JP7778227B2 - Combustion boiler control method, combustion boiler, and boiler calculation system - Google Patents
Combustion boiler control method, combustion boiler, and boiler calculation systemInfo
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Description
本発明は、燃焼ボイラの制御、詳細には、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、流動床ボイラの制御に関する。 The present invention relates to the control of combustion boilers, and in particular to the control of fluidized bed boilers, such as circulating fluidized bed (CFB) boilers or bubbling fluidized bed (BFB) boilers.
火格子ボイラおよび流動床ボイラなどの燃焼ボイラは、一般的に、電気および熱の生成などの様々な目的に使用できる、蒸気を生成するために利用される。 Fired boilers, such as grate boilers and fluidized bed boilers, are commonly used to generate steam, which can be used for a variety of purposes, including generating electricity and heat.
流動床ボイラでは、燃料および固体粒状物流動媒体(bed material)が炉内に導入される。流動媒体および燃料は、炉の底部から流動化ガスを取り込むことによって流動化される。燃料の燃焼は、炉内で行われる。BFBの燃焼では、流動化ガスが、床内に気泡を形成するように床を通過する。流動床は、BFBでは、流動化ガス供給および燃料供給を制御することにより、かなり簡便に制御することができる。場合によってはあり得る重金属、硫黄の収着性を高め、さらにアルカリの収着性を高めるために、燃料に加えて、ケイ酸アルミニウム(非水和粘土など)、アルカリアルカリ土類金属炭酸塩、およびこれらの混合物(石灰石または炭酸カルシウムなど)などの、特定の添加剤が燃焼に加えられてもよい。 In a fluidized bed boiler, fuel and a solid granular bed material are introduced into the furnace. The bed material and fuel are fluidized by introducing a fluidizing gas from the bottom of the furnace. Combustion of the fuel takes place within the furnace. In BFB combustion, the fluidizing gas passes through the bed, creating bubbles within the bed. The fluidized bed can be controlled fairly easily in BFBs by controlling the fluidizing gas supply and the fuel supply. In addition to the fuel, certain additives may be added to the combustion, such as aluminum silicates (e.g., non-hydrated clays), alkali alkaline earth metal carbonates, and mixtures thereof (e.g., limestone or calcium carbonate), to enhance sorption of possible heavy metals and sulfur, as well as alkali sorption.
CFBの燃焼では、流動化ガスが流動媒体を通過する。ほとんどの床の粒子は、流動化ガスに混入し、排ガスと共に運ばれることになる。粒子は、少なくとも1台の粒子分離器内で排ガスから分離され、循環して炉内に戻される。粒子が炉内に戻される前に粒子から熱を回収するために、粒子分離器の下流に、流動床式熱交換器を配置するのが一般的である。 In CFB combustion, a fluidizing gas is passed through the bed material. Most of the bed particles become entrained in the fluidizing gas and are carried along with the exhaust gas. The particles are separated from the exhaust gas in at least one particle separator and circulated back into the furnace. A fluidized bed heat exchanger is typically located downstream of the particle separator to recover heat from the particles before they are returned to the furnace.
すべてのボイラにおいて、燃焼技術に関係なく、空気と燃料との混合などの燃焼条件が、理想的ではない場合がある。 In all boilers, regardless of combustion technology, combustion conditions such as air and fuel mixing may not be ideal.
Improbed ABの国際公開第2016/202640A1号に掲載された国際出願は、燃焼ボイラの熱負荷制御方法について開示している。この方法では、ボイラの少なくとも1箇所で監視された排ガス速度が、所定の最大排ガス速度の制限を超える場合、燃焼ボイラの熱負荷が抑えられる。排ガス速度は、方程式群を使用して、排ガスの体積流量を、サイクロンのすぐ下流の場所にある、排ガスダクトの断面積で割ることにより計算される。 Published international application WO 2016/202640 A1 to Improved AB discloses a method for controlling the heat load of a fired boiler, in which the heat load of the fired boiler is reduced if the flue gas velocity monitored at at least one location in the boiler exceeds a predetermined maximum flue gas velocity limit. The flue gas velocity is calculated using a set of equations by dividing the volumetric flue gas flow rate by the cross-sectional area of the flue gas duct at a location immediately downstream of the cyclone.
燃焼ボイラは従来、ボイラのそれぞれのボイラ最大連続蒸発量(BMCR:boiler maximum continuous rating)である、所与の負荷に対して設計される。これは、設計負荷レベルと呼ばれる場合がある。 Fired boilers are traditionally designed for a given load, which is the boiler's respective boiler maximum continuous rating (BMCR). This is sometimes called the design load level.
本発明の第1の目的は、ボイラの性能、収益性、および自由度を高め、またボイラ負荷の制御を改善することである。本発明の第2の目的は、燃焼ボイラの制御システムの複雑度を低減することである。 The first object of the present invention is to improve boiler performance, profitability, and flexibility, and to improve boiler load control. The second object of the present invention is to reduce the complexity of combustion boiler control systems.
第1の目的は、請求項1に記載の燃焼ボイラの制御方法、および請求項19に記載の燃焼ボイラによって実現することができる。第2の目的は、請求項24に記載の燃焼ボイラ計算システムによって達成することができる。 The first object can be achieved by the combustion boiler control method described in claim 1 and the combustion boiler described in claim 19. The second object can be achieved by the combustion boiler calculation system described in claim 24.
従属請求項は、燃焼ボイラ制御方法、燃焼ボイラ、および燃焼ボイラ計算システムの有利な態様を説明している。 The dependent claims describe advantageous aspects of the combustion boiler control method, the combustion boiler, and the combustion boiler calculation system.
本発明の利点
燃焼ボイラ制御方法は、以下の工程を含む。
a)燃焼ボイラの現在の負荷Qhを監視する工程、
b)ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数が許容条件を満たす、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷に対する数値を発見する工程、およびこの数値を、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxとして選択する工程、
c)現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh、maxを、操作者に示す工程、ならびに/あるいは、現在の負荷Qhが、
c1)現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷よりも小さい場合に、
c1i)ボイラ負荷が増加する可能性があることを、ボイラ操作者に示す工程、および/もしくは
c1ii)ボイラ負荷を自動的に増加させる工程、
ならびに/または
c2)現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷よりも大きい場合に、
c2i)ボイラ負荷Qhが現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を超えていることを、ボイラ操作者に示す工程、および/もしくは
c2ii)ボイラ負荷Qhを、自動的に低減させる工程。
Advantages of the Invention The combustion boiler control method includes the following steps.
a) monitoring the current load Qh of the combustion boiler;
b) finding a value for the current calculated maximum boiler instantaneous load for which at least one flue gas coefficient calculated using currently monitored process data including a numerical model of the boiler satisfies an acceptance condition, and selecting this value as the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max ;
c) indicating to the operator the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max , and/or determining whether the current load Q h is:
c1) If it is smaller than the current calculated maximum boiler instantaneous load,
c1i) indicating to the boiler operator that the boiler load may increase, and/or c1ii) automatically increasing the boiler load;
and/or c2) if it is greater than the current calculated maximum boiler instantaneous load;
c2i) indicating to the boiler operator that the boiler load Qh exceeds the current calculated maximum instantaneous boiler load, and/or c2ii) automatically reducing the boiler load Qh .
この方法では、ボイラの最大負荷を固定するのではなく、排ガス係数を計算し、排ガス係数の許容条件を好適に選択する方法により、燃焼ボイラを、時々、ボイラの固定最大負荷よりも高くなる可能性がある、燃焼ボイラの現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷で、またはそれにより近い負荷で、燃焼ボイラを安全に動作させることが可能である。現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷は、設計負荷レベルよりも高くなる可能性がある。したがって、ボイラの全体的な性能を向上させることができ、電力/熱生成を増加させることが可能となる。さらに、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷が、設計負荷レベルよりも小さい場合があり得るので、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を超えることに起因するボイラの磨耗を、より適切に低減することができる。現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷は、言い換えると、最大許容ボイラ負荷および/または好ましいボイラ負荷とみなすことができる。 In this manner, rather than fixing the boiler's maximum load, by calculating the exhaust gas coefficient and appropriately selecting the allowable exhaust gas coefficient, the fired boiler can be safely operated at or near the fired boiler's current calculated maximum boiler load, which may sometimes be higher than the boiler's fixed maximum load. The current calculated maximum boiler load may be higher than the design load level. Therefore, the boiler's overall performance can be improved, and power/heat generation can be increased. Furthermore, because the current calculated maximum boiler load may be lower than the design load level, boiler wear due to exceeding the current calculated maximum boiler load can be more appropriately reduced. The current calculated maximum boiler load, in other words, can be considered the maximum allowable boiler load and/or the preferred boiler load.
本出願人は、実行した試験において、平均して、固定ボイラ最大負荷を超える燃焼ボイラからの電力出力を得ることができた。本出願人は、燃焼ボイラでは、試験で、改善の可能性が2.5~5%の間にあり得ることを実証することができた。これは、たとえば、120MWthの燃焼ボイラでは、3~6MWthに相当する。 In the tests carried out, the applicant was able to obtain, on average, a power output from the fired boiler that exceeds the fixed boiler maximum load. The applicant was able to demonstrate that for fired boilers, the tests showed that the improvement potential could be between 2.5 and 5%, which corresponds, for example, to 3 to 6 MW th for a 120 MW th fired boiler.
この方法において、以下であることが好ましい。
i)ボイラの現在監視されているプロセスデータが、
ia)排ガス流路内の現在の排ガス出口温度と、
ib)排ガス流路内の伝熱面ごとの熱負荷(heat duty)と
を含み、さらに、
ii)ia)およびib)の両方からの監視されているプロセスデータが、排ガス係数の計算に使用され、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxに対する数値を発見するときに使用される。
In this method, it is preferable that:
i) The currently monitored process data of the boiler is
ia) the current exhaust gas outlet temperature in the exhaust gas flow path;
ib) the heat duty of each heat transfer surface in the exhaust gas flow path, and
ii) The monitored process data from both ia) and ib) is used in calculating the flue gas coefficients and is used in finding a value for the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max .
熱交換器の熱負荷の計算は、当業者には既知であり、熱負荷は、たとえば、以下の式を使用することによって得ることができる。
Qfluid,i=qm,fluid,i×(hfluid,out-hfluid,in)
ここで、qm,fluid,iは、i番目の伝熱面での流体流量、hfluid,inは、i番目の伝熱面に入る流体のエンタルピ、hfluid,outは、i番目の伝熱面から出る流体のエンタルピである。
Calculating the heat load of a heat exchanger is known to those skilled in the art, and the heat load can be obtained, for example, by using the following formula:
Q fluid,i =q m,fluid,i ×(h fluid,out -h fluid,in )
where q m,fluid,i is the fluid flow rate at the i-th heat transfer surface, h fluid,in is the enthalpy of the fluid entering the i-th heat transfer surface, and h fluid,out is the enthalpy of the fluid exiting the i-th heat transfer surface.
この発見は、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数が許容条件を満たすことができない場合、次の数値が自動的に選択されるように実行され得る。次の数値が、繰り返し選択されることが好ましい。これにより、計算ライブラリ関数、具体的には、反復法ソルバ(関数の根を解く、PythonのFSOLVE関数など)の使用が可能となり得る。 This discovery can be performed such that if at least one exhaust gas coefficient calculated using currently monitored process data, including a numerical model of the boiler, fails to meet the tolerance criteria, a next value is automatically selected. Preferably, the next value is selected iteratively. This can enable the use of computational library functions, in particular iterative solvers (such as Python's FSOLVE function, which solves the roots of a function).
この発見は、以下の計算工程を実行することにより、行われ得る。
- I:ボイラの熱負荷が数値と一致するときに、計算上のボイラモデルが得られる、ボイラ排ガス出口温度の推定値を計算する工程、
- II:排ガス質量流量を計算する工程、
- III:排ガス流路内の伝熱面ごとの熱負荷を、数値上のボイラモデルを使用することによって補正される現在の熱負荷を使って、計算する工程、
- IV:排ガス流路内の伝熱面ごとの計算された熱負荷を使用し、排ガス流路内の、排ガス流の上流方向での排ガス出口に最も近い伝熱面から、ボイラ排ガス出口温度の推定値を使用して開始する、各伝熱面での排ガス温度を計算する工程、
- V:排ガス流路内の伝熱面ごとの排ガス係数を計算する工程。
This finding can be done by performing the following computational steps:
I: a step of calculating an estimate of the boiler exhaust gas outlet temperature, which results in a calculated boiler model when the boiler thermal load corresponds to the numerical value;
- II: calculating the exhaust gas mass flow rate;
III: Calculating the heat load of each heat transfer surface in the exhaust gas flow path using the current heat load corrected by using a numerical boiler model;
- IV: Using the calculated heat load for each heat transfer surface in the flue gas flow path, calculate the flue gas temperature at each heat transfer surface, starting from the heat transfer surface in the flue gas flow path closest to the flue gas outlet in the upstream direction of the flue gas flow, using an estimate of the boiler flue gas outlet temperature;
- V: A step of calculating the exhaust gas coefficient for each heat transfer surface in the exhaust gas flow path.
この手法を使って、ボイラの熱負荷が数値に一致する状況において、排ガス流路内の各伝熱面(これ以降、「伝熱面」とは、熱交換器、熱交換器管、熱交換器管束、熱交換器パッケージ、および/または節炭器などの熱交換器の構成群を意味する)の状況は、排ガス係数を用いて数値的に推定することができる。「伝熱面」という用語は、節炭器などの熱交換器の構成群を意味することが好ましい。したがって、ここで、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷の候補である特定の数値が、伝熱面において、許容可能な状況を生み出すかどうかを試験することができる。 Using this technique, the condition of each heat transfer surface (hereinafter, "heat transfer surface" means a heat exchanger, heat exchanger tube, heat exchanger tube bundle, heat exchanger package, and/or heat exchanger component group such as economizer) in the exhaust gas flow path can be numerically estimated using the exhaust gas coefficients when the boiler's thermal load matches the numerical value. The term "heat transfer surface" preferably means a heat exchanger component group such as an economizer. Therefore, it is now possible to test whether a specific numerical value that is a candidate for the current calculated maximum boiler instantaneous load creates an acceptable condition for the heat transfer surface.
本発明の一実施形態によれば、工程III)において、数値ボイラモデルは、Qfluid,i,candidate=Qfluid,i,current+Σαj,i(Qh,candidate)j-Σparj,i(Qh,current)jの形式のモデルである。 According to one embodiment of the present invention, in step III), the numerical boiler model is a model of the form Q fluid,i,candidate = Q fluid,i,current +Σα j,i (Q h,candidate ) j −Σpar j,i (Q h,current ) j .
パラメータ(parj,i)の当てはめは、人間が手動で、または履歴データを利用して、コンピュータによって自動的に行うことができる。パラメータの自動更新は、たとえば月に1回行われてもよい。自動更新において、AIおよびニューラルネットワークベースのアルゴリズムを利用することができる。 The fitting of the parameters (par j,i ) can be done manually by a human or automatically by a computer using historical data. Automatic updating of the parameters may be performed, for example, once a month. AI and neural network-based algorithms can be used in the automatic updating.
これにより、一方では、国際公開第2016/202640A1号に開示された方法とは異なり、現在のボイラ負荷で限界に達することなく、計算上許容可能な現在の最大ボイラ瞬間負荷を予測することが可能となり、他方では、さらにより重要なことに、計算上許容可能な現在の最大ボイラ瞬間負荷を超えることなく、限界まで達することが可能である。 This makes it possible, on the one hand, to predict the current maximum boiler load that is mathematically allowable without reaching a limit at the current boiler load, unlike the method disclosed in WO 2016/202640 A1, and, even more importantly, to reach a limit without exceeding the current maximum boiler load that is mathematically allowable.
排ガス係数は、以下を含むかまたは以下であることが好ましい。
dfi=ki(qm,fluegas/(ρfluegas,i×Across,i))n
ここで、
kiは、具体的には、燃焼ボイラで選択され得る、正の(非ゼロの)数であることが好ましい、非ゼロのパラメータであり、
qm,fluegasは、排ガスの質量流量であり、
nは、具体的には、燃焼ボイラで選択され得る、正の(非ゼロの)数であることが好ましい、モデルパラメータであり、
ρfluegas,iは、i番目の伝熱面における排ガスの密度であり、
Across,iは、i番目の伝熱面における、排ガス流れ通路の断面積である。
Preferably, the exhaust gas coefficients include or are less than or equal to the following:
df i =k i (q m,fluegas /(ρ fluegas,i ×A cross,i )) n
where:
k i is a non-zero parameter, preferably a positive (non-zero) number, that can be specifically selected for the combustion boiler;
q m,fluegas is the mass flow rate of the exhaust gas;
n is a model parameter, preferably a positive (non-zero) number, that may be specifically selected for a combustion boiler;
ρ fluegas,i is the density of the exhaust gas at the i-th heat transfer surface;
A cross,i is the cross-sectional area of the exhaust gas flow passage on the i-th heat transfer surface.
これは、排ガス係数にこの関数形式を選択すると、排ガス係数は、非常に自由度が高くなり、現在の燃料の状態に基づくなど、様々な燃焼ボイラのニーズに合わせて簡単に適合できるので、とりわけ好都合である。 This is particularly advantageous because choosing this functional form for the flue gas coefficient gives the flue gas coefficient a great deal of flexibility and allows it to be easily adapted to suit the needs of various combustion boilers, including based on current fuel conditions.
モデルパラメータnは、以下のうちの少なくとも1つであるよう選択され得るので、とりわけ有利である。
i)計算された排ガス速度を使用する場合、0.9~1.1の範囲、好ましくは1.0同等もしくは約1.0、
ii)腐食を引き起こす、計算された排ガスを使用する場合、2.9~3.5の範囲、好ましくは3.2~3.35の間、または
iii)圧力損失を使用する場合、1.8~2.2の範囲、好ましくは2.0同等もしくは約2.0。
The model parameter n is particularly advantageous because it can be chosen to be at least one of the following:
i) if a calculated exhaust gas velocity is used, in the range of 0.9 to 1.1, preferably equal to or about 1.0;
ii) when using calculated corrosion-causing exhaust gases, in the range of 2.9 to 3.5, preferably between 3.2 and 3.35; or iii) when using pressure drop, in the range of 1.8 to 2.2, preferably equal to or about 2.0.
nの値は、時間の経過と共に変更され得る。これは、伝熱面における排ガスの流れの状態が、スラッギング、灰の凝集、または燃料もしくは床の状態などにより、時間の経過と共に変化する可能性があるので、有利である。排ガス係数は、したがって、実際のボイラの状況をより適切に反映するために、時間の経過と共にシフトすることができる。 The value of n can be changed over time. This is advantageous because flue gas flow conditions at the heat transfer surface can change over time due to slagging, ash agglomeration, or fuel or bed conditions. The flue gas coefficient can therefore be shifted over time to better reflect actual boiler conditions.
本発明の一実施形態によれば、n=2であり、排ガス係数が圧力損失を表す場合、排ガス係数dfiと排ガス係数の所定の最大値dfmax,iとの比較は、伝熱面ごとに実行することができる。許容条件は、一実施形態によれば、実質的にdfi=dfmax,iである。 According to one embodiment of the present invention, if n=2 and the exhaust gas coefficients represent pressure losses, a comparison of the exhaust gas coefficients df i with a predefined maximum value df max,i for the exhaust gas coefficients can be carried out for each heat transfer surface. According to one embodiment, the permissible condition is substantially df i =df max,i .
本発明の一実施形態によれば、n=2であり、排ガス係数が圧力損失を表す場合、排ガス係数dfiの合計、
dptot=Σdfi
と、所定の排ガス係数dfmax,iの合計との間で、比較を行うことができるか、または所定の排ガス係数は、ただ単に、全圧力降下を表し、したがって比較は、炉と煙突との間の全圧力降下の比較を表す。許容条件は、一実施形態によれば、実質的にdptot=dpmax,totである。
According to one embodiment of the present invention, when n=2 and the exhaust gas coefficients represent pressure losses, the sum of the exhaust gas coefficients df i ,
dp tot =Σdf i
A comparison can be made between dp max,i and the sum of the predetermined exhaust gas coefficients df max,i , or the predetermined exhaust gas coefficients simply represent the total pressure drop, and therefore the comparison represents a comparison of the total pressure drop between the furnace and the chimney. According to one embodiment, the permissible condition is substantially dp tot =dp max,i .
排ガス係数は、本発明の一実施形態によれば、灰堆積係数を表し、以下の形式で書くことができる。
dfi=kphC(d)qm_favp
n
ここで、kphは粒子硬度係数、C(d)は粒子直径関数、qm_faは飛灰の質量流量レート、vpは粒子速度、nは冪指数(0、3~4)である。所定の排ガス係数は、かかる場合、最大灰堆積値を表す。灰堆積係数は、灰の特性(柔らかさなど)に基づいて、調整することもできる。
The exhaust gas factor, according to one embodiment of the present invention, represents the ash deposition factor and can be written in the following form:
df i =k ph C(d)q m_fa v p n
where k ph is the particle hardness coefficient, C(d) is the particle diameter function, q m_fa is the mass flow rate of the fly ash, v p is the particle velocity, and n is a power exponent (0, 3-4). The predetermined flue gas coefficient represents the maximum ash deposition value in such cases. The ash deposition coefficient can also be adjusted based on the properties of the ash (such as softness).
許容条件は、本発明の一実施形態によれば、実質的にdfi=dfmax,iであるが、実際の状況では、許容条件は、以下のように定義することができる。
dfmax,i-δ<dfi≦dfmax,i
ここで、δ>0であり、数値精度および/または方法によって変わる。dfmax,i-δ<dfi≦dfmax,iの場合、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数が許容条件を満たすことを意味し、かかる場合に、最大許容ボイラ負荷が発見され、したがって数値Qh,candidateが、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxとして選択される。
The tolerance condition is substantially df i =df max,i according to one embodiment of the present invention, but in a practical situation the tolerance condition can be defined as follows:
df max,i −δ<df i ≦df max,i
where δ>0 and depends on the numerical precision and/or method. If df max,i - δ< df i ≦ df max,i , it means that at least one flue gas coefficient calculated using the currently monitored process data including the numerical model of the boiler satisfies the tolerance condition, and in such a case the maximum allowable boiler load is found, and therefore the value Q h,candidate is selected as the currently calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max .
許容条件は、本発明の一実施形態によれば、実質的にΣ(dfi)=Σ(dfmax,i)であるが、実際の状況では、許容条件は、以下の合計を利用して定義することができる。
Σ(dfmax,i)-δ<Σ(dfi)≦Σ(dfmax,i)
ここで、δ>0であり、数値精度および/または方法によって変わる。Σ(dfmax,i)-δ<Σ(dfi)≦Σ(dfmax,i)の場合、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数が許容条件を満たすことを意味し、かかる場合に、最大許容ボイラ負荷が発見され、したがって数値Qh,candidateが、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxとして選択される。一実施形態によれば、積算指数(summation index)iは、熱伝達面のすべてにわたる。積算指数iは、本発明の別の態様によれば、好ましくは排ガスチャネル内にある、伝熱面の一部だけにわたる。
The tolerance condition is, according to one embodiment of the present invention, substantially Σ(df i )=Σ(df max,i ), but in practical situations the tolerance condition can be defined using the sum:
Σ(df max,i )−δ<Σ(df i )≦Σ(df max,i )
where δ>0 and varies depending on the numerical precision and/or method. If Σ(df max,i )-δ<Σ(df i )≦Σ(df max,i ), it means that at least one flue gas coefficient calculated using currently monitored process data including a numerical model of the boiler satisfies the tolerance condition, and in such a case, the maximum allowable boiler load is found, and therefore the value Q h,candidate is selected as the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max . According to one embodiment, the summation index i is over all of the heat transfer surface. According to another aspect of the invention, the summation index i is over only a portion of the heat transfer surface, preferably within the flue gas channel.
nの値が、少なくとも2台の別個のボイラを含むボイラ群から、ボイラのそれぞれについて監視された運用データを使用して判定される場合、とりわけ有用である。より多数のボイラ(2台、3台、4台、・・・)を使用すると、より大きなデータセットが得られる。したがって、より多くの運用データが監視されることになる。これは、より適切な結果を生み出すことができ、判定に実験データの内挿および/または外挿が使用される状況では、特に優れている可能性がある。 It is particularly useful if the value of n is determined using monitored operational data for each of the boilers from a boiler fleet that includes at least two separate boilers. Using a larger number of boilers (two, three, four, etc.) will result in a larger data set, and therefore more operational data being monitored. This can produce better results, and may be particularly advantageous in situations where interpolation and/or extrapolation of experimental data is used in the determination.
排ガス出口温度は、工程I)の計算では、以下の式によって実質的に推定され得る。
Tboiler,exit=α0+ΣαiQi
h,candidate
または、上式の1次、2次、もしくは3次以上の近似式によって推定されることが好ましい。係数αは、いくつかの個別の蒸気負荷の値に対する、排ガス出口の値を測定した後、当てはめによって取得することができる。このデータは、時間の経過と共に収集され、定期的など、随時更新され得る。このデータは、別法として、または追加的に、燃焼ボイラの1回または複数の校正を実行する際に、収集することができる。
The exhaust gas outlet temperature can be substantially estimated in the calculation of step I) by the following formula:
T boiler,exit =α 0 +Σα i Q i h,candidate
Alternatively, it is preferable that the coefficient α be estimated by a first-, second-, third-, or higher-order approximation of the above equation. The coefficient α can be obtained by measuring the value of the exhaust gas outlet for several individual steam load values and then fitting the measured value. This data can be collected over time and updated as needed, such as periodically. Alternatively or additionally, this data can be collected when performing one or more calibrations of the combustion boiler.
係数(α)の当てはめは、人間が手動で、または履歴データを利用して、コンピュータによって自動的に行うことができる。係数の自動更新は、たとえば月に1回実行されてもよい。AIおよびニューラルネットワークベースのアルゴリズムを、自動更新に利用することができる。 The coefficients (α) can be applied manually by a human or automatically by a computer using historical data. Automatic updates of the coefficients may be performed, for example, once a month. AI and neural network-based algorithms can be used for the automatic updates.
排ガス出口温度は、本発明の一実施形態によれば、工程I)において、人工知能ツールを利用することによって、実質的に推定することができる。排ガス出口温度は、本発明の別の実施形態によれば、工程I)において、ニューラルネットワークを利用することによって、実質的に推定することができる。 According to one embodiment of the present invention, the exhaust gas outlet temperature can be substantially estimated in step I) by utilizing an artificial intelligence tool. According to another embodiment of the present invention, the exhaust gas outlet temperature can be substantially estimated in step I) by utilizing a neural network.
排ガス出口温度は、本発明の一実施形態によれば、工程I)において、以下の式によって推定することができる。
Tboiler,exit=α0+α1×Qh,candidate+α2×Qh,candidate
2
ここでα0、α1、およびα2は、予め定義された定数とすることができる。別法として、または追加的に、係数(α)の当てはめは、人間が手動で、または履歴データを利用して、コンピュータによって自動的に行うことができる。係数の自動更新は、たとえば月に1回実行されてもよい。AIおよびニューラルネットワークベースのアルゴリズムを、自動更新に利用することができる。
The exhaust gas outlet temperature can be estimated in step I) according to one embodiment of the present invention by the following formula:
T boiler, exit = α 0 + α 1 × Q h, candidate + α 2 × Q h, candidate 2
where α 0 , α 1 , and α 2 can be predefined constants. Alternatively or additionally, the coefficients (α) can be fitted manually by a human or automatically by a computer using historical data. Automatic updating of the coefficients may be performed, for example, once a month. AI and neural network-based algorithms can be used for the automatic update.
本発明の一実施形態によれば、α0の項は、現在の状態値に基づいて解くことができる。
α0=Tboiler,exit,current-α1×Qh,current-α2×Qh,current
2
ここで、Tboiler,exit,currentは、測定される排ガス出口温度を表す。
According to one embodiment of the present invention, the α 0 term can be solved based on the current state values.
α 0 = T boiler, exit, current - α 1 ×Q h, current - α 2 ×Q h, current 2
where T boiler,exit,current represents the measured exhaust gas outlet temperature.
排ガス質量流量は、本発明の一実施形態によれば、工程II)において、ボイラ質量およびエネルギーバランス式を使用して計算される。 In one embodiment of the present invention, the exhaust gas mass flow rate is calculated in step II) using the boiler mass and energy balance equation.
工程II)において、排ガス質量流量の計算には、成分CO2、H2O、N2、SO2、O2の質量流量を考慮することが含まれ得る。これらの成分の濃度は、ある程度簡単な装置を使って、確実に測定することができる。 In step II), the calculation of the exhaust gas mass flow rate may include taking into account the mass flow rates of the components CO2 , H2O , N2 , SO2 , and O2 . The concentrations of these components can be reliably measured using fairly simple equipment.
工程II)において、成分の値は、燃料パラメータを含むことができる。これにより、燃料の特性および/または燃焼ボイラで使用される燃料の種類の変化を反映することができる。たとえば、より多くの腐食を引き起こす傾向のある燃料については、許容条件をより厳しくすることができ、一方、あまり腐食を引き起こす傾向がない燃料については、より緩和した許容条件を使用することができる。 In step II), the component values may include fuel parameters, which may reflect changes in fuel properties and/or the type of fuel used in the combustion boiler. For example, stricter tolerances may be used for fuels that tend to cause more corrosion, while less stringent tolerances may be used for fuels that tend to cause less corrosion.
工程b)は、好ましくはクラウドベースの計算サービスにおいて、燃焼ボイラに対して遠隔に実行されてもよい。これは、クラウドベースの計算サービスを実行するよう構成されているような、遠隔計算装置を、燃焼ボイラとは別個に保守できるので、燃焼ボイラの保守を簡素化するのに役立つ。計算ソフトウェアの更新は、これにより、たとえば、各燃焼ボイラでソフトウェアを更新するのではなく、1箇所または少数の場所で集中的に実行することができる。 Step b) may be performed remotely from the combustion boiler, preferably in a cloud-based computing service. This helps to simplify maintenance of the combustion boiler, as remote computing devices, such as those configured to run the cloud-based computing service, can be maintained separately from the combustion boiler. Updates to computing software, for example, can thereby be performed centrally at one or a few locations, rather than updating the software at each combustion boiler.
工程b)は、別法として、燃焼ボイラで、好ましくはエッジサーバで、ローカルに実行されてもよい。これにより、遠隔の計算場所にデータを転送する必要がないので、計算が高速化され得る。 Step b) may alternatively be performed locally at the combustion boiler, preferably at an edge server. This may speed up the calculations as data does not need to be transferred to a remote calculation location.
現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷のいずれも、リアルタイムでの測定により取得することができる。これの代わりに、またはこれに加えて、現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷は、フィルタリングによって処理され、平均化、傾向の計算、またはこれらの任意の組合せによって処理され得る。これは、計算結果に影響を与えるノイズまたは異常値の測定を回避するのに役立ち、これにより、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷の安定性を高めることが容易になる。 Either the currently monitored process data and/or the current load may be obtained by real-time measurement. Alternatively, or in addition, the currently monitored process data and/or the current load may be processed by filtering, averaging, calculating trends, or any combination thereof. This helps to avoid noisy or outlier measurements that affect the calculation results, thereby facilitating increased stability of the currently calculated maximum boiler instantaneous load.
許容条件には、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を変更する前に、所定の最小変更を必要とする、ヒステリシス条件が含まれ得る。これは、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷の安定性を高めることができ、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷が、短期間に上下に変化することを回避するのに役立つので好ましい。 The tolerance condition may include a hysteresis condition that requires a predetermined minimum change before changing the current calculated maximum boiler instantaneous load. This is preferable because it can increase the stability of the current calculated maximum boiler instantaneous load and help prevent the current calculated maximum boiler instantaneous load from fluctuating up and down in a short period of time.
この方法は、いかなる種類の燃焼ボイラでも利用できるが、本出願人は、燃焼ボイラが循環流動床(CFB)または気泡流動床(BFB)ボイラであり、工程b)が燃焼ボイラ伝熱面に対して実行される場合に、とりわけ有用であることを発見した。この方法は、とりわけCFBまたはBFBボイラにとって、好都合である。 While this method can be used with any type of combustion boiler, the applicant has discovered that it is particularly useful when the combustion boiler is a circulating fluidized bed (CFB) or bubbling fluidized bed (BFB) boiler and step b) is performed on the combustion boiler heat transfer surface. This method is particularly advantageous for CFB or BFB boilers.
工程b)は、一実施形態によれば、炉と煙突との間の燃焼ボイラ伝熱面に対して実行される。 In one embodiment, step b) is performed on the combustion boiler heat transfer surface between the furnace and the chimney.
燃焼ボイラは、以下を備える。
- 排ガス流れ経路を画定し、いくつかの伝熱面を備える、炉および関連する通路、
- 燃焼ボイラの現在の負荷を監視する、測定機器、
- 現在のプロセスデータを監視する、別の測定機器、ならびに
- ボイラ制御方法を実行するよう構成される、制御システム。
The combustion boiler comprises:
- a furnace and associated passages defining an exhaust gas flow path and comprising several heat transfer surfaces;
- measuring equipment for monitoring the current load of the combustion boiler,
- another measuring device for monitoring current process data; and - a control system configured to implement the boiler control method.
燃焼ボイラは、一実施形態によれば、排ガス流れ経路を画定し、排ガス流れ経路内にいくつかの伝熱面を備える、炉および関連する通路を備える。 The fired boiler, according to one embodiment, includes a furnace and associated passages defining an exhaust gas flow path and including several heat transfer surfaces within the exhaust gas flow path.
かかる燃焼ボイラで、ボイラ制御を向上させることができる。利点は、方法の利点と同じである。 In such a combustion boiler, boiler control can be improved. The advantages are the same as those of the method.
制御システムは、現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷の、リアルタイムでの測定結果を処理する、すなわちフィルタリング、平均化、および/または傾向の計算により処理するよう構成され得る、エッジサーバを備えることができる。エッジサーバにより、現在監視されているプロセスデータの量を削減することが容易となろう。特定の設置環境では、毎日60~90ギガバイトの、監視されるプロセスデータがあり得るという事実を考慮すると、これは特に、とりわけ有用であり得る。 The control system may include an edge server that may be configured to process real-time measurements of currently monitored process data and/or current loads, i.e., by filtering, averaging, and/or calculating trends. The edge server may facilitate reducing the amount of currently monitored process data. This may be particularly useful in light of the fact that in certain installations, there may be 60-90 gigabytes of monitored process data each day.
制御システムは、方法の工程b)を実行して、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷をローカルに判定するよう構成されてもよい。これにより、燃焼ボイラシステムから転送する必要があり得るデータがより少なくなるか、またはまったくなくなるので、燃焼ボイラでの迅速な意思決定が容易になる。 The control system may be configured to perform step b) of the method to locally determine the current calculated maximum boiler instantaneous load. This facilitates rapid decision-making at the combustion boiler, as less or no data may need to be transferred from the combustion boiler system.
制御システムは、別法として、または追加的に、方法の工程b)を実行して、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を制御システムに返すよう構成され得る、遠隔の、好ましくはクラウドベースのコンピューティングシステムに、データを送信するよう構成され得る。これにより、燃焼ボイラをより簡素化すること、およびコンピューティングシステムの更新をより簡単にすることが、より容易になる。更新は、この状況では、各燃焼ボイラのいずれにおいても実行するのではなく、集中的に実行することができる。 Alternatively, or additionally, the control system may be configured to transmit the data to a remote, preferably cloud-based, computing system that may be configured to perform step b) of the method and return the current calculated maximum boiler instantaneous load to the control system. This makes it easier to simplify the combustion boilers and to update the computing system. Updates can, in this situation, be performed centrally rather than at each and every combustion boiler.
エッジサーバは、遠隔コンピューティングシステムに渡される測定データの量を減らすよう構成され得る。このようにして、データ転送には、より小さい帯域幅で十分であり得る。特定の設置環境では、毎日60~90ギガバイトの、監視されるプロセスデータがあり得るという事実を考慮すると、これは特に、とりわけ有用であり得る。 The edge server can be configured to reduce the amount of measurement data passed to the remote computing system. In this way, a smaller bandwidth may be sufficient for data transfer. This can be particularly useful considering the fact that in a particular installation, there may be 60-90 gigabytes of monitored process data each day.
燃焼ボイラ計算システムは、以下を備える。
- 各ボイラが、現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷の、リアルタイムでの測定結果を処理、すなわちフィルタリング、平均化、および/または傾向の計算により処理し、処理したリアルタイムでの測定結果を遠隔コンピューティングシステムに送信するよう構成される、エッジサーバシステムを備える、ボイラ制御システムを具備する、燃焼ボイラ群、
- リアルタイムでの測定結果から処理されたデータを受信し、ボイラのそれぞれについて、数値ボイラモデルを使用してデータを計算し、それぞれのボイラへ計算結果を返すよう構成される、クラウドベースのコンピューティングシステムであることが好ましい、遠隔コンピューティングシステム。
The combustion boiler calculation system includes:
a group of fired boilers comprising a boiler control system, each boiler comprising an edge server system configured to process, i.e., by filtering, averaging, and/or calculating trends, real-time measurements of currently monitored process data and/or current loads, and to transmit the processed real-time measurements to a remote computing system;
- A remote computing system, preferably a cloud-based computing system, configured to receive processed data from the real-time measurements, calculate the data for each of the boilers using a numerical boiler model, and return the calculated results to the respective boilers.
燃焼ボイラ計算システムでは、ボイラ制御システムはさらに、計算結果に基づいて、ボイラ制御システムの機能を適合させるよう構成される。 In the combustion boiler calculation system, the boiler control system is further configured to adapt the function of the boiler control system based on the calculation results.
この構成の利点は、燃焼ボイラにおける計算デバイスの必要性を軽減しながらも、依然として遠隔コンピューティングシステムから効果的かつ高速な計算結果を得ることができることである。 The advantage of this configuration is that it reduces the need for computing devices at the combustion boiler, while still providing efficient and fast computational results from a remote computing system.
コンピューティングシステムは、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数が許容条件を満たす、数値または現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を発見し、この数値を、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷として選択するよう構成され得る。これにより、基本的に、分散環境でも本発明の方法を使用することが可能となる。 The computing system may be configured to find a numerical value or current calculated maximum boiler instantaneous load for which at least one exhaust gas coefficient calculated using currently monitored process data, including a numerical model of the boiler, satisfies an acceptable condition, and select this numerical value as the current calculated maximum boiler instantaneous load. This essentially makes it possible to use the method of the present invention in a distributed environment.
ボイラ計算システムは、ボイラの処理された測定データを使用して、ボイラの、排ガス係数数値モデルなどの数値モデルを、適合または校正するよう構成され得る。これにより、ボイラ制御の数値モデルを遠隔で適合または校正することが、より容易になる。 The boiler calculation system may be configured to use the processed boiler measurement data to calibrate or adapt a numerical model of the boiler, such as an exhaust gas coefficient numerical model. This makes it easier to remotely calibrate or adapt the numerical model for boiler control.
ボイラ計算システムは、他のボイラからも収集され、処理された測定データを使用して、ボイラの数値モデルを適合または校正するよう構成され得る。これにより、より多く収集されたデータを使用して、ボイラ制御の数値モデルを調整することが可能となる。 The boiler calculation system can be configured to adapt or calibrate the boiler's numerical model using collected and processed measurement data from other boilers, allowing for the use of more collected data to adjust the boiler control numerical model.
燃焼ボイラおよび燃焼ボイラ制御方法を、図1~図9の添付図面に示している実施形態に関連して、下記でより詳細に説明する。 The combustion boiler and combustion boiler control method are described in more detail below in connection with the embodiments shown in the accompanying drawings, Figures 1 to 9.
すべての図において、同じ参照番号は同じ技術的特徴を指す。 In all figures, the same reference numbers refer to the same technical features.
図1は、CFBボイラである燃焼ボイラ10を示し、燃焼ボイラ10の水蒸気回路に連結された管壁13を備える、炉12を具備する。水は、水タンク(図示せず)から節炭器に供給され、節炭器から蒸気ドラムを介して管壁13などの蒸発伝熱面に供給され、次いで、蒸気ドラムを介して過熱器に、次いでタービンに誘導される。排ガスチャネルには、節炭器および/または過熱器が設けられ得る。 Figure 1 shows a combustion boiler 10, which is a CFB boiler, and includes a furnace 12 with tube walls 13 connected to the steam circuit of the combustion boiler 10. Water is supplied from a water tank (not shown) to an economizer, from which it is supplied to an evaporative heat transfer surface such as the tube walls 13 via a steam drum, and then directed via the steam drum to a superheater and then to a turbine. The exhaust gas channel may be provided with an economizer and/or a superheater.
流動化ガス(空気および/または酸素含有ガスなど)は、流動化ガス供給源153からウィンドボックス(図示せず)を介して火格子(図1には、火格子は示されていない)の下に供給され、1次流動化空気が、火格子の下から(床を流動化するための)ノズル(図示せず)、および(酸素含有ガスを供給して燃焼を制御する)2次流動化ガス供給部152を通って、炉に入る。その結果、床媒体が流動化されることになり、また燃焼に必要な酸素も炉12内に供給される。さらに、燃料が、燃料供給部22を介して炉12内に供給される。燃焼は、燃料供給部22を制御することにより(燃料の供給を減少または増加させるなどにより)、および流動化ガスの供給を制御することにより(炉12内への酸素供給量を減少または増加させることなどにより)、調整することができる。燃料は、添加剤、具体的には、たとえばCaCO3および/または粘土などのアルカリ吸着剤として作用するような添加剤と一緒に、供給することができる。追加的または別法として、アンモニウムまたは尿素などのNOx還元剤を、炉12の燃焼領域内に、または炉12の燃焼領域の上に、供給することができる。 Fluidizing gas (e.g., air and/or oxygen-containing gas) is supplied from a fluidizing gas supply 153 through a wind box (not shown) below the grate (the grate is not shown in FIG. 1). Primary fluidizing air enters the furnace from below the grate through a nozzle (not shown) (for fluidizing the bed) and a secondary fluidizing gas supply 152 (which supplies oxygen-containing gas to control combustion). This fluidizes the bed medium and also supplies oxygen necessary for combustion to the furnace 12. Furthermore, fuel is supplied to the furnace 12 via a fuel supply 22. Combustion can be adjusted by controlling the fuel supply 22 (e.g., by decreasing or increasing the fuel supply) and the fluidizing gas supply (e.g., by decreasing or increasing the amount of oxygen supplied to the furnace 12). The fuel can be supplied together with additives, specifically additives that act as alkaline adsorbents, such as CaCO3 and/or clay. Additionally or alternatively, a NOx reducing agent, such as ammonium or urea, may be provided in or above the combustion zone of the furnace 12.
床媒体も炉内に供給され、床媒体は、砂、石灰石、および/または粘土を含むことができ、粘土は、具体的には、カオリンを含むことができる。床の、また一般に燃焼の1つの結果として、水蒸気回路において、水および蒸気が管壁13内で加熱され、水が蒸気に変換される。 A bed medium is also fed into the furnace and may include sand, limestone, and/or clay, with the clay specifically including kaolin. As a result of the bed, and generally of combustion, water and steam are heated within the tube walls 13 in the steam circuit, converting the water to steam.
灰は、炉12の底に落ち、灰用シュート(明確にするために、図1から省略)を介して排除され、灰の一部、いわゆる飛灰は、排ガスと一緒に運ばれることになる。 The ash falls to the bottom of the furnace 12 and is removed via an ash chute (omitted from Figure 1 for clarity), with some of the ash, so-called fly ash, being carried away with the exhaust gases.
排ガスなどの燃焼生成物、未燃燃料、および床媒体は、炉12から、渦ファインダ103を備えることができる粒子分離器17へ進む。粒子分離器17は、固体から排ガスを分離する。特に、より大型の燃焼ボイラ10では、互いに平行に配置されていることが好ましい、複数(2台、3台、・・・)の分離器17があってもよい。 Combustion products such as exhaust gas, unburned fuel, and bed media pass from the furnace 12 to a particle separator 17, which may include a vortex finder 103. The particle separator 17 separates the exhaust gas from the solids. There may be multiple separators 17 (two, three, ...), preferably arranged parallel to one another, particularly in larger combustion boilers 10.
分離器17によって分離された固体は、分離器17の底部に位置することが好ましい、ループシール160を通過する。固体は、次いで、伝熱面でもある流動床式熱交換器(FBHE:fluidized bed heat exchanger)100へ進み、これによりFBHE100は、固体から熱を収集し、水蒸気回路内の蒸気をさらに加熱する。その内部にFBHE100が位置するチャンバは、流動化することができ、FBHE100自体は、伝熱管または他の種類の伝熱面を備える。FBHE100は、再加熱器または過熱器として配置され得る。蒸気は、FBHEの出口101から、高圧タービン(FBHE100が過熱器の場合)または中圧タービン(FBHE100が再加熱器の場合)内に送られる。明確にするために、タービンは図1には示していない。固体は、FBHE100から戻りチャネル102を通って、炉12内に戻され得る。特に、より大型の燃焼ボイラ10では、互いに平行に配置されていることが好ましい、複数(2台、3台、・・・)のループシール160およびFBHE100、ならびに戻りチャネル102があってもよく、したがって分離器17ごとに、それぞれのループシール160、FBHE100、および戻りチャネル102が存在することになる。実際には、FBHE100のうちのいくつかは、過熱器として配置されてもよく、他のいくつかは、再加熱器として配置されてもよい。 The solids separated by the separator 17 pass through a loop seal 160, preferably located at the bottom of the separator 17. The solids then proceed to a fluidized bed heat exchanger (FBHE) 100, which also serves as a heat transfer surface, to collect heat from the solids and further heat the steam in the steam circuit. The chamber within which the FBHE 100 is located may be fluidized, and the FBHE 100 itself may comprise heat transfer tubes or other types of heat transfer surfaces. The FBHE 100 may be configured as a reheater or superheater. Steam is sent from the FBHE outlet 101 into a high-pressure turbine (if the FBHE 100 is a superheater) or an intermediate-pressure turbine (if the FBHE 100 is a reheater). For clarity, the turbine is not shown in FIG. 1. The solids can be returned from the FBHE 100 through the return channel 102 and into the furnace 12. In particular, in larger combustion boilers 10, there may be multiple (two, three, ...) loop seals 160 and FBHEs 100, and return channels 102, preferably arranged parallel to one another, so that there is a respective loop seal 160, FBHE 100, and return channel 102 for each separator 17. In practice, some of the FBHEs 100 may be arranged as superheaters, and others as reheaters.
排ガスは、分離器17から水平通路15に送られ、そこからさらに(垂直通路であり得ることが好ましい)後部煙道16に送られ、そこから排ガス導管18を通って煙突19に送られる。 From the separator 17, the exhaust gas is sent to a horizontal passage 15, from which it is further sent to a rear flue 16 (which may preferably be a vertical passage), and from there to a chimney 19 through an exhaust gas conduit 18.
後部煙道16は、いくつかの伝熱面21i(i=1、2、3、・・・、k、ここでkは、伝熱面の数)を備える。図1には、伝熱面211、212、213、・・・、21k-1、21kを示している。伝熱面21kは、空気予熱器を示している。伝熱面21k-1、212は過熱器を示し、伝熱面211、213は再加熱器を示している。これらの構成要素のそれぞれにおける様々な伝熱面の実際の数は、たとえば、実際の必要性に応じて、燃焼ボイラごとに様々に選択することができる。また、伝熱面21を備える別の構成要素も同様に、存在し得る。 The rear flue 16 comprises several heat transfer surfaces 21 i (i=1, 2, 3, ..., k, where k is the number of heat transfer surfaces). Heat transfer surfaces 21 1 , 21 2 , 21 3 , ..., 21 k-1 , 21 k are shown in FIG. 1 . Heat transfer surface 21 k represents an air preheater. Heat transfer surfaces 21 k-1 and 21 2 represent superheaters, and heat transfer surfaces 21 1 and 21 3 represent reheaters. The actual number of various heat transfer surfaces in each of these components can be selected differently for each combustion boiler, for example, depending on the actual needs. Other components comprising heat transfer surfaces 21 may also be present.
最後の伝熱面21kから出る排ガスでは、排ガス出口温度TFG,exitとなる。この温度は、温度センサ20kで測定される。 The exhaust gases leaving the last heat transfer surface 21k have an exhaust gas outlet temperature T FG,exit , which is measured by a temperature sensor 20k .
一態様によれば、各伝熱面21iの前後の温度(それぞれTFG,in,i、TFG,in,i+1)は、それぞれの温度センサ20i(i=1、2、3、・・・、k-1、k)で測定することができる。 According to one embodiment, the temperatures before and after each heat transfer surface 21 i (respectively T FG,in,i and T FG,in,i+1 ) can be measured by respective temperature sensors 20 i (i=1, 2, 3, . . . , k−1, k).
しかし、別の態様によれば、これらの温度は、必ずしも測定する必要がないことが好ましい。排ガス出口温度TFG,exitを知るだけで、十分であろう。前述の各伝熱面21iの前後の温度(TFG,in,i、TFG,in,i+1)は、数値的に取得することができる。これについては、下記でさらに説明することにする。 However, according to another aspect, it is preferred that these temperatures do not necessarily have to be measured. It may be sufficient to know the exhaust gas outlet temperature T FG,exit . The aforementioned temperatures before and after each heat transfer surface 21 i (T FG,in,i , T FG,in,i+1 ) can be obtained numerically, as will be explained further below.
燃焼ボイラ10には、複数のセンサおよびコンピュータユニットが装備されている。実際、1台の中型(100~150MWth)燃焼ボイラ10は、1日当たり1億個の測定値を生成する可能性があり、これには25GBの記憶空間が必要である。図1、図2、および図3は、いくつかのセンサおよびコンピュータユニットを示している。センサの例としては、(1次および2次流動化ガスの供給を測定するための)燃焼ガス(通常は燃焼空気)体積流量センサ30、燃料供給センサ650、および温度センサ20i(i=1、2、・・・、k)、(両方ともCFBボイラだけに存在する)FBHE内の温度センサおよび戻りチャネル102内の圧力センサ116、ならびに炉12内のセンサ40がある。 The combustion boiler 10 is equipped with multiple sensors and computer units. In fact, one medium-sized (100-150 MW th ) combustion boiler 10 can generate 100 million measurements per day, which requires 25 GB of storage space. Figures 1, 2, and 3 show some of the sensors and computer units. Examples of sensors include a combustion gas (usually combustion air) volumetric flow sensor 30 (for measuring the primary and secondary fluidization gas supply), a fuel supply sensor 650, and temperature sensors 20 i (i=1, 2, ..., k), a temperature sensor in the FBHE and a pressure sensor 116 in the return channel 102 (both present only in CFB boilers), and a sensor 40 in the furnace 12.
プロセスデータは、分散制御システム(DCS:distributed control system)201によってセンサから収集され得る。データ収集部は、たとえばフィールドバス290を介して、最も好都合に配置することができる。DCS201は、操作者に運用状態情報を表示するための、ディスプレイ/モニタ202を備えることができる。エッジサーバ203は、センサから取得した測定データを、フィルタ処理および平滑化するなど、処理することができる。データを記憶するための、ローカル記憶装置204が存在し得る。 Process data may be collected from the sensors by a distributed control system (DCS) 201. The data collection may be most conveniently located, for example, via a fieldbus 290. The DCS 201 may include a display/monitor 202 for displaying operational status information to an operator. An edge server 203 may process the measurement data obtained from the sensors, including filtering and smoothing. There may be local storage 204 for storing the data.
DCS201、ディスプレイ/モニタ202、エッジサーバ203、ローカル記憶装置204は、燃焼ボイラ/ネットワーク280内にあり得る(ローカル記憶装置204は、エッジサーバに直接接続されていることが好ましい)。燃焼ボイラネットワーク280は、センサからの測定結果をDCS201および/またはエッジサーバ203に通知するために使用される、フィールドバス290から独立していることが好ましい。DCS201とエッジサーバ203との間には、システムの相互運用性をより高めるための、オープンプラットフォーム通信サーバ210(図3参照)があってもよい。 The DCS 201, display/monitor 202, edge server 203, and local storage 204 may be within the combustion boiler/network 280 (the local storage 204 is preferably connected directly to the edge server). The combustion boiler network 280 is preferably independent of the fieldbus 290, which is used to notify the DCS 201 and/or edge server 203 of measurement results from sensors. There may also be an open platform communication server 210 (see Figure 3) between the DCS 201 and edge server 203 to further enhance system interoperability.
燃焼ボイラネットワーク280は、好ましくはゲートウェイ290を介して、インターネット200に接続され得る。測定結果は、この状況では、燃焼ボイラネットワーク280から、計算クラウド206内に位置するプロセス知能システム205などのクラウドサービスに転送され得る。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用している。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のクラウドでの記憶のための、仮想化された、容易に規模の拡大縮小が可能な環境である、Microsoft(登録商標)Azure(登録商標)などの仮想化サーバ環境で運用され得る。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好適であり得る。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、またはクラウドコンピューティングサービスに加えて、分析プラットフォームを実行するために、ローカルまたは遠隔サーバを使用することができる。 The combustion boiler network 280 may be connected to the Internet 200, preferably via a gateway 290. Measurement results may, in this situation, be transferred from the combustion boiler network 280 to a cloud service, such as a process intelligence system 205 located in a computational cloud 206. The applicant currently operates a cloud service that runs the analytics platform. The cloud service may be run in a virtualized server environment, such as Microsoft® Azure®, which is a virtualized, easily scalable environment for distributed computing and cloud storage of data. Other cloud computing services may also be suitable for running the analytics platform. Furthermore, a local or remote server may be used to run the analytics platform instead of or in addition to the cloud computing service.
図2は、BFBボイラである燃焼ボイラ10を示している。BFBボイラは、流動床が循環床ではなく気泡床であるという点で、CFBボイラとは異なる。したがって、分離器17、ループシール160、FBHE100、および戻りチャネル102は不要である。 Figure 2 shows a fired boiler 10 that is a BFB boiler. BFB boilers differ from CFB boilers in that the fluidized bed is a bubbling bed rather than a circulating bed. Therefore, the separator 17, loop seal 160, FBHE 100, and return channel 102 are not required.
通常、炉12内、好ましくは炉12の上部に、少なくとも1台の過熱器14がある。過熱器14の入口141は、蒸気ドラムまたは別の過熱器からの入口であり、出口142は、高圧タービンへの出口であることが好ましい。 Typically, there is at least one superheater 14 within the furnace 12, preferably at the top of the furnace 12. The inlet 141 of the superheater 14 is the inlet from a steam drum or another superheater, and the outlet 142 is preferably the outlet to a high-pressure turbine.
図4は、燃焼ボイラの制御方法を示している。
a)燃焼ボイラ10の現在の負荷Qhが、工程K1で監視される(図4に示している方法では、排ガス出口温度TFG,exit、および排ガス流路(垂直通路16)内の伝熱面21iごとの熱負荷Qfluid,iも監視される。
b)数値Qh,candidateが選択され(工程K3)、その後、伝熱面21iにおける熱負荷、およびQh,candidateに対する排ガス温度が計算される。次いで、数値Qh,candidateを使用し、許容条件を満たす(工程K9で試験される)ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して、少なくとも1つの排ガス係数dfiを計算し(工程K7)、数値Qh,candidateを、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxとして選択する(工程K11)。
c)現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh、maxが、(モニタ/画面202上に表示することなどにより)操作者に示され、ならびに/あるいは、現在の負荷Qhが、
c1)計算上のボイラ最大瞬間負荷Qh,maxよりも小さい場合、
c1i)ボイラ負荷Qhが増加する可能性があることを、ボイラ操作者に示し、かつ/もしくは
c1ii)ボイラ負荷Qhを、自動的に増加させ、
ならびに/または
c2)計算上のボイラ最大瞬間負荷Qh,maxよりも大きい場合、
c2i)ボイラ負荷Qhがボイラ最大瞬間負荷を超えていることを、ボイラ操作者に示し、かつ/もしくは
c2ii)ボイラ負荷Qhを、自動的に低減させる。
FIG. 4 shows a method for controlling a combustion boiler.
a) The current load Q h of the combustion boiler 10 is monitored in step K1 (in the method shown in FIG. 4, the exhaust gas outlet temperature T FG,exit and the heat load Q fluid,i per heat transfer surface 21 i in the exhaust gas flow path (vertical passage 16) are also monitored).
b) A value Q h,candidate is selected (step K3), after which the heat load at the heat transfer surface 21 i and the flue gas temperature for Q h,candidate are calculated. The value Q h,candidate is then used to calculate at least one flue gas coefficient df i (step K7) using currently monitored process data including a numerical model of the boiler (tested in step K9) that meets the tolerance conditions, and the value Q h,candidate is selected as the currently calculated maximum instantaneous boiler load Q h,max (step K11).
c) the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max is shown to the operator (such as by displaying on the monitor/screen 202) and/or the current load Q h is
c1) If it is smaller than the calculated maximum instantaneous boiler load Q h,max ,
c1i) indicating to the boiler operator that the boiler load Qh may increase, and/or c1ii) automatically increasing the boiler load Qh ;
and/or c2) is greater than the calculated maximum instantaneous boiler load Q h,max ;
c2i) indicate to the boiler operator that the boiler load Qh exceeds the maximum instantaneous boiler load, and/or c2ii) automatically reduce the boiler load Qh .
工程b)は、燃焼ボイラ10の、炉12と煙突19との間の伝熱面21iに対して実行されることが好ましい。 Step b) is preferably carried out on the heat transfer surface 21 i of the combustion boiler 10 between the furnace 12 and the chimney 19 .
この方法では、現在監視されているボイラのプロセスデータには、a)排ガス流路内の、現在の排ガス出口温度TFG,exit、およびb)排ガス流路(後部煙道16)内の伝熱面21iごとの、熱負荷Qfluid,iが含まれ得る。 In this method, the currently monitored process data of the boiler may include a) the current flue gas exit temperature T FG,exit in the flue gas path, and b) the heat load Q fluid,i for each heat transfer surface 21 i in the flue gas path (rear flue 16 ).
この方法ではさらに、a)とb)との両方からの監視されているプロセスデータが、排ガス係数dfiを計算する際に、また現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxに対する、数値Qh,candidateを発見するときに、使用され得る。 The method further includes using monitored process data from both a) and b) in calculating the exhaust gas coefficients df i and in finding the value Q h,candidate for the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max .
この発見は、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数dfiが許容条件を満たすことができない場合に、次の数値Qh,candidateが自動的に選択されるように実行される。自動選択は、反復して行われることが好ましい。 This discovery is performed such that if at least one flue gas coefficient df i calculated using currently monitored process data including a numerical model of the boiler fails to meet the acceptance criteria, the next value Q h,candidate is automatically selected. The automatic selection is preferably performed iteratively.
この発見は、具体例として、以下の計算工程を実行することにより行われ得る。
- I:ボイラの熱負荷が数値Qh,candidateと一致する場合に計算上のボイラモデルをもたらすボイラ排ガス出口温度Tboiler,exitの推定値を計算する工程。
- II:排ガス質量流量qm,fluegasを計算する工程。
- III:排ガス流路(後部煙道16)内の伝熱面21iごとの熱負荷Qfluid,i,candidateを、数値上のボイラモデル、Qfluid,i,candidate=Qfluid,i,current+Σαj,i(Qh,candidate)j-Σparj,i(Qh,current)jを使用することによって補正される、伝熱面の現在の熱負荷Qfluid,i,currentを使って計算する工程。
- IV:排ガス流路(後部煙道16)内の伝熱面21iごとの、計算された熱負荷Qfluid,i,candidateを使用し、排ガス流路(後部煙道16)内の、排ガス流の上流方向での排ガス出口に最も近い伝熱面21kから、すなわち、ボイラ排ガス出口温度の推定値Tfluegas,out,m=TFG,exitを使用して開始する、各伝熱面での排ガス温度(Tfluegas,in,i、Tfluegas,out,i、i=1、・・・、k)を計算する工程。
- V:排ガス流路(後部煙道16)内の伝熱面21iごとの、排ガス係数dfi、i=1、・・・、kを計算する工程。
This finding can be done, as an example, by performing the following calculation steps:
- I: Step of calculating an estimate of the boiler exhaust gas exit temperature T boiler,exit that results in a calculated boiler model when the boiler thermal load corresponds to the value Q h,candidate .
II: Calculating the exhaust gas mass flow rate q m,fluegas .
III: Calculation of the heat load Q fluid,i,candidate for each heat transfer surface 21 i in the flue gas flow path (rear flue 16) using the current heat load Q fluid,i,current of the heat transfer surface corrected by using the numerical boiler model: Q fluid,i,candidate = Q fluid, i ,current +Σα j,i (Q h,candidate ) j -Σpar j,i (Q h,current ) j .
IV: Using the calculated heat load Q fluid,i,candidate for each heat transfer surface 21 i in the flue gas flow path (rear flue 16), calculate the flue gas temperature at each heat transfer surface (T fluegas,in,i , T fluegas,out,i , i = 1, ..., k) starting from the heat transfer surface 21 k in the flue gas flow path (rear flue 16) that is closest to the flue gas outlet in the upstream direction of the flue gas flow , i.e., using the estimated boiler flue gas outlet temperature T fluegas ,out,m = T FG,exit.
V: Calculation of the flue gas coefficient df i , i=1, . . . , k for each heat transfer surface 21 i in the flue gas flow path (rear flue 16 ).
パラメータ(parj,i)の当てはめは、人間が手動で、または履歴データを利用して、コンピュータによって自動的に行うことができる。パラメータの自動更新は、たとえば月に1回実行されてもよい。AIおよびニューラルネットワークベースのアルゴリズムを、自動更新に利用することができる。 The fitting of the parameters (par j,i ) can be done manually by a human or automatically by a computer using historical data. Automatic updating of the parameters may be performed, for example, once a month. AI and neural network-based algorithms can be used for the automatic updating.
工程II)には、選択された排ガス成分について、排ガス質量流量qm,fluegas,mを計算する工程が含まれ得る。 Step II) may include calculating the exhaust gas mass flow rate q m,fluegas,m for the selected exhaust gas components.
各伝熱面での排ガス温度は、たとえば以下の式で計算することができる。 The exhaust gas temperature at each heat transfer surface can be calculated, for example, using the following formula:
排ガス係数は、以下を含むかまたは以下であることが好ましい。
dfi=ki(qm,fluegas/(ρfluegas,IAcross,i))n
ここで、kiは、具体的には、燃焼ボイラで選択され得る、正の(非ゼロの)数であることが好ましい、所定の非ゼロのパラメータであり、
qm,fluegasは、排ガスの質量流量であり、
nは、(自然数、有理数、実数として、または複素数としてさえ選択され得る)正の数であり、
ρfluegas,iは、i番目の伝熱面21iにおける排ガス温度TFG,in,iから得られる、排ガス密度であり、
Aは、i番目の伝熱面21iにおける、排ガスチャネルの断面積である。
Preferably, the exhaust gas coefficients include or are less than or equal to the following:
df i =k i (q m, fluegas /(ρ fluegas, I A cross, i )) n
where k i is a predetermined non-zero parameter, preferably a positive (non-zero) number, that can be specifically selected for the combustion boiler;
q m,fluegas is the mass flow rate of the exhaust gas;
n is a positive number (which may be chosen as a natural number, a rational number, a real number, or even a complex number);
ρ fluegas,i is the flue gas density obtained from the flue gas temperature T FG,in,i on the i-th heat transfer surface 21 i ;
A is the cross-sectional area of the exhaust gas channel on the i-th heat transfer surface 21 i .
nは、以下のうちの少なくとも1つであるよう選択され得るので有利である。
i)計算された排ガス速度を使用する場合、0.9~1.1の範囲、好ましくは1.0同等もしくは約1.0、
ii)腐食を引き起こす、計算された排ガスを使用する場合、2.9~3.5の範囲、好ましくは3.2~3.35の間、または
iii)圧力損失を使用する場合、1.8~2.2の範囲、好ましくは2.0同等もしくは約2.0。
nの値は、時間の経過と共に変更され得る。nの値は、具体的には、燃焼ボイラ群から判定でき、群は、少なくとも2台の別個の燃焼ボイラ10を含み、したがってこの判定には、燃焼ボイラ10ごとに監視される運用データが使用される。
Advantageously, n may be chosen to be at least one of the following:
i) if a calculated exhaust gas velocity is used, in the range of 0.9 to 1.1, preferably equal to or about 1.0;
ii) when using calculated corrosion-causing exhaust gases, in the range of 2.9 to 3.5, preferably between 3.2 and 3.35; or iii) when using pressure drop, in the range of 1.8 to 2.2, preferably equal to or about 2.0.
The value of n may be changed over time. Specifically, the value of n may be determined from a group of combustion boilers, the group including at least two separate combustion boilers 10, and thus, the determination uses monitored operational data for each combustion boiler 10.
工程I)の計算において、ボイラ負荷に対して選択された任意の数値Qh,candidateの下での、排ガス出口温度TFG,exitの計算値は、以下の式によって推定され得る。
TFG,exit=α0+Σαj(Qh,candidate)j
または、上式の1次、2次、もしくは3次以上の近似式によって推定されることが好ましい。係数α0、α1、α2、・・・は、いくつかの個別のボイラ負荷Qsteamの値に対する、排ガス出口温度TFG,exitの値を測定した後、当てはめによって事前に取得されている。
In the calculation of step I), the calculated value of the flue gas outlet temperature T FG,exit under an arbitrary value Q h,candidate selected for the boiler load can be estimated by the following formula:
T FG, exit = α 0 + Σα j (Q h, candidate ) j
Alternatively, it is preferable that the coefficients α 0 , α 1 , α 2 , ... are estimated by a linear, quadratic, or third or higher order approximation of the above formula. The coefficients α 0 , α 1 , α 2 , ... are obtained in advance by fitting after measuring the values of the exhaust gas outlet temperature T FG,exit for several individual values of the boiler load Q steam.
工程II)において、排ガスの質量流量を判定するために、成分qm,fluegas,mの計算には、m=CO2、H2O、N2、SO2、O2のうちの少なくとも一部、最も好ましくはすべてが含まれることが好ましい。言い換えると、計算の工程IV)では、qm,fluegas,mの値として、qm,fluegas,CO2、qm,fluegas,H20、qm,fluegas,N2、qm,fluegas,SO2、qm,fluegas,O2のうちの一部またはすべてが使用され得る。これらは、排ガス導管18または縦溝19内で測定されることが好ましく、そのために、好適なセンサが排ガス通路内に設置される。工程II)において、成分の値は、燃料パラメータをさらに含むことができる。 In step II), in order to determine the mass flow rate of the exhaust gas, the calculation of the components q m ,fluegas,m preferably includes at least some, most preferably all, of m = CO 2 , H 2 O, N 2 , SO 2 , O 2. In other words, in calculation step IV), some or all of q m,fluegas,CO 2 , q m,fluegas,H 2 O , q m,fluegas,N 2 , q m,fluegas,SO 2 , q m,fluegas,O 2 can be used as the value of q m,fluegas,m. These are preferably measured in the exhaust gas conduit 18 or longitudinal groove 19, for which purpose suitable sensors are installed in the exhaust gas passage. In step II), the values of the components can further include fuel parameters.
排ガス質量流量は、燃料分析(燃料の近似分析および最終分析)、燃焼空気流量、および/またはボイラ質量およびエネルギーバランスの計算による、再循環ガス流量に基づいて計算される、排ガス成分の質量流量qm、fluegas、mの合計の計算に基づき得る。 The exhaust gas mass flow rate may be based on a calculation of the sum of the mass flow rates of the exhaust gas components q m,fluegas,m, which is calculated based on the fuel analysis (proximate and final fuel analysis), combustion air flow rate, and/or recirculation gas flow rate through a boiler mass and energy balance calculation.
排ガスの質量流量は、以下の式で計算され得ることが好ましい。
qm,fluegas=Σqm,fluegas,i
すなわち、たとえば、以下の排ガス質量流量成分CO2、H2O、N2、SO2、およびO2の合計である。
The mass flow rate of the exhaust gas may preferably be calculated by the following formula:
q m,fluegas =Σq m,fluegas,i
That is, for example, the sum of the following exhaust gas mass flow components CO2 , H2O , N2 , SO2 , and O2 .
工程b)は、プロセス知能システム205などにおいて、燃焼ボイラに対して遠隔に実行されてもよい。工程b)は、別法として、燃焼ボイラで、好ましくはエッジサーバ203で、ローカルに実行されてもよい。 Step b) may be performed remotely to the combustion boiler, such as in the process intelligence system 205. Step b) may alternatively be performed locally at the combustion boiler, preferably in the edge server 203.
現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷はいずれも、リアルタイムでの測定によって得られ、フィルタリングによって処理され、平均化、傾向の計算、またはこれらの任意の組合せによって処理され得る。 Any currently monitored process data and/or current load may be obtained by real-time measurement, processed by filtering, averaging, trending, or any combination thereof.
許容条件には、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxを変更する前に、所定の最小変更を必要とする、ヒステリシス条件が含まれ得る。 The permissive conditions may include a hysteresis condition that requires a predetermined minimum change before changing the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max .
許容条件には、計算された少なくとも1つの排ガス係数dfiをそれぞれの最大値dfmax,iと比較することが、含まれることが好ましい。最大値dfmax,iは、事前設定された値であり、ボイラ固有の値であることが好ましい。数値Qh,candidateは、最大値dfmax,iを超える場合に捨てられる。 The acceptance criteria preferably include comparing at least one calculated flue gas coefficient df i to a respective maximum value df max,i , which is preferably a preset, boiler-specific value, and the value Q h,candidate is discarded if it exceeds the maximum value df max,i .
燃焼ボイラ10では、炉12および関連する通路(水平通路15および後部煙道16)が排ガスの流れる通路を画定する。炉12および通路15、16は、排ガスの流れる通路内にいくつかの伝熱面21iを備える。燃焼ボイラ10は、燃焼ボイラの現在の負荷Qhを監視するための測定機器、および現在のプロセスデータを現在監視するための、別の測定機器も備える。 In the combustion boiler 10, the furnace 12 and associated passages (horizontal passage 15 and rear flue 16) define a flue gas passage. The furnace 12 and passages 15, 16 provide several heat transfer surfaces 21 i within the flue gas passage. The combustion boiler 10 also includes a measuring device for monitoring the current load Q h of the combustion boiler, and another measuring device for currently monitoring current process data.
制御システム(DCS201、およびエッジサーバ203、または場合によってはエッジサーバ203の関与の下で、遠隔プロセス知能システム205)は、ボイラ制御方法を実行するよう構成される。 The control system (DCS 201 and edge server 203, or possibly with the involvement of edge server 203, remote process intelligence system 205) is configured to execute the boiler control method.
エッジサーバ203は、現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷の、リアルタイムでの測定結果を処理する、すなわちフィルタリング、平均化、および/または傾向の計算により処理するよう構成され得る。 The edge server 203 may be configured to process real-time measurements of currently monitored process data and/or current load, i.e., by filtering, averaging, and/or calculating trends.
制御システムは、方法の工程b)を実行し、燃焼ボイラ10での、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxをローカルに判定し、かつ/またはデータを、方法の工程b)を実行し、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxを制御システムに返すよう構成される、遠隔の、好ましくはクラウドベースの(計算クラウド206などの)コンピューティングシステム(プロセス知能システム205など)に送信するよう構成され得る。制御システムは、次いで、ディスプレイ/モニタを使用して、方法の工程c)にあるように、情報を表示することなどにより、ボイラ操作者に情報を示すことができる。 The control system may be configured to perform method step b) and locally determine the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max at the fired boiler 10 and/or send the data to a remote, preferably cloud-based (such as the computational cloud 206) computing system (such as the process intelligence system 205) configured to perform method step b) and return the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max to the control system. The control system may then present the information to the boiler operator, such as by displaying the information using a display/monitor, as in method step c).
エッジサーバ203は、遠隔コンピューティングシステムに渡される測定データの量を減らすよう構成され得る。 The edge server 203 may be configured to reduce the amount of measurement data passed to the remote computing system.
燃焼ボイラ計算システムは、燃焼ボイラ10群を備え、各燃焼ボイラ10は、現在監視されているプロセスデータおよび/または現在の負荷の、リアルタイムでの測定結果を処理、すなわちフィルタリング、平均化、および/または傾向の計算により処理し、処理したリアルタイムでの測定結果を遠隔コンピューティングシステムに送信するよう構成される、エッジサーバ(203)システムを備える、ボイラ制御システム(CS:control system)を具備する。遠隔コンピューティングシステムは、リアルタイムでの測定結果から処理されたデータを受信し、燃焼ボイラ10のそれぞれについて、数値ボイラモデルを使用してデータを計算し、ボイラ10のそれぞれに計算結果を返すよう構成される、クラウドベースのコンピューティングシステムであることが好ましい。ボイラ制御システムは、計算結果に基づいて、ボイラ制御システムの機能を適合させるよう構成され得る。 The combustion boiler calculation system includes a group of combustion boilers 10, each of which includes a boiler control system (CS) including an edge server (203) system configured to process, i.e., filter, average, and/or calculate trends, real-time measurements of currently monitored process data and/or current loads and transmit the processed real-time measurements to a remote computing system. The remote computing system is preferably a cloud-based computing system configured to receive processed data from the real-time measurements, calculate data for each of the combustion boilers 10 using a numerical boiler model, and return the calculation results to each of the boilers 10. The boiler control system may be configured to adapt its functionality based on the calculation results.
コンピューティングシステムは、ボイラの数値モデルを含む現在監視されているプロセスデータを使用して計算される少なくとも1つの排ガス係数dfiが許容条件を満たす、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxに対する数値Qh,candidateを発見し、数値Qh,candidateを、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxとして選択するよう構成されることが好ましい。 The computing system is preferably configured to find a value Q h,candidate for the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max for which at least one flue gas coefficient df i calculated using currently monitored process data including a numerical model of the boiler satisfies an acceptance condition, and to select the value Q h ,candidate as the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max .
ボイラ計算システムは、燃焼ボイラ10の処理された測定データを使用して、ボイラの数値モデルを適合または校正するよう構成され得る。ボイラ計算システムは、別法として、または追加的に、他の燃焼ボイラ10からも収集された、処理された測定データを使用して、燃焼ボイラ10の数値モデルを適合または校正するよう構成されてもよい。 The boiler calculation system may be configured to use processed measurement data from the combustion boiler 10 to adapt or calibrate a numerical model of the boiler. Alternatively, or additionally, the boiler calculation system may be configured to use processed measurement data collected from other combustion boilers 10 to adapt or calibrate a numerical model of the combustion boiler 10.
図5は、図4に示される方法の修正形態を示している。工程L1、L3、L7、L9はそれぞれ、工程K1、K3、K9、K11と同じであるが、工程L5では、すべての伝熱面20iについて、排ガス係数dfiを直接計算することができる。すなわち、TFG,in,iを、それぞれの温度センサ21iを使用して測定する場合には、逆算する必要がないため、図5に示している方法では、工程K7を省略することができる。 Figure 5 shows a modification of the method shown in Figure 4. Steps L1, L3, L7 and L9 are the same as steps K1, K3, K9 and K11, respectively, but step L5 allows the direct calculation of the exhaust gas coefficient df i for all heat transfer surfaces 20 i . That is, if T FG,in,i is measured using the respective temperature sensors 21 i , no back-calculation is necessary, and therefore step K7 can be omitted in the method shown in Figure 5.
図6は、工程N1において、数値ボイラモデルへの、使用可能な入力を示している。工程N3では、Qh,maxが、ボイラモデルを使用して数値的に計算され、工程N5では、推定された最大負荷Qh,maxが、特定のユーザインタフェース(UI:user interface)を介して、好ましくはディスプレイ/モニタ202を介して、ボイラ操作者に提示される。 6 shows the available inputs to the numerical boiler model in step N1. In step N3, Q h,max is calculated numerically using the boiler model, and in step N5, the estimated maximum load Q h,max is presented to the boiler operator via a specific user interface (UI), preferably via a display/monitor 202.
図7は、ボイラ瞬間負荷Qh、および計算された現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh、max、ならびに試験期間中に本発明による方法を使用した効果を示している。10日間の試験期間中、120MWthのボイラ出力で、試験期間外より、平均で3~6MWth大きい負荷が得られた。図8は、10日間の試験期間をより詳細に示している。 Figure 7 shows the boiler instantaneous load Qh and the calculated current maximum calculated boiler instantaneous load Qh ,max , as well as the effect of using the method according to the invention during the test period. During the 10-day test period, with a boiler output of 120 MW th , an average load of 3 to 6 MW th was obtained than outside the test period. Figure 8 shows the 10-day test period in more detail.
言い換えると、ボイラ制御方法において、判定された、流動床燃焼ボイラの動作パラメータを使用する、数値モデルを使用して、燃焼ボイラの現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxが推定される。現在のボイラ負荷Qhは、蒸気回路の測定データを使用して計算される。 In other words, in the boiler control method, a numerical model using the determined operating parameters of the fluidized bed combustion boiler is used to estimate the current calculated maximum boiler instantaneous load Q h,max of the combustion boiler. The current boiler load Q h is calculated using measured data of the steam circuit.
次いで、ボイラ負荷Qhが現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷Qh,maxよりも小さい場合、i)ボイラ負荷を増やしてもよいことをボイラ操作者に示し、および/またはii)ボイラ負荷を自動的に増加させる。別法として、または追加的に、ボイラ負荷Qhがボイラ最大瞬間負荷Qh,maxよりも大きい場合、i)ボイラ負荷がボイラ最大瞬間負荷を超えていることをボイラ操作者に示し、および/またはii)ボイラ負荷を自動的に低減させる。 Then, if the boiler load Qh is less than the current calculated maximum boiler instantaneous load Qh ,max , i) an indication is given to the boiler operator that the boiler load may be increased, and/or ii) the boiler load is automatically increased. Alternatively, or additionally, if the boiler load Qh is greater than the boiler maximum instantaneous load Qh,max , i) an indication is given to the boiler operator that the boiler load exceeds the boiler maximum instantaneous load, and/or ii) the boiler load is automatically reduced.
当業者には、技術の進歩に伴い、本発明の基本的な考え方を、多くの手法で実施できることが明らかである。本発明および本発明の実施形態は、したがって、上記で説明した例およびサンプルに限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその法的同等物の内容の範囲内で、変更することができる。 It will be clear to those skilled in the art that, as technology advances, the basic idea of the present invention can be implemented in many different ways. The present invention and its embodiments are therefore not limited to the examples and samples described above, but may vary within the scope of the claims and their legal equivalents.
上記で言及した特定の経験式を使用することに加えて、またはその代わりに、数値モデル計算において、人工知能ツールおよび/またはニューラルネットワークを利用することが可能である。 In addition to, or instead of, using the specific empirical formulas mentioned above, it is possible to utilize artificial intelligence tools and/or neural networks in the numerical model calculations.
以下の特許請求の範囲および本発明の前述の説明において、明示的な言い回しまたは必要な含意のために、文脈上別段の必要がある場合を除き、単語「comprise」または「comprises」もしくは「comprising」などの変形は、包括的な意味で使用される。すなわち、記載された特徴の存在を明示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別の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。 In the following claims and in the foregoing description of the invention, unless the context otherwise requires, either by express wording or necessary implication, the word "comprise" or variations such as "comprises" or "comprising" are used in an inclusive sense, i.e., used to specify the presence of stated features but not to exclude the presence or addition of other features in various embodiments of the invention.
TFG,in,i 熱交換器21i(i=1、2、・・・k)の入口における排ガス温度
TFG,exit 熱交換器21kの出口における排ガス温度
センサ
20 温度センサ(FBHE)
20i 温度センサ(i=1、2、・・・k)
30 ガス体積流量センサ
40 炉内のセンサ
165 圧力センサ(ループシール)
650 燃料供給センサ
10 燃焼ボイラ
12 炉
13 管壁
14 過熱器
15 水平通路
16 後部煙道
17 粒子分離器
18 排ガス導管
19 縦溝
21i 伝熱面(i=1、2、・・・k)
22 燃料供給部
100 流動床式熱交換器(FBHE)
101 FBHE出口
102 戻りチャネル
103 渦ファインダ
141 過熱器入口
142 過熱器出口
151 1次流動化ガス供給部
152 2次流動化ガス供給部
153 流動化ガス供給源
161 再加熱器出力
200 インターネット
201 分散制御システム
202 ディスプレイ/モニタ
203 エッジサーバ
204 ローカル記憶装置
205 プロセス知能システム
206 計算クラウド
210 オープンプラットフォーム通信サーバ
280 燃焼ボイラネットワーク
290 フィールドバス
T FG,in,i: Exhaust gas temperature at the inlet of heat exchanger 21 i (i = 1, 2, ..., k) T FG,exit: Exhaust gas temperature at the outlet of heat exchanger 21 k Sensor 20: Temperature sensor (FBHE)
20 i temperature sensor (i = 1, 2, ... k)
30 Gas volume flow sensor 40 Sensor inside furnace 165 Pressure sensor (loop seal)
650 Fuel supply sensor 10 Combustion boiler 12 Furnace 13 Tube wall 14 Superheater 15 Horizontal passage 16 Rear flue 17 Particle separator 18 Exhaust gas conduit 19 Vertical groove 21 i Heat transfer surface (i = 1, 2, ... k)
22 Fuel supply section 100 Fluidized bed heat exchanger (FBHE)
101 FBHE outlet 102 Return channel 103 Vortex finder 141 Superheater inlet 142 Superheater outlet 151 Primary fluidization gas supply 152 Secondary fluidization gas supply 153 Fluidization gas supply source 161 Reheater output 200 Internet 201 Distributed control system 202 Display/monitor 203 Edge server 204 Local storage device 205 Process intelligence system 206 Computational cloud 210 Open platform communication server 280 Combustion boiler network 290 Fieldbus
Claims (26)
a)燃焼ボイラの現在の負荷であるボイラ負荷(Qh)を監視する工程、
b)現在監視されているプロセスデータを使用して前記燃焼ボイラの数値モデルにより計算される少なくとも1つの排ガス係数(dfi)が許容条件を満たす、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)に対する数値(Qh,candidate)を発見する工程、および前記数値(Qh,candidate)を、前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)として選択する工程、
c)前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh、max)を、操作者に示す工程、ならびに/あるいは、前記ボイラ負荷(Qh)が、
c1)前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)よりも小さい場合に、
c1i)前記ボイラ負荷(Qh)が増加する可能性があることを、前記操作者に示す工程、および/もしくは
c1ii)前記ボイラ負荷(Qh)を、自動的に増加させる工程、
ならびに/または
c2)前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)よりも大きい場合に、
c2i)前記ボイラ負荷(Qh)が前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷を超えていることを、前記操作者に示す工程、および/もしくは
c2ii)前記ボイラ負荷(Qh)を、自動的に低減させる工程
を含む、方法。 A combustion boiler control method, comprising:
a) monitoring the boiler load (Q h ), which is the current load of the combustion boiler;
b) finding a value (Q h,candidate ) for the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ) such that at least one exhaust gas coefficient (df i ) calculated by a numerical model of the combustion boiler using currently monitored process data satisfies an acceptable condition, and selecting said value (Q h,candidate ) as the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max );
c) indicating the current calculated maximum instantaneous boiler load (Q h,max ) to an operator, and/or the boiler load (Q h ) is
c1) If the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ) is smaller than the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ),
c1i) indicating to the operator that the boiler load (Q h ) may increase, and/or c1ii) automatically increasing the boiler load (Q h );
and/or c2) if it is greater than the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ),
c2i) indicating to the operator that the boiler load ( Qh ) exceeds the current calculated maximum instantaneous boiler load; and/or c2ii) automatically reducing the boiler load ( Qh ).
ia)排ガス流路内の現在の排ガス出口温度(Tflue gas,exit,current)と、
ib)前記排ガス流路内の伝熱面(i)ごとの熱負荷(Qfluid,i)と
を含み、さらに
ii)ia)とib)との両方からの監視されているプロセスデータが、前記排ガス係数を計算する際に使用され、前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)に対する前記数値(Qh,candidate)を発見するときに使用される、
請求項1に記載の方法。 i) the currently monitored process data of the combustion boiler,
ia) the current exhaust gas exit temperature in the exhaust gas flow path (T flue gas,exit,current );
ib) the heat load (Q fluid,i ) for each heat transfer surface (i) in the flue gas flow path; and ii) the monitored process data from both ia) and ib) is used in calculating the flue gas coefficients and in finding the value (Q h,candidate ) for the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ).
The method of claim 1.
- I:前記燃焼ボイラの熱負荷が、前記数値(Qh,candidate)と一致する場合に計算上のボイラモデルによりボイラ排ガス出口温度(Tboiler,exit)の推定値を計算する工程、
- II:前記燃焼ボイラの熱負荷が、前記数値(Q h,candidate )と一致する場合にボイラ質量およびエネルギーバランス式を使用して排ガス質量流量(qm,fluegas)を計算する工程、
- III:排ガス流路内の伝熱面ごとの熱負荷(Qfluid,i,candidate)を、(Qfluid,i,candidate=Qfluid,i,current+Σαj,i(Qsteam,max)j-Σαj,i(Qstream,current)j)である数値上のボイラモデルを使用することによって補正される、前記伝熱面の現在の熱負荷(Qfluid,i,current)を使って計算する工程、
- IV:前記排ガス流路内の伝熱面ごとの前記計算された熱負荷(Qfluid,i,candidate)を使用し、前記排ガス流路内の、排ガス流の上流方向でのボイラ排ガス出口に最も近い前記伝熱面21kから、前記ボイラ排ガス出口温度の前記推定値(Tfluegas,out,k=T boiler,exit)を使用して開始する、各伝熱面での排ガス温度(Tfluegas,in,i、Tfluegas,out,i、i=1、・・・、k)を計算する工程、
- V:前記排ガス流路内の伝熱面ごとの排ガス係数(dfi、i=1、・・・、k)を計算する工程
を実行することにより行われる、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 The discovery
I: calculating an estimate of the boiler exhaust gas outlet temperature (T boiler,exit ) using a computational boiler model when the thermal load of the combustion boiler corresponds to the value (Q h,candidate );
- II: Calculating the flue gas mass flow rate (q m,fluegas ) using the boiler mass and energy balance equation when the thermal load of the combustion boiler corresponds to the value (Q h,candidate );
III: calculating the heat load (Q fluid,i,candidate ) of each heat transfer surface in the exhaust gas flow path using the current heat load (Q fluid,i, current ) of said heat transfer surface corrected by using a numerical boiler model ( Q fluid,i,candidate =Q fluid,i, current +Σα j,i (Q steam,max ) j -Σα j,i (Q stream,current ) j );
IV: Using the calculated heat load (Q fluid,i,candidate ) for each heat transfer surface in the flue gas flow path, calculate the flue gas temperature at each heat transfer surface (T fluegas,in,i , T fluegas,out,i , i=1, ..., k ), starting from the heat transfer surface 21 k in the flue gas flow path that is closest to the boiler flue gas outlet in the upstream direction of the flue gas flow, using the estimated value of the boiler flue gas outlet temperature (T fluegas,in,i , T fluegas,out,i , i=1, ..., k);
- V: The method according to any one of claims 1 to 4, carried out by carrying out a step of calculating an exhaust gas coefficient (df i , i = 1, ..., k) for each heat transfer surface in the exhaust gas flow path.
ここで、kiが、具体的には、燃焼ボイラで選択され得る、非ゼロのパラメータであり、
qm,fluegasが、排ガスの質量流量であり、
nが、具体的には、燃焼ボイラで選択され得るモデルパラメータであり、ρfluegas,iが、i番目の伝熱面における排ガス密度であり、Aが、i番目の伝熱面における排ガスチャネルの断面積である、請求項5に記載の方法。 The exhaust gas coefficient includes or is the following formula:
where k i is a non-zero parameter that may be specifically selected for a combustion boiler;
q m,fluegas is the mass flow rate of the exhaust gas;
6. The method according to claim 5 , wherein n is a model parameter that can be selected specifically for a combustion boiler, ρ is the flue gas density at the i-th heat transfer surface, and A is the cross-sectional area of the flue gas channel at the i-th heat transfer surface.
i)計算された排ガス速度を考慮に入れる場合、0.9~1.1の範囲、
ii)計算された排ガスより引き起こされる腐食を考慮に入れる場合、2.9~3.5の範囲、または
iii)圧力損失を考慮に入れる場合、1.8~2.2の範囲
のうちの少なくとも1つであるよう選択される、請求項6に記載の方法。 n is
i) in the range of 0.9 to 1.1 when taking into account the calculated exhaust gas velocity;
ii) in the range of 2.9 to 3.5 when taking into account calculated exhaust gas induced corrosion; or iii) in the range of 1.8 to 2.2 when taking into account pressure loss.
Tboiler,exit=α0+Σαj(Qh,candidate)j
または前記式に対して前記ボイラ排ガス出口温度と前記数値(Q h,candidate )との対応関係を近似することによって推定され、前記それぞれの係数(α0、α1、α2、・・・)が、いくつかの個別のボイラ負荷(Qsteam)の値に対する、ボイラ排ガス出口温度(T boiler,exit)の値を測定した後、前記測定した値に所定の関数を当てはめ、前記当てはめた関数によって事前に取得されている、請求項5~9のいずれか一項に記載の方法。 In the calculation of step I), the boiler exhaust gas outlet temperature is substantially calculated by the formula T boiler,exit = α 0 + Σα j (Q h,candidate ) j
Alternatively, the method according to any one of claims 5 to 9 is estimated by approximating the correspondence between the boiler exhaust gas outlet temperature and the numerical value (Q h,candidate ) to the formula, and the respective coefficients (α 0 , α 1 , α 2 , ...) are obtained in advance by measuring values of the boiler exhaust gas outlet temperature (T boiler ,exit ) for several individual values of the boiler load (Q steam ), and then fitting the measured values to a predetermined function by the fitted function .
請求項1~14のいずれか一項に記載の方法。 wherein the currently monitored process data and/or current load are both obtained by real-time measurement, processed by filtering, processed by averaging, calculating trends, or any combination thereof;
The method according to any one of claims 1 to 14.
- 燃焼ボイラ(10)の現在の負荷(Qh)を監視する、測定機器と、
- 現在のプロセスデータを監視する、センサ(20、20i、30、40、116、165、650)などの別の測定機器と、
- 請求項1~18のいずれか一項に記載のボイラ制御方法を実行するよう構成される、制御システム(CS 201、203、205)と
を具備する、燃焼ボイラ。 a furnace (12) and associated passages (15, 16) defining an exhaust gas flow passage and comprising several heat transfer surfaces (21 i ) located within said exhaust gas flow passage;
a measuring device that monitors the current load (Q h ) of the combustion boiler (10);
- another measuring device, such as a sensor (20, 20 i , 30, 40, 116, 165, 650), that monitors current process data;
- a control system (CS 201, 203, 205) adapted to carry out the boiler control method according to any one of claims 1 to 18.
前記エッジサーバが、前記遠隔コンピューティングシステムに渡されるプロセスデータの量を減らすよう構成される、請求項20に記載の燃焼ボイラ。 the control system is configured to transmit data to a remote computing system configured to perform step b) of the method and return the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ) to the control system;
The combustion boiler of claim 20 , wherein the edge server is configured to reduce the amount of process data passed to the remote computing system.
- リアルタイムでの測定結果から処理されたデータを受信し、前記燃焼ボイラ(10)のそれぞれについて、数値ボイラモデルを使用してデータを計算し、前記燃焼ボイラ(10)のそれぞれに計算結果を返すよう構成される、遠隔コンピューティングシステム(205)
を具備する、燃焼ボイラ計算システムであって、
- 前記ボイラ制御システムが、前記計算結果に基づいて、前記ボイラ制御システムの機能を適合させるよう構成され、前記遠隔コンピューティングシステムが、現在監視されているプロセスデータを使用して前記燃焼ボイラの数値モデルにより計算される少なくとも1つの排ガス係数(dfi)が許容条件を満たす、現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)に対する数値(Qh,candidate)を発見し、前記数値(Qh,candidate)を、前記現在の計算上の最大ボイラ瞬間負荷(Qh,max)として選択するよう構成される、燃焼ボイラ計算システム。 a group of fired boilers (10) according to any one of claims 19 to 22, comprising at least two separate boilers, each boiler comprising a boiler control system (DCS) comprising an edge server (203) system configured to process, i.e. by filtering, averaging and/or calculating trends, said real-time measurements of currently monitored process data and/or current loads and to transmit said processed real-time measurements to a remote computing system (205);
a remote computing system (205) configured to receive processed data from the real-time measurements, calculate the data for each of said combustion boilers (10) using a numerical boiler model, and return the calculation results to each of said combustion boilers (10);
A combustion boiler calculation system comprising:
the boiler control system is configured to adapt the function of the boiler control system based on the calculation results, and the remote computing system is configured to find a value (Q h,candidate ) for a current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ) such that at least one exhaust gas coefficient (df i ) calculated by a numerical model of the fired boiler using currently monitored process data satisfies an acceptance condition, and to select the value (Q h , candidate ) as the current calculated maximum boiler instantaneous load (Q h,max ).
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013072602A (en) | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Miura Co Ltd | Boiler steam amount measuring method, boiler load analyzing method, boiler steam amount measuring apparatus, and boiler load analyzing apparatus |
| JP2013238331A (en) | 2012-05-14 | 2013-11-28 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Operation diagnostic method of circulating fluidized bed boiler and operation diagnostic device |
| US20160091203A1 (en) | 2014-09-26 | 2016-03-31 | General Electric Company | System and method for combustion tuning |
| JP2016053953A (en) | 2014-08-21 | 2016-04-14 | アルストム テクノロジー リミテッドALSTOM Technology Ltd | Apparatus and method for controlling at least one operating parameter of a plant |
| JP2017138011A (en) | 2016-02-01 | 2017-08-10 | 住友重機械工業株式会社 | Combustion control system, and combustion control method |
| JP2021501867A (en) | 2017-09-11 | 2021-01-21 | エネロ ソリューションズ インコーポレイテッド | Dynamic heat generation calculations to improve feedback control of solid fuel-based combustion processes |
| WO2021100760A1 (en) | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 株式会社Ihi | Information processing device |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4805114A (en) * | 1987-04-20 | 1989-02-14 | Westinghouse Electric Corp. | Economical dispatching arrangement for a boiler system having a cogenerative capability |
| EP0731397B1 (en) * | 1994-09-26 | 2001-05-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and system for optimizing plant utility |
| JPH11344218A (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Noritz Corp | Combustion equipment |
| CN101451709B (en) * | 2008-12-31 | 2011-02-02 | 柴庆宣 | Piping-main scheme boiler load coordinating control method |
| CN103225819B (en) * | 2013-04-24 | 2016-02-24 | 广东电网公司电力科学研究院 | Pulverized-coal fired boiler changes the oxygen amount method of adjustment after coal-fired kind and system |
| CN103364212A (en) * | 2013-06-28 | 2013-10-23 | 广东电网公司电力科学研究院 | Variable load combustion characteristic measurement method and system for pulverized coal fired boiler employing bituminous coal as fuel instead |
| US10208947B2 (en) * | 2014-03-26 | 2019-02-19 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Cloud-level analytics for boiler networks |
| CN103968413B (en) * | 2014-03-28 | 2017-01-04 | 广东电网公司电力科学研究院 | The acquisition methods of combustion characteristics under different load after boiler improvement |
| EP3106747A1 (en) | 2015-06-15 | 2016-12-21 | Improbed AB | Control method for the operation of a combustion boiler |
-
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Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013072602A (en) | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Miura Co Ltd | Boiler steam amount measuring method, boiler load analyzing method, boiler steam amount measuring apparatus, and boiler load analyzing apparatus |
| JP2013238331A (en) | 2012-05-14 | 2013-11-28 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Operation diagnostic method of circulating fluidized bed boiler and operation diagnostic device |
| JP2016053953A (en) | 2014-08-21 | 2016-04-14 | アルストム テクノロジー リミテッドALSTOM Technology Ltd | Apparatus and method for controlling at least one operating parameter of a plant |
| US20160091203A1 (en) | 2014-09-26 | 2016-03-31 | General Electric Company | System and method for combustion tuning |
| JP2017138011A (en) | 2016-02-01 | 2017-08-10 | 住友重機械工業株式会社 | Combustion control system, and combustion control method |
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