特表 2024-533225 反応器の流動床における局所的な温度異常を判定するための方法、反応器の流動床の数値モデルを較正するための方法、流動床反応器の床焼結の危険性を評価するための方法、流動床反応器を制御する方法、および反応器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-12

(54)【発明の名称】反応器の流動床における局所的な温度異常を判定するための方法、反応器の流動床の数値モデルを較正するための方法、流動床反応器の床焼結の危険性を評価するための方法、流動床反応器を制御する方法、および反応器

(51)【国際特許分類】

   F23C 10/28 20060101AFI20240905BHJP

   F23G 5/50 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

F23C10/28

F23G5/50 E

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024514430

(86)(22)【出願日】2022-09-09

(85)【翻訳文提出日】2024-03-04

(86)【国際出願番号】 EP2022075091

(87)【国際公開番号】W WO2023036924

(87)【国際公開日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】PCT/EP2021/074840

(32)【優先日】2021-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506425251

【氏名又は名称】スミトモ エスエイチアイ エフダブリュー エナージア オサケ ユキチュア

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】リウコネン，ミカ

(72)【発明者】

【氏名】ミエッティネン，ヨウニ

(72)【発明者】

【氏名】ケットゥネン，アリ

【テーマコード（参考）】

3K062

3K064

【Ｆターム（参考）】

3K062CA01

3K062CB05

3K062DA03

3K064AA08

3K064AB01

3K064AC02

3K064AC07

3K064AC12

(57)【要約】

【課題】 流動床反応器システムにおける床制御を改善することである。
【解決手段】 流動床反応器システム（１０）の制御を改善するために、流動床の状態監視に関する特定の方法が提案されている。流動床反応器システム（１０）を制御する方法では、例えば、局所的な床温度異常および／または床焼結指数が監視され、予め定められた基準を超える局所的な床温度異常および／または床焼結指数を検出すると、反応器システム（１０）の運転を自動的に調節し、および／または、局所的な床温度異常および／または床焼結状態が検出されていることを運転員に示す。
【選択図】 図１及び図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備える流動床反応器システム（１０）における局所的な温度異常を判定するための方法であって、
－ 床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）で測定され、
－ 前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）に対する床温度が、少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算されて、前記反応器システム（１０）の通常運転状態における計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を得て、
－ 前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）の少なくともいくつかに対して、前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ）が、前記計算温度（Ｔ_Ｃｉ）と比較され、異常閾値を超えている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する、方法。

【請求項2】

前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）に対する前記計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、以下の方法で得られ、
－ 予め定められたプロセス変数（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・）を含む運転データと、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）との間の数値モデル（ｆ）が準備および較正され、
－ 各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）と、前記予め定められたプロセス変数（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・）とを含む前記反応器の現在の運転データが監視され、
－ 少なくとも１つの測定点（Ｐ_ｊ、ｊは１、・・・、ｎ）に対して、前記数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定温度とを使用して計算温度（Ｔ_Ｃｊ）を計算するために使用され、
－ 前記計算温度（Ｔ_Ｃｉ）と前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ）を異常基準に対して比較し、前記異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記較正が、好ましくは少なくともＭ日前の履歴データを使用して遅延方式で行われ、Ｍが少なくとも３であり、好ましくはＭが少なくとも７であり、より好ましくはＭが少なくとも１４である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

局所的な温度異常を検出すると、前記較正が、予め定められた時間の間、実行されない、請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

所与の閾値を満たす局所的な温度異常を検出すると、前記較正が、予め定められた時間の間、実行されない、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

好ましくは、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法の文脈の中で使用するために、反応器システム（１０）の流動床の数値モデルを較正する方法であって、
－ 前記反応器システム（１０）が、共に測定格子を定め、それぞれが測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）を代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応器チャンバ（１２）を備え、前記反応器システム（１０）が、前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）のそれぞれにおいて測定温度（Ｔ_Ｍｉ）を生成するように構成され、
－ 各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）における前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）と、予め定められたプロセス変数とを含む前記反応器の現在の運転データが監視および収集されて履歴データとなり、
－ 運転データと、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）との間の数値モデル（ｆ）が、少なくとも１つの数値フィッティング法、好ましくは数値回帰法、有利には最小二乗フィッティングを使用してフィッティングされる、方法。

【請求項7】

前記較正が、予め定められた間隔で繰り返される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

局所的な温度異常を検出すると、前記較正が中止される、請求項６または７に記載の方法。

【請求項9】

流動床反応器の床焼結の危険性を評価するための方法であって、
－ 前記反応器システム（１０）が、共に測定格子を定め、それぞれが測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備え、
－ 前記反応器の現在の運転データ、すなわち前記反応器の前記床における前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）で測定され、
－ 前記反応器の前記現在の運転データに基づき、
ｉ）前記測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）前記測定床温度に対して、散布度（ｘ_{ｓｐｒｅａｄ，}

【数1】

）が計算され、
－ ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、およびｉｖ）の計算結果を使用して、床焼結指数を準備する、方法。

【請求項10】

さらに
ｖ）同じ測定点に対する計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎ）が計算され、前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）と前記計算床温度との間の残差が計算され、ステップｖ）の結果がまた、前記床焼結指数の準備に使用される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎ）が、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を使用して得られる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

流動床反応器システム（１０）を制御する方法であって、
局所的な床温度異常および／または床焼結指数が監視され、
予め定められた基準を超える局所的な床温度異常および／または床焼結指数を検出すると、反応器システム（１０）の運転を自動的に調節し、および／または、局所的な床温度異常および／または床焼結状態が検出されていることを運転員に示す、方法。

【請求項13】

運転の前記自動調節が、ａ）反応物供給（１５１、１５２）の増減、ｂ）処理される供給原料（２０）の流量の増減、ｃ）床材料供給および／または床材料除去の増減、ｄ）前記反応器収量の一時的な制限、のうちの少なくとも１つまたは複数を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を使用して、前記局所的な床温度異常が監視される、請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項15】

請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法を使用して前記床焼結指数が監視される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記局所的な床温度異常および／または前記監視焼結指数が、数値モデルを使用して監視され、前記数値モデルの遅延較正が、前記較正データにおける最近の床状態の影響を低減または回避するために使用される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記遅延較正が、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法を使用して行われる、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記反応器システム（１０）が、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする反応器システム（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、循環流動床（ＣＦＢ：ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ）ボイラ、気泡流動床（ＢＦＢ：ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ）ボイラ、ガス化装置、または流動床におけるプロセスを実行するように構成された反応器などの流動床反応器の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

火格子ボイラおよび流動床ボイラなどの反応器は、典型的には、発電および暖房など様々な目的のために使用することができる蒸気を発生させるために利用される。

【0003】

ガス化装置などの、固体材料を気体製品に変換するために流動床反応器を使用することも知られている。

【0004】

流動床ボイラでは、燃料および固体粒子状流動媒体が炉の中に導入され、炉の底部から流動化ガスを導入することによって流動媒体および燃料を流動化させる。燃料の燃焼は炉内で生じる。ＢＦＢ燃焼では、流動化ガスが床に気泡を形成するように流動化ガスは床を通過する。ＢＦＢでは、流動化ガスの供給および燃料の供給を制御することによって流動床をむしろ都合よく制御できる。

【0005】

ＣＦＢ燃焼では、流動化ガスは流動媒体を通過する。ほとんどの床粒子は流動化ガスに巻き込まれ、流動化ガスによって運ばれる。粒子は流動化ガスから分離され、炉の中に戻されて循環する。

【0006】

流動床の制御は、流動床におけるプロセスを望むように生じさせるために最も重要なことである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

流動床反応器システムにおける床制御を改善することが本発明の第１の目的である。この目的は、独立請求項１に記載の方法で達成することができる。

【0008】

流動床反応器システムにおける床制御の精度を改善することが本発明の第２の目的である。この目的は、並列独立請求項６に記載の方法で達成することができる。

【0009】

流動床反応器システムにおける床制御を改善することが本発明の第３の目的である。この目的は、並列独立請求項９に記載の方法で達成することができる。

【0010】

流動床反応器システムにおける床制御を改善することが本発明の第４の目的である。この目的は、並列独立請求項１２に記載の方法で達成することができる。

【0011】

従属請求項には、本方法の有利な態様が記載されている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の第１の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える流動床反応器システムにおける局所的な温度異常を判定するための方法は、
－ 測定点で床温度を測定するステップと、
－ 測定点に対する床温度を、少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算して、反応器システムの通常運転状態における計算床温度を得るステップと、
－ 測定点の少なくともいくつかに対して、測定温度が計算温度と比較され、異常閾値を超えている場合、局所的な温度異常が存在すると判定するステップと
を含む。

【0013】

この方法では、床温度を監視するために使用される少なくとも３つの温度センサは、数値床温度モデルと共に、局所的な床温度異常を検出できるようになる程度に、流動床温度測定の精度が高い。

【0014】

特に、格子レベルで床温度が測定される場合には特に、理論に縛られることなく、局所的な異常が流動床の焼結状態の始まりに関係していることがわかることがある。本発明者らは、局所的な温度異常が、流動床が焼結し始める前兆として機能することを観察した。したがって、計算温度に対する測定温度を監視することによって、床の焼結の始まりを検出することができ、床を修復する、または少なくとも焼結が悪化するのを回避するための対策を余裕をもって講じることができる。これは、床焼結のための反応器システムの停止、および費用のかかる修復を回避するのに役立つことができる。床温度異常が、床品質に関する情報、好ましくは、床で焼結が起きているかどうかの情報を与えることは有利である。あるいは、言い換えれば、是正措置がとられなければ停止する傾向になり得る、床に関連する問題についての情報を受け取ることが可能となる。したがって、反応器の稼働率を改善することができ、および／または、運転コストを削減することができる。本方法は、好ましくは、ローカルな制御システム、または遠隔の、好ましくはプロセスインテリジェンスシステムのいずれかで自動的に実行される。

【0015】

測定点に対する計算床温度は、次の方法で得ることができる。
－ 予め定められたプロセス変数を含む反応器運転データと、各測定点における測定床温度との間の数値モデルが準備および較正され、
－ 各測定点における測定温度と予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データが監視され、
－ 少なくとも１つの測定点に対して、数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定温度とを使用して計算温度を計算するために使用され、
－ 計算温度と測定温度を異常基準に対して比較し、異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【0016】

較正は、好ましくは少なくともＭ日前の履歴データを使用して遅延方式で行うことができ、ここでＭは少なくとも３であり、好ましくはＭは少なくとも７であり、より好ましくはＭは少なくとも１４である。このようにして、ちょうど発生している床品質の問題が較正に悪影響を与えないことをより確実にすることができる。

【0017】

燃焼プロセスが流動床で実行される場合、予め定められたプロセス変数は、一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、床圧力、および測定床温度を含む。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、計算床温度モデルは、次式、
ｙ＝ｂ_０＋ｂ_１×ｘ_１＋ｂ_２×ｘ_２＋・・・＋ｂ_Ｎ－１×ｘ_Ｎ－１＋ｂ_Ｎ×ｘ_Ｎ
から得ることができる。
ここで、
ｂ_０・・・ｂ_Ｎは、線形回帰モデルから得られるモデル係数である
ｘ_１～ｘ_Ｎ＝予め選択されたプロセス変数１～Ｎ

【0019】

反応器が流動床ガス化装置の場合、プロセスパラメータは、
ｘ_１＝ガス化装置へ供給される全蒸気流量
ｘ_２＝ガス化装置への酸素注入流量
ｘ_３＝ガス化される供給原料の予め選択された特性（水分、およびまたはアルカリ含有量、およびまたはハロゲン含有量のうちの１つまたは複数など）
ｘ_４＝床温度測定値の平均
ｘ_５＝予め選択された特性（Ｈ_２およびＣＯ、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｏ_２およびＮ_２のうちの１つまたは複数など）
ｘ_５＝床圧力の平均
ｘ_６＝再循環ガス流量の平均、該当する場合
ｘ_７＝蒸気入口供給量と酸素入口供給量の制御比の平均
のうちの１つまたは複数を含む。

【0020】

反応器が、アルカリ酸化物またはアルカリ土類酸化物を水和するための流動床水和反応器の場合、プロセスパラメータは、
ｘ_１＝全蒸気流量
ｘ_２＝水和されるアルカリ酸化物の予め選択された第１の特性（粒度分布、空隙率、および未処理の形態またはその性能を向上させるように意図されて処理された変種（例えば、コーティングおよび処理）の材料の反応性など）
ｘ_３＝床温度測定値の平均
ｘ_４＝生成ガス含有量／温度
ｘ_５＝床圧力の平均
ｘ_６＝再循環ガス流量の平均
のうちの１つまたは複数を含む。

【0021】

反応器が、ＣＯ_２および／または他の酸性ガスを除去するために煙道ガスまたはプロセスガスの流れを浄化するための流動床反応器の場合、プロセスパラメータは、
ｘ_１＝浄化されるガスの全流量
ｘ_２＝浄化されるガスの予め選択された特性
ｘ_３＝床温度測定値の平均
ｘ_４＝反応器へのＣａＯなどの反応物の流量
ｘ_５＝反応器からのＣａＣＯ_３などの生成材料の流量
ｘ_５＝床圧力の平均
のうちの１つまたは複数を含む。

【0022】

反応器が燃料材料を燃焼するように構成された流動床ボイラの場合、計算床温度モデルは、次式、
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
から得ることができる。
ここで、
ｂ_０・・・ｂ_６は、線形回帰モデルから得られるモデル係数であり、
プロセス変数は以下のものを含む。
ｘ_１＝全空気流量、一次空気流量（ｘ_{１Ｐｒｉｍ}）と二次空気流量（ｘ_１ｓｅｃ）の合計として計算される
ｘ_２＝燃料水分
ｘ_３＝出力床温度測定（ｙ）に隣接する床温度測定（ｘ_３ａ、ｘ_３ｂ）の平均
ｘ_４＝煙道ガス酸素含有量
ｘ_５＝床圧力の平均
ｘ_６＝再循環ガス流量の平均

【0023】

一実施形態によれば、燃料水分は計算されてもよいし測定されてもよい。

【0024】

本発明の一実施形態によれば、計算床温度モデルは、次式、
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
から得ることができる。
ここで、
ｂ_０・・・ｂ_６は、線形回帰モデルから得られるモデル係数である。
ｘ_１＝全空気流量、一次空気流量（ｘ_{１Ｐｒｉｍ}）と二次空気流量（ｘ_１ｓｅｃ）の合計として計算される
ｘ_２＝煙道ガスのＨ２Ｏ含有量
ｘ_３＝出力床温度測定（ｙ）に隣接する床温度測定（ｘ_３ａ、ｘ_３ｂ）の平均
ｘ_４＝煙道ガス酸素含有量
ｘ_５＝床圧力の平均
ｘ_６＝再循環ガス流量の平均

【0025】

本発明の一実施形態によれば、計算床温度は人工知能ツールを使用して得ることができる。本発明の一実施形態によれば、計算床温度はニューラルネットワークを使用して得ることができる。

【0026】

局所的な温度異常を検出すると、較正は、予め定められた時間の間、実行されない（すなわち、較正が省略される）ことが好ましい。反応器停止状況に加えまたはその代わりに、異常運転、および／または異常な床状態は、好ましくは、較正データから除去または省略される。この手法は、較正に悪影響を与える可能性のある床品質の問題を回避するのに役立つことができる。この手法は、所与の閾値を満たす局所的な温度異常を検出すると、較正が、予め定められた時間の間、実行されないように微調整され得る。その場合、十分に大きな異常信号を生成するのに十分厳しい条件のみを選択して、予め定められた時間の間、較正を省くことができる。

【0027】

本発明の第２の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える反応器システムの流動床の数値モデルを較正するための方法であって、反応器システムが、測定点のそれぞれにおいて測定温度を生成するように構成されている。

【0028】

それは、好ましくは、本発明の第１の目的のための方法の文脈の中で使用され、
－ 各測定点における測定温度と予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データは監視および収集されて履歴データとなり、
－ 予め定められたプロセス変数を含む反応器運転データと、各測定点における測定床温度との間の数値モデルは、少なくとも１つの数値フィッティング法、好ましくは数値回帰法、有利には最小二乗フィッティングを使用してフィッティングされる。

【0029】

このようにして、反応器システムの異なる運転条件下で、適切な精度の結果を生じる較正された数値モデルを生成することができる。

【0030】

較正は、定期的になど、予め定められた間隔で繰り返されてもよい。これは、反応器システムの可能性のある磨耗や損傷だけでなく、プロセス変数の変化、時間と共に変化する運転パラメータにつながることがある環境条件（温度、周囲湿度、周囲圧力の変化）を反映して、較正を実際の状態に保つ助けとなる。

【0031】

局所的な温度異常を検出すると、較正を中止することができる。このようにして、ちょうど発生している床品質の問題が較正に悪影響を与えないことをより確実にすることができる。

【0032】

本発明の第３の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える流動床反応器システムの床の焼結の危険性を評価するための方法は、
－ 反応器の現在の運転データ、すなわち反応器の床における測定温度が、各測定点で測定されるステップと、
－ 反応器の現在の運転データに基づき、
ｉ）測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）測定床温度に対して、散布度が計算され、
－ ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、およびｉｖ）の計算結果を使用して、床焼結指数が準備されるステップと
を含む。

【0033】

好ましく使用される焼結指数の定義に対して１つの可能性のあるものとしては次のようなものであってもよい。
ｉ）測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）測定床温度に対して、散布度ｘ_{ｓｐｒｅａｄ，}

【0034】

【数1】

が計算されると、
これらは、平均、偏差、差、散布度に対する焼結の危険性の指数を得るように、対応する予め定められた限界値と比較される。

【0035】

本方法は、以下のようにさらに発展させることができる。
ｖ）同じ測定点に対する計算床温度Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎが計算され、測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、ｎと計算床温度との間の残差が計算されると、
それは、床温度残差に対する焼結の危険性の指数を得るように、対応する予め定められた限界値と比較される。

【0036】

次いで、最終的な危険性の指数は、例えば上記の危険性の指数の最大値とすることができる。

【0037】

本発明者らは、このように、得られた床焼結指数が、反応器を停止させる必要性を回避することができるように是正措置をとるのに十分早期に処理しなければ反応器を停止させることにつながりかねない流動床状態を示すことを観察した。この点については、図７を参照してさらに詳細に論じる。

【0038】

好ましくは、本方法では、さらに、
ｖｉ）同じ測定点に対する計算床温度が計算され、測定床温度と計算床温度との間の残差が計算され、ステップｖ）の結果はまた、床焼結指数の準備にも使用される。

【0039】

このようにして、床焼結指数の予測精度をさらに改善することができる。

【0040】

本発明の第３の目的による方法では、計算床温度は、本発明の第１の目的による方法を使用して得ることができる。

【0041】

本発明の第４の目的に関して、流動床反応器システムを制御する方法において、
局所的な床温度異常および／または床焼結指数が監視され、
予め定められた基準を超える局所的な床温度異常および／または床焼結指数を検出すると、燃焼反応器システムの運転を自動的に調節し、および／または、局所的な床温度異常および／または床焼結状態が検出されていることを運転員に示す。

【0042】

このようにして、反応器システムは、床焼結を防止するように自動的に制御されるか、あるいは、運転員は、局所的な床温度異常および／または床焼結状態を知らされて、床焼結を防止するような措置をとることができる。

【0043】

反応器運転の自動調節は、ａ）反応物供給の増減、ｂ）処理される供給原料の流量の増減、ｃ）床材料供給および／または床材料除去の増減、ｅ）反応器収量または出力の一時的な制限、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0044】

本発明の実施形態によれば、自動調節またはいわゆる是正措置は、
－ 燃焼用途での燃料成分のように、処理される供給原料の成分を変える
－ 格子ノズルを通る空気パルスを引き起こす
－ 床材料の焼結傾向に影響を与える供給添加物を導入する、またはそのような供給添加物の量を増やす
のうちの少なくとも１つを含む。

【0045】

測定床温度は、焼結の初期段階で低下し始める場合がある。したがって、床監視の過程で、モデル化された床温度より床温度が下がって異常閾値を超えていると判定されたときに、異常床状態が判定される場合がある。

【0046】

局所的な床温度異常は、本発明の第１の目的による方法を使用して監視することができる。

【0047】

床焼結指数は、本発明の第３の目的による方法を使用して監視することができる。

【0048】

本方法では、局所的な床温度異常および／または監視焼結指数は、数値モデルを使用して監視されることが好ましい。数値モデルの遅延較正は、較正データにおける最近の床状態の影響を低減または回避するために使用することができる。

【0049】

遅延較正は、本発明の第二の目的による方法を使用して実施されることが有利である。

【0050】

反応器システムは、本発明の目的のいずれか１つによる方法を実行するように構成される。

【0051】

以下では、図１～図８Ｂの添付図面に示す例示的な実施形態を参照して、本方法および本反応器をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】ＣＦＢ反応器システムの図である。

【図2】ＢＦＢ反応器システムの図である。

【図3】格子とその測定配置の図である。

【図4】焼結の危険性の計算方法の図である。

【図5】残差の計算方法の図である。

【図6】遅延較正の方法の図である。

【図7】残差の計算方法を用いて得られた結果の図である。

【図8A】図７の状況に対する、反応器システムの実運転データで使用された危険性の計算方法の結果の図である。

【図8B】図７の状況に対する、反応器システムの実運転データで使用された危険性の計算方法の結果の図である。

【発明を実施するための形態】

【0053】

すべての図において、同じ参照数字は同じ技術的特徴を指す。

【0054】

図１は、循環流動床（ＣＦＢ）反応器である反応器システム１０を示す。このようなＣＦＢ反応器の特定の用途としては、ＣＦＢボイラがあり得る。反応器システム１０は、炉１２、すなわち反応器システム１０の水－蒸気回路に接続された管壁１３（図３に示すように、典型的には、前壁１３２、後壁１３４、側壁１３１、１３３を備える）を有する反応器チャンバを備える。水は、給水タンクからエコノマイザに供給され、エコノマイザから蒸気ドラムを経由して管壁１３などの蒸発伝熱面に供給され、次いで、蒸気ドラムを経由して過熱器に、次いで、タービンに導くことができる。煙道ガス流路は、エコノマイザおよび／または過熱器および／または再熱器を備えることができる。

【0055】

以下では、ＣＦＢの運転を説明する。流動化ガス（空気、酸素含有ガス、または、いくつかの実際の用途では、蒸気、純酸素、反応器の出口からの再生ガスなどの任意の混合物など）は、流動化ガス供給部１５３から、床材料を流動化させるために、通常、一次流動化ガスが格子２５０のノズルを通って反応チャンバに入るように、一次流動化ガス供給入口１５１を経由して格子２５０の下方に供給される。反応チャンバ内のプロセスを制御するためのガスを供給するための、二次（あるいは所望により三次）ガス供給部１５２があってもよい。その結果、床材料は流動化される。また、反応またはプロセスに必要な成分も、必要なときに炉１２内に供給される。さらに、処理される供給原料は、供給原料供給入口２２を経由して反応器チャンバの中に供給される。

【0056】

反応は、供給原料供給部２２を制御することによって（例えば、供給流量を減少または増加させることによって）、および、流動化ガス供給および／またはその成分を制御することによって（例えば、反応器チャンバ１２の中への酸素または酸素含有ガスの供給量を減少または増加させることによって）調節することができる。供給原料は、このプロセスに適切な添加剤と共に供給することができる。特に、燃料の燃焼において、例えばＣａＣＯ_３および／または粘土などのアルカリ吸着剤として機能するような添加剤と共に供給することができる。これに加えてまたはこれに代えて、アンモニウムまたは尿素などのＮＯｘ低減剤を反応器１２の燃焼領域内に、または反応器１２の燃焼領域の上方に供給することができる。

【0057】

以下、蒸気製造のための燃料の燃焼の実際的な適用例を説明する。炉の中に導入される流動媒体は、砂、石灰石、および／または粘土を含んでもよく、特にカオリンを含んでもよい。床および一般に燃焼の１つの効果は、水－蒸気回路において、水および蒸気が管壁１３で加熱され、水が蒸気に変換されることである。

【0058】

ボトムアッシュは炉１２の底に落下し、アッシュシュート（明瞭化のため図１から省略されている）によって除去できるが、灰の一部、いわゆるフライアッシュは煙道ガスと共に運ばれる。

【0059】

煙道ガス、未燃燃料、および流動媒体などの燃焼生成物は、炉１２から、ボルテックスファインダ１０３を備える場合がある粒子分離器１４へと進む。粒子分離器１４は、煙道ガスを固体から分離する。大型の反応器１０では特に、好ましくは互いに並列に配置された２つ以上（２つ、３つ、・・・）の分離器１４が存在する場合がある。

【0060】

分離器１４によって分離された固体は、好ましくは分離器１４の底部に位置するループシール１２０を通過する。次いで、固体は、伝熱面（例えば、限定するものではないが、管および／または伝熱パネルを備える）でもある流動床熱交換器（ＦＢＨＥ：ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）１００に至り、その結果、ＦＢＨＥ１００は固体から熱を集めて水－蒸気回路内の蒸気をさらに加熱する。

【0061】

ＦＢＨＥ１００は、流動化され、伝熱管または他の種類の伝熱面を備え、再熱器または過熱器として配置されてもよい。ＦＢＨＥ出口１０５から、蒸気は高圧タービン（ＦＢＨＥ１００が過熱器の場合）または中圧タービン（ＦＢＨＥ１００が再熱器の場合）に送られる。ＦＢＨＥ入口１０４には、好ましくは、エコノマイザ（ＦＢＨＥ１００が過熱器の場合）または高圧タービン（ＦＢＨＥ１００が再熱器の場合）から流れて来る。

【0062】

固体は、ＦＢＨＥ１００を出て戻り流路１０２を経由して炉１２の中に入ることができる。大型の反応器１０では特に、各分離器１４に対して、それぞれのループシール１２０、ＦＢＨＥ１００、および戻り流路１０２があるように、好ましくは互いに並列に配置された２つ以上（２つ、３つ、・・・）のループシール１２０およびＦＢＨＥ１００、ならびに戻り流路１０２が存在する場合がある。実際には、ＦＢＨＥ１００のいくつかは過熱器として配置され、他のいくつかは再熱器として配置される。

【0063】

煙道ガスは分離器１４からクロスオーバーダクト１５に送られ、そこからさらに後部煙道１６（垂直煙道であることが好ましい）に送られ、そこから煙道ガスダクト１８を経由して煙突１９に送られる。

【0064】

後部煙道１６は、いくつかの伝熱面２１_ｉ（ここで、ｉ＝１、２、３、・・・、ｋ、ｋは伝熱面の数）を備える。図１では、これらの伝熱面のうち、伝熱面２１_１、２１_２、２１_３、２１_４、・・・、２１_ｋが示されている。伝熱面２１_ｋは空気予熱器を示す。他の伝熱面２１_１～２１_ｋ－１には、エコノマイザ、過熱器、再熱器が含まれる場合がある。これらの構成要素のそれぞれにおける異なる伝熱面の実際の数は、例えば、実際の必要性に応じて、各反応器に対して異なるように選択されてもよい。また、伝熱面２１を備えるさらなる構成要素も存在する場合がある。

【0065】

反応器システム１０は、複数のセンサおよびコンピュータユニットを備える。実際、１つの中型（１００～１５０ＭＷｔｈ）の反応器システム１０は、１日当たり１億の測定結果を生じる場合があり、これは２５ＧＢの記憶領域を必要とする。図１および図２は、センサおよびコンピュータユニットの一部を示す。センサの例としては、ＦＢＨＥ１００の出口１０５で出力蒸気温度を測定する温度センサ、ＦＢＨＥ１００チャンバで圧力を測定する圧力センサ、分離器１４で煙道ガス出口温度を測定する温度センサ、ループシール１２０内の温度を測定する温度センサ、およびループシール内の圧力を測定する圧力センサがある。

【0066】

プロセスデータは、分散型制御システム（ＤＣＳ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）３０１によってセンサから収集することができる。データ収集は、例えば、フィールドバス３７８を介して行われることが最も好都合である。ＤＣＳ３０１は、運転員に運転状態情報を表示するためのディスプレイ／モニタ３０２を有することができる。ＥＤＧＥサーバ３０３は、センサから得られた測定データを、フィルタリングおよび平滑化などの処理を行うことができる。データを記憶するためのローカルストレージ３０４があってもよい。

【0067】

ＤＣＳ３０１、ディスプレイ／モニタ３０２、ＥＤＧＥサーバ３０３、ローカルストレージ３０４は、反応器ネットワーク３７０（ローカルストレージ３０４は、好ましくはＥＤＧＥサーバ３０３に直接接続される）内にあってもよい。反応器ネットワーク３７０は、好ましくは、センサからの測定結果をＤＣＳ３０１および／またはＥＤＧＥサーバ３０３に通信するために使用されるフィールドバス３８０とは別である。ＤＣＳ３０１とＥＤＧＥサーバ３０３との間には、システムの相互運用性を向上させるために、オープンプラットフォームコミュニケーションサーバがあってもよい。

【0068】

反応器ネットワーク３７０は、好ましくはゲートウェイ３０８を介して、インターネット３００と接続されていてもよい。この状況において、測定結果は、反応器ネットワーク３７０から、計算クラウド３０６に配置されたプロセスインテリジェンスシステム３０５などのクラウドサービスに転送されてもよい。本出願人は現在、分析プラットフォームを実行するクラウドサービスを運営している。本クラウドサービスは、分散コンピューティングおよびデータ用クラウドストレージのための仮想化された、容易にスケーラブルな環境であるＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ａｚｕｒｅ（登録商標）などの仮想化されたサーバ環境で運用することができる。他のクラウドコンピューティングサービスも、分析プラットフォームを実行するのに適している場合がある。さらに、クラウドコンピューティングサービスの代わりに、あるいはそれに加えて、ローカルサーバまたはリモートサーバが分析プラットフォームを実行するために使用されてもよい。

【0069】

図２は、気泡流動床（ＢＦＢ）反応器である反応器システム１０を示す。ＢＦＢ反応器は、流動床が循環床ではなく気泡床であり、流動速度が低いという点でＣＦＢ反応器とは異なる。したがって、分離器１４、ループシール１２０、ＦＢＨＥ１００、および戻り流路１０２は必ずしもＢＦＢ反応器に配置されることはない。

【0070】

ＢＦＢボイラの場合、少なくとも１つの過熱器１４が炉１２内に、好ましくは炉１２の頂部に配置される。他の種類の実際的な適用例では、過熱器は省略されてもよい。過熱器１４の入口１４３へは、好ましくは蒸気ドラム２００または別の過熱器から来て、出口１４４は高圧タービンへ至る。伝熱面は、本方法が熱を発生するプロセスに適用されることを理解するためだけに提示されていることに留意すべきである。

【0071】

格子２５０の上方に配置され、共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ２０_ｉを備える格子２５０を有する反応チャンバ１２を備える流動床反応器システム１０の床における局所的な温度異常を判定するための方法において、
－ 床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎが、測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎで測定され、
－ 測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎに対する床温度が、少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算されて、反応器システム１０の通常運転状態における計算床温度Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを得て、
－ 測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎの少なくともいくつかに対して、測定温度Ｔ_Ｍｉが計算温度Ｔ_Ｃｉと比較され、異常閾値を超えている場合（例えば、ΔＴ＝Ｔ_Ｍｉ－Ｔ_Ｃｉがすべてのｉに対して計算され、ΔＴ＞ΔＴ_{ｌｉｍｉｔ}の場合）、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【0072】

測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎに対する計算床温度Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎは、好ましくは次の方法で得られる。
－ 反応器運転データ、すなわち予め定められたプロセス変数と、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎとの間の数値モデルｆが準備および較正され、すなわちｆ（ｘ１、ｘ２、ｃ３、ｘ４、ｘ５）＝Ｔ_Ｍｉ、
－ 各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎにおける測定温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎと、予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データが監視され、
－ 少なくとも１つの測定点Ｐ_ｊ、ｊは１、・・・、ｎに対して、数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定温度とを使用して計算温度Ｔ_Ｃｊを計算するために使用され、
－ 計算温度Ｔ_Ｃｉと測定温度Ｔ_Ｍｉを異常基準に対して比較し、異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【0073】

較正は、好ましくは少なくともＭ日前の履歴データを使用して遅延方式で行うことができ、ここでＭは少なくとも３であり、好ましくはＭは少なくとも７であり、より好ましくはＭは少なくとも１４である。

【0074】

局所的な温度異常を検出すると、較正は、予め定められた時間の間、実行されなくてもよい。特に、所与の閾値を満たす局所的な温度異常を検出すると、較正は、予め定められた時間の間、実行されなくてもよい。

【0075】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ２０_ｉを備える格子２５０を有する反応チャンバ１２を備える反応器システム１０の流動床の数値モデルを較正するための方法であって、反応器システム１０が、測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎのそれぞれにおいて測定温度Ｔ_Ｍｉを生成するように構成されている、方法において、
－ 各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎにおける測定温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎと、予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データは監視および収集されて履歴データとなり、
－ 運転データ、すなわち予め定められたプロセス変数と、各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎにおける測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎとの間の数値モデルｆは、少なくとも１つの数値フィッティング法、好ましくは数値回帰法、有利には最小二乗フィッティングを使用してフィッティングされる。

【0076】

図３は、反応器格子２５０が８つの温度センサ２０（したがってＮ＝８）を備える例を示す。基本的には、任意の数（しかしながら、少なくとも３つ）の温度センサ２０を使用することができる。

【0077】

較正は、好ましくは、定期的になど、予め定められた間隔で繰り返される。

【0078】

局所的な温度異常を検出すると、較正を中止することができる。

【0079】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備える流動床反応器システム（１０）の床焼結の危険性を評価するための方法において、
－ 反応器の現在の運転データ、すなわち測定温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎが、各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎで測定され、
－ 反応器の現在の運転データに基づき、
ｉ）測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）測定床温度に対して、散布度ｘ_{ｓｐｒｅａｄ，}

【0080】

【数2】

が計算され、
－ ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、およびｉｖ）の計算結果を使用して、床焼結指数が準備される。

【0081】

本発明の一実施形態によれば、散布度ｉ＝１：Ｎの計算において、Ｎは床温度測定値の総数、ｘ_ｉは個々の床温度測定値、

【0082】

【数3】

はｘ_ｉ以外のすべての床温度測定値の平均値である。

【0083】

好ましくは、本方法ではまた、
ｖ）同じ測定点に対する計算床温度Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎが計算され、測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、ｎと計算床温度との間の残差が計算される。ステップｖ）の結果はまた、有利にも、床焼結指数の準備に使用される。

【0084】

流動床反応器システム１０を制御する方法において、
局所的な床温度異常および／または床焼結指数が監視され、
予め定められた基準を超える局所的な床温度異常および／または床焼結指数を検出すると、反応器システム１０の運転を自動的に調節し、および／または、局所的な床温度異常および／または床焼結状態が検出されていることを運転員に示す。

【0085】

反応器運転の自動調節は、ａ）反応物供給の増減、ｂ）処理される供給原料の流量の増減、ｃ）床材料供給および／または床材料除去の増減、ｅ）反応器収量または出力の一時的な制限、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0086】

反応器が、ボイラまたはガス化装置などの流動床反応器の場合、反応器運転の自動調節は、ａ）一次および／または二次空気もしくは蒸気－酸素混合物供給１５１、１５２の増減、ｂ）燃料供給２０の増減、ｃ）床材料供給および／または床材料除去の増減、および／またはｄ）再循環ガス流量の調節（好ましくは増加）、および／またはｅ）反応器負荷の一時的な制限、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。

【0087】

自動調節またはいわゆる是正措置は、
－ 燃料などの供給原料の成分を変える
－ 一次流動化ノズルを通るガス流パルスを引き起こす
－ 床焼結挙動に影響を与える適切な供給添加物を導入する、または供給添加物の量を増やす
のうちの１つを含んでもよい。

【0088】

局所的な床温度異常および／または監視焼結指数は、好ましくは数値モデルを使用して監視される。好ましくは、数値モデルの遅延較正は、較正データにおける最近の床状態の影響を低減または回避するために使用される。

【0089】

反応器システム１０は、前記請求項のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成される。

【0090】

図４は、流動床反応器システム１０における、より詳細にはＤＣＳ３０１および／またはＥＤＧＥサーバ３０３における、あるいはプロセスインテリジェンスシステム３０５における本方法の可能な使用を示す。

【0091】

前もって記憶された履歴データのデータ入力（ステップＪ１）として、プロセス変数がＤＣＳに利用可能にされる。

【0092】

ステップＪ３では、床温度が、プロセス変数の有効履歴データを使用してモデル化される。

【0093】

ステップＪ５では、床診断が、モデルに適用されたオンラインデータを使用して実施される。その結果、残差ΔＴ＝Ｔ_Ｃ－Ｔ_Ｍが得られる。

【0094】

図５は、流動床反応器において実行される燃料の燃焼のプロセスに関連した、床診断ステップＪ５への可能なプロセス変数の入力を示す。可能な入力として、一次空気流量、二次空気流量、煙道ガス酸素含有量、煙道ガスＨ_２Ｏ含有量、床圧力が提供される。これらは、燃焼ボイラの運転中に、好ましくはＤＣＳ３０１またはＥＤＧＥサーバ３０３によって測定することができる。

【0095】

是正措置は、（好ましくは、ＤＣＳ３０１、ＥＤＧＥサーバ３０３、またはプロセスインテリジェンスシステム３０５によって）自動的に行うことができ、または反応器の運転員が手動でこの措置を行うことができる。

【0096】

反応器がガス化装置の場合、プロセス変数入力は、
・蒸気流量
・蒸気圧力
・蒸気温度
・酸素流量
・供給原料成分
・供給原料流量
のうちの１つまたは複数を含む。

【0097】

反応器が酸化カルシウム水和反応器の場合、プロセス変数入力は、
・蒸気流量
・蒸気温度
・蒸気圧力
・ＣａＯ流量
・Ｃａｏキャリアガス流量
・ＣａＯ／他の固体の比
のうちの１つまたは複数を含む。

【0098】

反応器がＣＯ_２または他の酸性ガスを除去するように構成されたガス浄化反応器システム（いわゆるカルシウムルーピング）の場合、プロセス変数入力は、
・蒸気流量
・蒸気圧力および温度
・追加の燃料の流量
・追加の燃料の発熱量
・追加の燃料の水分含有量
・ＣａＣＯ_３生成流量
・ＣａＯ／ＣａＣＯ_３の全流量
のうちの１つまたは複数を含む。

【0099】

図６は、遅延較正の原理を示す。

【0100】

本発明者らは、床焼結のために反応器システム１０が停止するまで、ボイラとしての反応器システム１０の運転中に収集された実際の運転データを分析した。本発明者らは、本方法を使用することによって、局所的な床温度異常を検出できること、および局所的な床温度異常が床焼結の前兆として機能する傾向があることを示すことができる（図７参照）。本方法を用いると、局所的な床温度異常および焼結状態は、適切に長く、実際に問題が発生する前に十分早いアクションウィンドウ内で、十分に早期に観察することができる。図７の例では、アクションウィンドウは、反応器システム１０が床焼結の問題のために停止しなければならなくなる前の約４５～２５時間であった。

【0101】

図８Ａおよび図８Ｂは、図７に示す曲線となった温度センサ２０_１～２０_８のそれぞれの温度センサ測定データを示す。このように、少なくとも８つの温度センサ２０は、反応器システム１０の自動制御またはボイラ運転員による手動制御のための十分長いアクションウィンドウを可能にして、反応器システム１０の停止を防止するのに十分早期に焼結問題を確実に検出するのに十分多い。

【0102】

技術的進歩に伴って、本発明の基本的な考え方を、多くの方法で、また、固体材料の流動床を利用する様々なプロセスに対して実施できることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明およびその実施形態は、上記の例に限定されるものではなく、特許請求の内容およびその法的均等物の範囲内で変化し得る。

【0103】

添付の特許請求の範囲および本発明の前述の説明において、文脈において、明示的な言葉または必要な暗示によりそうでないことが要求される場合を除き、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という単語または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、包括的な意味で、すなわち、述べられた特徴の存在を特定するために使用されるが、本発明の様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在または追加を排除するために使用されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備える流動床反応器システム（１０）における局所的な温度異常を判定するための方法であって、
－ 各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）と、前記予め定められたプロセス変数（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・）とを含む前記反応器の現在の運転データが監視され、
－ 予め定められたプロセス変数（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・）を含む運転データと、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）との間の数値モデル（ｆ）が準備および較正され、
－ 前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）に対する床温度が、前記数値モデルを使用して計算されて、前記反応器システム（１０）の通常運転状態における計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を得て、
－ 前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）の少なくともいくつかに対して、前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ）が、前記計算温度（Ｔ_Ｃｉ）と比較され、異常閾値を超えている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する、方法。

【請求項2】

－ 少なくとも１つの測定点（Ｐ_ｊ、ｊは１、・・・、ｎ）に対して、前記数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定温度とを使用して計算床温度（Ｔ_Ｃｊ）を計算するために使用され、
－ 前記計算温度（Ｔ_Ｃｉ）と前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ）を異常基準に対して比較し、前記異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記較正が、履歴データを使用して遅延方式で行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

局所的な温度異常を検出すると、前記較正が、予め定められた時間の間、実行されない、請求項１または３に記載の方法。

【請求項5】

所与の閾値を満たす局所的な温度異常を検出すると、前記較正が、予め定められた時間の間、実行されない、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

局所的な床温度異常を検出すると、反応器システム（１０）の運転を自動的に調節し、および／または、局所的な床温度異常が検出されていることを運転員に示す、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

運転データと前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）との間の前記数値モデル（ｆ）が、
－ 各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）と、予め定められたプロセス変数とを含む前記反応器の現在の運転データが監視および収集されて履歴データとなり、
－ 運転データと、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）との間の数値モデル（ｆ）が、少なくとも１つの数値フィッティング法を使用してフィッティングされる
ように較正される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記較正が、予め定められた間隔で繰り返される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

局所的な温度異常を検出すると、前記較正が中止される、請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

流動床反応器の床焼結の危険性を評価するための方法であって、
－ 前記反応器システム（１０）が、共に測定格子を定め、それぞれが測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備え、
－ 前記反応器の現在の運転データ、すなわち前記反応器の前記床における前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）で測定され、
－ 前記反応器の前記現在の運転データに基づき、
ｉ）前記測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）前記測定床温度に対して、散布度（ｘ_{ｓｐｒｅａｄ，}

【数1】

）が計算され、
－ ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、およびｉｖ）の計算結果を使用して、床焼結指数を準備する、方法。

【請求項11】

さらに
ｖ）同じ測定点に対する計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎ）が計算され、前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）と前記計算床温度との間の残差が計算され、ステップｖ）の結果がまた、前記床焼結指数の準備に使用される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、Ｉ＝１、・・・、ｎ）が、
－ 前記測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）に対する床温度が、運転データと前記測定床温度との間の少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算されて、前記反応器システム（１０）の通常運転状態における計算床温度（Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）を得る
ように得られる、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

予め定められた基準を超える床焼結指数を検出すると、反応器システム（１０）の運転を自動的に調節し、および／または、床焼結状態が検出されていることを運転員に示す、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

運転の前記自動調節が、ａ）反応物供給（１５１、１５２）の増減、ｂ）処理される供給原料（２０）の流量の増減、ｃ）床材料供給および／または床材料除去の増減、ｄ）前記反応器収量の一時的な制限、のうちの少なくとも１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記監視焼結指数が数値モデルを使用して監視され、前記数値モデルの遅延較正が、前記較正データにおける最近の床状態の影響を低減または回避するために使用される、請求項１３または１４に記載の方法。

【請求項16】

前記遅延較正が、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法を使用して行われる、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記反応器システム（１０）が、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする反応器システム（１０）。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

本発明の第１の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える流動床反応器システムにおける局所的な温度異常を判定するための方法は、
－ 測定点で床温度を測定するステップと、
－ 測定点に対する床温度を、少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算して、反応器システムの通常運転状態における計算床温度を得るステップと、
－ 測定点の少なくともいくつかに対して、測定床温度が計算床温度と比較され、異常閾値を超えている場合、局所的な温度異常が存在すると判定するステップと
を含む。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

特に、格子レベルで床温度が測定される場合には特に、理論に縛られることなく、局所的な異常が流動床の焼結状態の始まりに関係していることがわかることがある。本発明者らは、局所的な温度異常が、流動床が焼結し始める前兆として機能することを観察した。したがって、計算床温度に対する測定床温度を監視することによって、床の焼結の始まりを検出することができ、床を修復する、または少なくとも焼結が悪化するのを回避するための対策を余裕をもって講じることができる。これは、床焼結のための反応器システムの停止、および費用のかかる修復を回避するのに役立つことができる。床温度異常が、床品質に関する情報、好ましくは、床で焼結が起きているかどうかの情報を与えることは有利である。あるいは、言い換えれば、是正措置がとられなければ停止する傾向になり得る、床に関連する問題についての情報を受け取ることが可能となる。したがって、反応器の稼働率を改善することができ、および／または、運転コストを削減することができる。本方法は、好ましくは、ローカルな制御システム、または遠隔の、好ましくはプロセスインテリジェンスシステムのいずれかで自動的に実行される。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

測定点に対する計算床温度は、次の方法で得ることができる。
－ 予め定められたプロセス変数を含む反応器運転データと、各測定点における測定床温度との間の数値モデルが準備および較正され、
－ 各測定点における測定床温度と予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データが監視され、
－ 少なくとも１つの測定点に対して、数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定床温度とを使用して計算温度を計算するために使用され、
－ 計算温度と測定温度を異常基準に対して比較し、異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0027】

本発明の第２の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える反応器システムの流動床の数値モデルを較正するための方法であって、反応器システムが、測定点のそれぞれにおいて測定床温度を生成するように構成されている。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0028】

それは、好ましくは、本発明の第１の目的のための方法の文脈の中で使用され、
－ 各測定点における測定床温度と予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データは監視および収集されて履歴データとなり、
－ 予め定められたプロセス変数を含む反応器運転データと、各測定点における測定床温度との間の数値モデルは、少なくとも１つの数値フィッティング法、好ましくは数値回帰法、有利には最小二乗フィッティングを使用してフィッティングされる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0032】

本発明の第３の目的に関して、共に測定格子を定め、それぞれが測定点を代表する少なくとも３つの温度センサを備える格子を有する反応チャンバを備える流動床反応器システムの床の焼結の危険性を評価するための方法は、
－ 反応器の現在の運転データ、すなわち反応器の床における測定床温度が、各測定点で測定されるステップと、
－ 反応器の現在の運転データに基づき、
ｉ）測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）測定床温度に対して、散布度が計算され、
－ ｉ）、ｉｉ）、ｉｉｉ）、およびｉｖ）の計算結果を使用して、床焼結指数が準備されるステップと
を含む。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0071】

格子２５０の上方に配置され、共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ２０_ｉを備える格子２５０を有する反応チャンバ１２を備える流動床反応器システム１０の床における局所的な温度異常を判定するための方法において、
－ 床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎが、測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎで測定され、
－ 測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎに対する床温度が、少なくとも１つの数値床温度モデルを使用して計算されて、反応器システム１０の通常運転状態における計算床温度Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを得て、
－ 測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎの少なくともいくつかに対して、測定床温度Ｔ_Ｍｉが計算床温度Ｔ_Ｃｉと比較され、異常閾値を超えている場合（例えば、ΔＴ＝Ｔ_Ｍｉ－Ｔ_Ｃｉがすべてのｉに対して計算され、ΔＴ＞ΔＴ_{ｌｉｍｉｔ}の場合）、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0072】

測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎに対する計算床温度Ｔ_Ｃｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎは、好ましくは次の方法で得られる。
－ 反応器運転データ、すなわち予め定められたプロセス変数と、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎとの間の数値モデルｆが準備および較正され、すなわちｆ（ｘ１、ｘ２、ｃ３、ｘ４、ｘ５）＝Ｔ_Ｍｉ、
－ 各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎにおける測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎと、予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データが監視され、
－ 少なくとも１つの測定点Ｐ_ｊ、ｊは１、・・・、ｎに対して、数値モデルが、現在の運転データと少なくとも２つの他の測定点の測定床温度とを使用して計算温度Ｔ_Ｃｊを計算するために使用され、
－ 計算床温度Ｔ_Ｃｉと測定床温度Ｔ_Ｍｉを異常基準に対して比較し、異常基準が満たされている場合、局所的な温度異常が存在すると判定する。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0075】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ２０_ｉを備える格子２５０を有する反応チャンバ１２を備える反応器システム１０の流動床の数値モデルを較正するための方法であって、反応器システム１０が、測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎのそれぞれにおいて測定床温度Ｔ_Ｍｉを生成するように構成されている、方法において、
－ 各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎにおける測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎと、予め定められたプロセス変数とを含む反応器の現在の運転データは監視および収集されて履歴データとなり、
－ 運転データ、すなわち予め定められたプロセス変数と、各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎにおける測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎとの間の数値モデルｆは、少なくとも１つの数値フィッティング法、好ましくは数値回帰法、有利には最小二乗フィッティングを使用してフィッティングされる。

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0079】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ（２０_ｉ）を備える格子（２５０）を有する反応チャンバ（１２）を備える流動床反応器システム（１０）の床焼結の危険性を評価するための方法において、
－ 反応器の現在の運転データ、すなわち測定床温度Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎが、各測定点Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎで測定され、
－ 反応器の現在の運転データに基づき、
ｉ）測定床温度の平均が計算され、
ｉｉ）測定床温度の標準偏差が計算され、
ｉｉｉ）測定床最高温度と測定床最低温度との差が計算され、
ｉｖ）測定床温度に対して、散布度ｘ_{ｓｐｒｅａｄ，}

【国際調査報告】