焼却炉の化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステム
【課題】焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセントを測定し制御する方法とシステムが提供される。
【解決手段】この方法とシステムは、熱分解セクション内のガスの酸素濃度と温度の測定値、ならびに、これらの値と化学量論的酸化剤パーセントとの間の数学的関係に基づく。
【解決手段】この方法とシステムは、熱分解セクション内のガスの酸素濃度と温度の測定値、ならびに、これらの値と化学量論的酸化剤パーセントとの間の数学的関係に基づく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、燃焼プロセス、より詳細には、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｏｘｉｄａｎｔ）を決定する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却に際しては、２段階の燃焼を用いることが一般に行われている。第１段階において、燃焼空気は、化学量論的な空気の必要量より少ない流量で供給される。化学量論的な空気の必要量は、燃料と廃棄物の流れが完全燃焼するために必要な空気流量として定義される。完全燃焼は、燃焼生成物が、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２およびＨｅ（存在する場合）のような安定な化合物であることを意味する。
【０００３】
こうして、第１段階において、廃棄物は、通常、酸素欠乏雰囲気下で熱分解される。この炉、または炉の一部分は、通常、還元、１次燃焼、酸素欠乏、あるいは、熱分解の炉またはチャンバと呼ばれる。次いで、追加の燃焼空気が、次のセクションで供給されて不完全燃焼生成物をすべて崩壊させる。この２次セクションは、通常、再酸化セクションまたはアフターバーナ（ａｆｔｅｒｂｕｒｎｅｒ）と呼ばれる。
【０００４】
汚染物質の放出は、熱分解セクションとアフターバーナに供給される燃焼空気の量に強く影響される。したがって、両方のセクションへの空気供給を測定し制御できれば非常に望ましい。通常、アフターバーナへの空気供給は、煙突排出ガスの酸素がある一定レベルで過剰になるように、あるいは、いくつかの場合には、温度が目標値になるように制御される。熱分解セクションへの、空気または酸化剤の供給は制御がより困難である。熱分解セクションへの酸化剤供給量は、化学量論的酸化剤パーセントまたは「ＰＳＯ」として測定され制御されることが望ましい。ＰＳＯは、実際の酸化剤供給量を化学量論的酸化剤供給量で割り、パーセントで表したものに等しい。酸化剤には、ＮＯおよびＮＯ２のような化合物が含まれるが、実際には、焼却炉での酸化剤の主な供給源は一般に空気である。したがって、「ＰＳＡ」（化学量論的空気パーセント）という用語が、ＰＳＯの代わりにしばしば用いられる。
【０００５】
ＰＳＯを当量比（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｒａｔｉｏ）に関連付けることもできる。当量比は、燃料：空気の実際の比を、燃料：空気の化学量論的な比で割ったものとして定義される。当量比は単に１００／ＰＳＯであるから、当量比はＰＳＯに関連付けられる。燃料と空気が完全燃焼を達成するように供給される場合、その反応は化学量論的であると言われ、ＰＳＯは１００％に等しく、当量比は１に等しい。
【０００６】
熱分解炉への空気供給を直接制御する通常の方法の１つは、燃料、廃棄物、および空気の流量を測定し、ＰＳＯを計算し、次に、空気の供給量を変えることにより特定の値にＰＳＯを制御することである。廃棄物の構成は、時間と共に変化するか、あるいは単に分からないことが多い。実際には、廃棄物の構成の不確定さと変動に伴う難しさのために、廃棄物は、しばしば化学量論的な空気の必要量の計算から除外される。この除外のために、前記の方法では正しい空気の必要量を正確に反映させることができない。
【０００７】
空気供給を制御する別の通常の方法は、熱分解炉における可燃性レベルを測定し制御すること、あるいは、アフターバーナ空気の追加による温度変化を測定することである。これらの方法はＰＳＯを制御する間接的方法であり、実際のＰＳＯを決定せず、実際のＰＳＯに対する変動する温度の影響を考慮していない。
【０００８】
いくつかの方法は、排出ガスに酸素センサを使用することを含む。例えば、Ｆ．Ｍ．Ｌｅｗｉｓにより１９８３年に出願された米国特許第４４５９９２３号は、最も高温の炉床の温度を制御し、排出ガスのＯ２含量をある最小値に維持することにより複式炉床炉の運転を制御する方法を記載する。ＰＳＡは、排出ガス中の酸素測定から、次の式を用いて計算される。
【０００９】
ＰＳＡ＝［１＋％Ｏ２／（２１−％Ｏ２）］×１００
雰囲気空気（純粋な酸素でなく）が使用される場合、排出ガス中の酸素濃度が負、または２１％を超えることはあり得ないので、言うまでもなく、この関係はＰＳＡが１００％を超える場合にだけ使用できる。この式は、１００％より小さい値になり得ないし、そうなることは意図されていない。このように、前記の関係は、燃料不足（ｆｕｅｌ−ｌｅａｎ）または超化学量論的（ｓｕｐｅｒ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）燃焼であることを必要とし、酸素レベルが非常に低くなる（ｐｐｍまたはｐｐｂレベルでさえあるような）燃料過剰（ｆｕｅｌ−ｒｉｃｈ）または亜化学量論的（ｓｕｂ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）燃焼に対しては適用できない。実際、燃料過剰の燃焼にこの式を適用すると、実際にはＰＳＡが１００％よりずっと小さいはずである場合に、ＰＳＡが１００％に等しいという誤った結論が得られるであろう。さらに、特定のＯ２測定境界内で一定温度に保つことが制御手段を提供するが、これらの従来技術の方法は、実際のＰＳＡに基づいていない。一般に、制御手法は、一定のＰＳＡよりむしろ一定温度を保つことであったし、温度変化による実際のＰＳＡの変動を計算する試みはまったくなかった。
【００１０】
酸素センサもまた、内燃機関の空気／燃料の比、または当量比を測定するために用いられており、このような装置は自動車で広く用いられている（ＨｏｗａｒｄとＷｈｅｅｔｍａｎにより１９８０年に出願された米国特許第４２８３２５６号を参照）。しかし、これらのセンサは、当量比が酸素レベルおよび温度に依存することを考慮に入れておらず、そのために広い範囲の温度では機能し得ない。幸運にも、このような装置では、排出ガス温度が、通常比較的狭い範囲内に調節されるので、当量比の予測への温度の影響を無視することができる。
【００１１】
温度の影響を評価する必要が認識されたために、さらに別の装置が開発されてきた。例えば、米国特許第４１５１５０３号および米国特許第４３９１６９１号は、排出ガス温度の違いに応じて電気抵抗が迅速に変化するように加工された半導体チップを利用する。温度に依存する電気抵抗は、ＰＳＯをより正確に予測するために酸素センサからの信号を補償するために使用される。温度補償チップに使用される材料の機械的および電気的特性のために、このような装置は、焼却炉の熱分解セクションにおいて普通に見られる高温（１４００℃から３２００℃）においては機能し得ない。
【００１２】
従って、温度の変動を補償し、前記の問題を回避する、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯの直接測定法が求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント（「ＰＳＯ」）を測定し決定し制御する方法、ならびに、ＰＳＯを測定し決定し制御するのに使用されるシステムが提供され、これらの方法およびシステムは、前記の要求を満たし、従来技術の欠点を克服する。焼却炉の熱分解炉におけるＰＳＯを測定し決定する方法は、基本的に、以下のステップからなる。熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて、温度に対応する電気信号を発生させる。次に、これらの電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて、酸素センサと温度センサからの電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、これらの電気信号を伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。
【００１４】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御するための本発明の方法は、前記のように、酸素濃度および温度に対応する電気信号を発生させること、そして、前記の数学的関係を用いて電気信号をＰＳＯ推定値に変換するためのプロセッサにこれらの信号を伝えることを含む。このＰＳＯ推定値は、ＰＳＯ推定値と設定ＰＳＯ値に基づいて、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを調節するために、燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の流れの制御信号を発生するフィードバックコントローラへ中継される。次に、制御信号は燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置に中継される。
【００１５】
燃焼炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを測定し決定することに使用されるシステムは、基本的に、次のものを含む：熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段、熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段、および、これらの電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度に対応する電気信号をＰＳＯ推定値に変換する装置。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。
【００１６】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯ制御に用いられるシステムは、基本的に、様々な温度で（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯを測定し決定する前記の手段と装置、焼却炉の熱分解セクションへの燃焼空気、酸化剤または燃料の量を制御する制御装置、および、ＰＳＯ推定値と設定ＰＳＯ値に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号を発生する手段を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
焼却炉の熱分解セクションのＰＳＯを測定し決定する、本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。酸素濃度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して発生させる。温度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて発生させる。次に、これらの電気信号は、酸素センサと温度センサからの電気信号を、ＰＳＯとの間の数学的関係を用いてＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに伝えられる。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。一般的な方法が図１に示されている。
【００１８】
本発明において使用され得る、酸素濃度に対応する電気信号１２を発生するための適切な酸素センサ１０には、これらに限定されないが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサ、および常磁性センサが含まれる。これらの中で、ジルコニア系センサが好ましい。特に適切な酸素センサ１０は、「Ｏｘｙｆｉｒｅ（商標）」の商品名で、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。センサ１０は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置されるべきである。
【００１９】
本発明において使用され得る、温度に対応する電気信号を発生するための適切な温度センサ１４には、これらに限定されないが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度計測装置が含まれる。これらの中で熱電対が好ましい。特に適切な熱電対は、Ｂ型またはＲ型一体式熱電対プローブとして、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。センサ１４は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部で、酸素センサにできるだけ近い位置でガスの温度を感知するように設置されるべきである。
【００２０】
酸素センサおよび温度センサからの信号（１２および１６）は、ＰＳＯ推定値２０を計算するプロセッサ１８に伝えられる。特に適切なプロセッサ１８は、「ＶｅｒｓａＰｒｏ（商標）」ストイキオメトリックモニタの商品名で、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。
【００２１】
プロセッサ１８は、本発明に従って、平衡計算により開発された数学的関係を用いて、ＰＳＯ推定値２０を計算するようにプログラムされている。この方法は、熱分解セクション２２では、酸素濃度がその平衡値近くまで達するのに十分な長い滞留時間があるという当初の仮定に基づいている。ユニットが運転状態になると、通常、実際の非平衡の運転状態に対する調節を行うことができる。
【００２２】
ＰＳＯは、多くの様々な形式で、酸素濃度と温度の関数として表すことができる。これらの形式の中で、２つが最も適切であることが分かっている。第１の形式は次のシグモイド関数であり、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
式中、ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験により決まる定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでＰＳＯが得られる適切な実験定数の１組は次の通りである。
【００２３】
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
第２の好ましい表式は、多項式の形式であり、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
式中、やはりｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでＰＳＯが得られる適切な実験定数の１組は次の通りである。
【００２４】
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
シグモイドおよび多項式の関係は、メタン／空気の混合物の平衡計算から導かれるが、それらは、一般の炭化水素／空気の燃焼に適用され、非常に良く一致することが示されている。これらの関係は、焼却用途（炭化水素、空気、および廃棄物の流れ）にもまた適用され、実際のＰＳＯと予測ＰＳＯとの間でよく一致することが示されている。これらの関係は、Ｈ２／空気の燃焼、ＣＯ／空気の燃焼、または、炭化水素／純Ｏ２の燃焼ではうまく合わない。
【００２５】
当量比は単に１００／ＰＳＯであるから、当量比２４もまた、酸素および温度信号により表すことができる。例えば、ＰＳＯ２０が８０％である場合、当量比２４は１００／８０、すなわち１．２５である。
【００２６】
ＰＳＯを測定し決定する本発明の方法は、ＮＨ３、ＨＣＮ、Ｃ２Ｈ３Ｎ、Ｃ３Ｈ３Ｎのような多くの種類の廃棄物化合物、パラフィン、オレフィン、シクロパラフィン、アセチレンおよび芳香族化合物のような飽和および不飽和有機燃料の燃焼に、非常に小さい誤差で適用することができる。正確度は、水（Ｈ２Ｏ）、ＮＯ２およびＮＯのような、結合酸素を含む化合物の過剰な量により影響され得る。ここで、「過剰な量」は、１ポンドの炭化水素燃料（通常運転で供給される廃棄物または燃料であり得る）当たりの、焼却炉に向かうすべての流れ（例えば、廃棄物の流れ、または冷却の流れ）から、約１ポンドを超える結合酸素として定義される。
【００２７】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御するための本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応して電気信号１２を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度に対応して電気信号１６を発生させる。酸素濃度および温度に対応する電気信号（１２および１６）を、電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて電気信号をＰＳＯ推定値２０に変換するプロセッサ１８に伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含む。ＰＳＯ推定値２０は、ＰＳＯ推定値２０および設定ＰＳＯ値３６に基づいて燃焼空気３０、酸化剤または燃料の流れ（３２および／または３４）を調節するために、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを制御する信号２８を発生するフィードバックコントローラ２６に中継される。次に、この制御信号は、燃焼空気ブロア３８の制御装置に中継される。この一般的方法は図２に示されている。
【００２８】
空気３０は、ブロア３８により燃焼炉の熱分解セクション２２に供給される。その空気の流量は、バルブを用いること、ブロア速度を変えること、あるいはブロアの羽根のピッチを変えることを含めて、いくつかの手段により変えることができる。本発明により、これらに限定されないが、バルブ、ブロア速度変更装置またはブロア羽根ピッチ調節用具を含む群から選択される適切な用具を用いてブロアの空気の流れ３０を調節することにより、設定値３６であるようにＰＳＯを制御することができる。これは、プロセッサ１８からフィードバックコントローラ２６へ、ＰＳＯ推定値２０を電気的に移送することにより達成される。フィードバックコントローラ２６は、当業者に知られている標準的な制御手法を利用して、ＰＳＯ推定値２０と設定ＰＳＯ値３６に基づいて、燃焼空気ブロア制御装置への信号２８を発生する。
【００２９】
焼却炉の熱分解セクション２２におけるＰＳＯを測定するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号１２を発生する手段、熱分解セクション２２内のガスの温度に対応する電気信号１６を発生する手段、および、酸素濃度と温度に対応する電気信号を電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いてＰＳＯ推定値２０に変換する装置１８を備える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含む。
【００３０】
焼却炉の熱分解セクション２２におけるＰＳＯを制御するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号１２を発生する手段、熱分解セクション２２内のガスの温度に対応する電気信号１６を発生する手段、焼却炉の熱分解セクション２２への燃焼空気３０、酸化剤または燃料（３２または３４）の量を制御するための燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置、電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度（１２および１６）に対応する電気信号をＰＳＯ推定値に変換する装置１８、ならびに、ＰＳＯ推定値２０と設定ＰＳＯ値３６に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号２８を発生する手段を備える。
【００３１】
本発明の方法をさらに例示するために、以下に実施例を記載する。
【実施例】
【００３２】
この実施例では、酸素センサは、１４００°Ｆを超える温度で酸素イオンを通す固体電解質をもつ酸化ジルコニウム（すなわちジルコニア）電解質セルである。イオン伝導は２つの電極間の電圧として現れる。電圧の大きさは、セル壁面を横断する酸素濃度（酸素分圧の比）とセルの温度により決まる。セルのｅ．ｍ．ｆは、次のネルンストの式により決められ、
ｘ＝−０．０２１５（Ｔｒ）Ｌｏｇ１０（Ｐ０／Ｐ１）
ｘはセルの出力電圧（ミリボルト）；Ｐ０はセル内の酸素分圧（％）で２０．９５％であり；Ｐ１は測定されるプロセスの酸素分圧（％）であり；Ｔｒはプローブの絶対温度（Ｋ）である。
【００３３】
燃焼ガス中の酸素の分圧を、メタン／空気の混合物に対して、様々な亜化学量論的状態について、１４００°Ｆと３０００°Ｆの間の様々な温度での平衡状態で計算した。次に、これらの値をネルンストの式に入れてセルの出力電圧を得た。次に、様々な未化学量論的状態でのセル出力電圧（ｘ）と燃焼ガスの運転温度（Ｔ）を、シグモイド関係に対する非線形回帰を用いて経験的に評価し、このようにして、データの限界範囲内の状態について化学量論的酸化剤パーセント（ＰＳＯ）を計算するために必要な定数を得た。実験定数は次の様に計算された。
【００３４】
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
【００３５】
次に、得られた関係によるＰＳＯの予測値を既知のＰＳＯ値と比較し、表１に示した。シグモイド関係からの予測値は既知のＰＳＯ値とよく一致している。
【表１】
【００３６】
このように、本発明により、それに本来備わる利点だけでなく、先に記載された目的と利点も十分に実現されている。当業者により多くの変更がなされ得るが、このような変更は、添付の請求範囲により定められる本発明の精神の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】熱分解セクション運転中にＰＳＯを測定する本発明のシステムをもつ典型的な焼却炉を示す。
【図２】熱分解セクションへの燃焼空気流量を制御する本発明のシステムをもつ典型的な焼却炉を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、燃焼プロセス、より詳細には、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｏｘｉｄａｎｔ）を決定する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却に際しては、２段階の燃焼を用いることが一般に行われている。第１段階において、燃焼空気は、化学量論的な空気の必要量より少ない流量で供給される。化学量論的な空気の必要量は、燃料と廃棄物の流れが完全燃焼するために必要な空気流量として定義される。完全燃焼は、燃焼生成物が、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２およびＨｅ（存在する場合）のような安定な化合物であることを意味する。
【０００３】
こうして、第１段階において、廃棄物は、通常、酸素欠乏雰囲気下で熱分解される。この炉、または炉の一部分は、通常、還元、１次燃焼、酸素欠乏、あるいは、熱分解の炉またはチャンバと呼ばれる。次いで、追加の燃焼空気が、次のセクションで供給されて不完全燃焼生成物をすべて崩壊させる。この２次セクションは、通常、再酸化セクションまたはアフターバーナ（ａｆｔｅｒｂｕｒｎｅｒ）と呼ばれる。
【０００４】
汚染物質の放出は、熱分解セクションとアフターバーナに供給される燃焼空気の量に強く影響される。したがって、両方のセクションへの空気供給を測定し制御できれば非常に望ましい。通常、アフターバーナへの空気供給は、煙突排出ガスの酸素がある一定レベルで過剰になるように、あるいは、いくつかの場合には、温度が目標値になるように制御される。熱分解セクションへの、空気または酸化剤の供給は制御がより困難である。熱分解セクションへの酸化剤供給量は、化学量論的酸化剤パーセントまたは「ＰＳＯ」として測定され制御されることが望ましい。ＰＳＯは、実際の酸化剤供給量を化学量論的酸化剤供給量で割り、パーセントで表したものに等しい。酸化剤には、ＮＯおよびＮＯ２のような化合物が含まれるが、実際には、焼却炉での酸化剤の主な供給源は一般に空気である。したがって、「ＰＳＡ」（化学量論的空気パーセント）という用語が、ＰＳＯの代わりにしばしば用いられる。
【０００５】
ＰＳＯを当量比（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｒａｔｉｏ）に関連付けることもできる。当量比は、燃料：空気の実際の比を、燃料：空気の化学量論的な比で割ったものとして定義される。当量比は単に１００／ＰＳＯであるから、当量比はＰＳＯに関連付けられる。燃料と空気が完全燃焼を達成するように供給される場合、その反応は化学量論的であると言われ、ＰＳＯは１００％に等しく、当量比は１に等しい。
【０００６】
熱分解炉への空気供給を直接制御する通常の方法の１つは、燃料、廃棄物、および空気の流量を測定し、ＰＳＯを計算し、次に、空気の供給量を変えることにより特定の値にＰＳＯを制御することである。廃棄物の構成は、時間と共に変化するか、あるいは単に分からないことが多い。実際には、廃棄物の構成の不確定さと変動に伴う難しさのために、廃棄物は、しばしば化学量論的な空気の必要量の計算から除外される。この除外のために、前記の方法では正しい空気の必要量を正確に反映させることができない。
【０００７】
空気供給を制御する別の通常の方法は、熱分解炉における可燃性レベルを測定し制御すること、あるいは、アフターバーナ空気の追加による温度変化を測定することである。これらの方法はＰＳＯを制御する間接的方法であり、実際のＰＳＯを決定せず、実際のＰＳＯに対する変動する温度の影響を考慮していない。
【０００８】
いくつかの方法は、排出ガスに酸素センサを使用することを含む。例えば、Ｆ．Ｍ．Ｌｅｗｉｓにより１９８３年に出願された米国特許第４４５９９２３号は、最も高温の炉床の温度を制御し、排出ガスのＯ２含量をある最小値に維持することにより複式炉床炉の運転を制御する方法を記載する。ＰＳＡは、排出ガス中の酸素測定から、次の式を用いて計算される。
【０００９】
ＰＳＡ＝［１＋％Ｏ２／（２１−％Ｏ２）］×１００
雰囲気空気（純粋な酸素でなく）が使用される場合、排出ガス中の酸素濃度が負、または２１％を超えることはあり得ないので、言うまでもなく、この関係はＰＳＡが１００％を超える場合にだけ使用できる。この式は、１００％より小さい値になり得ないし、そうなることは意図されていない。このように、前記の関係は、燃料不足（ｆｕｅｌ−ｌｅａｎ）または超化学量論的（ｓｕｐｅｒ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）燃焼であることを必要とし、酸素レベルが非常に低くなる（ｐｐｍまたはｐｐｂレベルでさえあるような）燃料過剰（ｆｕｅｌ−ｒｉｃｈ）または亜化学量論的（ｓｕｂ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ）燃焼に対しては適用できない。実際、燃料過剰の燃焼にこの式を適用すると、実際にはＰＳＡが１００％よりずっと小さいはずである場合に、ＰＳＡが１００％に等しいという誤った結論が得られるであろう。さらに、特定のＯ２測定境界内で一定温度に保つことが制御手段を提供するが、これらの従来技術の方法は、実際のＰＳＡに基づいていない。一般に、制御手法は、一定のＰＳＡよりむしろ一定温度を保つことであったし、温度変化による実際のＰＳＡの変動を計算する試みはまったくなかった。
【００１０】
酸素センサもまた、内燃機関の空気／燃料の比、または当量比を測定するために用いられており、このような装置は自動車で広く用いられている（ＨｏｗａｒｄとＷｈｅｅｔｍａｎにより１９８０年に出願された米国特許第４２８３２５６号を参照）。しかし、これらのセンサは、当量比が酸素レベルおよび温度に依存することを考慮に入れておらず、そのために広い範囲の温度では機能し得ない。幸運にも、このような装置では、排出ガス温度が、通常比較的狭い範囲内に調節されるので、当量比の予測への温度の影響を無視することができる。
【００１１】
温度の影響を評価する必要が認識されたために、さらに別の装置が開発されてきた。例えば、米国特許第４１５１５０３号および米国特許第４３９１６９１号は、排出ガス温度の違いに応じて電気抵抗が迅速に変化するように加工された半導体チップを利用する。温度に依存する電気抵抗は、ＰＳＯをより正確に予測するために酸素センサからの信号を補償するために使用される。温度補償チップに使用される材料の機械的および電気的特性のために、このような装置は、焼却炉の熱分解セクションにおいて普通に見られる高温（１４００℃から３２００℃）においては機能し得ない。
【００１２】
従って、温度の変動を補償し、前記の問題を回避する、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯの直接測定法が求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により、焼却炉の熱分解セクションにおける化学量論的酸化剤パーセント（「ＰＳＯ」）を測定し決定し制御する方法、ならびに、ＰＳＯを測定し決定し制御するのに使用されるシステムが提供され、これらの方法およびシステムは、前記の要求を満たし、従来技術の欠点を克服する。焼却炉の熱分解炉におけるＰＳＯを測定し決定する方法は、基本的に、以下のステップからなる。熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて、温度に対応する電気信号を発生させる。次に、これらの電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて、酸素センサと温度センサからの電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、これらの電気信号を伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。
【００１４】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御するための本発明の方法は、前記のように、酸素濃度および温度に対応する電気信号を発生させること、そして、前記の数学的関係を用いて電気信号をＰＳＯ推定値に変換するためのプロセッサにこれらの信号を伝えることを含む。このＰＳＯ推定値は、ＰＳＯ推定値と設定ＰＳＯ値に基づいて、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを調節するために、燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の流れの制御信号を発生するフィードバックコントローラへ中継される。次に、制御信号は燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置に中継される。
【００１５】
燃焼炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを測定し決定することに使用されるシステムは、基本的に、次のものを含む：熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段、熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段、および、これらの電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度に対応する電気信号をＰＳＯ推定値に変換する装置。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。
【００１６】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯ制御に用いられるシステムは、基本的に、様々な温度で（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯを測定し決定する前記の手段と装置、焼却炉の熱分解セクションへの燃焼空気、酸化剤または燃料の量を制御する制御装置、および、ＰＳＯ推定値と設定ＰＳＯ値に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号を発生する手段を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
焼却炉の熱分解セクションのＰＳＯを測定し決定する、本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。酸素濃度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置された酸素センサを利用して発生させる。温度に対応する電気信号は、熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを用いて発生させる。次に、これらの電気信号は、酸素センサと温度センサからの電気信号を、ＰＳＯとの間の数学的関係を用いてＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに伝えられる。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる。一般的な方法が図１に示されている。
【００１８】
本発明において使用され得る、酸素濃度に対応する電気信号１２を発生するための適切な酸素センサ１０には、これらに限定されないが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサ、および常磁性センサが含まれる。これらの中で、ジルコニア系センサが好ましい。特に適切な酸素センサ１０は、「Ｏｘｙｆｉｒｅ（商標）」の商品名で、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。センサ１０は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部のガス中の酸素濃度または分圧を感知するように設置されるべきである。
【００１９】
本発明において使用され得る、温度に対応する電気信号を発生するための適切な温度センサ１４には、これらに限定されないが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度計測装置が含まれる。これらの中で熱電対が好ましい。特に適切な熱電対は、Ｂ型またはＲ型一体式熱電対プローブとして、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。センサ１４は、焼却炉熱分解セクションの正しい内部で、酸素センサにできるだけ近い位置でガスの温度を感知するように設置されるべきである。
【００２０】
酸素センサおよび温度センサからの信号（１２および１６）は、ＰＳＯ推定値２０を計算するプロセッサ１８に伝えられる。特に適切なプロセッサ１８は、「ＶｅｒｓａＰｒｏ（商標）」ストイキオメトリックモニタの商品名で、Ｍａｒａｔｈｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、シンシナティ）から市販されている。
【００２１】
プロセッサ１８は、本発明に従って、平衡計算により開発された数学的関係を用いて、ＰＳＯ推定値２０を計算するようにプログラムされている。この方法は、熱分解セクション２２では、酸素濃度がその平衡値近くまで達するのに十分な長い滞留時間があるという当初の仮定に基づいている。ユニットが運転状態になると、通常、実際の非平衡の運転状態に対する調節を行うことができる。
【００２２】
ＰＳＯは、多くの様々な形式で、酸素濃度と温度の関数として表すことができる。これらの形式の中で、２つが最も適切であることが分かっている。第１の形式は次のシグモイド関数であり、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
式中、ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験により決まる定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでＰＳＯが得られる適切な実験定数の１組は次の通りである。
【００２３】
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
第２の好ましい表式は、多項式の形式であり、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
式中、やはりｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である。ジルコニア系酸素センサを用いると、パーセントでＰＳＯが得られる適切な実験定数の１組は次の通りである。
【００２４】
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
シグモイドおよび多項式の関係は、メタン／空気の混合物の平衡計算から導かれるが、それらは、一般の炭化水素／空気の燃焼に適用され、非常に良く一致することが示されている。これらの関係は、焼却用途（炭化水素、空気、および廃棄物の流れ）にもまた適用され、実際のＰＳＯと予測ＰＳＯとの間でよく一致することが示されている。これらの関係は、Ｈ２／空気の燃焼、ＣＯ／空気の燃焼、または、炭化水素／純Ｏ２の燃焼ではうまく合わない。
【００２５】
当量比は単に１００／ＰＳＯであるから、当量比２４もまた、酸素および温度信号により表すことができる。例えば、ＰＳＯ２０が８０％である場合、当量比２４は１００／８０、すなわち１．２５である。
【００２６】
ＰＳＯを測定し決定する本発明の方法は、ＮＨ３、ＨＣＮ、Ｃ２Ｈ３Ｎ、Ｃ３Ｈ３Ｎのような多くの種類の廃棄物化合物、パラフィン、オレフィン、シクロパラフィン、アセチレンおよび芳香族化合物のような飽和および不飽和有機燃料の燃焼に、非常に小さい誤差で適用することができる。正確度は、水（Ｈ２Ｏ）、ＮＯ２およびＮＯのような、結合酸素を含む化合物の過剰な量により影響され得る。ここで、「過剰な量」は、１ポンドの炭化水素燃料（通常運転で供給される廃棄物または燃料であり得る）当たりの、焼却炉に向かうすべての流れ（例えば、廃棄物の流れ、または冷却の流れ）から、約１ポンドを超える結合酸素として定義される。
【００２７】
焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御するための本発明の好ましい方法は、基本的に以下のステップを含む。熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応して電気信号１２を発生させる。熱分解セクション内のガスの温度に対応して電気信号１６を発生させる。酸素濃度および温度に対応する電気信号（１２および１６）を、電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて電気信号をＰＳＯ推定値２０に変換するプロセッサ１８に伝える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含む。ＰＳＯ推定値２０は、ＰＳＯ推定値２０および設定ＰＳＯ値３６に基づいて燃焼空気３０、酸化剤または燃料の流れ（３２および／または３４）を調節するために、燃焼空気、酸化剤または燃料の流れを制御する信号２８を発生するフィードバックコントローラ２６に中継される。次に、この制御信号は、燃焼空気ブロア３８の制御装置に中継される。この一般的方法は図２に示されている。
【００２８】
空気３０は、ブロア３８により燃焼炉の熱分解セクション２２に供給される。その空気の流量は、バルブを用いること、ブロア速度を変えること、あるいはブロアの羽根のピッチを変えることを含めて、いくつかの手段により変えることができる。本発明により、これらに限定されないが、バルブ、ブロア速度変更装置またはブロア羽根ピッチ調節用具を含む群から選択される適切な用具を用いてブロアの空気の流れ３０を調節することにより、設定値３６であるようにＰＳＯを制御することができる。これは、プロセッサ１８からフィードバックコントローラ２６へ、ＰＳＯ推定値２０を電気的に移送することにより達成される。フィードバックコントローラ２６は、当業者に知られている標準的な制御手法を利用して、ＰＳＯ推定値２０と設定ＰＳＯ値３６に基づいて、燃焼空気ブロア制御装置への信号２８を発生する。
【００２９】
焼却炉の熱分解セクション２２におけるＰＳＯを測定するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号１２を発生する手段、熱分解セクション２２内のガスの温度に対応する電気信号１６を発生する手段、および、酸素濃度と温度に対応する電気信号を電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いてＰＳＯ推定値２０に変換する装置１８を備える。数学的関係は、温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含む。
【００３０】
焼却炉の熱分解セクション２２におけるＰＳＯを制御するのに使用される好ましいシステムは、基本的に、熱分解セクション２２内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号１２を発生する手段、熱分解セクション２２内のガスの温度に対応する電気信号１６を発生する手段、焼却炉の熱分解セクション２２への燃焼空気３０、酸化剤または燃料（３２または３４）の量を制御するための燃焼空気ブロア、酸化剤または燃料の制御装置、電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係を用いて酸素濃度と温度（１２および１６）に対応する電気信号をＰＳＯ推定値に変換する装置１８、ならびに、ＰＳＯ推定値２０と設定ＰＳＯ値３６に基づいて燃焼空気制御装置への制御信号２８を発生する手段を備える。
【００３１】
本発明の方法をさらに例示するために、以下に実施例を記載する。
【実施例】
【００３２】
この実施例では、酸素センサは、１４００°Ｆを超える温度で酸素イオンを通す固体電解質をもつ酸化ジルコニウム（すなわちジルコニア）電解質セルである。イオン伝導は２つの電極間の電圧として現れる。電圧の大きさは、セル壁面を横断する酸素濃度（酸素分圧の比）とセルの温度により決まる。セルのｅ．ｍ．ｆは、次のネルンストの式により決められ、
ｘ＝−０．０２１５（Ｔｒ）Ｌｏｇ１０（Ｐ０／Ｐ１）
ｘはセルの出力電圧（ミリボルト）；Ｐ０はセル内の酸素分圧（％）で２０．９５％であり；Ｐ１は測定されるプロセスの酸素分圧（％）であり；Ｔｒはプローブの絶対温度（Ｋ）である。
【００３３】
燃焼ガス中の酸素の分圧を、メタン／空気の混合物に対して、様々な亜化学量論的状態について、１４００°Ｆと３０００°Ｆの間の様々な温度での平衡状態で計算した。次に、これらの値をネルンストの式に入れてセルの出力電圧を得た。次に、様々な未化学量論的状態でのセル出力電圧（ｘ）と燃焼ガスの運転温度（Ｔ）を、シグモイド関係に対する非線形回帰を用いて経験的に評価し、このようにして、データの限界範囲内の状態について化学量論的酸化剤パーセント（ＰＳＯ）を計算するために必要な定数を得た。実験定数は次の様に計算された。
【００３４】
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
【００３５】
次に、得られた関係によるＰＳＯの予測値を既知のＰＳＯ値と比較し、表１に示した。シグモイド関係からの予測値は既知のＰＳＯ値とよく一致している。
【表１】
【００３６】
このように、本発明により、それに本来備わる利点だけでなく、先に記載された目的と利点も十分に実現されている。当業者により多くの変更がなされ得るが、このような変更は、添付の請求範囲により定められる本発明の精神の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】熱分解セクション運転中にＰＳＯを測定する本発明のシステムをもつ典型的な焼却炉を示す。
【図２】熱分解セクションへの燃焼空気流量を制御する本発明のシステムをもつ典型的な焼却炉を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを利用して、温度に対応する電気信号を発生させるステップ；および
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、前記酸素センサと前記温度センサからの前記電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、前記電気信号を伝えるステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを決定する方法。
【請求項２】
前記酸素センサが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサおよび常磁性センサからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度センサが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記温度センサが熱電対である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて前記電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、酸素濃度と温度に対応する前記電気信号を伝えるステップ；
前記ＰＳＯ推定値、設定ＰＳＯ値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量（燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される）を調節するための流れ制御信号を発生するフィードバックコントローラに、前記ＰＳＯ推定値を中継するステップ；および
前記の流れ制御信号を対応する流れ制御装置に中継するステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御する方法。
【請求項１１】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度センサが熱電対である請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段；および
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、酸素分圧および温度に対応する前記電気信号を、ＰＳＯ推定値に変換する装置
を備える、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを決定するシステム。
【請求項２０】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記温度センサが熱電対である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
焼却炉の熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段；
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、酸素濃度および温度に対応する前記電気信号を、ＰＳＯ推定値に変換する装置；
前記ＰＳＯ推定値、設定ＰＳＯ値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量（燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される）を調節するための流れ制御信号を発生する手段；および
前記制御信号に対応する前記プロセス流量を調節する装置
を備える、焼却炉の運転を制御するシステム。
【請求項２９】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３２】
前記温度センサが熱電対である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３３】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３４】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３６】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項３５に記載の方法。
【請求項１】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度を感知するように設置された酸素センサを利用して、酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサを利用して、温度に対応する電気信号を発生させるステップ；および
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、前記酸素センサと前記温度センサからの前記電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、前記電気信号を伝えるステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを決定する方法。
【請求項２】
前記酸素センサが、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料センサおよび常磁性センサからなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度センサが、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記温度センサが熱電対である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生させるステップ；
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて前記電気信号をＰＳＯ推定値に変換するプロセッサに、酸素濃度と温度に対応する前記電気信号を伝えるステップ；
前記ＰＳＯ推定値、設定ＰＳＯ値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量（燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される）を調節するための流れ制御信号を発生するフィードバックコントローラに、前記ＰＳＯ推定値を中継するステップ；および
前記の流れ制御信号を対応する流れ制御装置に中継するステップ
を含む、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを制御する方法。
【請求項１１】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度センサが熱電対である請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段；および
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、酸素分圧および温度に対応する前記電気信号を、ＰＳＯ推定値に変換する装置
を備える、焼却炉の熱分解セクションにおけるＰＳＯを決定するシステム。
【請求項２０】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記温度センサが熱電対である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
焼却炉の熱分解セクション内のガス中の酸素濃度に対応する電気信号を発生する手段；
前記熱分解セクション内のガスの温度に対応する電気信号を発生する手段；
前記電気信号とＰＳＯとの間の数学的関係（温度および温度の変動による（温度は１１００°Ｆより高い）ＰＳＯ推定値の調節を含んでいる）を用いて、酸素濃度および温度に対応する前記電気信号を、ＰＳＯ推定値に変換する装置；
前記ＰＳＯ推定値、設定ＰＳＯ値およびプロセス流に基づいて、プロセス流量（燃焼空気、酸化剤および燃料の流量からなる群から選択される）を調節するための流れ制御信号を発生する手段；および
前記制御信号に対応する前記プロセス流量を調節する装置
を備える、焼却炉の運転を制御するシステム。
【請求項２９】
前記酸素濃度に対応する前記電気信号が、ジルコニア系酸素センサ、電気化学センサ、マイクロ燃料サンサおよび常磁性センサからなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガス中に設置された酸素センサにより発生する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサである請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記温度に対応する前記電気信号が、熱電対、抵抗温度検出器、高温計および遠隔温度検出装置からなる群から選択され、前記熱分解セクション内のガスの温度を感知するように設置された温度センサにより発生する請求項２８に記載のシステム。
【請求項３２】
前記温度センサが熱電対である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３３】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝ａ＋ｂ／［１＋（（ｘ＋ｅＴ）／ｃ）ｄ］
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３４】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝−７３３．１０９；ｂ＝８７３．２４６；ｃ＝１６１０．４０３；ｄ＝１５．１７６；ｅ＝０．２４３９
である請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記数学的関係が、
ＰＳＯ＝［ａ＋ｂ（ｘ＋ｅＴ）＋ｃ（ｘ＋ｅＴ）２＋ｄ（ｘ＋ｅＴ）３］×１００
（ｘは酸素センサ出力（ミリボルト）であり、Ｔは（Ｔｆ−２１００）に等しく、Ｔｆは温度（°Ｆ）であり、ａからｅは実験定数である）
である請求項２８に記載のシステム。
【請求項３６】
前記酸素センサがジルコニア系酸素センサであり、実験定数が、
ａ＝３．４２４；ｂ＝−１．３４３３Ｅ−０２；ｃ＝２．４９７９Ｅ−０５；ｄ＝−１．５６７０Ｅ−０８；ｅ＝０．２４３９
である請求項３５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１７７６５１（Ｐ２００６−１７７６５１Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−２９４３４２（Ｐ２００５−２９４３４２）
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【出願人】（５００３５２８８９）ジョン ジンク カンパニー，エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９４３４２（Ｐ２００５−２９４３４２）
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【出願人】（５００３５２８８９）ジョン ジンク カンパニー，エルエルシー (10)
【Ｆターム（参考）】
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