JP2015022535A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気流量プロセスと燃料流量プロセスとが異なる無駄時間を持ち、かつ燃焼要求レベルが急変するような過渡状態でも、空気流量と燃料流量との比率を設定比率の近傍に維持する。【解決手段】実施形態によれば、燃焼制御装置は、比率設定器１２と、第１及び第２の制御ループ１０，１１と、第１及び第２の動的フィードフォワード補償器１３，１４とを具備する。比率設定器は、調整されるべき空気流量と燃料流量との比率を設定する。第１の制御ループは空気流量プロセスを含み、第２の制御ループは燃料流量プロセスを含む。第１及び第２の動的フィードフォワード補償器は、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルの変化に対する第１及び第２の制御ループの応答性に関連する空気流量プロセス及び燃料流量プロセスの無駄時間を補償する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、空気流量と燃料流量との比率を調整するのに動的フィードフォワード補償を適用する燃焼制御装置に関する。

一般に燃焼炉では、燃焼制御装置の制御により、空気と燃料とが、ある比率で当該燃焼炉のバーナーに供給される。これにより燃焼炉は、空気と混合された燃料を燃焼させて、熱量を得る。

空気と燃料との比率、例えば燃料（燃料流量）に対する空気（空気流量）の比率には、最適な範囲が存在する。もし、この比率が減少して空気が不足するならば、不完全燃焼を招く。不完全燃焼は、黒煙や一酸化炭素（ＣＯ）の発生を招く。これに対し、上記比率が増加して空気が過剰となるならば、酸化窒素（ＮＯｘ）や酸化硫黄（ＳＯｘ）の発生を招く。しかも、上記比率が最適な範囲にないならば、燃焼炉におけるエネルギー変換効率が低下して操業コストの増大を招く。

このため、燃焼制御装置において上記比率を最適に保つ制御は重要であり、従来から様々な工夫がなされてきている。燃焼制御装置における代表的な制御方法として以下の３つが知られている。

第１は、比率制御と呼ばれる方法である。第２は、比率制御方法が改良されたクロスリミット制御と呼ばれる方法である。第３は、クロスリミット制御（より詳細には、シングルクロスリミット制御）が改良されたダブルクロスリミット制御と呼ばれる方法である。

第１ないし第３の制御方法は、燃焼を要求するマスター信号に追従するように、燃料流量に対する空気流量の比率を設定された比率に保ちつつ、当該空気流量及び燃料流量を制御する点で共通する。この制御のために、空気流量及び燃料流量（より詳細には、空気流量及び燃料流量それぞれの実測値）がフィードバックされる。マスター信号は、燃焼を要求するだけでなく、燃焼要求（燃焼量）の程度（つまり燃焼要求レベル）を指定する。

これら３つの制御方法のいずれにおいても、マスター信号が急変する過渡状態では、燃料流量に対する空気流量の比率（つまり実比率）は、設定比率とは大きく異なることが知られている。そこで、フィードバック型補償器を用いることにより上述の過渡状態における実比率を改善する制御方法も提案されている。

特開２００２−２１５２０４号公報 特許第３９０４９０５号公報

しかし、フィードバック型補償器を用いる方法であっても、空気流量のプロセスと燃料流量のプロセスとがそれぞれ異なる無駄時間を持つ場合は、上述の過渡状態における実比率は、依然として設定比率とは大きく異なる。しかも、空気流量のプロセスの無駄時間と燃料流量のプロセスの無駄時間とが異なるケースは、実際のプラントにおいては少なくない。

例えば、燃料が気体でない場合、空気流量プロセスと燃料流量プロセスとで無駄時間が異なる。つまり、空気が気体であるのに対し、燃料が液体であるか、或いは燃料が微粉炭のような粉体である場合に、上述の無駄時間が異なる。また、プラント設備の配管長や配管系等の物理的制約がある場合にも、上述の無駄時間が異なる。

本発明が解決しようとする課題は、空気流量プロセスと燃料流量プロセスとが異なる無駄時間を持ち、かつ燃焼要求レベルが急変するような過渡状態でも、空気流量と燃料流量との比率が設定比率の近傍となるように両流量を制御することができる燃焼制御装置を提供することにある。

実施形態によれば空気流量と燃料流量との比率を調整するための燃焼制御装置が提供される。前記燃焼制御装置は、比率設定器と、第１の制御ループと、第２の制御ループと、第１の動的フィードフォワード補償器と、第２の動的フィードフォワード補償器とを具備する。前記比率設定器は、前記調整されるべき比率を設定する。前記第１の制御ループは、空気流量プロセスと、第１のフィードバック制御器とを含む。前記空気流量プロセスは、燃焼炉に空気を供給する。前記第１のフィードバック制御器は、前記空気流量及び前記燃料流量それぞれの目標値である第１及び第２の設定値のうちの前記第１の設定値に対して前記空気流量が追従するように、前記空気流量プロセスを制御する。前記第１及び第２の設定値は、前記燃焼炉における燃焼を要求するマスター信号の示す燃焼要求レベルの変化に応じて前記設定比率で変化する。前記第２の制御ループは、燃料流量プロセスと、第２のフィードバック制御器とを含む。前記燃料流量プロセスは、前記燃焼炉に燃料を供給する。前記第２のフィードバック制御器は、前記第２の設定値に対して前記燃料流量が追従するように、前記燃料流量プロセスを制御する。前記第１の動的フィードフォワード補償器は、前記燃焼要求レベルの変化に対する前記第１の制御ループの応答性に関連する前記空気流量プロセスの第１の無駄時間を補償する。前記第２の動的フィードフォワード補償器は、前記燃焼要求レベルの変化に対する前記第２の制御ループの応答性に関連する前記燃料流量プロセスの第２の無駄時間を補償する。

第１の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図。

以下、種々の実施の形態につき図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。この燃焼制御装置は、燃焼炉に供給される空気及び燃料の量を制御する。燃焼炉としては、例えば、ボイラー炉、熱風炉、再熱炉、加熱炉、焼却炉等が知られている。また、燃料としては、例えば、石炭（粉体）、石油（液体）、ガス（気体）の１種以上が用いられる。

図１に示される燃焼制御装置は、マスター信号Ｍに追従するように、燃料流量ＰＶ₁に対する空気流量ＰＶ₀の比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を予め定められた比率に保ちつつ、当該空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁を制御する。マスター信号Ｍは、燃焼制御装置の入力であり、燃焼炉における燃焼を要求する燃焼要求信号である。より詳細に述べるならば、マスター信号Ｍは、燃焼要求の程度（つまり燃焼要求レベル）を指定する。空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁は、燃焼制御装置の出力であり、それぞれ空気流量プロセス値及び燃料流量プロセス値と呼ばれる。第１の実施形態において、空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁は、それぞれ空気流量の第１の調整範囲及び燃料流量の第２の調整範囲に対応するパーセント（％）値で表される。具体例を挙げるならば、ＰＶ₀＝０（％）は第１の調整範囲の下限の空気流量（空気流量の％値）を示し、ＰＶ₀＝１００（％）は第１の調整範囲の上限の空気流量（空気流量の％値）を示す。同様に、ＰＶ₁＝０（％）は第２の調整範囲の下限の燃料流量（燃料流量の％値）を示し、ＰＶ₁＝１００（％）は第２の調整範囲の上限の燃料流量（燃料流量の％値）を示す。これは、後述する第２及び第３の実施形態においても同様である。

図１に示される燃焼制御装置は、比率制御法を適用する従来の燃焼制御装置と同様に、制御ループ１０及び１１と、比率設定器１２とを備えている。この燃焼制御装置が、従来の燃焼制御装置と相違する点は、図１において破線の枠Ｆ１で囲まれた構成、つまり動的フィードフォワード補償器（以下、ＤＦＦ補償器と称する）１３及び１４を備えていることにある。つまり図１に示される燃焼制御装置は、フィードフォワード型補償法及び比率制御法を組み合わせた燃焼制御方法（以下、フィードフォワード補償型比率制御法と称する）を適用する。

フィードフォワード補償型比率制御法を適用する図１に示す燃焼制御装置において、制御ループ１０は、制御対象としての空気流量のプロセス（供給プロセス）１０１に対応し、当該プロセス１０１とフィードバック制御器１０２とを含む。つまり制御ループ１０は、空気系の制御ループ（第１の制御ループ）である。制御ループ１１は、制御対象としての燃料流量のプロセス（供給プロセス）１１１に対応し、当該プロセス１１１とフィードバック制御器１１２とを含む。つまり制御ループ１１は、燃料系の制御ループ（第２の制御ループ）である。以下の説明では、プロセス１０１及び１１１を、それぞれ空気流量プロセス１０１及び燃料流量プロセス１１１と称することもある。

フィードバック制御器（第１のフィードバック制御器）１０２は、空気流量ＰＶ₀（つまり、プロセス１０１から供給される空気の流量）が目標値（第１の目標値）ＳＶ₀に追従（一致）するように、プロセス１０１をフィードバック制御する。すなわちフィードバック制御器１０２は、空気流量ＰＶ₀が目標値（つまり、空気流量目標値）ＳＶ₀に追従するように、プロセス１０１に与えられるべき操作量ＭＶ₀を当該空気流量ＰＶ₀に基づいて制御する。

フィードバック制御器（第２のフィードバック制御器）１１２は、燃料流量ＰＶ₁（つまり、プロセス１１１から供給される燃料の流量）が目標値（第２の目標値）ＳＶ₁に追従するように、プロセス１１１をフィードバック制御する。すなわちフィードバック制御器１１２は、燃料流量ＰＶ₁が目標値（つまり、燃料流量目標値）ＳＶ₁に追従するように、プロセス１１１に与えられるべき操作量ＭＶ₁を当該燃料流量ＰＶ₁に基づいて制御する。

目標値ＳＶ₀及びＳＶ₁は、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルの変化に対応し、かつ燃料流量ＰＶ₁に対する空気流量ＰＶ₀の比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を予め定められた比率に保つのに必要な値に設定される。つまり目標値ＳＶ₀及びＳＶ₁は、燃焼要求レベルの変化に応じて、前記予め定められた比率で変化する。以下の説明では、目標値ＳＶ₀を設定値（第１の設定値）ＳＶ₀と称し、目標値ＳＶ₁を設定値（第２の設定値）ＳＶ₁と称する。

比率設定器１２は、燃料流量ＰＶ₁に対する空気流量ＰＶ₀の比率（つまり実比率）ＰＶ₀／ＰＶ₁を前記予め定められた比率に設定する。より詳細に述べるならば、比率設定器１２は、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁が前記予め定められた比率（つまり、設定比率）に維持された状態で、空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁がマスター信号Ｍに追従するように、設定値ＳＶ₀及びＳＶ₁の少なくとも一方に対応する指令値を生成する。第１の実施形態では、マスター信号Ｍは、設定値（燃料流量設定値）ＳＶ₁に対応する第２の指令値として用いられる。このため比率設定器１２は、マスター信号Ｍに基づいて、設定値（空気流量設定値）ＳＶ₀に対応する第１の指令値を生成する。より詳細に述べるならば、比率設定器１２は定数倍器を用いて構成されており、マスター信号Ｍに定数βμを乗じることにより第１の指令値を生成する。

定数βμは、燃料流量に対する空気流量の予め設定された比率を示す。ここで、βは空気／燃料レンジ変換係数であり、μは空気比である。

空気／燃料レンジ変換係数βは、マスター信号Ｍが設定値ＳＶ₁（つまり、燃料系の制御ループ１１の設定値ＳＶ₁）に対応する第２の指令値として用いられる第１の実施形態では、燃料流量の調整範囲を基準に、空気流量の調整範囲を正規化するための係数である。ここで、空気流量の調整範囲が０ないしＳ₀ノルマル立方メートル／時間（Nm³/h）であるものとする。また、燃料がガスの場合の燃料流量の調整範囲が０ないしＳ₁ノルマル立方メートル／時間（Nm³/h）であるものとする。この場合、空気／燃料レンジ変換係数βは、β＝Ｓ₁×Ａ／Ｓ₀のように表される。ここでＡは単位燃料を燃焼させるに必要な理論空気量である。

空気比μは、一定量の燃料を完全に燃焼させるために理論上必要な空気量（つまり、理論的空気量）に対する、当該一定量の燃料を完全に燃焼させるために実際に必要となる空気量の比率を指す。

上述したように、第１の実施形態では、マスター信号Ｍが第２の指令値として用いられる。この場合、比率設定器１２が、定数（設定比率）βμをマスター信号Ｍに乗じることにより第１の指令値を生成する機能に加えて、当該マスター信号Ｍを第２の指令値として出力（生成）する機能を有しているとみなすこともできる。なお、第１の実施形態とは逆に、マスター信号Ｍが第１の指令値として用いられても構わない。この場合、定数１／βμをマスター信号Ｍに乗じることにより第２の指令値を生成する比率設定器を、比率設定器１２に代えて用いれば良い。要するに、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルの変化に応じて設定値ＳＶ₀及びＳＶ₁が前記設定比率で変化するような第１及び第２の指令値が用いられれば良い。

従来技術では、比率設定器１２の出力が設定値ＳＶ₀として制御ループ１０（より詳細には、制御ループ１０のフィードバック制御器１０２）に与えられる。また従来技術では、マスター信号Ｍが設定値ＳＶ₁として制御ループ１１（より詳細には、制御ループ１１のフィードバック制御器１１２）に与えられる。

これに対して第１の実施形態では、比率設定器１２の出力が設定値ＳＶ₀に対応する第１の指令値としてＤＦＦ補償器１３に与えられる。またマスター信号Ｍが、設定値ＳＶ₁に対応する第２の指令値としてＤＦＦ補償器１４に与えられる。ＤＦＦ補償器１３及び１４は、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルの変化（つまり、第１及び第２の指令値の変化）を一種の外乱と見なして動作して、当該燃焼要求レベルの変化を補償する。つまり、ＤＦＦ補償器１３及び１４は、燃焼要求レベルの変化に対する制御ループ１０及び１１の応答性を補償する。より詳細に述べるならば、ＤＦＦ補償器１３及び１４は、燃焼要求レベルの変化に対する応答性に関連する、制御ループ１０及び１１（より詳細には、制御ループ１０及び１１のプロセス１０１及び１１１）それぞれの無駄時間（第１及び第２の無駄時間）を補償する。そのためＤＦＦ補償器１３及び１４は、それぞれ、後述する伝達関数Ｃ₀(s)及びＣ₁(s)を有し、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルの変化に応じて制御ループ１０及び１１の設定値ＳＶ₀及びＳＶ₁を動的に増加または減少する。

マスター信号Ｍを入力、空気流量ＰＶ₀を出力とする伝達関数は、次式（１）
βμＣ₀(s)Ｇ₀(s) ----（１）
で表される。ここで、Ｃ₀(s)はＤＦＦ補償器１３の伝達関数、Ｇ₀(s)は制御ループ１０の伝達関数である。

マスター信号Ｍを入力、燃料流量ＰＶ₁を出力とする伝達関数は、次式（２）
Ｃ₁(s)Ｇ₁(s) ----（２）
で表される。ここで、Ｃ₁(s)はＤＦＦ補償器１４の伝達関数、Ｇ₁(s)は制御ループ１１の伝達関数である。

もし、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)＝Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)の条件が成立するならば、空気流量ＰＶ₀と燃料流量ＰＶ₁とは常に一定の比率（設定比率）βμで制御できることがわかる。

Ｇ₀(s)、つまり制御ループ１０の伝達関数は、フィードバック制御器１０２が、空気流量プロセス１０１に対してＰ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）制御のようなフィードバック制御を施した結果を表す。このフィードバック制御は、具体的には次のように行われる。フィードバック制御器１０２は、当該制御器１０２の設定値ＳＶ₀に対して、空気流量（空気流量プロセス値）ＰＶ₀がゲイン１で追従するように、当該制御器１０２のパラメータを調整する。したがってＧ₀(s)は、近似的に次式（３）で表される。

ここでＬ₀及びＴ₀は、制御ループ１０（より詳細には、制御ループ１０の空気流量プロセス１０１）のそれぞれ無駄時間（第１の無駄時間）及び一次遅れ時間を示す。無駄時間Ｌ₀及び一次遅れ時間Ｔ₀は、制御ループ１０の応答性に関連し、プラントの実運転時に測定可能な固有値である。

Ｇ₁(s)、つまり制御ループ１１の伝達関数は、フィードバック制御器１１２が、燃料流量プロセス１１１に対してＰＩＤ制御のようなフィードバック制御を施した結果を表す。このフィードバック制御は、具体的には次のように行われる。フィードバック制御器１１２は、当該制御器１１２の設定値ＳＶ₁に対して、燃料流量（燃料流量プロセス値）ＰＶ₁がゲイン１で追従するように、当該制御器１１２のパラメータを調整する。したがってＧ₁(s)は、近似的に次式（４）で表される。

ここでＬ₁及びＴ₁は、制御ループ１１（より詳細には、制御ループ１１の燃料流量プロセス１１１）のそれぞれ無駄時間（第２の無駄時間）及び一次遅れ時間を示す。無駄時間Ｌ₁及び一次遅れ時間Ｔ₁は、制御ループ１１の応答性に関連し、プラントの実運転時に測定可能な固有値である。

ＤＦＦ補償器１３及び１４の定数（伝達関数）は、以下に述べるように、制御ループ１０の無駄時間Ｌ₀及び一次遅れ時間Ｔ₀と、制御ループ１１の無駄時間Ｌ₁及び一次遅れ時間Ｔ₁とに基づいて一意に決定される。

Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)＝Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)の条件を満足するＣ₀(s)及びＣ₁(s)（つまり、ＤＦＦ補償器１３及び１４の伝達関数Ｃ₀(s)及びＣ₁(s)）は、それぞれ次式（５）及び（６）で与えられる。

ここで、式（５）におけるｅｘｐ（−（ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）−Ｌ₀）ｓ）は、Ｃ₀(s)の無駄時間要素であり、“ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）−Ｌ₀”を無駄時間として含む。つまり、Ｃ₀(s)の無駄時間要素は、ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）とＬ₀との差分を無駄時間として含む。ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）は、Ｌ₀及びＬ₁のうちの大きい値（第３の無駄時間）を指す。

同様に、式（６）におけるｅｘｐ（−（ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）−Ｌ₁）ｓ）は、Ｃ₁(s)の無駄時間要素であり、“ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）−Ｌ₁”を無駄時間として含む。つまり、Ｃ₁(s)の無駄時間要素は、ｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）とＬ₁との差分を無駄時間として含む。

Ｔ_xは、比率制御全体の一次遅れ時間を指定する値であり、次式（７）
ｍｉｎ（Ｔ₀，Ｔ₁）＜Ｔ_x＜ｍａｘ（Ｔ₀，Ｔ₁） ----（７）
で示される条件を満足する値である。ここでｍｉｎ（Ｔ₀，Ｔ₁）は、Ｔ₀及びＴ₁のうち小さい値を指す。ｍａｘ（Ｔ₀，Ｔ₁）は、上述のｍａｘ（Ｌ₀，Ｌ₁）と同様である。したがって、Ｔ₀がＴ₁よりも小さいならば、Ｔ_xはＴ₀よりも大きくＴ₁よりも小さい値である。また、Ｔ₀がＴ₁よりも大きいならば、Ｔ_xはＴ₁よりも大きくＴ₀よりも小さい値である。つまりＴ_xはＴ₀とＴ₁との間の値である。

式（３），（４），（５）及び（６）を使用するならば、式（１）で示される伝達関数βμＣ₀(s)Ｇ₀(s)及び式（２）で示される伝達関数Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)は、それぞれ次式（８）及び（９）で表わされる。

式（５）及び（６）で示される伝達関数Ｃ₀(s)及びＣ₁(s)が適用された場合、式（８）及び（９）から明らかなように、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)＝Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)の条件は成立する。よって、第１の実施形態に係る燃焼制御装置は、空気流量プロセス１０１と燃料流量プロセス１１１とがそれぞれ異なる無駄時間を持ち、かつ燃焼要求レベルが急変するような過渡状態においても、フィードフォワード補償型比率制御により、常に空気流量ＰＶ₀と燃料流量ＰＶ₁とを設定比率βμの近傍で制御することができる。

なお、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)とＣ₁(s)Ｇ₁(s)との関係に関し、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)＝Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)以外の条件を用いることも可能である。例えば、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)とＣ₁(s)Ｇ₁(s)とがほぼ等しいという条件（Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)≒Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)）を用いても構わない。つまり、Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)とＣ₁(s)Ｇ₁(s)とが許容される範囲で等しくなるように、Ｃ₀(s)及びＣ₁(s)が設定されても構わない。

＜第２の実施形態＞
図２は第２の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、図１と等価な要素には同一参照番号を付して、詳細な説明を省略する。図２に示す燃焼制御装置は、フィードフォワード型補償法及びクロスリミット制御法を組み合わせた燃焼制御方法（以下、フィードフォワード補償型クロスリミット制御法と称する）を適用する。

フィードフォワード補償型クロスリミット制御法を適用する図２に示す燃焼制御装置は、クロスリミット制御法を適用する従来の燃焼制御装置と同様に、制御ループ１０及び１１と、比率設定器１２とに加えて、定数倍器２０と、高レベルセレクタ（以下、Ｈセレクタと称する）２１と、低レベルセレクタ（以下、Ｌセレクタと称する）２２とを備えている。この燃焼制御装置が、従来の燃焼制御装置と相違する点は、図２において破線の枠Ｆ２で囲まれた構成、つまりＤＦＦ（動的フィードフォワード）補償器１３及び１４と、切り替え器（以下、ＳＷと称する）２３及び２４と、判定器２５とを更に備えていることにある。

定数倍器２０は、空気流量ＰＶ₀を定数倍する。具体的には、定数倍器２０は、空気流量ＰＶ₀に定数１／βμを乗じることにより、設定値ＳＶ₁に対応する指令値ＰＶ₀／βμを生成する。

Ｈセレクタ２１及びＬセレクタ２２は、それぞれ第１及び第２のクロスリミット制御器として機能する。すなわちＨセレクタ２１は、マスター信号Ｍ（マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベル）または燃料流量ＰＶ₁のうちレベルが高い方を、設定値ＳＶ₀に対応する指令値として選択する。一方、Ｌセレクタ２２は、マスター信号Ｍ（マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベル）または指令値ＰＶ₀／βμのうちレベルが低い方を、設定値ＳＶ₁に対応する指令値として選択する。

ここで、図２に示す燃焼制御装置に与えられるマスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルが上昇したものとする。つまり、マスター信号Ｍにより燃焼増が要求されたものとする。しかも、Ｍ＞ＰＶ₁で、かつＭ＞ＰＶ₀/βμであるものとする。Ｍ＞ＰＶ₁の場合、Ｈセレクタ２１は、マスター信号Ｍを、設定値ＳＶ₀に対応する指令値として選択する。これに対してＬセレクタ２２は、Ｍ＞ＰＶ₀/βμであることから、ＰＶ₀/βμ（つまり、定数倍器２０の出力）を、設定値ＳＶ₁に対応する指令値として選択する。

このように燃焼増が要求された場合、Ｈセレクタ２１は、空気流量に関してクロスリミット制御により燃焼増の要求を優先することで、制御ループ１０における空気流量ＰＶ₀の増加を先行させる。一方、Ｌセレクタ２２は、空気流量（実空気流量）ＰＶ₀の増加に燃料流量ＰＶ₁（制御ループ１１）を追従させる。つまり燃焼増が要求された場合、クロスリミット制御により、まず空気流量ＰＶ₀が増加し、当該空気流量ＰＶ₀の増加に追従して燃料流量ＰＶ₁が増加する。

逆に、マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベルが低下したものとする。つまり、マスター信号Ｍにより燃焼減が要求されたものとする。しかも、Ｍ＜ＰＶ₁で、かつＭ＜ＰＶ₀/βμであるものとする。この場合、Ｌセレクタ２２は、マスター信号Ｍを、設定値ＳＶ₁に対応する指令値として選択する。これに対してＨセレクタ２１は、Ｍ＜ＰＶ₁であることから、燃料流量ＰＶ₁を、設定値ＳＶ₁に対応する指令値として選択する。

このように燃焼減が要求された場合、Ｌセレクタ２２は、燃料流量に関してクロスリミット制御により燃焼減の要求を優先することで、制御ループ１１における燃料流量ＰＶ₁の減少を先行させる。一方、Ｈセレクタ２１は、燃料流量（実燃料流量）ＰＶ₁の減少に空気流量ＰＶ₀（制御ループ１０）を追従させる。つまり燃焼減が要求された場合、クロスリミット制御により、まず燃料流量ＰＶ₁が減少し、当該燃料流量ＰＶ₁の減少に追従して空気流量ＰＶ₀が減少する。

このような、クロスリミット制御による“先行−追従”を適用した場合、過渡的には空気過剰を招き、かつ応答速度も比較的遅い。しかし第２の実施形態では、“先行−追従”の手法は後述する切り替え条件ＳＣが不成立の場合に適用される。このような状態で、“先行−追従”の手法の適用により図２に示す燃焼制御装置をより安全サイドで動作させることは、たとえプロセスの特性変化やフィードバック制御調整不足等が発生したとしても有益である。

ＳＷ２３は、ＤＦＦ補償器１３の出力とＨセレクタ２１の出力とを切り替え信号ｑに応じて切り替える。より詳細に述べるならば、ＳＷ２３は、ＤＦＦ補償器１３の出力またはＨセレクタ２１の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑに応じて比率設定器１２の入力側に切り替える。つまりＳＷ２３は、ＤＦＦ補償器１３の出力またはＨセレクタ２１の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑに応じて選択する。

ＳＷ２４は、ＤＦＦ補償器１４の出力とＬセレクタ２２の出力とを切り替え信号ｑに応じて切り替える。より詳細に述べるならば、ＳＷ２４は、ＤＦＦ補償器１４の出力またはＬセレクタ２２の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑに応じて制御ループ１１（フィードバック制御器１１２）の入力側に切り替える。つまりＳＷ２３は、ＤＦＦ補償器１４の出力またはＬセレクタ２２の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑに応じて選択する。

第２の実施形態において、ＳＷ２３及び２４は、切り替え信号ｑが第１のレベルＨの場合、それぞれＤＦＦ補償器１３及び１４の出力を選択する。またＳＷ２３及び２４は、切り替え信号ｑが第２のレベルＬの場合、それぞれＨセレクタ２１及びＬセレクタ２２の出力を選択する。

切り替え信号ｑは、判定器２５によって生成される。判定器２５は、定数倍器２０の出力ＰＶ₀／βμ及び制御ループ１１の出力ＰＶ₁に基づいて、ＳＷ２３及び２４の切り替え条件ＳＣが成立したか否かを判定する。この切り替え条件ＳＣは次式（１０）
（１−Ｋ）βμＰＶ₁＜ＰＶ₀＜（１＋Ｋ）βμＰＶ₁ ----（１０）
で示される。ここで、Ｋは空気流量の許容誤差係数である。許容誤差係数Ｋは、プロセス毎の燃焼運転方針に依存するが、例えば０．１程度である。

式（１０）から明らかなように、切り替え条件ＳＣは、空気流量（空気流量の％値）ＰＶ₀が、（１−Ｋ）βμＰＶ₁を上回り、かつ（１＋Ｋ）βμＰＶ₁を下回る場合に成立する。つまり切り替え条件ＳＣは、空気流量（燃料流量の％値）ＰＶ₀が、燃料流量（燃料流量の％値）ＰＶ₁を基準とする許容誤差の範囲（つまり許容範囲）に入っている場合に成立する。切り替え条件ＳＣが成立したか否かを判定することは、燃料流量ＰＶ₁に対する空気流量ＰＶ₀の比率（つまり実比率）ＰＶ₀／ＰＶ₁の観点からは、当該実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁が、設定比率βμの許容誤差の範囲（許容範囲）に入っているか否かを判定することと等価である。判定器２５は、切り替え条件ＳＣが成立したか否かに応じて、第１のレベルＨまたは第２のレベルＬの切り替え信号ｑを生成する。

もし、切り替え条件ＳＣが成立しているならば、判定器２５は実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁が設定比率βμの許容範囲に入っているものとして、第１のレベルＨの切り替え信号ｑを生成する。これに対して切り替え条件ＳＣが成立していないならば、判定器２５は実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁が設定比率βμの許容範囲から外れているものとして、第２のレベルＬの切り替え信号ｑを生成する。

ＳＷ２３及び２４は、切り替え信号ｑが第１のレベルＨである場合、それぞれＤＦＦ補償器１３及び１４を選択する。すると図２に示される燃焼制御装置は、第１の実施形態と同様のフィードフォワード型補償による燃焼制御を実行する。このように第２の実施形態においては、切り替え条件ＳＣが成立している場合、燃焼制御装置はフィードフォワード型補償に基づく燃焼制御（比率制御）を実行する。つまり、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁（または空気流量ＰＶ₀）が設定比率βμの許容範囲（または燃料流量ＰＶ₁を基準とする許容範囲）に入っているならば、燃焼制御装置はフィードフォワード型補償に基づく燃焼制御を実行する。これにより第２の実施形態によれば、切り替え条件ＳＣが成立しているならば、燃焼要求レベルが急変するような過渡状態においても、第１の実施形態と同様に、フィードフォワード補償型比率制御により、常に空気流量ＰＶ₀と燃料流量ＰＶ₁とを設定比率βμの近傍で制御することができる。

一方、切り替え信号ｑが第２のレベルＬである場合、ＳＷ２３及び２４は、それぞれＨセレクタ２１及びＬセレクタ２２を選択する。すると、図２に示される燃焼制御装置は、従来のクロスリミット制御と同様の燃焼制御を実行する。このように第２の実施形態においては、切り替え条件ＳＣが成立していない場合、燃焼制御装置はクロスリミット制御に基づく燃焼制御を実行する。よって第２の実施形態によれば、実比率が許容範囲から外れるような状況でも、クロスリミット制御の適用により燃焼に関して安全性を確保することができる。

＜第３の実施形態＞
図３は第３の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示すブロック図である。図３において、図２と等価な要素には同一参照番号を付して、詳細な説明を省略する。図３に示す燃焼制御装置は、フィードフォワード型補償法及びダブルクロスリミット制御法を組み合わせた燃焼制御方法（以下、フィードフォワード補償型ダブルクロスリミット制御法と称する）を適用する。

フィードフォワード補償型ダブルクロスリミット制御法を適用する図３に示す燃焼制御装置は、ダブルクロスリミット制御法を適用する従来の燃焼制御装置と同様に、制御ループ１０及び１１と、比率設定器１２とに加えて、定数倍器２０と、定数倍器２０１ないし２０４と、中間レベルセレクタ（以下、ＭＥＤセレクタと称する）２１０及び２２０とを備えている。この燃焼制御装置が、従来の燃焼制御装置と相違する点は、図３において破線の枠Ｆ３で囲まれた構成、つまりＤＦＦ（動的フィードフォワード）補償器１３及び１４と、切り替え器（以下、ＳＷと称する）２３０及び２４０と、判定器２５０とを更に備えていることにある。

定数倍器２０１は定数倍器２０の出力（ＰＶ₀／βμ）を定数倍する。具体的には、定数倍器２０１は、定数倍器２０の出力（ＰＶ₀／βμ）に定数１＋Ｋ₁を乗じることにより、設定値ＳＶ₁に対応する指令値（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀／βμを生成する。Ｋ₁は、燃焼要求レベル上昇時の発煙限界を示す設定値である。発煙限界とは、黒煙や一酸化炭素の発生を招く空気量不足の限界を指す。

定数倍器２０２は燃料流量（燃料流量の％値）ＰＶ₁を定数倍する。具体的には、定数倍器２０２は、燃料流量ＰＶ₁に定数１−Ｋ₂を乗じることにより、設定値ＳＶ₀に対応する指令値（１−Ｋ₂）ＰＶ₁を生成する。Ｋ₂は、燃焼要求レベル低下時の発煙限界を示す設定値である。

定数倍器２０３は定数倍器２０の出力（ＰＶ₀／βμ）を定数倍する。具体的には、定数倍器２０３は、定数倍器２０の出力（ＰＶ₀／βμ）に定数１−Ｋ₃を乗じることにより、設定値ＳＶ₁に対応する指令値（１−Ｋ₃）ＰＶ₀／βμを生成する。Ｋ₃は、燃焼要求レベル低下時の空気過剰限界を示す設定値である。空気過剰限界とは、酸化窒素や酸化硫黄の発生を招く空気量過剰の限界を指す。

定数倍器２０４は燃料流量ＰＶ₁を定数倍する。具体的には、定数倍器２０４は、燃料流量ＰＶ₁に定数１＋Ｋ₄を乗じることにより、設定値ＳＶ₀に対応する指令値（１＋Ｋ₄）ＰＶ₁を生成する。Ｋ₄は、燃焼要求レベル上昇時の空気過剰限界を示す設定値である。

ＭＥＤセレクタ２１０は、第１のダブルクロスリミット制御器として機能する。すなわちＭＥＤセレクタ２１０は、マスター信号Ｍが変化しても、設定値（空気流量設定値）ＳＶ₀（より詳細には、設定値ＳＶ₀に対応する指令値）を燃料流量（実燃料流量）ＰＶ₁に対して許容される範囲に制限するように動作する。そのためＭＥＤセレクタ２１０は、マスター信号Ｍ（マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベル）、定数倍器２０２の出力（１−Ｋ₂）ＰＶ₁、及び定数倍器２０４の出力（１＋Ｋ₄）ＰＶ₁のうち、レベルが２番目に高い方（つまり、最も高くなく、かつ最も低くない方）を、設定値ＳＶ₀に対応する指令値（実指令値）として選択する。

ＭＥＤセレクタ２２０は第２のダブルクロスリミット制御器として機能する。すなわちＭＥＤセレクタ２２０は、マスター信号Ｍが変化しても、設定値（燃料流量設定値）ＳＶ₁を空気流量（実空気流量）ＰＶ₀に対して許容される範囲に制限するように動作する。そのためＭＥＤセレクタ２２０は、マスター信号Ｍ（マスター信号Ｍの示す燃焼要求レベル）、定数倍器２０１の出力（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀／βμ、及び定数倍器２０３の出力（１−Ｋ₃）ＰＶ₀／βμのうち、レベルが２番目に高い方（つまり、最も高くなく、かつ最も低くない方）を、設定値ＳＶ₁に対応する指令値（実指令値）として選択する。

このように図３に示される燃焼制御装置は、ダブルクロスリミット制御を適用する。これにより燃焼制御装置は、マスター信号Ｍが変化しても、設定値ＳＶ₀を燃料流量ＰＶ₁に対して許容される範囲に制限し、かつ設定値ＳＶ₁を空気流量ＰＶ₀に対して許容される範囲に制限する。

ダブルクロスリミット制御が適用された場合、燃焼制御の応答速度は、過渡的にはクロスリミット制御よりも遅くなる。しかし第３の実施形態では、ダブルクロスリミット制御は、後述する切り替え条件ＳＣ１及びＳＣ２が不成立の場合に適用される。このような状態で、ダブルクロスリミット制御の適用により図３に示す燃焼制御装置をより安全サイドで動作させることは、たとえプロセスの特性変化やフィードバック制御調整不足等が発生したとしても有益である。

ＳＷ２３０は、ＤＦＦ補償器１３の出力またはＭＥＤセレクタ２１０の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑ０に応じて比率設定器１２の入力側に切り替える。つまりＳＷ２３０は、ＤＦＦ補償器１３の出力またはＭＥＤセレクタ２１０の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑ０に応じて選択する。

ＳＷ２４０は、ＤＦＦ補償器１４の出力またはＭＥＤセレクタ２２０の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑ１に応じて制御ループ１１（フィードバック制御器１１２）の入力側に切り替える。つまりＳＷ２４０は、ＤＦＦ補償器１４の出力またはＭＥＤセレクタ２２０の出力のいずれか一方を切り替え信号ｑ１に応じて選択する。

第３の実施形態において、ＳＷ２３０及び２４０は、切り替え信号ｑ０及びｑ１が第１のレベルＨの場合、それぞれＤＦＦ補償器１３及び１４の出力を選択する。またＳＷ２３０及び２４０は、切り替え信号ｑ０及びｑ１が第２のレベルＬの場合、それぞれＭＥＤセレクタ２１０及び２２０の出力を選択する。

切り替え信号ｑ０及びｑ１は、判定器２５０によって生成される。判定器２５０は、定数倍器２０の出力ＰＶ₀／βμ及び制御ループ１１の出力ＰＶ₁に基づいて、ＳＷ２３０の切り替え条件ＳＣ１及びＳＷ２４０の切り替え条件ＳＣ２が成立したか否かを判定する。切り替え条件ＳＣ１及びＳＣ２は、それぞれ次式（１１）及び（１２）
（１−Ｋ₂）βμＰＶ₁＜ＰＶ₀＜（１＋Ｋ₄）βμＰＶ₁ ----（１１）
（１−Ｋ₃）ＰＶ₀＜βμＰＶ₁＜（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀ ----（１２）
で示される。

式（１１）から明らかなように、切り替え条件ＳＣ１は、空気流量（空気流量の％値）ＰＶ₀が、（１−Ｋ₂）βμＰＶ₁を上回り、かつ（１＋Ｋ₄）βμＰＶ₁を下回る場合に成立する。つまり、切り替え条件ＳＣ１は、空気流量（空気流量の％値）ＰＶ₀が、燃料流量（燃料流量の％値）ＰＶ₁を基準とする許容範囲に入っている場合に成立する。

（１−Ｋ₂）βμＰＶ₁は、設定値Ｋ₂（つまり、燃焼要求レベル低下時の発煙限界の設定値Ｋ₂）と設定比率βμと燃料流量ＰＶ₁とで決まる。この（１−Ｋ₂）βμＰＶ₁は、燃焼要求レベル低下時において空気流量ＰＶ₀が燃料流量ＰＶ₁と比較して相対的に少ない場合に、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を許容範囲に保ちつつ、発煙を回避することが可能な空気流量の下限値を示す。つまり、（１−Ｋ₂）βμＰＶ₁は、燃料流量ＰＶ₁を基準とする場合の空気流量ＰＶ₀の許容範囲（以下、第１の許容範囲と称する）の下限値を示す。この第１の許容範囲の下限値は、燃焼要求レベル低下時の発煙限界に対応する。

ここで、（１−Ｋ₂）βμに着目するならば、当該（１−Ｋ₂）βμは、燃料流量ＰＶ₁を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲の下限値を示す。この許容範囲は第１の許容範囲に相当し、当該許容範囲の下限値は燃焼要求レベル低下時の発煙限界に対応する。

一方、（１＋Ｋ₄）βμＰＶ₁は、設定値Ｋ₄（つまり、燃焼要求レベル上昇時の空気過剰限界の設定値Ｋ₄）と設定比率βμと燃料流量ＰＶ₁とで決まる。この（１＋Ｋ₄）βμＰＶ₁は、燃焼要求レベル上昇時において空気流量ＰＶ₀が燃料流量ＰＶ₁と比較して相対的に多い場合に、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を許容範囲に保ちつつ、酸化窒素や酸化硫黄の発生を回避することが可能な空気流量の上限値を示す。つまり、（１＋Ｋ₄）βμＰＶ₁は、第１の許容範囲の上限値を示す。この第１の許容範囲の上限値は、燃焼要求レベル上昇時の空気過剰限界に対応する。

ここで、（１＋Ｋ₄）βμに着目するならば、当該（１＋Ｋ₄）βμは、燃料流量ＰＶ₁を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲の上限値を示す。この許容範囲は第１の許容範囲に相当し、当該許容範囲の上限値は燃焼要求レベル上昇時の空気過剰限界に対応する。以下の説明では、燃料流量ＰＶ₁を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲も第１の許容範囲と称する。

以上の説明から明らかなように、切り替え条件ＳＣ１が成立したか否かを判定することは、燃料流量ＰＶ₁を基準とする空気流量ＰＶ₀（または、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）の観点からは、当該空気流量ＰＶ₀（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第１の許容範囲に入っているか否かを判定することと等価である。切り替え条件ＳＣ１は、燃料流量ＰＶ₁を基準とする空気流量ＰＶ₀（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第１の許容範囲に入っている場合に成立する。

式（１２）から明らかなように、切り替え条件ＳＣ２は、燃料流量（燃料流量の％値）ＰＶ₁のβμ倍の値βμＰＶ₁が、（１−Ｋ₃）ＰＶ₀を上回り、かつ（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀を下回る場合に成立する。つまり、切り替え条件ＳＣ２は、燃料流量（燃料流量の％値）ＰＶ₁が、空気流量（空気流量の％値）ＰＶ₀を基準とする許容範囲に入っている場合に成立する。

（１−Ｋ₃）ＰＶ₀は、設定値Ｋ₃（つまり、燃焼要求レベル低下時の空気過剰限界の設定値Ｋ₃）と空気流量ＰＶ₀とで決まる。この（１−Ｋ₃）ＰＶ₀は、燃焼要求レベル低下時において燃料流量ＰＶ₁が空気流量ＰＶ₀と比較して相対的に少ない場合に、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を許容範囲に保ちつつ、酸化窒素や酸化硫黄の発生を回避することが可能な燃料流量の下限値（より詳細には、燃料流量の下限値のβμ倍の値）を示す。つまり、（１−Ｋ₃）ＰＶ₀は、空気流量ＰＶ₀を基準とする場合の燃料流量ＰＶ₁の許容範囲（以下、第２の許容範囲と称する）の下限値を示す。この第２の許容範囲の下限値は、燃焼要求レベル低下時の空気過剰限界に対応する。

ここで、βμ／（１−Ｋ₃）に着目するならば、当該βμ／（１−Ｋ₃）は、空気流量ＰＶ₀を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲の上限値を示す。この許容範囲は第２の許容範囲に相当し、当該許容範囲の上限値は、燃焼要求レベル低下時の空気過剰限界に対応する。

一方、（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀は、設定値Ｋ₁（つまり、燃焼要求レベル上昇時の発煙限界の設定値Ｋ₁）と空気流量ＰＶ₀とで決まる。この（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀は、燃焼要求レベル上昇時において燃料流量ＰＶ₁が空気流量ＰＶ₀と比較して相対的に多い場合に、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁を許容範囲に保ちつつ、発煙を回避することが可能な燃料流量の上限値（より詳細には、燃料流量の上限値のβμ倍の値）を示す。つまり（１＋Ｋ₁）ＰＶ₀は、第２の許容範囲の上限値を示す。この第２の許容範囲の上限値は、燃焼要求レベル上昇時の発煙限界に対応する。

ここで、βμ／（１＋Ｋ₁）に着目するならば、当該βμ／（１＋Ｋ₁）は、空気流量ＰＶ₀を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲の下限値を示す。この許容範囲は第２の許容範囲に相当し、当該許容範囲の下限値は、燃焼要求レベル上昇時の発煙限界に対応する。以下の説明では、燃料流量ＰＶ₀を基準とする場合の実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁の許容範囲も第２の許容範囲と称する。

以上の説明から明らかなように、切り替え条件ＳＣ２が成立したか否かを判定することは、空気流量ＰＶ₀を基準とする燃料流量ＰＶ₁（または、実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）の観点からは、当該燃料流量ＰＶ₁（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第２の許容範囲に入っているか否かを判定することと等価である。切り替え条件ＳＣ２は、空気流量ＰＶ₀を基準とする燃料流量ＰＶ₁（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第２の許容範囲に入っている場合に成立する。

判定器２５０は、切り替え条件ＳＣ１が成立したか否かに応じて、第１のレベルＨまたは第２のレベルＬの切り替え信号ｑ０を生成する。判定器２５０はまた、切り替え条件ＳＣ２が成立したか否かに応じて、第１のレベルＨまたは第２のレベルＬの切り替え信号ｑ１を生成する。

ＳＷ２３０及び２４０は、それぞれ切り替え信号ｑ０及びｑ１が第１のレベルＨである場合、ＤＦＦ補償器１３及び１４を選択する。すると図３に示される燃焼制御装置は、第１の実施形態と同様のフィードフォワード型補償による燃焼制御（比率制御）を実行する。このように燃焼制御装置は、切り替え条件ＳＣ１及びＳＣ２がいずれも成立している場合、空気系及び燃料系の両方でフィードフォワード型補償に基づく燃焼制御を実行する。よって第３の実施形態によれば、空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第１及び第２の許容範囲に入っているならば、燃焼要求レベルが急変するような過渡状態においても、空気流量ＰＶ₀と燃料流量ＰＶ₁とを比率βμで制御することができる。

一方、切り替え信号ｑ０が第２のレベルＬである場合、ＳＷ２３０はＭＥＤセレクタ２１０を選択する。これにより図３に示される燃焼制御装置は、ダブルクロスリミット制御を用いて空気系を制御する。同様に、切り替え信号ｑ１が第２のレベルＬである場合、ＳＷ２４０はＭＥＤセレクタ２２０を選択する。これにより燃焼制御装置は、ダブルクロスリミット制御を用いて燃料系を制御する。このように燃焼制御装置は、切り替え条件ＳＣ１及びＳＣ２がいずれも不成立の場合、空気系及び燃料系の両方でダブルクロスリミット制御に基づく燃焼制御を実行する。よって第３の実施形態によれば、空気流量ＰＶ₀及び燃料流量ＰＶ₁（実比率ＰＶ₀／ＰＶ₁）が第１及び第２の許容範囲から外れるような状況でも、ダブルクロスリミット制御の適用により燃焼に関して安全性を確保することができる。

上述の第１ないし第３の実施形態では、フィードフォワード型補償のためにＤＦＦ補償器１３及び１４が共通に用いられる。ＤＦＦ補償器１３及び１４の定数（伝達関数）は、それぞれ、プラントの実運転時に測定可能な無駄時間Ｌ₀及び一次遅れ時間Ｔ₀の対、及び無駄時間Ｌ₁及び一次遅れ時間Ｔ₁の対に基づいて一意に決定される。このように第１ないし第３の実施形態に係る燃焼制御装置は明確な最適調整則を持つ。よって第１ないし第３の実施形態によれば、いずれも、実プロセスの運用への導入が容易な燃焼制御装置を提供することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、空気流量プロセスと燃料流量プロセスとが異なる無駄時間を持ち、かつ燃焼要求レベルが急変するような過渡状態でも、空気流量と燃料流量との比率が設定比率の近傍となるように両流量を制御することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…制御ループ（第１の制御ループ）、１１…制御ループ（第２の制御ループ）、１２…比率設定器、１３…動的フィードフォワード（ＤＦＦ）補償器（第１の動的フィードフォワード補償器）、１４…動的フィードフォワード（ＤＦＦ）補償器（第２の動的フィードフォワード補償器）、２０，２０１〜２０４…定数倍器、２１…高レベルセレクタ（Ｈセレクタ、第１のクロスリミット制御器）、２２…低レベルセレクタ（Ｌセレクタ、第２のクロスリミット制御器）、２３，２３０…切り替え器（ＳＷ、第１の切り替え器）、２４，２４０…切り替え器（ＳＷ、第２の切り替え器）、２５，２５０…判定器、１０１…プロセス（空気流量プロセス）、１０２…フィードバック制御器（第１のフィードバック制御器）、１１１…プロセス（燃料流量プロセス）、１１２…フィードバック制御器（第２のフィードバック制御器）、２１０…中間レベルセレクタ（ＭＥＤセレクタ、第１のダブルクロスリミット制御器）、２２０…中間レベルセレクタ（ＭＥＤセレクタ、第２のダブルクロスリミット制御器）、Ｍ…マスター信号、ＳＶ₀…目標値（空気流量目標値、設定値、第１の設定値）、ＳＶ₁…目標値（燃料流量目標値、設定値、第２の設定値）、ＰＶ₀…空気流量、ＰＶ₁…燃料流量。

Claims (5)

1. 空気流量と燃料流量との比率を調整するための燃焼制御装置において、
   前記調整されるべき比率を設定する比率設定器と、
   燃焼炉に空気を供給する空気流量プロセスと、前記燃焼炉における燃焼を要求するマスター信号の示す燃焼要求レベルの変化に応じて前記設定比率で変化する前記空気流量及び前記燃料流量それぞれの目標値である第１及び第２の設定値のうちの前記第１の設定値に対して前記空気流量が追従するように、前記空気流量プロセスを制御する第１のフィードバック制御器とを含む第１の制御ループと、
   前記燃焼炉に燃料を供給する燃料流量プロセスと、前記第２の設定値に対して前記燃料流量が追従するように、前記燃料流量プロセスを制御する第２のフィードバック制御器とを含む第２の制御ループと、
   前記燃焼要求レベルの変化に対する前記第１の制御ループの応答性に関連する前記空気流量プロセスの第１の無駄時間を補償する第１の動的フィードフォワード補償器と、
   前記燃焼要求レベルの変化に対する前記第２の制御ループの応答性に関連する前記燃料流量プロセスの第２の無駄時間を補償する第２の動的フィードフォワード補償器と
   を具備する燃焼制御装置。
2. 前記第１の動的フィードフォワード補償器の伝達関数Ｃ₀(s)と前記第１の制御ループの伝達関数Ｇ₀(s)との積Ｃ₀(s)Ｇ₀(s)と、前記第２の動的フィードフォワード補償器の伝達関数Ｃ₁(s)と前記第２の制御ループの伝達関数Ｇ₁(s)との積Ｃ₁(s)Ｇ₁(s)とが、ほぼ等しくなるように、前記伝達関数Ｃ₀(s)及びＣ₁(s)が設定される請求項１記載の燃焼制御装置。
3. 前記前記伝達関数Ｃ₀(s)は、前記第１の無駄時間及び前記第２の無駄時間のうちの大きい値である第３の無駄時間と前記第１の無駄時間との差分を無駄時間として含む無駄時間要素を有し、
   前記伝達関数Ｃ₁(s)は、前記第３の無駄時間と前記第２の無駄時間との差分を無駄時間として含む無駄時間要素を有する
   請求項２記載の燃焼制御装置。
4. 前記マスター信号によって燃焼増が要求された場合、前記空気流量に関して前記燃焼増の要求を優先することで、前記空気流量の増加を先行させ、前記マスター信号によって燃焼減が要求された場合、前記燃料流量の減少に前記第１の制御ループを追従させる第１のクロスリミット制御器と、
   前記マスター信号によって前記燃焼減が要求された場合、前記燃料流量に関して前記燃焼減の要求を優先することで、前記燃料流量の減少を先行させ、前記マスター信号によって前記燃焼増が要求された場合、前記空気流量の増加に前記第２の制御ループを追従させる第２のクロスリミット制御器と、
   前記空気流量と前記燃料流量との比率である実比率が許容範囲に入っているかに応じて、前記第１の動的フィードフォワード補償器の出力または前記第１のクロスリミット制御器の出力のいずれか一方を選択する第１の切り替え器と、
   前記実比率が前記許容範囲に入っているかに応じて、前記第２の動的フィードフォワード補償器の出力または前記第２のクロスリミット制御器の出力のいずれか一方を選択する第２の切り替え器と
   を更に具備する請求項１記載の燃焼制御装置。
5. 前記第１の設定値を前記燃料流量に対して許容される範囲に制限する第１のダブルクロスリミット制御器と、
   前記第２の設定値を前記空気流量に対して許容される範囲に制限する第２のダブルクロスリミット制御器と、
   前記空気流量が前記燃料流量を基準とする第１の許容範囲に入っているかに応じて、前記第１の動的フィードフォワード補償器の出力または前記第１のダブルクロスリミット制御器の出力のいずれか一方を選択する第１の切り替え器と、
   前記燃料流量が前記空気流量を基準とする第２の許容範囲に入っているかに応じて、前記第２の動的フィードフォワード補償器の出力または前記第２のダブルクロスリミット制御器の出力のいずれか一方を選択する第２の切り替え器と
   を更に具備する請求項１記載の燃焼制御装置。

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