JPH01244207A - 流動層燃焼装置における自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原油から軽質油分を抽出したのちに得られ
たオイルコークスなどの固体燃料を主燃料とし、これを
流動層燃焼方式により燃焼させて、スチームや温水を造
る、いわゆるボイラ等に用いる流動層燃焼装置の自動運
転を行うための自動制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 固体燃料を流動層燃焼方式によって燃焼させるようにし
た、いわゆる流動層燃焼装置によるボイラは公知である
。

この流動燃焼装置の特徴は、燃焼室の底部に設けた空気
分散板を介して空気を流入し、その空気流によって珪砂
等の熱媒体粒子と固体燃料を流動化し、その熱媒体粒子
と固体燃料との接触伝熱によって燃焼させる点にある。

そのため流動層燃焼装置においては、固体燃料と空気と
の接触が良く、層内がほぼ均一な温度に保たれ、燃焼効
率がきわめて高く、固体燃料の燃焼方法として最も優れ
たものと評価され、スチームや温水を造るボイラ等の燃
焼装置として広く利用されている。

（発明が解決しようとする課題〕 ところが、この流動層燃焼装置に、オイルコークスなど
のように着火温度が７５０〜８００°Ｃと高い固体燃料
を使用すると、次のような問題点があった。

まず、着火に難点があった。次に燃料の投入量が多すぎ
ると肝心な流動性が悪くなり、流動層内における安定燃
焼の確保ができにくいといった欠点があった。

特に小型ボイラのように負荷変動が激しく、着火、消火
を頻繁に繰り返して運転される燃焼装置にあっては、そ
の傾向が顕著であった。

そこで、これらの問題点を解消する手段として、着火後
は一定の燃料を連続的に供給して、いわゆる連続運転方
式による燃焼性の維持が試みられている。

しかし、負荷変動の多い小規模ボイラに、この連続運転
を採用することは不経済であり、そのため流動層燃焼装
置による小型ボイラ普及のネックとなっている。

そこで本発明は、このような問題点を解消するため流動
層部内の温度を検出し、その検出温度に対応して、燃焼
装置を構成する燃焼用空気の供給装置や加熱バーナや主
燃料である固体燃料の供給装置を順次起動又は停止する
ことで、その固体燃料の確実な着火を保持するとともに
、常に適正な層内温度を維持できるようにした流動層燃
焼装置の自動制御装置を提供することを目的として開発
したものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する手段として、本発明は、燃焼用空気
の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バーナ自動点火装置
と固体燃料自動供給装置とを備えた流動層燃焼装置にお
いて、流動層部内に温度検出器を設けるとともに、さら
に流動層部内の温度条件によって、前記燃焼用空気の供
給制御装置と熱媒体粒子の加熱バーナ自動点火装置と固
体燃料自動供給装置とを制御駆動する制御装置を設け、
この制御装置に前記流動層部内の温度検出器を接続し、
この温度検出器による検出信号に基づいて、前記制御装
置が燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バー
ナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置とを駆動制御す
るように構成したことにある。

また、前記温度検出器による検出信号に基づいて燃焼用
空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バーナ自動点火
装置と固体燃料自動供給装置を制御駆動する制御装置と
してマイクロコンピュータを内蔵したシーケンサ−を用
い、さらにシーケンサ−には、流動層部内の温度条件に
よって、前記燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の
加熱バーナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置との駆
動順序と駆動時間のパターンをあらかじめ設定した制御
手段すなわちシーケンスを記憶させたことを特徴とする
ものである。

なお、熱媒体粒子の加熱用バーナ自動点火装置は、流動
層部内にタリンカーが生成し、流動性が悪く安定燃焼を
維持できない場合、切換スイッチにより専用の燃焼バー
ナとして転換使用できるようにし、常に燃焼装置として
の機能を保持できるように構成したことにある。

〔作用〕 本発明による流動層燃焼装置における自動制御装置は、
以上説明したように流動層部内の温度を検出し、その検
出温度に対応して、燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体
粒子の加熱バーナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置
とを、それぞれ制御装置に組み込まれたプログラムに基
づいて順次駆動されるように構成されているため、流動
層部内の温度条件に対応した適正なタイミングによるオ
イルコークス等、固体燃料の供給と着火を行い安定した
流動層燃焼を確保することが可能である。

特に流動層燃焼装置として、その燃焼を断続的に行う、
例えば負荷変動の激しい小型ボイラの燃焼装置に適用し
たような場合は、前記したように流動層内の検出温度に
即した燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バ
ーナ点火装置と固体燃料自動供給装置とが、あらかじめ
設定されたシーケンスにより適正に、かつ自動的に駆動
制御されるため常に安定した流動層燃焼を確保すること
ができる。

〔実施例］ さらに本発明に係る自動制御装置を備えた流動層燃焼装
置を温水ボイラの燃焼装置に適用した場合の実施例に基
づいて具体的に説明する。

第１図は自動制御装置を組み込んだ温水ボイラの全体構
造図で、１は流動層燃焼が行われる燃焼室で、２はこの
燃焼室１へ燃焼用空気を送るための送風機である。

なお、この実施例で燃焼用空気は、熱媒体粒子と固体燃
料の流動化を行うため燃焼室１の底部から供給する一次
空気と、燃焼室１の右側中間位置より、燃焼室１内へ送
り込む二次空気からなり、その空気量の制御は前記−次
空気の供給路に設けたエアダンパ３と二次空気の供給路
に設けたエアダンパ４の開度調節を行うことによりコン
トロールされるように構成されている。第１図において
、ブロック５で示すのが、その燃焼用空気の供給制御装
置である。

次に、燃焼室１の底部より吹き込まれた前記燃焼用−次
空気により、吹き上げた熱媒体粒子を加熱するための加
熱バーナ自動点火装置は、第１図で示すように燃焼室１
を構成する炉体左側に、斜め方向から下向きに加熱用バ
ーナ６を差し込んで設け、この加熱用バーナ６に電気的
な点火操作制御装置を組み込んで構成されている。第１
図で示す７が、その加熱バーナ自動点火装置である。

次に前記加熱のバーナ６により加熱された熱媒体粒子に
固体燃料を供給し、いわゆる流動層燃焼を起させるため
の固体燃料の自動供給装置は、第１図で示すように燃料
貯蔵用ホッパ８の下部にスクリューフィーダ９を組み込
んで構成し、このスクリューフィーダ９の駆動軸９ａの
回転駆動を制御することにより行うように構成されてい
る。１０がこのスクリューフィーダ９の回転駆動の制御
を行う、いわゆる固体燃料自動供給装置である。

なお、１１は流動層燃焼を行う燃焼室１の上部に設けた
缶体で、ｌｌａは缶体１１における温水の循環路を示し
、１２は温水の取り出し管、１３はこの取り出し管１２
に設けた温水放出弁、１４は缶体１１への給水ノズル、
１５は排気管である。

１６は本発明において主要な役割を分担する流動層部内
の温度検出器で、燃焼室１の槽内に検知部を位置させて
セットされている。なお、１７は缶体１１の上部に設け
た温水の温度検出器である。

本発明は、前記流動層部内の温度検出器１６による検出
信号に基づいて、燃焼用空気、具体的には燃焼室１内に
おいて流動層燃焼を発生させるための一次空気と二次空
気とを供給する燃焼用空気の供給制御装置５と、熱媒体
粒子の加熱バーナ自動点火装置７と固体燃料自動供給装
置１０とのそれぞれを、あらかじめ設定されたシーケン
スすなわち制御手段を内蔵させたシーケンサ−を介して
制御運転するようにしたものである。

第２図は、そのシーケンスを内蔵した制御装置の実施例
をフローチャートで示したもので、−点鎖線で囲んだ部
分がプログラムを内蔵したシーケンサ−に相当する制御
装置１８で、１８ａは制御信号発生部を示す。

なおこの実施例においては、流動層部内の温度検出器１
６の検出信号に基づいて前記シーケンス制御を実行する
シーケンサ−２すなわち制御装置１８にはマイクロコン
ピュータを内蔵させである。

また、使用燃料としてはオイルコークスを用いるとし、
かつ温度条件を、７５０°Ｃ以下、８００〜９５０°Ｃ
，９５０’Ｃ以上の三段階に区分設定し、流動層部内温
度が、これら三段階の温度領域に該当したとき、前記燃
焼用空気の供給制御装置５と熱媒体粒子の加熱バーナ自
動点火装置７と固体燃料自動供給装置１０とが、それぞ
れ適切に駆動制御され、安定した流動層燃焼を維持でき
るように設定したシーケンスが内蔵されている。

第３図がその制御手段としてのプログラムに組み込まれ
た制御順序の一例を示すものである。

まず流動層部内温度が、第３図（１）で示すように７５
０°Ｃ以下にある場合、すなわち燃焼が長い開停止され
、これから運転を開始するという場合は、まず加熱バー
ナ自動点火装置７を駆動させて、Ｔ。

分間熱媒体粒子を加熱させ、次に面体燃料自動供給装置
１０が駆動されオイルコークスを１２分間投入するよう
に設定しである。（注、　Ｔ　＋　、　Ｔ　２．　Ｔ　
’ｘ等は燃料の性状負荷状況に応じて定める）そして流
動層部内温度が、オイルコークスの自燃開始温度である
６００″Ｃに達すると、あらかじめ設定された制？：ｆ
ｌ１手段としてのシーケンスに組み込まれた制御順序に
よって、燃焼用空気の自動制御装置５のエアダンパ３お
よび４の開度を調節して空気量を加熱バーナ６とオイル
コークスの燃焼に見合った量に調節し、オイルコークス
の自燃が確実に保証される温度７５０°Ｃになると、前
記加熱バーナ自動点火装置７が作動して加熱バーナ６の
火を消すとともに、燃焼用空気の供給制御装置５は、オ
イルコークスの燃焼に最適な空気量に調節されるようプ
ログラムされている。

なお、第３図（Ｉ）で示すように、運転スタート時にお
いては、エアダンパ３を全開（Ｉｌｉ）とし、熱媒体粒
子の流動性を確保するようにしている。

次に流動層部内、すなわち燃焼室１内の温度が８００〜
９５０°Ｃの温度領域内にある場合に運転を開始する場
合は、第３図（ＩＩ）で示すような制？１１１手段がプ
ログラムされである。

すなわち流動層部内温度が８００°Ｃになると、加熱バ
ーナ自動点火装置７が着火されるとともに、同時に固体
燃料自動供給装置１０が作動し、オイルコークスを１２
分間投入する。

そしてオイルコークスが自燃状態になり、１分経過する
と、燃焼用空気の供給制御装置５のエアダンパ３および
４が開き、加熱バーナ６とオイルコークスの燃焼に見合
った空気量が燃焼室１内に供給されるよう設定されてい
る。

そして流動層部内の温度が９５０°Ｃになると、前記加
熱バーナ自動点火装置７の加熱バーナ６は消火され、燃
焼用空気の供給制御装置５のエアダンパ３および４が、
オイルコークスの安定燃焼に必要な空気量を送り込むよ
う、その開度を調節するよう仕組まれている。

最後に流動層部内温度、すなわち燃焼室１内の温度が９
５０°Ｃ以上にある場合に運転を開始するときは、第３
１１Ｎ　（Ｉ）で示すようにプログラムされている。

燃焼室１内の温度が９５０″Ｃ以上にある場合は、オイ
ルコークスを投入しただけでオイルコークスは自燃焼を
開始することが可能であるため、燃焼室１内温度が９４
０°Ｃに低下した時点からＴ２分間、または流動層部内
温度が９５０　’Ｃに達するまでオイルコークスを投入
し、以下この繰り返しでオイルコークスの燃焼を維持す
るようにプログラムされている。

なお、固体燃料の種類によって、着火温度や自燃温度は
異なるため、実施例においては、第２図で示すようにプ
ログラム、すなわち制御手段に仕組まれた温度条件を任
意に設定することができるように制御袋Ｗ１８すなわち
シーケンサ−に温度調節器１９を組み込み制御温度の調
節ができるように構成している。

また、図面上には表示していないが、加熱用バーナ自動
点火装置７の点火時間と固体燃料自動供給装置１０の供
給時間も燃料の種類や流動層部内の負荷状況に応じて可
変タイマーを用いて、それぞれ最適条件に設定変更する
ことができるように構成されている。

さらに実施例では第１図で示すように缶体１１の上部に
、温水の温度検出器１７を設け、流動層部内温度すなわ
ち燃焼室１内の温度が、７５０°Ｃ以下の場合と、８０
０〜９５０°Ｃの領域以下にある場合、その温度検出器
１７による検出温度が所望されている温水温度の上限以
下であれば、流動層部内温度が７５０°Ｃ又は９５０°
Ｃに達するまで燃焼が継続されるような制御プログラム
が組み込まれている。第２図で示す２０がその温水温度
による制御手段、すなわちプログラムを備えた制御手段
である。

なお温水温度が必要以上に上昇した場合は、第１図で示
した温水検出弁１３が作動して温水を放出し、補給水量
を増加して温水温度を下降させるようになっている。

特に、この温水温度検出に基づく制御手段２０を組み込
んだ理由は、燃焼室ｌ内に未燃状態のオイルコークスを
残留させないためである。

さらにこの実施例では、第２図で示したように、制御装
置１８すなわちシーケンサ−よりの制御信号の出力側と
制御される各装置機器、すなわち燃焼用空気の供給制御
装置５．加熱バーナ自動点火装置７．固体燃料自動供給
装置１０との接続部に、切換スイッチ２１を設け、加熱
バーナ自動点火装置７のみを稼動させることが出来るよ
うに構成している。

これは、万一流動層燃焼にトラブルが発生し、その結果
タリン力−の生成があったような場合、すなわち流動層
燃焼が継続できない場合、この加熱バーナ自動点火装置
７の加熱バーナ６のみを燃焼してボイラとしての運転を
確保するためのエマ−ジエンシー手段として使用するた
めのものである。

〔発明の効果〕

以上実施例を通して説明したように、本発明による流動
層燃焼装置の自動制御装置は、あらかじめ固体燃料の着
火温度や自燃温度を配慮した温度条件に基づくシーケン
スによって燃焼用空気の供給制御装置、加熱バーナ自動
点火装置、固体燃料自動供給装置のそれぞれを制御運転
されるため、常に安定した流動層燃焼を確保維持するこ
とができる。

特にその効果は、負荷変動の大きな小型ボイラにおいて
顕著である。以下その効用を列記する。

１）固体燃料を確実に着火し、流動層温度すなわち燃焼
室温度を適正に維持することができる。

特に流動層温度のコントロールと固体燃料の適正・な投
入量のコントロールが可能であるため、固体燃料の着火
性が確実に保証される。

２）負荷変動にあわせた円滑な着火動作が確保される。

特に流動層内温度に対応し、着火動作を三段階に設定し
て制御するようシーケンスを記憶させておくと、負荷変
動が激しい場合でも、流動層内温度に応じた起動順序で
燃焼用空気の供給、加熱バーナの点火、固体燃料の供給
が行われるので、確実な着火燃焼が確保され、ボイラ負
荷に追従することができる。

３）流動層内、すなわち燃焼室内に供給された固体燃料
が未燃のまま残留することがなく、異常な温度上昇や流
動の不安定によるクリンカー等の生成の心配がない。

一度投入された固体燃料は燃焼が終結するまで運転でき
る。

４）流動層燃焼が不調で、万一クリンカー等が発生した
場合は、制御系を切換えて加熱バーナ自動点火装置の加
熱バーナを燃焼して運転を継続できるように構成してい
るため、ボイラとしての運転を中断することなく使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による流動層燃焼装置における自動制御装
置を温水ボイラに適用した場合の実施例を示すもので、
第１図はその温水ボイラの全体構造図である。第２図は
本発明の自動制御装置を示すフローチャートで、第３図
は、制御装置に組み込んだ燃焼用空気の供給制御装置、
加熱バーナ自動点火装置、固体燃料自動供給装置の温度
条件によるそれぞれの起動停止の制御順序のプログラム
をタイムチャート形式に示した実施例である。 １・・・燃焼室　　　　　　２・・・送風機３・・・エ
アダンパ　　　　４・・・エアダンパ５・・・燃焼用空
気の供給制御装置 ６・・・加熱バーナ ７加熱バ一ナ自動点火装置 ８・・・燃料貯蔵用ホッパ ９・・・スクリューフィーダ ９ａ・・・駆動軸 １０・・・固体燃料自動供給装置 １１・・・缶体　　　　　　１１ａ・・・循環路１２・
・・温水の取り出し管 １３・・・温水放出弁　　　１４・・・給水ノズル１５
・・・排気管 １６・・・流動層部内の温度検出器 １７・・・温水の温度検出器 １８・・・制御装置（シーケンサ−） １８ａ・・・制御信号発信部 １９・・・温度調節器 ２０・・・温水温度による制御手段 ２１・・・切替えスイッチ １０Ｖ 第３′図 平叙ε十市正占 昭和６３年　７月／？日 （’ｌ’ｌ’　；ｉ’ｌ庁審査官　　　　　　　　＠）
１、事（′１の表示　　　特願昭６３−７１０１０号２
、発明の名称　　　流動層燃焼装置における自動制御装
置３、袖１１二をする者 事件との関係　出願人 住所 名称　　　　成和機工株式会社（タトノ名〕４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バー
   ナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置とを備えた流動
   層燃焼装置において、流動層部内に温度検出器を設ける
   とともに、さらに流動層部内の温度条件によって、前記
   燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バーナ自
   動点火装置と固体燃料自動供給装置とを制御駆動する制
   御装置を設け、この制御装置に前記流動層部内の温度検
   出器を接続し、この温度検出器による検出信号に基づい
   て、前記制御装置が燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体
   粒子の加熱バーナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置
   とを駆動制御するように構成したことを特徴とする流動
   層燃焼装置における自動制御装置。 ２）前記温度検出器に接続された制御装置は、マイクロ
   コンピュータを内蔵したシーケンサーをもって構成した
   ことを特徴とする請求項１記載の流動層燃焼装置におけ
   る自動制御装置。 ３）シーケンサーには、流動層部内の温度条件によって
   前記燃焼用空気の供給制御装置と熱媒体粒子の加熱バー
   ナ自動点火装置と固体燃料自動供給装置の駆動順序と駆
   動時間のパターンをあらかじめ設定した制御手段を記憶
   させたことを特徴とする請求項２記載の流動層燃焼装置
   における自動制御装置。 ４）熱媒体粒子の加熱バーナ自動点火装置は、流動層燃
   焼が不能の場合、専用の燃焼バーナとして切換えること
   ができるように構成したことを特徴とする請求項１記載
   の流動層燃焼装置における自動制御装置。