JP2023104458A - 燃焼制御システムおよび異常推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定する。
【解決手段】燃焼制御システムは、燃焼炉１０のバーナ１１への燃料の供給・停止を行う燃料遮断弁２と、燃焼炉１０内の火炎の存在を検出する火炎検出器３と、バーナ１１を点火する点火装置１と、点火装置１の点火制御と燃料遮断弁２の開閉制御とを行い、燃料遮断弁２からの信号と火炎検出器３からの信号とに基づいて燃料遮断弁２の状態と燃焼炉１０内における燃焼の状態とを判定するバーナコントローラ４と、バーナコントローラ４による判定結果の通知に基づいて燃焼炉１０内における燃焼の異常の原因を推定する異常原因推定部５０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定する燃焼制御システムおよび異常推定方法に関するものである。

燃焼炉、ボイラ等の燃焼装置は、炉内の燃焼をコントロールするための燃焼制御システムとして、点火装置とバーナコントローラとを備えている（特許文献１参照）。
点火装置は、例えば数ｋＶ～十数ｋＶの高電圧をロッドに発生させてバーナを点火する。バーナコントローラは、点火装置を介したバーナの点火制御と、バーナの燃焼監視と、燃料遮断弁の制御とを行う。バーナコントローラは、バーナを点火する場合に、バーナへの燃料の供給・停止を行う燃料遮断弁を制御して、燃料をバーナに供給し、バーナによる燃焼を停止する場合に、燃料遮断弁を制御して、バーナへの燃料の供給を停止する。

バーナを安全に燃焼させるためには、点火動作を開始するための条件が整っていることを確認する起動インターロックと、着火後に燃焼を継続するための条件が維持されていることを確認する運転インターロックとが必要になる。

ＰＯＣ（Proof of closure）は、燃料遮断弁が閉じていることを確認するためのインターロック入力であり、燃料供給前に燃料遮断弁が開いていることを検出するために使用される。しかしながら、従来のインターロック機能では、安全上問題ない燃料供給中の燃料遮断弁の閉は検出していない。このため、意図しない燃料遮断弁の閉によりバーナの不着火または断火が発生したとしても、オペレータは異常の原因が分からないため、火炎検出器の調査をしたり、燃料供給ラインの調査をしたり、空気供給ラインの調査をしたりと原因究明に時間と手間がかかり、復旧に時間を要するという課題があった。

特開２０１６－１２１８４５号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定することができる燃焼制御システムおよび異常推定方法を提供することを目的とする。

本発明の燃焼制御システムは、燃焼炉のバーナへの燃料の供給・停止を行うように構成された燃料遮断弁と、前記燃焼炉内の火炎の存在を検出するように構成された火炎検出器と、前記バーナの点火を行うように構成された点火装置と、前記点火装置の点火制御と前記燃料遮断弁の開閉制御とを行うように構成された燃焼制御部と、前記燃料遮断弁からの信号と前記火炎検出器からの信号とに基づいて前記燃料遮断弁の状態と前記燃焼炉内における燃焼の状態とを判定するように構成された判定処理部と、前記判定処理部による判定結果の通知に基づいて前記燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定するように構成された異常原因推定部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の燃焼制御システムの１構成例において、前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止と不着火とが通知された場合に、前記燃料遮断弁が故障して開かないことが異常の原因と推定することを特徴とするものである。
また、本発明の燃焼制御システムの１構成例において、前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止と断火とが通知された場合に、前記燃料遮断弁が途中で閉じたことが異常の原因と推定することを特徴とするものである。
また、本発明の燃焼制御システムの１構成例において、前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止が通知された場合に、前記燃料遮断弁の信号出力部または前記判定処理部の信号入力部が故障していることが異常の原因と推定することを特徴とするものである。
また、本発明の燃焼制御システムの１構成例において、前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の不着火または断火が通知された場合に、前記燃焼炉への空気と燃料の供給に問題があるか、または前記火炎検出器か前記点火装置が故障していることが異常の原因と推定することを特徴とするものである。
また、本発明の燃焼制御システムの１構成例は、前記異常原因推定部による推定結果をオペレータに通知するように構成された通知部をさらに備えることを特徴とするものである。

また、本発明の異常推定方法は、燃焼炉のバーナへの燃料の供給・停止を行う燃料遮断弁からの信号と前記燃焼炉内の火炎の存在を検出する火炎検出器からの信号とに基づいて前記燃料遮断弁の状態と前記燃焼炉内における燃焼の状態とを判定する第１のステップと、前記第１のステップによる判定結果の通知に基づいて前記燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定する第２のステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、判定処理部と異常原因推定部とを設けることにより、燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定することができ、オペレータによる燃焼設備の復旧を支援することができる。

図１は、本発明の実施例に係る燃焼制御システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施例に係るバーナコントローラの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施例に係る燃焼制御システムによるバーナ点火時の動作を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の実施例に係るバーナコントローラの判定処理部と情報通知部の動作を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の実施例に係る上位装置の動作を説明するフローチャートである。 図６は、本発明の実施例に係る燃焼制御システムを実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、ＰＯＣ信号によって燃料遮断弁の閉を検出することにより、意図しない燃料遮断弁の閉を検出し、復旧までの時間を削減する。

図１は本実施例に係る燃焼制御システムの構成を示すブロック図である。燃焼制御システムは、燃焼炉１０のバーナ１１を点火する点火装置１と、バーナ１１への燃料の供給・停止を行う燃料遮断弁２と、燃焼炉１０内の火炎の存在を検出する火炎検出器３と、点火装置１の点火制御と燃料遮断弁２の開閉制御とを行い、燃料遮断弁２からのＰＯＣ信号と火炎検出器３からの火炎信号とに基づいて、燃焼制御中の燃料遮断弁２の状態と燃焼炉１０内における燃焼の状態とを判定するバーナコントローラ４と、バーナコントローラ４による判定結果の通知に基づいて燃焼炉１０内における燃焼の異常の原因を推定する上位装置５とを備えている。

点火装置１の構成については、例えば特許文献１に開示されているので、詳細な説明は省略する。
火炎検出器３は、燃焼炉１０内の火炎から放射される光を検出することにより、火炎の存在を検出する。ただし、光による検出は１例であって、別の方法で火炎検出を行ってもよい。

図２はバーナコントローラ４の構成を示すブロック図である。バーナコントローラ４は、バーナ１１の点火と燃料遮断弁２の開閉制御とを行う燃焼制御部４０と、燃料遮断弁２からＰＯＣ信号を取得するＰＯＣ信号取得部４１と、火炎検出器３から火炎信号を取得する火炎信号取得部４２と、燃料遮断弁２からのＰＯＣ信号と火炎検出器３からの火炎信号とに基づいて、燃焼制御部４０による燃焼制御中の燃料遮断弁２の状態と燃焼炉１０内における燃焼の状態とを判定する判定処理部４３と、判定処理部４３による判定結果を上位装置５に通知する情報通知部４４とを備えている。

図１に示すように、上位装置５は、バーナコントローラ４からの通知に基づいて燃焼炉１０内における燃焼の異常の原因を推定する異常原因推定部５０と、異常原因推定部５０による推定結果をオペレータに通知する通知部５１とを備えている。

図３は本実施例の燃焼制御システムによるバーナ点火時の動作を説明するフローチャートである。バーナコントローラ４の燃焼制御部４０は、例えば上位装置５のオペレータから点火指示があったときに、燃料遮断弁２を開状態にしてバーナ１１への燃料供給を開始すると共に（図３ステップＳ１００）、点火指令（点火装置１によるスパーク発生のための電圧）を出力することにより、点火装置１によってバーナ１１を点火させる（図３ステップＳ１０１）。

そして、燃焼制御部４０は、火炎検出器３から火炎信号取得部４２を介して取得した火炎信号によって燃焼炉１０内の火炎の存在を確認した場合（図３ステップＳ１０２においてＮＯ）、燃料遮断弁２の開動作を維持する（図３ステップＳ１０３）。また、燃焼制御部４０は、火炎検出器３から火炎信号を取得できないか、または火炎信号のレベルが低い場合、点火指令を出力したまま、一定時間以上火がつかない不着火（点火失敗）が発生したと判断し（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２を閉じる（図３ステップＳ１０４）。

燃焼制御部４０は、燃焼の継続中に、例えば上位装置５のオペレータから停止指示があったときに（図３ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２を閉じてバーナ１１への燃料供給を停止させ、燃焼炉１０内の燃焼を停止させる（図３ステップＳ１０６）。また、燃焼制御部４０は、燃焼の継続中に、火炎検出器３から火炎信号を取得できないか、または火炎信号のレベルが低い場合、点火の後に火が消える断火が発生したと判断し（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２を閉じる（ステップＳ１０４）。

以上のようにして、燃焼制御部４０は燃焼制御を行う。なお、図３では、点火指令の出力停止について明記していないが、点火装置１は、バーナコントローラから点火指令が出力されている間、点火用の電極棒（不図示）に連続的にスパークを発生させる。燃焼制御部４０は、予め定められた時間が経過した時点で点火指令の出力を停止する。

図４はバーナコントローラ４の判定処理部４３と情報通知部４４の動作を説明するフローチャートである。判定処理部４３は、燃料遮断弁２からＰＯＣ信号取得部４１を介してＰＯＣ信号を取得する（図４ステップＳ２００）。ＰＯＣ信号は、燃料遮断弁２の閉止を確認するためのＰＯＣスイッチによって得られる信号である。

判定処理部４３は、燃焼制御部４０による制御によって燃料遮断弁２を開いてバーナ１１へ燃料を供給している最中に、燃料遮断弁２の閉止が発生したかどうかをＰＯＣ信号に基づいて判定する（図４ステップＳ２０１）。
情報通知部４４は、燃料の供給中に燃料遮断弁２が閉止したと判定された場合（ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２の閉止を軽故障（バーナ１１を停止する必要がない故障）として上位装置５に通知する（図４ステップＳ２０２）。

また、判定処理部４３は、燃焼制御部４０から点火装置１への点火指令出力から一定時間内に、燃焼炉１０内の火炎の存在を確認できたかどうかを火炎検出器３からの火炎信号に基づいて判定する（図４ステップＳ２０３）。
情報通知部４４は、燃焼炉１０内の火炎の存在を確認できず、不着火と判定された場合（ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、不着火を重故障（バーナ１１を停止する必要がある故障）として上位装置５に通知する（図４ステップＳ２０４）。

また、判定処理部４３は、点火を確認できた後に火が消える断火が発生したかどうかを火炎信号に基づいて判定する（図４ステップＳ２０５）。
情報通知部４４は、点火完了後に火が消えて、断火と判定された場合（ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、断火を重故障として上位装置５に通知する（図４ステップＳ２０６）。

図５は上位装置５の動作を説明するフローチャートである。上位装置５は、バーナコントローラ４からの通知を基に、以下のような判断基準で燃焼炉１０内における燃焼の異常の原因を推定する。
まず、上位装置５の異常原因推定部５０は、バーナコントローラ４からの通知情報を取得する（図５ステップＳ３００）。

異常原因推定部５０は、バーナコントローラ４から燃料遮断弁２の閉止が通知された後に不着火が通知された場合（図５ステップＳ３０１においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２が故障して開かないことが原因と推定する（図５ステップＳ３０２）。

また、異常原因推定部５０は、バーナコントローラ４から燃料遮断弁２の閉止が通知された前後に断火が通知された場合（図５ステップＳ３０３においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２への電源供給が途絶えるなどして途中で燃料遮断弁２が閉じたことが原因と推定する（図５ステップＳ３０４）。

また、異常原因推定部５０は、バーナコントローラ４から燃料遮断弁２の閉止のみが通知された場合（図５ステップＳ３０５においてＹＥＳ）、燃料遮断弁２のＰＯＣ信号出力部またはバーナコントローラ４のＰＯＣ信号入力部（ＰＯＣ信号取得部４１）が故障していることが原因と推定する（図５ステップＳ３０６）。

また、異常原因推定部５０は、バーナコントローラ４から不着火または断火が通知された場合（図５ステップＳ３０７）、燃焼炉１０への空気と燃料の供給に問題があるか（例えば空気比や燃料供給圧のブレ）、または火炎検出器３か点火装置１が故障していることが原因と推定する（図５ステップＳ３０８）。

上位装置５の通知部５１は、異常原因推定部５０による推定結果をオペレータに通知する（図５ステップＳ３０９）。通知方法としては、推定結果の表示などの方法がある。
なお、異常原因推定部５０を上位装置５の代わりにバーナコントローラ４に設け、バーナコントローラ４が異常原因推定部５０による推定結果を上位装置５に通知するように構成することも可能である。

こうして、本実施例では、燃焼炉１０内における燃焼の異常の原因を推定して、オペレータに推定結果を通知することができる。これにより、オペレータは、通知された推定結果を基に燃焼設備（燃焼炉１０、バーナ１１、点火装置１、燃料遮断弁２、火炎検出器３、バーナコントローラ４）を点検して、燃焼設備を迅速に復旧することが可能となる。

本実施例で説明したバーナコントローラ４と上位装置５の各々は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図６に示す。

コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。バーナコントローラ４の場合、Ｉ／Ｆ２０２には、点火装置１と燃料遮断弁２と火炎検出器３と上位装置５等が接続される。上位装置５の場合、Ｉ／Ｆ２０２には、バーナコントローラ４とディスプレイ装置等が接続される。本発明の異常推定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。各々の装置のＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、燃焼炉を含む設備に適用することができる。

１…点火装置、２…燃料遮断弁、３…火炎検出器、４…バーナコントローラ、５…上位装置、１０…燃焼炉、１１…バーナ、４０…燃焼制御部、４１…ＰＯＣ信号取得部、４２…火炎信号取得部、４３…判定処理部、４４…情報通知部、５０…異常原因推定部、５１…通知部。

Claims (7)

1. 燃焼炉のバーナへの燃料の供給・停止を行うように構成された燃料遮断弁と、
   前記燃焼炉内の火炎の存在を検出するように構成された火炎検出器と、
   前記バーナの点火を行うように構成された点火装置と、
   前記点火装置の点火制御と前記燃料遮断弁の開閉制御とを行うように構成された燃焼制御部と、
   前記燃料遮断弁からの信号と前記火炎検出器からの信号とに基づいて前記燃料遮断弁の状態と前記燃焼炉内における燃焼の状態とを判定するように構成された判定処理部と、
   前記判定処理部による判定結果の通知に基づいて前記燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定するように構成された異常原因推定部とを備えることを特徴とする燃焼制御システム。
2. 請求項１記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止と不着火とが通知された場合に、前記燃料遮断弁が故障して開かないことが異常の原因と推定することを特徴とする燃焼制御システム。
3. 請求項１記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止と断火とが通知された場合に、前記燃料遮断弁が途中で閉じたことが異常の原因と推定することを特徴とする燃焼制御システム。
4. 請求項１記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の前記燃料遮断弁の閉止が通知された場合に、前記燃料遮断弁の信号出力部または前記判定処理部の信号入力部が故障していることが異常の原因と推定することを特徴とする燃焼制御システム。
5. 請求項１記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記異常原因推定部は、前記判定処理部から、前記燃焼制御部による燃焼制御中の不着火または断火が通知された場合に、前記燃焼炉への空気と燃料の供給に問題があるか、または前記火炎検出器か前記点火装置が故障していることが異常の原因と推定することを特徴とする燃焼制御システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃焼制御システムにおいて、
   前記異常原因推定部による推定結果をオペレータに通知するように構成された通知部をさらに備えることを特徴とする燃焼制御システム。
7. 燃焼炉のバーナへの燃料の供給・停止を行う燃料遮断弁からの信号と前記燃焼炉内の火炎の存在を検出する火炎検出器からの信号とに基づいて前記燃料遮断弁の状態と前記燃焼炉内における燃焼の状態とを判定する第１のステップと、
   前記第１のステップによる判定結果の通知に基づいて前記燃焼炉内における燃焼の異常の原因を推定する第２のステップとを含むことを特徴とする異常推定方法。

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