JP2020118357A - Oxygen ratio control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混合気を燃焼する燃焼機器に付設され、混合気の酸素比を制御する酸素比制御システムに関する。 The present invention relates to an oxygen ratio control system that is attached to a combustion device that burns an air-fuel mixture and controls the oxygen ratio of the air-fuel mixture.
従来から、混合気を燃焼するバーナなどの燃焼機器に供給される混合気の酸素比を調整する種々の方法が提案されており、その一つとして、燃焼機器に供給する燃料ガスや燃焼用空気、酸素などの供給流量を流量調整弁によって調整する方法がある。 Conventionally, various methods of adjusting the oxygen ratio of the air-fuel mixture supplied to a combustion device such as a burner that combusts the air-fuel mixture have been proposed. As one of them, fuel gas or combustion air supplied to the combustion device has been proposed. There is a method of adjusting the supply flow rate of oxygen, etc. by a flow rate adjusting valve.
例えば、特許文献1には、バーナに供給される燃料ガスの流量を調整可能な燃料流量調整弁及び酸素含有ガスの流量を調整可能な空気流量調整弁を備えた複合管状火炎バーナが開示されており、当該複合管状火炎バーナにおいては、燃料流量調整弁及び空気流量調整弁の開度を適宜選択して調整することで各ガスの流量を変化させ、混合気中に含まれる酸素比を調整できるようになっている。
For example,
ところが、燃焼機器に供給される気体の供給流量を流量調整弁によって調整する場合、流量調整弁ごとに流量特性(開度に応じた流量)が異なったり、流量調整弁ごとに目標開度に到達するまでに要する時間が異なったりすることが要因となって、以下のような問題が生じる。 However, when the flow rate of the gas supplied to the combustion equipment is adjusted by the flow rate adjusting valve, the flow rate characteristics (flow rate according to the opening) differ for each flow rate adjusting valve, and the target opening degree is reached for each flow rate adjusting valve. The following problems occur due to the difference in the time required to do so.
例えば、ある2つのガス種からなる混合気の酸素比が所定の値となるような2つの流量調整弁の目標開度が大きく異なる場合、これら2つの流量調整弁をそれぞれ目標開度まで同じように開動作させると、一方の流量調整弁が目標開度に達し、他方の流量調整弁が目標開度に達していないという状態になり得る。この場合、一方の気体は所定の流量で供給された状態であるにもかかわらず、他方の気体は未だ所定の流量で供給されていない状態となる。そのため、他方の流量調整弁が目標開度に達するまでの間は、一方の気体が過剰に供給された状態となって混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れることになり、更に、流量調整弁ごとの流量特性に違いがある場合には、酸素比が所定の値からより一層大きく乱れる場合もある。このような問題は、燃焼用空気に加えて酸素を供給する酸素富化を行う場合にも同様に起こり得る。 For example, when the target opening degrees of the two flow rate adjusting valves are so different that the oxygen ratio of the air-fuel mixture of two certain gas species becomes a predetermined value, these two flow rate adjusting valves are set to the same target opening degree. When the opening operation is performed on one side, one of the flow rate adjusting valves may reach the target opening degree and the other flow rate adjusting valve may not reach the target opening degree. In this case, one gas is supplied at a predetermined flow rate, but the other gas is not yet supplied at a predetermined flow rate. Therefore, until the other flow rate adjusting valve reaches the target opening, one gas is excessively supplied and the oxygen ratio of the air-fuel mixture is largely disturbed from the predetermined value. When there is a difference in the flow rate characteristic of each regulating valve, the oxygen ratio may be disturbed more greatly than the predetermined value. Such a problem may similarly occur when performing oxygen enrichment in which oxygen is supplied in addition to combustion air.
したがって、例えば、燃焼機器を利用して加熱炉内を昇温する場合、混合気の酸素比が所定の値となるように複数のガスを供給しているにもかかわらず、昇温中に酸素比が所定の値から大きく乱れることになり、その結果、炉内温度の変化による処理物への悪影響や設備自体の劣化速度が速まるといった問題が生じる。 Therefore, for example, when the temperature inside the heating furnace is raised using a combustion device, oxygen is supplied during the temperature rise even though a plurality of gases are supplied so that the oxygen ratio of the mixture becomes a predetermined value. The ratio is greatly disturbed from a predetermined value, and as a result, there arises a problem that a change in the temperature inside the furnace adversely affects the processed material and accelerates the deterioration rate of the equipment itself.
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、混合気の酸素比が所定の値となるように流量調整弁の開度を調整する際に、混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れるのを抑制できる酸素比制御システムの提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when adjusting the opening of the flow rate adjusting valve so that the oxygen ratio of the air-fuel mixture becomes a predetermined value, the oxygen ratio of the air-fuel mixture becomes larger than the predetermined value. It is an object of the present invention to provide an oxygen ratio control system capable of suppressing disturbance.
上記目的を達成するための本発明に係る酸素比制御システムの特徴構成は、
少なくとも燃料ガスと燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼機器に付設され、前記混合気の酸素比を制御する酸素比制御システムであって、
供給流量を調整する燃料ガス流量調整弁を有し、前記燃焼機器に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
供給流量を調整する燃焼用空気流量調整弁を有し、前記燃焼機器に前記燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
制御手段とを備えており、
前記制御手段は、
前記酸素比が所定の値となる前記燃料ガス流量調整弁及び前記燃焼用空気流量調整弁の各目標開度を算出する開度算出部と、
所定開度から前記各目標開度までの開時間が同じとなるように、前記燃料ガス流量調整弁及び前記燃焼用空気流量調整弁の動作を制御する調整弁制御部とを備えている点にある。
Characteristic configuration of the oxygen ratio control system according to the present invention to achieve the above object,
An oxygen ratio control system, which is attached to a combustion device for burning an air-fuel mixture containing at least fuel gas and combustion air, and which controls an oxygen ratio of the air-fuel mixture,
A fuel gas flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, and a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the combustion device,
Combustion air flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, the combustion air supply means for supplying the combustion air to the combustion equipment,
And a control means,
The control means is
An opening degree calculation unit that calculates each target opening degree of the fuel gas flow rate adjustment valve and the combustion air flow rate adjustment valve where the oxygen ratio is a predetermined value,
It is provided with an adjustment valve control unit that controls the operations of the fuel gas flow rate adjustment valve and the combustion air flow rate adjustment valve so that the opening times from a predetermined opening degree to each of the target opening degrees are the same. is there.
上記特徴構成によれば、燃料ガスと燃焼用空気を燃焼機器に供給する際に、酸素比が所定の値となる燃料ガス流量調整弁の目標開度及び燃焼用空気流量調整弁の目標開度を開度算出部にて算出し、各流量調整弁が所定開度から各目標開度に到達するまでの開時間が同じとなるように、調整弁制御部によって各流量調整弁の動作を制御するようにしていることで、例えば、酸素比が所定の値となる燃料ガス流量調整弁の目標開度が燃焼用空気流量調整弁の目標開度より小さい場合であっても、燃料ガス流量調整弁と燃焼用空気流量調整弁とを同じタイミングで各目標開度に到達させることができる。 According to the above characteristic configuration, when the fuel gas and the combustion air are supplied to the combustion equipment, the target opening of the fuel gas flow rate adjusting valve and the target opening of the combustion air flow rate adjusting valve are set so that the oxygen ratio becomes a predetermined value. Is calculated by the opening degree calculation unit, and the operation of each flow rate adjustment valve is controlled by the adjustment valve control unit so that the opening time of each flow rate adjustment valve from the predetermined opening to the respective target opening becomes the same. By doing so, for example, even if the target opening of the fuel gas flow rate adjusting valve where the oxygen ratio becomes a predetermined value is smaller than the target opening of the combustion air flow rate adjusting valve, the fuel gas flow rate adjustment is performed. The valve and the combustion air flow rate adjusting valve can reach each target opening at the same timing.
したがって、燃料ガス流量調整弁及び燃焼用空気流量調整弁の開度を調整して混合気の酸素比が所定の値となるように調整する際に、その調整途中で燃料ガス及び燃焼用空気のいずれか一方が他方に対して極端に流量が多くなり、酸素比が所定の値から大きく乱れるという問題の発生を抑制できる。 Therefore, when adjusting the openings of the fuel gas flow rate adjusting valve and the combustion air flow rate adjusting valve to adjust the oxygen ratio of the air-fuel mixture to a predetermined value, the fuel gas and combustion air It is possible to suppress the occurrence of the problem that one of the flow rates becomes extremely large compared to the other, and the oxygen ratio is greatly disturbed from a predetermined value.
尚、本願において、「酸素比」とは、理論酸素量に対する供給酸素量の比である。 In the present application, the "oxygen ratio" is the ratio of the supplied oxygen amount to the theoretical oxygen amount.
また、本発明に係る酸素比制御システムの更なる特徴構成は、供給流量を調整する酸素流量調整弁を有し、前記燃焼機器に酸素を供給する酸素供給手段を更に備え、
前記開度算出部は、前記酸素比が所定の値となる前記酸素流量調整弁の目標開度を更に算出し、
前記調整弁制御部は、所定開度から前記各目標開度までの開時間が同じとなるように、前記燃料ガス流量調整弁、前記燃焼用空気流量調整弁、及び前記酸素流量調整弁の動作を制御する点にある。
Further, a further characteristic configuration of the oxygen ratio control system according to the present invention has an oxygen flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, and further comprises oxygen supply means for supplying oxygen to the combustion equipment,
The opening degree calculation unit further calculates a target opening degree of the oxygen flow rate adjusting valve where the oxygen ratio is a predetermined value,
The adjustment valve control unit operates the fuel gas flow rate adjustment valve, the combustion air flow rate adjustment valve, and the oxygen flow rate adjustment valve so that the opening times from a predetermined opening to each of the target openings are the same. Is in the point of controlling.
上記特徴構成においては、燃料ガス、燃焼用空気及び酸素を燃焼機器に供給する際に、酸素比が所定の値となる燃料ガス流量調整弁の目標開度、燃焼用空気流量調整弁の目標開度、及び酸素流量調整弁の目標開度を開度算出部にて算出し、各流量調整弁が所定開度から各目標開度に到達するまでの開時間が同じとなるように、調整弁制御部によって各流量調整弁の動作を制御するようにしている。これにより、酸素比が所定の値となる各燃料調整弁の目標開度が異なる場合であっても、各燃料調整弁の全てを同じタイミングで各目標開度に到達させることができる。 In the above characteristic configuration, when the fuel gas, the combustion air and oxygen are supplied to the combustion equipment, the target opening of the fuel gas flow rate adjusting valve and the target opening of the combustion air flow rate adjusting valve are set so that the oxygen ratio becomes a predetermined value. Degree, and the target opening degree of the oxygen flow rate adjusting valve is calculated by the opening degree calculating unit, and the adjusting valve is adjusted so that each flow rate adjusting valve has the same opening time from the predetermined opening degree to the respective target opening degree. The controller controls the operation of each flow rate adjusting valve. As a result, even when the target opening of each fuel adjusting valve where the oxygen ratio becomes a predetermined value is different, all of the fuel adjusting valves can reach each target opening at the same timing.
したがって、燃料ガス流量調整弁、燃焼用空気流量調整弁、及び酸素流量調整弁の開度を調整して混合気の酸素比が所定の値となるように調整している途中で、燃料ガス、燃焼用空気及び酸素のいずれか一又は二のガスの流量が他のガスの流量と比較して極端に多くなり、酸素比が所定の値から大きく乱れるという問題の発生を抑制できる。 Therefore, while adjusting the openings of the fuel gas flow rate control valve, the combustion air flow rate control valve, and the oxygen flow rate control valve so that the oxygen ratio of the mixture becomes a predetermined value, the fuel gas, It is possible to suppress the problem that the flow rate of any one or two gases of combustion air and oxygen becomes extremely large as compared with the flow rates of other gases, and the oxygen ratio is greatly disturbed from a predetermined value.
ところで、燃焼機器に供給する燃焼用空気は、例えば燃焼機器によって加熱炉内を所定の目標温度まで昇温させるのに使用する場合に予め加熱する場合がある。燃焼用空気流量調整弁の前後での差圧は燃焼用空気の温度によって変動し、差圧が変われば燃焼用空気流量調整弁の開度に応じた流量も変化する。そのため、ある一定の温度において所定の酸素比となるように燃焼用空気流量調整弁の目標開度を算出し、この算出した目標開度となるように燃焼用空気流量調整弁を動作させたのでは、最終的に目標開度に到達しているにもかかわらず、燃焼用空気の過不足が生じて酸素比が所定の値から乱れる虞がある。そこで、酸素比が所定の値から乱れるのを極力抑制するためには、燃焼用空気の温度に応じて燃焼用空気流量調整弁の目標開度を補正することが好ましい。 By the way, the combustion air supplied to the combustion equipment may be preheated, for example, when it is used to raise the temperature in the heating furnace to a predetermined target temperature by the combustion equipment. The differential pressure before and after the combustion air flow rate adjusting valve changes depending on the temperature of the combustion air, and if the differential pressure changes, the flow rate corresponding to the opening degree of the combustion air flow rate adjusting valve also changes. Therefore, the target opening of the combustion air flow rate adjusting valve is calculated so that a predetermined oxygen ratio is obtained at a certain temperature, and the combustion air flow rate adjusting valve is operated so as to reach the calculated target opening. Then, although the target opening is finally reached, excess or deficiency of the combustion air may occur and the oxygen ratio may be disturbed from the predetermined value. Therefore, in order to suppress the disturbance of the oxygen ratio from the predetermined value as much as possible, it is preferable to correct the target opening degree of the combustion air flow rate adjusting valve according to the temperature of the combustion air.
即ち、本発明に係る酸素比制御システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記燃焼用空気の温度に応じて、前記燃焼用空気流量調整弁の前記目標開度を補正する開度補正部を備えている点にある。 That is, a further characteristic configuration of the oxygen ratio control system according to the present invention is that the control unit corrects the target opening of the combustion air flow rate adjusting valve according to the temperature of the combustion air. The point is that it has a section.
上記特徴構成によれば、開度補正部において、開度算出部で算出された燃焼用空気流量調整弁の目標開度を、燃焼用空気の温度に応じた目標開度に補正することができる。 According to the above characteristic configuration, the opening degree correction unit can correct the target opening degree of the combustion air flow rate adjustment valve calculated by the opening degree calculation unit to the target opening degree according to the temperature of the combustion air. ..
したがって、燃焼用空気の温度に応じた目標開度となるように燃焼用空気流量調整弁を動作させることで、燃焼用空気の過不足が発生し難くなり、混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れるのを抑制できる。 Therefore, by operating the combustion air flow rate adjusting valve so that the target opening degree according to the temperature of the combustion air is reached, excess or deficiency of the combustion air is less likely to occur, and the oxygen ratio of the air-fuel mixture has a predetermined value. It is possible to suppress a large disturbance from.
ところで、燃料ガスと燃焼用空気とを混合気の酸素比が所定の値となるように燃焼機器に供給する際に、又は、燃料ガスと燃焼用空気と酸素とを混合気の酸素比が所定の値となるように燃焼機器に供給する際に、混合気の酸素比が所定の値から乱れる度合いは、開動作を開始した時点での各流量調整弁の開度によって変化する。即ち、例えば、一の流量調整弁の開動作開始時の開度が40%であり、他の流量調整弁の開動作開始時の開度が0%であった場合、一の流量調整弁に対応する気体が所定の流量で供給されている状態であるにもかかわらず、他の流量調整弁に対応する気体が未だ所定の流量で供給されていない状態となる時間が長くなり、その結果、混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れることになる。したがって、混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れるのを抑制するという観点からすると、各流量調整弁の開動作開始時の開度が0%であることが好ましい。 By the way, when the fuel gas and the combustion air are supplied to the combustion equipment so that the oxygen ratio of the air-fuel mixture becomes a predetermined value, or the oxygen ratio of the air-fuel mixture of the fuel gas, the combustion air and the oxygen is predetermined. The degree to which the oxygen ratio of the air-fuel mixture is disturbed from a predetermined value when it is supplied to the combustion device so as to have a value of is changed by the opening of each flow rate adjusting valve at the time when the opening operation is started. That is, for example, when the opening degree of one flow rate adjusting valve at the start of the opening operation is 40% and the opening degree of the other flow rate adjusting valve at the start of the opening operation is 0%, Although the corresponding gas is being supplied at the predetermined flow rate, the time during which the gas corresponding to the other flow rate adjusting valve is not yet supplied at the predetermined flow rate becomes long, and as a result, The oxygen ratio of the air-fuel mixture will be greatly disturbed from the predetermined value. Therefore, from the viewpoint of suppressing the oxygen ratio of the air-fuel mixture from being greatly disturbed from the predetermined value, it is preferable that the opening degree of each flow rate adjusting valve at the start of the opening operation is 0%.
即ち、本発明に係る酸素比制御システムの更なる特徴構成は、前記調整弁制御部は、0%から前記各目標開度までの開時間が同じとなるように、前記各流量調整弁の動作を制御する点にある。 That is, as a further characteristic configuration of the oxygen ratio control system according to the present invention, the adjustment valve control unit operates the flow rate adjustment valves so that the opening times from 0% to the target opening degrees are the same. Is in the point of controlling.
上記特徴構成によれば、燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼機器に供給する際に、又は、燃料ガスと燃焼用空気と酸素とを燃焼機器に供給する際に、各流量調整弁が0%から各目標開度に到達するまでの開時間が同じとなるように、調整弁制御部によって各流量調整弁の動作を制御できるため、混合気の酸素比が所定の値から大きく乱れるという問題の発生をより抑制することができる。 According to the above characteristic configuration, when the fuel gas and the combustion air are supplied to the combustion device, or when the fuel gas, the combustion air and oxygen are supplied to the combustion device, each flow rate control valve is 0%. Since the operation of each flow rate adjusting valve can be controlled by the adjusting valve control unit so that the opening time from reaching to each target opening becomes the same, there is a problem that the oxygen ratio of the air-fuel mixture is greatly disturbed from a predetermined value. The generation can be further suppressed.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る酸素比制御システムについて説明する。尚、本実施形態では、加熱炉内を加熱するバーナ(燃焼機器)に付設された場合を例示して説明する。 Hereinafter, an oxygen ratio control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the present embodiment, a case where the burner (combustion device) for heating the inside of the heating furnace is attached will be described as an example.
図1に示すように、本実施形態における酸素比制御システム1は、加熱炉Rにおける複数の炉壁の1つに内外に貫通して設けられたバーナBに燃料ガス(13A)を供給する燃料ガス供給手段2と、バーナBに燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段10と、バーナBに酸素を供給する酸素供給手段20と、制御装置(制御手段)25とを備えている。
As shown in FIG. 1, the oxygen
尚、本実施形態において、バーナBには、点火用のパイロットバーナB1が設けられており、当該パイロットバーナB1には、燃料ガス及び燃焼用空気が供給されるようになっている。また、本実施形態では、供給された燃料ガス、燃焼用空気及び酸素からなる混合気をバーナBで燃焼させることで、加熱炉R内を加熱できるようになっており、加熱炉R内の温度を炉内温度計Tによって計測できるようになっている。 Incidentally, in the present embodiment, the burner B is provided with a pilot burner B1 for ignition, and the fuel gas and the combustion air are supplied to the pilot burner B1. Further, in the present embodiment, the inside of the heating furnace R can be heated by burning the mixture of the supplied fuel gas, combustion air, and oxygen in the burner B, and the temperature inside the heating furnace R can be increased. Can be measured by the in-furnace thermometer T.
燃料ガス供給手段2は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部3、一端が燃料ガス供給部3に接続し、他端がバーナBの燃料噴射部B2に接続した主燃料ガス供給路4、及び主燃料ガス供給路4に設けられ、バーナBに供給される燃料ガスの供給流量を調整する燃料ガス流量調整弁5を備えている。
The fuel gas supply means 2 includes a fuel
また、燃料ガス供給手段2は、主燃料ガス供給路4における燃料ガス供給部3と燃料ガス流量調整弁5との間から分岐し、パイロットバーナB1に接続した副燃料ガス供給路6を備えており、当該副燃料ガス供給路6には、パイロットバーナB1への燃料ガスの供給流量を調整するための調整弁7が設けられている。
Further, the fuel gas supply means 2 is provided with a sub fuel
燃焼用空気供給手段10は、燃焼用空気を供給する給気ブロア11、及び一端が給気ブロア11に接続し、他端がバーナBに接続した主燃焼用空気供給路12を備えており、主燃焼用空気供給路12は、第1主燃焼用空気供給路12aと当該第1主燃焼用空気供給路12aを迂回する状態で接続された第2主燃焼用空気供給路12bとからなる。また、第1主燃焼用空気供給路12aには、給気ブロア11側から順に、バーナBに供給される燃焼用空気の供給流量を調整する燃焼用空気流量調整弁13、第1主燃焼用空気供給路12a内を流通する燃焼用空気を加熱する熱交換器14、及び主燃焼用空気供給路12内を流通する燃焼用空気の温度を計測する空気用温度計15が設けられており、燃焼用空気流量調整弁13と熱交換器14との間には、熱交換器14よりも下流へ流れる燃焼用空気の流量を調整するための調整弁16が設けられている。
The combustion air supply means 10 includes a
尚、第2主燃焼用空気供給路12bは、一端が燃焼用空気流量調整弁13と調整弁16との間に接続し、他端が熱交換器14と空気用温度計15との間に接続しており、第2主燃焼用空気供給路12bには、当該第2主燃焼用空気供給路12bを通して下流へ流れる燃焼用空気の流量を調整するための調整弁17が設けられている。
The second main combustion
燃焼用空気供給手段10において、第1主燃焼用空気供給路12aを流通する燃焼用空気は、加熱炉R内から排出された高温の排気ガス等を加熱媒体として利用した熱交換器14で加熱されてバーナBに供給される一方、第2主燃焼用空気供給路12bを流通する燃焼用空気は、熱交換器14により加熱されることなくバーナBに供給される。したがって、第1主燃焼用空気供給路12aに流通する燃焼用空気の量と第2主燃焼用空気供給路12bに流通する燃焼用空気の量とを調整、即ち、調整弁16,17の開度を調整することで、バーナBに供給される燃焼用空気の温度を調整することができる。
In the combustion air supply means 10, the combustion air flowing through the first main combustion
更に、燃焼用空気供給手段10は、主燃焼用空気供給路12における給気ブロア11と燃焼用空気流量調整弁13との間から分岐し、パイロットバーナB1に接続した副燃焼用空気供給路18を備えており、当該副燃焼用空気供給路18には、パイロットバーナB1への燃焼用空気の供給流量を調整するための調整弁19が設けられている。
Further, the combustion air supply means 10 is branched from between the
酸素供給手段20は、酸素を供給する酸素供給部21、一端が酸素供給部21に接続し、他端が主燃焼用空気供給路12におけるバーナBと温度計15との間に接続した酸素供給路22、及び酸素供給路22に設けられ、バーナBに供給される酸素の供給流量を調整する酸素流量調整弁23を備えている。
The oxygen supply means 20 is an
制御装置25は、混合気の空気比及び/又は酸素富化率が所定の値となる(言い換えれば、混合気の酸素比が所定の値となる)燃料ガス流量調整弁5、燃焼用空気流量調整弁13及び酸素流量調整弁23の各目標開度を算出する開度算出部26と、バーナBへ供給する燃焼用空気の温度に応じて、燃焼用空気流量調整弁13の目標開度を補正する開度補正部27と、0%から各目標温度までの開時間が同じとなるように、燃料ガス流量調整弁5、燃焼用空気流量調整弁13及び酸素流量調整弁23の動作を制御する調整弁制御部28とを有している。また、制御装置25は、作業者が加熱炉R内の目標温度などを入力する操作部29や、操作部29から入力された目標温度に応じた空気比・酸素富化率及び供給する燃焼用空気の温度を決定する条件決定部30、有線又は無線でバーナBや各流量調整弁5,13,23、温度計15,Tなどとデータを送受信可能な通信機等からなる通信部(図示せず)を有している。尚、空気比とは、理論空気量に対する、燃焼用空気及び酸素の混合気体の供給量であり、酸素富化率とは、燃焼用空気及び酸素の混合気体の酸素濃度である。
The
また、制御装置25は、バーナBの作動や調整弁7,16,17,19の開閉を制御する各種制御部(図示せず)を備えており、調整弁7の開度を調整することで、パイロットバーナB1への燃料ガスの供給流量の調整や供給の開始・停止を切り換えたり、調整弁16の開度を調整することで、パイロットバーナB1への燃焼用空気の供給流量の調整や供給の開始・停止を切り換えたり、調整弁16,17の開度を調整することで、バーナBへ供給する燃焼用空気の温度を調整したりすることができる。
Further, the
開度算出部26は、まず、混合気の空気比及び/又は酸素富化率が所定の値となる燃料ガス、燃焼用空気及び酸素の供給流量を基に、下記数式1又は数式2によりCv値を算出する。尚、数式1及び数式2において、QGは、標準状態(15℃、0.1013MPa)における気体の流量[m3/h]、GGは、空気を1としたときの気体の比重、tは流体の温度[℃]、P1は、1次側(流量調整弁5,13,23の上流側)の絶対圧力[MPa]、P2は、2次側(流量調整弁5,13,23の下流側)の絶対圧力[MPa]である。P2>(P1/2)の場合には数式1によりCv値を算出でき、P2≦(P1/2)の場合には数式2によりCv値を算出できる。
The opening
ついで、算出したCv値を基に、燃料ガス流量調整弁5、燃焼用空気流量調整弁13及び酸素流量調整弁23に関するCv値と開度との関係(流量特性)から目標開度を算出する。尚、一例として、図2に燃料ガス流量調整弁5、図3に燃焼用空気流量調整弁13、図4に酸素流量調整弁23に関する流量特性のグラフを示した。
Then, based on the calculated Cv value, the target opening degree is calculated from the relationship (flow rate characteristic) between the Cv value and the opening degree regarding the fuel gas flow
ところで、燃焼用空気流量調整弁13の前後での差圧は燃焼用空気の温度によって変動し、差圧が変われば、燃焼用空気流量調整弁13の開度が同じであっても実際の流量が変化するため、燃焼用空気流量調整弁13の目標開度は、バーナBに供給する燃焼用空気の温度を考慮したものであることが好ましい。
By the way, the differential pressure before and after the combustion air flow
そこで、開度補正部27は、燃焼用空気の温度に応じた開度補正係数がまとめられた係数テーブルを参照して、条件決定部30において決定された燃焼用空気の温度に対応する開度補正係数を抽出し、開度補正係数を開度算出部26で算出された燃焼用空気流量調整弁13の目標開度に掛けることで、燃焼用空気の温度が考慮された目標開度に補正する。尚、係数テーブルは、例えば、予め実験等を行い、その結果を基に作成しておくことができ、燃焼用空気の温度が50℃のときは開度補正係数が1.00、100℃のときは1.10、150℃のときは1.20というように、燃焼用空気の温度が50℃高くなるごとに開度補正係数が0.10ずつ増加する場合を例示できる。
Therefore, the opening
調整弁制御部28は、燃料ガス流量調整弁5の開度が0%から開度算出部26で算出された目標開度に到達するまでの時間(開時間)と、燃焼用空気流量調整弁13の開度が0%から開度補正部27で補正された目標開度に到達するまでの時間(開時間)と、酸素流量調整弁23の開度が0%から開度算出部26で算出された目標開度に到達するまでの時間(開時間)とが全て同じ時間となるように、燃料ガス流量調整弁5、燃焼用空気流量調整弁13及び酸素流量調整弁23の動作を制御する。そのような制御の方法としては、ある所定時間で目標開度に到達するように、各流量調整弁5,13,23の動作速度(例えば、一定の動作速度)を決定し、決定した動作速度で各流量調整弁5,13,23を動作させる方法を例示できる。
The adjustment
次に、本実施形態に係る酸素比制御システム1において、酸素富化率を所定の値に調整する過程について、図5に示すように、操作部29で入力された加熱炉Rの目標温度に応じて、混合気の空気比を理論空気比λsに保ったまま酸素富化率をある特定の酸素富化率H1から酸素富化率H2へ増加させるとともに、所定温度に加熱した燃焼用空気をバーナBへ供給する状態に変更する場合を例にとって説明する。尚、図5中の各流量調整弁5,13,23の開度は一例である。
Next, in the oxygen
この場合、まず、開度算出部26において、混合気の空気比を理論空気比λsに保ったまま酸素富化率H2となるようにバーナBに供給するために必要な燃料ガス、燃焼用空気及び酸素の供給流量を基にして、各流量調整弁5,13,23についてCv値を算出し、算出したCv値及び図2〜図4に示す流量特性のグラフを基に、各流量調整弁5,13,23の目標開度を算出する。
In this case, first, in the opening
ついで、開度補正部27において、開度算出部26で算出された燃焼用空気流量調整弁13の目標開度に、バーナBに供給する燃焼用空気の温度(操作部29に入力された目標温度に応じて条件決定部30で決定された燃焼用空気の温度)に対応した開度補正係数を掛けることで、供給する燃焼用空気の温度が考慮された目標開度に補正する。しかる後、調整弁制御部28は、所定時間で各流量調整弁5,13,23が0%から各目標開度に到達するように、各流量調整弁5,13,23の動作速度を決定する。
Then, in the opening
しかる後、調整弁制御部28は、所定時間(例えば、8秒)で各流量調整弁5,13,23が0%から目標開度(図5において燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は80%、酸素流量調整弁23は60%)に到達するように、各流量調整弁5,13,23の動作速度を決定する。その後、開状態(図5において燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は70%、酸素流量調整弁23は50%)となっている各流量調整弁5,13,23を閉状態(開度が0%)にし、決定した動作速度で各流量調整弁5,13,23を各目標開度となるように動作させる。即ち、各流量調整弁5,13,23を開度が0%の状態から同時に開動作を開始し、各流量調整弁5,13,23を同じ所定時間で各目標開度に到達させる。
After that, the adjusting
これにより、各流量調整弁5,13,23の目標開度が異なるにもかかわらず、各流量調整弁5,13,23の全てを同じタイミングで各目標開度に到達させることができる。
This allows all of the flow
したがって、本実施形態に係る酸素比制御システム1によれば、混合気の空気比又は酸素富化率が所定の値となるように調整する際に、その調整途中で燃料ガス、燃焼用空気及び酸素のいずれか一又は二のガスの流量が他のガスの流量と比較して極端に多くなり、空気比又は酸素富化率が所定の値から大きく乱れる、言い換えれば、酸素比が所定の値から大きく乱れるという問題の発生を抑制できる。
Therefore, according to the oxygen
〔別実施形態〕
〔1〕上記実施形態においては、操作部29で入力された加熱炉Rの目標温度に応じて、混合気の空気比を理論空気比λsに保ったまま酸素富化率を増加させるとともに、バーナBへ加熱した燃焼用空気を供給する状態に変更する場合を例示したが、例えば、図6に示すように、操作部29で入力された加熱炉Rの目標温度に応じて、混合気の空気比を理論空気比λsに保ったまま酸素富化率を酸素富化率H1から酸素富化率H2に増加させ、燃焼用空気は常温のものを使用する場合もある。
この場合、まず、開度算出部26において、混合気の空気比を理論空気比λsに保ったまま酸素富化率H2となるようにバーナBに供給するために必要な燃料ガス、燃焼用空気及び酸素の供給流量を基に、各流量調整弁5,13,23についてCv値を算出し、算出したCv値及び図2〜図4に示す流量特性のグラフを基に、各流量調整弁5,13,23の目標開度を算出する。
ついで、調整弁制御部28において、所定時間(例えば、8秒)で各流量調整弁5,13,23が目標開度(図6において、燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は60%、酸素流量調整弁23は60%)に到達するように、各流量調整弁5,13,23の動作速度を決定する。その後、開状態(図6において燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は70%、酸素流量調整弁23は50%)となっている各流量調整弁5,13,23を閉状態(開度が0%)にし、決定した動作速度で各流量調整弁5,13,23を動作させる。
これにより、各流量調整弁5,13,23の目標開度が異なるにもかかわらず、各流量調整弁5,13,23の全てを同じタイミングで各目標開度に到達させることができる。
[Another embodiment]
[1] In the above embodiment, the oxygen enrichment rate is increased while the air ratio of the air-fuel mixture is kept at the theoretical air ratio λs in accordance with the target temperature of the heating furnace R input by the
In this case, first, in the opening
Next, in the adjusting
This allows all of the flow
〔2〕上記実施形態において、例えば、図7に示すように、操作部29で入力された加熱炉Rの目標温度に応じて、混合気の空気比を理論空気比λsとし、且つ酸素富化燃焼を行うことなく(酸素富化率0%)、所定温度に加熱した燃焼用空気をバーナBへ供給する状態に変更する場合もある。
この場合、まず、開度算出部26において、混合気の空気比が理論空気比λsとなるようにバーナBに供給するために必要な燃料ガス、燃焼用空気の供給流量を基にして、各流量調整弁5,13についてCv値を算出し、算出したCv値並びに図2及び図3に示す流量特性のグラフを基に、各流量調整弁5,13の目標開度を算出する。
ついで、開度補正部27において、開度算出部26で算出された燃焼用空気流量調整弁13の目標開度に、バーナBに供給する燃焼用空気の温度(操作部29に入力された目標温度に応じて条件決定部30で決定された燃焼用空気の温度)に対応した開度補正係数を掛けることで、供給する燃焼用空気の温度が考慮された目標開度に補正する。
しかる後、調整弁制御部28において、所定時間(例えば、8秒)で各流量調整弁5,13が目標開度(図7において、燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は90%)に到達するように、各流量調整弁5,13の動作速度を決定する。その後、開状態(図7において燃料ガス流量調整弁5は70%、燃焼用空気流量調整弁13は80%)となっている各流量調整弁5,13を閉状態(開度が0%)にし、決定した動作速度で各流量調整弁5,13を動作させる。
これにより、各流量調整弁5,13の目標開度が異なるにもかかわらず、各流量調整弁5,13の全てを同じタイミングで各目標開度に到達させることができる。
[2] In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 7, the air ratio of the air-fuel mixture is set to the theoretical air ratio λs and the oxygen enrichment is performed in accordance with the target temperature of the heating furnace R input by the
In this case, first, in the opening
Then, in the opening
After that, in the adjusting
This allows all of the flow
〔3〕上記実施形態においては、酸素供給手段20を設けた構成としたが、酸素供給手段20を設けていない構成を採用しても良い。 [3] In the above-described embodiment, the oxygen supply means 20 is provided, but the oxygen supply means 20 may not be provided.
〔4〕上記実施形態においては、燃焼用空気流量調整弁13の目標開度を補正する開度補正部27を設けた構成としたが、開度補正部27を設けていない構成を採用しても良い。
[4] In the above embodiment, the
〔5〕上記実施形態においては、条件決定部30で決定された燃焼用空気の温度に応じて、開度算出部26で算出された燃焼用空気流量調整弁13の目標開度を補正するようにしているが、これに限られるものではない。
加熱した燃焼用空気をバーナBへ供給する場合であっても、まず、各流量調整弁5,13,23の開度が0%から開度算出部26で算出した各目標開度に到達するまでの開時間が全て同じ時間となるように、各流量調整弁5,13,23の動作速度を決定し、決定した動作速度で各流量調整弁5,13,23の動作を開始する。その後、空気用温度計15で燃焼用空気の温度を計測し、開度補正部27において、計測された燃焼用空気の温度に対応する開度補正係数が係数テーブルから抽出され、開度算出部26で算出された燃焼用空気流量調整弁13の目標開度に抽出された開度補正係数を掛けることで目標開度が補正され、燃焼用空気流量調整弁13については、補正した目標開度に到達するまでの開時間が他の流量調整弁5,23が目標開度に到達するまでの開時間と同じとなるように、調整弁制御部28がその時点から動作速度を変えるようにしても良い。
[5] In the above embodiment, the target opening degree of the combustion air flow
Even when the heated combustion air is supplied to the burner B, first, the opening degree of each flow
〔6〕上記実施形態においては、調整弁制御部28が、各流量調整弁5,13,23の開度が0%から開度算出部26で算出された各目標開度に到達するまでの時間が同じとなるように、各流量調整弁5,13,23の動作を制御するようにしたが、これに限られるものではない。
調整弁制御部28は、各流量調整弁5,13,23の開度が0%以外の所定開度から各目標開度に到達するまでの時間が同じとなるように、各流量調整弁5,13,23の動作を制御しても良い。
[6] In the above-described embodiment, the adjustment
The adjustment
本発明は、混合気の空気比及び/又は酸素富化率が所定の値となるように、言い換えれば、酸素比が所定の値となるように流量調整弁の開度を調整する際に、混合気の空気比又は酸素富化率、即ち、酸素比が所定の値から大きく乱れるのを抑制できる酸素比制御システムに利用できる。 In the present invention, the air ratio and/or the oxygen enrichment ratio of the air-fuel mixture have a predetermined value, in other words, when adjusting the opening of the flow rate adjusting valve so that the oxygen ratio has a predetermined value, It can be used for an oxygen ratio control system capable of suppressing the air ratio or oxygen enrichment ratio of the air-fuel mixture, that is, the oxygen ratio from being greatly disturbed from a predetermined value.
1 酸素比制御システム
2 燃料ガス供給手段
5 燃料ガス流量調整弁
10 燃焼用空気供給手段
13 燃焼用空気流量調整弁
20 酸素供給手段
23 酸素流量調整弁
25 制御装置(制御手段)
26 開度算出部
27 開度補正部
28 調整弁制御部
B バーナ(加熱機器)
1 Oxygen
26
Claims (4)
供給流量を調整する燃料ガス流量調整弁を有し、前記燃焼機器に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
供給流量を調整する燃焼用空気流量調整弁を有し、前記燃焼機器に前記燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
制御手段とを備えており、
前記制御手段は、
前記酸素比が所定の値となる前記燃料ガス流量調整弁及び前記燃焼用空気流量調整弁の各目標開度を算出する開度算出部と、
所定開度から前記各目標開度までの開時間が同じとなるように、前記燃料ガス流量調整弁及び前記燃焼用空気流量調整弁の動作を制御する調整弁制御部とを備えている酸素比制御システム。 An oxygen ratio control system, which is attached to a combustion device for burning an air-fuel mixture containing at least fuel gas and combustion air, and which controls an oxygen ratio of the air-fuel mixture,
A fuel gas flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, and a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the combustion device,
Combustion air flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, the combustion air supply means for supplying the combustion air to the combustion equipment,
And a control means,
The control means is
An opening degree calculation unit that calculates each target opening degree of the fuel gas flow rate adjustment valve and the combustion air flow rate adjustment valve where the oxygen ratio is a predetermined value,
An oxygen ratio including an adjusting valve control unit that controls the operations of the fuel gas flow rate adjusting valve and the combustion air flow rate adjusting valve so that the opening times from a predetermined opening degree to each of the target opening degrees are the same. Control system.
前記開度算出部は、前記酸素比が所定の値となる前記酸素流量調整弁の目標開度を更に算出し、
前記調整弁制御部は、所定開度から前記各目標開度までの開時間が同じとなるように、前記燃料ガス流量調整弁、前記燃焼用空気流量調整弁、及び前記酸素流量調整弁の動作を制御する請求項1に記載の酸素比制御システム。 Having an oxygen flow rate adjusting valve for adjusting the supply flow rate, further comprising an oxygen supply means for supplying oxygen to the combustion equipment,
The opening degree calculation unit further calculates a target opening degree of the oxygen flow rate adjusting valve where the oxygen ratio is a predetermined value,
The adjustment valve control unit operates the fuel gas flow rate adjustment valve, the combustion air flow rate adjustment valve, and the oxygen flow rate adjustment valve so that the opening times from a predetermined opening to each of the target openings are the same. The oxygen ratio control system according to claim 1, which controls the oxygen.
The oxygen according to any one of claims 1 to 3, wherein the adjustment valve control unit controls the operation of each of the flow rate adjustment valves such that the opening time from 0% to each of the target opening amounts is the same. Ratio control system.
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CN117821694A (en) * | 2023-12-27 | 2024-04-05 | 钢铁研究总院有限公司 | High-regulation-ratio flow control valve bank for converter bottom blowing and air supply method |
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2019
- 2019-01-23 JP JP2019009609A patent/JP2020118357A/en active Pending
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