特表 2024-534224 燃焼ボイラ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、燃焼ボイラの流動床の数値モデルを較正するための方法、流動床燃焼ボイラの床焼結の危険性を評価するための方法、流動床ボイラを制御する方法、および燃焼ボイラ

(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】2024-09-18

(54)【発明の名称】燃焼ボイラ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、燃焼ボイラの流動床の数値モデルを較正するための方法、流動床燃焼ボイラの床焼結の危険性を評価するための方法、流動床ボイラを制御する方法、および燃焼ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23C 10/28 20060101AFI20240910BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20240910BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20240910BHJP

   F23N 5/02 20060101ALI20240910BHJP

   F23C 10/04 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

F23C10/28

F22B37/38 Z

F23N5/24 106Z

F23N5/02 341Z

F23C10/04

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2024514120

(86)(22)【出願日】2021-09-09

(85)【翻訳文提出日】2024-03-01

(86)【国際出願番号】 EP2021074840

(87)【国際公開番号】W WO2023036427

(87)【国際公開日】2023-03-16

(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）】

3K003

3K005

3K064

【Ｆターム（参考）】

3K003SB10

3K003SC04

3K003SC06

3K003SC10

3K005AB06

3K005AC07

3K005CA09

3K005DA01

3K005DA07

3K064AA08

3K064AB01

3K064AD05

3K064BA07

3K064BA15

3K064BA17

(57)【要約】

【課題】 流動床燃焼ボイラ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】 燃焼ボイラ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、燃焼ボイラの流動床の数値モデルを較正するための方法、流動床燃焼ボイラの床焼結の危険性を評価するための方法、流動床ボイラを制御する方法、および燃焼ボイラ。流動床ボイラシステム（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。流動床ボイラシステム（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、燃焼ボイラシステム（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ボイラ運転員に示す。
【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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備える燃焼ボイラシステム（１０）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、前記燃焼ボイラシステム（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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）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、少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）とを含む前記ボイラ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、燃焼ボイラシステム（１０）の流動床の数値モデルを較正する方法であって、
－ 前記燃焼ボイラシステム（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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備え、前記燃焼ボイラシステム（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、少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）とを含む前記ボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）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】

流動床燃焼ボイラの床焼結の危険性を評価するための方法であって、
－ 前記燃焼ボイラシステム（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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備え、
－ 前記ボイラの現在の運転データ、すなわち前記測定温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）で測定され、
－ 前記ボイラ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

【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】

流動床ボイラシステム（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、燃焼ボイラシステム（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ボイラ運転員に示す、方法。

【請求項13】

ボイラ運転の前記自動調節が、ａ）燃焼空気供給（１５１、１５２）の増減、ｂ）燃料供給（２０）の増減、ｃ）流動媒体供給および／または流動媒体除去の増減、ｄ）再循環ガス流量の調節、ｅ）前記ボイラ負荷の一時的な制限、のうちの少なくとも１つ、好ましくは２つ、３つ、４つ、またはすべてを含む、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】

前記燃焼ボイラシステム（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燃焼ボイラシステム（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）ボイラまたは気泡流動床（ＢＦＢ：ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ）ボイラなどの流動床燃焼ボイラの制御に関する。

【背景技術】

【0002】

火格子ボイラおよび流動床ボイラなどの燃焼ボイラは、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】

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。

【0004】

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。

【0005】

すべてのボイラでは、燃焼技術に関係なく、酸素と燃料の混合などの燃焼状態が理想的でない場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

流動床燃焼ボイラ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。

【0007】

流動床燃焼ボイラ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。

【0008】

流動床燃焼ボイラ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。

【0009】

流動床燃焼ボイラ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。

【0010】

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】

【0011】

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ボイラ格子を有する炉を備える燃焼ボイラシステム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、燃焼ボイラ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。

【0012】

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。

【0013】

特に、ボイラ格子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、計算温度と共に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、床焼結のための燃焼ボイラシステムの停止、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、ボイラ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、ローカルなボイラ制御システム、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。

【0014】

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。
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力と、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、少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力とを含むボイラ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。

【0015】

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。

【0016】

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＝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

【0017】

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。

【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_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

【0019】

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。

【0020】

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。ボイラ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。

【0021】

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ボイラ格子を有する炉を備える燃焼ボイラ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、燃焼ボイラシステムが、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おり、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る方法において、
－ 各測定点における測定温度と、少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力とを含むボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力と、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。

【0022】

このようにして、燃焼ボイラ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。

【0023】

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、燃焼ボイラシステムの可能性のある磨耗や損傷だけでなく、燃料品質の変化、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。

【0024】

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。

【0025】

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ボイラ格子を有する炉を備える流動床燃焼ボイラシステムのボイラ床の焼結の危険性を評価するための方法は、
－ ボイラの現在の運転データ、すなわち測定温度が、各測定点で測定されるステップと、
－ ボイラ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。

【0026】

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

【0027】

【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。

【0028】

同様に、
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、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。

【0029】

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。

【0030】

本発明者らは、このように、得られた床焼結指数が、ボイラ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ボイラ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。

【0031】

本方法では、さらに、
ｖ）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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

本発明の第４の目的に関して、流動床ボイラ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、燃焼ボイラ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ボイラ運転員に示す。

【0035】

このようにして、燃焼ボイラシステムは、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。

【0036】

ボイラ運転の自動調節は、ａ）燃焼空気供給の増減、ｂ）燃料供給の増減、ｃ）流動媒体供給および／または流動媒体除去の増減、ｄ）再循環ガス流量の調節、ｅ）ボイラ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。

【0037】

燃焼空気は、一次空気および二次空気を含むことが好ましい。再循環ガス流は、好ましくは、煙道ガスの再循環部分を含むか、それからなる。

【0038】

本発明の一実施形態によれば、自動調節またはいわゆる是正措置は、
－ 燃料混合比を変える
－ ボイラ格子にある一次空気ノズルを通る空気パルスを引き起こす
－ 含水粘土（例えばカオリン）であってもよい粘土などの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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

燃焼ボイラシステムは、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。

【0045】

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、本方法および本燃焼ボイラをより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】ＣＦＢボイラシステムの図である。

【図2】ＢＦＢボイラシステムの図である。

【図3】ボイラ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、燃焼ボイラ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、燃焼ボイラ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】

【0047】

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。

【0048】

図１は、ＣＦＢボイラであり、燃焼ボイラシステム１０の水－蒸気回路に接続された管壁１３（典型的には、前壁１３２、後壁１３４、側壁１３１、１３３を備える）を有する炉１２を備える燃焼ボイラシステム１０を示す。水は、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。

【0049】

流動化ガス（空気および／または酸素含有ガスなど）は、流動化ガス供給部１５３から、（燃料および流動媒体を流動化させるために）通常、一次流動化空気が格子２５０のノズルを通って炉内に入るように一次流動化ガス供給部１５１を経由して格子２５０の下方に供給され、また、（空気などの酸素含有ガスを供給して燃焼を制御するために）二次流動化ガス供給部１５２を経由して供給される。その結果、流動媒体は流動化され、また、燃焼に必要な酸素含有ガスが炉１２の中に供給される。さらに、燃料は燃料供給部２２を経由して炉１２の中に供給される。

【0050】

燃焼は、燃料供給部２２を制御することによって（例えば、燃料供給２２を減少または増加させることによって）、および、流動化ガス供給部を制御することによって（例えば、炉１２の中への酸素または酸素含有ガス、好ましくは燃焼空気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。燃料は、添加剤と共に、特に、例えばＣａＣＯ３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低減剤を炉１２の燃焼領域内に、または炉１２の燃焼領域の上方に供給することができる。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。大型の燃焼ボイラ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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。大型の燃焼ボイラ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。

【0057】

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。

【0058】

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、各燃焼ボイラ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。

【0059】

燃焼ボイラシステム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）の燃焼ボイラシステム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。

【0060】

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。

【0061】

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、燃焼ボイラネットワーク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。燃焼ボイラネットワーク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。

【0062】

燃焼ボイラネットワーク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、燃焼ボイラネットワーク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。

【0063】

図２は、ＢＦＢボイラである燃焼ボイラシステム１０を示す。ＢＦＢボイラは、流動床が循環床ではなく気泡床である点でＣＦＢボイラとは異なる。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は必要ない。

【0064】

通常、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。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。

【0065】

好ましくはボイラ格子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を備えるボイラ格子２５０を有する炉１２を備える燃焼ボイラシステム１０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、燃焼ボイラシステム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。

【0066】

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。
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５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、少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５とを含むボイラ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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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を備えるボイラ格子２５０を有する炉１２を備える燃焼ボイラシステム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、燃焼ボイラシステム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、少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５とを含むボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５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。

【0070】

図３は、ボイラ格子２５０が８つの温度センサ２０（従ってＮ＝５）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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備える流動床燃焼ボイラシステム（１０）の床焼結の危険性を評価するための方法において、
－ ボイラ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、
－ ボイラ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

【0074】

【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。

【0075】

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、

【0076】

【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。

【0077】

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。

【0078】

流動床ボイラシステム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、燃焼ボイラシステム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ボイラ運転員に示す。

【0079】

ボイラ運転の自動調節は、ａ）一次空気供給１５１および／または二次空気供給１５２の増減、ｂ）燃料供給２０の増減、ｃ）流動媒体供給および／または流動媒体除去の増減、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）ボイラ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。

【0080】

自動調節またはいわゆる是正措置は、
－ 燃料混合比を変える
－ 一次空気ノズルを通る空気パルスを引き起こす
－ 含水粘土（例えばカオリン）であってもよい粘土などの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。

【0081】

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。

【0082】

燃焼ボイラシステム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。

【0083】

図４は、流動床燃焼システム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。

【0084】

データ入力（ステップＪ１）として、燃料水分が本方法に提供される。これは、燃料から測定することができる、または煙道ガス分析から得られる、または手動で入力することができる。

【0085】

ステップＪ３では、床温度がモデル化される。

【0086】

ステップＪ５では、床診断が実施される。その結果、残差ΔＴ＝Ｔ_Ｃ－Ｔ_Ｍが得られる。

【0087】

図５は、床診断ステップＪ５への可能な入力を示す。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、煙道ガスＨ２Ｏ、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。

【0088】

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、またはボイラ運転員が手動でこの措置を行うことができる。

【0089】

図６は、遅延較正の原理を示す。

【0090】

本発明者らは、床焼結のために燃焼ボイラシステム１０が停止するまで、燃焼ボイラシステム１０の運転中に収集された実際のボイラ運転データを分析した。本発明者らは、その方法を用いると、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）。本発明者らの方法を用いると、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、燃焼ボイラシステム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。

【0091】

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、燃焼ボイラシステム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、燃焼ボイラシステム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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【符号の説明】

【0094】

１０ 燃焼ボイラシステム
１２ 炉
１３ 管壁
１４ 粒子分離器
１５ クロスオーバーダクト
１６ 後部煙道
１８ 煙道ガスダクト
１９ 煙突
２０_ｊ 温度センサ（ｉ＝１、２、３、・・・、８）
２１_ｉ 熱交換器（ｊ＝１、２、３、・・・、ｋ）
２２ 燃料供給部
１００ 流動床熱交換器（ＦＢＨＥ）
１０２ 戻り流路
１０３ ボルテックスファインダ
１０４ ＦＢＨＥ入口
１０５ ＦＢＨＥ出口
１２０ ループシール
１３１ 側壁
１３２ 前壁
１３３ 側壁
１３４ 後壁
１４３ 過熱器入口
１４４ 過熱器出口
１５１ 一次流動化ガス供給部
１５２ 二次流動化ガス供給部
１５３ 流動化ガス供給部
１８０ 煙道ガス再循環部
２００ 蒸気ドラム
２０３ 過熱器
２５０ 格子
３００ インターネット
３０１ 分散型制御システム（ＤＣＳ）
３０２ ディスプレイ／モニタ
３０３ ＥＤＧＥサーバ
３０４ ローカルストレージ
３０５ プロセスインテリジェンスシステム
３０６ 計算クラウド
３０８ ゲートウェイ
３７０ 燃焼ボイラネットワーク
３８０ フィールドバス

【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】2024-03-01

【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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備える燃焼ボイラシステム（１０）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であって、
－ 各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）における測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）と、少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）とを含む前記ボイラの現在の運転データが監視され、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）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、前記燃焼ボイラシステム（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、前記計算床温度（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、
－ 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４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、燃焼ボイラシステム（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ボイラ運転員に示す、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

ボイラ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、少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）とを含む前記ボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量（ｘ１）、燃料水分（ｘ２）、主蒸気流量（ｘ３）、煙道ガス酸素（ｘ４）、および床圧力（ｘ５）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】

流動床燃焼ボイラの床焼結の危険性を評価するための方法であって、
－ 前記燃焼ボイラシステム（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）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備え、
－ 前記ボイラの現在の運転データ、すなわち前記測定床温度（Ｔ_Ｍｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎ）が、各測定点（Ｐ_ｉ、ｉ＝１、・・・、ｎ）で測定され、
－ 前記ボイラ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

【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、ボイラ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、前記燃焼ボイラシステム（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、燃焼ボイラシステム（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ボイラ運転員に示す、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

ボイラ運転の前記自動調節が、ａ）燃焼空気供給（１５１、１５２）の増減、ｂ）燃料供給（２０）の増減、ｃ）流動媒体供給および／または流動媒体除去の増減、ｄ）再循環ガス流量の調節、ｅ）前記ボイラ負荷の一時的な制限、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

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】

前記燃焼ボイラシステム（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燃焼ボイラシステム（１０）。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

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ボイラ格子を有する炉を備える燃焼ボイラシステム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、燃焼ボイラ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】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

特に、ボイラ格子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、計算床温度と共に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、床焼結のための燃焼ボイラシステムの停止、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、ボイラ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、ローカルなボイラ制御システム、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】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

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。
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力と、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、少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力とを含むボイラ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、
－ 計算温度と測定床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】００２１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0021】

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ボイラ格子を有する炉を備える燃焼ボイラ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、燃焼ボイラシステムが、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おり、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る方法において、
－ 各測定点における測定床温度と、少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力とを含むボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量、燃料水分、主蒸気流量、煙道ガス酸素、および床圧力と、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6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0025】

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ボイラ格子を有する炉を備える流動床燃焼ボイラシステムのボイラ床の焼結の危険性を評価するための方法は、
－ ボイラの現在の運転データ、すなわち測定床温度が、各測定点で測定されるステップと、
－ ボイラ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7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0065】

好ましくはボイラ格子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を備えるボイラ格子２５０を有する炉１２を備える燃焼ボイラシステム１０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、燃焼ボイラシステム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8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0066】

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。
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５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、少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５とを含むボイラ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9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0069】

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を備えるボイラ格子２５０を有する炉１２を備える燃焼ボイラシステム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、燃焼ボイラシステム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、少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５とを含むボイラ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、
－ ボイラ運転データ、すなわち少なくとも一次空気流量ｘ１、燃料水分ｘ２、主蒸気流量ｘ３、煙道ガス酸素ｘ４、および床圧力ｘ５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10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0073】

共に測定格子を定め、それぞれが測定点Ｐｉ、ｉ＝１、・・・、ｎを代表する少なくとも３つの温度センサ（２０ｉ）を備えるボイラ格子（２５０）を有する炉（１２）を備える流動床燃焼ボイラシステム（１０）の床焼結の危険性を評価するための方法において、
－ ボイラの現在の運転データ、すなわち測定床温度ＴＭｉ、ｉ＝１、・・・、Ｎが、各測定点Ｐｉ、ｉ＝１、・・・、ｎで測定され、
－ ボイラ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

【国際調査報告】