JP3455389B2 - 外部燃焼式過熱器の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部燃焼式過熱器
の制御方法に関し、詳しくは、一次燃焼室に燃料と共に
一次燃焼用空気を供給するとともに、二次燃焼室に二次
燃焼用空気を供給して、燃焼器に供給される燃料を二段
燃焼させながら、蒸気過熱路内の蒸気を過熱して前記蒸
気過熱路出口の過熱蒸気の温度を調整する外部燃焼式過
熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、外部燃焼式過熱器においては、図
１０に示すように、燃焼室１からの燃焼ガス流路に蒸気
過熱路１０の接触伝熱部１１を配置して、前記燃焼室１
に備えた燃焼器４への燃料供給路５に供給する燃料供給
量を調節する過熱器制御装置Ｃを設けて、前記燃焼室１
からの燃焼排ガスに接する蒸気過熱路１０の接触伝熱部
１１を介して焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気を過熱する
ように構成され、前記燃焼室１には燃焼器４に燃料供給
路５からの天然ガス等のガス燃料が供給され、同時に空
気供給路６から燃焼用空気が供給され、前記過熱器制御
装置Ｃの燃焼用空気調整手段３０によって全空気調整弁
３０ａを調節するように構成してある。そして、燃焼ガ
ス流路出口１４から分岐する排ガス循環路１５を備え、
循環ブロワ１６によって燃焼ガスの一部を循環して、前
記燃焼室１の周壁２に沿って流れる冷却ガスとして冷却
ガス流路２２を通じて再び前記燃焼室１に送り込まれる
ようにして、前記周壁を過熱から保護する冷却機構２ａ
を設けている。

【０００３】また、燃焼ガス温度を極力高くする目的
で、空気による火炎の冷却を避けるために過剰空気率を
極力低くし、且つ空気予熱器１７で燃焼用空気に排ガス
の熱を回収し、さらに攪拌用ガスとして前記排ガス循環
路１５からの循環排ガスの一部を拡散ガス流路２３を通
じて一次燃焼室１Ａの出口に吹き込んで、前記一次燃焼
室１Ａからの未燃ガスを残余の酸素と接触させて完全燃
焼させることを図っている。このために、二次燃焼室１
Ｂの入口に拡散機構３を設けて、前記拡散ガス流路２３
からの循環排ガスによる攪拌効果をさらに高めるように
してある。

【０００４】さらに、蒸気供給路２４を経て廃熱ボイラ
から供給される蒸気量が低下した場合に過熱蒸気温度が
高くなり過ぎることを防止するために、水添加機構１３
を構成する水供給機構１３Ａから蒸気過熱路１０の接触
伝熱部１１内の蒸気にその乾き度が低下しすぎない範囲
で水を添加し、さらに出口蒸気検出手段２１の温度検出
部２１ａで温度が必要以上に上昇したことを検出する
と、前記水添加機構１３の他の構成要素である前記蒸気
過熱路１０に備える減温機構１３Ｂから前記蒸気過熱路
１０内の蒸気にさらに水を添加して後続の接触伝熱部１
１の出口過熱蒸気温度を低下させるように構成してあ
る。

【０００５】上記過熱器Ｓにおいては、蒸気供給路２４
に配置した入口蒸気検出手段２０の温度検出部２０ａで
検出する廃熱ボイラからの供給蒸気の温度と、流量検出
部２０ｂで検出する供給蒸気量に基づき前記過熱器制御
装置Ｃに備える燃焼入熱量調整手段３１により前記ガス
燃料の供給量を設定し、燃料供給路５に設けられた燃料
調整弁３１ａを調節して前記設定した供給量に前記ガス
燃料の供給量を制御するようにしてあり、前記燃焼用空
気調整手段３０では、前記燃料調整弁３１ａの調節に連
動して全空気調整弁３０ａをＰＩＤ制御して前記燃焼用
空気の供給量を調節している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の外部燃焼式
過熱器の制御方法においては、蒸気供給路２４を経て廃
熱ボイラから供給される蒸気量が低下した場合、即ち、
入口蒸気検出手段２０の流量検出部２０ｂで入口蒸気の
流量低下を検出した場合に、蒸気過熱路１０内の蒸気が
異常に上昇することがあり、燃焼器４への燃料供給量を
減少すると同時に、過剰空気の供給により燃焼ガス温度
を低下させるようにして対策を講じているが、過剰空気
により燃焼ガスを希釈して冷却しても、炉内の温度が急
激に低下することはないので、炉内の熱輻射の影響で接
触伝熱部１１の管路への輻射伝熱が残り、この炉内の熱
輻射による輻射伝熱が制御の応答遅れを招き、異常に上
昇した過熱蒸気温度を急速に低下させることが困難とな
る。また、燃焼ガス温度を低下させることは、熱伝達に
関しては燃料供給量を低下させることと同様の結果を招
き、燃料の効率を低下させることになる。しかも、入口
蒸気の流量に燃焼ガス温度を合わせれば、過熱蒸気の温
度が異常に上昇することは防止できるものの、前記入口
蒸気の流量に見合う入熱量以上の熱量を蒸気過熱路内の
蒸気に伝達することができず、水を蒸気過熱路に添加し
て低下した蒸気量を補うことができないという問題もあ
り、さらに過剰空気を供給することにより排ガス量が増
加し、排ガスの持ち出す顕熱に由来する熱損失の増大を
招くという問題を生ずる。

【０００７】また、前記出口蒸気検出手段２１の温度検
出部２１ａで温度の必要以上の上昇を検出すると、前記
減温機構１３Ｂから蒸気過熱路１０内の蒸気にさらに水
を添加して過熱蒸気温度を低下させるようにしている
が、前記水添加機構１３は制御応答が速く、下流側の接
触伝熱部１１に供給される蒸気の温度を即時低下させる
が、前記燃料供給量の減少或いは空気過剰率の増加は、
炉内全体に影響を及ぼすとともに、過熱器内の熱的慣性
が大きいことから、前記下流側の接触伝熱部１１内の蒸
気の過熱温度に制御応答に遅れを生じやすいので、これ
らの制御動作の整合を図ることが困難であるという問題
を有している。そこで、本発明は、上記の問題点を解決
し、熱効率の低下を招くことを回避しながら、相互に制
御応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部
燃焼式過熱器の制御方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕上記の目的のための本発明の外部燃焼
式過熱器の制御方法の第１特徴構成は、請求項１に記載
の如く、蒸気過熱路の一部を、一次燃焼室の周壁に沿っ
て配置した輻射伝熱部で構成し、前記蒸気過熱路入口の
蒸気の流量と温度を検出する入口蒸気検出手段と、前記
燃焼器への燃料供給量に対応して所定空気比に燃焼用空
気供給量を設定する燃焼用空気調整手段と、前記蒸気過
熱路出口の蒸気温度を検出する出口蒸気検出手段とを設
けて、前記入口蒸気検出手段の検出結果に基づき前記燃
焼器への燃料供給量を決定するとともに、前記一次燃焼
用空気の供給量を前記燃料供給量に対する理論空気量よ
りも少なくして火炎の輝度を高めながら、前記出口蒸気
検出手段の検出結果に基づき、その検出結果の所定温度
に対する高低に対して、前記燃焼用空気量のうちの前記
一次燃焼用空気の供給量を増減し、前記輻射伝熱部への
輻射伝熱量を調整して、前記蒸気過熱路出口の過熱蒸気
の温度を調整する点にある。 〔第１特徴構成の作用効果〕上記第１特徴構成によれ
ば、熱効率の低下を招くことを回避しながら、蒸気量或
いは蒸気温度の変動に対しての過渡応答に際しての各操
作量の応答速度の差を小さくして、制御応答の整合を図
れるようになる。つまり、一次燃焼室の周壁に配置した
輻射伝熱部への輻射熱伝達は制御応答が速く、例えば蒸
気過熱路内の蒸気に水を添加した場合にもその急速な蒸
気量の変動及び蒸気温度の変動、即ち所要熱量の変動に
対しても、総入熱量は燃料供給量の変化で対応し、蒸気
過熱路出口に至るまでの時間内に対処すればよく、前記
蒸気過熱路出口の温度の変化に対しては、一次燃焼用空
気の供給量を調節して火炎の輝度を変化させることで即
応できるようになる。これは、一次燃焼条件が理論空気
比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を維持
できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しないこと
から、輻射伝熱量は殆ど火炎の輝度の変化に依存して変
化することによるものである。具体的に説明すれば、出
口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が低下した場合に
は、一次空気量を減量すれば、一次空気による火炎の冷
却を抑制する結果、ほぼ同等の燃焼発熱量の減少と相殺
して火炎の温度は変化しないのである。また、逆に、前
記出口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が上昇した場合
には、一次空気量を増量すれば、一次空気による火炎を
さらに冷却するようになる結果、ほぼ同等の燃焼発熱量
の増大と相殺して火炎の温度は変化しないのである。従
って、入熱量の所要入熱量からの偏差を抑制しながら、
出口過熱蒸気温度を制御することが可能になり、燃焼と
熱伝達との間の整合を維持できるようになる。その結
果、熱効率の低下を招くことを避けながら、相互に制御
応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部燃
焼式過熱器の制御が可能となった。

【０００９】〔第２特徴構成及び作用効果〕尚、本発明
の外部燃焼式過熱器の制御方法の第２特徴構成は、請求
項２に記載の如く、前記第１特徴構成における燃焼ガス
流路出口の排ガス中の酸素濃度に基づき、前記酸素濃度
の増減に対して、燃焼用空気調整手段の設定量に対して
燃焼用空気供給量を減増するように調整する点にあり、
これによって、出口過熱蒸気温度を所定の温度に維持し
ながら、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度を所定
濃度に維持できるようになる。従って、燃料の完全燃焼
を確実に達成することが可能となり、一酸化炭素の排出
を抑制できるようになる。つまり、上述のように、理論
空気比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を
維持できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しない
ことから、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度の増
減に対して燃焼用空気の量を減増しても蒸気過熱路内の
蒸気への熱伝達量が大きく変化することはなく、排ガス
中の酸素濃度が所定濃度より高い場合に燃焼用空気の供
給量を減少しても、一次空気量を別途制御してあれば出
口過熱蒸気温度の制御に影響を及ぼすような不都合はな
い。従って、燃焼室における燃焼条件を蒸気過熱の制御
に対してほぼ独立して制御できるようになる。その結
果、燃料の熱効率の低下を回避しながら制御手順の複雑
化を招かず、相互に制御応答の整合を図りつつ、燃焼条
件を好適に維持して、排ガス中の一酸化炭素濃度を低減
できる外部燃焼式過熱器の制御が可能となった。

【００１０】

【発明の実施の形態】上記本発明の外部燃焼式過熱器の
制御方法の実施の形態の一例について、以下に、図面を
参照しながら説明する。尚、前記従来の技術において説
明した要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に
関しては、先の図１０に付したと同一の符号を付し、詳
細の説明の一部は省略する。外部燃焼式過熱器Ｓは、模
式的に図１に示すように、燃焼室１からの燃焼ガス流路
に蒸気過熱路１０の接触伝熱部１１を配置するととも
に、前記接触伝熱部１１の下方に、上下方向姿勢に並設
された輻射伝熱部１２を構成する複数の竪型伝熱管１２
ｃを、前記燃焼室１の上下全長にわたって配置してあ
る。前記複数の竪型伝熱管１２ｃには、環状に形成され
前記接触伝熱部１１に流路接続された分配管１２ａから
蒸気が供給され、同様に環状に形成された集合管１２ｂ
で前記複数の竪型伝熱管１２ｃの上端部から一括して蒸
気路に過熱蒸気を供給するように構成して竪型輻射伝熱
管群１２Ａを構成してある。前記分配管１２ａの蒸気入
口側を前記接触伝熱部１１の蒸気出口側に流路接続して
蒸気過熱路１０を構成するとともに、前記接触伝熱部１
１の入口に焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気供給路２４を
接続し、前記集合管１２ｂ出口に発電装置への蒸気路を
接続してある。

【００１１】前記接触伝熱部１１は、前記二次燃焼室１
Ｂ上方の燃焼ガス流路に、前記燃焼室１からの燃焼ガス
に接触可能に配置してあり、前記竪型伝熱管１２ｃを複
数上下姿勢で前記周壁２に沿って連設配置してあり、前
記分配管１２ａの蒸気入口側を前記接触伝熱部１１の蒸
気出口側に流路接続した蒸気過熱路１０に、流路内の蒸
気に水を添加する水添加機構１３を配置してある。前記
接触伝熱部１１の蒸気入口側が蒸気供給路２４に接続さ
れて、蒸気過熱路１０の蒸気入口１０ａとなり、前記集
合管１２ｂの蒸気出口側が蒸気過熱路１０の過熱蒸気出
口１０ｂとなる。尚、上記複数の竪型伝熱管１２ｃは、
周壁２の内面と離間して配置してあってもよく、また、
メブレンウォールに形成して、前記周壁２を冷却する蒸
気冷却壁を構成するように配置してあってもよい。

【００１２】前記燃焼室１は、通常は燃料を不足空気燃
焼させる一次燃焼室１Ａと、その上方に配置した前記一
次燃焼室１Ａからの燃焼ガスに二次空気を供給して完全
燃焼させる二次燃焼室１Ｂとで構成してある。前記一次
燃焼室１Ａには、供給される天然ガス等のガス燃料と空
気とを混合して着火し、前記一次燃焼室１Ａ内で燃焼火
炎を形成させる燃焼器４が設けられており、前記燃焼器
４には、燃料供給路５と一次空気路７とが接続されてい
る。前記一次空気路７は、空気供給路６に前記過熱器制
御装置Ｃに備える輝炎燃焼制御部３２によって調節する
一次空気調整弁３２ａを介して接続されており、前記空
気供給路６の全空気調整弁３０ａと前記一次空気調整弁
３２ａとの間から二次空気路８を分岐して、前記一次燃
焼室１Ａと前記二次燃焼室１Ｂとの境界部に二次空気を
供給するように構成してある。こうして燃焼用空気の総
量を、前記決定された所要空気量に合わせて前記全空気
調整弁３ａで調節し、前記輝炎燃焼制御部３２によって
燃焼火炎を輝炎化するために設定された不足空気比に合
わせて前記一次空気調整弁３２ａによって一次空気量を
調節するように構成してある。前記空気供給路６には押
込送風機構９から燃焼用空気が供給される。

【００１３】前記二次燃焼室１Ｂの出口部には、燃焼ガ
ス温度を検出する燃焼ガス温度検出手段１８を設けてあ
り、燃焼ガス流路出口１４に燃焼ガス流路からの排ガス
の温度を検出する温度検出部１９ａと排ガスの流量を検
出する流量検出部１９ｂとを備える排ガス検出手段１９
を設けてある。また、前記蒸気入口１０ａに入口蒸気の
温度を検出する温度検出部２０ａと流量を検出する流量
検出部２０ｂとを備えた入口蒸気検出手段２０を設け、
前記過熱蒸気出口１０ｂからの出口過熱蒸気の温度を検
出する温度検出部２１ａを備える出口蒸気検出手段２１
を設けてある。そして、前記燃焼ガス温度検出手段１８
と前記排ガス検出手段１９と前記入口蒸気検出手段２０
と前記出口蒸気検出手段２１とからの入力に基づいて、
前記燃焼器４への燃料供給量を前記燃料調整弁３１ａで
調節するように燃焼入熱量調整手段３１を前記過熱器制
御装置Ｃに設けてある。

【００１４】前記燃焼制御装置Ｃは、前記水添加機構１
３を制御するようにも構成してあり、さらに、前記燃焼
器４に供給する燃料供給量に対して、空気の供給量を調
節する燃焼用空気調節手段３０を備えており、前記燃焼
用空気調節手段３０は、一次空気調整弁３２ａを調節し
て前記燃焼器４に供給する一次空気量を調整して、一次
燃焼火炎から前記竪型伝熱管１２ｃへの輻射伝熱量を調
整する輝炎燃焼制御部３２を備えており、さらに、前記
排ガス検出手段１９には、燃焼ガス流路出口１４に設け
られた排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度測定手段
１９ｃを備えており、前記燃焼用空気調節手段３０で
は、検出した酸素濃度を基に、排ガス中の酸素濃度を所
定濃度に維持するように前記全空気調整弁３０ａの開度
を再補正するように構成してある。

【００１５】前記過熱器制御装置Ｃによる上述の外部燃
焼式過熱器Ｓの制御は、例えば図２にブロック流れ図を
示すように、以下のように行われる。先ず、前記過熱器
制御装置Ｃの燃焼入熱量調整手段３１では、入口蒸気検
出手段２０の温度検出手段２０ａで検出した入口蒸気の
温度と、流量検出手段２０ｂで検出した流量の入力を受
けて、蒸気過熱路出口１０ｂの出口蒸気条件を満足する
ための所要熱量を算出し、燃料供給量を設定する。これ
と同時に、設定した燃料供給量を燃焼用空気調節手段２
０に入力して、所定の空気過剰率に対応する燃焼用空気
供給量を初期設定するとともに、設定した燃料供給量
を、前記燃焼用空気調節手段２０の輝炎燃焼制御部３２
に入力して、予め設定してある不足空気率に対応する一
次空気供給量を初期設定する〈ステップ＃１〉。尚、検
出した入口蒸気の流量が少ないときは、所要水添加量を
算出し、水添加機構１３から蒸気過熱路１０内部の蒸気
への水の添加量を調整する。

【００１６】次に、燃焼ガス温度検出手段１８の検出す
る燃焼室１出口の出口燃焼ガス温度を前記燃焼用空気調
節手段２０に入力して、出口燃焼ガス温度を基準燃焼ガ
ス温度（例えば９００℃）に維持するように、初期設定
された燃焼用空気供給量を必要に応じて補正設定する
〈ステップ＃２〉。

【００１７】また、前記燃焼用空気調節手段３０の輝炎
燃焼制御部３２に出口蒸気検出手段２１の温度検出部２
１ａで検出した出口過熱蒸気温度を前記輝炎燃焼制御部
３２に入力して、出口過熱蒸気温度を設定出口蒸気温度
（例えば５００℃）に維持するよう一次燃焼室１Ａにお
ける火炎の輝度を調節するために所要の不足空気率を算
出し、設定された一次空気供給量を必要に応じて補正設
定する〈ステップ＃３〉。

【００１８】さらに、燃焼ガス路出口１４に設けた酸素
濃度測定手段３０ｂで検出した排ガス中の酸素濃度を前
記燃焼用空気調節手段２０に入力して、検出した排ガス
中酸素濃度を所定酸素濃度範囲内に維持するために、必
要に応じて補正された燃焼用空気供給量を必要に応じて
再補正する〈ステップ＃４〉。さらに必要があれば、排
ガス検出手段１９の温度検出部１９ａで検出する排ガス
の温度に基づき、設定された燃料供給量及び必要に応じ
て再補正された燃焼用空気供給量をさらに補正設定す
る。

【００１９】上記〈ステップ＃１〉で設定され、或いは
必要に応じて補正設定された燃料供給量に基づき、前記
燃焼入熱量調整手段３１で燃料調整弁３１ａの開度を調
節する〈ステップ＃５〉。

【００２０】上記〈ステップ＃１〉で設定され、或いは
〈ステップ＃２〉又は〈ステップ＃４〉で必要に応じて
補正設定或いは再補正設定された燃焼用空気供給量に基
づき、前記燃焼用空気調節手段３０で全空気調整弁３０
ａの開度を調節する〈ステップ＃６〉。

【００２１】上記〈ステップ＃１〉で設定され、或いは
〈ステップ＃３〉で必要に応じて補正設定された一次空
気供給量に基づき、前記輝炎燃焼制御部３２で一次空気
調整弁３２ａの開度を調節する〈ステップ＃７〉。その
後上記〈ステップ＃１〉に戻り、以上の〈ステップ＃
１〉から〈ステップ＃７〉を繰り返す。尚、前記全空気
調整弁３０ａの調整は、前記燃焼器４への燃料供給量を
検出する流量計５ａの検出結果に基づき比例制御するよ
うにしてある。また、〈ステップ＃４〉における燃焼用
空気供給量の補正設定は、燃焼ガス路出口１４に設けた
酸素濃度測定手段３０ｂで検出した排ガス中の酸素濃度
に基づき、排ガス中の酸素濃度を７〜９程度に維持し
て、燃料の完全燃焼を図り、排ガス中の一酸化炭素の排
出を抑制するようにしたものである。

【００２２】上述の構成の外部燃焼式過熱器において
は、前記燃焼制御装置Ｃによる制御に対する燃焼ガス温
度及び排ガス温度に関しての制御応答特性が改善され、
出口過熱蒸気温度の制御遅れが抑制され、全体の制御の
整合が図れた結果、静定の速い過熱器の制御方法が実現
できた。尚、最終過熱段を竪型輻射伝熱管群１２Ａで構
成する輻射伝熱部１２に形成した結果、水添加機構１３
からの水の添加量が過剰になって、前記竪型輻射伝熱管
群１２Ａに供給される蒸気が湿り蒸気になっても問題な
く過熱蒸気を発生でき、殊に、水分が多くなって分配管
２ａ内に水が溜まり、竪型伝熱管１２ｃに水位が生じて
も、前記竪型輻射伝熱管群１２Ａは蒸発管として機能す
るようになり、前記竪型伝熱管１２ｃ内の水を蒸発さ
せ、過熱蒸気として集合管１２ｂで回収して過熱蒸気出
口１０ｂから発電装置への蒸気路に供給することが可能
である。しかも、前記竪型伝熱管１２ｃの管路断面積を
他の蒸気流路よりも大きく出来るので、蒸気流速を低下
させることができる結果、単位容積当たりの伝熱量を高
く維持することが可能で、さらに蒸気の湿りに起因する
エロージョンの発生も防止できる。

【００２３】上記図２に示したブロック流れ図の詳細に
ついて説明すると、〈ステップ＃１〉の制御量の設定
は、図３に示すように以下の手順で行う。先ず、蒸気過
熱路１０の蒸気入口１０ａに設けた温度検出手段２０ａ
と流量検出手段２０ｂで廃熱ボイラからの蒸気の入口蒸
気温度と入口蒸気流量とを検出する〈ステップ＃１−
１〉。次いで、検出した入口蒸気温度と入口蒸気流量と
を燃焼入熱量調整手段３１に入力して、蒸気過熱路１０
で所定温度にまで入口蒸気を過熱するのに必要とする熱
量を算出し、算出結果に基づき燃焼器４への燃料供給量
を設定する〈ステップ＃１−２〉。次いで、前記設定さ
れた燃料供給量を燃焼用空気調節手段３０に入力して、
予め設定してある基準空気比に基づき、燃焼用空気供給
量を設定する〈ステップ＃１−３〉。同時に、〈ステッ
プ＃１−２〉で設定した燃料供給量を輝炎燃焼制御部３
２に入力して、予め設定された設定比率に基づき前記燃
料供給量に対しての一次空気供給量を設定する〈ステッ
プ＃１−４〉。以上で、制御量の初期設定を終了する。

【００２４】次に、〈ステップ＃２〉の燃焼用空気供給
量の補正は、図４に示すように以下の手順で行う。先
ず、燃焼ガス温度検出手段１８で二次燃焼室１Ｂ出口の
出口燃焼ガス温度を検出し〈ステップ＃２−１〉、検出
した燃焼ガスの温度を前記燃焼用空気調節手段３０に入
力して、予め設定した基準燃焼ガス温度と比較する〈ス
テップ＃２−２〉。前記燃焼用空気調節手段３０では、
比較結果に基づき、出口燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガ
ス温度よりも低い場合には、前記〈ステップ＃２〉で燃
焼用空気調節手段３０の設定した燃焼用空気供給量を減
量補正設定し〈ステップ＃２−３．１〉、出口燃焼ガス
温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合には、設定
された燃焼用空気供給量を増量補正設定する〈ステップ
＃２−３．２〉。尚、上記増減補正量は、出口燃焼ガス
温度の基準燃焼ガス温度に対する偏差に基づき算定す
る。以上で、燃焼用空気供給量の補正を終了する。

【００２５】さらに、〈ステップ＃３〉の一次空気供給
量の補正は、図５に示すように以下の手順で行う。先
ず、前記過熱蒸気出口１０ａに設けた温度検出手段２１
ａを備える出口蒸気検出手段２１で出口過熱蒸気温度を
検出し〈ステップ＃３−１〉、検出した出口過熱蒸気温
度を前記燃焼用空気調節手段３０に入力して、予め設定
された設定出口蒸気温度と比較する〈ステップ＃３−
２〉。前記輝炎燃焼制御手段３２では、比較結果に基づ
き、前記輝炎燃焼制御部３２で一次燃焼空気の不足率の
所要変化量を算出して、出口過熱蒸気温度が前記設定出
口蒸気温度よりも低い場合には、算出結果に基づき前記
一次空気供給量を減量補正設定し〈ステップ＃３−３．
１〉、検出した出口過熱蒸気温度が前記設定出口温度よ
りも高い場合には、算出結果に基づき前記一次空気供給
量を増量補正設定する〈ステップ＃３−３．２〉。尚、
上記増減補正量は、出口過熱蒸気温度の前記設定出口温
度に対する偏差に基づき算定する。以上で、一次空気供
給量の補正を終了する。

【００２６】そして、〈ステップ＃４〉の燃焼用空気供
給量の再補正は、図６に示すように以下のような手順で
行う。先ず、過熱器Ｓの燃焼ガス流路出口１４に設けら
れた排ガス検出手段１９の酸素濃度測定手段１９ｃで排
ガス中の酸素濃度を検出して〈ステップ＃４−１〉、検
出した排ガス中酸素濃度を、供給空気量調整手段３１に
入力して、予め設定された所定酸素濃度範囲と比較する
〈ステップ＃４−２〉。そして、検出した排ガス中酸素
濃度が前記所定酸素濃度範囲から逸脱する場合には、前
記燃焼用空気調節手段３０で燃焼用空気の所要再補正量
を算出する。そして、排ガス中酸素濃度が前記所定酸素
濃度範囲から低濃度側に逸脱する場合には、前記算出結
果に基づき前記〈ステップ＃２−３．１〉又は〈ステッ
プ＃２−３．２〉で必要に応じて補正を加えた燃焼用空
気供給量を、必要に応じてさらに減少補正設定し〈ステ
ップ＃４−３．１〉、前記検出した排ガス中酸素濃度が
前記所定酸素濃度範囲から高濃度側に逸脱する場合に
は、前記算出結果に基づき前記〈ステップ＃２−３．
１〉又は〈ステップ＃２−３．２〉で補正後の燃焼用空
気供給量をさらに増加補正設定する〈ステップ＃４−
３．２〉。以上で、燃焼用空気供給量の再補正を終了す
る。尚、上記再補正量は、排ガス中酸素濃度が前記所定
酸素濃度範囲から逸脱した量に基づき算出するが、前記
〈ステップ＃２−３．１〉又は〈ステップ＃２−３．
２〉での補正量を超えない範囲で再補正量を決定する。

【００２７】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。 〈１〉上記実施の形態に於いては、前記接触伝熱部１１
の下方に、上下方向姿勢に並設された複数の竪型伝熱管
１２ｃを輻射伝熱部１２として燃焼室１の上下全長にわ
たって備え、前記複数の竪型伝熱管１２ｃの下端部を分
配管１２ａで連結するとともに、前記複数の竪型伝熱管
１２ｃの上端部を集合管１２ｂで連結した竪型輻射伝熱
管群１２Ａで構成した外部燃焼式過熱器Ｓの制御に本発
明の制御方法を適用した例を示したが、制御対象の過熱
器Ｓは、上記の構成に限るものではなく、前記竪型伝熱
管１２ｃが一次燃焼室１Ａの周壁２のみに配置されてい
てもよく、前記輻射伝熱部１２が接触伝熱部１１を配置
した燃焼ガス流路をも包囲するように設けられたもので
あってもよく、例えば図７に示すように、２分割された
輻射伝熱部１２を備え、各輻射伝熱部１２を流路接続す
る蒸気過熱路１０に接触伝熱部１１を配置したものであ
ってもよい。これらの輻射伝熱部１２は、図７に示した
ように、一方の複数の竪型伝熱管１２ｃを一次燃焼室１
Ａに配置し、他方の複数の竪型伝熱管１２ｃを二次燃焼
室１Ｂと前記接触伝熱部１１とを囲繞して配置してあっ
てもよいが、一方の複数の竪型伝熱管１２ｃを一次燃焼
室１Ａと二次燃焼室１Ｂとからなる燃焼室１の周壁２に
沿って配置し、他方の複数の竪型伝熱管１２ｃを前記接
触伝熱部１１を囲繞して配置したものであってもよく、
一方の輻射伝熱部１２の複数の竪型伝熱管１２ｃは前記
一次燃焼室１Ａの周壁２に沿って配置され、他方の輻射
伝熱部１２の複数の竪型伝熱管１２ｃは前記二次燃焼室
１Ｂの周壁２に沿って配置されたものであってもよい。
前者或いは図７のように構成すれば、火炉の周壁が全て
蒸気冷却されるようになり、熱損失を低減できる。 〈２〉上記実施の形態に於いては、輻射伝熱部１２を竪
型輻射伝熱管群１２Ａで構成した例を示したが、例えば
図８に示すように、前記輻射伝熱部１２は、燃焼室１の
周壁２に沿って、配置された螺旋状の輻射伝熱管から構
成してあってもよく、また燃焼ガス流路をも包囲して配
置された螺旋状の輻射伝熱管から構成してあってもよ
く、さらに、前記螺旋状の輻射伝熱管が複数並設され、
上下を分配管及び集合管で流路接続されたものであって
もよい。また、一次空気路７に備えた一次空気調整弁３
２ａに代えて、図８に示したように、二次空気路８に二
次空気調整弁３２ｂを設けて、間接的に一次空気供給量
を制御するようにしてあってもよい。このような構成で
あっても、燃焼火炎からの輻射熱伝達を確実にすること
ができる。こうした構成によっても蒸気過熱路１０内の
蒸気に水が添加されて湿り度の高い蒸気となったとして
も充分にこれを蒸発させて過熱することが可能である。
尚、図８には輻射伝熱管の上端部から蒸気を供給し、下
端部を過熱蒸気出口１０ｂとしたが、このように螺旋状
の輻射伝熱管を使用すれば、輻射伝熱部１２の入口から
水を含む蒸気が供給されたとしても、螺旋状の輻射伝熱
管内を流下する間に管壁に接触して蒸発するので、前記
過熱蒸気出口１０ｂに凝縮水が至るおそれはない。ま
た、この輻射伝熱管は、二次燃焼室１Ｂにも配置されて
あってもよく、前記二次燃焼室１Ｂ及びその下流側の燃
焼ガス流路を包囲するように配置してあってもよい。こ
のように構成すれば、上記〈１〉の構成と同様に、熱損
失を低減できる。 〈３〉上記実施の形態に於いては、図２における〈ステ
ップ＃１〉から〈ステップ＃７〉に至る各ステップを順
次実行する例を示したが、例えば基準空気比が適正に設
定されており、且つ、〈ステップ＃２〉での補正が適正
範囲内であれば、〈ステップ＃４〉を省略しても排ガス
中の酸素濃度、一酸化炭素濃度を適正範囲内に維持する
ことが可能である。従って、前記〈ステップ＃４〉は省
略可能である。 〈４〉上記実施の形態に於いては、〈ステップ＃２〉に
おいて、図４に示したように、燃焼ガス温度検出手段１
８で二次燃焼室１Ｂ出口の出口燃焼ガス温度を検出し
〈ステップ＃２−１〉、検出した出口燃焼ガス温度と予
め設定した基準燃焼ガス温度と比較して〈ステップ＃２
−２〉、前記燃焼用空気調節手段３０で燃焼用空気の所
要再変化量を算出して、検出した出口燃焼ガス温度が前
記基準燃焼ガス温度よりも低い場合には前記燃焼用空気
供給量を減少補正設定し〈ステップ＃２−３．１〉、前
記燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合
には、前記算出結果により前記燃焼用空気供給量を増加
補正設定する〈ステップ＃２−３．２〉例を示したが、
前記〈ステップ＃１〉において同時に燃焼ガス温度を基
準燃焼ガス温度と比較するようにして、前記燃焼用空気
調節手段３０で所要燃焼用空気量を算出して、前記〈ス
テップ＃２〉を省略してもよい。 〈５〉上記実施の形態に於いては、図２に示した制御手
順で燃焼制御装置Ｃによって燃焼用空気供給量及び一次
空気量を調節する例を示したが、燃焼火炎からの輻射伝
熱部１２への輻射伝熱量の調整を含む制御アルゴリズム
は異なるものであってもよい。例えば、図７に示すよう
に、前記燃焼制御装置Ｃを燃焼入熱調整手段３１及び燃
焼用空気調節手段３０並びに輝炎燃焼制御部３２を備え
る燃焼入熱量調整手段３１としても機能するファジィ制
御ルールを備えた制御手段で構成し、温度検出手段２０
ａで検出する廃熱ボイラからの蒸気の温度と、流量検出
手段２０ｂで検出する廃熱ボイラからの蒸気の流量と、
燃焼ガス温度検出手段１８で検出した二次燃焼後の二次
燃焼室１Ｂ出口の出口燃焼ガス温度と、温度検出手段２
１ａで検出した出口過熱蒸気温度と、排ガス検出手段１
９の温度検出手段１９ａで検出した過熱器出口ガス温度
及び酸素濃度測定手段１９ｃで検出した排ガス中の酸素
濃度を入力して、燃焼器４への燃料供給量と、空気供給
路６への燃焼用空気供給量と、一次空気路８への一次空
気供給量とを出力し、燃料調整弁３０ａの開度と、全空
気調整弁３０ａの開度と、一次空気調整弁３２ａの開度
とを同時に調整するようにしてあってもよい。ファジィ
制御ルールはゴミ焼却炉或いは廃熱ボイラ及び外部燃焼
式過熱器等の特性に応じて適宜設定すればよい。 〈６〉上記燃焼制御装置Ｃをファジィ制御ルールを備え
る制御手段で構成するのに代えて、前記燃焼制御装置Ｃ
を、例えば図９に示すようなニューラルネットワークを
備えた計算手段を備えるように構成して、前記ニューラ
ルネットワークの入力層に廃熱ボイラからの入口蒸気温
度と、廃熱ボイラからの入口蒸気流量と、二次燃焼室１
Ｂ出口の出口燃焼ガス温度と、出口過熱蒸気温度と、排
ガス中の酸素濃度とを割り付けて、出力層に燃料供給量
と、燃焼用空気供給量と、一次空気供給量とを割り付
け、さらに、入力層に出力層からの燃料供給量と燃焼用
空気供給量とを再入力するようにすれば、前記燃焼制御
装置Ｃの学習により、最適化された輻射伝熱部１２への
輻射伝熱条件を設定することが可能である。

【００２８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の一例を示す模式説明図

【図２】本発明の制御方法の制御手順の一例を示すブロ
ック流れ図

【図３】図２に示したブロック流れ図の部分流れ図

【図４】図２に示したブロック流れ図の部分流れ図

【図５】図２に示したブロック流れ図の部分流れ図

【図６】図２に示したブロック流れ図の部分流れ図

【図７】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の他の例を示す模式説明図

【図８】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の別の例を示す模式説明図

【図９】制御装置を構成するニューラルネットワークの
一例を示す概念図

【図１０】従来の外部燃焼式過熱器の一例を示す模式説
明図

【符号の説明】

１Ａ 一次燃焼室 １Ｂ 二次燃焼室 ２ 周壁 ４ 燃焼器 １０ 蒸気過熱路 １２ 輻射伝熱部 １４ 燃焼ガス流路出口 ２０ 入口蒸気検出手段 ２１ 出口蒸気検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−93564（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260105（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84081（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−39521（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22G 1/16 F23G 5/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次燃焼室（１Ａ）に燃料と共に一次燃
   焼用空気を供給するとともに、二次燃焼室（１Ｂ）に二
   次燃焼用空気を供給して、燃焼器（４）に供給される燃
   料を二段燃焼させながら、蒸気過熱路（１０）内の蒸気
   を過熱して前記蒸気過熱路（１０）出口の過熱蒸気の温
   度を調整する外部燃焼式過熱器の制御方法であって、 前記蒸気過熱路（１０）の一部を、前記一次燃焼室（１
   Ａ）の周壁（２）に沿って配置した輻射伝熱部（１２）
   で構成し、 前記蒸気過熱路（１０）入口の蒸気の流量と温度を検出
   する入口蒸気検出手段（２０）と、前記燃焼器（４）へ
   の燃料供給量に対応して所定空気比に燃焼用空気供給量
   を設定する燃焼用空気調整手段（３０）と、前記蒸気過
   熱路（１０）出口の蒸気温度を検出する出口蒸気検出手
   段（２１）とを設けて、 前記入口蒸気検出手段（２０）の検出結果に基づき前記
   燃焼器（４）への燃料供給量を決定するとともに、 前記一次燃焼用空気の供給量を前記燃料供給量に対する
   理論空気量よりも少なくして火炎の輝度を高めながら、 前記出口蒸気検出手段（２１）の検出結果に基づき、そ
   の検出結果の所定温度に対する高低に対して、前記燃焼
   用空気量のうちの前記一次燃焼用空気の供給量を増減
   し、前記輻射伝熱部（１２）への輻射伝熱量を調整し
   て、 前記蒸気過熱路（１０）出口の過熱蒸気の温度を調整す
   る外部燃焼式過熱器の制御方法。
2. 【請求項２】 燃焼ガス流路出口（１４）の排ガス中の
   酸素濃度に基づき、前記酸素濃度の増減に対して、前記
   燃焼用空気調整手段（３０）の設定量に対して前記燃焼
   用空気供給量を減増するように調整する請求項１記載の
   外部燃焼式過熱器の制御方法。