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(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】
(24)【登録日】2024-08-29
(45)【発行日】2024-09-06
(54)【発明の名称】ロータリーキルンの制御の最適化
(51)【国際特許分類】
F27B 7/42 20060101AFI20240830BHJP
F27B 7/36 20060101ALI20240830BHJP
F27D 19/00 20060101ALI20240830BHJP
F27D 21/00 20060101ALI20240830BHJP
【ＦＩ】
F27B7/42
F27B7/36
F27D19/00 A
F27D21/00 G
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2020560330
(86)(22)【出願日】2019-04-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-10-07
(86)【国際出願番号】 SE2019050339
(87)【国際公開番号】W WO2019209156
(87)【国際公開日】2019-10-31
【審査請求日】2022-04-08
(31)【優先権主張番号】1850477-9
(32)【優先日】2018-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE
(73)【特許権者】
【識別番号】520412464
【氏名又は名称】オプティメイション アー・ベー
【氏名又は名称原語表記】Ｏｐｔｉｍａｔｉｏｎ ＡＢ
【住所又は居所原語表記】Ｄｊｕｐｖｉｋｓｇａｔａｎ ２０， ９４１ ３３ Ｐｉｔｅａ， Ｓｗｅｄｅｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】エリク ベリ
(72)【発明者】
【氏名】トーマス エリクソン
【審査官】國方 康伸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－０１１９９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１４３３７７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２８７３７５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２７Ｂ ５／００－ ７／４２
Ｆ２７Ｄ ７／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御システム（１）によってロータリーキルン（１００）内を通るガス流を制御することおよびバーナー（１２０）への燃料投入を制御することにより、前記バーナー（１２０）を備えた、前記ロータリーキルン（１００）の回転軸線（１１０）に沿った前記ロータリーキルン（１００）の半部である燃焼端部領域（ＢＥ）から材料投入手段（１３０）を備えた、前記ロータリーキルン（１００）の回転軸線（１１０）に沿った前記ロータリーキルン（１００）の半部である供給端部領域（ＦＥ）まで、前記ロータリーキルン（１００）内の回転軸線（１１０）に沿って温度勾配および平均温度を制御する方法であって、該方法が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）で測定される実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を受信するステップ（Ｓ１）と、
前記供給端部領域（ＦＥ）で測定される実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を受信するステップ（Ｓ２）と、
燃焼端部平均重み関数（ｗＢＥ－Ａ）によって重み付けされた前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と供給端部平均重み関数（ｗＦＥ－Ａ）によって重み付けされた前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との平均を形成することにより、実際の平均温度（ＴＡ－Ａ）を算定するステップ（Ｓ３）と、
燃焼端部示差重み関数（ｗＢＥ－Ｄ）によって重み付けされた前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と供給端部示差重み関数（ｗＦＥ－Ｄ）によって重み付けされた前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との差を形成することにより、実際の示差温度（ＴＤ－Ａ）を算定するステップ（Ｓ４）と、
平均温度制御信号（ＳＴ－Ａ）を出力することによって前記平均温度（ＴＡ－Ａ）を平均設定値温度（ＴＡ－ＳＰ）に向けて制御して、前記バーナー（１２０）への前記燃料投入を制御するステップ（Ｓ５）と、
示差温度制御信号（ＳＴ－Ｄ）を出力することによって前記示差温度（ＴＤ－Ａ）を示差設定値温度（ＴＤ－ＳＰ）に向けて制御して、前記ロータリーキルン（１００）を通る前記ガス流を制御するステップ（Ｓ６）と、
を含み、
前記実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を受信する前記ステップが、
少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信することをさらに含み、前記燃焼端部領域温度の値の各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１６０）で測定され、
前記実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を受信する前記ステップが、
少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信することをさらに含み、前記供給端部領域温度の値の各々が、前記供給端部領域（ＦＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１７０）で測定され、
前記平均温度（ＴＡ－Ａ）を算定する前記ステップと前記示差温度（ＴＤ－Ａ）を算定する前記ステップとの各々が、
前記少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の前記所定の位置（１６０）と、前記少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の前記所定の位置（１７０）とに基づき、前記重み関数（ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ｄ，ｗＦＥ－Ｄ）を算定することをさらに含む、方法。
【請求項2】
前記重み関数（ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ｄ，ｗＢＥ－Ｄ）が静的関数または動的関数である、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を受信する前記ステップが、少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信するステップであって、前記燃焼端部領域温度の値の各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１６０）で測定される、ステップと、
前記少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、前記実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を算定するステップと、
前記少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される前記所定の位置（１６０）の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定するステップと、
をさらに含み、
前記実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を受信する前記ステップが、
少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信するステップであって、前記供給端部領域温度の値の各々が、前記供給端部領域（ＦＥ）の前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１７０）で測定される、ステップと、
前記少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、前記実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を算定するステップと、
前記少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される前記所定の位置（１７０）の平均を形成することにより、供給端部位置を算定するステップと、
をさらに含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項4】
前記平均温度（ＴＡ－Ａ）を算定する前記ステップが、前記燃焼端部位置と前記供給端部位置との平均を形成することにより、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った平均位置を算定することをさらに含み、
前記示差温度（ＴＤ－Ａ）を算定する前記ステップが、
前記燃焼端部位置と前記供給端部位置との間の差を形成することにより、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った位置の差を算定することをさらに含み、
前記平均温度（ＴＡ－Ａ）を制御する前記ステップは、前記平均設定値温度（ＴＡ－ＳＰ）が前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った前記平均位置に応じて設定されることをさらに含み、
前記示差温度（ＴＤ－Ａ）を制御する前記ステップは、前記示差設定値温度（ＴＤ－ＳＰ）が前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った前記位置の差に応じて設定されることをさらに含む、請求項３記載の方法。
【請求項5】
受信された前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と受信された前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）内の少なくとも１つの所定の位置（１６０）と、前記供給端部領域（ＦＥ）内の少なくとも１つの所定の位置（１７０）とのそれぞれにおいて測定され、前記方法が、実際の平均温度（ＴＡ－Ａ）を算定する前記ステップおよび温度勾配（ＴＧ－Ａ）を算定するステップの前に、
前記回転軸線（１１０）に沿った温度プロファイル関数を算定するステップであって、前記回転軸線（１１０）に沿った前記所定の位置（１６０，１７０）で測定された前記測定温度間の差を最小にするように、前記温度プロファイル関数を適用することにより、前記回転軸線（１１０）に沿った位置の関数として温度を記述する、ステップと、
適用された前記温度プロファイル関数に基づき、前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）とをそれぞれ算定するステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記方法が、前記バーナーにおいて測定された燃料投入信号（ＳＦＵＥＬ）を受信するステップと、
前記平均温度制御信号（ＳＴ－Ａ）および前記燃料投入信号（ＳＦＵＥＬ）に基づき、前記バーナーへの燃料投入を制御するステップと、
をさらに含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項7】
前記方法が、前記供給端部領域（ＦＥ）において測定される酸素レベル信号（ＳＯＸＹＧＥＮ）を受信するステップと、
前記示差温度制御信号（ＳＴ－Ｄ）および前記酸素レベル信号（ＳＯＸＹＧＥＮ）に基づいて酸素レベルを制御することにより、前記ガス流を制御するステップと、
をさらに含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項8】
バーナー（１２０）を備え、ロータリーキルン（１００）の回転軸線（１１０）に沿った前記ロータリーキルン（１００）の半部である燃焼端部領域（ＢＥ）から材料投入手段（１３０）を備え、前記ロータリーキルン（１００）の回転軸線（１１０）に沿った前記ロータリーキルン（１００）の半部である供給端部領域（ＦＥ）まで、ロータリーキルン（１００）内の回転軸線（１１０）に沿って温度勾配および平均温度を制御するための制御システム（１）であって、前記バーナー（１２０）への燃料投入が燃料投入ユニットによって制御されており、前記ロータリーキルン（１００）を通るガス流がガス流ユニットによって制御されており、前記制御システム（１）が、
前記燃焼端部領域（ＢＥ）で測定される実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を受信し、
前記供給端部領域（ＦＥ）で測定される実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を受信し、
燃焼端部平均重み関数（ｗＢＥ－Ａ）によって重み付けされた前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と供給端部平均重み関数（ｗＦＥ－Ａ）によって重み付けされた前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との平均を形成することにより、実際の平均温度（ＴＡ－Ａ）を算定する、
ように構成された、平均温度ユニット（１０）と、
平均温度制御信号（ＳＴ－Ａ）を前記燃料投入ユニットに出力することによって前記平均温度（ＴＡ－Ａ）を平均設定値温度（ＴＡ－ＳＰ）に向けて制御する
ように構成された、平均温度コントローラ（３０）と、
前記燃焼端部領域（ＢＥ）で測定される前記実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を受信し、
前記供給端部領域（ＦＥ）で測定される前記実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を受信し、
燃焼端部示差重み関数（ｗＢＥ－Ｄ）によって重み付けされた前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と供給端部示差重み関数（ｗＦＥ－Ｄ）によって重み付けされた前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との差を形成することにより、実際の示差温度（ＴＤ－Ａ）を算定する、
ように構成された、示差温度ユニット（２０）と、
示差温度制御信号（ＳＴ－Ｄ）を前記ガス流ユニットに出力することによって前記示差温度（ＴＤ－Ａ）を示差設定値温度（ＴＤ－ＳＰ）に向けて制御する
ように構成された、示差温度コントローラ（４０）と、
を備えており、
前記平均温度ユニット（１０）と前記示差温度ユニット（２０）との各々が、
少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信し、前記燃焼端部領域温度の値の各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１６０）で測定され、
少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、前記供給端部領域温度の値の各々が、前記供給端部領域（ＦＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１７０）で測定される、
ように構成されており、
前記平均温度（ＴＡ－Ａ）と前記示差温度（ＴＤ－Ａ）とが、それぞれ、
前記少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の前記所定の位置（１６０）と、前記少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の前記所定の位置（１７０）とに基づき、前記重み関数（ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ｄ，ｗＦＥ－Ｄ）を算定することによって算定される、
、制御システム（１）。
【請求項9】
前記重み関数（ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ｄ，ｗＢＥ－Ｄ）が静的関数または動的関数である、請求項８記載の制御システム（１）。
【請求項10】
前記平均温度ユニット（１０）と前記示差温度ユニット（２０）との各々が、少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信し、前記燃焼端部領域温度の値の各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）における前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１６０）で測定され、
前記少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、前記実際の燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）を算定し、
前記少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される前記所定の位置（１６０）の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定し、
少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、前記供給端部領域温度の値の各々が、前記供給端部領域（ＦＥ）の前記回転軸線（１１０）に沿った所定の位置（１７０）で測定され、
前記少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、前記実際の供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）を算定し、
前記少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される前記所定の位置（１７０）の平均を形成することにより、供給端部位置を算定する、
ように構成されている、請求項８から９までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項11】
前記平均温度ユニット（１０）が、前記燃焼端部位置と前記供給端部位置との平均を形成することにより、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った平均位置を算定する
ようにさらに構成されており、
前記平均温度コントローラ（３０）によって受信される前記平均設定値温度（ＴＡ－ＳＰ）が、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った前記平均位置に応じて設定され、
前記示差温度ユニット（２０）が、
前記燃焼端部位置と前記供給端部位置との間の差を形成することにより、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った位置の差を算定する
ようにさらに構成されており、
前記示差温度コントローラ（４０）によって受信される前記示差設定値温度（ＴＤ－ＳＰ）が、前記ロータリーキルン（１００）内の前記回転軸線（１１０）に沿った前記位置の差に応じて設定される、
請求項１０記載の制御システム（１）。
【請求項12】
受信された前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と受信された前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）との各々が、前記燃焼端部領域（ＢＥ）内の少なくとも１つの所定の位置（１６０）と、前記供給端部領域（ＦＥ）内の少なくとも１つの所定の位置（１７０）とのそれぞれにおいて測定され、前記平均温度ユニット（１０）および前記示差温度ユニット（２０）が、
前記回転軸線（１１０）に沿った温度プロファイル関数を算定し、前記回転軸線（１１０）に沿った前記所定の位置（１６０，１７０）で測定された前記測定温度間の差を最小にするように、前記温度プロファイル関数を適用することにより、前記回転軸線（１１０）に沿った位置の関数として温度を記述し、
適用された前記温度プロファイル関数に基づき、前記燃焼端部領域温度（ＴＢＥ－Ａ）と前記供給端部領域温度（ＴＦＥ－Ａ）とをそれぞれ算定する、
ようにさらに構成されている、請求項８記載の制御システム（１）。
【請求項13】
前記燃料投入ユニットが、前記平均温度制御信号（ＳＴ－Ａ）に基づき、前記バーナーへの燃料投入を制御するように構成されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項14】
前記燃料投入ユニットが燃料投入バルブ（１４０）である、請求項８から１３までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項15】
前記燃料投入ユニットが燃料投入コントローラ（５０）であり、前記燃料投入コントローラ（５０）が、前記バーナー（１２０）において測定された燃料投入信号（ＳＦＵＥＬ）を受信し、
前記平均温度制御信号（ＳＴ－Ａ）および前記燃料投入信号（ＳＦＵＥＬ）に基づき、前記バーナー（１２０）への燃料投入を制御する、
ように構成されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項16】
前記ガス流ユニットが、前記ロータリーキルン（１００）を通る前記ガス流を制御するように構成されている、請求項８から１５までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項17】
前記ガス流ユニットがファン（１５０）である、請求項８から１６までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項18】
前記ガス流ユニットが酸素コントローラ（６０）であり、前記酸素コントローラ（６０）が、前記供給端部領域（ＦＥ）において測定される酸素レベル信号（ＳＯＸＹＧＥＮ）を受信し、
前記示差温度制御信号（ＳＴ－Ｄ）および前記酸素レベル信号（ＳＯＸＹＧＥＮ）に基づいて酸素レベルを制御することにより、前記ガス流を制御する、
ように構成されている、請求項８から１５までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項19】
各コントローラ（３０，４０，５０，６０）が、ＰＩＤコントローラ、多項式コントローラ、状態フィードバックコントローラ、ファジー理論コントローラ、またはモデル予測コントローラのいずれかである、請求項８から１８までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項20】
前記材料投入手段（１３０）が、石灰石、生石灰泥、または鉄鉱石ペレットのいずれかを受け取るように配置されている、請求項８から１９までのいずれか１項記載の制御システム（１）。
【請求項21】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行される際に、前記コンピュータに請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実行させるための命令を含む、コンピュータプログラム。
【請求項22】
コンピュータによって実行される際に、前記コンピュータに請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実行させるための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ロータリーキルン（回転窯）内の回転軸線に沿って温度勾配および平均温度を制御する方法に関する。さらに、開示は、ロータリーキルン内の回転軸線に沿って温度勾配および平均温度を制御するための制御システムにも関する。さらにまた、開示は、コンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータによって実行される際に、方法をコンピュータに実行させるための命令を含む、コンピュータプログラムにも関する。開示はまた、コンピュータによって実行される際に、方法をコンピュータに実行させるための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体にも関する。
【0002】
背景技術
ロータリーキルンは、連続したプロセスの中で材料の温度を高温まで上昇させる（か焼させる）ために使用される加熱処理装置である。キルンは水平方向に対してわずかに傾けられた筒状容器であり、その軸線を中心としてゆっくりと回転される。処理される材料は筒の上端部に供給される。キルンが回転すると、材料は下端部に向かって徐々に下に移動し、所定の量の攪拌および混合を受ける。高温ガスは、ときには処理材料と同じ方向（並流）でキルンに沿って通過するが、通常は逆方向（反流）に通過する。高温ガスは、外部の炉で生成される場合もあるし、またはキルン内の炎によって生成されることもある。このような炎が、バーナーパイプ（または「発火パイプ」）から放射され、当該バーナーパイプは、大型のブンゼンバーナーのように動作する。このための燃料は、ガス、オイル、粉砕された石油コークス、微粉炭、トール油およびパーム油などのバイオオイル、または木質ペレットであってよい。ロータリーキルンを使用して生成される材料には、セメント、石灰、耐火物、メタカオリン、二酸化チタン、アルミナ、バーミキュライト、および鉄鉱石ペレットが含まれる。
ロータリーキルンは、連続したプロセスの中で材料の温度を高温まで上昇させる（か焼させる）ために使用される加熱処理装置である。キルンは水平方向に対してわずかに傾けられた筒状容器であり、その軸線を中心としてゆっくりと回転される。処理される材料は筒の上端部に供給される。キルンが回転すると、材料は下端部に向かって徐々に下に移動し、所定の量の攪拌および混合を受ける。高温ガスは、ときには処理材料と同じ方向（並流）でキルンに沿って通過するが、通常は逆方向（反流）に通過する。高温ガスは、外部の炉で生成される場合もあるし、またはキルン内の炎によって生成されることもある。このような炎が、バーナーパイプ（または「発火パイプ」）から放射され、当該バーナーパイプは、大型のブンゼンバーナーのように動作する。このための燃料は、ガス、オイル、粉砕された石油コークス、微粉炭、トール油およびパーム油などのバイオオイル、または木質ペレットであってよい。ロータリーキルンを使用して生成される材料には、セメント、石灰、耐火物、メタカオリン、二酸化チタン、アルミナ、バーミキュライト、および鉄鉱石ペレットが含まれる。
【0003】
ロータリーキルンは、硫酸塩法に基づく化学パルプ産業の化学物質回収サイクルで使用されうる。一実施例では、主に沈殿した炭酸カルシウムで構成されたスラリーを脱水したものが、酸化カルシウムへとか焼される。この加熱は、通常は直接の燃焼によって実施される。
【0004】
ロータリーキルン内にリングが形成されることを避けるため、かつ材料の均一な品質を維持するために、キルン内の温度プロファイルが安定していることが重要である。通常、温度はキルンの端部で測定される。端部の温度を一定に保つことにより、キルン全体の温度プロファイルを一定にすることができる。
【0005】
キルン全体の一定の温度プロファイルを達成するために、ロータリーキルンを通るガス流およびバーナーへの燃料の投入量をアクチュエータによって制御しなければならない。ガス流を増大させることにより、燃焼端部領域から供給端部領域に移動される熱量が増大する。さらに、ガス流を減少させることにより、燃焼端部領域から供給端部領域に移動される熱量が減少する。しかし、最小レベルを上回るガス流を維持して、キルンが充分な燃焼空気を燃焼端部領域内に受け取るようにしなければならない。このことは、ガスのＯ２含有量によってチェックすることができる。さらに、バーナーへの燃料の投入量が、キルン全体の温度プロファイルに影響する。
【0006】
ロータリーキルン全体の温度プロファイルを最適にするための多くの試みがなされてきた。これらの試みの幾つかは以下の特許出願に示されている。
【0007】
欧州特許出願公開第２１６９４８３号明細書は、産業プロセスを制御するための制御システムに関する。ファジー理論インジケータ（ｚ）をモデルベースのプロセスコントローラと組み合わせることにより、測定されたプロセス変数（ｙ）が場合によっては互いに相反する実際のプラントの条件において、産業上のプロセスを制御するための、プロセス状態のロバストなインジケータ（ｘ）を提供することが可能になる。
【0008】
米国特許第３４３７３２５号明細書は、ロータリーキルンの制御装置に関する。この制御装置は、それぞれキルンの動作に関連する所定の熱損失と熱入力とに応じて、第１の制御信号を形成する第１の加熱規定手段と第２の制御信号を形成する第２の加熱規定手段とを備えている。当該制御手段は、入熱源および駆動モータの動作を制御するための第１の制御信号と第２の制御信号との間の所定の関係に応答して、キルンを所望の通りに動作させる。
【0009】
国際公開第０１３２５８１号公報は、キルンプラントのコントローラに関する。熱力学コントローラは、キルンのひさしの温度および１つもしくは複数の流出ガス濃度を含む複数の変数を測定し、ひさしの温度を所望の範囲内に維持するようにキルンへの燃料の投入量を制御するとともに、測定されたガスの濃度を所定の範囲内に維持するようにキルンの主要な羽根車を制御する。
【0010】
国際公開第２０１１０００４３０号公報は、ロータリーキルン内で石灰を含む混合物（ＣａＣＯ３）を燃焼させ、これを焼石灰（ＣａＯ）に変化させるためのプロセスを制御する方法およびデバイスに関する。当該方法は、キャビティの長手軸線に沿った複数の測定ポイントで壁の温度の測定データを収集することと、壁の温度の測定データに少なくとも基づいてキャビティの長手軸線に沿った実際の温度勾配を予測することと、を含んでいる。さらに、当該方法には、キルンのキャビティに沿った温度を記述する熱モデルにより、キャビティに沿って予測された温度勾配とキルン内の温度を制御する所定の制御ストラテジとに基づき、キャビティに沿った所望の温度勾配を算定し、それにより、キルンの内壁に石灰を堆積させるエリアを制御するステップが含まれる。
【0011】
これらの特許出願の各々は、温度制御のかなり複雑な方法を記載している。このため、実施および維持がより柔軟かつ容易である温度制御を提供する必要がある。
【0012】
発明の概要
開示は、制御システムによってロータリーキルン内を通るガス流を制御することおよびバーナーへの燃料投入を制御することにより、バーナーを備えた燃焼端部領域から材料投入手段を備えた供給端部領域まで、ロータリーキルン内の回転軸線に沿って温度勾配および平均温度を制御する方法に関する。方法は、
‐燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信するステップと、
‐供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信するステップと、
‐燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との平均を形成することにより、実際の平均温度を算定するステップと、
‐燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との差を形成することにより、実際の示差温度を算定するステップと、
‐平均温度制御信号を出力することによって平均温度を平均設定値温度に向けて制御して、バーナーへの燃料投入を制御するステップと、
‐示差温度制御信号を出力することによって示差温度を示差設定値温度に向けて制御して、ロータリーキルンを通るガス流を制御するステップと、
を含む。
開示は、制御システムによってロータリーキルン内を通るガス流を制御することおよびバーナーへの燃料投入を制御することにより、バーナーを備えた燃焼端部領域から材料投入手段を備えた供給端部領域まで、ロータリーキルン内の回転軸線に沿って温度勾配および平均温度を制御する方法に関する。方法は、
‐燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信するステップと、
‐供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信するステップと、
‐燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との平均を形成することにより、実際の平均温度を算定するステップと、
‐燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との差を形成することにより、実際の示差温度を算定するステップと、
‐平均温度制御信号を出力することによって平均温度を平均設定値温度に向けて制御して、バーナーへの燃料投入を制御するステップと、
‐示差温度制御信号を出力することによって示差温度を示差設定値温度に向けて制御して、ロータリーキルンを通るガス流を制御するステップと、
を含む。
【0013】
方法の利点は、新たな温度パラメータ、すなわちバーナーへの燃料投入を制御するための平均温度と、ガス流を制御するための示差温度とを導入することにより、燃焼端部領域の温度による燃料投入の制御と、供給端部領域の温度によるガス流の制御との間の依存性を低減させることである。このため、２つの別々のＳＩＳＯシステムによって燃料投入およびガス流を制御することが可能である。方法は、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った温度勾配の制御を向上させ、これにより、製品の品質および処理の操業性が向上する。
【0014】
一実施例では、平均温度を算定するステップは、燃焼端部領域温度が燃焼端部平均重み関数によって重み付けされ、供給端部領域温度が供給端部平均重み関数によって重み付けされることをさらに含み、示差温度を算定するステップは、燃焼端部領域温度が燃焼端部示差重み関数によって重み付けされ、供給端部領域温度が供給端部示差重み関数によって重み付けされることをさらに含む。平均温度を制御するために、平均重み関数を燃焼端部領域温度および供給端部領域温度に導入することにより、方法は、燃料投入と、ガス流と、燃焼端部領域温度と、供給端部領域温度との間の依存性のさらなる低減のために最適化することができる。示差温度を制御するために、示差重み関数を燃焼端部領域温度および供給端部領域温度に導入することにより、方法は、燃料投入と、ガス流と、燃焼端部領域温度と、供給端部領域温度との間の依存性の低減ために最適化することができる。
【0015】
別の実施例によれば、重み関数が静的関数または動的関数である。これにより、燃料投入と、ガス流と、燃焼端部領域温度と、供給端部領域温度との間の依存性を低減させることができる。
【0016】
さらに別の実施例では、実際の燃焼端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信することをさらに含み、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定され、
実際の供給端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信することをさらに含み、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定され、
平均温度を算定するステップと示差温度を算定するステップとの各々が、
‐少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の所定の位置と、少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の所定の位置とに基づき、重み関数を算定することをさらに含む。場所の依存性を低減させることにより、ロータリーキルンの回転軸線に沿って、燃焼端部領域温度と供給端部領域温とがそれぞれ測定される。このため、位置ベースの制御により、ロータリーキルンに沿った温度の推定の正確性が向上する。このことは、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った温度勾配の制御の向上に繋がる。
‐少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信することをさらに含み、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定され、
実際の供給端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信することをさらに含み、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定され、
平均温度を算定するステップと示差温度を算定するステップとの各々が、
‐少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の所定の位置と、少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の所定の位置とに基づき、重み関数を算定することをさらに含む。場所の依存性を低減させることにより、ロータリーキルンの回転軸線に沿って、燃焼端部領域温度と供給端部領域温とがそれぞれ測定される。このため、位置ベースの制御により、ロータリーキルンに沿った温度の推定の正確性が向上する。このことは、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った温度勾配の制御の向上に繋がる。
【0017】
さらなる一実施例によれば、実際の燃焼端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信するステップであって、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度を算定するステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定するステップと、
をさらに含み、
実際の供給端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信するステップであって、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域の回転軸線に沿った所定の位置で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度を算定するステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置の平均を形成することにより、供給端部位置を算定するステップと、
をさらに含む。
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信するステップであって、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域における回転軸線に沿った所定の位置で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度を算定するステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定するステップと、
をさらに含み、
実際の供給端部領域温度を受信するステップが、
‐少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信するステップであって、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域の回転軸線に沿った所定の位置で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度を算定するステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置の平均を形成することにより、供給端部位置を算定するステップと、
をさらに含む。
【0018】
別の一実施例では、平均温度を算定するステップが、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った平均位置を算定することをさらに含み、
示差温度を算定するステップが、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った位置の差を算定することをさらに含み、
平均温度を制御するステップが、平均設定値温度がロータリーキルン内の回転軸線に沿った平均位置に応じて設定されることをさらに含み、
示差温度を制御するステップが、示差設定値温度がロータリーキルン内の回転軸線に沿った位置の差に応じて設定されることをさらに含む。
‐燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った平均位置を算定することをさらに含み、
示差温度を算定するステップが、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン内の回転軸線に沿った位置の差を算定することをさらに含み、
平均温度を制御するステップが、平均設定値温度がロータリーキルン内の回転軸線に沿った平均位置に応じて設定されることをさらに含み、
示差温度を制御するステップが、示差設定値温度がロータリーキルン内の回転軸線に沿った位置の差に応じて設定されることをさらに含む。
【0019】
さらなる一実施例によれば、受信された燃焼端部領域温度と受信された供給端部領域温度との各々が、燃焼端部領域内の少なくとも１つの所定の位置と、供給端部領域内の少なくとも１つの所定の位置とのそれぞれにおいて測定され、
方法が、実際の平均温度を算定するステップおよび温度勾配を算定するステップの前に、
‐回転軸線に沿った温度プロファイル関数を算定するステップであって、回転軸線に沿った所定の位置で測定された測定温度間の差を最小にするように温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線に沿った位置の関数として温度を記述する、ステップと、
‐適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度と供給端部領域温度とをそれぞれ算定するステップと、
をさらに含む。
方法が、実際の平均温度を算定するステップおよび温度勾配を算定するステップの前に、
‐回転軸線に沿った温度プロファイル関数を算定するステップであって、回転軸線に沿った所定の位置で測定された測定温度間の差を最小にするように温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線に沿った位置の関数として温度を記述する、ステップと、
‐適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度と供給端部領域温度とをそれぞれ算定するステップと、
をさらに含む。
【0020】
さらなる一実施例では、方法が、
‐バーナーにおいて測定された燃料投入信号を受信するステップと、
‐平均温度制御信号および燃料投入信号に基づき、バーナーへの燃料投入を制御するステップと、
をさらに含む。
‐バーナーにおいて測定された燃料投入信号を受信するステップと、
‐平均温度制御信号および燃料投入信号に基づき、バーナーへの燃料投入を制御するステップと、
をさらに含む。
【0021】
別の一実施例によれば、方法が、
‐供給端部領域において測定される酸素レベル信号を受信するステップと、
‐示差温度制御信号および酸素レベル信号に基づいて酸素レベルを制御することにより、ガス流を制御するステップと、
をさらに含む。これにより、示差温度による酸素の制御の特定の実施例が開示される。
‐供給端部領域において測定される酸素レベル信号を受信するステップと、
‐示差温度制御信号および酸素レベル信号に基づいて酸素レベルを制御することにより、ガス流を制御するステップと、
をさらに含む。これにより、示差温度による酸素の制御の特定の実施例が開示される。
【0022】
さらに、開示は、バーナーを備えた燃焼端部領域から材料投入手段を備えた供給端部領域まで、ロータリーキルンの回転軸線に沿って温度勾配および平均温度を制御するための制御システムに関する。バーナーへの燃料投入は、燃料投入ユニットによって制御されている。ロータリーキルンを通るガス流は、ガス流ユニットによって制御されている。制御システムは、
燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信し、
供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信し、
燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との平均を形成することにより、実際の平均温度を算定する、
ように構成された、平均温度ユニットと、
平均温度制御信号を燃料投入ユニットに出力することによって平均温度を平均設定値温度に向けて制御する
ように構成された、平均温度コントローラと、
燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信し、
供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信し、
燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との差を形成することにより、実際の示差温度を算定する、
ように構成された、示差温度ユニットと、
示差温度制御信号をガス流ユニットに出力することによって示差温度を示差設定値温度に向けて制御する
ように構成された、示差温度コントローラと、
を備えている。
燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信し、
供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信し、
燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との平均を形成することにより、実際の平均温度を算定する、
ように構成された、平均温度ユニットと、
平均温度制御信号を燃料投入ユニットに出力することによって平均温度を平均設定値温度に向けて制御する
ように構成された、平均温度コントローラと、
燃焼端部領域で測定される実際の燃焼端部領域温度を受信し、
供給端部領域で測定される実際の供給端部領域温度を受信し、
燃焼端部領域温度と供給端部領域温度との差を形成することにより、実際の示差温度を算定する、
ように構成された、示差温度ユニットと、
示差温度制御信号をガス流ユニットに出力することによって示差温度を示差設定値温度に向けて制御する
ように構成された、示差温度コントローラと、
を備えている。
【0023】
さらに、開示は、コンピュータプログラムであって、コンピュータによって実行される際に、コンピュータに上述の方法を実行させるための命令を含む、コンピュータプログラムに関する。
【0024】
開示はまた、コンピュータによって実行される際に、コンピュータに上述の方法を実行させるための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体にも関する。
【0025】
本開示を、添付図面を参照してさらに記載する。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】ロータリーキルン、および当該ロータリーキルンに接続された、本開示に係る温度勾配および平均温度を制御するための制御システムを示す図である。
【図2】ロータリーキルンに接続された、本開示の実施形態に係る重み関数を含む制御システムを示す図である。
【図3】一実施形態に係るロータリーキルンおよび制御システムを示す図である。
【図4】ロータリーキルン内の回転軸線に沿った温度勾配および平均温度の制御方法を示す図である。
【0027】
詳細な説明
図１は、バーナー１２０を備えた燃焼端部領域ＢＥと、材料投入手段１３０を備えた供給端部領域ＦＥとを有するロータリーキルン１００を示している。「燃焼端部領域」ＢＥという用語は、バーナー１２０を備えた、ロータリーキルンの回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の半部をいう。「供給端部領域」ＦＥという用語は、材料投入手段１３０を備えた、ロータリーキルン１００の回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の半部をいう。燃焼端部領域ＢＥと供給端部領域ＦＥとは、ロータリーキルン１００の半部に別々に対応している。このため、燃焼端部領域ＢＥと供給端部領域ＦＥとは、併せて、回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の長さ全体をカバーする。
図１は、バーナー１２０を備えた燃焼端部領域ＢＥと、材料投入手段１３０を備えた供給端部領域ＦＥとを有するロータリーキルン１００を示している。「燃焼端部領域」ＢＥという用語は、バーナー１２０を備えた、ロータリーキルンの回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の半部をいう。「供給端部領域」ＦＥという用語は、材料投入手段１３０を備えた、ロータリーキルン１００の回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の半部をいう。燃焼端部領域ＢＥと供給端部領域ＦＥとは、ロータリーキルン１００の半部に別々に対応している。このため、燃焼端部領域ＢＥと供給端部領域ＦＥとは、併せて、回転軸線１１０に沿ったロータリーキルン１００の長さ全体をカバーする。
【0028】
ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った温度勾配および平均温度を制御するための制御システム１が、ロータリーキルン１００に接続されている。バーナー１２０への燃料投入は、燃料投入ユニットによって制御されている。燃料は、ガス、オイル、粉砕された石油コークス、微粉炭、トール油およびパーム油などのバイオオイル、または木質ペレットであってよい。ロータリーキルン１００を通るガス流はガス流ユニットによって制御されている。このガスには煙道ガスが含まれている。
【0029】
制御システム１は、平均温度ユニット１０を備えている。平均温度ユニット１０は、燃焼端部領域ＢＥで測定される実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するように構成されている。さらに、平均温度ユニット１０は、供給端部領域ＦＥで測定される実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するように構成されている。さらにまた、平均温度ユニット１０は、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの平均を形成することにより、実際の平均温度ＴＡ－Ａを算定するように構成されている。さらに、制御システム１は、平均温度コントローラ３０を備えている。平均温度コントローラ３０は、燃料投入ユニットへ平均温度制御信号ＳＴ－Ａを出力することにより、平均温度ＴＡ－Ａを平均設定値温度ＴＡ－ＳＰに向けて制御するように構成されている。
【0030】
さらにまた、制御システム１は示差温度ユニット２０を備えている。示差温度ユニット２０は、燃焼端部領域ＢＥで測定される実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するように構成されている。さらに、示差温度ユニット２０は、供給端部領域ＦＥで測定される実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するように構成されている。さらにまた、示差温度ユニット２０は、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの差を形成することにより、実際の示差温度ＴＤ－Ａを算定するように構成されている。さらに、制御システム１は示差温度コントローラ４０を備えている。示差温度コントローラ４０は、示差温度制御信号ＳＴ－Ｄをガス流ユニットに出力することにより、示差温度ＴＤ－Ａを示差設定値温度ＴＤ－ＳＰに向けて制御するように構成されている。
【0031】
燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａは、１つの燃焼端部領域温度測定位置１６０、またはロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った複数の燃焼端部領域温度測定位置１６０によって算定されうる。複数の燃焼端部領域温度測定位置の事例では、温度測定位置は、燃焼端部領域の任意の場所に配置されていてよい。しかし、ロータリーキルン１００に沿って温度を算定する可能性を増大させるために、温度測定位置がロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に対して平行な方向で互いに離間していると有利である。供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａは、１つの供給端部領域温度測定位置１７０、または複数の供給端部領域温度測定位置１７０によって算定されうる。複数の供給端部領域測定位置の事例では、温度測定位置は、供給端部領域の任意の場所に配置されていてよい。しかし、ロータリーキルン１００に沿って温度を算定する可能性を増大させるために、温度測定位置がロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に対して平行な方向で互いに離間していると有利である。
【0032】
図２は、ロータリーキルンに接続された、本開示の実施形態に係る重み関数を含む制御システム１を示す図である。平均温度コントローラ３０は、燃焼端部平均重み関数ｗＢＥ－Ａによって燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａに重み付けし、かつ供給端部平均重み関数ｗＦＥ－Ａによって供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａに重み付けするように構成されている。示差温度コントローラ４０は、燃焼端部示差重み関数ｗＢＥ－Ｄによって燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａに重み付けし、かつ供給端部示差重み関数ｗＦＥ－Ｄによって供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａに重み付けするように構成されている。
【0033】
一実施例では、重み関数ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ｄ，ｗＢＥ－Ｄは静的関数である。静的関数は、静的な重み因子であってよい。本実施例では、出力、すなわち関数の値は、入力信号のみに依存する。
【0034】
別の実施例では、重み関数ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ｄ，ｗＢＥ－Ｄは動的システムである。動的システムはローパスフィルタを含みうる。本実施例では、出力、すなわち関数の値は、現在の入力および以前の入力に依存する。すなわち、ローパスフィルタである。
【0035】
一実施例では、平均温度ユニット１０と示差温度ユニット２０との各々は、
少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信し、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定され、
少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定される、
ように構成されており、
平均温度ＴＡ－Ａと示差温度ＴＤ－Ａとが、それぞれ、少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の所定の位置１６０と、少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の所定の位置１７０とに基づき、重み関数ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ｄ，ｗＦＥ－Ｄを算定することによって算定される。
少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信し、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定され、
少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定される、
ように構成されており、
平均温度ＴＡ－Ａと示差温度ＴＤ－Ａとが、それぞれ、少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の所定の位置１６０と、少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の所定の位置１７０とに基づき、重み関数ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ｄ，ｗＦＥ－Ｄを算定することによって算定される。
【0036】
さらなる実施例では、平均温度ユニット１０と示差温度ユニット２０との各々は、
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信し、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定され、
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを算定し、
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置１６０の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定し、
少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定され、
少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを算定し、
少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置１７０の平均を形成することにより、供給端部位置を算定する、
ように構成されている。
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信し、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定され、
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを算定し、
少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置１６０の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定し、
少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信し、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定され、
少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを算定し、
少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置１７０の平均を形成することにより、供給端部位置を算定する、
ように構成されている。
【0037】
さらにまた別の実施例では、平均温度ユニット１０は、
燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置を算定する
ようにさらに構成されており、平均温度コントローラ３０によって受信される平均設定値温度ＴＡ－ＳＰが、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置に応じて設定され、
示差温度ユニット２０は、
燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差を算定する
ようにさらに構成されており、示差温度コントローラ４０によって受信される示差設定値温度ＴＤ－ＳＰが、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差に応じて設定される。
燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置を算定する
ようにさらに構成されており、平均温度コントローラ３０によって受信される平均設定値温度ＴＡ－ＳＰが、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置に応じて設定され、
示差温度ユニット２０は、
燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差を算定する
ようにさらに構成されており、示差温度コントローラ４０によって受信される示差設定値温度ＴＤ－ＳＰが、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差に応じて設定される。
【0038】
別の実施例では、受信された燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと受信された供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの各々が、燃焼端部領域ＢＥ内の少なくとも１つの所定の位置１６０と、供給端部領域ＦＥ内の少なくとも１つの所定の位置１７０とのそれぞれにおいて測定され、
平均温度ユニット１０および示差温度ユニット２０が、
回転軸線１１０に沿った温度プロファイル関数を算定し、回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０，１７０で測定された測定温度間の差を最小にするように、温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線１１０に沿った位置の関数として温度を記述し、
適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとをそれぞれ算定する、
ようにさらに構成されている。
平均温度ユニット１０および示差温度ユニット２０が、
回転軸線１１０に沿った温度プロファイル関数を算定し、回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０，１７０で測定された測定温度間の差を最小にするように、温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線１１０に沿った位置の関数として温度を記述し、
適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとをそれぞれ算定する、
ようにさらに構成されている。
【0039】
燃料投入ユニットは、平均温度制御信号ＳＴ－Ａに基づき、バーナー１２０への燃料投入を制御するように構成されている。一実施例では、燃料投入ユニットは、図１に示すように、燃料投入バルブ１４０である。しかし、燃料投入ユニットは、燃料投入の供給のために適切である任意の他の手段であってよい。別の実施例では、燃料投入ユニットは、図３に示すように、燃料投入コントローラ５０である。燃料投入コントローラ５０は、バーナー１２０において測定された燃料投入信号ＳＦＵＥＬを受信するように構成されている。さらに、燃料投入コントローラ５０は、平均温度制御信号ＳＴ－Ａおよび燃料投入信号ＳＦＵＥＬに基づき、バーナー１２０への燃料投入を制御するように構成されている。
【0040】
ガス流ユニットは、ロータリーキルン１００を通るガス流を制御するように構成されている。一実施例では、ガス流ユニットは、図１に示すようにファン１５０である。しかし、ガス流ユニットは、ロータリーキルン１００にガス流を通すための任意の他の手段であってよい。さらに別の実施例では、ガス流ユニットは、酸素コントローラ６０である。酸素コントローラ６０は、供給端部領域ＦＥにおいて測定される酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮを受信するように構成されている。さらに、酸素コントローラ６０は、示差温度制御信号ＳＴ－Ｄおよび酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮに基づいて酸素レベルを制御することにより、ガス流を制御するように構成されている。
【0041】
平均温度コントローラ３０は、ＰＩＤコントローラ、多項式コントローラ、状態フィードバックコントローラ、ファジー理論コントローラ、またはモデル予測コントローラのいずれかであってよい。示差温度コントローラ４０は、ＰＩＤコントローラ、多項式コントローラ、状態フィードバックコントローラ、ファジー理論コントローラ、またはモデル予測コントローラのいずれかであってよい。さらに、任意の他のタイプのコントローラが使用されてもよい。
【0042】
一実施例では、燃料投入コントローラ５０は、ＰＩＤコントローラ、多項式コントローラ、状態フィードバックコントローラ、ファジー理論コントローラ、またはモデル予測コントローラのいずれかであってよい。一実施例では、酸素コントローラ６０は、ＰＩＤコントローラ、多項式コントローラ、状態フィードバックコントローラ、ファジー理論コントローラ、またはモデル予測コントローラのいずれかであってよい。さらに、任意の他のタイプのコントローラが使用されてもよい。
【0043】
材料投入手段１３０は、生石灰泥、石灰石、または鉄鉱石ペレットのいずれかの材料を受け取るように配置されている。しかし、セメント、耐火物、メタカオリン、二酸化チタン、アルミナ、またはバーミキュライトなどのロータリーキルン１００に適切な任意の他の材料が使用されてもよい。
【0044】
図４は、制御システム１によってロータリーキルン１００内を通るガス流を制御することおよびバーナー１２０への燃料投入を制御することにより、バーナー１２０を備えた燃焼端部領域ＢＥから材料投入手段１３０を備えた供給端部領域ＦＥまで、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿って温度勾配および平均温度を制御する方法を示している。詳細には、本方法は、
‐燃焼端部領域ＢＥで測定される実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するステップＳ１と、
‐供給端部領域ＦＥで測定される実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するステップＳ２と、
‐燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの平均を形成することにより、実際の平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップＳ３と、
‐燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの差を形成することにより、実際の示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップＳ４と、
‐平均温度制御信号ＳＴ－Ａを出力することによって平均温度ＴＡ－Ａを平均設定値温度ＴＡ－ＳＰに向けて制御して、バーナー１２０への燃料投入を制御するステップＳ５と、
‐示差温度制御信号ＳＴ－Ｄを出力することによって示差温度ＴＤ－Ａを示差設定値温度ＴＤ－ＳＰに向けて制御して、ロータリーキルン１００を通るガス流を制御するステップＳ６と、
を含んでいる。
‐燃焼端部領域ＢＥで測定される実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するステップＳ１と、
‐供給端部領域ＦＥで測定される実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するステップＳ２と、
‐燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの平均を形成することにより、実際の平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップＳ３と、
‐燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの差を形成することにより、実際の示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップＳ４と、
‐平均温度制御信号ＳＴ－Ａを出力することによって平均温度ＴＡ－Ａを平均設定値温度ＴＡ－ＳＰに向けて制御して、バーナー１２０への燃料投入を制御するステップＳ５と、
‐示差温度制御信号ＳＴ－Ｄを出力することによって示差温度ＴＤ－Ａを示差設定値温度ＴＤ－ＳＰに向けて制御して、ロータリーキルン１００を通るガス流を制御するステップＳ６と、
を含んでいる。
【0045】
一実施例では、平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップは、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａが燃焼端部平均重み関数ｗＢＥ－Ａによって重み付けされ、供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａが供給端部平均重み関数ｗＦＥ－Ａによって重み付けされることをさらに含み、示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップは、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａが燃焼端部示差重み関数ｗＢＥ－Ｄによって重み付けされ、供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａが供給端部示差重み関数ｗＦＥ－Ｄによって重み付けされることをさらに含む。一実施例では、重み関数ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ｄ，ｗＢＥ－Ｄは、静的関数または動的システムであってよい。
【0046】
実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するステップは、少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値を受信することをさらに含み、燃焼端部領域温度の値の各々は、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定されうる。実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するステップは、少なくとも１つの実際の供給端部領域温度の値を受信することをさらに含み、供給端部領域温度の値の各々は、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定されうる。平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップと示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップとの各々は、少なくとも１つの燃焼端部領域温度の値の各々の所定の位置１６０と、少なくとも１つの供給端部領域温度の値の各々の所定の位置１７０とに基づき、重み関数ｗＢＥ－Ａ，ｗＦＥ－Ａ，ｗＢＥ－Ｄ，ｗＦＥ－Ｄを算定することをさらに含んでいる。
【0047】
実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを受信するステップは、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信するステップであって、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを算定するステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置１６０の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定するステップと、
をさらに含みうる。実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するステップは、
‐少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信するステップであって、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを算定するステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置１７０の平均を形成することにより、供給端部位置を算定するステップと、
をさらに含みうる。
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値を受信するステップであって、燃焼端部領域温度の値の各々が、燃焼端部領域ＢＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａを算定するステップと、
‐少なくとも２つの燃焼端部領域温度の値が測定される所定の位置１６０の平均を形成することにより、燃焼端部位置を算定するステップと、
をさらに含みうる。実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを受信するステップは、
‐少なくとも２つの実際の供給端部領域温度の値を受信するステップであって、供給端部領域温度の値の各々が、供給端部領域ＦＥにおける回転軸線１１０に沿った所定の位置１７０で測定される、ステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値の平均を形成することにより、実際の供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａを算定するステップと、
‐少なくとも２つの供給端部領域温度の値が測定される所定の位置１７０の平均を形成することにより、供給端部位置を算定するステップと、
をさらに含みうる。
【0048】
平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップは、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置を算定することをさらに含むことができ、
示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップは、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差を算定すること
をさらに含み、
平均温度ＴＡ－Ａを制御するステップは、平均設定値温度ＴＡ－ＳＰがロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置に応じて設定されることをさらに含み、
示差温度ＴＤ－Ａを制御するステップは、示差設定値温度ＴＤ－ＳＰがロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差に応じて設定されることをさらに含む。
‐燃焼端部位置と供給端部位置との平均を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置を算定することをさらに含むことができ、
示差温度ＴＤ－Ａを算定するステップは、
‐燃焼端部位置と供給端部位置との間の差を形成することにより、ロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差を算定すること
をさらに含み、
平均温度ＴＡ－Ａを制御するステップは、平均設定値温度ＴＡ－ＳＰがロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った平均位置に応じて設定されることをさらに含み、
示差温度ＴＤ－Ａを制御するステップは、示差設定値温度ＴＤ－ＳＰがロータリーキルン１００内の回転軸線１１０に沿った位置の差に応じて設定されることをさらに含む。
【0049】
一実施形態では、受信された燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと受信された供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとの各々が、燃焼端部領域ＢＥ内の少なくとも１つの所定の位置１６０と、供給端部領域ＦＥ内の少なくとも１つの所定の位置１７０とのそれぞれにおいて測定される。この事例では、本方法は、実際の平均温度ＴＡ－Ａを算定するステップおよび温度勾配ＴＧ－Ａを算定するステップの前に、
‐回転軸線１１０に沿った温度プロファイル関数を算定するステップであって、回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０，１７０で測定された測定温度間の差を最小にするように、温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線１１０に沿った位置の関数として温度を記述する、ステップと、
‐適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとをそれぞれ算定するステップと、
をさらに含みうる。
‐回転軸線１１０に沿った温度プロファイル関数を算定するステップであって、回転軸線１１０に沿った所定の位置１６０，１７０で測定された測定温度間の差を最小にするように、温度プロファイル関数を適用することにより、回転軸線１１０に沿った位置の関数として温度を記述する、ステップと、
‐適用された温度プロファイル関数に基づき、燃焼端部領域温度ＴＢＥ－Ａと供給端部領域温度ＴＦＥ－Ａとをそれぞれ算定するステップと、
をさらに含みうる。
【0050】
さらにまた、本方法は、
‐バーナー１２０において測定された燃料投入信号ＳＦＵＥＬを受信するステップと、
‐平均温度制御信号ＳＴ－Ａおよび燃料投入信号ＳＦＵＥＬに基づき、バーナー１２０への燃料投入を制御するステップと、
を含みうる。
‐バーナー１２０において測定された燃料投入信号ＳＦＵＥＬを受信するステップと、
‐平均温度制御信号ＳＴ－Ａおよび燃料投入信号ＳＦＵＥＬに基づき、バーナー１２０への燃料投入を制御するステップと、
を含みうる。
【0051】
さらに、本方法は、
‐供給端部領域ＦＥにおいて測定される酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮを受信するステップと、
‐示差温度制御信号ＳＴ－Ｄおよび酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮに基づいて酸素レベルを制御することにより、ガス流を制御するステップと、
をさらに含みうる。
‐供給端部領域ＦＥにおいて測定される酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮを受信するステップと、
‐示差温度制御信号ＳＴ－Ｄおよび酸素レベル信号ＳＯＸＹＧＥＮに基づいて酸素レベルを制御することにより、ガス流を制御するステップと、
をさらに含みうる。
【0052】
さらに、本開示は、コンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータによって実行される際に、本明細書に記載の方法をコンピュータに実行させるための命令を含む、コンピュータプログラムに関する。
【0053】
さらにまた、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによって実行される際に、本明細書に記載の方法をコンピュータに実行させるための命令を含む。
【符号の説明】
【0054】
１ 制御システム
１０ 平均温度ユニット
２０ 示差温度ユニット
３０ 平均温度コントローラ
４０ 示差温度コントローラ
５０ 燃料投入コントローラ
６０ 酸素コントローラ
１００ ロータリーキルン
１１０ ロータリーキルンの回転軸線
１２０ バーナー
１３０ 材料投入手段
１４０ 燃料投入バルブ
１５０ ファン
ＢＥ 燃焼端部領域
ＦＥ 供給端部領域
１６０ 燃焼端部領域温度測定位置
１７０ 供給端部領域温度測定位置
ＴＢＥ－Ａ 実際の燃焼端部領域温度
ＴＦＥ－Ａ 実際の供給端部領域温度
ＴＡ－Ａ 実際の平均温度
ＴＡ－ＳＰ 平均設定値温度
ＴＤ－Ａ 実際の示差温度
ＴＤ－ＳＰ 示差設定値温度
ＳＴ－Ａ 平均温度制御信号
ＳＴ－Ｄ 示差温度制御信号
ＳＦＵＥＬ 燃料投入信号
ＳＯＸＹＧＥＮ 酸素レベル信号
１０ 平均温度ユニット
２０ 示差温度ユニット
３０ 平均温度コントローラ
４０ 示差温度コントローラ
５０ 燃料投入コントローラ
６０ 酸素コントローラ
１００ ロータリーキルン
１１０ ロータリーキルンの回転軸線
１２０ バーナー
１３０ 材料投入手段
１４０ 燃料投入バルブ
１５０ ファン
ＢＥ 燃焼端部領域
ＦＥ 供給端部領域
１６０ 燃焼端部領域温度測定位置
１７０ 供給端部領域温度測定位置
ＴＢＥ－Ａ 実際の燃焼端部領域温度
ＴＦＥ－Ａ 実際の供給端部領域温度
ＴＡ－Ａ 実際の平均温度
ＴＡ－ＳＰ 平均設定値温度
ＴＤ－Ａ 実際の示差温度
ＴＤ－ＳＰ 示差設定値温度
ＳＴ－Ａ 平均温度制御信号
ＳＴ－Ｄ 示差温度制御信号
ＳＦＵＥＬ 燃料投入信号
ＳＯＸＹＧＥＮ 酸素レベル信号
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】