JP5976432B2 - ボイラの空燃比制御方法及び空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラの空燃比制御システムの改良に関するものであり、風速センサ若しくは風量センサを活用することにより、インプットされる燃焼量に対して常に正確な空気量の供給を可能とし、排ガスＯ_２センサを用いた空燃比制御に優る燃焼の安定化、ボイラ効率の向上及び送風機消費電力の低減等を可能にしたボイラの空燃比制御方法及び空燃比制御装置に関するものである。

一般に、ボイラは、供給する燃料量と空気量の調整により出力（発生蒸気量）を制御することを基本として運転されており、所謂空燃比制御を高精度で行なうことにより燃焼効率の向上や省エネルギー運転の達成を図っている。

而して、上記ボイラの燃焼の安定化、ボイラ効率の向上、環境汚損の防止、送風機動力の削減等を達成するため、これ迄にも数多くの空燃比制御システムが開発され、実用に供されている。
例えば、図６及び図７は、排ガス中の酸素濃度を主制御要素とする空燃比制御システムの一例を示すものである。即ち、図６はボイラ１の蒸気圧力を圧力センサ２により検出し、蒸気圧力調節計３、操作器４ａを介して燃料Ｆの調整弁４の開度を制御すると共に、排ガス酸素濃度検出器５により排ガスＧの酸素濃度を検出し、排ガス酸素濃度調節計６及び操作器７ａを介して空気ダンパ７の開度並びにインバータ制御器８ａを介して押込送風機８の回転数を制御するように構成されている（特開２００４−６９１０４号）。

また、図７は、ボイラ１の圧力センサで検出した蒸気圧力に基づいて、マスターコントローラ９及びリンク機構１０を介して燃料調整弁４及び空気ダンパ７の開度を制御すると共に、酸素濃度検出器５からの検出信号により、調節器５ａ、インバータ制御器８ａを介して押込送風機８の回転数を制御するようにしたものである（特開２０００−８８２４１号）。

しかし、上記排ガス酸素濃度検出器５を用いるシステムは、酸素濃度検出器５そのものが高価なうえに応答性が悪いため、結果として空燃比に大幅な制御遅れを生じると云う基本的な弱点があり、様々な不都合を生ずると云う問題がある。

そのため、前記排ガス酸素濃度検出器５の使用を排し、図８に示す如くボイラ１の圧力センサで検出した蒸気圧力に基づいて、マスターコントローラ９及びリンク機構１０を介して燃料調整弁４及びエアーダンパ７の開度を制御すると共に、リンク機構１０に設けた制御位置発信器（負荷発信器）１１の出力により、調整器１２から蒸気出力（燃料流量）に対応した制御出力（回転数）をインバータ制御器８ａへ出力し、押込送風機８の回転数を制御するようにした空燃比制御システムが開発され、使用に供されている（特開２０００−８８２４１の図２）。

即ち、図８の空燃比制御システムでは、予めボイラのテストランを行い、排ガス中の酸素量が最適濃度となるように燃料供給量と燃焼用空気量との関係を測定して調整器１２に記録しておき、制御位置発信器１１で検出したボイラ負荷（即ち、必要な燃料供給量）に対応する最適燃焼空気量を前記調整器１２で演算し、当該最適空気量に相当する回転周波数信号（制御信号）をインバータ制御器８ａへ出力するようにしたものである。

また、図９は、前記図８に示した従前のこの種空燃比制御システムの制御系統説明図であり、定常運転時には、圧力センサ２で検出したボイラの圧力検出信号Ｖｐが制御盤２０の圧力調節計３へ入力され、圧力検出信号Ｖｐを基にして発生蒸気量に対応する必要な燃料流量が演算される。そして、演算された必要燃料流量信号ＭＶが圧力調節計３からマスターコントローラ９へ入力され、当該必要燃料流量信号ＭＶがリンク機構操作器１０aへ入力されることにより、リンク機構１０を介して燃料調整弁４及び空気ダンパ７の開度調整が行なわれる。また、リンク機構１０の作動量に連動する制御位置発信器１１（ポテンショメータ）からの制御位置信号（ＴＶ）が調整器１２へ入力される。これにより、調整器１２（折線テーブル）から適宜のインバータ制御用の風量信号ＭＩがインバータ制御器８ａへ出力され、押込送風機８の回転数制御が行われる。

更に、ボイラの点火前のプレパージや消火後のポストパージに際しては、パージ設定器9ａから、予め設定されたパージ時の燃料流量設定信号ＳＶが比較演算器Ｈ_１へ入力され、前記圧力調節計３からの必要燃料流量信号ＭＶに優先して、前記パージ時の燃料流量設定信号ＳＶがリンク機構操作器１０ａへ出力される。
同様に、ボイラの点火前のプレパージや消火後のポストパージに際しては、パージ設定器9ａから、予め設定されたパージ時の空気量設定信号ＳＷが比較演算器Ｈ_２へ入力され、前記調整器１２からのインバータ制御用の風量信号ＭＩに優先して、前記空気流量設定信号ＳＷがインバータ制御器８ａへ出力される。尚、図９において、２０は制御盤、９aはパージ設定器であり、ボイラの起動時等に於けるいわゆるプレパージやポストパージに際して、ボイラの安全性確保に必要な供給空気量や供給燃料量等を予め設定するものである。

しかし、従前の図８及び図９に示した空燃比制御システムは、リンク機構１０等に設けた制御位置発信器（負荷発信器）１１を介して空気ダンパ開度や負荷指令等を読み取り、予め想定した空気量となるようにインバータ制御器８ａを介して送風機回転数を増減させるようにしただけのものであり、空気量の変動要素（温度、湿度、圧力等）が全く考慮されていない。
その結果、空気温度や湿度等が変動することに伴って、制御空気量も変動することになり、季節によって燃焼状態が不安定になったり、或いは空気供給量が過剰となってボイラ効率が低下したりし、有効な送風機消費電力の低減が図れないと云う問題がある。

一方、上記空気量の変動要素等を考慮に入れ、空燃比制御システムの高精度を図るようにした技術の開発も、勿論進められている。
図１０及び図１１はその一例を示すものであり、前者の図１０では、風箱１４内の圧力センサ１３で検出した風箱圧力Ｐ_Ｗ、排ガス温度センサ１５で検出した排ガス温度Ｔ_Ｇ、ボイラ炉内圧力センサ１６で検出した炉内圧力Ｐ_ｆ等をマスターコントローラ（制御器）９へ入力し、風箱圧力Ｐ_Ｗ、排ガス温度Ｔ_Ｇ、炉内圧力Ｐ_ｆ等の変動を捕らえてインバータ制御器８ａを介して送風機８の回転数を補正するようにしている（特開平１１−１０８３４８号）。

また、後者の図１１では、空気温度計１７により外気温度（空気温度）Ｔ_１を検出し、この外気温度Ｔ_１によりマスターコントローラ９を介してインバータ８ａへ出力する制御周波数を補正するようにしており、外気温度Ｔ_１により、送風機８による送風量が補正されるようになっている。尚、図１１において、１８は補正装置、１９は周波数検出器である（特許第３７５３８５１号）。

しかし、上記図１０の空燃比制御システムに於いては、送風機８の吐出圧や風箱圧力Ｐｗが煙道のドラフトや空気温度によっても大きく変動するため、蒸気負荷（燃焼燃料量）に見合った空気量を常に安定して供給できるとは限らず、必要且つ十分な空気量の供給が出来ない場合が生じると云う問題がある。同様に、排ガス温度Ｔ_Ｇもボイラの炉内圧力Ｐｆや外気温度Ｔ_１により変動するため、燃焼量に見合った空気量を供給できない場合が生じると云う問題がある。

また、上記図１１の空燃比制御システムに於いては、現実には、実際の燃焼燃料量から必要空気量を算定しているのではなしに、あくまでも予想によってインバータ制御器８ａへの出力の補正、即ち送風機８の回転数補正を行う構成としているため、適正な供給空気量の制御が現実に行われていない可能性が高いと云う問題がある。

特開２００４−６９１０４号公報 特開２０００−８８２４１号公報 特開平１１−１０８３４８号公報 特許第３７５３８５１号公報

本発明は、従前のボイラの空燃比制御に於ける上述の如き問題、即ち、イ 排ガス酸素濃度検出器を用いる空燃比制御システムに於いては、設備費の削減を図り難いうえ、空燃比制御の応答性が悪いこと、ロ 排ガス酸素濃度検出器を用いない空燃比制御にあっては、空気量の変動要素である空気温度や湿度、圧力等に対する対策の無いものが多く、季節によって燃焼状態が不安定になったり、ボイラ効率の低下や送風機動力の消費量増加が起り易いこと、ハ また、風箱圧力や排ガス温度、炉内圧力等の変動に応じて押込送風機の回転数を補正する方式の空燃比制御の場合であっても、風箱圧力や送風機吐出圧が煙道ドラフトや外気温度により、また、排ガス温度がボイラ圧力や空気温度により夫々大きく変動するため、燃焼量に見合った空気量の供給を出来ない場合があること、ニ 更に、外気温度により送風機回転数を補正する方式の空燃比制御の場合であっても、予め想定した設定値を基にして送風機の回転数制御を行うものであるため、適正量の空気が現実に供給されているか否かが不明確であること等の問題を解決せんとするものであり、インプットされる燃焼燃料量に対して常に必要量の燃焼用空気を正確に供給することにより、燃焼の安定化や環境汚損の防止，ボイラ効率の向上及び送風機消費電力の削減等の省エネルギー運転を可能にした、ボイラの空燃比制御方法及び空燃比制御装置を提供することを発明の主目的とするものである。

本願請求項１の発明は、ボイラ圧力の検出値に基づいて燃料供給量及び燃焼用空気供給量を制御しつつ所定の蒸気発生量でもって運転するボイラの空燃比制御方法であって、送風機の吸込ダクトに設けた風速センサ若しくは風量センサにより実測した空気供給量と、燃料供給管に設けた燃料流量計の検出値から算出した必要燃焼空気量とに基づいて、前記ボイラの燃焼用空気供給量を調整するようにしたボイラの空燃比制御方法に於て、前記送風機の吸込ダクトに設けた風速センサ若しくは風量センサを２基とし、夫々のセンサの検出値を比較することにより何れかのセンサの異常を判別すると共に、風速センサ若しくは風量センサの異常時には、前記実測した空気供給量と算出した必要燃焼空気量とに基づく燃焼用空気供給量の調整を行なわずにボイラを運転するようにしたことを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、送風機の吸込ダクトへ流入する燃焼用空気の温度と湿度を検出し、当該温度検出値及び湿度検出値により前記必要燃焼空気供給量を補正するようにしたものである。

請求項３の発明は、圧力センサ２により検出したボイラ圧力が入力され、必要燃料流量を演算して出力する圧力調節計３と、ボイラパージ時の供給空気流量及び供給燃料流量を設定するパージ設定器９ａと、圧力調節計３及びパージ設定器９ａの各出力信号が入力され、前記圧力調節計３の出力信号に優先してパージ設定器９ａからの出力信号をリンク機構操作器１０ａへ出力する比較演算器Ｈ_１と、前記リンク機構操作器１０ａに設けた制御位置発信器１１からの検出信号により風量信号を出力する調整器１２と、前記調整器１２及び空気量補正用制御器３４の各出力信号が入力され、補正後の風量信号を出力する比較演算切換器Ａと、前記比較演算切換器Ａからの風量信号及びパージ設定器９ａからの空気流量設定信号が入力され、比較演算切換器Ａからの風量信号に優先してパージ設定器９ａからの空気流量設定信号をインバータ制御器８ａへ出力する比較演算Ｈ_４とから成るマスターコントローラ９と，風速センサ若しくは風量センサ２２の検出信号が入力される空気量調節計３３と、燃料流量計２７の検出信号により必要燃焼空気量を演算し、算出した風量演算信号を前記空気量調節計３３へ入力するＳＰ調整器３５とから成る空気量補正用制御器３４と，から構成され、前記空気量補正用制御器３４からの風量制御信号を前記マスターコントローラ９の比較演算切換器Ａへ入力して前記調整器１２からの風量信号を補正し、補正後の風量信号をインバータ制御器８ａへ出力する構成としたことを発明の基本構成とするものである。

請求項４の発明は、請求項３の発明に於て、空気量補正用制御器（３４）の風速センサ若しくは風量センサからの検出信号の入力側に温度・湿度補正器（３６）を設けると共に、押込送風機の吸込ダクト（３２a）に設けた温度センサ（２３）及び湿度センサ（２４）の各検出値を前記温度・湿度補正器（３６）へ入力し、空気量調節計（３３）へ入力する風速若しくは風量検出値を補正するようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項３の発明に於いて、空気量補正用制御器（３４）に、風速センサ若しくは風量センサからの検出信号と前記SP調整器（３５）からの風量演算信号が適正範囲を外れたときに発信される警報信号とを比較する比較演算器Ｈ _５ を設け、当該比較演算器Ｈ _５ からの異常警報信号の発信により、送風機（８）を停止するようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項３の発明に於て、空気量補正用制御器（３４）に、２個の風速センサ若しくは風量センサからの各信号を比較する比較演算器Ｈ _６ を設け、当該比較演算器Ｈ_６からの風速センサ若しくは風量センサの異常信号の発信により切離信号Ｓcを前記マスターコントローラ（９）の比較演算切換器Ａへ入力し、空気量補正用制御器（３４）による風量信号の補正を停止するようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項３の発明に於て、空気量補正用制御器（３４）に、風速センサ若しくは風量センサからの検出信号と前記SP調整器（３５）からの風量演算信号が適正範囲を外れたときに発信される警報信号とを比較する比較演算器Ｈ _５ 並びに２個の風速センサ若しくは風量センサからの各信号を比較する比較演算器Ｈ _６ を夫々設け、前記比較演算器Ｈ_６から異常信号の発信によりインバータ制御用の風量信号の補正が停止され且つ前記比較演算器Ｈ_５からの送風機異常警報信号が無い時には、比較演算器Ｈ_５から切換信号Ｓsを前記マスターコントローラ（９）の比較演算切換器Ａへ入力し、空気量補正用制御器（３４）によるインバータ制御用の風量信号の補正を開始するようにしたものである。

本願発明に於いては、比較的安価で、メンテナンスの手間がかからず且つ応答性の速い風速センサ（若しくは風量センサ）を圧力変動の影響を受けない送風機の吸込ダクトに設け、測定した実測空気量と実測した燃料流量の測定値から求めた必要空気量を基にして、空燃比制御を行う構成としているため、排ガスＯ_２センサを用いた空燃比制御の場合と同等以上の空燃比制御の安定性が得られると共に、制御応答性が大幅に向上する。

また、空気中の酸素量の変動要素である空気温度と湿度を測定し、その実測値を用いて演算した必要空気量を補正することにより、より安定した空燃比制御が可能になると共に、送風機消費電力の低減及びボイラ効率の上昇が可能となる。

更に、風速センサ（若しくは風量センサ）を２個設け、この２個のセンサで得られるそれぞれの実測値を比較する構成とすることにより、風速センサ（若しくは風量センサ）の故障を確認することができると共に、風速センサ（若しくは風量センサ）が故障した場合に於いてもボイラを異常停止することなしに空燃比制御の暴走を防止することができる。
そのうえ、送風機吸込サイレンサを長くすることで、騒音の低減が可能になると共に、整流格子を空気吸引口側に設けることにより、１個の風速センサ若しくは風量センサにより、実風速（又は実風量）をより正確に測定することができる。
加えて、ボイラの起動及び又は停止時におけるパージに際して、安全確保に必要な風量を正確に把握し且つ供給することができ、燃焼室内や煙道内に滞留する未燃成分による爆発等を完全に防止することが可能となる。

図１は、本発明を適用したボイラの側面概要図である。 本発明の第１実施形態に係る空燃比制御システムの制御系説明図である。 本発明の第２実施形態に係る空燃比制御システムの制御系統説明図である。 空気の相対温度と空気量補正係数との関係を示す線図である。 本発明の第３実施形態に係る空燃比制御システムの制御系統説明図である。 従前の排ガス酸素濃度検出器を用いたボイラの空燃比制御システムの一例を示す制御系統説明図である。 従前の排ガス酸素濃度検出器を用いたボイラの空燃比制御システムの他例を示す制御系統説明図である。 従前のボイラドラム圧力に基づいて燃焼制御を行うようにしたボイラの制御構成の説明図である。 図８のボイラ空燃比制御システムの制御系統説明図である。 従前の温度補正等を加味した空燃比制御システムの一例を示す制御系統説明図である。 従前の温度補正等を加味した空燃比制御システムの他例を示す制御系統説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本願発明の適用対象であるボイラの側面概要図であり、図１に記載のボイラに基づいて、本発明の各実施形態を説明する。尚、以下の図１〜図５に於いて、前記図６〜図１１に示した部位、部材と同じ部位、部材には、これと同一参照番号を使用するものとする。

図１に於いて、１はボイラ、１ａはバーナ、２は蒸気圧力センサ、３は蒸気圧力調節計、４は燃料調整弁、７は空気ダンパ、８は押込送風機、８ａはインバータ制御器、８ｂはインバータ本体、１０はリンク機構、１０ａはリンク機構操作器、１４は風箱、２０は制御盤、２１は空気吸込サイレンサ、２２は風速センサ（若しくは風量センサ）、２３は吸込空気の温度センサ、２４は湿度センサ、２５は整流格子、２６は燃焼用空気、２７は燃料流量計、２８はボイラ給水、２８aは給水口、３０はエコノマイザ、３１は排ガス排出口、３２は送風ダクト、３２aは吸込ダクトである。

また、前記制御盤２０内には、蒸気圧力調節計３、マスターコントローラ９、インバータ制御器８ａ及び調整器１２等の空燃比制御関係機器が収納されており、更に、インバータ本体８ｂはボイラ本体に適宜に設置されている。
尚、図１では、説明の便宜上インバータ制御器８ａをインバータ本体８ｂに付設した構成としているが、一般的には、インバータ制御器８ａは制御盤２０内に設けられている。 また、ボイラ１の構成、運転方法及び空燃比制御装置用機器の配置等は任意に選択、選定されるものであり、且つ何れも公知のものであるため、ここではその詳細な説明は省略する。

次に、上記図１のボイラに、本願発明に係る空気量フィードバック制御式の空燃比制御を適用した場合について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る空気量フィードバック制御式空燃比制御システムの制御系統図であり、空気吸込サイレンサ２１の空気入口側に設けた比較的安価で制御応答性に優れた風速センサ２２を用いて空気量を検出し、燃焼燃料量に応じた空気量になるように空燃比制御を行う構成としたものである。

図２を参照して、本発明の空燃比制御に用いる制御盤２０は、前記図９に於けるマスターコントローラ９からインバータ制御器８ａへの入力信号に、前記風速センサ２２及び燃料流量計２７の検出値を基にして空気量調節計３３により演算した風量制御信号ＭＷでもって補正を加えることにより、高精度な燃焼空気量制御を行うようにしたものである。

即ち、当該制御器２０は、従前の図９に示したような圧力センサ２、圧力調節計３、パージ設定器９a、比較演算器Ｈ_１、調整器１２、比較演算器Ｈ_２、リンク機構操作器１０ａ、制御位置発信器１１及びインバータ制御器８ａ等から成る制御盤２０（以下、従前の制御盤と呼ぶ）に、空気量調整計３３とＳＰ調整器３５と比較器Ｈ_５等から成る空気量補正用制御器３４を付加し、更に、従前の前記比較演算器Ｈ_２を加減算機能と切換機能を備えた比較演算切換器Ａに変更すると共に、空気量調節計３３からの風量制御信号ＭＷと前記調整器１２からの風量信号ＭＩとを比較演算切換器Ａにて加減算することにより風量制御信号ＭＷを補正する。そして、この補正後の風量信号ＭＷ‘をインバータ制御器８ａへ入力することにより押込送風機８からの送風量が制御され、空気量補正用制御器３４からの風量制御信号ＭＷによる風量信号ＭＩのいわゆるフィードバック制御が行なわれる。
尚、図２の実施形態に於いても、ボイラのパージに際しては、定常運転時の燃料流量信号ＭＶに代えて、比較演算器Ｈ_１からパージ設定器９aからのパージ時の燃料流量設定信号ＳＶが優先してリンク機構操作器１０ａへ入力され、同様に、前記補正後の風量信号ＭＷ‘に代えて、比較演算器Ｈ_４からパージ時の空気流量設定信号ＳＷが優先してインバータ制御器８ａへ入力される構成となっている。

前記風速センサ２２は如何なる型式のものであってもよく、例えば超音波式や熱線式の風速センサが用いられている。また、当該風速センサ２２に代えて風量センサを用い、直接に風量を計測し、これを空気量調節計３３へ入力するようにしても、或いは、直接に空気量補正用制御器３４からの風量制御信号ＭＷとして利用することも可能である。
更に、風速センサ２２の取付位置は、空気の流れが安定し且つ圧力変動が少ない送風機８の吸込側に取付けるのが望ましい。具体的には、送風機吸込側のサイレンサ２１のダクトを延長し、その入口側に整流格子２５を取付けして空気の流れを整流させ、この整流させた部分で空気流速を計測している。

また、目標とする空気流速（即ち、空気量）は、燃料流量計２７で測定された燃料流量と、その燃料流量に対する理論空気量と、所要空気過剰率（空気比）とから空気量補正用制御器３４のＳＰ調整器３５で、下記の式（１）により演算される。

［式１］ 必要空気量Ｑ＝Ｑｆ×Ｑａ×ｍ×１．１１・・・（１）

但し、式（１）に於いて、Ｑａは単位燃料流量当りの理論空気量（Ｎｍ^３／Ｎｍ^３又はＮｍ^３／ｋｇ）、ｍは空気過剰率（空気比）、Ｑｆは燃料流量（Ｎｍ^３／ｈ又はｋｇ／ｈ）、数値の１．１１は、標準状態の空気量を空気温度２５℃、相対湿度５０％の空気量に換算する係数であり、必要に応じて適宜に変更されるものである。
また、空気過剰率ｍは、ボイラ負荷が５０％〜１００％（燃料流量が多い状態下）の場合には、ｍ＝１．３１〜１．５０程度に設定される。即ち、良好な燃焼状態が得られるＯ_２濃度範囲から、最適な空気過剰率が設定される。

空気量補正用制御器３４の空気量調節計３３へは、風速センサ２２からの風速検出信号Ｖ_Ｓと、ＳＰ調整器（必要空気量演算器）３５からのＳＰ信号Ｖ_ＳＰが入力され、ここで、前記実測された空気流速信号Ｖ_ＳとＳＰ信号Ｖ_ＳＰとから必要空気流速（空気量）の比較・演算（ＰＩ演算）が行われ、比較演算切換器Ａへ必要空気流量の補正用の風量制御信号ＭＷが出力される。

前記ＳＰ調整器３５は、燃料流量と最適燃焼に必要な空気量との関係を予めランニングテストの結果からテーブル化したものであり、燃料流量計２７からの燃料流量信号Ｖ_Ｆに応じた風量演算信号（ＳＰ値信号）Ｖ_ＳＰを出力すると共に、風量演算信号（ＳＰ値信号）Ｖ_ＳＰが適正な範囲を外れた場合には警報信号Ｖ_ＡＲを発信し、比較演算器Ｈ_５に於いて風速検出信号Ｖ_Ｓと比較され、警報信号Ｖ_ＡＲと風速検出信号Ｖ_Ｓとの間に設定値以上の差異が生じた場合には、異常警報信号Ｖ_ＡＲを発信し、燃料供給や送風機８を停止してボイラ１の事故を未然に防止する。
尚、図２において、３７は送風機の異常判定・警報器である。また、前記比較演算器Ｈ_５はボイラの燃焼中のみ作動状態に置かれるものであることは勿論である。

当該第１実施形態に於いては、実測した空気流速検出信号Ｖ_Ｓと燃料流量計２７の検出信号Ｖ_Ｆに基づく風量演算信号（ＳＰ値信号）Ｖ_ＳＰとから空気流量補正用の風量制御信号ＭＷを求め、この空気流量補正用の風量制御信号ＭＷによりインバータ制御器８ａへの風量信号ＭＷ‘を補正する構成としたフィードバック制御機能を設けているため、応答性の速い安定した空燃比制御を実現することが可能となる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る温度・湿度補正付空気量フィードバック制御式空燃比制御システムの制御系統図であり、ボイラ周辺の温度や湿度の変化に応じて、インバータ制御器８ａへの風量信号ＭＷ´を補正する構成としたものである。
即ち、燃料流量に応じた必要な空気量は、空気の温度によりその比容積が変化したり、湿度によりその酸素濃度が変化したりするため、ボイラ周辺の温度や湿度に応じて必然的に変動する。そのため、ボイラ周辺の温度や湿度が大きく変化する環境においては、空気温度や湿度の変化に応じて供給空気量を適宜に補正をするのが望ましい。
これ等の問題に対応するため、図３の第２実施形態に於いては、実測した空気流速（空気量）を実測した空気温度および湿度により補正する構成としている。

即ち、図３の第２実施形態に於いては、図２の制御装置２０を構成する空気量補正用制御器３４に温度・湿度補正器３６を設けると共に、ボイラ１の吸込サイレンサ２１に温度センサ２３と湿度センサ２４と風速センサ２２を設け、各センサ２３、２４、２２からの温度検出信号Ｖ_Ｔ、湿度検出信号Ｖｗ、風速検出信号Ｖｓを温度・湿度補正器３６へ入力する。そして、ここで温度検出信号Ｖ_Ｔ及び湿度検出信号Ｖｗによって風速検出信号Ｖｓを補正すると共に、補正後の風速検出信号Ｖｓ´を空気量調節計３３へ入力する構成としている。

前記温度・湿度補正器３６では、必要空気量Ｑが、下記（２）式により演算される。
［式２］ Ｑ＝Ｑｆ×Ｑａ×ｍ×ａ×ｂ・・・・（２）
但し、式（２）に於けるＱ、Ｑｆ、Ｑａ及びｍは前記（１）式の場合と同じである。
また、ａは空気温度の補正係数であり、下記の（３）式により求められる。
［式３］ ａ＝（２７３＋Ｔ）／２７３・・・・（３）
但し、（３）式に於けるＴは空気温度である。
更に、ｂは相対湿度による補正係数であり、図４に示した相対湿度（％Ｒｈ）と空気温度Ｔとの線図より求められるものである。

尚、図３の第２実施形態は、空気補正用制御器３４に温度・湿度補正器３６を設けた点及び温度センサ２３及び湿度センサ２４を設けた点を除いて、その他の構成は、前記図２に示した第１実施形態の場合と同一である。即ち、調整器１２からのインバータ制御用の風量信号Ｍ１を、実測した空気流速（空気量）と空気温度及び空気湿度に応じて補正した補正後の風速検出信号Ｖｓ´に基づいて演算した空気流量補正用の風量信号ＭＷにより補正し、その補正後の風量信号（インバータ制御信号）ＭＷ´によって押込送風機８の回転数制御を行うことにより、いわゆる風量信号（インバータ制御信号）ＭＷ´のフィードバック制御を行うようにしている。

そのため、夏場では空気量不足による異常燃焼の発生を防止することができ、また、冬場では押込送風機８の回転数を低減できることによって消費電力の低減が可能となり、併せて、排出される排ガス量の低減により、ボイラ効率の上昇を図り得る。
また、湿度の影響が大きくないと判断される場合には、上式補正係数ｂの値を固定して、空気温度のみの補正で対応するようにしてもよい。

尚、図３の第２実施形態に於いても、ボイラのパージに際しては、定常運転時の必要燃料流量信号ＭＶに代えて、比較演算器Ｈ_１から、パージ設定器９aからのパージ時の燃料流量設定信号ＳＶが優先してリンク機構操作器１０ａへ入力され、同様に、前記補正後の風量信号ＭＷ‘に代えて、比較演算器Ｈ_４から、パージ時の空気流量設定信号ＳＷが優先してインバータ制御器８ａへ入力される構成となっている。

図５は、本発明の第３実施形態に係る風速センサ故障チェック機能付空気量フィードバック制御式空燃比制御システムの制御系統図であり、風速センサ２２（若しくは風量センサ）が故障した場合に、空燃比が大きく崩れて異常燃焼状態になるのを未然に防止するようにしたものである。

即ち、第３実施形態では、空気吸込サイレンサ２１に２個の風速センサ（若しくは風量センサ）２２ａ、２２ｂを設けると共に、空気量補正用制御器３４に比較演算器Ｈ_６を設ける構成とし、両風速センサ２２ａ、２２ｂからの風速検出信号Ｖｓ_１、Ｖｓ_２を比較演算器Ｈ_６で常時比較する。そして、両者の検出値が異なる場合には、風速センサ異常信号Ｖ_ＳＡを発信し、この風速センサ異常信号Ｖ_ＳＡにより、風速センサ異常判定器３８を介して比較演算切換器Ａへ切離信号Ｓｃを送り、空気量補正用制御器３４によるフィードバック制御を切離した状態で、マスターコントローラ９による空燃比制御を行う。
尚、上記比較演算切換器Ａは、風量信号ＭＩと風量制御信号ＭＷの加減算の他に、切離信号Ｓｃや切換信号Ｓｓの入力により、風量信号ＭＩに対する風量制御信号ＭＷの断・接をコントロールする機能を備えているものである。

また、上記空気量補正用制御器３４からの風量制御信号ＭＷによる空燃比制御を切離した運転状態下で、比較演算器Ｈ_５から警報異常信号Ｖ_ＡＲ´が発信されていない場合には、送風機異常判定・警報器３７により風速センサ２２ａは正常であると判断し、切換信号Ｓｓを比較演算切換器Ａへ送る。これにより、フィードバック制御用の空気量補正用制御器３４が比較演算切換器Ａへ再接続され、切離した風量制御信号ＭＷによる風量信号ＭＩに対する空気量のフィードバック制御が回復される。

尚、当該第３実施形態では、２個の風速センサ２２ａ、２２ｂを設け、一方の風速センサ２２ｂを風速異常検出用に、また、他方の風速センサ２２ａを制御用と異常検出用の兼用とするようにしているが、簡易的な排ガス酸素濃度検出センサを用いて空燃比異常の監視を行っている場合には、前記異常検出用の風速センサ２２ｂの使用に替えて、前記排ガス酸素濃度センサにより空燃比異常を検出した際にフィードバック制御を切離す方式とすることも可能である。

本発明は、小型ボイラのみならず、あらゆる形式、種類のボイラに適用することができ、また、ごみ焼却炉等の燃焼システムへも適用することが出来る。

Ｆ 燃料
Ｇ 排ガス
ＭＶ 燃料流量信号（定常運転時）
ＴＶ 制御位置信号
ＳＶ 燃料流量設定信号（パージ時）
Ｖ_Ｐ 圧力検出信号
Ｖ_Ｓ 風速検出信号
Ｖ_Ｓ´ 補正後の風速検出信号
Ｖ_Ｓ１ 風速検出信号
Ｖ_Ｓ２ 風速検出信号
Ｖ_ＳＡ 風速センサ異常信号
Ｖ_Ｆ 燃料流量信号
Ｖ_ＳＰ 風量演算信号（ＳＰ信号）
Ｖ_ＡＲ 警報信号
Ｖ_ＡＲ´ 送風機異常警報信号
Ｖ_Ｔ 温度検出信号
Ｖ_Ｗ 湿度検出信号
Ｖ_Ｓ´ 補正後の風速検出信号
Ｔ 空気温度
Ｔ_１ 外気温度
ＳＷ 空気流量設定信号(パージ時)
ＭＷ 風量制御信号
ＭＷ` 風量信号
ＭＩ 風量信号
Ｓ_Ｃ 切離信号
Ｓ_Ｓ 切換信号
Ｈ_１〜Ｈ_６ 比較演算器
Ａ 比較演算切換器
Ｐ_Ｗ 風箱圧力
Ｔ_Ｇ 排ガス温度
Ｐ_ｆ 炉内圧力
Ｐ_Ｓ 蒸気圧力
１ ボイラ
１ａ バーナ
２ 蒸気圧力センサ
３ 蒸気圧力調節計
４ 燃料調整弁
４ａ 操作器
５ 酸素濃度検出器
５ａ 調節器
６ 酸素濃度調節計
７ 空気ダンパ
７ａ 操作器
８ 押込送風機
８ａ インバータ制御器
８ｂ インバータ本体
９ マスターコントローラ(制御器)
９ａ パージ設定器
１０ リンク機構
１０ａ リンク機構操作器
１１ 制御位置発信器
１２ 調整器
１３ 風箱内の圧力センサ
１４ 風箱
１５ 排ガス温度センサ
１６ 炉内圧力センサ
１７ 空気温度計
１８ 補正装置
１９ 周波数検出器
２０ 制御盤
２１ 空気吸込サイレンサ
２２ 風速（若しくは風量）センサ
２３ 吸込空気の温度センサ
２４ 湿度センサ
２５ 整流格子
２６ 燃焼空気
２７ 燃料流量計
２８ ボイラ給水
２８a 給水口
２９ 圧力センサ取付管
３０ エコノマイザ
３１ 排ガス排出口
３２ 送風ダクト
３２a 吸込ダクト
３３ 空気量調節計
３４ 空気量補正用制御器
３５ ＳＰ調整器（必要空気量演算器）
３６ 温度・湿度補正器
３７ 送風機異常判定・警報器
３８ 風速センサ異常判定器

Claims (7)

1. ボイラ圧力の検出値に基づいて燃料供給量及び燃焼用空気供給量を制御しつつ所定の蒸気発生量でもって運転するボイラの空燃比制御方法であって、送風機の吸込ダクトに設けた風速センサ若しくは風量センサにより実測した空気供給量と、燃料供給管に設けた燃料流量計の検出値から算出した必要燃焼空気量とに基づいて、前記ボイラの燃焼用空気供給量を調整するようにしたボイラの空燃比制御方法に於て、前記送風機の吸込ダクトに設けた風速センサ若しくは風量センサを２基とし、夫々のセンサの検出値を比較することにより何れかのセンサの異常を判別すると共に、風速センサ若しくは風量センサの異常時には、前記実測した空気供給量と算出した必要燃焼空気量とに基づく燃焼用空気供給量の調整を行なわずにボイラを運転するようにしたことを特徴とするボイラの空燃比制御方法。
2. 送風機の吸込ダクトへ流入する燃焼用空気の温度と湿度を検出し、当該温度検出値及び湿度検出値により前記必要燃焼空気供給量を補正するようにした請求項１に記載のボイラの空燃比制御方法。
3. 圧力センサ（２）により検出したボイラ圧力が入力され、必要燃料流量を演算して出力する圧力調節計（３）と、ボイラパージ時の供給空気流量及び供給燃料流量を設定するパージ設定器（９ａ）と、圧力調節計（３）及びパージ設定器（９ａ）の各出力信号が入力され、前記圧力調節計（３）の出力信号に優先してパージ設定器（９ａ）からの出力信号をリンク機構操作器（１０ａ）へ出力する比較演算器Ｈ_１と、前記リンク機構操作器（１０ａ）に設けた制御位置発信器（１１）からの検出信号により風量信号を出力する調整器（１２）と、前記調整器（１２）及び空気量補正用制御器（３４）の各出力信号が入力され、補正後の風量信号を出力する比較演算切換器Ａと、前記比較演算切換器Ａからの風量信号及びパージ設定器（９ａ）からの空気流量設定信号が入力され、比較演算切換器Ａからの風量信号に優先してパージ設定器（９ａ）からの空気流量設定信号をインバータ制御器（８ａ）へ出力する比較演算Ｈ_４とから成るマスターコントローラ（９）と，風速センサ若しくは風量センサ（２２）の検出信号が入力される空気量調節計（３３）と、燃料流量計（２７）の検出信号により必要燃焼空気量を演算し、算出した風量演算信号を前記空気量調節計（３３）へ入力するＳＰ調整器（３５）とから成る空気量補正用制御器（３４）と，から構成され、前記空気量補正用制御器（３４）からの風量制御信号を前記マスターコントローラ（９）の比較演算切換器Ａへ入力して前記調整器（１２）からの風量信号を補正し、補正後の風量信号をインバータ制御器（８ａ）へ出力する構成としたボイラの空燃比制御装置。
4. 空気量補正用制御器（３４）の風速センサ若しくは風量センサからの検出信号の入力側に温度・湿度補正器（３６）を設けると共に、押込送風機の吸込ダクト（３２a）に設けた温度センサ（２３）及び湿度センサ（２４）の各検出値を前記温度・湿度補正器（３６）へ入力し、空気量調節計（３３）へ入力する風速若しくは風量検出値を補正するようにした請求項３に記載のボイラの空燃比制御装置。
5. 空気量補正用制御器（３４）に、風速センサ若しくは風量センサからの検出信号と、前記SP調整器（３５）からの風量演算信号が適正範囲を外れたときに発信される警報信号とを比較する比較演算器Ｈ _５ を設け、当該比較演算器Ｈ _５ からの異常警報信号の発信により、送風機（８）を停止するようにした請求項３に記載のボイラの空燃比制御装置。
6. 空気量補正用制御器（３４）に、２個の風速センサ若しくは風量センサからの各信号を比較する比較演算器Ｈ _６ を設け、当該比較演算器Ｈ_６からの風速センサ若しくは風量センサの異常信号の発信により切離信号Ｓcを前記マスターコントローラ（９）の比較演算切換器Ａへ入力し、空気量補正用制御器（３４）による風量信号の補正を停止するようにした請求項３に記載のボイラの空燃比制御装置。
7. 空気量補正用制御器（３４）に、風速センサ若しくは風量センサからの検出信号と前記SP調整器（３５）からの風量演算信号が適正範囲を外れたときに発信される警報信号とを比較する比較演算器Ｈ _５ 並びに２個の風速センサ若しくは風量センサからの各信号を比較する比較演算器Ｈ _６ を夫々設け、前記比較演算器Ｈ_６から異常信号の発信によりインバータ制御用の風量信号の補正が停止され且つ前記比較演算器Ｈ_５からの送風機異常警報信号が無い時には、比較演算器Ｈ_５から切換信号Ｓsを前記マスターコントローラ（９）の比較演算切換器Ａへ入力し、空気量補正用制御器（３４）によるインバータ制御用の風量信号の補正を開始するようにした請求項３に記載のボイラの空燃比制御装置。

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