CN105393056A - 燃烧控制装置 - Google Patents

Abstract

根据实施方式，燃烧控制装置具备比率设定器、第一以及第二控制环、第一以及第二动态前馈补偿器。比率设定器设定应被调整的空气流量与燃料流量的比率。第一控制环包含空气流量进程，第二控制环包含燃料流量进程。第一以及第二动态前馈补偿器对与第一以及第二控制环相对主控信号所示的燃烧请求等级的变化的响应性相关的空气流量进程以及燃料流量进程的无用时间进行补偿。

Description

燃烧控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及为了调整空气流量与燃料流量的比率而应用动态前馈补偿的燃烧控制装置。

背景技术

一般来说，在燃烧炉中，通过燃烧控制装置的控制，空气和燃料以某比率被供应给该燃烧炉的燃烧器。由此，燃烧炉使与空气混合了的燃料燃烧而得到热量。

空气与燃料的比率、例如空气(空气流量)相对于燃料(燃料流量)的比率存在最佳的范围。如果该比率减少而空气不足，则导致不完全燃烧。不完全燃烧导致黑烟、一氧化碳(CO)的产生。相对于此，若上述比率增加而空气变得过度，则导致氧化氮(NOx)、氧化硫(SOx)的产生。而且，若上述比率没有处于最佳的范围，则燃烧炉中的能量转换效率降低而导致作业成本的增大。

因此，在燃烧控制装置中将上述比率保持为最佳的控制是重要的，以往进行了各种努力。作为燃烧控制装置中的代表性的控制方法，已知以下的三种。

第一是被称为比率控制的方法。第二是改良了比率控制方法而成的、被称为交叉限幅控制的方法。第三是改良了交叉限幅控制(更详细地说，是单交叉限幅控制)而成的、被称为双交叉限幅控制的方法。

第一至第三控制方法的共通点在于，一边以追随于请求燃烧的主控信号的方式将空气流量相对于燃料流量的比率保持为所设定的比率，一边对该空气流量以及燃料流量进行控制。为了该控制，空气流量以及燃料流量(更详细地说，是空气流量以及燃料流量各自的实际测量值)被反馈。主控信号不仅请求燃烧，还指定燃烧请求(燃烧量)的程度(即燃烧请求等级)。

已知在这三个控制方法的任一个中，在主控信号急变的过渡状态下，空气流量相对于燃料流量的比率(即实际比率)都与设定比率较大不同。因此，还提出了通过使用反馈型补偿器来改善上述的过渡状态下的实际比率的控制方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－215204号公报

专利文献2：日本专利第3904905号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，即使是使用反馈型补偿器的方法，在空气流量的进程和燃料流量的进程分别具有不同的无用时间的情况下，上述的过渡状态下的实际比率依然与设定比率较大不同。而且，空气流量的进程的无用时间和燃料流量的进程的无用时间不同的状况在实际的工厂中不少。

例如，在燃料不是气体的情况下，空气流量进程和燃料流量进程中无用时间不同。也就是说，在空气为气体而燃料为液体或燃料为粉煤灰那样的粉状体的情况下，上述的无用时间不同。此外，在存在工厂设备的配管长度或配管系统等的物理制约的情况下，上述的无用时间也不同。

本发明要解决的课题在于，提供即使在空气流量进程和燃料流量进程具有不同的无用时间，且燃烧请求等级急变那样的过渡状态下，也能够控制两个流量以使空气流量与燃料流量的比率成为设定比率的附近的燃烧控制装置。

用于解决课题的手段

根据实施方式，提供用于调整空气流量与燃料流量的比率的燃烧控制装置。所述燃烧控制装置具备比率设定器、第一控制环、第二控制环、第一动态前馈补偿器以及第二动态前馈补偿器。所述比率设定器设定应被调整的所述比率。所述第一控制环包含空气流量进程和第一反馈控制器。所述空气流量进程向燃烧炉供应空气。所述第一反馈控制器控制所述空气流量进程，使得所述空气流量追随于作为所述空气流量以及所述燃料流量各自的目标值的、第一设定值以及第二设定值之中的所述第一设定值。所述第一设定值以及第二设定值按照用于请求所述燃烧炉中的燃烧的主控信号所示的燃烧请求等级的变化而以所述设定比率变化。所述第二控制环包含燃料流量进程和第二反馈控制器。所述燃料流量进程向所述燃烧炉供应燃料。所述第二反馈控制器控制所述燃料流量进程，使得所述燃料流量追随于所述第二设定值。所述第一动态前馈补偿器对与所述第一控制环相对所述燃烧请求等级的变化的响应性相关的所述空气流量进程的第一无用时间进行补偿。所述第二动态前馈补偿器对与所述第二控制环相对所述燃烧请求等级的变化的响应性有关的所述燃料流量进程的第二无用时间进行补偿。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。

图2是表示第二实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。

图3是表示第三实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。

具体实施方式

以下，参考附图说明各种实施方式。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。该燃烧控制装置对被供应给燃烧炉的空气以及燃料的量进行控制。作为燃烧炉，已知例如锅炉、热风炉、再热炉、加热炉、焚烧炉等。此外，作为燃料，使用例如煤(粉状体)、石油(液体)、燃气(气体)中的1种以上。

图1所示的燃烧控制装置以追随于主控信号M的方式，一边将空气流量PV₀相对于燃料流量PV₁的比率PV₀/PV₁保持为预先决定的比率，一边对该空气流量PV₀以及燃料流量PV₁进行控制。主控信号M是燃烧控制装置的输入，是请求燃烧炉中的燃烧的燃烧请求信号。若更详细地叙述，主控信号M指定燃烧请求的程度(即燃烧请求等级)。空气流量PV₀以及燃料流量PV₁是燃烧控制装置的输出，分别被称为空气流量进程值以及燃料流量进程值。在第一实施方式中，空气流量PV₀以及燃料流量PV₁分别以与空气流量的第一调整范围以及燃料流量的第二调整范围对应的百分比(％)值来表示。若举具体例，PV₀＝0(％)表示第一调整范围的下限的空气流量(空气流量的％值)，PV₀＝100(％)表示第一调整范围的上限的空气流量(空气流量的％值)。同样，PV₁＝0(％)表示第二调整范围的下限的燃料流量(燃料流量的％值)，PV₁＝100(％)表示第二调整范围的上限的燃料流量(燃料流量的％值)。这在后述的第二以及第三实施方式中也同样。

图1所示的燃烧控制装置与应用比率控制法的以往的燃烧控制装置相同地，具备控制环10以及11、比率设定器12。该燃烧控制装置与以往的燃烧控制装置不同的点在于，具备在图1中以虚线的框F1包围的结构、即动态前馈补偿器(以下，称为DFF补偿器)13以及14。也就是说，图1所示的燃烧控制装置应用将前馈型补偿法以及比率控制法组合而成的燃烧控制方法(以下，称为前馈补偿型比率控制法)。

在应用前馈补偿型比率控制法的图1所示的燃烧控制装置中，控制环10与作为控制对象的空气流量的进程(供应进程)101对应，包含该进程101和反馈控制器102。也就是说，控制环10是空气系统的控制环(第一控制环)。控制环11与作为控制对象的燃料流量的进程(供应进程)111对应，包含该进程111和反馈控制器112。也就是说，控制环11是燃料系统的控制环(第二控制环)。在以下的说明中，有时将进程101以及111页也分别称为空气流量进程101以及燃料流量进程111。

反馈控制器(第一反馈控制器)102对进程101进行反馈控制，使得空气流量PV₀(即，从进程101供应的空气的流量)追随(一致)于目标值(第一目标值)SV₀。即反馈控制器102基于该空气流量PV₀来控制应被提供给进程101的操作量MV₀，使得空气流量PV₀追随于目标值(即，空气流量目标值)SV₀。

反馈控制器(第二反馈控制器)112对进程111进行反馈控制，使得燃料流量PV₁(即，从进程111供应的燃料的流量)追随于目标值(第二目标值)SV₁。即反馈控制器112基于该燃料流量PV₁来控制应被提供给进程111的操作量MV₁，使得燃料流量PV₁追随于目标值(即，燃料流量目标值)SV₁。

目标值SV₀以及SV₁与主控信号M所示的燃烧请求等级的变化对应，且被设定为为了将空气流量PV₀相对于燃料流量PV₁的比率PV₀/PV₁保持为预先决定的比率所需的值。也就是说，目标值SV₀以及SV₁按照燃烧请求等级的变化，而以所述预先决定的比率变化。在以下的说明中，将目标值SV₀称为设定值(第一设定值)SV₀，将目标值SV₁称为设定值(第二设定值)SV₁。

比率设定器12将空气流量PV₀相对于燃料流量PV₁的比率(即实际比率)PV₀/PV₁设定为所述预先决定的比率。若更详细地叙述，比率设定器12生成与设定值SV₀以及SV₁的至少一方对应的指令值，使得在实际比率PV₀/PV₁被维持为所述预先决定的比率(即，设定比率)的状态下，空气流量PV₀以及燃料流量PV₁追随于主控信号M。在第一实施方式中，主控信号M作为与设定值(燃料流量设定值)SV₁对应的第二指令值而使用。因此，比率设定器12基于主控信号M，生成与设定值(空气流量设定值)SV₀对应的第一指令值。若更详细地叙述，比率设定器12使用常数倍器而构成，通过对主控信号M乘以常数βμ来生成第一指令值。

常数βμ表示空气流量相对于燃料流量的预先设定的比率。在此，β为空气/燃料范围转换系数，μ为空气比。

在主控信号M作为与设定值SV₁(即，燃料系统的控制环11的设定值SV₁)对应的第二指令值而使用的第一实施方式中，空气/燃料范围转换系数β是用于基于燃料流量的调整范围将空气流量的调整范围归一化的系数。在此，设为空气流量的调整范围为0至S₀标准立方米/小时(Nm³/h)。此外，设为燃料为燃气的情况下的燃料流量的调整范围为0至S₁标准立方米/小时(Nm³/h)。此时，空气/燃料范围转换系数β表现为β＝S₁×A/S₀。在此A是使单位燃料燃烧所需的理论空气量。

空气比μ是指，为了使一定量的燃料完全燃烧而实际所需的空气量相对于为了使该一定量的燃料完全燃烧而理论上所需的空气量(即，理论的空气量)的比率。

如上所述，在第一实施方式中，主控信号M作为第二指令值而使用。此时，比率设定器12除了具有通过对主控信号M乘以常数(设定比率)βμ而生成第一指令值的功能之外，还能够视为具有将该主控信号M作为第二指令值而输出(生成)的功能。另外，与第一实施方式相反，主控信号M也可以作为第一指令值而使用。此时，也可以代替比率设定器12，而使用通过对主控信号M乘以常数1/βμ而生成第二指令值的比率设定器。总之，使用设定值SV₀以及SV₁按照主控信号M所示的燃烧请求等级的变化而以所述设定比率变化那样的第一以及第二指令值即可。

在现有技术中，比率设定器12的输出作为设定值SV₀而被提供给控制环10(更详细地说，是控制环10的反馈控制器102)。此外，在现有技术中，主控信号M作为设定值SV₁而被提供给控制环11(更详细地说，是控制环11的反馈控制器112)。

相对于此，在第一实施方式中，比率设定器12的输出作为与设定值SV₀对应的第一指令值而被提供给DFF补偿器13。此外，主控信号M作为与设定值SV₁对应的第二指令值而被提供给DFF补偿器14。DFF补偿器13以及14将主控信号M所示的燃烧请求等级的变化(即，第一以及第二指令值的变化)当作一种的干扰而进行动作，对该燃烧请求等级的变化进行补偿。也就是说，DFF补偿器13以及14对控制环10以及11相对燃烧请求等级的变化的响应性进行补偿。若更详细地叙述，DFF补偿器13以及14对与相对燃烧请求等级的变化的响应性相关的、控制环10以及11(更详细地说，是控制环10以及11的进程101以及111)各自的无用时间(第一以及第二无用时间)进行补偿。因此DFF补偿器13以及14分别具有后述的传递函数C₀(s)以及C₁(s)，按照主控信号M所示的燃烧请求等级的变化而动态地增加或者减少控制环10以及11的设定值SV₀以及SV₁。

将主控信号M作为输入、将空气流量PV₀作为输出的传递函数以式(1)来表示。

βμC₀(s)G₀(s)----(1)

在此，C₀(s)为DFF补偿器13的传递函数，G₀(s)为控制环10的传递函数。

以主控信号M作为输入、以燃料流量PV₁作为输出的传递函数以式(2)来表示。

C₁(s)G₁(s)----(2)

在此，C₁(s)为DFF补偿器14的传递函数，G₁(s)为控制环11的传递函数。

如果C₀(s)G₀(s)＝C₁(s)G₁(s)的条件成立，则可知空气流量PV₀和燃料流量PV₁能够始终以一定的比率(设定比率)βμ来控制。

G₀(s)即控制环10的传递函数表示反馈控制器102对空气流量进程101实施了P(比例)I(积分)D(微分)控制那样的反馈控制的结果。该反馈控制具体而言如以下那样进行。反馈控制器102调整该控制器102的参数，使得空气流量(空气流量进程值)PV₀以增益1来追随控制器102的设定值SV₀。从而G₀(s)近似地以式(3)来表示。

【数式1】

$G_0\left(s\right)=\frac{\exp (-L_{0}s)}{1+T_{0}s}---\left(3\right)$

在此，L₀以及T₀表示控制环10(更详细地说，是控制环10的空气流量进程101)的各个无用时间(第一无用时间)以及一次延迟时间。无用时间L₀以及一次延迟时间T₀与控制环10的响应性相关，是工厂的实际运转时可测定的固有值。

G₁(s)即控制环11的传递函数表示反馈控制器112对燃料流量进程111实施了PID控制那样的反馈控制的结果。该反馈控制具体而言如以下那样进行。反馈控制器112调整该控制器112的参数，使得燃料流量(燃料流量进程值)PV₁以增益1来追随该控制器112的设定值SV₁。从而G₁(s)近似地以式(4)来表示。

【数式2】

$G_1\left(s\right)=\frac{\exp (-L_{1}s)}{1+T_{1}s}---\left(4\right)$

在此，L₁以及T₁表示控制环11(更详细地说，是控制环11的燃料流量进程111)的各个无用时间(第二无用时间)以及一次延迟时间。无用时间L₁以及一次延迟时间T₁与控制环11的响应性相关，是工厂的实际运转时可测定的固有值。

DFF补偿器13以及14的常数(传递函数)是如以下叙述那样基于控制环10的无用时间L₀以及一次延迟时间T₀、控制环11的无用时间L₁以及一次延迟时间T₁而唯一地决定的。

满足C₀(s)G₀(s)＝C₁(s)G₁(s)的条件的C₀(s)以及C₁(s)(即，DFF补偿器13以及14的传递函数C₀(s)以及C₁(s))分别以式(5)以及(6)来提供。

【数式3】

$C_0\left(s\right)\frac{(1+T_{0}s)\exp (-(\max (L_0,L_1)-L_0\left)s\right)}{1+T_{x}s}---5$

$C_1\left(s\right)=\frac{(1+T_{1}s)\exp (-(\max (L_0,L_1)-L_1\left)s\right)}{1+T_{x}s}---\left(6\right)$

在此，式(5)中的exp(－(max(L₀，L₁)－L₀)s)是C₀(s)的无用时间要素，包含“max(L₀，L₁)－L₀”作为无用时间。也就是说，C₀(s)的无用时间要素包含max(L₀，L₁)与L₀的差分作为无用时间。max(L₀，L₁)是指L₀以及L₁之中的较大的值(第三无用时间)。

同样，式(6)中的exp(－(max(L₀，L₁)－L₁)s)是C₁(s)的无用时间要素，包含“max(L₀，L₁)－L₁”作为无用时间。也就是说，C₁(s)的无用时间要素包含max(L₀，L₁)与L₁的差分作为无用时间。

T_x是指定比率控制整体的一次延迟时间的值，是满足以式(7)来表示的条件的值。

min(T₀，T₁)＜T_x＜max(T₀，T₁)----(7)

在此，min(T₀，T₁)是指T₀以及T₁之中较小的值。max(T₀，T₁)与上述的max(L₀，L₁)相同。从而，若T₀比T₁小，则T_x为比T₀大且比T₁小的值。此外，若T₀比T₁大，则T_x为比T₁大且比T₀小的值。也就是说，T_x为T₀和T₁之间的值。

若使用式(3)、(4)、(5)以及(6)，则以式(1)表示的传递函数βμC₀(s)G₀(s)以及以式(2)表示的传递函数C₁(s)G₁(s)分别以式(8)以及(9)来表示。

【数式4】

$\begin{array}{c}{\mathrm{\β\μC}}_0\left(s\right)G_0\left(s\right)\\ =\mathrm{\β}\mathrm{\μ}\frac{(1+T_{0}s)\exp (-(\max (L_0,L_1)-L_0\left)s\right)}{1+T_x}\·\frac{\exp (-L_{0}s)}{1+T_{0}s}\\ =\mathrm{\β}\mathrm{\μ}\frac{\exp (-\max (L_0,L_1)s)}{1+T_x}\end{array}---\left(8\right)$

$\begin{array}{c}{C}_1\left(s\right)G_1\left(s\right)\\ =\frac{(1+T_{1}s)\exp (-(\max (L_0,L_1)-L_1\left)s\right)}{1+T_x}\·\frac{\exp (-L_{1}s)}{1+T_{1}s}\\ =\frac{\exp (-\max (L_0,L_1)s)}{1+T_x}\end{array}---\left(9\right)$

在应用了以式(5)以及(6)表示的传递函数C₀(s)以及C₁(s)的情况下，从式(8)以及(9)明显可知，C₀(s)G₀(s)＝C₁(s)G₁(s)的条件成立。因此，第一实施方式所涉及的燃烧控制装置即使在空气流量进程101和燃料流量进程111分别具有不同的无用时间、且燃烧请求等级急变那样的过渡状态下，也能够通过前馈补偿型比率控制，始终将空气流量PV₀和燃料流量PV₁控制在设定比率βμ的附近。

另外，关于C₀(s)G₀(s)和C₁(s)G₁(s)的关系，还能够使用C₀(s)G₀(s)＝C₁(s)G₁(s)以外的条件。例如，也可以使用C₀(s)G₀(s)和C₁(s)G₁(s)大致相等这样的条件(C₀(s)G₀(s)≈C₁(s)G₁(s))。也就是说，也可以设定C₀(s)以及C₁(s)，使得C₀(s)G₀(s)和C₁(s)G₁(s)在允许的范围内成为相等。

＜第二实施方式＞

图2是表示第二实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。在图2中，对与图1等价的要素赋予同一参考序号，并省略详细的说明。图2所示的燃烧控制装置应用将前馈型补偿法以及交叉限幅控制法组合而成的燃烧控制方法(以下，称为前馈补偿型交叉限幅控制法)。

应用前馈补偿型交叉限幅控制法的图2所示的燃烧控制装置与应用交叉限幅控制法的以往的燃烧控制装置相同，除了控制环10以及11、比率设定器12之外，还具备常数倍器20、高等级选择器(以下，称为H选择器)21、以及低等级选择器(以下，称为L选择器)22。该燃烧控制装置与以往的燃烧控制装置不同的点在于，还具备在图2中以虚线的框F2包围的结构、也就是说还具备DFF(动态前馈)补偿器13以及14、切换器(以下，称为SW)23以及24、判定器25。

常数倍器20使空气流量PV₀成为常数倍。具体而言，常数倍器20通过对空气流量PV₀乘以常数1/βμ，生成与设定值SV₁对应的指令值PV₀/βμ。

H选择器21以及L选择器22分别作为第一以及第二交叉限幅控制器而发挥作用。即H选择器21选择主控信号M(主控信号M所示的燃烧请求等级)或者燃料流量PV₁之中等级高的一方，作为与设定值SV₀对应的指令值。另一方面，L选择器22选择主控信号M(主控信号M所示的燃烧请求等级)或者指令值PV₀/βμ之中等级低的一方，作为与设定值SV₁对应的指令值。

在此，设为被提供给图2所示的燃烧控制装置的主控信号M所示的燃烧请求等级上升。也就是说，设为通过主控信号M来请求燃烧增加。而且，设为M＞PV₁，且M＞PV₀/βμ。在M＞PV₁的情况下，H选择器21选择主控信号M，作为与设定值SV₀对应的指令值。相对于此，由于M＞PV₀/βμ，L选择器22选择PV₀/βμ(即，常数倍器20的输出)，作为与设定值SV₁对应的指令值。

在这样请求燃烧增加的情况下，H选择器21关于空气流量，通过交叉限幅控制而使燃烧增加的请求优先，从而使控制环10中的空气流量PV₀的增加在先进行。另一方面，L选择器22使燃料流量PV₁(控制环11)追随于空气流量(实际空气流量)PV₀的增加。也就是说，在被请求了燃烧增加的情况下，通过交叉限幅控制，首先空气流量PV₀增加，追随于该空气流量PV₀的增加而燃料流量PV₁增加。

相反，设为主控信号M所示的燃烧请求等级降低。也就是说，设为通过主控信号M请求了燃烧减少。而且，设为M＜PV₁，且M＜PV₀/βμ。此时，L选择器22选择主控信号M，作为与设定值SV₁对应的指令值。相对于此，由于M＜PV₁，H选择器21选择燃料流量PV₁，作为与设定值SV₁对应的指令值。

在这样请求了燃烧减少的情况下，L选择器22关于燃料流量，通过交叉限幅控制而使燃烧减少的请求优先，从而使控制环11中的燃料流量PV₁的减少在先进行。另一方面，H选择器21使空气流量PV₀(控制环10)追随于燃料流量(实际燃料流量)PV₁的减少。也就是说，在被请求了燃烧减少的情况下，通过交叉限幅控制，首先燃料流量PV₁减少，追随于该燃料流量PV₁的减少而空气流量PV₀减少。

在这样的应用了基于交叉限幅控制的“在先－追随”的情况下，过渡性地导致空气过剩，且响应速度也比较迟。但是，在第二实施方式中，“在先－追随”的方法被应用于后述的切换条件SC不成立的情况。在这样的状态下，通过“在先－追随”的方法的应用而使图2所示的燃烧控制装置在更安全的方面进行动作，即使产生进程的特性变化、或反馈控制调整不足等，也是有益的。

SW23按照切换信号q来切换DFF补偿器13的输出和H选择器21的输出。若更详细地叙述，SW23按照切换信号q，将DFF补偿器13的输出或者H选择器21的输出的其中一方切换到比率设定器12的输入侧。也就是说，SW23按照切换信号q而选择DFF补偿器13的输出或者H选择器21的输出的其中一方。

SW24按照切换信号q而切换DFF补偿器14的输出和L选择器22的输出。若更详细地叙述，SW24按照切换信号q，将DFF补偿器14的输出或者L选择器22的输出的其中一方切换到控制环11(反馈控制器112)的输入侧。也就是说，SW23按照切换信号q而选择DFF补偿器14的输出或者L选择器22的输出的其中一方。

在第二实施方式中，SW23以及24在切换信号q为第一等级H的情况下，分别选择DFF补偿器13以及14的输出。此外，SW23以及24在切换信号q为第二等级L的情况下，分别选择H选择器21以及L选择器22的输出。

切换信号q由判定器25生成。判定器25基于常数倍器20的输出PV₀/βμ以及控制环11的输出PV₁，判定SW23以及24的切换条件SC是否成立。该切换条件SC由式(10)示出。

(1－K)βμPV₁＜PV₀＜(1+K)βμPV₁----(10)

在此，K为空气流量的允许误差系数。允许误差系数K依赖于每个进程的燃烧运转方针，例如为0.1左右。

从式(10)明显可知，切换条件SC在空气流量(空气流量的％值)PV₀高于(1－K)βμPV₁，且低于(1+K)βμPV₁的情况下成立。也就是说，切换条件SC在空气流量(燃料流量的％值)PV₀进入了以燃料流量(燃料流量的％值)PV₁为基准的允许误差的范围(即允许范围)的情况下成立。从空气流量PV₀相对于燃料流量PV₁的比率(即实际比率)PV₀/PV₁的观点来看，判定切换条件SC是否成立与判定该实际比率PV₀/PV₁是否进入了设定比率βμ的允许误差的范围(允许范围)等价。判定器25按照切换条件SC是否成立，生成第一等级H或者第二等级L的切换信号q。

如果切换条件SC成立，则判定器25作为实际比率PV₀/PV₁进入了设定比率βμ的允许范围的情况而生成第一等级H的切换信号q。相对于此，若切换条件SC不成立，则判定器25作为实际比率PV₀/PV₁从设定比率βμ的允许范围偏离的情况而生成第二等级L的切换信号q。

在切换信号q为第一等级H的情况下，SW23以及24分别选择DFF补偿器13以及14。于是，图2所示的燃烧控制装置执行与第一实施方式相同的基于前馈型补偿的燃烧控制。这样在第二实施方式中，在切换条件SC成立的情况下，燃烧控制装置执行基于前馈型补偿的燃烧控制(比率控制)。也就是说，若实际比率PV₀/PV₁(或者空气流量PV₀)进入了设定比率βμ的允许范围(或者以燃料流量PV₁为基准的允许范围)，则燃烧控制装置执行基于前馈型补偿的燃烧控制。因此，根据第二实施方式，若切换条件SC成立，则在燃烧请求等级急变那样的过渡状态下，也与第一实施方式相同地，能够通过前馈补偿型比率控制，始终将空气流量PV₀和燃料流量PV₁控制在设定比率βμ的附近。

另一方面，在切换信号q为第二等级L的情况下，SW23以及24分别选择H选择器21以及L选择器22。于是，图2所示的燃烧控制装置执行与以往的交叉限幅控制相同的燃烧控制。这样，在第二实施方式中，在切换条件SC不成立的情况下，燃烧控制装置执行基于交叉限幅控制的燃烧控制。因此，根据第二实施方式，在实际比率从允许范围偏离那样的状况下，也能够通过交叉限幅控制的应用，关于燃烧而确保安全性。

＜第三实施方式＞

图3是表示第三实施方式所涉及的燃烧控制装置的一例的框图。在图3中，对与图2等价的要素赋予同一参考序号，并省略详细的说明。图3所示的燃烧控制装置应用将前馈型补偿法以及双交叉限幅控制法组合而成的燃烧控制方法(以下，称为前馈补偿型双交叉限幅控制法)。

应用前馈补偿型双交叉限幅控制法的图3所示的燃烧控制装置与应用双交叉限幅控制法的以往的燃烧控制装置相同地，除了具备控制环10以及11、比率设定器12之外，还具备常数倍器20、常数倍器201至204、以及中间等级选择器(以下，称为MED选择器)210以及220。该燃烧控制装置与以往的燃烧控制装置不同的点在于，还具备在图3中以虚线的框F3包围的结构、也就是说具备DFF(动态前馈)补偿器13以及14、切换器(以下，称为SW)230以及240、判定器250。

常数倍器201使常数倍器20的输出(PV₀/βμ)成为常数倍。具体而言，常数倍器201通过对常数倍器20的输出(PV₀/βμ)乘以常数1+K₁，生成与设定值SV₁对应的指令值(1+K₁)PV₀/βμ。K₁是表示燃烧请求等级上升时的发烟界限的设定值。发烟界限是指导致产生黑烟或一氧化碳的、空气量不足的界限。

常数倍器202使燃料流量(燃料流量的％值)PV₁成为常数倍。具体而言，常数倍器202通过对燃料流量PV₁乘以常数1－K₂，生成与设定值SV₀对应的指令值(1－K₂)PV₁。K₂是表示燃烧请求等级降低时的发烟界限的设定值。

常数倍器203使常数倍器20的输出(PV₀/βμ)成为常数倍。具体而言，常数倍器203通过对常数倍器20的输出(PV₀/βμ)乘以常数1－K₃，生成与设定值SV₁对应的指令值(1－K₃)PV₀/βμ。K₃是表示燃烧请求等级降低时的空气过剩界限的设定值。空气过剩界限是指导致产生氧化氮或氧化硫的空气量过剩的界限。

常数倍器204使燃料流量PV₁成为常数倍。具体而言，常数倍器204通过对燃料流量PV₁乘以常数1+K₄，生成与设定值SV₀对应的指令值(1+K₄)PV₁。K₄是表示燃烧请求等级上升时的空气过剩界限的设定值。

MED选择器210作为第一双交叉限幅控制器而发挥作用。即，即使主控信号M发生变化，MED选择器210也进行动作，使得设定值(空气流量设定值)SV₀(更详细地说，是与设定值SV₀对应的指令值)限制于相对于燃料流量(实际燃料流量)PV₁而允许的范围。因此，MED选择器210选择主控信号M(主控信号M所示的燃烧请求等级)、常数倍器202的输出(1－K₂)PV₁、以及常数倍器204的输出(1+K₄)PV₁之中等级第二高的一方(即，不是最高且不是最低的一方)，作为与设定值SV₀对应的指令值(实际指令值)。

MED选择器220作为第二双交叉限幅控制器而发挥作用。即，即使主控信号M发生变化，MED选择器220也进行动作，使得设定值(燃料流量设定值)SV₁限制于相对于空气流量(实际空气流量)PV₀而允许的范围。因此，MED选择器220选择主控信号M(主控信号M所示的燃烧请求等级)、常数倍器201的输出(1+K₁)PV₀/βμ、以及常数倍器203的输出(1－K₃)PV₀/βμ之中等级第二高的一方(即，不是最高且不是最低的一方)，作为与设定值SV₁对应的指令值(实际指令值)。

这样，图3所示的燃烧控制装置应用双交叉限幅控制。由此，即使主控信号M发生变化，燃烧控制装置也将设定值SV₀限制于相对于燃料流量PV₁而允许的范围，且将设定值SV₁限制于相对于空气流量PV₀而允许的范围。

在应用了双交叉限幅控制的情况下，燃烧控制的响应速度过渡性地变得比交叉限幅控制延迟。但是在第三实施方式中，双交叉限幅控制还被应用于后述的切换条件SC1以及SC2不成立的情况。在这样的状态下，通过双交叉限幅控制的应用而使图3所示的燃烧控制装置在更安全的方面进行动作，即使产生进程的特性变化或反馈控制调整不足等也是有益的。

SW230按照切换信号q0而将DFF补偿器13的输出或者MED选择器210的输出的其中一方切换到比率设定器12的输入侧。也就是说，SW230按照切换信号q0而选择DFF补偿器13的输出或者MED选择器210的输出的其中一方。

SW240按照切换信号q1而将DFF补偿器14的输出或者MED选择器220的输出的其中一方切换到控制环11(反馈控制器112)的输入侧。也就是说，SW240按照切换信号q1而选择DFF补偿器14的输出或者MED选择器220的输出的其中一方。

在第三实施方式中，SW230以及240在切换信号q0以及q1为第一等级H的情况下，分别选择DFF补偿器13以及14的输出。此外，SW230以及240在切换信号q0以及q1为第二等级L的情况下，分别选择MED选择器210以及220的输出。

切换信号q0以及q1由判定器250生成。判定器250基于常数倍器20的输出PV₀/βμ以及控制环11的输出PV₁，判定SW230的切换条件SC1以及SW240的切换条件SC2是否成立。切换条件SC1以及SC2分别以式(11)以及(12)示出。

(1－K₂)βμPV₁＜PV₀＜(1+K₄)βμPV₁----(11)

(1－K₃)PV₀＜βμPV₁＜(1+K₁)PV₀----(12)

从式(11)明显可知，切换条件SC1在空气流量(空气流量的％值)PV₀高于(1－K₂)βμPV₁且低于(1+K₄)βμPV₁的情况下成立。也就是说，切换条件SC1在空气流量(空气流量的％值)PV₀进入了以燃料流量(燃料流量的％值)PV₁为基准的允许范围的情况下成立。

(1－K₂)βμPV₁由设定值K₂(即，燃烧请求等级降低时的发烟界限的设定值K₂)、设定比率βμ以及燃料流量PV₁来决定。该(1－K₂)βμPV₁表示能够在燃烧请求等级降低时空气流量PV₀与燃料流量PV₁相比相对少的情况下一边将实际比率PV₀/PV₁保持在允许范围一边避免发烟的、空气流量的下限值。也就是说，(1－K₂)βμPV₁表示以燃料流量PV₁为基准的情况下的空气流量PV₀的允许范围(以下，称为第一允许范围)的下限值。该第一允许范围的下限值与燃烧请求等级降低时的发烟界限对应。

在此，若着眼于(1－K₂)βμ，该(1－K₂)βμ表示以燃料流量PV₁为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围的下限值。该允许范围相当于第一允许范围，该允许范围的下限值与燃烧请求等级降低时的发烟界限对应。

另一方面，(1+K₄)βμPV₁由设定值K₄(即，燃烧请求等级上升时的空气过剩界限的设定值K₄)、设定比率βμ以及燃料流量PV₁来决定。该(1+K₄)βμPV₁表示能够在燃烧请求等级上升时空气流量PV₀与燃料流量PV₁相比相对多的情况下一边将实际比率PV₀/PV₁保持在允许范围一边避免产生氧化氮、氧化硫的、空气流量的上限值。也就是说，(1+K₄)βμPV₁表示第一允许范围的上限值。该第一允许范围的上限值与燃烧请求等级上升时的空气过剩界限对应。

在此，若着眼于(1+K₄)βμ，该(1+K₄)βμ表示以燃料流量PV₁为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围的上限值。该允许范围相当于第一允许范围，该允许范围的上限值与燃烧请求等级上升时的空气过剩界限对应。在以下的说明中，将以燃料流量PV₁为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围也称为第一允许范围。

从以上的说明明显可知，从以燃料流量PV₁为基准的空气流量PV₀(或者，实际比率PV₀/PV₁)的观点来看，判定切换条件SC1是否成立与判定该空气流量PV₀(实际比率PV₀/PV₁)是否进入了第一允许范围等价。切换条件SC1在以燃料流量PV₁为基准的空气流量PV₀(实际比率PV₀/PV₁)进入了第一允许范围的情况下成立。

从式(12)明显可知，切换条件SC2在燃料流量(燃料流量的％值)PV₁的βμ倍的值βμPV₁高于(1－K₃)PV₀且低于(1+K₁)PV₀的情况下成立。也就是说，切换条件SC2在燃料流量(燃料流量的％值)PV₁进入了以空气流量(空气流量的％值)PV₀为基准的允许范围的情况下成立。

(1－K₃)PV₀由设定值K₃(即，燃烧请求等级降低时的空气过剩界限的设定值K₃)和空气流量PV₀来决定。该(1－K₃)PV₀表示能够在燃烧请求等级降低时燃料流量PV₁与空气流量PV₀相比相对少的情况下一边将实际比率PV₀/PV₁保持在允许范围一边避免产生氧化氮、氧化硫的、燃料流量的下限值(更详细地说，是燃料流量的下限值的βμ倍的值)。也就是说，(1－K₃)PV₀表示以空气流量PV₀为基准的情况下的燃料流量PV₁的允许范围(以下，称为第二允许范围)的下限值。该第二允许范围的下限值与燃烧请求等级降低时的空气过剩界限对应。

在此，若着眼于βμ/(1－K₃)，该βμ/(1－K₃)表示以空气流量PV₀为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围的上限值。该允许范围相当于第二允许范围，该允许范围的上限值与燃烧请求等级降低时的空气过剩界限对应。

另一方面，(1+K₁)PV₀由设定值K₁(即，燃烧请求等级上升时的发烟界限的设定值K₁)和空气流量PV₀来决定。该(1+K₁)PV₀表示能够在燃烧请求等级上升时燃料流量PV₁与空气流量PV₀相比相对多的情况下一边将实际比率PV₀/PV₁保持在允许范围一边避免发烟的、燃料流量的上限值(更详细地说，是燃料流量的上限值的βμ倍的值)。也就是说，(1+K₁)PV₀表示第二允许范围的上限值。该第二允许范围的上限值与燃烧请求等级上升时的发烟界限对应。

在此，若着眼于βμ/(1+K₁)，该βμ/(1+K₁)表示以空气流量PV₀为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围的下限值。该允许范围相当于第二允许范围，该允许范围的下限值与燃烧请求等级上升时的发烟界限对应。在以下的说明中，将以燃料流量PV₀为基准的情况下的实际比率PV₀/PV₁的允许范围也称为第二允许范围。

从以上的说明明显可知，从以空气流量PV₀为基准的燃料流量PV₁(或者，实际比率PV₀/PV₁)的观点来看，判定切换条件SC2是否成立与判定该燃料流量PV₁(实际比率PV₀/PV₁)是否进入了第二允许范围等价。切换条件SC2在以空气流量PV₀为基准的燃料流量PV₁(实际比率PV₀/PV₁)进入了第二允许范围的情况下成立。

判定器250按照切换条件SC1是否成立，生成第一等级H或者第二等级L的切换信号q0。此外，判定器250按照切换条件SC2是否成立，生成第一等级H或者第二等级L的切换信号q1。

SW230以及240分别在切换信号q0以及q1为第一等级H的情况下，选择DFF补偿器13以及14。于是，图3所示的燃烧控制装置执行与第一实施方式相同的基于前馈型补偿的燃烧控制(比率控制)。这样，燃烧控制装置在切换条件SC1以及SC2都成立的情况下，在空气系统以及燃料系统双方执行基于前馈型补偿的燃烧控制。因此，根据第三实施方式，若空气流量PV₀以及燃料流量PV₁(实际比率PV₀/PV₁)进入了第一以及第二允许范围，则在燃烧请求等级急变那样的过渡状态下，也能够以比率βμ控制空气流量PV₀和燃料流量PV₁。

另一方面，在切换信号q0为第二等级L的情况下，SW230选择MED选择器210。由此，图3所示的燃烧控制装置使用双交叉限幅控制来控制空气系统。同样，在切换信号q1为第二等级L的情况下，SW240选择MED选择器220。由此，燃烧控制装置使用双交叉限幅控制来控制燃料系统。这样，燃烧控制装置在切换条件SC1以及SC2都不成立的情况下，在空气系统以及燃料系统双方执行基于双交叉限幅控制的燃烧控制。因此，根据第三实施方式，即使在空气流量PV₀以及燃料流量PV₁(实际比率PV₀/PV₁)从第一以及第二允许范围偏离那样的状况下，也能够通过双交叉限幅控制的应用，关于燃烧而确保安全性。

在上述的第一至第三实施方式中，为了进行前馈型补偿而通用地使用DFF补偿器13以及14。DFF补偿器13以及14的常数(传递函数)是分别基于在工厂的实际运转时可测定的无用时间L₀以及一次延迟时间T₀的对、以及无用时间L₁以及一次延迟时间T₁的对而唯一地被决定的。这样，第一至第三实施方式所涉及的燃烧控制装置具有明确的最佳调整规则。因此，根据第一至第三实施方式，都能够提供易于导入实际进程的运行的燃烧控制装置。

根据以上说明的至少一个实施方式，即使在空气流量进程和燃料流量进程具有不同的无用时间且燃烧请求等级急变那样的过渡状态下，也能够控制两个流量，使得空气流量与燃料流量的比率成为设定比率的附近。

说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，没有意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够通过其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形被包含于发明的范围、主旨中，且被包含于权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。

Claims (5)

1.一种燃烧控制装置，用于调整空气流量与燃料流量的比率，其特征在于，具备：

比率设定器，设定应被调整的所述比率；

第一控制环，包含向燃烧炉供应空气的空气流量进程和控制所述空气流量进程的第一反馈控制器；

第二控制环，包含向所述燃烧炉供应燃料的燃料流量进程和控制所述燃料流量进程的第二反馈控制器；

第一动态前馈补偿器，对与所述第一控制环相对所述燃烧请求等级的变化的响应性相关的所述空气流量进程的第一无用时间进行补偿；以及

第二动态前馈补偿器，对与所述第二控制环相对所述燃烧请求等级的变化的响应性有关的所述燃料流量进程的第二无用时间进行补偿，

所述第一反馈控制器控制所述空气流量进程，使得所述空气流量追随于作为所述空气流量以及所述燃料流量各自的目标值的第一设定值以及第二设定值之中的所述第一设定值，所述第一设定值以及第二设定值按照用于请求所述燃烧炉中的燃烧的主控信号所示的燃烧请求等级的变化而以所述比率设定器设定的比率变化，

所述第二反馈控制器控制所述燃料流量进程，使得所述燃料流量追随于所述第二设定值。

2.如权利要求1所述的燃烧控制装置，其中，

所述第一动态前馈补偿器的传递函数C₀(s)以及所述第二动态前馈补偿器的传递函数C₁(s)被设定为，使得所述传递函数C₀(s)与所述第一控制环的传递函数G₀(s)之积C₀(s)G₀(s)、和所述传递函数C₁(s)与所述第二控制环的传递函数G₁(s)之积C₁(s)G₁(s)成为大致相等。

3.如权利要求2所述的燃烧控制装置，其中，

所述传递函数C₀(s)具有包含了第三无用时间与所述第一无用时间的差分作为无用时间的无用时间要素，所述第三无用时间是所述第一无用时间以及所述第二无用时间之中的较大的值，

所述传递函数C₁(s)具有包含所述第三无用时间与所述第二无用时间的差分作为无用时间的无用时间要素。

4.如权利要求1所述的燃烧控制装置，其特征在于，还具备：

第一交叉限幅控制器，在由所述主控信号请求了燃烧增加的情况下，关于所述空气流量，通过使所述燃烧增加的请求优先，从而使所述空气流量的增加在先进行，在由所述主控信号请求了燃烧减少的情况下，使所述第一控制环追随于所述燃料流量的减少；

第二交叉限幅控制器，在由所述主控信号请求了所述燃烧减少的情况下，关于所述燃料流量，通过使所述燃烧减少的请求优先，从而使所述燃料流量的减少在先进行，在由所述主控信号请求了所述燃烧增加的情况下，使所述第二控制环追随于所述空气流量的增加；

第一切换器，按照作为所述空气流量与所述燃料流量的比率的实际比率是否进入了允许范围，选择所述第一动态前馈补偿器的输出或者所述第一交叉限幅控制器的输出的其中一方；以及

第二切换器，按照所述实际比率是否进入了所述允许范围，选择所述第二动态前馈补偿器的输出或者所述第二交叉限幅控制器的输出的其中一方。

5.如权利要求1所述的燃烧控制装置，其特征在于，还具备：

第一双交叉限幅控制器，将所述第一设定值限制于相对于所述燃料流量而允许的范围；

第二双交叉限幅控制器，将所述第二设定值限制于相对于所述空气流量而允许的范围；

第一切换器，按照所述空气流量是否进入了以所述燃料流量为基准的第一允许范围，选择所述第一动态前馈补偿器的输出或者所述第一双交叉限幅控制器的输出的其中一方；以及

第二切换器，按照所述燃料流量是否进入了以所述空气流量为基准的第二允许范围，选择所述第二动态前馈补偿器的输出或者所述第二双交叉限幅控制器的输出的其中一方。