JP2022179847A - 燃焼制御方法および燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼装置において、空気比を確実に一定にして高効率の燃焼状態を実現できるようにする。【解決手段】バーナ風箱１６の内部の圧力と、バーナ１３に供給される流体燃料の圧力と、バーナ１３が設置された燃焼室１２の内部の圧力とが、バーナ１３における燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、バーナ風箱１６の内部の圧力と、バーナ１３に供給される流体燃料の圧力と、バーナ１３が設置された燃焼室１２の内部の圧力との検出結果にもとづいて、バーナ１３が一定の空気比で燃焼するように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は燃焼制御方法および燃焼制御装置に関し、特にボイラのバーナにおいて好ましく適用することができる燃焼制御方法および燃焼制御装置に関する。

ボイラのための燃焼装置として、液体燃料や気体燃料などの流体燃料をバーナで燃焼させるようにしたものが知られている（特許文献１）。このような燃焼装置では、バーナに流体燃料と燃焼用の空気とが供給され、両者がバーナで混合されたうえで燃焼が行われる。燃焼用空気は、バーナが所定の空気比で燃焼するように、その供給量が制御される。詳細には、低燃焼から高燃焼までの燃焼範囲に関し、各燃焼ポイントごとに燃焼量を調整すべく、この燃焼量に関する情報を制御装置に入力し、この制御装置によって、前述の燃焼量に適した設定空気量すなわち設定空気比となるように、調量弁などの空気量調節手段を制御している。

特開２０２０－１３４０６９号公報

しかし、燃焼量に関する情報にもとづいて空気比が安定するように制御を行っても、機器における調節量のずれや温度変化などが原因して、空気比が変動することがある。そこで、これに対応して、燃焼排ガスにおける酸素濃度や一酸化炭素濃度を検出し、これらの濃度の変化の状況を制御装置にフィードバックし、それにもとづき空気比を一定に保とうとする試みがなされている。

ところが、空気比を一定に設定しても、たとえば経年変化などによって燃焼用機器が変形したり、同機器に焼損が発生したりすれば、燃焼状態が不安定になって、排ガス中において一酸化炭素等の未燃ガスが発生するなどの不具合が発生することがある。

そこで本発明は、このような問題点を解決して、空気比を確実に一定にして高効率の燃焼状態を実現できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明の燃焼制御方法は、バーナ風箱の内部の圧力と、バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力とが、前記バーナにおける燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、前記バーナ風箱の内部の圧力と、前記バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力との検出結果にもとづいて、前記バーナが一定の空気比で燃焼するように制御することを特徴とする。

本発明の燃焼制御装置は、
バーナに流体燃料が供給されるとともに、バーナ風箱に空気が供給されたうえで、前記バーナによる燃焼が行われる燃焼装置において、
前記バーナ風箱の内部の圧力を検出する手段と、
前記バーナに供給される流体燃料の圧力を検出する手段と、
前記バーナが設置された燃焼室の内部の圧力を検出する手段と、
これらバーナ風箱の内部の圧力を検出する手段とバーナに供給される流体燃料の圧力を検出する手段とバーナが設置された燃焼室の内部の圧力を検出する手段とからの検出結果にもとづき、これらバーナ風箱の内部の圧力と、バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力とが、前記バーナにおける燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、前記バーナが一定の空気比で燃焼するように制御する手段と、
を有することを特徴とする。

本発明の燃焼制御装置は、バーナ風箱の内部の圧力と、バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力とが、前記バーナにおける燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、前記バーナ風箱の内部の圧力と、前記バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力との検出結果にもとづいて、前記バーナが一定の空気比で燃焼するように制御するものである。これに対し、燃焼排ガスにおける酸素濃度や一酸化炭素濃度を検出し、これらの濃度の変化の状況を制御装置にフィードバックし、それにもとづき空気比を一定に保とうとする制御を行うものは、空気比が変化した結果を検出してのフィードバック制御を行うことになるために制御が遅れる。また制御量が一定しにくくハンチング現象を起こすことがある。これに比べて、本発明の燃焼制御装置によれば、早くしかも確実に空気比を一定に保つことができて、高効率での燃焼を行うことができる。

本発明の実施の形態の燃焼制御方法を実施するための燃焼制御装置の構成例を示す図である。 燃焼時の各部の圧力の特性例を示す図である。

図１に示す燃焼制御装置はボイラのための燃焼制御装置であって、そのボイラ１１は燃焼室１２を有し、この燃焼室１２にはバーナ１３が設置されている。１４は、燃焼排ガス１５のための排気路としての煙道である。１６はバーナ１３に接続された風箱で、燃料供給路１７と、燃焼用空気の供給路１８とが接続されている。

図示のバーナ１３はガス燃料２１が供給されるもので、燃料供給路１７には、上流側から順に、燃料遮断弁２２と、ガスコントロールモータ２３を備えたガス調量弁２４とが設けられている。燃焼用空気の供給路１８は、送風機２５と、この送風機２５よりも下流側に設けられかつ空気コントロールモータ２６を備えた空気調量弁２７とが設けられている。

３１は制御装置で、ガスコントロールモータ２３の動作を制御することによってガス調量弁２４の開度を調節可能であるとともに、空気コントロールモータ２６を制御することによって空気調量弁２７の開度を調整可能である。また制御装置３１は、インバータ２８を介して送風機２５のモータ２９の運転状態を制御可能である。

燃料供給路１７におけるバーナ１３の手前の位置には、このバーナ１６に供給されるガス燃料の圧力を検出するガス圧力検出センサ３２が設けられている。風箱１６には、この風箱１６の内部の圧力を検出するバーナ風箱内圧力検出センサ３３が設けられている。ボイラ１１の燃焼室１２には、燃焼室内圧力検出センサ３４が設けられている。さらに、ボイラ１１からの排気路としての煙道１４には、煙道内圧力検出センサ３５が設けられている。そして、これら圧力検出センサ３２、３３、３４、３５からの検出信号が、制御装置３１に入力されるように構成されている。

図２は、図１の燃焼制御装置における、適正空気比のときの、バーナ１３の燃焼量すなわち負荷率と、上記した各圧力検出センサ３２、３３、３４、３５によって検出された各部の圧力の実測値の一例との関係を表すグラフである。図示のように、バーナ１６に供給されるガス燃料の圧力と、風箱１６の内部の圧力と、燃焼室１２の内部の圧力とは、バーナ１３の燃焼量の２乗に比例した２次曲線の形態となっている。なお、煙道１４の内部の圧力は、このような２次曲線とはならずに、燃焼量すなわち負荷率の変化に関係しないフラットな特性を呈している。

制御装置３１は、このようなバーナ１３の燃焼量と各部の圧力との関係にもとづいて、バーナ１３における燃焼時の空気比が常に最適になるように、空気調量弁２７の空気コントロールモータ２６の動作を制御して、この空気調量弁２７の開度を制御する。つまり制御装置３１は、それぞれの燃焼量すなわち負荷率の場合に、特に煙道内圧力検出センサ３５を除く各圧力センサ３２、３３、３４にて検出される圧力値が図２のグラフと適合するように、空気調量弁２７の開度を制御する。

なお、各圧力センサ３２、３３、３４にて検出される圧力値にもとづいて空気比を制御するための手段としては、任意のものを採用することができる。たとえば、上記したように空気調量弁２７の開度を制御することに代えて、送風機２５の送風量を調節することもできる。その際に、たとえば送風機２５を駆動しているモータをインバータ制御している場合には、その制御周波数をコントロールすることによって送風機２５の送風量を調節し、それにもとづき空気比を制御することができる。

１１ ボイラ
１２ 燃焼室
１３ バーナ
１６ 風箱
１７ 燃料供給路
１８ 燃焼用空気の供給路
２４ ガス調量弁
２７ 空気調量弁
２８ インバータ
２９ モータ
３１ 制御装置
３２ ガス圧力検出センサ
３３ バーナ風箱内圧力検出センサ
３４ 燃焼室内圧力検出センサ

Claims (2)

1. バーナ風箱の内部の圧力と、バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力とが、前記バーナにおける燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、前記バーナ風箱の内部の圧力と、前記バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力との検出結果にもとづいて、前記バーナが一定の空気比で燃焼するように制御することを特徴とする燃焼制御方法。
2. バーナに流体燃料が供給されるとともに、バーナ風箱に空気が供給されたうえで、前記バーナによる燃焼が行われる燃焼装置において、
   前記バーナ風箱の内部の圧力を検出する手段と、
   前記バーナに供給される流体燃料の圧力を検出する手段と、
   前記バーナが設置された燃焼室の内部の圧力を検出する手段と、
   これらバーナ風箱の内部の圧力を検出する手段とバーナに供給される流体燃料の圧力を検出する手段とバーナが設置された燃焼室の内部の圧力を検出する手段とからの検出結果にもとづき、これらバーナ風箱の内部の圧力と、バーナに供給される流体燃料の圧力と、バーナが設置された燃焼室の内部の圧力とが、前記バーナにおける燃焼量の２乗に比例する特性があることを利用して、前記バーナが一定の空気比で燃焼するように制御する手段と、
   を有することを特徴とする燃焼制御装置。

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