(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生式に加熱される産業炉（１００）を制御運転する方法であって、前記産業炉（１００）は、炉室（１０）を有し、
燃料を噴射するために形成された少なくとも１つの燃料インジェクタ（２０，２０′）を介して燃料を前記炉室（１０）に噴射するステップと、
排ガス（ＡＧ）からの熱を再生式に蓄熱するとともに該熱を燃焼空気（ＶＢ）に伝熱するために形成され、前記少なくとも１つの燃料インジェクタ（２０，２０′）に対応配置された左側の再生器（５０）及び右側の再生器（５０′）により、燃料とは別に、第１の周期持続時間中に燃焼空気（ＶＢ）を前記炉室（１０）に、かつ第２の周期持続時間中に排ガス（ＡＧ）を前記炉室（１０）から、周期的に交互に導くステップであって、前記燃焼空気（ＶＢ）の供給を制御ループにより自動的に制御するステップと、
前記左側の再生器及び／又は右側の再生器に設けられた測定素子としての排ガス分析装置により、酸素含有量を、燃焼空気（ＶＢ）及び／又は排ガス（ＡＧ）の空気過剰数（λ）を直接求めるために測定し、前記空気過剰数（λ）を、プロセス値として、測定された酸素含有量から直接求めるステップと、
を有する、再生式に加熱される産業炉（１００）を制御運転する方法において、
前記空気過剰数のプロセス値を前記制御ループのλ制御器に実際値（λ実際）として提供し、かつ
不正空気指標により、
不正空気が、第１の場合、左側及び／又は右側の再生器内又は該再生器より前の上流において流入しているか、又は
不正空気が、第２の場合、左側及び／又は右側の再生器より後の下流、及び／又は前記炉室内において流入しているか、
を求め、
不正空気指標の第１の場合のための制御ループの第１の部分において、前記λ制御器の出力に基づいて、第１の制御素子によって、燃焼空気の前記炉室への供給を操作量として調節し、かつ
不正空気指標の第２の場合のための制御ループの第２の部分において、前記λ制御器の出力に基づいて、第２の制御素子によって、前記炉室内の炉圧を操作量として調節する、
ことを特徴とする、再生式に加熱される産業炉を制御運転する方法。
【請求項２】
前記第１の制御素子を、燃焼空気の流量を制御するために形成された絞り手段として燃焼空気供給部に形成し、かつ／又は前記第２の制御素子を、炉圧に対する背圧を形成するために形成されたスライダとして排ガス導出部に形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃焼空気（ＳＰ＿空気）の供給をＰＩＤ制御器により自動的に制御し、該ＰＩＤ制御器の目標値を、燃料量と、この燃料の化学量論的な所要空気量（ＬＭＩＮ）と、目標量（ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａ）として予め設定される空気過剰数ラムダの目標値（λ目標）との積から、産業炉外からの管理下にない不正空気供給（ＸＦＡ）の、求められる量を差し引いて、下記式：
ＳＰ＿空気＝ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａ＊ＬＭＩＮ＊燃料−ＸＦＡ
に基づいて形成する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
管理下にない不正空気供給（ＸＦＡ）を、連続的に作業する排ガス分析装置に基づいた燃焼計算によって継続的に求める、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記排ガス分析装置は、ラムダセンサであるか、又は酸化ジルコニウム式センサである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
燃焼空気（ＳＰ＿空気）の、目標量として予め設定される空気過剰数ラムダの目標値（λ目標）を燃料量で割って、継続的に修正される空燃比（ＳＰ＿空気／燃料）を、下記式：
ＳＰ＿空気／燃料＝ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａ＊ＬＭＩＮ−ＸＦＡ／燃料
に基づいて形成し、該空燃比を前記制御ループのλ制御器に供給する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
温度制御において、
制御量としての炉室温度と、
炉室温度のための第１の制御器と、
前記第１の制御器に対応配置された制御素子とを介して、燃料流及び／又は燃焼空気流の形態の調節可能な第１の操作量を調節する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
左側及び右側の再生器に関する対称制御において、
左側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第１の予熱特性量及び右側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第２の予熱特性量と、
前記第１及び第２の予熱特性量の差のための第２の制御器と、
前記第２の制御器に対応配置された制御素子とを介して、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第２の操作量を調節する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
第１の予熱特性量と第２の予熱特性量との間の差の大きさを、ゼロに近い閾値を下回る値に制限するために、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第２の操作量を調節する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
熱伝達量として、第１の期間であって、該第１の期間の分だけ左側の再生器及び右側の再生器のうち高温の再生器に関して第１の周期持続時間を延長かつ／又は左側の再生器及び右側の再生器のうち低温の再生器に関して第１の周期持続時間を短縮する第１の期間を調節し、かつ／又は
熱伝達量として、第２の期間であって、該第２の期間の分だけ左側の再生器及び右側の再生器のうち低温の再生器に関して第２の周期持続時間を延長かつ／又は左側の再生器及び右側の再生器のうち高温の再生器に関して第２の周期持続時間を短縮する第２の期間を調節する、
請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の期間と前記第２の期間とが同じ値である、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１の予熱特性量と第２の予熱特性量との間の差を、不正空気指標の枠内の対称制御の制御結果として、炉室及び／又は再生器内の管理下にない空気流入の評価のために使用する、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記差を、不正空気指標の枠内で、再生器の状態のさらなる評価及び／又はその他の影響量の評価のために使用する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
不正空気指標は、周期持続時間を数倍上回る時間スケールにおいて平均して再生器の加熱が示される場合、不正空気が左側及び／又は右側の再生器より後の下流、及び／又は炉室内において流入することを判定する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
平均して前記再生器のために第１の周期持続時間が延長されるかつ／又は第２の周期持続時間が繰り返し短縮される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
同時に使用される複数の燃料のために空気比を、これらの燃料の割合の変更時に不変の酸素供給を維持するために、これらの空気比が互いにそれぞれの燃料の化学量論的な所要空気量の比にあるように形成する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
不正空気指標の枠内で、再生式の加熱の火炎周期の時間中の、管理下にない空気の量の時間的な傾向の観察及び／又は分析から、周期的に繰り返す特徴的な傾向パターンを求める、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記傾向パターンを、管理下にない空気の連続するプロセス値の平滑化及び先を見越した制御のために使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
炉圧の所定の最低値を安定限界として維持し、安定限界を上回る炉圧値については、管理下にない空気が、それぞれ異なる高さの燃焼空気流によっては影響を受けないか、又は受けたとしても極僅かである、請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
制御される燃焼空気流の最低量を、再生器の温度が予め設定された温度閾値の下にあるように制限する、請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
前記空気過剰数の前記プロセス値を、該空気過剰数の目標値（λ目標）に対する実際値（λ実際）として、実際値（λ実際）と目標値（λ目標）から形成された制御偏差（Δλ）を求めるために、前記制御ループのλ制御器（Ｒλ）に提供し、前記λ制御器（Ｒλ）は前記制御偏差（Δλ）を出力し、該制御偏差（Δλ）は閉ループ制御式に取り除かれる、請求項１から２０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
産業炉（１００）において、請求項１から２１までのいずれか１項記載の方法を実施する制御装置であって、産業炉制御部を備え、該産業炉制御部は、
λ制御モジュール（２００）であって、左側及び／又は右側の再生器に設けられた測定素子としての排ガス分析装置によって、酸素含有量を介して、燃焼空気及び／又は排ガスの空気過剰数（λ）を直接求めるために測定可能な、実際値（λ実際）としての空気過剰数のための入力部を有するλ制御モジュールと、
不正空気指標モジュールであって、不正空気が、第１の場合、左側及び／又は右側の再生器内又は該再生器より前の上流において流入しているか、又は不正空気が、第２の場合、左側及び／又は右側の再生器より後の下流、及び／又は前記炉室内において流入しているか、を求めることが可能な不正空気指標モジュールと、
分岐モジュールであって、
不正空気指標の第１の場合のためのλ制御モジュール（２００）の制御ループの第１の部分（Ｉ）において、λ制御器の出力に基づいて、第１の制御素子によって、燃焼空気の炉室への供給を第１の操作量として調節し、かつ
不正空気指標の第２の場合のためのλ制御モジュール（２００）の制御ループの第２の部分（ＩＩ）において、λ制御器の出力に基づいて、第２の制御素子によって、前記炉室内の炉圧を第２の操作量として調節する、
ことを行わせるために形成されている分岐モジュールと、
を備えることを特徴とする、制御装置。
【請求項２３】
温度制御モジュールを備え、該温度制御モジュールによって、
制御量としての炉室温度と、
炉室温度のための第１の制御器と、
前記第１の制御器に対応配置された制御素子とを介して、燃料流及び／又は燃焼空気流の形態の調節可能な第１の操作量が調節可能であり、かつ
左側及び右側の再生器に関する対称制御モジュールを備え、該対称制御モジュールによって、
左側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第１の予熱特性量及び右側の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第２の予熱特性量と、
前記第１及び第２の予熱特性量の差のための第２の制御器と、
前記第２の制御器に対応配置された制御素子とを介して、左側の再生器と右側の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第２の操作量が調節可能である、
請求項２２記載の制御装置。
【請求項２４】
再生式に加熱される産業炉であって、
炉室を備え、さらに
燃料を噴射するために形成されている、炉室内に燃料を噴射する少なくとも１つの燃料インジェクタと、
排ガスからの熱を再生式に蓄熱するとともに該熱を燃焼空気に伝熱するために形成され前記少なくとも１つの燃料インジェクタに対応配置された左側の再生器及び右側の再生器であって、燃料とは別に、第１の周期持続時間中に燃焼空気を前記炉室に、かつ第２の周期持続時間中に排ガスを前記炉室から、周期的に交互に導く左側の再生器及び右側の再生器と、
請求項２２又は２３記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする、再生式に加熱される産業炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に溶融槽、特にガラスのための溶融槽を有する再生式に加熱される産業炉を制御運転する請求項１の前提部に記載の方法及び当該方法を実施するために形成された請求項１６の前提部に記載の制御装置に関する。さらに本発明は、請求項１８の前提部に記載の産業炉に関する。
【０００２】
従来技術
原則、産業炉は、ガラス製造での使用に限定されない。例えば冒頭で述べた形態の産業炉は、金属製造等においても使用可能である。しかし、冒頭で述べた形態の再生式の産業炉は、ガラス製造においてガラスを溶融させるために特に好適であることが判っている。
【０００３】
従来、再生式のガラス溶融炉の制御、すなわち規則通り制御区間としての炉室内の上部炉を介して制御することによる制御は、専らＰＩＤ制御器に委ねられる。ＰＩＤ制御器は、上部炉温度の制御を目的としており、その出力は、燃料量自体であるか、又は燃焼空気量である。出力が燃焼空気量である場合、燃焼空気量には燃料量が、設定可能な比で従っている。
【０００４】
その際、問題であるのは、実際、このような温度制御器が規則通り、再生式のガラス溶融炉の温度を成功裏にかつ安定に制御するには不適であることが判っており、その点において使用されずにいる点にある。第１の理由は、再生器間の小さな温度差をますます拡大してしまう体系的な傾向が内在する、これまで追求されてきた制御構想にある。その際、燃料の使用も火炎サイド間において、いつか炉温度の目標値が達成可能となることなく、ますます拡大されてしまう。すなわち、この制御は、炉温度の目標値に収斂していかない。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６１０３６５号明細書において、燃料流が上部炉のドーム温度（Ｇｅｗｏｅｌｂｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）を制御するために用意されており、再生式のサイド非対称性の問題が主観的な影響に委ねられている、産業炉の上部炉加熱の技術的に行われる制御方法が公知である。左側の加熱と右側の加熱との間の炉温度における温度差が、主に、対応する再生器の相応の温度差にその原因を有していることが判った。個別の事例では、左側の再生器のヘッド温度が、右側の再生器のヘッド温度よりも４５℃低く、同時に炉室内の温度、すなわち規則通り上部炉内の温度が、左側の加熱時、右側の加熱時の同じ温度よりも２０℃低い場合がある。
【０００６】
望まれるのは、実質的に炉温度の目標値に収斂し、特にサイド非対称性の問題を制御技術的に取り除く技術的な制御コンセプトである。
【０００７】
第２の理由は、従来慣用の制御法が、管理下にない空気流入を不適切に一定であることを前提としているか、又は燃焼空気供給を専ら残留酸素の手動で測定されるか又は連続的に測定される測定値に基づいて修正しているが、この測定値が燃焼空気に対する非線形の関係に基づいて最適な制御動特性を達成し得ない点にある。特にこのアプローチは、不足当量加熱（ｕｎｔｅｒｓｔｏｅｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅ  Ｂｅｈｅｉｚｕｎｇ）の領域を評価し得ない。それというのも、それぞれ０％の残留酸素を有するそれぞれ異なるプロセス状態の比較からでは、有意義な制御技術的な動作がもはや根拠付けされ得ないからである。
【０００８】
第３の理由は、従来慣用の制御法が、燃焼空気が燃焼のための酸素キャリアとしての機能に加え再生器から炉室への熱の輸送媒体としても機能する再生式の加熱の特別な要求を考慮していない点にある。燃焼空気が再生器から炉室への熱の輸送媒体としても機能するため、管理下にない不正空気流入の制御技術的な補償にとって、補償すべき管理下にない不正空気が、再生器より前で流入している、つまり熱輸送に関与しているのか、又は再生器より後で初めて流入し、ひいては排ガス側の再生器のみを片側で付加的な排ガス熱により加熱している、つまり再生器の熱的な対称性を妨げているのかは、１つの相違点である。
【０００９】
広く普及していて、実際の使用において一般的であるのは、燃料流と燃焼空気量流との間の「比制御（Ｖｅｒｈａｅｌｔｎｉｓｒｅｇｅｌｕｎｇ）」である。その際、燃焼空気量が燃料に、ある設定可能な比で従うか、又は反対に燃料流が燃焼空気量に、ある設定可能な比で従う。この場合、比の設定値は、最適と見なされる残留酸素値が排ガス流内に生じるように、経験的に調節される。
【００１０】
その際に問題であるのは、少なくとも、燃焼空気流への管理下にない流入又は燃焼空気流からの管理下にない流出が、存在しないか、又は一定であることを前提としてしまっていることである。しかし、この前提は、上述したように、実際には成立していない。
【００１１】
むしろ、再生式に加熱されるガラス溶融炉には、燃焼に至る全空気の、典型的には１０％までが、不正空気として、管理されずに再生器又は炉室内に侵入する。この場合、管理下にない不正空気供給は、決して一定などではなく、炉圧、温度その他の運転パラメータの影響を被る。また、管理下にない「不正の」空気損失、例えば、切換制御スライダ（Ｕｍｓｔｅｕｅｒｓｃｈｉｅｂｅｒ）が不密である場合に、燃焼空気が直接排ガス流へと流れる短絡流による空気損失も観察される。
【００１２】
このような欠点は、燃焼空気を、ある設定可能な比で、燃料の目標値とプロセス値とからの最大値に従わせ、反対に燃料は、設定された空気比に相当するより存在する空気が少ない場合に制限する、いわゆるクロスリミット式の比制御によっては補償され得ない。それというのも、この方法も、管理下にない不正空気が存在しないか、又は一定に供給されることを、黙然と不適切に前提としているからである。
【００１３】
課題を解決する公知のアプローチは、「酸素トリミング（Ｓａｕｅｒｓｔｏｆｆ−Ｔｒｉｍｍｉｎｇ）」と称呼される方法により提供される。酸素トリミングでは、空気比の経験に基づく修正が、排ガス中の残留酸素含有量のための目標値と連続的に測定される値との間の差に基づいてなされる自動的な修正に置換される。しかし、この方法は、酸化条件下でのファイヤリングの場合にのみ、すなわちなおも十分な残留酸素が存在している場合に限り、使用可能である。「酸素トリミング」の方法には、排ガス中の残留酸素値と燃焼空気流のこれに対応する値との間に、このような制御の動特性に対して明らかに悪影響を及ぼす非線形の関係が生じるという欠点がつきまとう。
【００１４】
内燃機関の制御、特に自動車技術における内燃機関の制御から、「ラムダ制御（Ｌａｍｂｄａｒｅｇｅｌｕｎｇ）」として知られる方法が公知である。この公知の方法では、燃料と空気の混合物が、エンジン下流の排ガス中のラムダセンサの測定結果についての目標設定値が遵守されるように修正される。
【００１５】
望ましいのは、空気比の変化と、結果として測定可能な、排ガス分析測定部の測定値変化との間での、産業炉の再生式の加熱にとって典型的な長い反応時間を考慮した、冒頭で述べた形態の産業炉のための改善された制御コンセプトである。このことは、結局、とりわけ再生器及び炉室が内燃機関と比較して明らかに大きな容積を有していることに起因している。それゆえ、自動車技術で用いられる方法の、産業炉への単純かつ不十分な転用は、制御動特性におけるかなりの問題に直面する。特に「酸素トリミング」の方法も、自動車技術から公知の「ラムダ制御」も、冒頭で述べた形態の再生式の産業炉における再生式の加熱又はファイヤリングの周期性を考慮していない。その代わり、再生式にファイヤリングされる産業炉における管理下にない不正空気流入又は管理下にない不正空気損失の繰り返される典型的な傾向パターンが観察され得る。この傾向パターンは、空気比の緩やかでゆっくりとした修正によっては、補償され得ないか、又は不完全にのみ補償され得るにすぎない。これに対して、空気比の迅速な修正は、産業炉の不都合な制御動特性の前に頓挫する。
【００１６】
課題
本発明が解決しようとする課題は、再生式に加熱される産業炉を制御運転する改良された方法、この方法を実施する改良された制御装置及び改良された産業炉を提供することである。特に、従来技術の上述の欠点は、可能な限り解消されることが望ましい。
【００１７】
本発明
方法に関して、上記課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を備える冒頭で述べた形態の方法により解決される。さらに本発明は上記課題を、請求項１６に係る制御装置及び請求項１８に係る産業炉により解決する。
【００１８】
燃料とは、特に燃焼ガスと解されるべきである。オイル等のその他の燃料も、産業炉の運転に用いられる。インジェクタとは、特に、燃料を炉室の直前において供給区間内で又は炉室内で、特に燃焼空気とは別に噴射するために形成されている噴射装置と解されるべきである。燃焼空気及び燃料の混合は、炉室内において初めて予定されている。炉室は、特に上部炉と下部炉とを有している。下部炉は、特にガラス溶融槽又はこれに類するものを有している。
【００１９】
左側の再生器及び右側の再生器という再生器の呼称は、再生器の配置場所に関して限定的に解釈されるべきではなく、一般的な技術的な言語慣用に従うものである。この呼称は、別のもの、例えば第１の再生器及び第２の再生器が選択されても構わない。再生器は、ガラス溶融槽に関してガラスの流動方向に配置されているか、又は流動方向に対して横方向に配置されていてよい。１つの再生器に複数のインジェクタが配設されていてもよい。再生器とは、個々のインジェクタに割り当てられている再生器区分又はこれに類するものと解されてもよい。
【００２０】
本発明のコンセプトは、利用可能な上部炉温度制御法に基づく。本発明は、産業炉にとって燃焼空気が、燃焼のために酸素を供給するという機能の他に、再生器から熱を受け取って炉室へと輸送するという機能も有しているという考察から出発している。したがって、再生式に加熱される産業炉内の管理下にない不正空気流入は、排ガス中の残留酸素値に対する影響の他に、常に、再生器内に温度痕跡（ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ  Ｓｐｕｒ）も残す。特に、本発明の一態様において、このことが再生器の温度対称性又は非対称性において認識可能であることが判った。特に、本発明のコンセプトにしたがって、この温度痕跡の解釈から、管理下にない不正空気流入が空気側の再生器より前又は後でなされているかが識別可能である。不正空気指標部（Ｆａｌｓｃｈｌｕｆｔｉｎｄｉｋａｔｉｏｎ）は、燃焼空気の熱輸送機能を考慮すべく、不正空気の起源あるいは出所に応じてそれぞれ異なる制御技術的な応答及び制限を要求する事例の区別を可能にするために設けられている。
【００２１】
すべての公知の制御法の主な欠点は、公知の制御法が管理下にない空気の温度痕跡及び再生器の前か後かの流入点を考慮していないことである。しかし、燃焼空気量測定の偏差や、測定され制御される燃焼空気の構成分における空気損失は、管理下にない不正空気の実像に対する正又は負の貢献として出現する。これらは、本発明のコンセプトの一態様において、熱技術的な特性と、連続的な排ガス分析の測定値推移とから具体的に求められ、制御技術的な反応及び必要な制限に際し、考慮され得る。従来技術におけるこれまで公知のアプローチのいずれも、再生式の加熱の特性から生じる、本発明において認識された要求を考慮していない。
【００２２】
本発明は、再生式に加熱される産業炉への燃焼空気供給を制御する方法が、燃焼のための管理下にない不正空気損失又は管理下にない不正空気流入の特に連続的な分析及び補償に基づくべきであることを認識した。このことは、特に、空気過剰数ラムダの予め設定可能な一定の目標値を有する、化学量論近傍（ｎａｈｓｔｏｅｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈ）に制御される加熱又はそれどころか化学量論を下回る（ｕｎｔｅｒｓｔｏｅｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈ）ように制御される加熱を目的とするガラス溶融槽において当てはまる。本発明のコンセプトによれば、不正空気指標部は、管理下にない不正空気が燃焼空気の調整によって補償されるべきか、若しくは補償されてよいのか、又は炉圧の上昇のみによって抑制されるべきか、若しくは抑制され得るのかを表示する。
【００２３】
特に好ましい態様の枠内で、不正空気指標のために、再生器の熱的な非対称性を補償する能動的な対称制御の出力を利用すること、すなわち、管理下にない空気が燃焼空気の調整によって補償されてよいか、又は炉圧の上昇のみによって抑制され得るのかの判断基準として出力を利用することが、有利であることが判った。好ましくは、第１の制御素子は、燃焼空気の流量を制御するために形成された絞り手段として燃焼空気供給部に形成されている。好ましくは、第２の制御素子は、炉圧に対する背圧を形成するために形成されたスライダ、例えば切換制御スライダとして排ガス導出部に形成されている。
【００２４】
再生式の産業炉、特に再生式にファイヤリングされるガラス溶融槽への燃焼空気供給を自動的に制御する方法の特に好ましい態様において、燃焼空気流を自体公知のＰＩＤ制御器により自動的に制御し、ＰＩＤ制御器の目標値を、燃料量と、この燃料の化学量論的な所要空気量と、目標量として予め設定される空気過剰数ラムダとの積から、産業炉外からの管理下にない空気供給の、好ましくは継続的に求められる量を差し引いて形成する。管理下にない不正空気供給は、好ましくは連続的に作業する排ガス分析装置に基づいた燃焼計算によって、好ましくは継続的に求められる。分析装置は、特にラムダセンサ、好ましくは自体公知の酸化ジルコニウム式センサとして形成されたラムダセンサの形態で形成されている。特別な効果を伴って、燃焼空気の、目標量として予め設定される空気過剰数ラムダ（λ目標）を燃料量で割って、継続的に修正される空燃比を形成し、この空燃比を制御ループのλ制御器に供給する。空気過剰係数の特定を改善するために、同時に使用される複数の燃料のために、その空気比が互いにそれぞれの燃料の化学量論的な所要空気量の比にあるように空気比を形成することは、特に好ましい。これにより、これらの燃料の割合が変化しても酸素の供給を不変に維持することが、好ましくは可能である。例えば、従来慣用の方法の欠点を回避するために、まず、燃焼計算の使用下でＯ２％及びＣＯ％の測定値を含む例えば再生器ヘッドにおける連続的な排ガス分析の結果から、プロセス値として空気過剰数ラムダで表現される、実際の空気過剰に関するプロセス値が特定され得る：
【数１】
0005930322.tif 000002
ここで、燃料の特性と、原料混合物中に含まれる炭酸塩の分解から生じるＣＯ２の影響とは、定数ｃｏｎｓｔ．１及びｃｏｎｓｔ．２に含むことができる。
【００２５】
残留酸素Ｏ２％とは異なり、こうして得られたプロセス値（実際値）ＰＶ＿Ｌａｍｂｄａは、同様に、化学量論を下回る領域あるいは不足当量の領域、すなわちＰＶ＿Ｌａｍｂｄａ＜１においても、燃焼状態の評価及び制御のために適しており、技術的に関心のある領域全体にわたって、空気量に対して線形の関係にある。プロセス値は、この線形性に基づいて、残留酸素値Ｏ２％に基づく制御と比較して明らかに良好な、かつ目的により忠実な制御を可能にする。
【００２６】
これにより、管理下にない不正空気損失と管理下にない不正空気流入との和は、制御の外乱として明示的に、例えば燃料の化学的な組成にのみ依存する、燃料の化学量論的な最低空気ＬＭＩＮと、制御される燃焼空気流のプロセス値ＰＶ＿燃焼空気とにより、
【数２】
0005930322.tif 000003
として求められ得る。
ここで、不正空気と称呼される量ＸＦは、すべての外乱及び燃焼空気収支に対する外的な影響の和を含む。
【００２７】
好ましくは、外乱としての不正空気ＸＦは、プロセス量として連続的に求められ、適当な不正空気指標時、高い炉圧及び炉の封止によって最良に抑制されるか、あるいは残りの不可避の割合は、その出所に関して、高信頼性の制御限界を決定するために分析され得る。燃焼空気の求められた目標値は、好ましくは、従来の空気比制御に供給され得る継続的に修正される空燃比を形成するために、燃料量で除算される。
【００２８】
態様
本発明の別の好ましい態様は、従属請求項に係る発明であり、上述のコンセプトを課題設定の枠内でかつ別の利点に関して実現する好適な可能性を個々に提示する。
【００２９】
好ましくは、付加的に、温度制御のための別の制御ループにおいて、制御量としての炉室温度と、炉室温度のための第１の制御器、特にＰＩＤ制御器と、第１の制御器に対応配置された制御素子とを介して、燃料流及び／又は燃焼空気流の形態の調節可能な第１の操作量を調節する。特に、左側及び右側の再生器に関する対称制御のための第２の制御ループにおいて、第１の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第１の予熱特性量及び第２の再生器の燃焼空気の熱含量にとって有意な第２の予熱特性量と、第１及び第２の予熱特性量の差のための第２の制御器と、第２の制御器に対応配置された制御素子とを介して、第１の再生器と第２の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第２の操作量を調節すると有利であることが判っている。
【００３０】
この態様の特に好ましい態様の枠内で、第１の予熱特性量と第２の予熱特性量との間の差の大きさを、ゼロに近い閾値を下回る値に制限するために、第１の再生器と第２の再生器との間の熱伝達に影響を及ぼす熱伝達量の形態の調節可能な第２の操作量を調節する。好ましくは、熱伝達量として、第１の期間であって、第１の期間の分だけ第１の再生器及び第２の再生器のうち高温の再生器に関して第１の周期持続時間を延長かつ／又は第１の再生器及び第２の再生器のうち低温の再生器に関して第１の周期持続時間を短縮する第１の期間を調節することができる。付加的に又は択一的に、熱伝達量として、第２の期間であって、第２の期間の分だけ第１の再生器及び第２の再生器のうち低温の再生器に関して第２の周期持続時間を延長かつ／又は第１の再生器及び第２の再生器のうち高温の再生器に関して第２の周期持続時間を短縮する第２の期間を調節することができる。特に、組み合わせ時、第１の期間と第２の期間とは、同じ値であってよい。
【００３１】
特に、上述の態様のコンセプトを基礎として、左側の再生器及び右側の再生器の温度対称性の観察から、管理下にない空気流入が空気側の再生器のベース領域において行われているのか、あるいは炉室自体内で初めて行われているのかについての情報を得ることができる。その際、再生器のベースにおける管理下にない不正空気に反応するための本発明のコンセプトの使用は、左側の再生器と右側の再生器との間の温度対称性に悪影響を及ぼさないか、あるいはそれどころかこれを改善する。しかし、炉室内への管理下にない不正空気流入の場合、再生器温度の対称性が、看取可能な程、損なわれてしまう場合がある。それゆえ、本発明のコンセプトにしたがった方法は、適当な不正空気指標部の下で、好ましくは、この対称性を損なうことなく産業炉を制御するために適している。
【００３２】
このアプローチは、炉圧の所定の最低値を安定限界として維持し、安定限界の下回り時、燃焼空気流の低下が、管理下にない不正空気のより高い吸込みに至る一方、安定限界を上回る炉圧値については、管理下にない不正空気が、それぞれ異なる高さの燃焼空気流によっては影響を受けないか、又は受けたとしても極僅かであることによって、特に好適に助成される。さらに、これに加えて、制御される燃焼空気流の最低量を、空気側の再生器の温度が予め設定された温度閾値の下にあるように制限することが有利であることが判っている。
【００３３】
特に、再生器の温度対称性のための判定基準として、左側の再生器と右側の再生器との間のファイヤリングの周期時間の自動的なシフトあるいは変更による対称制御が使用可能である。上述の態様の使用は、例えば、両火炎サイドのための再生器ヘッド温度を対称的に維持するために、左側の火炎サイドと右側の火炎サイドとの間の周期時間の長時間継続する変更を必要とする場合がある。この事情は、好ましい態様において、不正空気指標として利用可能である。正しい不正空気指標時、このことは、対称性を維持するために、再生器サイド間の温度差の過剰な拡大を阻止し、それゆえ周期時間のより高い変更を阻止する。これにより、好ましくは、第１の予熱特性量と第２の予熱特性量との間の差を、不正空気指標の枠内の第２の制御ループの制御結果として、炉室及び／又は再生器内の管理下にない空気流入の評価のため、特に再生器の状態のさらなる評価及び／又はその他の影響量の評価のために使用する。例えば、不正空気指標は、周期持続時間を数倍上回る時間スケールにおいて平均して再生器の加熱が示される場合、不正空気が空気側の左側及び／又は右側の再生器より後の下流、特に炉室内において流入することを判定する。特に、周期持続時間を数倍上回る時間スケールにおいて平均して再生器の加熱が示される場合とは、平均して第１の再生器のために第１の周期持続時間が延長されるかつ／又は第２の周期持続時間が繰り返し短縮される場合である。
【００３４】
さらに好ましくは、不正空気指標の枠内で、再生式の加熱の火炎周期の時間中の、管理下にない空気の量の時間的な傾向の観察及び／又は分析から、周期的に繰り返す特徴的な傾向パターンを求め、特に、管理下にない空気の連続するプロセス値の平滑化及び先を見越した制御のために使用してもよい。
【００３５】
例えば、管理下にない空気供給の特定に対する燃焼空気流の体系的な測定エラーの影響は、それぞれ異なる燃料使用を有する２以上の運転状態の比較により排除され得る。その際、燃焼空気量測定は、種々異なる運転状態のために、燃焼空気の分析が、管理下にない空気供給の同じか、又は僅かにのみ異なる量を生じるように、修正され得る。
【００３６】
特に、管理下にない空気供給は、管理下にない空気損失も含んでいる。例えば、管理下にない空気損失は、燃焼空気の一部が短絡して排ガス流に流入してしまう不密の切換制御機構により発生し得る。好ましくは、このような空気損失は、再生周期の持続時間にわたって時間的に降下する傾向によってか、又は管理下にない空気の値の、切換制御プロセスの結果として火炎サイド間で突然発生する、負の値まで達する著しい低下によって認識される。
【００３７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面は、必ずしも正しい縮尺で実施の形態を示しているわけではなく、説明の用に供する図面は、概略的なかつ／又は軽微に歪曲された形状で描写されている。図面から直接看取可能な思想の補足については、関係する従来技術が参照される。その際、実施の形態の形状及び細部に関して多様な改変及び変更が、本発明の一般思想を逸脱することなく行い得ることは、考慮されるべきである。本発明の、明細書、図面及び請求の範囲に開示される特徴は、単独でも、任意の組み合わせでも、本発明の態様の本質をなすものであり得る。加えて、本発明の範囲内には、明細書、図面及び／又は請求の範囲に開示される特徴の少なくとも２つの特徴からなるすべての組み合わせが含まれる。本発明の一般思想は、以下に図示し説明する好ましい実施の形態の正確な形状又は細部にか、又は請求の範囲に請求される対象と比較して限定された対象に限定されない。表示される寸法の範囲は、記載された限度内にある値も、限界値として開示するものであって、任意に使用可能かつ特許請求可能である。
【００３８】
本発明のその他の利点、特徴及び細部は、好ましい実施の形態の以下の説明及び図面から看取可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のコンセプトに基づくλ制御モジュールを備える制御装置が設けられた特に好ましい一実施の形態に係る左側の再生器と右側の再生器とを備える再生式に加熱される産業炉の概略図である。
【図２】本発明のコンセプトに基づく図１の制御装置における不正空気指標と組み合わされたラムダ制御のための制御ループの概略図である。
【図３】比較的低温の再生器のために排ガスを炉室から導出する周期持続時間を延長かつ／又は比較的高温の再生器のために排ガスを炉室から導出する周期持続時間を短縮する、熱伝達量としての設定される期間とともに、左側の再生器と右側の再生器とからなる系のほぼ定常の対称状態における、予熱される燃焼空気からのそれぞれ熱の形態の第１の予熱特性量と第２の予熱特性量との差の時間的な推移を表す図である。
【００４０】
図１は、炉室１０を有する再生加熱式あるいは蓄熱式の産業炉１００の概略図である。炉室１０は、上部炉室１及び下部炉室２を有し、上部炉室１は、制御区間として制御され、下部炉室２は、詳細には説明しないガラス溶融槽を有している。ガラス溶融槽内に含まれるガラスは、炉室１０を介して溶融温度を超える温度に加熱され、板ガラス等を製造するために溶融され、適切に処理される。産業炉１００は、本実施の形態では、側方に取り付けられた複数の燃料インジェクタ２０を介して燃料、本実施の形態では燃焼ガスの形態の燃料が、上部炉１内に噴射されることによって、加熱される。本図には、これらの燃料インジェクタ２０のうち、１つの左側のインジェクタ２０が示されている。また、本図には、複数の別の燃料インジェクタ２０′のうち、１つの右側のインジェクタ２０′が示されている。判り易くするため、以下においては、同一若しくは類似の部材又は同一若しくは類似の機能を有する部材には、同一の符号を使用する。例えば、左側あるいは右側には、それぞれ６つのインジェクタ２０，２０′が設けられていてよい。図１に示すファイヤリングの周期では、燃料インジェクタ２０を介して燃焼ガスが上部炉１内に、事実上燃焼空気なしに噴射される。燃料インジェクタ２０の上側で、予熱された燃焼空気ＶＢが、左側の開口３０を介して上部炉１に供給される。開口３０からの燃焼空気は、上部炉１内で、燃料インジェクタ２０によって噴射された燃焼ガスと混合し、下部炉を覆う火炎４０を形成するに至る。火炎４０は、本図では概略的に示されている。図１は、左側の再生器５０あるいは蓄熱器と左側のインジェクタ２０とを介して再生式のファイヤリングを行っている産業炉１００の状態を示している。左側の再生器５０及び左側のインジェクタ２０並びに開口３０は、インジェクタ２０を介して供給される燃焼ガスが、化学量論至近の範囲又は化学量論を下回る範囲で、左側の再生器の燃焼空気ＶＢと上部炉１内で混合されるように形成されている。左側のインジェクタ２０を介して燃焼ガスを噴射するとともに、左側の再生器５０を介して燃焼空気ＶＢを供給しつつ行う、上部炉１の左側のファイヤリングの図１に示した運転状態は、例えば２０〜４０分の第１の周期持続時間中、持続する。この第１の周期持続時間中、燃焼空気ＶＢは、炉室１０内の上部炉１に、燃焼ガス２０とは別個に供給される。第１の周期持続時間中、排ガスＡＧは、上部炉１から右側の開口３０′を介して右側の再生器５０′あるいは蓄熱器に供給され、右側の再生器５０′を加熱する。
【００４１】
第２の運転状態において、同じような時間的長さを有する第２の周期持続時間中、上部炉１のファイヤリングは反転される。このために、燃焼空気ＶＢが、右側の再生器５０′を介して上部炉１に、右側のインジェクタ２０′から供給される燃焼ガスとともに供給される。燃焼空気ＶＢは、再生器５０′内で第１の周期持続時間中に排ガスＡＧから供出された熱を受容する。
【００４２】
燃料流及び／又は燃焼空気流の制御は、原則、産業炉１００のための制御装置１０００の温度制御モジュール４００を介して実施される。基本的には、このために、温度制御モジュール４００内のＰＩＤ制御器が使用可能である。ＰＩＤ制御器に基づいて、燃料流及び／又は燃焼空気流を増やして炉室温度を上げたり、燃料流及び／又は燃焼空気流を減らして炉室温度を下げたりする。この温度制御モジュール４００には、再生器ヘッド５１あるいは５１′又は上部炉室１の温度値が、適当な温度センサ５２，５２′，５３を介して供給される。本実施の形態では、温度センサ５２，５２′，５３は、いずれにしても一部において、燃料と空気の比を測定する適当なラムダセンサとも組み合わされている。
【００４３】
さらに制御装置１０００は、対称制御モジュール３００を有している。対称制御モジュール３００は、本実施の形態では、第１の再生器５０と第２の再生器５０′との間の熱伝達を制御するために形成されている。本実施の形態では、熱伝達の制御は、期間±Δｔであって、その分だけ、第１及び第２の再生器５０，５０′のうち低温の再生器のために第２の周期持続時間ｔを延長かつ／又は第１及び第２の再生器５０，５０′のうち高温の再生器のために第２の周期持続時間ｔを短縮するか、又は第１及び第２の再生器５０，５０′のうち低温の再生器のために第１の周期持続時間ｔを短縮かつ／又は第１及び第２の再生器５０，５０′のうち高温の再生器のために第１の周期持続時間ｔを延長する期間±Δｔの形態で熱伝達量を介して実施される。タイマの形態の適当な制御要素は、本実施の形態では対称制御モジュール３００に連結されており、第１及び第２の周期持続時間ｔを対称制御モジュール３００に基づいて短縮あるいは延長することができる。つまり、制御要素は、本実施の形態では、周期持続時間を上述の期間±Δｔの分だけ左側の再生器５０あるいは右側の再生器５０′においてシフトすることができる。
【００４４】
さらに、再生式にファイヤリングされるガラス溶融槽を有する再生式の産業炉１００の燃焼空気供給の自動制御は、燃焼空気流がλ制御モジュール２００の自体公知のＰＩＤ制御器によって自動的に制御されるようにしている。ＰＩＤ制御器の目標値は、燃料量と、この燃料の化学量論的な所要空気量と、目標量として予め設定される空気過剰数λ目標との積から、産業炉外からの管理下にない空気供給の、継続的に求められる量を差し引いて形成される。本発明のコンセプトにしたがって、管理下にない空気供給は、連続的に作業する排ガス分析装置に基づく燃焼計算によって継続的に求められる。排ガス分析装置は、本実施の形態では、温度センサ５２，５２′，５３と組み合わされて、自体公知の酸化ジルコニウム式センサによって形成されている。７００〜１５００℃の使用温度において、ジルコニウム式センサは、約３年、最良の場合は８年の寿命を達成する。一部において極端に還元性の条件下又は重金属酸化物による排ガス汚染下においても、良好な耐用時間が達成される。良好な耐用時間にとって重要であるのは、頑強な、産業上の利用に耐える構成の他、とりわけ定期的な保守である。これにより、酸化ジルコニウム式センサの測定信号は、十分な安定性及び再現性を有しており、自動制御のための基礎として役立つ。
【００４５】
λ制御モジュール２００を用いた上述の制御は、以下、「ラムダ制御」と呼ぶ。原則、空気過剰数λは、実際に有効な空気、すなわち管理下にある空気量に不正空気量を加えた値を、目下の燃料量のための化学量論的な最低所要空気量で割った比として規定されている。
【００４６】
【数３】
0005930322.tif 000004
【００４７】
目下のプロセス値λは、酸化ジルコニウム式センサの測定結果（ｍＶ）から直接、燃料混合運転形式、例えばガス及びオイルの燃料混合運転形式に関しても、またサブストイキオメトリ領域、つまりλ＜１においても、特定される。その際、０から２００ｍＶまでのセル電圧は、２０．９４％から０％への減少する酸素含有量の尺度であり、これに対して、２００ｍＶから約８００ｍＶへのさらに上昇するセル電圧は、一段と還元性の領域において、増加するＣＯの割合の尺度である。
【００４８】
酸化ジルコニウム式センサの測定結果からプロセス値λを特定する前提は、化学的な燃料組成のデータである。ガスクロマトグラフは、贅沢な例外的な事例においてのみオンライン式に設けられている。変動する発熱量のために、燃料の特徴的な組成は、「作業点」として格納され、変化する発熱量に比例的に随伴される。これに基づいて、燃焼計算は、ガス及びオイルに関する燃料無次元数（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｌｏｓｅ  Ｂｒｅｎｎｓｔｏｆｆｋｅｎｎｚａｈｌ）を提供し、続いて実際の空気量、排ガス量、排ガス成分、及びこの場合の本来の関心事である、センサによって求められた空気と管理下にある空気流との間の差としての不正空気ＸＦを提供する。
【００４９】
測定値Ｏ２％とは異なり、測定されるプロセス値λは、１．５＞λ＞０．９６の技術的に関心のある全領域で提供され、直接、過剰又は不足の燃焼空気に対して線形の関係にある。このことは、効率的な制御を可能にし、制御区間の時間特性に煩わされることなく、不足又は過剰の空気を合目的に正確に特定することができる。目標値λ目標（所望のＯ２％値に非線形に換算可能、逆もまたしかり）には、プロセス値λ実際が対比される。
【００５０】
基本的にはラムダ制御は、本実施の形態では：
‐目下の不正空気を特定し、可視化すること、
‐不正空気を抑制又は低減すること、
‐不可避の不正空気を補償あるいは相殺すること、
を意味している。
【００５１】
最適な値が何であるかは、燃焼室の特性及び溶融物の要求次第である。大抵の場合、λ＝１．０４，．．．，１．０５の間のラムダ値が、良好な値であり、０．８〜１．０％のＯ２％値に相当する。
【００５２】
具体的には、従来慣用の方法の欠点を回避するために、本発明のコンセプトにしたがって、つまり、まず再生器ヘッドにおける連続的な排ガス分析の結果から、測定値Ｏ２％及びＣＯ％とともに、燃焼計算を用いて、空気過剰数λで表現される実際の空気過剰に関するプロセス値が、プロセス値（実際値）として特定される。
【００５３】
【数４】
0005930322.tif 000005
ここで、燃料の特性と、原料混合物中に含まれる炭酸塩の分解から生じるＣＯ２の影響とは、定数ｃｏｎｓｔ．１及びｃｏｎｓｔ．２に含まれている。
【００５４】
残留酸素Ｏ２％とは異なり、こうして得られたプロセス値ＰＶ＿Ｌａｍｂｄａは、サブストイキオメトリ領域、すなわちＰＶ＿Ｌａｍｂｄａ＜１においても同様に、燃焼状態の評価及び制御のために適しており、技術的に関心のある全領域にわたって空気量に対して線形の関係にある。プロセス値ＰＶ＿Ｌａｍｂｄａは、この線形性に基づいて、残留酸素値Ｏ２％に対応させた制御と比較して明らかに良好な、かつ合目的に正確な制御を可能にする。
【００５５】
これにより、管理下にない空気損失と管理下にない空気流入の和は、制御の外乱として
【数５】
0005930322.tif 000006
として明示的に求められ得る。
【００５６】
ここで、ＰＶ＿燃焼空気は、制御される燃焼空気流のプロセス値であり、ＬＭＩＮは、燃料の化学的組成にのみ依存している燃料の化学量論的な最低空気量である。
【００５７】
不正空気と称呼される量ＸＦは、すべての外乱と燃焼空気収支への外的な影響との和を含む。
【００５８】
外乱としての不正空気ＸＦは、本実施の形態ではプロセス量として連続的に求められる。これは、高い炉圧及び炉の密閉によって最良に抑制可能であり、不可避の残りの部分は、許容可能な制御限界を決定するために、その起源について分析され得る。
【００５９】
まず、引き続き図１に関連して、技術的な制御特性に関して、不正空気源のオンライン分析が、λ信号の短期及び長期の傾向と炉及び再生器内の不正空気の温度痕跡とを評価しつつ、実施可能である。不正空気源の例には、以下に挙げるようなものである。
【００６０】
（Ａ）燃焼空気流又は燃料量の測定における不正確性は、計算上、実際の不正空気と同様に燃焼空気収支の偏差として働き、両火炎サイド（Ｆｅｕｅｒｓｅｉｔｅ）に関してまったく同じように作用し、かつ明らかに異なる燃料使用を有する設備のそれぞれ異なる運転点の比較において可視化する。
【００６１】
（Ｂ）例えば何週にもわたるますますの汚染及び燃焼空気量測定のますますの下方表示からの「逸脱する不正空気（ａｂｄｒｉｆｔｅｎｄｅ  Ｆａｌｓｃｈｌｕｆｔ）」は、不正空気と同様に作用し、正しく自動的に補償され得る。
【００６２】
燃焼空気量測定（Ａ）及び（Ｂ）の体系的な偏差の、外乱ＸＦに対する影響は、必然的に両火炎サイドに関して同じであって、それぞれ異なる燃料使用を有する２つ以上の運転状態の比較によって求められる。燃焼空気量測定のこのような体系的な偏差は、修正によって除去することができ、除去するまでは、燃焼空気の調整によって補償することもできる。
【００６３】
（Ｃ）空気損失、すなわち切換制御スライダの不密性により燃焼空気の一部が直接排ガス流に流入してしまう短絡流は、典型的にはサイド毎に異なるか、又は交番プロセスを伴って間欠的に発生するが、毎回ではない、火炎周期（Ｆｅｕｅｒｐｅｒｉｏｄｅ）にわたるラムダ値の低下傾向をプラスした負の不正空気値によって明らかとなる。
【００６４】
不密の切換制御スライダによって惹起される空気損失（Ｃ）が、酸素又は不正空気のプロセス量の降下傾向により識別され得ることが判った。空気損失は、切換制御スライダの封止によって取り除くことができ、封止するまでは、制限されることなく燃焼空気の調整によって補償することができる。
【００６５】
（Ｄ）再生器内への不正空気流入は、典型的にはサイド毎に異なっており、チャンバベース領域において発生する。チャンバベース領域には、約−２０Ｐａの最も強い負圧が支配している。すなわち、チャンバベース領域に流入する不正空気は、再生器内で一緒に、正規に測定される燃焼空気と同様、加熱あるいは冷却される。
【００６６】
再生器ベースへの管理下にない空気の流入（Ｄ）は、燃焼空気量の変更によるその補償が、左側の再生器と右側の再生器との間の対称性の乱れを惹起せず、反対に再生器の温度対称性を改善することによって、識別され得る。このうち不可避の、再生器の封止によっては回避され得ない部分は、制限されることなく燃焼空気の調整によって補償され得る。
【００６７】
（Ｅ）炉室内への不正空気流入は、影響を及ぼす炉内の圧力場の結果として、火炎サイド毎に異なっている場合がある。原則、火炎サイド毎に同じ場合もある。上部炉内への火炎サイド毎に異なった不正空気流入の場合、このことは、空気補償の場合、温度的な非対称のさらなる増大に至る。不正空気流入が火炎サイド毎に異なっているか、又は火炎サイド毎に同じであるかに関わらず、不正空気補償は、平均して上昇する再生器温度に至る。再生器内での加熱に関わらない低温の空気は、炉室から熱を奪い、高温の排ガスとして、反対側に位置する再生器へと流入する。これは、再生器温度の上昇によって明らかとなる。
【００６８】
（Ｆ）ネガティブな効果は、空気が燃焼に関わらなければ関わらないほど、ますます顕著となる。
【００６９】
炉室内への管理下にない空気の流入（Ｅ）及び（Ｆ）は、これに対して左側の再生器と右側の再生器との間の再生器温度の対称性の典型的な乱れを惹起する。このような炉室内への管理下にない空気ＸＦを燃焼空気量の調整によって補償する試みは、再生器の温度的な非対称性の拡大と、再生器温度の上昇につながる。炉室への管理下にない空気の流入は、再生器内の温度痕跡に基づいて識別されることができ、燃焼空気の調整によっては補償されてはならないか、補償されるにしても極限られた範囲内で補償されてよいにすぎない。この流入は、炉室の封止または炉圧の上昇によってのみ低減され得る。
【００７０】
総括すると、再生器の上流に作用する不正空気のすべての形態（Ａ）乃至（Ｄ）に関して、一般に、好ましくは原因が認識され除去され得ることが成立する。不可避のすべての不正空気のために、燃焼空気量の調整による自動的な補償は、技術的に妥当な反応である。しかし、炉圧の最低値の下では、燃焼空気量の減少が、管理下にない空気ＸＦの量の増加を招くことが判っている。管理下にない空気の求められた量が、燃焼空気量の変更によっては顕著に影響されない限り、炉圧は、安定した制御のために十分な高さにある。この安定限界の下側で、目標値ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａは、燃焼空気量の調整によっては高信頼性に達成され得ず、炉圧の相応の上昇を要求する。
【００７１】
炉室内に流入する不正空気（（Ｅ）及び（Ｆ）の場合）は、不正空気からの最大で可能なエネルギ損失に至るだけでなく、左右の再生器の温度的な均衡を妨げる。しかし、このような不正空気を燃焼空気の調整によって補償する試みは、再生器温度の上昇と、温度的な非対称性の激化とに至る。技術的に妥当な回答は、もはや燃焼空気の調整ではなく、不正空気流入を抑制又は低減するための、炉の封止及び炉圧の上昇である。
【００７２】
上述の考察は、従来技術の簡単なＯ２％測定が不十分であることを明らかにする。現在のファイヤリングの酸素収支の評価と、不正空気量の明確な特定と、それに加えて再生器内におけるこの不正空気の温度痕跡の評価とによって初めて、オンライン式の原因分析と、技術的に適合された制御戦略の選択とが可能になる。
【００７３】
本発明では、燃焼空気量の調整による管理下にない空気ＸＦの補償は、本発明のコンセプトにしたがい、以下の場合にのみ容認可能である。
【００７４】
ａ）管理下にない空気ＸＦが直接炉室内に流入し、このことは、再生器温度の対称性の乱れ及び再生器の温度上昇によって可視化する。
【００７５】
ｂ）管理下にない空気ＸＦが燃焼空気量に依存せず、特に燃焼空気量に対して反比例の関係にない。
【００７６】
こうして規定された安定性の判定基準の下では、管理下にない空気ＸＦは、炉圧の上昇によってのみ低減可能である。
【００７７】
こうして規定された安定性の判定基準の上では、管理下にない空気は、広範な限度内で、燃焼空気量の自動的な調整によって、空気過剰の予め決められた目標値ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａを遵守するために、補償され得る。
【００７８】
このことは、従来技術において公知の「酸素トリミング」を大きく凌駕する。ＳＰＳは、計算能力及びすべてのプロセスデータを適宜提供可能であり、こうして、目下の酸素収支の分析及び評価のための「エキスパートシステム」のために動作することができる。このために、ＳＰＳは、物理学的な基礎的関係の格納された「モデル」を使用する。図２は、このために、再生式にファイヤリングされるガラス溶融槽を備える再生式の産業炉１００の燃焼空気供給の自動的な制御の適当な制御スキームを示している。図２は、概略的に、方法の実施のために適した制御ループを示している。この制御ループは、適当なモジュールとともに、方法を実施するための制御装置１０００のλ制御モジュール２００の基礎として役立つことができる。
【００７９】
λ制御モジュール２００の制御ループは、排ガス分析装置の形態の測定素子２１０を有する。本実施の形態では、排ガス分析装置は、図１に示したラムダセンサ５２，５２′の形態でそれぞれ左側あるいは右側の再生器５０，５０′のヘッド５１，５１′内に、そしてラムダセンサ５３として上部炉１内に形成されている。測定素子２１０を介して、排ガスの酸素含有量は、排ガスの空気過剰数λを直接求めるために測定され得る。このために、酸素測定値は、計算モジュール２２０に供給される。計算モジュール２２０において、空気過剰数λがプロセス値として、上述の計算規則（ＰＶ＿Ｌａｍｂｄａ）にしたがって求められる。こうして特定された空気過剰数λは、λ制御モジュール２００の制御ループのラムダ制御器Ｒλに実際値λ実際として提供される。ラムダ制御器Ｒλは、実際値λ実際を予め決められた目標値λ目標と照合して制御偏差Δλを出力する。制御偏差Δλは、制御区間２３０内で適当な操作量を調整することによって閉ループ制御式に取り除かれるべきものである。本発明のコンセプトにしたがって、本実施の形態では、λ制御モジュール２００の制御ループが、２つの操作量の選択を提供し、すなわち一方では燃焼空気の形態の第１の操作量２０１、他方では炉圧の形態の第２の操作量２０２を提供するようになっている。第１の操作量２０１は、適当な制御素子によって、λ制御モジュール２００の制御ループの第１の部分Ｉ内で設定される。第２の操作量２０２は、λ制御モジュール２００の制御ループの第２の部分ＩＩ内で設定される。本実施の形態では、産業炉１００の制御区間に設けられた不正空気指標部によって、不正空気が第１の事例として空気側の左側及び／又は右側の再生器５０，５０′内又はこれより前の上流において流入しているか、又は不正空気が第２の事例として空気側の左側及び／又は右側の再生器５０，５０′の後の下流、特に炉室１０内において流入しているかが求められる。このために不正空気指標部は、適当な形式で特に炉室１０及び再生器５０，５０′をλ制御モジュール２００の制御ループの決定モジュール２４０に連結している。上で（Ａ）乃至（Ｆ）に挙げた場所も、必要な場合、決定モジュール２４０に連結されていてよい。第１の事例では、決定モジュール２４０により、第１の部分Ｉ内の制御ループを作動させるスイッチが操作される。第２の事例では、決定モジュール２４０を介して、制御ループ２００の第２の部分ＩＩを作動させるスイッチが操作される。上述したように、こうして、燃焼空気を第１の制御素子２０１により自動的に調整して不正空気を自動的に補償することが保証される（場合（Ａ）乃至（Ｅ））。不正空気指標部が、空気側の左側及び／又は右側の再生器５０，５０′の後の下流、特に炉室１０内での不正空気を認識した場合（（Ｅ）、（Ｆ）の場合）、λ制御モジュール２００の制御ループの第２の部分ＩＩが作動される。この場合、本実施の形態では、排ガス導出部内に設けられた図１に示したスライダユニット６０の形態の第２の制御素子２０２を介して、炉圧ｐに対する背圧Ｐが形成される。こうして、炉圧は、制御偏差Δλを補償するために、制御区間２３０内で昇圧され得る。
【００８０】
さらにλ制御モジュール２００の制御ループは、測定素子２１０に接続された第１及び第２の測定値推移モジュール（Ｍｅｓｓｗｅｒｔｖｅｒｌａｕｆｓｍｏｄｕｌ）２５０，２６０を有している。
【００８１】
例えば、管理下にない空気供給の特定に対して燃焼空気流の体系的な測定エラーが及ぼす影響は、それぞれ異なる燃料使用を有する２つ以上の運転状態の比較によって排除され得る。その際、燃焼空気量測定は、種々異なる運転状態について燃焼空気の分析が、管理下にない空気供給の同じ量又は僅かにのみ異なる量を生じるように修正され得る。比較的長い時間スケールで作動する測定値推移モジュール２５０は、酸素測定値の推移を比較的長い時間にわたって記憶し、かつ比較的長い時間スケールｔの時間的推移として示すことが可能である。酸素測定値の例えば下り勾配の時間的推移は、センサ２５１、例えばラムダセンサ５２，５２′の検査を行わせる指標として利用可能であることが判った。
【００８２】
特に、管理下にない空気供給には、管理下にない空気損失も含まれる。管理下にない空気損失は、例えば切換制御機構が不密であって、燃焼空気の一部が短絡流として排ガス流に流入してしまうことによって起こり得る。好ましくは、このような空気損失は、管理下にない空気の値の、火炎サイド間の切換制御プロセスに伴って突然発生する、負の値までの著しい減少によってか、又は再生周期の持続時間にわたって時間的に降下する傾向によって認識される。これに応じて、第２の測定値推移モジュール２６０は、比較的短い時間スケールのために設計されており、酸素測定値を少なくとも周期持続時間Ｔにわたって記憶し、周期持続時間にわたる過渡的な推移として示すことが可能である。周期持続時間Ｔにわたって酸素測定値が繰り返し降下するときは、スライダ２６１、例えば燃焼空気供給部と排ガス導出部との間に設けられる図１に示したスライダユニット６０が不密であることを認識可能であることが判った。このことは、上述の図１に示した不正空気事例（Ｃ）に該当する。
【００８３】
管理下にない空気ＸＦの補償が再生器の温度対称性に対して場合によっては及ぼし得る影響を認識するために、本発明では、対称制御の出力が役立つ。対称制御では、左右の再生器の再生器ヘッド温度は、周期時間を自動的にシフトすることによって互いに同化される。これにより、火炎（左）及び火炎（右）のための溶融槽のドーム温度も互いに同化され得る。このために、周期持続時間は、高温側で延長され、低温側では同じ分だけ短縮される。対称制御が、再生器間のエネルギ補償後、周期時間の相違を再び約ゼロに減じることができ、この均衡状態が、燃焼空気量の調整による管理下にない空気ＸＦの能動的な補償時にも再三達成されると、不正空気補償による温度的な再生器対称に対する悪影響は生じない。つまり憂慮しなくてよい。
【００８４】
本実施の形態では、対称制御モジュール３００の対称制御器ＲＳは、熱量の、図３に詳細に示す差ΔＱがゼロになるように制御する。このために、再生器５０，５０′のための対称制御器ＲＳは、再生器５０，５０′を介した上炉１のファイヤリングのための周期持続時間ｔを変更する期間±Δｔを提供する。図３からは、例えば、比較的長時間、左側の再生器５０のために、正の値＋Δｔが優勢であることが看取可能である。このことは、特に好ましい評価モジュールの枠内で、左側の再生器の状態の技術的な評価に援用可能である。本実施の形態では、非対称性が第２の制御回路ＩＩにもかかわらず存在することを突き止めることが可能である。すなわち、期間の正の制御値＋Δｔの間、左側の再生器５０によるファイヤリングの周期持続時間が、上炉１をファイヤリングするために規則的に延長されなければならないことは明らかである。このことから、炉室１又は再生器５０内の管理下にない空気流入を推定することができる。このことは、炉室１０内の圧力調整によって、λ制御モジュール２００の制御ループの上述の第２の部分ＩＩに基づいて調整され得る。
【００８５】
これに対して、燃焼空気量の調整により不正空気補償を実際に実現するために、燃焼空気量の目標値は、
【数６】
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から求められる。
【００８６】
ここで、
ＳＰ＿空気：            燃焼空気量の目標値、
ＳＰ＿Ｌａｍｂｄａ：    所望の空気過剰の規定値、
ＬＭＩＮ：              この燃料の化学量論的な最低空気量、
燃料：                  燃料量の目標値と実際値との最大値、
ＸＦＡ：                管理下にない空気の能動的に補償すべき量、
である。
【００８７】
これに加え、再生式の加熱の火炎周期の時間中の、管理下にない空気の量の時間的な傾向の観察及び数学的な分析から、周期的に繰り返される特徴的な傾向パターンを求めることが有利であることが判ってた。これらの傾向パターンは、管理下にない空気の連続するプロセス値の平滑化及び先を見越した制御のために使用される。
【００８８】
つまり、能動的に補償すべき管理下にない空気量として、その目下の値ＸＦというよりは、むしろ、過去の周期の分析から求められる平滑化された値ＸＦＡ、最も簡単な事例では、火炎周期にわたる線形の推移と目下のプロセス値ＸＦとから重みつき平均により求められる値ＸＦＡが使用されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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