JP4090047B2 - ボイラの燃焼制御方法及び燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明はボイラの燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関するものである。

燃料供給量及び燃焼用空気供給量を増減することで燃焼量を変更するボイラが広く普及している。燃焼量を高燃焼・低燃焼・停止の３位置で変更する場合には、高燃焼用燃料供給量及び高燃焼用空気供給量と、低燃焼用燃料供給量及び低燃焼用空気供給量を設定しておき、燃焼量に合わせて燃料供給量と空気供給量を調節する。燃料供給量の変更は燃料弁の開閉等で行うために短時間で終了するが、燃焼用空気供給量の変更を送風機の回転速度を変更することで行う場合には、燃料供給量変更に比べて長い時間が必要であるため、燃料供給量の変更と燃焼用空気供給量の変更を同時に開始したのでは燃料供給量と空気供給量のバランスが崩れるという問題があった。

そのため、特開平８−１７８２７１号に記載しているように、先に空気供給量の変更を開始し、燃料供給量の変更は送風機の吐出圧力が所定の値となった後に開始するなどによって、燃料供給量と燃焼用空気供給量のバランスが崩れることを防止している。

特開平８−１７８２７１号では、送風機の吐出圧力を検出する風圧検出器などを設けることで、所定の圧力となったときに燃料供給量を変更するようにしている。このようにすれば、適切な空気量で燃料供給量を変更することができるはずであるが、実際には気温の変化等によってズレが生じていた。つまり、気温が上昇する夏季の場合には空気の密度が低下し、送風機から送っている燃焼用空気の供給圧力は低くなる。空気密度が低下すれば一定容積での酸素量が減少するため、炉内へと入る実際の空気量が不足することになる。逆に気温が低下する冬季の場合には空気の密度が上昇し、送風機から送っている燃焼用空気の供給圧力は高くなる。空気密度が上昇すれば一定容積での酸素量が増加するため、炉内へと入る空気量が過剰となっていた。そのため、送風機の吐出圧力に基づく制御では燃焼のバランスが崩れるということになっていた。

また、炉内にすすが堆積することによって炉内の圧力が上昇すると、燃焼用空気が炉内に入りにくくなり、燃焼用空気供給量が不足する方向となるが、この場合には燃焼用空気を送風機から炉内へと送るケーシング内では圧力が上昇するため、風圧検出器で検出している供給圧力に基づいて燃料供給量を変更していると、燃料供給量変更時に燃焼用空気量が不足することになる。

燃料供給量変更時に、燃料供給量と空気供給量のバランスが崩れると、振動燃焼や吹き消えが発生しやすくなるという問題があった。

特開平８−１７８２７１号公報

本発明が解決しようとする課題は、常に適切な空気量での燃焼移行を可能とし、燃焼移行時の振動燃焼や吹き消えなどの問題を解決することにある。

請求項１に記載の発明は、燃料供給ラインから送られてきた燃料を燃料ノズルから噴射するとともに、送風機から送られてきた燃焼用空気を空気噴射口から噴射することで燃焼を行う燃焼装置を持ち、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を調節することによって燃焼量の段階的な変更を可能としているボイラにおいて、空気噴射口より手前における燃焼用空気の供給圧力を検出する供給圧力検出装置、燃焼を行う炉内の圧力を検出する炉内圧力検出装置、空気噴射口より手前における燃焼用空気の供給温度を検出する供給温度検出装置、燃焼用空気量の算出と燃料供給量及び燃焼用空気供給量の制御を行う燃焼制御装置を設けておき、燃焼量の変更を行う場合、燃焼制御装置は先に燃焼用空気供給量の変更を開始するとともに、検出した供給圧力、炉内圧力、供給温度により、空気噴射口から噴射する燃焼用空気量を基準状態に換算して算出しておき、基準状態での算出燃焼用空気量があらかじめ設定しておいた設定燃焼用空気量となった時に燃料供給量の変更を行うことを特徴とする。

本発明を実施することで、常に適切な空気量での燃焼移行を可能とし、燃焼移行時の振動燃焼や吹き消えなどの問題を解決できるとともに、季節ごとの設定値の変更を必要とせず、すす詰まり等によって設定値を変更することも必要なくなるという利点がある。

図１は、本発明を実施しているボイラの構成図である。ボイラ１は上部に燃焼装置２と送風機５を設けており、燃焼装置２には燃料ノズル４と空気噴射口６を設けている。送風機５と燃焼装置２の間にはウインドボックス１１を設け、送風機５からの空気はウインドボックス１１を通って燃焼装置２へと向かうようにしている。燃料ノズル４は燃料供給ライン３を通して送られてきた燃料を炉内１３へ噴射し、空気噴射口６はウインドボックス１１を通して送られてきた空気を炉内１３へ噴射するものであり、炉内１３で燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行う。

ウインドボックス１１に、燃焼用空気の供給圧力（ウインドボックス圧）を検出する供給圧力検出装置７と、燃焼用空気の供給温度を検出する供給温度検出装置９を設け、炉内１３に燃焼部の圧力を検出する炉内圧力検出装置８を設ける。供給圧力検出装置７・炉内圧力検出装置８・供給温度検出装置９は、燃焼制御装置１０と接続しておき、検出した情報は燃焼制御装置１０へ送る。燃焼制御装置１０は、燃料供給量と燃焼用空気供給量を調節するものであり、燃料供給ライン３に設けている燃料供給量制御装置１４と、送風機５の運転を制御する送風機回転速度制御装置１２とも接続しておく。ボイラ１の運転を行う場合は、燃焼制御装置１０が燃料供給量制御装置１４と送風機回転速度制御装置１２の制御を行う。

また、燃焼制御装置１０は、まず供給圧力検出装置７と炉内圧力検出装置８によって検出した燃焼用空気の供給圧力及び炉内圧力と、あらかじめ入力しておいた空気噴射口断面積などから燃焼用空気量を算出する。さらに燃焼制御装置１０では、供給温度検出装置９によって検出した燃焼用空気の供給温度を用いて、算出しておいた燃焼用空気量を、０℃・１ａｔｍ（大気圧）の状態である基準状態に換算しておく。

ボイラ１が、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で制御するものであった場合、燃焼制御装置１０には、燃焼量に応じて高燃焼用燃料供給量及び高燃焼用空気供給量の供給と、低燃焼用燃料供給量及び低燃焼用空気供給量を切り替えることができるようにそれぞれの供給量を設定しておき、燃焼量に合わせて燃料供給量と空気供給量を調節する。燃料供給量制御装置１４には、第一燃料弁と第二燃料弁からなる２つの燃料弁を設けておき、高燃焼の場合には両方の燃料弁を開くことで高燃焼用燃料供給量、低燃焼の場合には第一燃料弁のみを開くことで低燃焼用燃料供給量、停止の場合には両方の燃料弁を閉じることで燃料供給を停止する。送風機回転速度制御装置１２には、高燃焼用回転数と低燃焼用回転数を設定しておき、高燃焼の場合には高燃焼用回転数とすることで高燃焼用空気供給量、低燃焼の場合には低燃焼用回転数とすることで低燃焼用空気供給量、停止の場合には送風機の運転を停止することで空気供給を停止する。

燃焼量は、負荷の状況に応じて決定しており、燃焼制御装置１０は蒸気供給量が少ないために蒸気圧力が低下した場合には、燃焼量を低燃焼から高燃焼へと変更することで蒸気供給量を増加し、逆に蒸気供給量が多いために蒸気圧力が上昇した場合には、燃焼量を高燃焼から低燃焼に変更することで蒸気供給量を減少する。燃焼量を変更する場合、燃料供給量の変更は短時間で行われるが、燃焼用空気供給量の変更には時間がかかる。そのため、燃焼制御装置１０は先に送風機回転速度制御装置１２に対して回転数変更の指令を出力し、送風機５の回転数変更を先に開始する。燃焼制御装置１０は、供給圧力検出装置７・炉内圧力検出装置８・供給温度検出装置９による供給圧力・炉内圧力・供給温度から燃焼用空気量を算出し、算出した燃焼用空気量があらかじめ設定しておいた設定燃焼用空気量になると、燃料供給量制御装置１４に対して供給量変更の指令を出力して燃料供給量の変更を行う。

燃焼制御装置１０には、燃料供給量変更に適正な燃焼用空気量を設定燃焼用空気量として設定しておき、設定燃焼用空気量と、供給圧力・炉内圧力・供給温度から算出した算出燃焼用空気量を比較することで燃料供給量変更タイミングを検出する。燃焼用空気量の算出には、供給圧力と炉内圧力の差である差圧と、燃焼用空気の温度から基準状態に換算した燃焼用空気量を算出しておき、燃焼制御装置１０に設定している適正な燃焼用空気量も基準状態で設定しておくことで、季節変動によって空気の密度が変化しても常に適正な燃焼用空気量で燃料供給量を変更することができる。

また、供給圧力と炉内圧力の差圧から燃焼用空気量を算出するようにしているため、炉内でのすす詰まりが発生して炉内圧力が上昇した場合であっても、燃焼用空気量を正確に算出することができる。

本発明を実施しているボイラの構成図

符号の説明

１ ボイラ
２ 燃焼装置
３ 燃料供給ライン
４ 燃料ノズル
５ 送風機
６ 空気噴射口
７ 供給圧力検出装置
８ 炉内圧力検出装置
９ 供給温度検出装置
１０ 燃焼制御装置
１１ ウインドボックス
１２ 回転速度制御装置
１３ 炉内
１４ 燃料供給量制御装置

Claims (1)

1. 燃料供給ラインから送られてきた燃料を燃料ノズルから噴射するとともに、送風機から送られてきた燃焼用空気を空気噴射口から噴射することで燃焼を行う燃焼装置を持ち、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を調節することによって燃焼量の段階的な変更を可能としているボイラにおいて、空気噴射口より手前における燃焼用空気の供給圧力を検出する供給圧力検出装置、燃焼を行う炉内の圧力を検出する炉内圧力検出装置、空気噴射口より手前における燃焼用空気の供給温度を検出する供給温度検出装置、燃焼用空気量の算出と燃料供給量及び燃焼用空気供給量の制御を行う燃焼制御装置を設けておき、燃焼量の変更を行う場合、燃焼制御装置は先に燃焼用空気供給量の変更を開始するとともに、検出した供給圧力、炉内圧力、供給温度により、空気噴射口から噴射する燃焼用空気量を基準状態に換算して算出しておき、基準状態での算出燃焼用空気量があらかじめ設定しておいた設定燃焼用空気量となった時に燃料供給量の変更を行うことを特徴とするボイラの燃焼制御装置。

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