JP3023255B2 - 排ガス濃度制御装置 - Google Patents
排ガス濃度制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ボイラや鉄鋼用
加熱炉，化学用加熱炉などの各種燃焼炉を含む燃焼装置
に利用される排ガス濃度制御装置に係わり、特に負荷変
化や目標値変更等に伴う燃焼量変化に対して排ガス０2
／ＣＯ濃度の制御特性を改善する排ガス濃度制御装置に
関する。
加熱炉，化学用加熱炉などの各種燃焼炉を含む燃焼装置
に利用される排ガス濃度制御装置に係わり、特に負荷変
化や目標値変更等に伴う燃焼量変化に対して排ガス０2
／ＣＯ濃度の制御特性を改善する排ガス濃度制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の燃焼炉では、燃料と空
気とを混合してバーナで燃焼を行わせているが、この燃
焼には燃料と空気が密接に関係しており、燃料と空気と
の比率（以下、空燃比または空気過剰率などで指称す
る）によって大きく変化する。すなわち、空気過剰率μ
は、燃料の理論的な完全燃焼条件の理論空気量を基準と
したとき、 空気過剰率μ＝燃料を完全燃焼させるに必要な実際空気量 ／燃料を完全燃焼させるに必要な理論空気量 …（１） で表され、実際空気量の大小により、換言すれば空気過
剰率μの大小によって燃焼状態が大きく変化する。
気とを混合してバーナで燃焼を行わせているが、この燃
焼には燃料と空気が密接に関係しており、燃料と空気と
の比率（以下、空燃比または空気過剰率などで指称す
る）によって大きく変化する。すなわち、空気過剰率μ
は、燃料の理論的な完全燃焼条件の理論空気量を基準と
したとき、 空気過剰率μ＝燃料を完全燃焼させるに必要な実際空気量 ／燃料を完全燃焼させるに必要な理論空気量 …（１） で表され、実際空気量の大小により、換言すれば空気過
剰率μの大小によって燃焼状態が大きく変化する。
【０００３】ところで、実際の燃焼状態は、μ＝１．０
２〜１．１０程度のときに最適燃焼ゾーンにあると言え
る。ゆえに、空気過剰率μがかかる最適燃焼ゾーン相当
値よりも大きくなったとき、燃焼に関与しない加熱空気
がそのまま煙突から排出されるので排ガス熱損失が大き
くなり、これに伴って燃焼効率が低下するとともにＮＯ
x 等の影響による公害が発生する。また、逆に、空気過
剰率μが最適燃焼ゾーン相当値よりも小さくなったと
き、不完全燃焼による熱損失が大きくなり、同様に燃焼
効率が低下するとともに公害面では黒煙が発生すること
になる。
２〜１．１０程度のときに最適燃焼ゾーンにあると言え
る。ゆえに、空気過剰率μがかかる最適燃焼ゾーン相当
値よりも大きくなったとき、燃焼に関与しない加熱空気
がそのまま煙突から排出されるので排ガス熱損失が大き
くなり、これに伴って燃焼効率が低下するとともにＮＯ
x 等の影響による公害が発生する。また、逆に、空気過
剰率μが最適燃焼ゾーン相当値よりも小さくなったと
き、不完全燃焼による熱損失が大きくなり、同様に燃焼
効率が低下するとともに公害面では黒煙が発生すること
になる。
【０００４】従って、かかる燃焼炉における燃焼は、定
常時或いは過度状態に拘らず、空気過剰率μが常に最適
な燃焼ゾーンを逸脱しないように，或いは常に最適な燃
焼ゾーンの範囲内に入るように制御する必要がある。
常時或いは過度状態に拘らず、空気過剰率μが常に最適
な燃焼ゾーンを逸脱しないように，或いは常に最適な燃
焼ゾーンの範囲内に入るように制御する必要がある。
【０００５】そこで、この種の燃焼制御では、燃焼装置
に係わる温度、圧力などを所定値に制御する温度コント
ローラ、圧力コントローラなどを１次コントローラと
し、この１次コントローラから調節出力であるマスタ信
号を取り出した後、このマスタ信号を２次の燃料流量制
御系および空気流量制御系に利用するが、このときマス
タ信号をどのように利用するかに応じて次のような種々
の燃焼制御方式を上げることができる。つまり、マスタ
信号をそのまま目標値として燃料流量制御系および空気
流量制御系に並列的に与える単純並列カスケード燃焼制
御方式、空気過剰率の下限を制限制御するシングルクロ
スリミット燃焼制御方式、さらにシングルクロスリミッ
ト燃焼制御方式に空気過剰率の上限を制限制御する機能
を付加したダブルクロスリミット燃焼制御方式などがあ
る。
に係わる温度、圧力などを所定値に制御する温度コント
ローラ、圧力コントローラなどを１次コントローラと
し、この１次コントローラから調節出力であるマスタ信
号を取り出した後、このマスタ信号を２次の燃料流量制
御系および空気流量制御系に利用するが、このときマス
タ信号をどのように利用するかに応じて次のような種々
の燃焼制御方式を上げることができる。つまり、マスタ
信号をそのまま目標値として燃料流量制御系および空気
流量制御系に並列的に与える単純並列カスケード燃焼制
御方式、空気過剰率の下限を制限制御するシングルクロ
スリミット燃焼制御方式、さらにシングルクロスリミッ
ト燃焼制御方式に空気過剰率の上限を制限制御する機能
を付加したダブルクロスリミット燃焼制御方式などがあ
る。
【０００６】しかしながら、燃焼炉が最適な燃焼状態に
あるかどうかの評価は、空気過剰率が最終的な評価では
なく、空気過剰率 → 排ガス中に残存するＯ2 量を示
す排ガスＯ2 濃度 → 排ガス中に残存する可燃成分Ｃ
Ｏの濃度を示す排ガスＣＯ濃度の順序で評価するのが正
確と言える。第５図は単純並列カスケード燃焼制御方式
に排ガスＯ2 濃度制御を付加した従来の排ガスＯ2 濃度
制御装置の機能構成を示す図である。
あるかどうかの評価は、空気過剰率が最終的な評価では
なく、空気過剰率 → 排ガス中に残存するＯ2 量を示
す排ガスＯ2 濃度 → 排ガス中に残存する可燃成分Ｃ
Ｏの濃度を示す排ガスＣＯ濃度の順序で評価するのが正
確と言える。第５図は単純並列カスケード燃焼制御方式
に排ガスＯ2 濃度制御を付加した従来の排ガスＯ2 濃度
制御装置の機能構成を示す図である。
【０００７】この制御装置は、加熱炉１の所定の壁部に
バーナ１ａが設置され、このバーナ１ａに燃料供給路２
および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給
し、ここで燃料と空気とが混合されて燃焼することによ
り加熱炉１内の被加熱対象１ｂ，例えば配管４内の原料
を加熱した後、図示しない次工程に送られる。
バーナ１ａが設置され、このバーナ１ａに燃料供給路２
および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給
し、ここで燃料と空気とが混合されて燃焼することによ
り加熱炉１内の被加熱対象１ｂ，例えば配管４内の原料
を加熱した後、図示しない次工程に送られる。
【０００８】このとき、原料の加熱炉出口温度を温度検
出器５で検出した後、この検出温度をフイードバック信
号ＰＶとして温度調節手段６に導き、ここで目標温度Ｓ
Ｖとフイードバック信号ＰＶとの偏差（ＳＶ−ＰＶ）を
算出するとともに、この偏差が零となるようにＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）の調節演算
を実行する。そして、この温度調節手段６によって得ら
れた調節演算信号と図示しない原料流量変化に伴うＦＦ
（フィードフォワード）制御信号とを加算手段７により
加算合成して燃料流量および空気流量のための指令信号
Ａを得、燃料流量制御系および空気流量制御系に供給す
る。つまり、温度調節手段６と燃料流量制御系および空
気流量制御系との関係は単純並列カスケード制御方式と
なっている。
出器５で検出した後、この検出温度をフイードバック信
号ＰＶとして温度調節手段６に導き、ここで目標温度Ｓ
Ｖとフイードバック信号ＰＶとの偏差（ＳＶ−ＰＶ）を
算出するとともに、この偏差が零となるようにＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）の調節演算
を実行する。そして、この温度調節手段６によって得ら
れた調節演算信号と図示しない原料流量変化に伴うＦＦ
（フィードフォワード）制御信号とを加算手段７により
加算合成して燃料流量および空気流量のための指令信号
Ａを得、燃料流量制御系および空気流量制御系に供給す
る。つまり、温度調節手段６と燃料流量制御系および空
気流量制御系との関係は単純並列カスケード制御方式と
なっている。
【０００９】そのうち、燃料流量制御系には、燃料流量
調節手段８が設けられ、ここでは燃料流量指令信号Ａを
目標値とし、燃料流量検出器９で検出された燃料流量Ｆ
F との偏差が零になるように調節演算を実行し、得られ
た調節演算信号を燃料供給路２に設置される燃料操作端
である燃料流量調節弁（例えば可変ポンプ等でもよい）
１０に印加し、最適な燃料流量となるように可変調整す
る。
調節手段８が設けられ、ここでは燃料流量指令信号Ａを
目標値とし、燃料流量検出器９で検出された燃料流量Ｆ
F との偏差が零になるように調節演算を実行し、得られ
た調節演算信号を燃料供給路２に設置される燃料操作端
である燃料流量調節弁（例えば可変ポンプ等でもよい）
１０に印加し、最適な燃料流量となるように可変調整す
る。
【００１０】一方、空気流量制御系には、燃料流量指令
信号Ａに係数βを乗じて燃料を完全燃焼させるに必要な
理論空気流量に変換する係数手段１１、この係数手段１
１からの理論空気流量に空気過剰率設定値μs を乗じて
実際空気流量を求める空気過剰率設定手段１２、この実
際空気流量に排ガスＯ2 濃度制御系からの補正信号を乗
算して目標空気流量Ｂを求める乗算手段１３および空気
流量調節手段１４等が設けられている。
信号Ａに係数βを乗じて燃料を完全燃焼させるに必要な
理論空気流量に変換する係数手段１１、この係数手段１
１からの理論空気流量に空気過剰率設定値μs を乗じて
実際空気流量を求める空気過剰率設定手段１２、この実
際空気流量に排ガスＯ2 濃度制御系からの補正信号を乗
算して目標空気流量Ｂを求める乗算手段１３および空気
流量調節手段１４等が設けられている。
【００１１】この空気流量調節手段１４では、目標空気
流量Ｂと空気流量検出器１５で検出された空気流量を開
平演算手段１６で開平演算して得られる空気流量に比例
した信号ＦA との偏差が零になるように調節演算を実行
し、得られた調節演算信号を空気供給路３に設置される
空気流量調節弁（可変速送風機でもよい）１７に印加
し、最適な空気流量となるように可変調整する。
流量Ｂと空気流量検出器１５で検出された空気流量を開
平演算手段１６で開平演算して得られる空気流量に比例
した信号ＦA との偏差が零になるように調節演算を実行
し、得られた調節演算信号を空気供給路３に設置される
空気流量調節弁（可変速送風機でもよい）１７に印加
し、最適な空気流量となるように可変調整する。
【００１２】一方、排ガスＯ2 濃度制御系は、排ガスＯ
2 検出器１８で排ガス中に残存するＯ2 濃度を検出した
後、この排ガスＯ2 濃度測定値をフイードバック信号と
して排ガスＯ2 濃度調節手段１９に導き、ここで目標排
ガスＯ2 濃度Ｏ2sとの偏差（Ｏ2s−Ｏ2 ）を算出し、こ
の偏差が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行する。そして、得られた調節演算出力信号Ｚn （％）
を比率係数変換手段２０に導き、ここで例えばγ＝Ｚn
／５０の演算処理を行ってＺn ＝５０％のときのγ＝１
を中心とした比率係数に変換した後、乗算手段１３に導
き、空気過剰率設定値μs を補正することにより、空気
流量目標値を増減し、排ガスＯ2 濃度が所定値となるよ
うに制御している。
2 検出器１８で排ガス中に残存するＯ2 濃度を検出した
後、この排ガスＯ2 濃度測定値をフイードバック信号と
して排ガスＯ2 濃度調節手段１９に導き、ここで目標排
ガスＯ2 濃度Ｏ2sとの偏差（Ｏ2s−Ｏ2 ）を算出し、こ
の偏差が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行する。そして、得られた調節演算出力信号Ｚn （％）
を比率係数変換手段２０に導き、ここで例えばγ＝Ｚn
／５０の演算処理を行ってＺn ＝５０％のときのγ＝１
を中心とした比率係数に変換した後、乗算手段１３に導
き、空気過剰率設定値μs を補正することにより、空気
流量目標値を増減し、排ガスＯ2 濃度が所定値となるよ
うに制御している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のプラ
ントの運転制御は、フレキシブル化，高速化が非常に重
要なポイントになってきており、それに伴って燃焼制御
においても負荷変化や目標値変化などが頻繁に発生する
が、この場合にも省エネルギーや環境保全を維持しつ
つ、その変化に迅速に応答することが必要になってく
る。
ントの運転制御は、フレキシブル化，高速化が非常に重
要なポイントになってきており、それに伴って燃焼制御
においても負荷変化や目標値変化などが頻繁に発生する
が、この場合にも省エネルギーや環境保全を維持しつ
つ、その変化に迅速に応答することが必要になってく
る。
【００１４】しかしながら、図５に示す従来の排ガスＯ
2 濃度制御装置は、負荷変化が小さい場合には問題ない
が、プラントの自動スタートアップや自動シャットダウ
ン或いはフレキシブル運転などで負荷が大幅に変化した
とき、省エネルギーおよび環境保全上問題が発生する。
2 濃度制御装置は、負荷変化が小さい場合には問題ない
が、プラントの自動スタートアップや自動シャットダウ
ン或いはフレキシブル運転などで負荷が大幅に変化した
とき、省エネルギーおよび環境保全上問題が発生する。
【００１５】以下、その理由を説明する。一般に、燃焼
に使用するバーナは、燃焼量が定格値近傍、つまり燃焼
量が大きいときに排ガスＯ2 濃度が小さくてよいが、図
６に示すように燃焼量の減少につれて排ガスＯ2 濃度を
徐々に大きくしないと発煙してしまう。すなわち、発煙
限界の排ガスＯ2 濃度は燃焼量に対して一定ではなく、
燃焼量の低下に伴って上昇するといった非線形特性を示
している。
に使用するバーナは、燃焼量が定格値近傍、つまり燃焼
量が大きいときに排ガスＯ2 濃度が小さくてよいが、図
６に示すように燃焼量の減少につれて排ガスＯ2 濃度を
徐々に大きくしないと発煙してしまう。すなわち、発煙
限界の排ガスＯ2 濃度は燃焼量に対して一定ではなく、
燃焼量の低下に伴って上昇するといった非線形特性を示
している。
【００１６】また、バーナー特性は、燃焼量が高いとき
に、燃料と空気の混合効率が高く設計されているために
空気過剰率が小さくても完全燃焼するが、燃焼量の低下
とともに燃料と空気との混合効率が低下するために、ど
うしても空気過剰率を高くしないと完全燃焼とならず、
発煙してしまう。
に、燃料と空気の混合効率が高く設計されているために
空気過剰率が小さくても完全燃焼するが、燃焼量の低下
とともに燃料と空気との混合効率が低下するために、ど
うしても空気過剰率を高くしないと完全燃焼とならず、
発煙してしまう。
【００１７】従って、排ガスＯ2 濃度は燃焼負荷に対応
して発煙限界にそって変化させなければならないが、従
来技術のように排ガスＯ2 濃度設定値が一定の場合、排
ガスＯ2 濃度値は燃焼量の変化範囲の最小値に対応した
高いＯ2 濃度設定値に設定しないと、発煙してしまう。
しかし、そのような高い排ガスＯ2 濃度設定値に設定し
たとき、燃焼量の高い所では空気過剰になり過ぎて公害
が発生するとともに、排ガス熱損失が大きくなり、燃焼
効率を著しく低下させる問題がある。
して発煙限界にそって変化させなければならないが、従
来技術のように排ガスＯ2 濃度設定値が一定の場合、排
ガスＯ2 濃度値は燃焼量の変化範囲の最小値に対応した
高いＯ2 濃度設定値に設定しないと、発煙してしまう。
しかし、そのような高い排ガスＯ2 濃度設定値に設定し
たとき、燃焼量の高い所では空気過剰になり過ぎて公害
が発生するとともに、排ガス熱損失が大きくなり、燃焼
効率を著しく低下させる問題がある。
【００１８】また、省エネルギーや環境保全から見た排
ガスＯ2 濃度の最適値が燃焼量に対して非線形となるの
で、排ガスＯ2 濃度の制御性を高めるためには制御ゲイ
ンの補償をしなければならないが、従来技術では何らの
方策が立てられていない。
ガスＯ2 濃度の最適値が燃焼量に対して非線形となるの
で、排ガスＯ2 濃度の制御性を高めるためには制御ゲイ
ンの補償をしなければならないが、従来技術では何らの
方策が立てられていない。
【００１９】従って、以上のような排ガス濃度制御装置
は、燃焼量の大幅な変化が発生したとき、燃焼効率が低
下し、黒煙発生や空気過剰による公害が発生するととも
に制御性が低下するといった問題があり、これら燃焼制
御上の諸特性を改善することが強く要望されている。
は、燃焼量の大幅な変化が発生したとき、燃焼効率が低
下し、黒煙発生や空気過剰による公害が発生するととも
に制御性が低下するといった問題があり、これら燃焼制
御上の諸特性を改善することが強く要望されている。
【００２０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、燃焼量の大幅な変化にも拘らず省エネルギーと環境
保全とを達成し、さらに制御特性をも改善する排ガス濃
度制御装置を提供することを目的とする。
で、燃焼量の大幅な変化にも拘らず省エネルギーと環境
保全とを達成し、さらに制御特性をも改善する排ガス濃
度制御装置を提供することを目的とする。
【００２１】また、本発明の他の目的は、燃焼状態を厳
密に評価しながら排ガス制御を実現し、限界の省エネル
ギーと環境保全とを達成し、さらに制御特性を改善する
排ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。
密に評価しながら排ガス制御を実現し、限界の省エネル
ギーと環境保全とを達成し、さらに制御特性を改善する
排ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、請求項１に対応する発明は、燃焼装置の検
出制御量と目標値との偏差が零となるようにＰＩまたは
ＰＩＤ調節演算を行って燃焼指令信号を得た後、この燃
焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量制御系に与
え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に変換した
後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量目標値と
して空気流量制御系に与え、これら燃料流量目標値およ
び空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御系および
前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に供給する
燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装置におい
て、
するために、請求項１に対応する発明は、燃焼装置の検
出制御量と目標値との偏差が零となるようにＰＩまたは
ＰＩＤ調節演算を行って燃焼指令信号を得た後、この燃
焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量制御系に与
え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に変換した
後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量目標値と
して空気流量制御系に与え、これら燃料流量目標値およ
び空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御系および
前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に供給する
燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装置におい
て、
【００２３】予め関数化または係数が設定され、燃焼負
荷を表す実測燃料流量または燃料流量目標値に基づいて
前記関数または係数の乗算によって排ガスＯ2 濃度目標
値を求める排ガスＯ2 濃度目標値変換手段と、この排ガ
スＯ2 濃度目標値変換手段で得られた排ガスＯ2 濃度目
標値から空気過剰率設定値を演算する空気過剰率設定値
演算手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値と前記燃焼装置
の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節
演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排ガス
Ｏ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１となる係数
に変換する比率係数演算手段と、この比率係数演算手段
の出力を用いて前記空気過剰率設定値演算手段から出力
される前記空気過剰率設定値を修正する空気過剰率設定
値修正手段とを設け、前記空気過剰率設定値修正手段の
出力と前記理論空気流量とから空気流量目標値を得るよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
荷を表す実測燃料流量または燃料流量目標値に基づいて
前記関数または係数の乗算によって排ガスＯ2 濃度目標
値を求める排ガスＯ2 濃度目標値変換手段と、この排ガ
スＯ2 濃度目標値変換手段で得られた排ガスＯ2 濃度目
標値から空気過剰率設定値を演算する空気過剰率設定値
演算手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値と前記燃焼装置
の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節
演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排ガス
Ｏ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１となる係数
に変換する比率係数演算手段と、この比率係数演算手段
の出力を用いて前記空気過剰率設定値演算手段から出力
される前記空気過剰率設定値を修正する空気過剰率設定
値修正手段とを設け、前記空気過剰率設定値修正手段の
出力と前記理論空気流量とから空気流量目標値を得るよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
【００２４】次に、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明の構成に、新たに排ガスＯ2 濃度調節
手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰率設
定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算する
ゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に比例
して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正するよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
１に対応する発明の構成に、新たに排ガスＯ2 濃度調節
手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰率設
定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算する
ゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に比例
して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正するよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
【００２５】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１と同様な燃焼制御装置において、 予め関数化また
は係数が設定され、燃焼負荷を表す実測燃料流量または
燃料流量目標値に基づいて前記関数または係数の乗算に
よって排ガスＯ2 濃度目標値を求める排ガスＯ2 濃度目
標値変換手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値変換手段で
得られた排ガスＯ2 濃度目標値から空気過剰率設定値を
演算する空気過剰率設定値演算手段と、前記燃焼装置の
排ガスＣＯ（一酸化炭素）濃度を測定する排ガスＣＯ濃
度測定手段と、この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガ
スＣＯ濃度測定値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零
または所定の範囲内に入るように調節演算する排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段と、この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力
の中間近傍が係数１となる係数に変換する第１の比率係
数演算手段と、この第１の比率係数演算手段の出力と前
記排ガスＯ2 濃度目標値変換手段の排ガスＯ2 濃度目標
値とを乗算し排ガスＯ2 濃度の最終目標値を求める乗算
手段と、この乗算手段で得られる最終目標値と前記燃焼
装置の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように
調節演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排
ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換する第２の比率係数演算手段と、この第２の
比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設定値
演算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修正す
る空気過剰率設定値修正手段とを設け、この空気過剰率
設定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空気流
量目標値を得るようにした排ガス濃度制御装置である。
項１と同様な燃焼制御装置において、 予め関数化また
は係数が設定され、燃焼負荷を表す実測燃料流量または
燃料流量目標値に基づいて前記関数または係数の乗算に
よって排ガスＯ2 濃度目標値を求める排ガスＯ2 濃度目
標値変換手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値変換手段で
得られた排ガスＯ2 濃度目標値から空気過剰率設定値を
演算する空気過剰率設定値演算手段と、前記燃焼装置の
排ガスＣＯ（一酸化炭素）濃度を測定する排ガスＣＯ濃
度測定手段と、この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガ
スＣＯ濃度測定値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零
または所定の範囲内に入るように調節演算する排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段と、この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力
の中間近傍が係数１となる係数に変換する第１の比率係
数演算手段と、この第１の比率係数演算手段の出力と前
記排ガスＯ2 濃度目標値変換手段の排ガスＯ2 濃度目標
値とを乗算し排ガスＯ2 濃度の最終目標値を求める乗算
手段と、この乗算手段で得られる最終目標値と前記燃焼
装置の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように
調節演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排
ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換する第２の比率係数演算手段と、この第２の
比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設定値
演算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修正す
る空気過剰率設定値修正手段とを設け、この空気過剰率
設定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空気流
量目標値を得るようにした排ガス濃度制御装置である。
【００２６】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項３に対応する発明の構成に、新たに排ガスＯ2 濃度調
節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰率
設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算す
るゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に比
例して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正する
排ガス濃度制御装置である。
項３に対応する発明の構成に、新たに排ガスＯ2 濃度調
節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰率
設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算す
るゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に比
例して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正する
排ガス濃度制御装置である。
【００２７】
【作用】従って、以上のような手段を講じたことによ
り、請求項１に対応する発明は、予め燃焼負荷を表す実
測燃料流量または燃料流量目標値と発煙限界の排ガスＯ
2濃度目標値との関係を例えば関数化または乗算可能な
係数をテーブル化し、前記実測燃料流量に応じてテーブ
ルから発煙限界の排ガスＯ2 濃度目標値を求めた後、こ
の排ガスＯ2 濃度目標値と空気中の酸素濃度および排ガ
ス中の酸素濃度とを用いて所定の演算式に基づいて空気
過剰率設定値を求める。
り、請求項１に対応する発明は、予め燃焼負荷を表す実
測燃料流量または燃料流量目標値と発煙限界の排ガスＯ
2濃度目標値との関係を例えば関数化または乗算可能な
係数をテーブル化し、前記実測燃料流量に応じてテーブ
ルから発煙限界の排ガスＯ2 濃度目標値を求めた後、こ
の排ガスＯ2 濃度目標値と空気中の酸素濃度および排ガ
ス中の酸素濃度とを用いて所定の演算式に基づいて空気
過剰率設定値を求める。
【００２８】一方、前記排ガスＯ2 濃度目標値を排ガス
Ｏ2 濃度調節手段に導入し、ここで排ガスＯ2 濃度設定
値と排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように調
節演算を実行し、得られた調節演算出力を比率係数演算
手段に導入し、ここで調節演算出力の５０％出力時を１
とする比率係数に変換する。
Ｏ2 濃度調節手段に導入し、ここで排ガスＯ2 濃度設定
値と排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように調
節演算を実行し、得られた調節演算出力を比率係数演算
手段に導入し、ここで調節演算出力の５０％出力時を１
とする比率係数に変換する。
【００２９】そして、この比率係数を前記空気過剰率設
定値に乗算して修正し、この修正された最終空気過剰率
設定値を用いて空気流量設定値を補正することにより、
燃焼量の変化に対応しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を
速やかに実現でき、また排ガスＯ2 濃度目標値から空気
過剰率設定値を演算してフィードフォワード的に制御す
るので、応答が速く、さらに精度の高い燃焼状態評価指
標の排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することな
く制御することができ、省エネルギーと環境保全とを大
幅に改善することができる。
定値に乗算して修正し、この修正された最終空気過剰率
設定値を用いて空気流量設定値を補正することにより、
燃焼量の変化に対応しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を
速やかに実現でき、また排ガスＯ2 濃度目標値から空気
過剰率設定値を演算してフィードフォワード的に制御す
るので、応答が速く、さらに精度の高い燃焼状態評価指
標の排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することな
く制御することができ、省エネルギーと環境保全とを大
幅に改善することができる。
【００３０】次に、請求項２に対応する発明は、排ガス
Ｏ2 濃度調節手段の調節ゲインに空気過剰率設定値に比
例して自動的に修正することにより、燃焼量が変化して
も排ガスＯ2 濃度調節の制御性を高めることができる。
Ｏ2 濃度調節手段の調節ゲインに空気過剰率設定値に比
例して自動的に修正することにより、燃焼量が変化して
も排ガスＯ2 濃度調節の制御性を高めることができる。
【００３１】さらに、請求項３に対応する発明は、燃焼
状態を排ガスＯ2 濃度よりも厳密に評価するために、燃
焼装置から可燃成分である排ガスＣＯ濃度を測定し、排
ガスＣＯ濃度調節手段にて排ガスＣＯ濃度測定値と排ガ
スＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範囲内に入
るように調節演算を行った後、この調節演算出力の中間
値近傍が係数１となる係数に変換する。しかる後、この
変換係数をＯ2 濃度目標値演算手段によって得られる排
ガスＯ2 濃度目標値に乗算して排ガスＯ2 濃度の最終目
標値を得た後、排ガスＯ2 濃度調節手段に供給する。こ
こで、最終の排ガスＯ2 濃度目標値と燃焼装置の排ガス
Ｏ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実
行し、得られた調節演算出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換し、この変換係数を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から得られる前記空気過剰率設定値を修正
し、この修正された最終空気過剰率設定値を用いて空気
流量設定値を補正することにより、燃焼量の変化に対応
しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やかに実現し、排
ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御と排ガスＣＯ濃度制
御とを競合することなく、限界の省エネルギーおよび環
境保全を達成することができる。
状態を排ガスＯ2 濃度よりも厳密に評価するために、燃
焼装置から可燃成分である排ガスＣＯ濃度を測定し、排
ガスＣＯ濃度調節手段にて排ガスＣＯ濃度測定値と排ガ
スＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範囲内に入
るように調節演算を行った後、この調節演算出力の中間
値近傍が係数１となる係数に変換する。しかる後、この
変換係数をＯ2 濃度目標値演算手段によって得られる排
ガスＯ2 濃度目標値に乗算して排ガスＯ2 濃度の最終目
標値を得た後、排ガスＯ2 濃度調節手段に供給する。こ
こで、最終の排ガスＯ2 濃度目標値と燃焼装置の排ガス
Ｏ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実
行し、得られた調節演算出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換し、この変換係数を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から得られる前記空気過剰率設定値を修正
し、この修正された最終空気過剰率設定値を用いて空気
流量設定値を補正することにより、燃焼量の変化に対応
しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やかに実現し、排
ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御と排ガスＣＯ濃度制
御とを競合することなく、限界の省エネルギーおよび環
境保全を達成することができる。
【００３２】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項３に対応する発明と同様に、燃焼状態を排ガスＯ2 濃
度よりも厳密に評価するために、燃焼装置から可燃成分
である排ガスＣＯ濃度を測定し、この排ガスＣＯ濃度測
定値と前記排ガスＯ2 濃度目標値変換手段で得られた排
ガスＯ2 濃度目標値とを用いて排ガスＯ2 濃度目標値を
得、これを排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。さら
に、この排ガスＯ2 濃度調節手段の調節演算出力の５０
％出力時を１とする比率係数に変換し、この比率係数を
前記空気過剰率設定値に乗算して修正し、この修正され
た最終空気過剰率設定値を用いて空気流量設定値を補正
することにより、空気過剰率設定値に比例して排ガスＯ
2 濃度調節のゲインを自動修正し、燃焼量が変化しても
排ガスＯ2濃度調節の制御性を高めることができる。
項３に対応する発明と同様に、燃焼状態を排ガスＯ2 濃
度よりも厳密に評価するために、燃焼装置から可燃成分
である排ガスＣＯ濃度を測定し、この排ガスＣＯ濃度測
定値と前記排ガスＯ2 濃度目標値変換手段で得られた排
ガスＯ2 濃度目標値とを用いて排ガスＯ2 濃度目標値を
得、これを排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。さら
に、この排ガスＯ2 濃度調節手段の調節演算出力の５０
％出力時を１とする比率係数に変換し、この比率係数を
前記空気過剰率設定値に乗算して修正し、この修正され
た最終空気過剰率設定値を用いて空気流量設定値を補正
することにより、空気過剰率設定値に比例して排ガスＯ
2 濃度調節のゲインを自動修正し、燃焼量が変化しても
排ガスＯ2濃度調節の制御性を高めることができる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００３４】図１は請求項１に対応する発明の一実施例
を示す図であって、これは例えば加熱炉出口温度制御装
置に適用した例であり、図５と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分
について説明する。
を示す図であって、これは例えば加熱炉出口温度制御装
置に適用した例であり、図５と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分
について説明する。
【００３５】その第１は、排ガスＯ2 濃度目標値を燃焼
量に応じて発煙限界にそって変化するように工夫を講じ
たこと。つまり、予め例えば関数または乗算係数を設定
し、燃料流量検出器９で検出した燃焼量を表す実測燃料
流量を受け、その実測燃料流量の大きさに基づいて当該
設定関数に従い、または係数を乗算して発煙限界の排ガ
スＯ2 濃度目標値を求める排ガスＯ2 濃度目標値変換手
段２１を設け、この排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１
から得られた出力を基本の排ガスＯ2 濃度目標値とする
構成であること。
量に応じて発煙限界にそって変化するように工夫を講じ
たこと。つまり、予め例えば関数または乗算係数を設定
し、燃料流量検出器９で検出した燃焼量を表す実測燃料
流量を受け、その実測燃料流量の大きさに基づいて当該
設定関数に従い、または係数を乗算して発煙限界の排ガ
スＯ2 濃度目標値を求める排ガスＯ2 濃度目標値変換手
段２１を設け、この排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１
から得られた出力を基本の排ガスＯ2 濃度目標値とする
構成であること。
【００３６】その第２は、排ガスＯ2 濃度目標値から空
気過剰率設定値を演算するように工夫を講じたこと。つ
まり、排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１によって得ら
れた基本の排ガスＯ2 濃度目標値を取り込んで所定の演
算式に従って空気過剰率設定値を演算する空気過剰率設
定値演算手段２２を設け、ここで得られた空気過剰率設
定値を用いて燃焼制御および排ガスＯ2 濃度制御を実施
し、空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しな
いような構成としたこと。
気過剰率設定値を演算するように工夫を講じたこと。つ
まり、排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１によって得ら
れた基本の排ガスＯ2 濃度目標値を取り込んで所定の演
算式に従って空気過剰率設定値を演算する空気過剰率設
定値演算手段２２を設け、ここで得られた空気過剰率設
定値を用いて燃焼制御および排ガスＯ2 濃度制御を実施
し、空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しな
いような構成としたこと。
【００３７】さらに、第３は、排ガスＯ2 濃度調節出力
信号Ｚn を比率変換した後、この修正比率を用いて前記
空気過剰率設定値μs を修正し排ガスＯ2 濃度制御を行
うような工夫を講じたこと。つまり、排ガスＯ2 濃度目
標値変換手段２１の出力である排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ
2sと排ガスＯ2 検出器２３で検出された排ガスＯ2 濃度
測定値Ｏ2 とを排ガスＯ2 濃度調節手段２４に導き、こ
こで調節演算を実行する。
信号Ｚn を比率変換した後、この修正比率を用いて前記
空気過剰率設定値μs を修正し排ガスＯ2 濃度制御を行
うような工夫を講じたこと。つまり、排ガスＯ2 濃度目
標値変換手段２１の出力である排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ
2sと排ガスＯ2 検出器２３で検出された排ガスＯ2 濃度
測定値Ｏ2 とを排ガスＯ2 濃度調節手段２４に導き、こ
こで調節演算を実行する。
【００３８】さらに、この排ガスＯ2 濃度調節手段２４
で得られた調節出力信号Ｚn を用いて所定の演算式によ
り比率変換演算を行って修正比率γを求める比率係数演
算手段２５を設け、ここで得られた修正比率γを乗算手
段２６に導き、ここで修正比率γを用いて前記空気過剰
率設定値μs を修正し、この修正された空気過剰率設定
値μs を用いて空気流量設定値を補正することにより、
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しないよ
うにしたこと。次に、以上のように構成された装置の動
作について説明する。
で得られた調節出力信号Ｚn を用いて所定の演算式によ
り比率変換演算を行って修正比率γを求める比率係数演
算手段２５を設け、ここで得られた修正比率γを乗算手
段２６に導き、ここで修正比率γを用いて前記空気過剰
率設定値μs を修正し、この修正された空気過剰率設定
値μs を用いて空気流量設定値を補正することにより、
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しないよ
うにしたこと。次に、以上のように構成された装置の動
作について説明する。
【００３９】先ず、排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１
において燃焼負荷を表す実測燃料流量に対応して関数ま
たは乗算すべき係数を設定し、発煙限界の排ガスＯ2 濃
度目標値を設定する。
において燃焼負荷を表す実測燃料流量に対応して関数ま
たは乗算すべき係数を設定し、発煙限界の排ガスＯ2 濃
度目標値を設定する。
【００４０】この状態において燃料流量調節手段８およ
び空気流量調節手段１４にて燃料流量と空気流量とを調
整しながら燃焼制御を行っているが、このとき、排ガス
Ｏ2濃度目標値変換手段２１では、燃料流量検出器９で
検出された燃焼負荷を表す実測燃料流量を取り込み、そ
の実測燃料流量の大きさに基づいて当該設定関数を用い
て発煙限界の排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sを求めた後、こ
の排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sを空気過剰率設定値演算手
段２２および排ガスＯ2 濃度調節手段２４に供給する。
び空気流量調節手段１４にて燃料流量と空気流量とを調
整しながら燃焼制御を行っているが、このとき、排ガス
Ｏ2濃度目標値変換手段２１では、燃料流量検出器９で
検出された燃焼負荷を表す実測燃料流量を取り込み、そ
の実測燃料流量の大きさに基づいて当該設定関数を用い
て発煙限界の排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sを求めた後、こ
の排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sを空気過剰率設定値演算手
段２２および排ガスＯ2 濃度調節手段２４に供給する。
【００４１】ここで、空気過剰率設定値演算手段２２で
は、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2s、空気過剰率設定値μs
とすると、排ガスＯ2 濃度と空気過剰率との関係から、 μs ＝空気中の酸素濃度（％）／（空気中の酸素濃度（％）−排ガス中の酸素 濃度（％）） ＝２１／（２１−Ｏ2s） ……（２）
は、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2s、空気過剰率設定値μs
とすると、排ガスＯ2 濃度と空気過剰率との関係から、 μs ＝空気中の酸素濃度（％）／（空気中の酸素濃度（％）−排ガス中の酸素 濃度（％）） ＝２１／（２１−Ｏ2s） ……（２）
【００４２】で表される。つまり、この（２）式を用い
て、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sに対応した空気過剰率設
定値μs を求めた後、このμs を用いて基本的な燃焼制
御を行う。
て、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sに対応した空気過剰率設
定値μs を求めた後、このμs を用いて基本的な燃焼制
御を行う。
【００４３】一方、排ガスＯ2 濃度調節手段２４では、
排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１からの排ガスＯ2 濃
度目標値Ｏ2sを受けると、この排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ
2sと排ガスＯ2 検出器２３からの排ガスＯ2 濃度測定値
Ｏ2 との偏差が零となるように調節演算を実行し、排ガ
スＯ2 調節出力信号Ｚn を求めた後、比率係数演算手段
２５に導く。そして、ここで当該排ガスＯ2 調節出力信
号Ｚn を用いて、 γ＝１＋ｋ｛（Ｚn −５０）／５０｝ ……（３）
排ガスＯ2 濃度目標値変換手段２１からの排ガスＯ2 濃
度目標値Ｏ2sを受けると、この排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ
2sと排ガスＯ2 検出器２３からの排ガスＯ2 濃度測定値
Ｏ2 との偏差が零となるように調節演算を実行し、排ガ
スＯ2 調節出力信号Ｚn を求めた後、比率係数演算手段
２５に導く。そして、ここで当該排ガスＯ2 調節出力信
号Ｚn を用いて、 γ＝１＋ｋ｛（Ｚn −５０）／５０｝ ……（３）
【００４４】なる演算式により、５０％出力時を１とす
る比率係数γに変換する。そして、この比率係数γに乗
算手段２６に導き、比率係数γを用いて前記空気過剰率
設定値μs を修正する。さらに、修正された空気過剰率
設定値を乗算手段１３に導き、空気流量設定値を制御補
正する。
る比率係数γに変換する。そして、この比率係数γに乗
算手段２６に導き、比率係数γを用いて前記空気過剰率
設定値μs を修正する。さらに、修正された空気過剰率
設定値を乗算手段１３に導き、空気流量設定値を制御補
正する。
【００４５】従って、このような構成によれば、燃焼量
の変化に対応して迅速に発煙限界ぎりぎりの燃焼制御を
行うことができ、さらに精度の高い燃焼状態評価指数の
排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することなく制
御可能であり、省エネルギーと環境保全とを大幅に改善
することができる。
の変化に対応して迅速に発煙限界ぎりぎりの燃焼制御を
行うことができ、さらに精度の高い燃焼状態評価指数の
排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することなく制
御可能であり、省エネルギーと環境保全とを大幅に改善
することができる。
【００４６】次に、請求項２に係わる発明の一実施例に
ついて図２を参照して説明する。なお、この制御装置に
おいても、加熱炉出口温度制御装置に適用した一例であ
り、かつ、図５および図１と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分に
ついて説明する。
ついて図２を参照して説明する。なお、この制御装置に
おいても、加熱炉出口温度制御装置に適用した一例であ
り、かつ、図５および図１と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分に
ついて説明する。
【００４７】この制御装置の改良部分は、排ガスＯ2 濃
度調節のゲインを空気過剰率μs に比例して修正するよ
うに構成し、燃焼量が大幅に変動しても、制御性が低下
しないようにする点にある。
度調節のゲインを空気過剰率μs に比例して修正するよ
うに構成し、燃焼量が大幅に変動しても、制御性が低下
しないようにする点にある。
【００４８】具体的には、排ガスＯ2 検出器２３で検出
した排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 と排ガスＯ2 濃度目標値
変換手段２１からの排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sとを速度
形排ガスＯ2 濃度調節手段３１に導入し、ここで速度形
調節演算を実行して速度形調節出力信号を得る。そし
て、速度形排ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力側にゲイ
ン修正手段３２を設け、ここで速度形調節出力信号に空
気過剰率設定値μs を乗算することにより排ガスＯ2 濃
度調節手段３１のゲイン修正を行う。さらに、ゲイン修
正後の速度形調節出力信号を速度形−位置形信号変換手
段３３に導入し、ここで位置形信号Ｚn に変換した後、
比率係数演算手段２５に印加する構成である。
した排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 と排ガスＯ2 濃度目標値
変換手段２１からの排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sとを速度
形排ガスＯ2 濃度調節手段３１に導入し、ここで速度形
調節演算を実行して速度形調節出力信号を得る。そし
て、速度形排ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力側にゲイ
ン修正手段３２を設け、ここで速度形調節出力信号に空
気過剰率設定値μs を乗算することにより排ガスＯ2 濃
度調節手段３１のゲイン修正を行う。さらに、ゲイン修
正後の速度形調節出力信号を速度形−位置形信号変換手
段３３に導入し、ここで位置形信号Ｚn に変換した後、
比率係数演算手段２５に印加する構成である。
【００４９】そこで、以下、ゲイン修正を行う理由につ
いて説明する。今、空気過剰率設定値演算手段２２から
出力される空気過剰率設定値μs が変化したとき、Ｏ2
濃度にどのような変化を与えるかを考えてみる。ここ
で、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sがＯ2s＋△Ｏ2 と変化し
たとき、空気過剰率設定値μs がどの程度変化△μする
かを求める。ここで、前記（２）式を用いてＯ2s→Ｏ2s
＋△Ｏ2 、μs ＋△μなる関係を代入すると、 μs ＋△μ＝２１／｛２１−（Ｏ2s＋△Ｏ2s）｝ ……（４） となる。そこで、前記（２）式と（４）式とから、 △μ＝（△Ｏ2 ／２１）・μs 2 ……（５） が得られる。この（５）式を比率に変形すると、 １＋（△μ／μs ）＝１＋（μs ／２１）・△Ｏ2 ……（６） となる。
いて説明する。今、空気過剰率設定値演算手段２２から
出力される空気過剰率設定値μs が変化したとき、Ｏ2
濃度にどのような変化を与えるかを考えてみる。ここ
で、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sがＯ2s＋△Ｏ2 と変化し
たとき、空気過剰率設定値μs がどの程度変化△μする
かを求める。ここで、前記（２）式を用いてＯ2s→Ｏ2s
＋△Ｏ2 、μs ＋△μなる関係を代入すると、 μs ＋△μ＝２１／｛２１−（Ｏ2s＋△Ｏ2s）｝ ……（４） となる。そこで、前記（２）式と（４）式とから、 △μ＝（△Ｏ2 ／２１）・μs 2 ……（５） が得られる。この（５）式を比率に変形すると、 １＋（△μ／μs ）＝１＋（μs ／２１）・△Ｏ2 ……（６） となる。
【００５０】ゆえに、以上の式から明らかなように、排
ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力を比率係数演算手段２
５にて比率係数γに変換して空気過剰率設定値μs を比
率修正する場合、この空気過剰率設定値μs に比例して
排ガスＯ2 濃度調節出力信号△Ｏ2 をゲイン修正すれば
よいことが分かる。
ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力を比率係数演算手段２
５にて比率係数γに変換して空気過剰率設定値μs を比
率修正する場合、この空気過剰率設定値μs に比例して
排ガスＯ2 濃度調節出力信号△Ｏ2 をゲイン修正すれば
よいことが分かる。
【００５１】従って、以上のような構成によれば、空気
過剰率設定値μs に比例して排ガスＯ2 濃度調節出力信
号△Ｏ2 をゲイン修正することにより、燃焼量の変動に
伴って空気過剰率設定値μs が変化したとき、この変化
に応じて排ガスＯ2 濃度調節のゲインが自動的に修正さ
れ、制御量の低下を招くことなく、燃焼量全域にわたっ
て制御性を大幅に改善できる。次に、請求項３に係わる
排ガス濃度制御装置の一実施例について図３を参照して
説明する。
過剰率設定値μs に比例して排ガスＯ2 濃度調節出力信
号△Ｏ2 をゲイン修正することにより、燃焼量の変動に
伴って空気過剰率設定値μs が変化したとき、この変化
に応じて排ガスＯ2 濃度調節のゲインが自動的に修正さ
れ、制御量の低下を招くことなく、燃焼量全域にわたっ
て制御性を大幅に改善できる。次に、請求項３に係わる
排ガス濃度制御装置の一実施例について図３を参照して
説明する。
【００５２】この制御装置では、排ガスＯ2 濃度制御の
みの場合には、例えば燃焼制御と無関係に加熱炉１の破
損などに伴って空気が混入したときなどにその燃焼状態
を正確に見い出せないことが多い。そこで、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に
残存する可燃成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2
濃度調節の目標値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に
制御することにより、限界の省エネルギーおよび環境保
BR>全を達成することにある。
みの場合には、例えば燃焼制御と無関係に加熱炉１の破
損などに伴って空気が混入したときなどにその燃焼状態
を正確に見い出せないことが多い。そこで、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に
残存する可燃成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2
濃度調節の目標値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に
制御することにより、限界の省エネルギーおよび環境保
BR>全を達成することにある。
【００５３】従って、本発明に係わる制御装置はかかる
観点から実現したものであり、以下、図１および図２と
比較して特に異なる部分の構成について説明する。この
制御装置は、加熱炉１に排ガスＣＯ検出器４１を設け、
排ガス中に残存する排ガスＣＯ濃度を検出し、排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ濃度設定値との
偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲内に入るよ
うに調節演算を実行する。この排ガスＣＯ濃度調節手段
４２で得られた調節出力信号Ｙn を比率係数演算手段４
３に導き、ここで調節出力信号の中間近傍が係数１とな
る係数δに変換した後、その後段のゲイン修正手段４４
にて当該係数δと排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′とを乗算
し、排ガスＯ2 濃度の最終目標値Ｏ2sを演算し、排ガス
Ｏ2 濃度調節手段２４に導入する構成である。
観点から実現したものであり、以下、図１および図２と
比較して特に異なる部分の構成について説明する。この
制御装置は、加熱炉１に排ガスＣＯ検出器４１を設け、
排ガス中に残存する排ガスＣＯ濃度を検出し、排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ濃度設定値との
偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲内に入るよ
うに調節演算を実行する。この排ガスＣＯ濃度調節手段
４２で得られた調節出力信号Ｙn を比率係数演算手段４
３に導き、ここで調節出力信号の中間近傍が係数１とな
る係数δに変換した後、その後段のゲイン修正手段４４
にて当該係数δと排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′とを乗算
し、排ガスＯ2 濃度の最終目標値Ｏ2sを演算し、排ガス
Ｏ2 濃度調節手段２４に導入する構成である。
【００５４】従って、この装置によれば、排ガスＣＯ検
出器４１で検出した排ガスＣＯ濃度を取り込み、排ガス
ＣＯ濃度調節手段４２にて排ガスＣＯ濃度測定値とＣＯ
濃度設定値との偏差を得た後、この偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算を実行して調節出力信号
Ｙn を得、比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数変換手段４３では、 δ＝１＋ｋ｛（Ｙn −５０）／５０｝ ……（７）
出器４１で検出した排ガスＣＯ濃度を取り込み、排ガス
ＣＯ濃度調節手段４２にて排ガスＣＯ濃度測定値とＣＯ
濃度設定値との偏差を得た後、この偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算を実行して調節出力信号
Ｙn を得、比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数変換手段４３では、 δ＝１＋ｋ｛（Ｙn −５０）／５０｝ ……（７）
【００５５】なる演算式に基づき、調節出力信号Ｙn の
５０％出力時を１とする比率係数δに変換し、前記排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2s′にかかる比率係数δを乗じて修
正制御することにより、排ガスＣＯ濃度を所定値に制御
し、省エネルギーおよび環境保全特性を改善することが
できる。
５０％出力時を１とする比率係数δに変換し、前記排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2s′にかかる比率係数δを乗じて修
正制御することにより、排ガスＣＯ濃度を所定値に制御
し、省エネルギーおよび環境保全特性を改善することが
できる。
【００５６】さらに、請求項４に係わる発明の一実施例
について図４を参照して説明する。この制御装置は、請
求項３に係わる発明と同様に、排ガスＯ2 濃度よりも燃
焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に残存する可燃
成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2 濃度調節の設
定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に制御するとと
もに、空気過剰率設定値に比例してＯ2 濃度調節のゲイ
ンを修正することにある。
について図４を参照して説明する。この制御装置は、請
求項３に係わる発明と同様に、排ガスＯ2 濃度よりも燃
焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に残存する可燃
成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2 濃度調節の設
定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に制御するとと
もに、空気過剰率設定値に比例してＯ2 濃度調節のゲイ
ンを修正することにある。
【００５７】この制御装置は、具体的には、排ガスＣＯ
濃度検出器４１で検出した加熱炉１の排ガスＣＯ濃度測
定値を排ガスＣＯ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ
設定値との偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲
内に入るように調節演算を実行して調節出力信号Ｙn を
得、これを比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数演算手段４３では、前記（７）式の演算を行って修
正比率δを求めた後、これを乗算手段４４に導き、この
修正比率δを排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2s′に乗算し、当
該排ガスＯ２濃度目標値Ｏ2s′を修正した排ガスＯ2 濃
度目標値Ｏ2sを求める。
濃度検出器４１で検出した加熱炉１の排ガスＣＯ濃度測
定値を排ガスＣＯ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ
設定値との偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲
内に入るように調節演算を実行して調節出力信号Ｙn を
得、これを比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数演算手段４３では、前記（７）式の演算を行って修
正比率δを求めた後、これを乗算手段４４に導き、この
修正比率δを排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2s′に乗算し、当
該排ガスＯ２濃度目標値Ｏ2s′を修正した排ガスＯ2 濃
度目標値Ｏ2sを求める。
【００５８】そして、この排ガスＯ2 濃度目標値を排ガ
スＯ2 濃度調節手段３１に導入し、排ガスＯ2 濃度の調
節演算を実行する。さらに、排ガスＯ2 濃度調節手段３
１の調節演算出力に空気過剰率設定値演算手段２２の空
気過剰率設定値を乗算し、空気過剰率設定値に比例して
排ガスＯ2 濃度調節のゲインを自動修正することによ
り、限界としての省エネルギー、環境保全を実現し、か
つ、燃焼量の全域にわたって制御性を改善することがで
きる。
スＯ2 濃度調節手段３１に導入し、排ガスＯ2 濃度の調
節演算を実行する。さらに、排ガスＯ2 濃度調節手段３
１の調節演算出力に空気過剰率設定値演算手段２２の空
気過剰率設定値を乗算し、空気過剰率設定値に比例して
排ガスＯ2 濃度調節のゲインを自動修正することによ
り、限界としての省エネルギー、環境保全を実現し、か
つ、燃焼量の全域にわたって制御性を改善することがで
きる。
【００５９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。上記実施例では、単純並列カスケード燃焼
制御方式について適用したが、他の燃焼制御方式、例え
ばシングルクロスリミット燃焼制御方式やダブルクロス
リミット燃焼制御方式その他の燃焼制御方式でも同様に
適用できることは言うまでもない。
のではない。上記実施例では、単純並列カスケード燃焼
制御方式について適用したが、他の燃焼制御方式、例え
ばシングルクロスリミット燃焼制御方式やダブルクロス
リミット燃焼制御方式その他の燃焼制御方式でも同様に
適用できることは言うまでもない。
【００６０】また、上記実施例では、専焼の場合に適用
した例について述べたが、燃焼量を表す指標として実測
燃料流量または目標燃料流量としたが、混燃の場合には
熱量目標値または燃料流量から計算した実熱量を燃焼量
を表す指標としてもよい。また、上記実施例は、加熱炉
出口温度の燃焼制御装置に適用した例について述べた
が、これに限らずボイラ燃焼制御装置などの各種燃焼炉
の燃焼制御装置についても同様に適用できる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
できる。
した例について述べたが、燃焼量を表す指標として実測
燃料流量または目標燃料流量としたが、混燃の場合には
熱量目標値または燃料流量から計算した実熱量を燃焼量
を表す指標としてもよい。また、上記実施例は、加熱炉
出口温度の燃焼制御装置に適用した例について述べた
が、これに限らずボイラ燃焼制御装置などの各種燃焼炉
の燃焼制御装置についても同様に適用できる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
できる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。
のような種々の効果を奏する。
【００６２】請求項１の発明は、燃焼量が変化しても、
排ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御とが競合すること
なく、燃焼量の変化に対応しながら応答の速い発煙しな
い排ガスＯ2 濃度の制御を行うことができる。
排ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御とが競合すること
なく、燃焼量の変化に対応しながら応答の速い発煙しな
い排ガスＯ2 濃度の制御を行うことができる。
【００６３】次に、請求項２の発明においては、燃焼量
の変化に伴う空気過剰率設定値の変化に比例して排ガス
Ｏ2 濃度制御のゲインを自動修正することにより、制御
性の大幅な改善を図ることができる。
の変化に伴う空気過剰率設定値の変化に比例して排ガス
Ｏ2 濃度制御のゲインを自動修正することにより、制御
性の大幅な改善を図ることができる。
【００６４】さらに、請求項３の発明においては、燃焼
状態の最終的評価指数である排ガスＣＯ濃度制御を付加
することにより、限界に近い応答性および制御性の高い
排ガス制御を実現できる。
状態の最終的評価指数である排ガスＣＯ濃度制御を付加
することにより、限界に近い応答性および制御性の高い
排ガス制御を実現できる。
【００６５】さらに、請求項４の発明では、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガス中に
存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加し、かつ、燃焼
量に応じてゲイン修正を加えることにより、より限界に
近い応答性および制御性の高い排ガス制御を実現でき
る。
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガス中に
存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加し、かつ、燃焼
量に応じてゲイン修正を加えることにより、より限界に
近い応答性および制御性の高い排ガス制御を実現でき
る。
【００６６】従って、今、現在、化石燃料の燃焼に伴う
環境保全と省エネルギーの問題が社会，経済や国家の枠
組みを越えて世界的レベルの問題となっているが、本装
置を適用することにより、産業界に大きく貢献できると
確信する。
環境保全と省エネルギーの問題が社会，経済や国家の枠
組みを越えて世界的レベルの問題となっているが、本装
置を適用することにより、産業界に大きく貢献できると
確信する。
【図１】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項１
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図２】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項２
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図３】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項３
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図４】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項４
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図５】従来の制御装置の構成図。
【図６】燃焼量と排ガスＯ2濃度との関係を関数化した
図。
図。
１…加熱炉（燃焼装置）、５…温度検出器、６…温度調
節手段、８…燃料流量調節手段、９…燃料流量検出器、
１１…係数手段、１３…乗算手段、１４…空気流量調節
手段、１５…空気流量検出器、２１…Ｏ2 濃度目標値変
換手段、２２…空気過剰率設定値演算手段、２３…排ガ
スＯ2 検出器、２４…排ガスＯ2 濃度調節手段、２５…
比率係数演算手段、２６…乗算手段、３１…速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段、３２…ゲイン修正手段、４１…排
ガスＣＯ検出器、４２…排ガスＣＯ濃度調節手段、４３
…比率係数演算手段、４４…乗算手段。
節手段、８…燃料流量調節手段、９…燃料流量検出器、
１１…係数手段、１３…乗算手段、１４…空気流量調節
手段、１５…空気流量検出器、２１…Ｏ2 濃度目標値変
換手段、２２…空気過剰率設定値演算手段、２３…排ガ
スＯ2 検出器、２４…排ガスＯ2 濃度調節手段、２５…
比率係数演算手段、２６…乗算手段、３１…速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段、３２…ゲイン修正手段、４１…排
ガスＣＯ検出器、４２…排ガスＣＯ濃度調節手段、４３
…比率係数演算手段、４４…乗算手段。
Claims (4)
- 【請求項１】 燃焼装置の検出制御量と目標値との偏差
が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積
分、Ｄ：微分）調節演算を行って燃焼指令信号を得た
後、この燃焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量
制御系に与え、また前記燃料指令信号を理論空気流量に
変換した後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量
目標値として空気流量制御系に与え、これら燃料流量目
標値および空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御
系および前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に
供給する燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装
置において、 予め関数化または係数が設定され、燃焼負荷を表す実測
燃料流量または燃料流量目標値に前記関数または係数を
乗算して排ガスＯ2濃度目標値を求める排ガスＯ2濃度目
標値変換手段と、 この排ガスＯ2濃度目標値変換手段で得られた排ガスＯ2
濃度目標値から空気過剰率設定値を演算する空気過剰率
設定値演算手段と、前記排ガスＯ2濃度目標値変換手段から送られてくる前
記 排ガスＯ2濃度目標値と前記燃焼装置の排ガスＯ2濃度
測定値との偏差が零となるように調節演算を実行する排
ガスＯ2濃度調節手段と、 この排ガスＯ2濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する比率係数演算手段と、 この比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修
正する空気過剰率設定値修正手段とを備え、この空気過
剰率設定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空
気目標値を得ることを特徴とする排ガス濃度制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の排ガス濃度制御装置にお
いて、前記排ガスＯ2濃度調節手段の出力側に、当該排
ガスＯ2濃度調節手段によって得られる調節演算出力に
前記空気過剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率
設定値を乗算するゲイン修正手段を付加し、この空気過
剰率設定値に比例して前記排ガスＯ2濃度調節手段のゲ
インを修正することを特徴とする排ガス濃度制御装置。 - 【請求項３】 燃焼装置の検出制御量と目標値との偏差
が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積
分、Ｄ：微分）調節演算を行って燃焼指令信号を得た
後、この燃焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量
制御系に与え、また前記燃料指令信号を理論空気流量に
変換した後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量
目標値として空気流量制御系に与え、これら燃料流量目
標値および空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御
系および前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に
供給する燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装
置において、 予め関数化または係数が設定され、燃焼負荷を表す実測
燃料流量または燃料流量目標値に前記関数または係数を
乗算して排ガスＯ2濃度目標値を求める排ガスＯ2濃度目
標値変換手段と、 この排ガスＯ2濃度目標値変換手段で求めた排ガスＯ2濃
度目標値から空気過剰率設定値を演算する空気過剰率設
定値演算手段と、 前記燃焼装置の排ガスＣＯ（一酸化炭素）濃度を測定す
る排ガスＣＯ濃度測定手段と、 この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガスＣＯ濃度測定
値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範
囲内に入るように調節演算する排ガスＣＯ濃度調節手段
と、 この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する第１の比率係数演算手段と、 この第１の比率係数演算手段の出力と前記排ガスＯ2濃
度目標値変換手段から送られてくる排ガスＯ2濃度目標
値とを乗算し排ガスＯ2濃度の最終目標値を求める乗算
手段と、 この乗算手段で得られる最終目標値と前記燃焼装置の排
ガスＯ2濃度測定値との偏差が零となるように調節演算
を実行する排ガスＯ2濃度調節手段と、 この排ガスＯ2濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する第２の比率係数演算手段と、 この第２の比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過
剰率設定値演算手段から出力される前記空気過剰率設定
値を修正する空気過剰率設定値修正手段とを備え、この
空気過剰率設定値修正手段の出力と前記理論空気流量と
から空気流量目標値を得ることを特徴とする排ガス濃度
制御装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の排ガス濃度制御装置にお
いて、前記排ガスＯ2濃度調節手段の出力側に、当該排
ガスＯ2濃度調節手段によって得られる調節演算出力に
前記空気過剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率
設定値を乗算するゲイン修正手段を付加し、この空気過
剰率設定値に比例して前記排ガスＯ2濃度調節手段のゲ
インを修正することを特徴とする排ガス濃度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327954A JP3023255B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 排ガス濃度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4327954A JP3023255B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 排ガス濃度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06180116A JPH06180116A (ja) | 1994-06-28 |
| JP3023255B2 true JP3023255B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=18204873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4327954A Expired - Lifetime JP3023255B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 排ガス濃度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3023255B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013104837A1 (de) * | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Verbrennungsprozesssystemen |
| JP6135831B2 (ja) * | 2014-12-25 | 2017-05-31 | 富士電機株式会社 | 燃焼制御装置、燃焼制御方法および燃焼制御プログラム |
| CN109297314A (zh) * | 2017-07-25 | 2019-02-01 | 宝钢工程技术集团有限公司 | 应用于集中排烟式工业炉窑的精确控温装置 |
-
1992
- 1992-12-08 JP JP4327954A patent/JP3023255B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06180116A (ja) | 1994-06-28 |
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