、事前定義された、所望のまたは必要となる動作条件（例えば、製品供給に関連したコイル出口温度）外で動作することを実質的に減少させるまたは防ぐために構成設定を変更または調整することにより、モニタした条件に対して積極的に対応することができる。

【0028】

図示された例示では、制御システム１１６は、モデル予測制御（ＭＰＣ）オプティマイザ２０２、クロスリミット計算機２０４、空気流量コントローラ２０６、燃料放熱量計算機２０８、および燃料コントローラ２１０を含む。例示的実装では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、テキサス州、オースティンのエマーソンプロセスマネージメント社により設計、販売されているＤｅｌｔａＶ（登録商標）制御システムで利用可能なＭＰＣを使用して実装されてもよい。ＭＰＣオプティマイザ２０２は、コイル出口温度２１２、および各製品流量バルブ（例えば、図１の製品流量バルブ１２０、１２２）に対応した製品流量２１４、２１６に応じて燃焼ヒーター１０２を通過する製品供給の流量を制御するために構成される。より具体的には、燃焼プロセスシステム１００がマルチパスヒーター（例えば、２パスヒーターとして図示された図１内のヒーター１０２）を含むいくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は所望の設定値でコイル出口温度全体を維持する一方、各パスの製品の出口温度をバランスさせるために構成される。すなわち、図示される例示のＭＰＣオプティマイザ２０２は、一貫したコイル出口温度と同様に、各パス内で実質的に一貫した出口温度を維持するために各パスを通過する製品流量を制御するため、各製品流量バルブ１２０、１２２に制御信号を提供する。

【0029】

ヒーター１０２の各パスを通過する製品の流れを制御することに加え、いくつかの例示では、図示される例示のＭＰＣオプティマイザ２０２はまた、ヒーター１０２の炉１０６への燃料燃焼速度を調整するためにコイル出口温度２１２および総供給流量（例えば、ヒーター内のすべてのパスを通過する総製品流量）を使用する。いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、より完全に以下で説明されるクロスリミット方策に基づいた燃焼および燃料システム（例えば、空気流量コントローラ２０６および燃料コントローラ２１０）に提供されるべき燃料要求量のための初期値または主要設定値を提供するためにコイル出口温度および総供給流量を使用する。いくつかの例示では、総供給流量内の変動を説明するために（例えば、ＭＰＣオプティマイザ２０２のマルチパスバランス制御からの変動により）総供給流量に基づくフィードフォワード方策が実装される。他の例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、ヒーター１０２の管１０８を通過するフィード製品流量のパスバランスに関連した初期燃料要求量パラメータを生成する。そのような例示では、ＭＰＣ計算を通して直接生成された初期燃料要求量は、コイル出口温度および総供給流量に基づく燃料要求量の計算をパイバスしてもよい。

【0030】

プロセスを、非安定的、安全ではない、および／または別の所望ではない条件で動作させることを防ぐために、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２はまた、ヒーター要求を制限する複数の制約値２１８（例えば、バーナー圧、炉温度等）付きで提供される。いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、ユーザー指定のバーナー圧設定値に対して高いバーナー圧および低いバーナー圧に基づく燃焼プロセス用の別々の燃料要求量を計算する。いくつかの例示では、バーナー圧は平方インチあたり０から１５ポンド規格(ｐｏｕｎｄｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ ｇｕａｇｅ、ｐｓｉｇ)の範囲を有し、炉温度は５０°Ｆから１６００°Ｆの範囲を有する。制約された燃料要求量を決定するために、いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、必要とされる初期燃料要求量（例えば、コイル出口温度に基づく）を使用して、要求量が低いまたは高いバーナー圧制約事項に違反するであろうかどうかを予測する。いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、バーナー圧制約事項に違反しないように、必要とされる初期燃料要求量を圧制約燃料要求量に調整する。いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、圧制約燃料要求量を炉温度制約事項とさらに比較し、違反が発生しないか予測し、クロスリミット計算機２０４への入力として使用される最終制約燃料要求量に適宜調整する。

【0031】

図示される例示では、制御システム１１６は、空気流量および燃料流量のモニタされた値に基づく空気流量および燃料流量の両方を制御する、下記に詳細に説明されるクロスリミット方策を実装するために、クロスリミット計算機２０４を備える。さらに、図２の図示される例示では、クロスリミット計算機２０４は、下記に説明されるクロスリミット計算機内への入力としても使用される、図１のヒーター１０２の送器管またはスタック１１２内での酸素（例えば、酸素センサー１２６により計測される）および一酸化炭素（例えば、一酸化炭素センサー１２８を介して計測される）の存在を示す複数の排気ガス値２２０を提供される。いくつかの例示では、ヒーター１０２から出て行く排気のスタック１１２内の酸素は０％から１０％（例えば、容量で）の範囲であり、スタック内の一酸化炭素は０から１００百万分率（ｐｐｍ）である。図示される例示では、計測される酸素の量は、効率を改善（例えば、最大化）する一方、安全環境を達成するために所望の過剰空気量を維持するため、ヒーター１０２内の燃焼空気をトリムするために使用される。いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４は、ユーザー指定ベースの酸素設定値に対して計測された酸素に基づく酸素トリム因子を計算するために構成された酸素トリムコントローラの機能を含む。さらに、いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４は、バイアス／ゲインステーションを介して提供されるカスケード設定値とともにカスケードモードで動作するように構成される。いくつかの例示では、バイアス／ゲインステーションが自動に設定された際、ユーザーはベース酸素設定値を２％で上下にバイアスすることができる。バイアス／ゲインステーションがカスケードに設定された際、酸素バイアスはスタック１１２内で計測された一酸化炭素の量に基づいて計算される。例えば、可燃物（例えば、一酸化炭素）のレベルが増加すると、酸素設定値バイアスは、一酸化炭素の排出を減少させるために増加する。いくつかの例示では、ベース酸素設定値へのバイアスは０％から５％の範囲である。図示される例示では、ユーザー指定（自動）のまたは一酸化炭素計測から計算された（カスケード）どちらかのバイアス値は、酸素トリム因子を決定するために使用される最終酸素設定値用にユーザー指定のベース酸素設定値と合計される。

【0032】

いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４は、計算された酸素トリム因子で目標空気流量をトリムすることによりヒーター１０２への空気流量を（下記により詳細に説明するように空気流量コントローラ２０６を介して）制御する。いくつかの例示では、総空気範囲のプラスまたはマイナス２０％トリムに対応する酸素トリム因子は、８０％から１２０％の範囲である。さらに、いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４は、燃焼プロセスをさらに制御するために燃料の放熱量を（下記により詳細に説明するように燃料放熱量計算機２０８を介して）計算するために使用される実際の過剰空気（ＡＥＡ）２２４を決定するため、スタック１１２内の実際の空気を使用する。同様に、クロスリミット計算機２０４は、燃料放熱量計算機２０８にも提供される目標過剰空気（ＴＥＡ）２２２（例えば、燃焼プロセス内の所望の過剰空気の総量）を決定するために酸素設定値を使用する。ＡＥＡおよびＴＥＡは既知の酸素レベル（例えば、酸素設定値および／または実際の酸素計測値）および過剰空気の関係に基づいて決定される。特に、任意の所与の燃料組成用に、過剰空気と燃料を含む燃焼プロセスから結果としてもたらされる酸素レベルとの間には対応する関係がある。例えば、図３は、例示的表３００および過剰空気に対する酸素の関係を表わす曲線３０４を有する対応するグラフ３０２を図示する。図３の図示される例示では、酸素は燃焼システムから出て行く燃焼排気ガスのパーセンテージ（例えば、容量により）として表現され、過剰空気は燃焼プロセスに流入する総空気量のパーセンテージ（例えば、容量により）として表現される。同様の曲線は任意の燃料組成用に生成することができる。したがって、図示される例示では、特徴的な燃料組成が推測され、結果の曲線はＴＥＡおよびＡＥＡを計算するために使用されてもよい。より具体的には、ＴＥＡは酸素設定値に関連した曲線上の過剰空気の値に対応する。同様に、ＡＥＡはヒーター１０２のスタック１１２内で計測される酸素に関連した曲線上の過剰空気の値に対応する。

【0033】

図２に戻り、上記で説明したように、いくつかの例示では、燃焼プロセス内で提供される燃料の組成は時間とともに変化し得る。結果として、発熱量または燃料のエネルギー含有量もまた、時間とともに変化する。そのような変化を考慮するために、例示的制御システム１１６は、燃料要求量をトリムするためにＢＴＵ（英国熱量単位）トリム因子を計算するため燃料放熱量計算機２０８を含む。特定の測定基準またはエネルギー単位としてのＢＴＵの使用は、本明細書にて開示される教示を説明する中で明瞭化のために提供される。したがって、特定の例示的値およびそれらの対応する単位が本明細書にて開示されるシステムおよび方法に関連して使用される特定のパラメータ用に提供される場合、そのような値および対応する単位は、適切な換算係数に基づいて任意の他の測定基準または単位のセットに変換することができる。所与のＢＴＵ含有量用に、燃焼プロセス内の燃料は空気の化学量論的な量を消費することは一般的に知られている。さらにまた、燃料の発熱量（例えば、ＢＴＵ含有量）が変化する場合、燃焼中に消費される化学量論的な空気の量も変化する。したがって、いくつかの例示では、燃料放熱量計算機２０８は、予測された（例えば、目標または所期の）化学量論的空気要求量（ＰＳＡＤ）に対する燃焼プロセス中の実際の（例えば、計測された）化学量論的空気要求量（ＡＳＡＤ）の比率に対応する相対的放熱量の値を決定する。相対的放熱量の値は次のように表現することができる。
相対的放熱量＝ＡＳＡＤ／ＰＳＡＤ 数式１

【0034】

数式１の比率は、予測された化学量論的空気要求量（例えば、所与の空気対燃料比率に基づいて予測された）と実際の化学量論的空気要求量（例えば、燃料の熱含有量の変化性に基づいた）の間の相対的な差分の表示を提供する。いくつかの例示では、実際の化学量論的空気要求量（ＡＳＡＤ）は知られていなくてもよいが、燃焼プロセスへの（図１の空気流量センサー１３６により計測された）実際の空気流量（ＡＡＦ）２２６および燃焼プロセスから出て行く（上記で説明したように酸素センサー１２６により計測された酸素に基づいて決定された）実際の過剰空気（ＡＥＡ）２２４に関連する。いくつかの例示では、実際の過剰空気は１および２の間の過剰空気因子に対応する。ＡＳＡＤ、ＡＡＦ、およびＡＥＡ間の関係は次のように表現することができる。
ＡＡＦ＝ＡＳＡＤ×ＡＥＡ 数式２
このように、実際の化学量論的空気要求量は知られていなくてもよいが、次のように数式２を書き直すことにより解決することができる。
ＡＳＡＤ＝ＡＡＦ／ＡＥＡ 数式３

【0035】

同様に、予測された化学量論的空気要求量は知られていなくてもよいとしても、燃焼プロセスへの（下記でより詳細に説明されるようにクロスリミット計算機により決定された）所望のまたは目標空気流量（ＴＡＦ）２２８および（上記で説明したように酸素設定値に基づいて決定された）目標過剰空気（ＴＥＡ）２２２に関連する。いくつかの例示では、目標過剰空気は、１および２の間の過剰空気因子に対応する。ＰＳＡＤ、ＴＡＦ、およびＡＥＡ間の関係は、次のように表現することができる。
ＴＡＦ＝ＰＳＡＤ×ＴＥＡ 数式４
したがって、予測された化学量論的空気要求量は不明であってもよいが、次のように数式４を書き直すことにより解決することができる。
ＰＳＡＤ＝ＴＡＦ／ＴＥＡ 数式５

【0036】

数式３および５の数式１への挿入は
相対的放熱量＝（ＡＡＦ／ＡＥＡ）／（ＴＡＦ／ＴＥＡ） 数式６
を提供する。数式６はその後、次のように、目標空気流量に対する実際の空気流量の比率に、実際の過剰空気に対する目標過剰空気の比率を乗算して書き直すことができる。
相対的放熱量＝（ＡＡＦ／ＴＡＦ）×（ＴＥＡ／ＡＥＡ） 数式７

【0037】

数式７を使用して計算した相対的放熱量の値に基づいて、燃料放熱量計算機２０８は、空気流量の変化に拘わらず燃料の発熱量（例えば、ＢＴＵ含有量）の変化量を決定することができる。いくつかの例示では、燃料への基準線または初期発熱量は（推測される燃料の組成に基づいて）推測されてもよく、相対的放熱量の値は、燃焼システム内で燃やされるように燃料の組成の変化を補償するために予測された燃料の発熱量を調整またはトリムするため、ＢＴＵトリム因子を決定するために使用することができる。いくつかの例示では、初期発熱量は計測される（例えば、図１に示す燃料発熱量センサー１５０を介して）。いくつかの例示では、相対的ＢＴＵの値は設定値１で０から２の範囲である。例えば、燃料の実際の発熱量が燃料の予測された発熱量に等しい場合、相対的ＢＴＵの値は１である。しかしながら、燃料の発熱量が例えば１０％の増加で変化する場合、消費される空気の化学量論的な量は同様に１０％増加するであろうし、相対的ＢＴＵの値１．１をもたらす。図示された例示では、燃料放熱量計算機２０８はまた、相対的ＢＴＵの値を設定値１にさせるために燃料発熱量を調整（トリム）するＢＴＵ補償コントローラとしても機能する。この例示では、燃料放熱量計算機２０８は、初期発熱量を１０％増加させるためＢＴＵトリム因子を決定するであろう。そのような例示での、トリムされた発熱量は次に、（エネルギー含有量に基づく）正確な量の燃料が燃焼プロセス内に提供されるであろうように、燃料流量を制御するために使用される。対照的に、燃料の発熱量がトリムされない場合、燃料による放熱量は正確には知られないであろうし、結果としての燃料流量は要望通りには制御されず、プロセス内で不調を引き起こすであろう。特に、いくつかの例示では、結果としてのトリムされた燃料発熱量は、空気対燃料クロスリミット計算を実行するためにクロスリミット計算機２０４に提供されるトリムされた燃料流量を計算するために燃料の（例えば、燃料圧および温度センサー１５２、１５４、および／または他の流量センサーにより計測された）流量で乗算される。

【0038】

図示される例示では、制御システム１１６は、空気が燃料要求量の増加に合わせて燃料をリードし、燃料要求量の減少に合わせて燃料を遅滞させることを保証するために、クロスリミット方策を実装するためクロスリミット計算機２０４を備える。図示される例示では、クロスリミット燃料要求量は、制約された燃料要求量（上記で説明したＭＰＣオプティマイザ２０２により決定される）および燃焼のために入手可能な実際の空気に基づいた燃料要求量に基づいて計算される。クロスリミット空気要求量は、スタック１１２内の所望のパーセント酸素（例えば、クロスリミット計算機２０４により決定された酸素設定値）、および制約された燃料要求量（上記で説明したＭＰＣオプティマイザ２０２により決定される）および燃料のトリムされた発熱量（上記で説明した燃料放熱量計算機２０８により計算された）の大きい方に基づいて計算される。

【0039】

特に、図示される例示中のクロスリミット空気要求量は次のように表現することができる。
ＸＡＤ＝ＦＤｍａｘ×ＡＦＲ×ＴＥＡ 数式８
ここで、ＸＡＤはクロスリミット空気要求量であり、ＦＤｍａｘは燃焼システム用に計算された最大燃料要求量であり（例えば、制約された燃料要求量と燃料のトリムされた発熱量との間）、ＡＦＲは空気対燃料比率であり、ＴＥＡは目標過剰空気である。クロスリミット空気要求量（ＸＡＤ）は、上記で説明したようにＢＴＵトリム因子を決定するために燃料放熱量計算機２０８に提供される目標空気流量（ＴＡＦ）に対応する。さらに、上記で説明したように、ＢＴＵトリム因子はＦＤｍａｘを決定するのに使用されるトリムされた発熱量を計算するために使用される。したがって、本明細書にて開示される教示の実装を通してＸＡＤ（またはＴＡＦ）はそれ自身ループになり、それにより環境が変化すること（例えば、燃料組成の変化）に応じるためにシステムを絶えず調整するため目標空気流量の絶え間ない更新を可能にする。いくつかの例示では、制約された燃料要求量は最大ヒーター負荷に関連して表現されるスケーリングされた値である。したがって、制約された燃料要求量をトリムされた発熱量と比較する際に、いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４はまずヒーター負荷（ＭＭＢｔｕ／ｈｒで表わされる）の１００％に対応したスケーラを使用して、制約された燃料要求量パラメータを時間当たり百万メートル法ＢＴＵ（ＭＭＢｔｕ／ｈｒ）の単位に変換する。例えば、ヒーターの最大負荷が７５ＭＭＢｔｕ／ｈｒであった場合、その値は制約された燃料要求量を燃料のトリムされた発熱量に対応した単位に変換するために使用される。上記数式８で使用される空気対燃料比率（ＡＦＲ）はユーザーによって設定される調整可能な値である。典型的には、ＡＦＲは燃料の百万ＢＴＵに対して約０．７０千ポンド（Ｍｌｂ 空気／ＭＭＢｔｕ 燃料）に設定される。目標過剰空気（ＴＥＡ）は上記で説明したように燃料放熱量計算機２０８に提供される目標過剰空気に対応する。

【0040】

上記で説明したように、クロスリミット燃料要求量は、より少ない制約された燃料要求量および燃焼に利用可能な実際の空気に基づいた燃料要求量に基づく。利用可能な実際の空気に基づいた燃料要求量（ＦＤＡ）は、次のように表現できる。
ＦＤＡ＝ＤＢ×（ＡＡＦ／ＯＴＳ）／（ＡＦＲ×ＴＥＡ） 数式９
ここでＤＢはデッドバンドであり、ＡＡＦはヒーターへの実際の空気流量であり、ＯＴＳは酸素トリム信号であり、ＡＦＲは空気対燃料比率であり、ＴＥＡは目標過剰空気である。実際の空気流量（ＡＡＦ）は空気流量センサー１３６により計測され、上記で説明したように相対的放熱量の値およびＢＴＵトリム因子を決定するために燃料放熱量計算機２０８に提供される実際の空気流量に対応する。酸素トリム信号（ＯＴＳ）はＯＴＳが８０％から１２０％のスケールではなく０．８から１．２のスケールで表現されることを除いて上記で説明した酸素トリム因子に対応する（すなわち、ＯＴＳは１００で除算された酸素トリム因子と等価である）。数式８に関して上記で説明したように、空気対燃料比率（ＡＦＲ）および目標過剰空気（ＴＥＡ）は同等である。

【0041】

数式９の利用可能な実際の空気に基づいた結果としての燃料要求量（ＦＤＡ）は、ＭＭＢｔｕ／ｈｒの単位である（例えば、ＦＤＡは利用可能な実際の空気に基づいた燃焼システム内の燃料の発熱率の式である）。したがって、ＦＤＡを制約された燃料要求量と比較するため、いくつかの例示では、クロスリミット計算機２０４は制約された燃料要求量パラメータを、上記で説明したようにスケーラを使用して対応する単位に変換する。いくつかのそのような例示では、クロスリミット燃料要求量は２つの値の低い方として識別される。いくつかの例示では、クロスリミット燃料要求量は流量（例えば、時間当たり千標準立方フィート（ＭＳＣＰＨ））に逆変換され、カスケード設定値または目標燃料流量として燃料コントローラ２１０に提供される。いくつかの例示では、燃料のためのトリムされた発熱量は変換因子として使用される。

【0042】

図示される例示では、燃料コントローラ２１０は燃料流量２３４をモニタし、クロスリミット燃料要求量に関連するモニタされた燃料流量２３４に基づいた燃料の流れを調整するために、対応する燃料流量バルブ１１８を作動および／または制御する。このように、燃料の制御された発熱率は、燃料のＢＴＵ含有量が時間と共に変化したとしても可能である。いくつかの例示では、燃料コントローラ用の設定値は、制御システム１１６の残りの部分を独立して動作させるためにユーザー指定可能である。いくつかの例示では、燃料流量バルブ１１８は、制御システム１１６との通信が途絶えた場合および／または他の問題がある場合に、燃料流量が停止する閉止位置にならないように構成される。さらに、いくつかの例示では、燃料コントローラ２１０は、バルブ１１８を開く（または閉じる）インターロックの機能を有する。そのような例示では、インターロックは（ユーザーの適切なアカウント権限で）テスト用にバイパスさせることができる。

【0043】

さらに、図示される例示では、制御システム１１６は、燃焼プロセスシステム１００に入るおよび／または出て行く空気の流れを制御するための空気流量コントローラ２０６を備える。上記で説明したように、クロスリミット計算機２０４は、放熱量計算機２０８で使用される目標空気流量（ＴＡＦ）に対応するクロスリミット空気要求量（ＸＡＤ）を決定する。いくつかの例示では、クロスリミット空気要求量（ＸＡＤ）または目標空気流量（ＴＡＦ）は空気流量コントローラ２０６にも供給され、その値は、酸素トリム因子で乗算されて、空気流量コントローラ２０６の初期カスケード設定値として使用されるトリムされた目標空気流量となる。いくつかの例示では、空気流量コントローラ２０６は、ドラフト圧２３０をモニタするドラフト圧コントローラの機能も有し、スタックダンパー１２４用のオーバーライドコントローラとして使用してもよい。すなわち、いくつかの例示では、空気流量コントローラ２０６は、ＡＡＦ２２６に基づいたダンパー１２４用の第１の要求量およびドラフト圧２３０に基づいたダンパー１２４用の第２の要求量を計算する。そのような例示では、空気流量コントローラ２０６は、ダンパー１２４の位置２３２を制御するために使用される最終設定値として第１および第２の要求量の高い方の値を選択する。いくつかのそのような例示では、ダンパー１２４用に選択された設定値は、ダンパー位置の変化に対するプロセス応答の非線形性を打ち消すための特性を示す。いくつかの例示では、スタックダンパー１２４は、制御システム１１６からの機器信号の損失がある場合、開状態とならないように構成される。さらに、いくつかの例示では、空気流量コントローラ２０６は、ダンパー１２４を開く（または閉じる）インターロックの機能を有する。そのような例示では、インターロックは（ユーザーの適切なアカウント権限で）テスト用にバイパスさせることができる。

【0044】

図１の例示的制御システム１１６の実装の例示的方法が図２に図示されるが、図２に図示される１つ以上の要素、プロセスおよび／または装置は、任意の他の方法で結合、分割、並び替え、省略、除去および／または実装されてもよい。さらに、図２の例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２、例示的クロスリミット計算機２０４、例示的空気流量コントローラ２０６、例示的燃料放熱量計算機２０８、例示的燃料コントローラ２１０、および／またはより一般的には、例示的制御システム１０６は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの任意の組み合わせにより実装されてもよい。このように、例えば、図２の例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２、例示的クロスリミット計算機２０４、例示的空気流量コントローラ２０６、例示的燃料放熱量計算機２０８、例示的燃料コントローラ２１０、および／またはより一般的には、例示的制御システム１０６のいずれかは１つ以上のアナログまたはデジタル回路、論理回路、プログラム可能なプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）、および／またはフィールドプログラム可能論理デバイス（ＦＰＬＤ）により実装することができる。純粋にソフトウェアおよび／またはファームウェアの実装を包含する本発明の装置またはシステムの請求の範囲を解釈する際、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２、例示的クロスリミット計算機２０４、例示的空気流量コントローラ２０６、例示的燃料放熱量計算機２０８、および／または例示的燃料コントローラ２１０は、これによりソフトウェアおよび／またはファームウェアを格納するメモリ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、ブルーレイディスク等の実体的なコンピュータ読み取り可能な記憶装置または記憶ディスクを含むことが明確に定義される。さらになお、図１の例示的制御システム１１６は、図２に図示されるそれらに加えて、またはそれらの代わりに、１つ以上の要素、プロセスおよび／または装置を含んでいてもよく、および／または２つ以上の任意のまたはすべての図示された要素、プロセスおよび装置を含んでいてもよい。

【0045】

図２の例示的制御システム１１６を実装する例示的方法の代表的なフローチャートが、図４から１１に示される。この例示では、方法は、図１２に関連して下記で論じられる例示的プロセッサプラットフォーム１２００内に示されるプロセッサ１２１２などのプロセッサにより実行されるプログラムを含む機械読み取り可能な命令を使用して実装されてもよい。プログラムは、プロセッサ１２１２に関連付けられるＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク、またはメモリ等のような実体的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されたソフトウェア内に具現化されてもよいが、それらのプログラム全体および／または部分はプロセッサ１２１２以外の装置により代替的に実行する、および／またはファームウェアまたは専用のハードウェア内に具現化することができる。さらに、例示的プログラムは、図４から１１に図示されるフローチャートを参考にして説明されるが、例示的制御システム１１６を実装する多くの他の方法が代替的に使用されてもよい。例えば、ブロックの実行順序は変更されてもよく、および／または説明されるいくつかのブロックは、変更、除去、または結合されてもよい。

【0046】

上述したように、図４から１１の例示的方法は、情報が任意の期間格納される（例えば、長期間に渡って、恒久的に、短いインスタンスで、一時的に情報をバッファリングおよび／またはキャッシングする）ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または任意の他の記憶装置または記憶ディスク等の実体的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されたコード化された命令（例えば、コンピュータおよび／または機械読み取り可能な命令）を使用して実装されてもよい。本明細書で使用される、実体的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体という用語は、任意のタイプのコンピュータ読み取り可能な装置および／または記憶ディスクを含むために、および信号を伝播することを除外するために、明確に定義される。本明細書で使用される、「実体的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体」および「実体的な機械読み取り可能な記憶媒体」は互換的に使用できる。付加的にまたは代替的に、図４から１１の例示的方法は、一過性ではないコンピュータおよび／または情報が任意の期間格納される（例えば、長期間に渡って、恒久的に、短いインスタンスで、一時的に情報をバッファリングおよび／またはキャッシングする）ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、キャッシュ、ランダムアクセスメモリおよび／または任意の他の記憶装置または記憶ディスク等の機械読み取り可能な媒体上に格納されるコード化された命令（例えば、コンピュータおよび／または機械読み取り可能な命令）を使用して実装されてもよい。本明細書で使用される、一過性ではないコンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、任意のタイプのコンピュータ読み取り可能な装置および／または記憶ディスクを含むために、および信号を伝播することを除外するために明確に定義される。本明細書で使用される、「少なくとも」という句が請求項の前文内で移行用語として使用される際、「備える」という用語が制限がないのと同様にそれも制限がない。

【0047】

図４の例示的方法は、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が燃焼ヒーターを通過する製品の流れを制御するブロック４００で始まり、図５のフローチャートに関連して下記で詳細に説明される。上記で説明したように、次の図は燃焼ヒーターのコンテキストで説明されるが、本明細書にて説明される例示的方法は、任意の種類の燃焼プロセスに関して実装してもよい。ブロック４０２で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、図６のフローチャートに関連して下記で詳細に説明される制約された燃料要求量を決定する。ブロック４０４で、例示的クロスリミット計算機２０４は、図７のフローチャートに関連して下記で詳細に説明される酸素トリム、実際の過剰空気、および目標過剰空気を決定するためにヒーターからの排気をモニタする。ブロック４０６で、例示的燃料放熱量計算機２０８は、図８のフローチャートに関連して下記で詳細に説明されるＢＴＵトリム因子を決定する。ブロック４０８で、例示的燃料放熱量計算機２０８は、図９のフローチャートに関連して下記で詳細に説明される燃料のトリムされた発熱率およびトリムされた発熱量を決定する。

【0048】

ブロック４１０で、例示的クロスリミット計算機２０４はクロスリミット空気要求量を計算する。上記で説明したように、クロスリミット空気要求量は、スタック１１２内の所望のパーセント酸素および上記で説明した数式８に従って燃料の制約された燃料要求量およびトリムされた発熱量の大きな方に基づいて計算される。図４の例示的方法では、所望のパーセント酸素は、数式８で使用される目標過剰空気（ＴＥＡ）を計算するために使用される酸素設定値に対応する。酸素設定値および対応するＴＥＡの決定は、図４の例示的方法のブロック４０４に対応する図７に関連して下記でより詳細に説明される。制約された燃料要求量は、図６に関連して下記でより詳細に説明されるブロック４０２で決定される。燃料のトリムされた発熱量は、図９に関連して下記でより詳細に説明されるブロック４０８で決定される。

【0049】

ブロック４１２で、例示的クロスリミット計算機２０４は、クロスリミット燃料要求量を計算する。クロスリミット燃料要求量は、制約された燃料要求量（例えば、ブロック４０２で決定される）および燃焼に利用可能な実際の空気に基づいた燃料要求量の小さい方に基づいて計算される。上記で説明したように、利用可能な実際の空気に基づいた燃料要求量（ＦＤＡ）は、数式９に基づいて計算され、いくつかのユーザー指定パラメータ（例えば、デッドバンドおよび空気対燃料比率）と同様に実際の空気流量（ＡＡＦ）、酸素トリム信号（酸素設定値に対応する）、およびＴＥＡを考慮に入れる。図４の例示的方法では、ＡＡＦは、図８に関連して下記でより詳細に説明されるようにブロック４０６で決定される。ブロック４１０に関連して上記で説明したように、酸素設定値およびＴＥＡは同等である。

【0050】

ブロック４１４で、例示的燃料流量コントローラ２１０は、図１０に関連して下記で詳細に説明されるヒーター内への燃料流量を制御する。ブロック４１６で、例示的空気流量コントローラ２０６は、図１１に関連して以下で詳細に説明されるヒーターへの空気流量を制御する。ブロック４１８で、例示的制御システム１１６は制御プロセスを終了するかどうか決定する。例えば、ユーザーまたは他の制御システム（例えば、安全制御システム）が制御システム１１６に停止要求を提供する場合、制御システム１１６は、停止要求に応答して制御プロセスを終了するおよび／または例えばシャットダウンプロセス、アイドルプロセス等のような呼び出し元プロセスまたは関数に制御を返す。そうでなければ、制御システム１１６が制御プロセスを終了すべきではないと決定する場合、制御はブロック４００に返される。

【0051】

図５は、燃焼ヒーターを通過する製品の流れを制御する図４のブロック４００の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図５の例示的方法は、例示的ＭＰＣコントローラが指定された動作制限時間が満了したかどうかを決定するブロック５００で始まる。指定された動作制限時間は、ヒーターを通過する製品供給の流れを制御する予測された軌跡調整出力値を生成するたびに、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２により指定される。そして、動作制約条件内で動作を維持するために予測された軌跡調整出力値の更新を要求することなしに動作制約条件（例えば、一貫した出口コイル温度を維持する）で燃焼システム１００が動作できる時間に関連付けられている。動作制限時間は、タイマーまたは時刻（例えば、リアルタイムクロック）に基づいていてもよい。

【0052】

ＭＰＣオプティマイザ２０２が動作制限時間が満了していないと決定する場合、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、制限時間が満了するまでまたは制御システム１１６が別の動作をする割り込みまたは命令を受信するまで動作制限時間が満了しているかどうかをチェックし続ける（ブロック５００）。例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２がブロック５００で動作制限時間が満了していると決定する場合、制御は、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が各パスの計測された製品流量を取得するブロック５０２に進む。そのような流量計測は、各製品流量バルブ（例えば、図１のバルブ１２０、１２２）により制御される流量に対応する。ブロック５０４で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は総供給流量を計算する。いくつかの例示では、総供給流量は、ヒーター内の各パスを通して流れる製品の組み合わせ流量に対応する。

【0053】

図５の例示的方法のブロック５０６で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、各パスの計測された出口温度を取得する。いくつかの例示では、そのような温度計測は、対応する出口温度センサー（例えば、図１の温度センサー１４４、１４６）から取得される。ブロック５０８で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、コイル出口温度を計算する。ブロック５１０で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、各パスの製品流量設定値を取得する。いくつかの例示では、製品流量設定値は、ＭＰＣオプティマイザに関連付けられた線形プログラムオプティマイザを介して計算される。そのような例示では、線形プログラムオプティマイザは、各パス内の温度上昇（例えば、各パスの出口温度）が実質的に等価となるよう各パスの流量を計算する。すなわち、線形プログラムオプティマイザは、複数パス間のパスバランスを達成する。ブロック５１２で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、モデル予測制御に基づいた各パスの製品流量を調整するために製品流量バルブを作動させる。例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が製品流量バルブを作動させた後、制御は、例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0054】

図６は、制約された燃料要求量を決定する図４のブロック４０２の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図６の例示的方法は、初期燃料要求量がモデル予測制御を介して提供されているかどうかを例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が決定するブロック６００で始まる。図５に関連して上記で説明したように、ヒーターの別々のパスを通して流れる製品供給のパスバランスを達成するためにＭＰＣを使用するのに加えて、いくつかの例示では、ＭＰＣはまた燃焼システム内に供給されてもよい初期または主要燃料要求量も生成する。そのような燃料要求量の値が提供される場合、コイル出口温度および総供給流量に基づいた初期燃料要求量の計算は、制御がブロック６０８に進むようにバイパスさせることができる。しかしながら、ＭＰＣオプティマイザ２０２が初期燃料要求量がモデル予測制御を介して提供されていないと決定する場合（ブロック６００）、制御は例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２がコイル出口温度（例えば、図５のブロック５０８で計算されるコイル出口温度に基づいた）を取得するブロック６０２に進む。ブロック６０４で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は総供給流量（例えば、図５のブロック５０４で計算された総供給流量に基づいた）を取得する。ブロック６０６で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は初期燃料要求量を計算する。いくつかの例示では、初期燃料要求量はコイル出口温度および総供給流量に基づく。

【0055】

初期目標流量が計算されるか（ブロック６０６）またはＭＰＣを介して提供されるか（ブロック６００）いずれにせよ、図６の例示的方法は、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が計測されたバーナー圧を取得する（例えば、図１のバーナー圧センサー１３８を介して）ブロック６０８に進む。ブロック６１０で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、バーナー圧設定値を取得する。いくつかの例示では、バーナー圧設定値はユーザー指定である。ブロック６１２で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は計測された炉温度を取得する（例えば、図１の炉温度センサー１４０を介して）。ブロック６１４で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は炉温度設定値を取得する。いくつかの例示では、炉温度設定値はユーザー指定である。

【0056】

ブロック６１６で、例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２は、制限因子に基づいて制約された燃料要求量を計算する。特に、いくつかの例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、各々が制約された燃料要求量を計算する際の制限因子であってもよい高いバーナー圧、低いバーナー圧、および炉温度に基づいた異なる燃料要求量を計算する。いくつかの例示では、低いおよび高いバーナー圧制約条件は、初期燃料要求量（例えば、ブロック６０６で計算されるまたはブロック６００で説明されるＭＰＣを介して提供される）と比較される。そのような例示では、ＭＰＣオプティマイザ２０２は、制約条件違反を予測し、必要であれば調整を行い、次に結果としての圧制約要求量を炉温度制約条件と比較する。ＭＰＣオプティマイザ２０２は、制約条件違反を予測し必要であれば要求量をクロスリミット計算用の最終制約燃料要求量に調整する。このように例示的ＭＰＣオプティマイザ２０２が制約された燃料要求量を計算した後、制御は例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0057】

図７は、酸素トリム、実際の過剰空気、および目標過剰空気を決定するためにヒーターからの排気をモニタする図４のブロック４０４の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図７の例示的方法は、例示的クロスリミット計算機２０４が燃焼ヒーターのスタック内の一酸化炭素の計測量を取得する（例えば、図１の一酸化炭素センサー１２８を介して）ブロック７００で始まる。ブロック７０２で、例示的クロスリミット計算機２０４は燃焼ヒーターのスタック内の酸素の計測量を取得する（例えば、図１の酸素センサー１２６を介して）。

【0058】

ブロック７０４で、例示的クロスリミット計算機２０４は酸素設定値を取得する。いくつかの例示では、酸素設定値は、酸素トリム因子を計算するために使用される。いくつかの例示では酸素設定値はバイアス値と結合されたユーザー指定の基準設定値に基づく。いくつかの例示では、バイアス値はまたユーザーによって設定される。いくつかの例示では、バイアス値はヒーターのスタック内で計測される一酸化炭素に基づく（例えば、ブロック７００で）。ブロック７０６で、例示的クロスリミット計算機２０４は酸素トリム因子を決定する。上記で説明したように、いくつかの例示では、酸素トリム因子は酸素設定値（ブロック７０４）およびスタック内の酸素の計測量（ブロック７０２）に基づく。いくつかの例示では、酸素トリム因子は８０％から１２０％の間でスケーリングされる。

【0059】

ブロック７０８で、例示的クロスリミット計算機２０４は、実際の過剰空気（ＡＥＡ）を決定する。いくつかの例示では、ＡＥＡはスタック内の酸素および所与の燃料組成用のヒーター内の過剰空気との間の既知の関係に基づいている。いくつかの例示では、その関係は、燃焼プロセス内の燃料の仮定上の組成に対応する曲線（例えば、図３の曲線３０４）により定義される。このように、例示的クロスリミット計算機２０４は、ＡＥＡに対応する結果としての過剰空気に到達する曲線内にスタック内の酸素の計測量を入力する（ブロック７０２）。ブロック７１０で、例示的クロスリミット計算機２０４は、目標過剰空気（ＴＥＡ）を決定する。いくつかの例示では、例示的クロスリミット計算機２０４は、使用される入力酸素レベルが酸素設定値である（ブロック７０４）ことを除いてＡＥＡと同等な方法で（例えば、曲線３０４を介して）ＴＥＡを決定する。例示的クロスリミット計算機２０４が酸素トリム因子（ブロック７０６）、ＡＥＡ（ブロック７０８）、およびＴＥＡ（ブロック７１０）を決定した後、制御は、例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0060】

図８は、ＢＴＵトリム因子を決定するために図４のブロック４０６の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図８の例示的方法は、例示的燃料放熱量計算機２０８が実際の空気流量（ＡＡＦ）を取得する（例えば、図１の空気流量センサー１３６を介して）ブロック８００で始まる。ブロック８０２で、例示的燃料放熱量計算機２０８は目標空気流量（ＴＡＦ）を計算する。いくつかの例示では、ＴＡＦは、上記で説明したように図４のブロック４１０で計算されるクロスリミット空気要求量に対応する。しかしながら、上記で説明したように、本明細書にて説明される例示的方法では、ＴＡＦはクロスリミット空気要求量を計算する際に使用される入力値である。このように、ＴＡＦは、複数回の繰り返しを通して例示的方法のサイクルを調整する自身の引き続きの計算へのフィードバック入力である。いくつかの例示では、ＴＡＦは、初期開始点としてＡＡＦと等価であると定義される。一度例示的方法が最初の繰り返しを通して循環すると、すべてのパラメータは次にＴＡＦを次に計算するために知られ、ＴＡＦはＡＡＦと異なることもありそれにより燃焼プロセスへの調整が要求されるであろう。

【0061】

ブロック８０４で、例示的燃料放熱量計算機２０８は相対的放熱量の値を計算する。いくつかの例示では、相対的放熱量の値は、実際の過剰空気（ブロック７０８）に対する目標過剰空気（ブロック７１０）の比率で乗算された目標空気流量（ブロック８０２）に対する実際の空気流量の比率に対応する。相対的放熱量の値は上記で説明した数式７で表現される。ブロック８０４で、例示的燃料放熱量計算機２０８はＢＴＵトリム因子を計算する。いくつかの例示では、ＢＴＵトリム因子は設定値１を有し、相対的放熱量の値に基づいて決定される。いくつかの例示では、ＢＴＵトリム因子は８０％から１２０％の間でスケーリングされる。例示的燃料放熱量計算機２０８がＢＴＵトリム因子を決定した後、制御は例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0062】

図９は、燃料のトリムされた発熱率およびトリムされた発熱量を決定する図４のブロック４０８の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図９の例示的方法は、例示的燃料放熱量計算機２０８が実際の燃料流量を取得する（例えば、図１の燃料温度および圧センサー１５２、１５４を介して）ブロック９００で始まる。ブロック９０２で、例示的燃料放熱量計算機２０８は、燃料の基準線発熱量を取得する。いくつかの例示では、基準線発熱量は、燃料の仮定上の組成に対応するユーザーにより指定される仮定上の一定値である。他の例示では、基準線発熱量は計測されてもよい（例えば、燃料発熱量センサー１５０を介して）。ブロック９０４で、例示的燃料放熱量計算機２０８は、燃料のトリムされた発熱量を計算する。いくつかの例示では、トリムされた発熱量は、ＢＴＵトリム因子（図８のブロック８０６）で乗算された基準線発熱量（ブロック９０２）に対応する。ブロック９０６で、例示的燃料放熱量計算機２０８は、燃料のトリムされた発熱率を計算する。いくつかの例示では、トリムされた発熱率は実際の燃料流量（ブロック９００）で乗算された燃料のトリムされた発熱量（ブロック９０４）に対応する。例示的燃料放熱量計算機２０８が燃料のトリムされた発熱量およびトリムされた発熱率を決定した後、制御は、例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0063】

図１０は、ヒーター内への燃料流量を制御する図４のブロック４１４の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図１０の例示的方法は、例示的燃料流量コントローラ２１０が実際の燃料流量を取得する（例えば、図９のブロック９００で取得される燃料流量）ブロック１０００で始まる。ブロック１００２で、例示的燃料流量コントローラ２１０は目標燃料流量を取得する。図９の例示的方法では、目標燃料流量は図４のブロック４１２で計算されるクロスリミット燃料要求量に対応する。ブロック１００４で、例示的燃料流量コントローラ２１０は燃料流量を調整するために燃料流量バルブを作動させる。例示的燃料流量コントローラ２１０が燃料流量バルブを作動させた後、制御は例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0064】

図１１は、ヒーター内への空気流量を制御する図４のブロック４１６の動作を実装するために使用されてもよい例示的方法の代表的なフローチャートである。図１１の例示的方法は、例示的空気流量コントローラ２０６が実際の空気流量（ＡＡＦ）を取得する（例えば、空気流量センサー１３６を介して）ブロック１１００で始まる。いくつかの例示では、ＡＡＦは図８のブロック８００で取得されたＡＡＦに対応する。ブロック１１０２で、例示的空気流量コントローラ２０６は、トリムされた空気流量設定値を計算する。いくつかの例示では、トリムされた空気流量設定値（またはトリムされたＴＡＦ）は（図７のブロック７０６で決定された）酸素トリム因子で乗算された（図８のブロック８０２で計算された）目標空気流量（ＴＡＦ）に対応する。

【0065】

ブロック１１０４で、例示的空気流量コントローラ２０６はドラフト圧を取得する（例えば、ドラフト圧センサー１３２を介して）。ブロック１１０６で、例示的空気流量コントローラ２０６はダンパー位置を取得する（例えば、ダンパー位置センサー１３４を介して）。ブロック１１０８で、例示的空気流量コントローラ２０６はダンパー用の要求量を計算する。いくつかの例示では、ダンパー用の要求量は、トリムされた空気流量設定値に関連するＡＡＦに基づく要求量またはドラフト圧に基づく要求量の大きい方に対応する。ブロック１１１０で、例示的空気流量コントローラ２０６は、空気流量を調整するためにダンパーを作動させる。例示的空気流量コントローラ２０６がダンパーを作動させた後、制御は例えば図４の例示的方法等の呼び出し元関数またはプロセスに返される。

【0066】

図１２は図２の制御システム１１６を実装するため図４から１１の命令を実行することができる例示的プロセッサプラットフォーム１２００のブロック図である。プロセッサプラットフォーム１２００は、例えばサーバー、パーソナルコンピュータ、モバイル機器（例えば、携帯電話、スマートフォン、ｉＰＡＤ^ＴＭ（登録商標）等のタブレット）、または任意の他のコンピューティング機器であり得る。

【0067】

図示される例示のプロセッサプラットフォーム１２００はプロセッサ１２１２を含む。図示される例示のプロセッサ１２１２はハードウェアである。例えば、プロセッサ１２１２は任意の所望のファミリー（製品群）または製造業者からの１つ以上の集積回路、論理回路、マイクロプロセッサまたはコントローラにより実装することができる。

【0068】

図示される例示のプロセッサ１２１２は、ローカルメモリ１２１３（例えば、キャッシュ）を含む。図示される例示のプロセッサ１２１２は、揮発性メモリ１２１４および不揮発性メモリ１２１６を含むメインメモリとバス１２１８を介して通信する。揮発性メモリ１２１４は同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ＲＡＭＢＵＳダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＤＲＡＭ）および／または任意の他のタイプのランダムアクセスメモリデバイスにより実装してもよい。不揮発性メモリ１２１６は、フラッシュメモリおよび／または任意の他の所望のタイプのメモリデバイスにより実装されてもよい。メインメモリ１２１４、１２１６へのアクセスは、メモリコントローラにより制御される。

【0069】

図示される例示のプロセッサプラットフォーム１２００はまた、インターフェース回路１２２０を含む。インターフェース回路１２２０は、イーサネットインターフェース、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、および／またはＰＣＩエクスプレスインターフェース等の任意のタイプのインターフェース標準により実装されてもよい。

【0070】

図示される例示では、１つ以上の入力装置１２２２がインターフェース回路１２２０に接続される。入力装置１２２２は、ユーザーに、データおよびコマンドをプロセッサ１２１２に入力することを可能にする。入力装置は例えば、オーディオセンサー、マイクロフォン、カメラ（スチルまたはビデオ）、キーボード、ボタン、マウス、タッチスクリーン、トラックパッド、トラックボール、アイソポイントおよび／または音声認識システムにより実装することができる。

【0071】

１つ以上の出力装置１２２４もまた、図示される例示のインターフェース回路１２２０に接続される。出力装置１２２４は例えば、表示装置（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、液晶表示、陰極線管表示（ＣＲＴ）、タッチスクリーン、触覚的（タクタイル）出力装置、発光ダイオード（ＬＥＤ）、プリンタおよび／またはスピーカ）により実装できる。図示される例示のインターフェース回路１２２０はこのように、典型的にグラフィックスドライバカード、グラフィックスドライバチップまたはグラフィックスドライバプロセッサを含む。

【0072】

図示される例示のインターフェース回路１２２０はまた、ネットワーク１２２６（例えば、イーサネット接続、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、電話回線、同軸ケーブル、携帯電話システム等）を介して外部機器（例えば、任意の種類のコンピューティング装置）とデータの交換を円滑にするための送信機、受信機、トランシーバ、モデムおよび／またはネットワークインターフェースカード等の通信装置も含む。

【0073】

図示される例示のプロセッサプラットフォーム１２００はまた、ソフトウェアおよび／またはデータを格納するための１つ以上の大容量記憶装置１２２８を含む。そのような大容量記憶装置１２２８の例示は、フロッピーディスクドライブ、ハードドライブディスク、コンパクトディスクドライブ、ブルーレイディスクドライブ、ＲＡＩＤシステム、およびデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブを含む。

【0074】

図４から１１の方法を実装するためのコード化された命令１２３２は、大容量記憶装置１２２８内、揮発性メモリ１２１４内、不揮発性メモリ１２１６内、および／またはＣＤまたはＤＶＤ等の取り外し可能な実体的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に格納されてもよい。

【0075】

いくつかの例示的方法、装置および製造業者の物品が本明細書にて開示されてきたが、本発明の適用範囲はそれに限定されない。それどころか、本発明は適正に本発明の請求の範囲内にあるすべての方法、装置および製造業者の物品を包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】