JP6934220B2 - Combustion control method - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼制御方法に関するものである。 The present invention relates to a combustion control method.
近年、環境問題への関心の高まりにより、より低公害な燃焼を可能とする天然ガスが注目されている。天然ガスは、石油や石炭と比べてC/H比が小さく、1モルの天然ガスを燃焼させたときの二酸化炭素の排出量が少ないことが知られている。また、輸送時に天然ガスを液化する際に、N成分、S成分が除去されるため、燃焼時のNOx、SOxの排出量も少ないことが知られている。 In recent years, due to growing interest in environmental issues, natural gas, which enables lower pollution combustion, has been attracting attention. It is known that natural gas has a smaller C / H ratio than petroleum and coal, and emits less carbon dioxide when 1 mol of natural gas is burned. Further, it is known that the amount of NOx and SOx emitted during combustion is small because the N component and the S component are removed when the natural gas is liquefied during transportation.
天然ガスは、主成分としてメタン、エタンおよびプロパンを含み、その組成比は産地毎に異なる(非特許文献1)。メタン、エタンおよびプロパンは、燃焼させたときの熱量が異なるため、天然ガスの産地が異なれば(組成比が異なれば)、天然ガスの熱量も異なる。 Natural gas contains methane, ethane and propane as main components, and the composition ratio thereof differs depending on the production area (Non-Patent Document 1). Since methane, ethane and propane have different calories when burned, different natural gas producing areas (different composition ratios) have different calories of natural gas.
従来、工場では燃料として天然ガスが用いられている。通常、天然ガスはタンクなどに貯蔵された状態のものが使用される。このとき、タンクごとに異なる産地(異なる組成比)の天然ガスが貯蔵されていることがあった。しかしながら、連続運転している燃焼器に対して異なる組成比の天然ガスを切り替える際、熱量の変化に伴う不具合が生じることが想定される。具体的には、熱量の小さな天然ガスから熱量の大きな天然ガスに切り替える場合、熱量が急激に増加して火炎が長くなることが想定される。また、熱量の大きな天然ガスから熱量の小さな天然ガスに切り替える場合、熱量が急激に減少して失火することが想定される。そこで、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制できる燃焼制御方法が求められていた。 Traditionally, factories have used natural gas as fuel. Normally, natural gas is used in a state of being stored in a tank or the like. At this time, natural gas from different production areas (different composition ratios) was sometimes stored in each tank. However, when switching between natural gases having different composition ratios for a combustor that is continuously operating, it is assumed that a problem will occur due to a change in the amount of heat. Specifically, when switching from a natural gas having a small amount of heat to a natural gas having a large amount of heat, it is assumed that the amount of heat increases sharply and the flame becomes longer. In addition, when switching from natural gas with a large amount of heat to natural gas with a small amount of heat, it is expected that the amount of heat will decrease sharply and misfire will occur. Therefore, there has been a demand for a combustion control method capable of suppressing fluctuations in the amount of heat due to switching of natural gas having a different composition ratio.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制できる燃焼制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a combustion control method capable of suppressing fluctuations in the amount of heat due to switching of natural gas having a different composition ratio.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、連続運転している燃焼器に供給する燃料を、第1の天然ガスから、第1の天然ガスと組成比の異なる第2の天然ガスへ切り替える際に行われる燃焼制御方法であって、切り替え時には、第1の天然ガスと第2の天然ガスとを含む混合ガスが燃焼器に供給され、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度と、に基づいて、切り替え時の単位時間における前記燃焼器に供給された混合ガスの熱量の変化量または前記燃焼器に供給された前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、切り替え時に変化する混合ガスの組成を制御する工程を有する燃焼制御方法を提供する。
本発明の一態様においては、前記対象物の温度とは、前記混合ガスを燃焼させたときの火炎の温度、前記燃焼器の内部の温度、又は前記混合ガスを燃焼させたときの火炎を利用して加熱又は燃焼させたときの温度である。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is to change the fuel supplied to the combustor in continuous operation from the first natural gas to the second natural gas having a composition ratio different from that of the first natural gas. It is a combustion control method performed at the time of switching, and at the time of switching, a mixed gas containing the first natural gas and the second natural gas is supplied to the combustor and calculated from the composition ratio of the first natural gas. Based on the first calorific value, the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas, and the temperature of the object when the mixed gas is burned , the said in the unit time at the time of switching. Of the mixed gas that changes at the time of switching so that the amount of change in the calorific value of the mixed gas supplied to the combustor or the amount of change in the temperature of the object when the mixed gas supplied to the combustor is burned becomes small. Provided is a combustion control method including a step of controlling the composition.
In one aspect of the present invention, the temperature of the object is the temperature of the flame when the mixed gas is burned, the temperature inside the combustor, or the flame when the mixed gas is burned. It is the temperature when it is heated or burned.
本発明の一態様においては、混合ガスの組成を制御する工程では、第1の天然ガスから第2の天然ガスへの切り替え時間を制御することで、変化量が小さくなるように制御する方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, in the step of controlling the composition of the mixed gas, as a method of controlling the amount of change to be small by controlling the switching time from the first natural gas to the second natural gas. May be good.
本発明の一態様においては、切り替え時間が5秒より長い方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, the switching time may be longer than 5 seconds.
本発明の一態様においては、混合ガスの組成を制御する工程では、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスに、さらに所定の熱量を有する調整ガスを混合して混合ガスとすることで、変化量が小さくなるように制御する方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, in the step of controlling the composition of the mixed gas, the first natural gas and the second natural gas are further mixed with a adjusting gas having a predetermined calorific value to obtain a mixed gas. It may be a method of controlling so that the amount of change becomes small.
本発明の一態様においては、調整ガスは、不活性ガス、メタンまたはプロパンである方法としてもよい。 In one aspect of the invention, the conditioning gas may be an inert gas, methane or propane.
本発明の一態様においては、第1の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの密度と、第1の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、第1の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第1近似組成比を算出し、第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの密度と、第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、第2の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第2近似組成比を算出して、第1近似組成比から算出される第1の熱量と、第2近似組成比から算出される第2の熱量と、に基づいて、変化量が小さくなるように調整ガスの混合量を制御する方法としてもよい。 In one aspect of the invention, from the density of the first natural gas, methane, ethane and propane and the calorific value of the first natural gas, methane, ethane and propane, the first natural gas is methane, ethane and Calculate the first approximate composition ratio when approximated as consisting of only three components of propane, the density of the second natural gas, methane, ethane and propane, and the calorific value of the second natural gas, methane, ethane and propane. Therefore, the second approximate composition ratio when the second natural gas is approximated to consist of only three components of methane, ethane and propane is calculated, and the first calorific value calculated from the first approximate composition ratio is calculated. And, based on the second calorific value calculated from the second approximate composition ratio, a method of controlling the mixing amount of the adjusting gas so that the amount of change becomes smaller may be used.
本発明の一態様は、連続運転している燃焼器に供給する燃料を、第1の天然ガスから、第1の天然ガスと組成比の異なる第2の天然ガスへ切り替える際に行われる燃焼制御方法であって、切り替え時には、第1の天然ガスと第2の天然ガスとを含む混合ガスが燃焼器に供給され、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度と、に基づいて、切り替え時の単位時間における前記燃焼器に供給された混合ガスの熱量の変化量または前記燃焼器に供給された混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程を有する燃焼制御方法を提供する。 One aspect of the present invention is combustion control performed when the fuel supplied to the combustor in continuous operation is switched from the first natural gas to the second natural gas having a composition ratio different from that of the first natural gas. In the method, at the time of switching, a mixed gas containing the first natural gas and the second natural gas is supplied to the combustor, and the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas and the first The mixture supplied to the combustor in the unit time at the time of switching based on the second calorific value calculated from the composition ratio of the natural gas 2 and the temperature of the object when the mixed gas is burned. A combustion control method having a step of controlling the amount of natural gas supplied so that the amount of change in the amount of heat of the gas or the amount of change in the temperature of the object when the mixed gas supplied to the combustor is burned becomes small. offer.
本発明の一態様においては、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスは、経時的な組成変化を伴い、第1の熱量として、経時的な組成変化から予測される切り替え時の第1の天然ガスの組成比から算出した値を用い、第2の熱量として、経時的な組成変化から予測される切り替え時の第2の天然ガスの組成比から算出した値を用いる方法としてもよい。 In one aspect of the present invention, the first natural gas and the second natural gas are accompanied by a change in composition over time, and as a first calorific value, the first natural gas at the time of switching predicted from the change in composition over time. A method may be used in which a value calculated from the composition ratio of natural gas is used and a value calculated from the composition ratio of the second natural gas at the time of switching predicted from a change in composition over time is used as the second calorific value.
本発明の一態様によれば、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制できる燃焼制御方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a combustion control method capable of suppressing fluctuations in the amount of heat associated with switching of natural gas having different composition ratios.
[第1実施形態]
本実施形態は、燃料として供給される天然ガスの切替時での組成変化に着目し、天然ガスの熱量を制御しようとするものである。通常、天然ガスは、液化されてタンクなどに貯蔵された状態のものが使用される。このとき、タンクごとに異なる産地(異なる組成比)の天然ガスが貯蔵されていることがあった。しかしながら、連続運転している燃焼器に対して異なる組成比の天然ガスを切り替える際、熱量の変化に伴う不具合が生じることが想定される。このように異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を模式的に表したグラフを図1に示す。なお、連続運転している燃焼器に対して異なる組成比の天然ガスを切り替える際、天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化に伴う不具合が生じることもあるが、ここでの説明は省略し、熱量の変化に伴う不具合についてのみ説明する。
[First Embodiment]
The present embodiment focuses on the composition change at the time of switching the natural gas supplied as fuel, and attempts to control the calorific value of the natural gas. Normally, natural gas is liquefied and stored in a tank or the like. At this time, natural gas from different production areas (different composition ratios) was sometimes stored in each tank. However, when switching between natural gases having different composition ratios for a combustor that is continuously operating, it is assumed that a problem will occur due to a change in the amount of heat. FIG. 1 shows a graph schematically showing the fluctuation of the amount of heat due to the switching of natural gas having different composition ratios. In addition, when switching natural gas with a different composition ratio to a combustor that is continuously operating, problems may occur due to changes in the temperature of the object when the natural gas is burned. Is omitted, and only the problems associated with changes in the amount of heat will be described.
異なる組成比の天然ガスの切替について図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施形態における異なる組成比の天然ガスの切替に伴うオーバーシュートを模式的に表したグラフである。図2は、本実施形態における異なる組成比の天然ガスの切替に伴うアンダーシュートを模式的に表したグラフである。 Switching between natural gases having different composition ratios will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a graph schematically showing an overshoot associated with switching of natural gas having a different composition ratio in the present embodiment. FIG. 2 is a graph schematically showing an undershoot associated with switching of natural gas having a different composition ratio in the present embodiment.
図1および図2では、横軸に時間、縦軸に天然ガスの組成比に基づいて算出される温度を示している。ここでの温度は、天然ガスを燃焼させたときの火炎の温度を意味する。図1および図2に示すように、時間t0からt1の間は平均温度がTAの天然ガスAが供給される。一方で、時間t2からt3の間は平均温度がTBの天然ガスBが供給される。天然ガスAから天然ガスBに切り替え時には、時間t1からt2の間、第1の天然ガスと第2の天然ガスとを含む混合ガスが燃焼器に供給される。 In FIGS. 1 and 2, the horizontal axis shows time and the vertical axis shows the temperature calculated based on the composition ratio of natural gas. The temperature here means the temperature of the flame when the natural gas is burned. As shown in FIGS. 1 and 2, between the time t 0 of t 1 is the average temperature of natural gas A of T A are supplied. On the other hand, between t 3 from the time t 2 is the average temperature of natural gas B of T B is supplied. In switching to the natural gas B from natural gas A, between time t 1 of t 2, a gas mixture containing first and natural gas and the second natural gas is supplied to the combustor.
図1に示すように、温度TA<TBとき、天然ガスAは、天然ガスBと比べて組成比から算出される熱量が低い。このとき、切り替え時の単位時間における混合ガス(天然ガスA+天然ガスB)の熱量の変化量が大きいほど、温度TBよりも温度が大きくなることがある。このような現象のことを、一般にオーバーシュートという。 As shown in FIG. 1, when the temperature T A <T B, natural gas A is the amount of heat is calculated from the composition ratio as compared to natural gas B is low. In this case, the larger the amount of change in the heat of the mixed gas per unit time at the time of switching (Natural Gas A + Natural gas B), there is the temperature is greater than the temperature T B. Such a phenomenon is generally called an overshoot.
一方、図2に示すように、温度TA>TBとき、天然ガスAは、天然ガスBと比べて組成比から算出される熱量が高い。このとき、切り替え時の単位時間における混合ガスの熱量の変化量が大きいほど、温度TBよりも温度が小さくなることがある。このような現象のことを、一般にアンダーシュートという。 On the other hand, as shown in FIG. 2, when the temperature T A> T B, natural gas A is the amount of heat is calculated from the composition ratio as compared to natural gas B is high. In this case, the larger the amount of change in the heat of the mixed gas per unit time during the switching, there is a temperature smaller than the temperature T B. Such a phenomenon is generally called undershoot.
そこで、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制できる燃焼制御方法が求められていた。 Therefore, there has been a demand for a combustion control method capable of suppressing fluctuations in the amount of heat due to switching of natural gas having a different composition ratio.
以下、本実施形態の燃焼制御方法について説明する。
本実施形態の燃焼制御方法は、連続運転している燃焼器に供給する燃料を、第1の天然ガスから、第1の天然ガスと組成比の異なる第2の天然ガスへ切り替える際に行われるものである。
Hereinafter, the combustion control method of the present embodiment will be described.
The combustion control method of the present embodiment is performed when the fuel supplied to the combustor in continuous operation is switched from the first natural gas to the second natural gas having a composition ratio different from that of the first natural gas. It is a thing.
以下の説明において、図1および図2における天然ガスAを第1の天然ガス、天然ガスBを第2の天然ガスとする。本実施形態の燃焼制御方法は、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、に基づいて、切り替え時の単位時間における混合ガスの熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、切り替え時に変化する混合ガスの組成を制御する工程を有する。 In the following description, the natural gas A in FIGS. 1 and 2 will be referred to as a first natural gas, and the natural gas B will be referred to as a second natural gas. The combustion control method of the present embodiment switches based on a first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas and a second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas. It has a step of controlling the composition of the mixed gas that changes at the time of switching so that the amount of change in the calorific value of the mixed gas or the amount of change in the temperature of the object when the natural gas is burned in a unit time of time becomes small.
本発明者らが検討を重ねた結果、混合ガスの熱量の変化量が5秒間あたり3MJ/m3以上であると、オーバーシュートまたはアンダーシュートしやすいことがわかった。そのため、混合ガスの熱量の変化量が5秒間あたり3MJ/m3未満になるように制御することが好ましい。 As a result of repeated studies by the present inventors, it was found that when the amount of change in the calorific value of the mixed gas is 3 MJ / m 3 or more per 5 seconds, overshoot or undershoot is likely to occur. Therefore, it is preferable to control the amount of change in the calorific value of the mixed gas to be less than 3 MJ / m 3 per 5 seconds.
また、本実施形態において「対象物の温度」は、天然ガスを燃焼させたときの火炎の温度であってもよいし、燃焼器の内部の温度であってもよいし、天然ガスを燃焼させたときの火炎を利用して加熱または燃焼させるものであってもよい。 Further, in the present embodiment, the "object temperature" may be the temperature of the flame when the natural gas is burned, the temperature inside the combustor, or the natural gas is burned. It may be heated or burned by utilizing the flame at that time.
なお、以下では、燃焼器に供給される熱量の変化量が小さくなるように、切り替え時に変化する混合ガスの組成を制御することについて説明する。 In the following, it will be described that the composition of the mixed gas that changes at the time of switching is controlled so that the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor becomes small.
(1)切り替え時間
混合ガスの組成を制御する工程では、第1の天然ガスから第2の天然ガスへの切り替え時間を制御することで、変化量が小さくなるように制御してもよい。本実施形態では、切り替え時間(図1または図2のt2−t1)が5秒より長いこととしてもよい。切り替え時間は、5秒以上が好ましく、10秒以上がより好ましく、20秒以上がさらに好ましく、それ以上であってもよい。これにより、切り替え時間を十分増大させることができるので、切り替え時の単位時間における混合ガスの熱量の変化量を十分に小さくすることができる。
(1) Switching time In the step of controlling the composition of the mixed gas, the change amount may be controlled to be small by controlling the switching time from the first natural gas to the second natural gas. In the present embodiment, the switching time (t 2- t 1 in FIG. 1 or FIG. 2) may be longer than 5 seconds. The switching time is preferably 5 seconds or longer, more preferably 10 seconds or longer, further preferably 20 seconds or longer, and may be longer. As a result, the switching time can be sufficiently increased, so that the amount of change in the calorific value of the mixed gas in the unit time at the time of switching can be sufficiently reduced.
(2)調整ガスの混合量
また、別の方法としては、混合ガスの組成を制御する工程では、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスに、さらに所定の熱量を有する調整ガスを混合して混合ガスとすることで、変化量が小さくなるように制御してもよい。この方法は、単独で行ってもよいし、他の2つ以上の方法と適宜組み合わせて行ってもよい。
(2) Mixing amount of adjusting gas Alternatively, in the step of controlling the composition of the mixed gas, the adjusting gas having a predetermined calorific value is further mixed with the first natural gas and the second natural gas. By using a mixed gas, the amount of change may be controlled to be small. This method may be performed alone or in combination with two or more other methods as appropriate.
所定の熱量を有する調整ガスとしては、例えばメタンまたはプロパンが挙げられる。なお、本実施形態において、所定の熱量を有する調整ガスとしては、所定の熱量は0MJ/m3である不活性ガスを含んでもよい。 Examples of the adjusting gas having a predetermined calorific value include methane and propane. In the present embodiment, the adjusting gas having a predetermined calorific value may include an inert gas having a predetermined calorific value of 0 MJ / m 3.
一般に、天然ガスは、主成分としてメタン、エタンおよびプロパンを含んでいる。また、メタン、エタンおよびプロパンは、熱量がそれぞれ異なる。燃焼させたときに得られる熱量は、メタンが最も低く、エタン、プロパンの順に熱量が高くなることが知られている。天然ガスに含まれる上記3成分以外の成分は微量であることから、上記3成分の組成比を変えることにより、混合ガスの熱量を調整することが可能である。 In general, natural gas contains methane, ethane and propane as main components. In addition, methane, ethane and propane have different calories. It is known that methane has the lowest calorific value when burned, and ethane and propane have the highest calorific value in that order. Since the amount of components other than the above three components contained in the natural gas is very small, it is possible to adjust the calorific value of the mixed gas by changing the composition ratio of the above three components.
調整ガスの選択について具体例を挙げて説明する。
例えば、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量が、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と比べて大きい場合、調整ガスとして窒素ガスなどの不活性ガスまたはメタンが好ましく用いられる。
The selection of the adjusting gas will be described with a specific example.
For example, when the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas is larger than the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas, an inert gas such as nitrogen gas is not used as the adjusting gas. Active gas or methane is preferably used.
不活性ガスを用いる場合、その熱量は0MJ/m3であるため、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスよりも熱量が小さい。一方、メタンを用いる場合、その熱量は、エタンやプロパンのようにメタンよりも熱量の大きい成分を含む第1の天然ガスおよび第2の天然ガスと比べて小さい。したがって、不活性ガスまたはメタンを用いることで、混合ガスの熱量の変化量を小さくすることができる。 When an inert gas is used, its calorific value is 0 MJ / m 3 , so that the calorific value is smaller than that of the first natural gas and the second natural gas. On the other hand, when methane is used, its calorific value is smaller than that of the first natural gas and the second natural gas containing a component having a calorific value larger than that of methane, such as ethane and propane. Therefore, by using the inert gas or methane, the amount of change in the calorific value of the mixed gas can be reduced.
一方、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量が、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と比べて小さい場合、調整ガスとしてプロパンが好ましく用いられる。 On the other hand, when the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas is smaller than the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas, propane is preferably used as the adjusting gas. ..
プロパンを用いる場合、その熱量は、メタンやエタンのようにプロパンよりも熱量の小さい成分を含む第1の天然ガスおよび第2の天然ガスと比べて大きい。したがって、プロパンを用いることで、混合ガスの熱量の変化量を小さくすることができる。 When propane is used, its calorific value is larger than that of the first natural gas and the second natural gas containing components having a calorific value smaller than that of propane, such as methane and ethane. Therefore, by using propane, the amount of change in the calorific value of the mixed gas can be reduced.
(3)近似組成比
本実施形態では、熱量を算出する際に用いる天然ガスの組成比について、分析の結果明らかになる真の組成比を用いてもよいが、近似値を用いてもよい。本発明者らの検討により、天然ガスが、メタン、エタン、プロパンの3成分からなると仮定し、天然ガスに微量含まれるブタンやペンタンについては捨象して天然ガスの組成を近似しても、熱量を計算するにあたっては不具合が生じないことが分かった。
(3) Approximate composition ratio In the present embodiment, for the composition ratio of natural gas used when calculating the calorific value, the true composition ratio clarified as a result of analysis may be used, but an approximate value may be used. According to the study by the present inventors, it is assumed that the natural gas is composed of three components, methane, ethane, and propane, and even if the butane and pentane contained in a trace amount in the natural gas are discarded and the composition of the natural gas is approximated, the calorific value is obtained. It was found that there was no problem in calculating.
ここで、天然ガスの組成比について、上記3成分のみ考慮した場合と、他の成分を含めた全成分を考量した場合とで、燃焼特性に差が生じるのか検証した。具体的には、公知のソフトウェアを用いて、一般的な天然ガスと、上記3成分の合計を1としたとき、当該天然ガスの上記3成分の割合になるように換算した模擬天然ガスとをそれぞれ計算し、燃焼特性を比較した。その結果、一般的な天然ガスと模擬天然ガスとの間で燃焼特性にほとんど差は見られなかった。 Here, regarding the composition ratio of natural gas, it was verified whether there is a difference in combustion characteristics between the case where only the above three components are considered and the case where all the components including other components are considered. Specifically, using known software, a general natural gas and a simulated natural gas converted so as to be the ratio of the above three components of the natural gas when the total of the above three components is 1. Each was calculated and the combustion characteristics were compared. As a result, there was almost no difference in combustion characteristics between general natural gas and simulated natural gas.
公知のソフトウェアとしては、例えば、株式会社菱化システムが販売している詳細化学反応解析支援ソフトウェア「CHEMKIN−PRO」などが挙げられる。計算モデルには、例えば予混合よどみ流火炎モデルを採用し、ガス流量0.8m/秒、温度298.15K、圧力101.325kPa、当量比0.7の条件で計算することができる。なお、当量比とは、実際の燃料および空気の体積比を、理論混合比における燃料および空気の体積比で除した値を指す。 Examples of known software include detailed chemical reaction analysis support software "CHEMKIN-PRO" sold by Ryoka System Co., Ltd. For example, a premixed stagnation flow flame model is adopted as the calculation model, and the calculation can be performed under the conditions of a gas flow rate of 0.8 m / sec, a temperature of 298.15 K, a pressure of 101.325 kPa, and an equivalent ratio of 0.7. The equivalent ratio refers to a value obtained by dividing the actual volume ratio of fuel and air by the volume ratio of fuel and air in the theoretical mixing ratio.
本実施形態では、第1の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第1近似組成比を用いて制御してもよい。同様に、第2の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第2近似組成比を用いて制御してもよい。そして、第1近似組成比から算出される前記第1の熱量と、前記第2近似組成比から算出される前記第2の熱量と、に基づいて、混合ガスの熱量の変化量または前記天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、(1)天然ガスの切り替え時間や、(2)調整ガスの混合量を制御することができる。 In the present embodiment, the first approximate composition ratio when the first natural gas is approximated to consist of only three components of methane, ethane and propane may be used for control. Similarly, the second approximate composition ratio when the second natural gas is approximated to consist of only three components of methane, ethane and propane may be used for control. Then, based on the first calorific value calculated from the first approximate composition ratio and the second calorific value calculated from the second approximate composition ratio, the amount of change in the calorific value of the mixed gas or the natural gas. It is possible to control (1) the switching time of natural gas and (2) the mixing amount of the adjusted gas so that the amount of change in the temperature of the object when the gas is burned becomes small.
具体的には、第1の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの密度と、第1の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、第1の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第1近似組成比を算出する。同様に、第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの密度と、第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、第2の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第2近似組成比を算出する。第1近似組成比および第2近似組成式は、次の式(S1)〜(S3)の連立式に基づいて算出することができる。 Specifically, from the density of the first natural gas, methane, ethane and propane and the calorific value of the first natural gas, methane, ethane and propane, the first natural gas is 3 of methane, ethane and propane. The first approximate composition ratio when approximated as consisting only of components is calculated. Similarly, from the density of the second natural gas, methane, ethane and propane, and the calorific value of the second natural gas, methane, ethane and propane, the second natural gas has only three components, methane, ethane and propane. The second approximate composition ratio when approximated as consisting of is calculated. The first approximate composition ratio and the second approximate composition formula can be calculated based on the simultaneous formulas of the following formulas (S1) to (S3).
ρf=ρ1R1+ρ2R2+ρ3R3 (S1)
〔式(S1)中、ρ1〜ρ3は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの比重を表し、ρfは、混合ガスが、上記3成分のみからなるとして近似したときの混合ガスの熱量を表す。また、R1〜R3は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの近似組成比を表す。〕
ρ f = ρ 1 R 1 + ρ 2 R 2 + ρ 3 R 3 (S1)
[In the formula (S1), ρ 1 to ρ 3 represent the specific densities of methane, ethane and propane in this order, respectively, and ρ f is the mixed gas when the mixed gas is approximated as consisting of only the above three components. Represents the amount of heat. Further, R 1 to R 3 represent approximate composition ratios of methane, ethane and propane in this order, respectively. ]
Qf=Q1R1+Q2R2+Q3R3 (S2)
〔式(S2)中、Q1〜Q3は、それぞれ、この順にメタン、エタンおよびプロパンの熱量を表し、Qfは、混合ガスが、上記3成分のみからなるとして近似したときの混合ガスの熱量を表す。また、R1〜R3は上記と同様である。〕
Q f = Q 1 R 1 + Q 2 R 2 + Q 3 R 3 (S2)
Wherein (S2), Q 1 ~Q 3 each represent the amount of heat of the order of methane, ethane and propane, Q f is the gas mixture, the gas mixture when the approximated as consisting of only the three components Represents the amount of heat. Further, R 1 to R 3 are the same as described above. ]
R1+R2+R3=1 (S3)
〔式(S3)中、R1〜R3は上記と同様である。〕
R 1 + R 2 + R 3 = 1 (S3)
[In the formula (S3), R 1 to R 3 are the same as described above. ]
なお、天然ガスの密度(比重)は、燃焼器(例えば、バーナー)の上流において、ガス密度計を用いて測定される。ガス密度計としては、従来公知のものを用いることが可能であり、例えば横河電機株式会社製の「GD400」を使用することができる。なお、本明細書において、燃焼器の上流とは、タンクの出口から燃焼器の出口までの間を指す。天然ガスの測定のしやすさから、具体的に燃焼器の上流とは、タンクの出口または燃焼器の入口であることが好ましい。 The density (specific gravity) of natural gas is measured upstream of a combustor (for example, a burner) using a gas densitometer. As the gas density meter, a conventionally known one can be used, and for example, "GD400" manufactured by Yokogawa Electric Corporation can be used. In the present specification, the upstream of the combustor refers to the area from the outlet of the tank to the outlet of the combustor. From the viewpoint of ease of measurement of natural gas, it is preferable that the upstream of the combustor is the outlet of the tank or the inlet of the combustor.
以上のように、メタン、エタン、プロパンのみからなる近似組成比を用いると、注目する天然ガスの成分の数が少なくて済むので、天然ガスの熱量の制御が容易となる。 As described above, when the approximate composition ratio consisting of only methane, ethane, and propane is used, the number of components of the natural gas of interest can be reduced, so that the calorific value of the natural gas can be easily controlled.
(4)経時的な組成変化
ここで、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスは、経時的な組成変化を伴うことがあった。図3は、本実施形態における天然ガスの経時的な組成変化に伴う熱量の変動を模式的に表したグラフである。液化天然ガスをタンクに保管する場合、通常、タンク内で機械的な撹拌を行わないため、タンクの上部では比重が比較的小さいメタンが多く存在しやすく、下部では比重が比較的大きいプロパンが多く存在しやすくなっている。このような現象は、タンク内の液化天然ガスの量が少なくなり、液化天然ガスの一部が気化する際に顕著に確認される。
(4) Changes in composition over time Here, the first natural gas and the second natural gas may be accompanied by changes in composition over time. FIG. 3 is a graph schematically showing the change in the amount of heat due to the change in the composition of the natural gas over time in the present embodiment. When liquefied natural gas is stored in a tank, since mechanical agitation is not normally performed in the tank, a large amount of methane having a relatively low specific density tends to be present in the upper part of the tank, and a large amount of propane having a relatively large specific density tends to be present in the lower part. It is easier to exist. Such a phenomenon is remarkably confirmed when the amount of liquefied natural gas in the tank is reduced and a part of the liquefied natural gas is vaporized.
このようなタンクから天然ガスを流出させる際、比重が比較的大きいプロパンが流出しやすく、比重が比較的小さいメタンが残存しやすい。したがって、切り替え直前のタンクから流出する天然ガスは、天然ガスの平均組成よりもメタンの比率が大きくなっていることが予想される。一方で、切り替え直後のタンクから流出する天然ガスは、天然ガスの平均組成よりもプロパンの比率が大きくなっていることが予想される。 When natural gas is discharged from such a tank, propane having a relatively large specific density tends to flow out, and methane having a relatively small specific density tends to remain. Therefore, it is expected that the natural gas flowing out of the tank immediately before switching has a larger proportion of methane than the average composition of the natural gas. On the other hand, the natural gas flowing out of the tank immediately after switching is expected to have a larger proportion of propane than the average composition of natural gas.
このような場合、切り替え直前の天然ガスは、メタンの比率が大きいので、その熱量は天然ガスの平均熱量よりも低くなっている。そのため、図3に示すように、切り替え直前(時間t1直前)では、平均温度がTAの天然ガスAを供給しているにもかかわらず、温度がTAよりも低いTcとなることが予想される。 In such a case, the natural gas immediately before switching has a large proportion of methane, so that the calorific value is lower than the average calorific value of the natural gas. Therefore, as shown in FIG. 3, the immediately preceding (time t 1 immediately before) switching, despite the average temperature is supplying natural gas A of T A, be a lower T c than temperature T A Is expected.
一方で、切り替え直後の天然ガスはプロパンの比率が大きいので、その熱量は天然ガスの平均熱量よりも低くなっている。そのため、図3に示すように、切り替え直後(時間t2直後)では、平均温度がTBの天然ガスBを供給しているにもかかわらず、温度がTBよりも高いTDとなることが予想される。 On the other hand, since the ratio of propane in the natural gas immediately after switching is large, the calorific value is lower than the average calorific value of the natural gas. Therefore, as shown in FIG. 3, the immediately after the switching (time t 2 after), despite the average temperature is supplying natural gas B of T B, the temperature is higher T D than T B Is expected.
このように、燃焼器に供給する天然ガスは、経時的な組成変化を伴うことがあった。また、このような継時的な組成変化に起因して、時間t1から時間t2の間に変化する温度幅が拡大し、オーバーシュートの幅が増加することが想定される。 As described above, the natural gas supplied to the combustor may be accompanied by a change in composition over time. Further, it is assumed that the temperature range that changes between the time t 1 and the time t 2 expands due to such a change in composition over time, and the width of the overshoot increases.
したがって、経時的な組成変化から予測される切り替え時の第1の天然ガスの組成比および経時的な組成変化から予測される切り替え時の第2の天然ガスの組成比を用いることにより、より正確に異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制することができる。 Therefore, by using the composition ratio of the first natural gas at the time of switching predicted from the composition change over time and the composition ratio of the second natural gas at the time of switching predicted from the composition change over time, it is more accurate. It is possible to suppress fluctuations in the amount of heat associated with switching natural gas with different composition ratios.
このような事情を顧みて、本実施形態では、第1の熱量として、経時的な組成変化から予測される切り替え時の第1の天然ガスの組成比から算出した値を用い、第2の熱量として、経時的な組成変化から予測される切り替え時の第2の天然ガスの組成比から算出した値を用いることとしてもよい。予測方法としては、特に制限されるものではないが、例えば短期予測法などを用いることができる。 In view of these circumstances, in the present embodiment, as the first calorific value, a value calculated from the composition ratio of the first natural gas at the time of switching predicted from the composition change over time is used, and the second calorific value is used. As a result, a value calculated from the composition ratio of the second natural gas at the time of switching predicted from the composition change over time may be used. The prediction method is not particularly limited, but for example, a short-term prediction method or the like can be used.
また、本実施形態では、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスの周期的な組成変化をさらに考慮して、第1の天然ガスおよび第2の天然ガスの組成比を近似してもよい。 Further, in the present embodiment, the composition ratios of the first natural gas and the second natural gas may be approximated by further considering the periodic composition changes of the first natural gas and the second natural gas. ..
ここで、短期予測法とは、タンクから供給される天然ガスの組成比についての過去の測定値に基づいて、未来の予測値を得る方法を指す。例えば、図1において時間t1までの組成変化を測定したデータがあるとする。このような測定データは、ある程度の周期的な変化は含んでいるとしても、完全には周期的なデータとはなっていない。そこで、このような測定データについてカオス理論に基づいた軌道平行測度法(TPM:Trajectory Parallel Measure)により、時間t1以降の近い将来の組成変化を予測することとしてもよい。 Here, the short-term prediction method refers to a method of obtaining a future prediction value based on a past measurement value of a composition ratio of natural gas supplied from a tank. For example, it is assumed that there is a data obtained by measuring the composition change up to the time t 1 in FIG. 1. Such measurement data is not completely periodic data, even if it contains some periodic changes. Therefore, such a measurement trajectory parallel measure method based on chaos theory on the data: the (TPM Trajectory Parallel Measure), it is also possible to predict the future composition change near time t 1 later.
また、上述のような測定データに基づいて、周期回帰分析やスペクトル解析を行うことにより測定データの周期回帰曲線を求め、得られる周期回帰曲線の周期に基づいて、近い将来(例えば時間tB)の組成変化を予測することとしてもよい。 Further, the periodic regression curve of the measurement data is obtained by performing periodic regression analysis or spectrum analysis based on the above-mentioned measurement data, and based on the period of the obtained periodic regression curve, in the near future (for example, time t B ). It may be possible to predict the composition change of.
その他、天然ガスの組成比の測定データに基づいて、天然ガスの組成比変化の周期性を近似する解析方法であれば、種々の統計的手法を用いることができる。 In addition, various statistical methods can be used as long as it is an analysis method that approximates the periodicity of the change in the composition ratio of natural gas based on the measurement data of the composition ratio of natural gas.
以上のような方法によれば、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制することができる。 According to the above method, it is possible to suppress fluctuations in the amount of heat due to switching of natural gas having different composition ratios.
[第2実施形態]
以下、第2実施形態の燃焼制御方法について説明する。
第2実施形態は、図1および図2における天然ガスAを第1の天然ガス、天然ガスBを第2の天然ガスとする点で第1実施形態と共通している。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the combustion control method of the second embodiment will be described.
The second embodiment is common to the first embodiment in that the natural gas A in FIGS. 1 and 2 is the first natural gas and the natural gas B is the second natural gas.
本実施形態では、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、に基づいて、切り替え時の単位時間における混合ガスの熱量の変化量または天然ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程を有する。 In the present embodiment, the unit time at the time of switching is based on the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas and the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas. It has a step of controlling the supply amount of natural gas so that the amount of change in the calorific value of the mixed gas in the above or the amount of change in the temperature of the object when the natural gas is burned becomes small.
ここでは、第1の熱量および第2の熱量の説明は省略し、燃焼器に供給される熱量の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御する工程について具体例を挙げて説明する。なお、以下では、燃焼器に供給される熱量の変化量が小さくなるように、天然ガスの供給量を制御することについて説明する。 Here, the description of the first calorific value and the second calorific value is omitted, and the process of controlling the supply amount of natural gas so as to reduce the change amount of the calorific value supplied to the combustor will be described by giving a specific example. do. In the following, it will be described that the amount of natural gas supplied is controlled so that the amount of change in the amount of heat supplied to the combustor becomes small.
例えば、当量比が1より小さい場合であって、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量が、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と比べて大きい場合、天然ガスの供給量を減少させる。これにより、第2の天然ガスの総熱量が減少する。そのため、図1に示すグラフのTB−TAの値が小さくなり、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動が抑えられる。 For example, when the equivalent ratio is less than 1, the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas is compared with the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas. If it is large, the supply of natural gas will be reduced. This reduces the total calorific value of the second natural gas. Therefore, the value of T B -T A of the graph shown in FIG. 1 becomes smaller, the variation of the amount of heat due to switching of natural gas having a different composition ratio can be suppressed.
一方、当量比が1より小さい場合であって、第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量が、第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と比べて小さい場合、天然ガスの供給量を増加させる。これにより、第2の天然ガスの総熱量が増加する。そのため、図2に示すグラフのTA−TBの値が小さくなり、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動が抑えられる。 On the other hand, when the equivalent ratio is smaller than 1, the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas is compared with the first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas. If smaller, increase the supply of natural gas. This increases the total calorific value of the second natural gas. Therefore, the value of T A -T B of the graph shown in FIG. 2 is reduced, variation in the amount of heat due to switching of natural gas having a different composition ratio can be suppressed.
以上のような方法によれば、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、異なる組成比の天然ガスの切替に伴う熱量の変動を抑制することができる。 According to the above method, in the second embodiment as well as in the first embodiment, it is possible to suppress the fluctuation of the amount of heat due to the switching of the natural gas having a different composition ratio.
Claims (9)
切り替え時には、前記第1の天然ガスと前記第2の天然ガスとを含む混合ガスが前記燃焼器に供給され、
前記第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、前記第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度と、に基づいて、切り替え時の単位時間における前記燃焼器に供給された前記混合ガスの熱量の変化量または前記燃焼器に供給された前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、切り替え時に変化する前記混合ガスの組成を制御する工程を有する燃焼制御方法。 It is a combustion control method performed when switching the fuel supplied to the combustor in continuous operation from the first natural gas to the second natural gas having a composition ratio different from that of the first natural gas.
At the time of switching, a mixed gas containing the first natural gas and the second natural gas is supplied to the combustor.
The first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas, the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas, and the object when the mixed gas is burned. Based on the temperature and the amount of change in the amount of heat of the mixed gas supplied to the combustor or the temperature of the object when the mixed gas supplied to the combustor is burned in a unit time at the time of switching. A combustion control method comprising a step of controlling the composition of the mixed gas that changes at the time of switching so that the amount of change becomes small.
請求項1に記載の燃焼制御方法。 The combustion control method according to claim 1.
前記第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの密度と、前記第2の天然ガス、メタン、エタンおよびプロパンの熱量とから、前記第2の天然ガスが、メタン、エタンおよびプロパンの3成分のみからなることとして近似したときの第2近似組成比を算出して、
前記第1近似組成比から算出される前記第1の熱量と、前記第2近似組成比から算出される前記第2の熱量と、に基づいて、前記変化量が小さくなるように前記調整ガスの混合量を制御する請求項5または6に記載の燃焼制御方法。 From the density of the first natural gas, methane, ethane and propane and the calorific value of the first natural gas, methane, ethane and propane, the first natural gas contains only three components, methane, ethane and propane. Calculate the first approximate composition ratio when approximated as consisting of
From the density of the second natural gas, methane, ethane and propane and the calorific value of the second natural gas, methane, ethane and propane, the second natural gas contains only three components, methane, ethane and propane. Calculate the second approximate composition ratio when approximated as consisting of
Based on the first calorific value calculated from the first approximate composition ratio and the second calorific value calculated from the second approximate composition ratio, the adjusted gas is adjusted so that the change amount becomes smaller. The combustion control method according to claim 5 or 6 , wherein the mixing amount is controlled.
切り替え時には、前記第1の天然ガスと前記第2の天然ガスとを含む混合ガスが前記燃焼器に供給され、
前記第1の天然ガスの組成比から算出される第1の熱量と、前記第2の天然ガスの組成比から算出される第2の熱量と、前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度と、に基づいて、切り替え時の単位時間における前記燃焼器に供給された前記混合ガスの熱量の変化量または前記燃焼器に供給された前記混合ガスを燃焼させたときの対象物の温度の変化量が小さくなるように、前記天然ガスの供給量を制御する工程を有する燃焼制御方法。 It is a combustion control method performed when switching the fuel supplied to the combustor in continuous operation from the first natural gas to the second natural gas having a composition ratio different from that of the first natural gas.
At the time of switching, a mixed gas containing the first natural gas and the second natural gas is supplied to the combustor.
The first calorific value calculated from the composition ratio of the first natural gas, the second calorific value calculated from the composition ratio of the second natural gas, and the object when the mixed gas is burned. Based on the temperature and the amount of change in the amount of heat of the mixed gas supplied to the combustor or the temperature of the object when the mixed gas supplied to the combustor is burned in a unit time at the time of switching. A combustion control method comprising a step of controlling the supply amount of the natural gas so that the amount of change becomes small.
前記第1の熱量として、前記経時的な組成変化から予測される切り替え時の前記第1の天然ガスの組成比から算出した値を用い、
前記第2の熱量として、前記経時的な組成変化から予測される切り替え時の前記第2の天然ガスの組成比から算出した値を用いる請求項1から8のいずれか1項に記載の燃焼制御方法。 The first natural gas and the second natural gas are accompanied by a change in composition over time.
As the first calorific value, a value calculated from the composition ratio of the first natural gas at the time of switching predicted from the composition change over time is used.
The combustion control according to any one of claims 1 to 8 , wherein a value calculated from the composition ratio of the second natural gas at the time of switching predicted from the change in composition over time is used as the second calorific value. Method.
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