JPH01321502A - 燃焼制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は微粉炭等の低品位燃料を燃焼させてその燃焼熱
を利用する燃焼装置の制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、産業用のボイラ、加熱炉等には、重油、天然ガ
ス等の比較的燃焼生成物の少ないクリーンな燃料が使用
されている。しかし、燃料の常給を長期展望すると、石
油資源の枯渇（有限性）、燃料コスト・アップ等が予想
されるため、石炭とか、製造過程で発生する副生燃料等
を使用する例が多くなってきている。ところが、これら
の燃料は低品位燃料と称され、燃焼生成物が非常に多い
、発熱量が変化する、燃料の移送遅れがある等、産業利
用上多くの問題を有している。特に、微粉炭等の低品位
燃料を燃焼させた場合には、排ガス中に含まれる燃焼生
成物が、ボイラ、加熱炉等の被加熱管の表面に付着、堆
積する。このため、付着物の堆積と共に伝熱特性が変化
し、制御対象の伝熱特性の時定数が大きくなっていく。

第３図は、入熱°量（燃焼量）をステップ状に変化させ
た時の伝熱特性の変化を示したものである。

第３図において、Ａが初期時の伝熱特性を示しており、
燃焼生成物の付着と共にＡ−Ｂ−Ｃと伝熱特性が変化し
ていく、すなわち伝熱特性の時定数ＴＰが大きくなって
いくことになる。しかるに、従来の調節手段では積分時
間が初期状態で最適に調整され、かつ固定されているた
めに、制御対象の時定数ＴＰＯ増大と共に調節手段の積
分時間の最適値は大きくなっていかねばならないが、積
分時間は初期値の小さいまま固定されているために、制
御ループゲインが大きくなって制御特性が低下していき
、ついにはハンチング状態に陥ってしまうことになる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来では、燃焼装置の燃料として特に低品
位燃料を使用した場合に、燃焼装置の伝熱特性を考慮し
ていないことがら、安定で高い制御特性、を常に維持す
ることができないという問題があった。

本発明の目的は、燃焼装置の燃料として低品位燃料を使
用した場合でも、常に安定でがっ高い制御特性を維持す
ることが可能な信頼性の高い燃焼制御装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、燃料供給源か
ら供給される燃料を空気とともに燃焼させて被加熱流体
を加熱するようにした燃焼装置において、燃焼装置に関
係する制御量を検出する制御量検出手段と、制御量検出
手段がらの制御量とこの目標値との偏差を算出し、かつ
当該偏差が零となるように比例ゲイン、積分時間に基づ
いて比例、積分演算を行ない燃料流量指令信号を出力す
る制御量調節手段と、燃焼装置に供給される燃料の流量
を検出する流量検出手段と、制御量調節手段からの燃料
流量指令信号と流量検出手段からの燃料流量検出信号と
が一致するように調節演算を行ない、この調節演算信号
を燃料操作手段に与えて燃料流量を調整する燃料流量調
整手段と、燃料流量またはこれに比例した信号を人力し
、その積算値を演算して出力する積分手段とを備え、制
御量検出手段における積分時間を、積分手段からの出力
に応じて修正するようにしている。

（作用） 従って、本発明では以上のような手段を備えたことによ
り、燃料流量またはこれに比例した信号の積算値に応じ
て、燃焼装置の伝熱特性変化を推定しながら制御ｇＬ２
１節手段の積分時間が自動的に修正されることから、燃
焼装置の燃料として低品位燃料を使用した場合でも、燃
焼装置の伝熱特性の変化に追従して、常に安定でかつ最
適な制御特性を維持することが可能となる。

（実施例） まず、本発明の考え方について説明する。

第２図は、制御対象の伝達関数Ｇｐ　　（Ｓ）とコント
ローラの伝達関数Ｇｃ（ｓ）との間の関係式を導出する
ための制御系構成例を示すブロック図である。いま、制
御対象の伝達関数Ｇｐ（ｓ）が変化した場合に、コント
ローラの伝達関数ｃｙｃ（Ｓ）をどのように変えればよ
いかを考えてみる。

すなわち、目標値、制御量、操作量、外乱、制御偏差の
ラプラス変換を、それぞれＶ（ｓ）、Ｘ（ｓ）、Ｍ　（
ｓ）、Ｄ　（ｓ）、Ｅ　（Ｓ）として、第２図の全体の
応答式を求めると次式が得られる。

これらの式から、制御ｍＸ（ｓ）を算出すると、Ｘ（ｓ
）　　−ｔＧｃ　（ｓ）　　・Ｇｐ　（ｓ）　　・Ｖ（
ｓ）１／　ｔ　１　＋Ｇｃ　（ｓ）　　・Ｇｐ　（ｓ）
１＋Ｄ（ｓ）／　ＩＩ　＋Ｇｃ　（ｓ）　　・Ｇｐ（Ｓ
ｏｌ・・・・・・（２） となる。ここで、目標値Ｖ　（ｓ）の変化に対する箱型
応答波形伝達関数をｃｖ＊（ｓ）とすると、Ｘ　（ｓ）
／Ｖ　（ｓ）　−Ｇ　ｖ＊（ｓ）＝　Ｇ　ｃ（Ｓ）Ｇ　
ｐ　（ｓ）／　１１　＋　Ｇ　ｃ　（ｓ）・Ｇｐ（ｓＮ
　　　　　　　　・・・・・・（３）が得られる。この
（３）式から、コントローラの伝達関数Ｇｃ　　（ｓ）
を算出すると、Ｇｃ　　（Ｓ）　　＝　Ｇｖ＊（ｓ）／
［Ｇｐ　　（ｓ）・　１１　−　Ｇｖ＊（Ｓ）ｌコ・・
・・・・（４） となる。この（４）式により、制御対象の伝達関数Ｇｒ
　　（ｓ）と希望応答波形伝達関数をＧｖ末（ｓ）を与
えると、コントローラの伝達関数Ｇｃ（Ｓ）が求まる。

すなわち、制御対象の伝達関数Ｇｐ（ｓ）とコントロー
ラの伝達関数Ｇｃ（ｓ）との関係は上表に示す上うに、 Ｇｃ　（ｓ）　＝Ｔｐ　ｌｔ＋ｔ／　（Ｔｐ−Ｓ）］／
Ｔ’　Ｋｐ・・・・・・（５） となる。ここで、ＴＰ：制御対象の時定数、Ｔ。

希望応答波形の時定数、ＫＰ：制御対象のゲインである
。

さて、燃焼生成物が伝熱部に付着すると、第３図に示し
たように制御対象の伝達関数Ｇｐ　　（Ｓ）の特性が変
化するが、Ｇｐ　　（ｓ）＝Ｋｐ／　（１＋（ＴＰ−８
））の中で、制御対象のゲインＫＰは一定であり、制御
対象の時定数ＴＰのみが大きくなっていく。そうすると
、（５）式でＫＰは一定で、Ｔ、のみが大きくなると、
Ｔ几Ｔ　、に比例して大きくせざるを得ない。よって、
コントローラのゲインに＝Ｔｐ／（Ｔ”・Ｋｐ）は変わ
らないことになる。従って、（５）式によってコントロ
ーラの積分時間は、ＴＰすなわち制御対象の時定数とな
っているので、制御対象の時定数ＴＰを求めてコントロ
ーラの積分時間ＴＩをこのＴｒとすれば、制御対象の伝
熱特性の変化に対応して制御特性の低下を防止できるこ
とになる。

以下、上述のような考え方に基づ（本発明の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。

第１図は、本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合
の構成例を示すブロック図である。第１図において、燃
焼装置であるボイラ１のバーナ１−１には、図示しない
燃料供給源から燃料輸送管２を介して微粉炭等の低品位
の燃料が供給されると共に、図示しない空気供給源から
空気輸送管３を介して空気が供給される。そして、この
バーナ１−１で燃料が空気とともに燃焼してボイラ１の
蒸発管１−２が加熱され、被加熱流体である水を加熱蒸
発させて蒸気が発生し、この蒸気は蒸気パイプ４を介し
て図示しない負荷（需要家）側に供給される。

一方、燃焼装置に関係する制御量、すなわちボイラ１か
らの発生蒸気圧力を制御量検出手段である圧力検出器５
で検出し、これを制御量調節手段である圧力調節手段６
にフィードバック信号ＰＶとして人力する。圧力調節手
段６では、圧力目積値ＳＶと上記フィードバック信号Ｐ
Ｖとを減算手段６−１に導入して両者の偏差信号ｅ−３
Ｖ−ｐｖを算出し、この偏差信号ｅをＰＩ調節手段６−
２に人力する。ＰＩ調節手段６−２では、当該偏差信号
ｅが零となるように比例ゲインに、積分時間Ｔ１に基づ
いて比例（Ｐ）、積分（Ｉ）演算を行なって燃料流量指
令信号を得、この燃料流量指令ら号を燃料流量１調整手
段７に入力する。また、燃料輸送管２を通過する燃料の
流量を流量検出器８で検出し、この燃料流量検出信号ｆ
、を燃料流量調整手段７に入力する。燃料流量調整手段
７では、この燃料流量指令信号と燃料流量検出信号ｆＦ
を導入し、両者が一致するように調節演算を行なって調
節演算信号を得、この調節演算信号を燃料輸送管２上に
設けられた燃料操作端９に与えて燃料流量を可変調整す
る。さらに、流量検出器８からの燃料流量検出信号ｆＦ
を積分手段１０に入力し、ここで所要の時点からの積算
値（燃料流量の積算値）Ｊ’ｆＦを演算し、これにより
燃焼生成物の蒸発管１−２等の加熱部への付着堆積量を
推定して求めて伝熱時定数を推定し、ＰＩ調節手段６−
２における積分時間ＴＩの設定値を自動的に修正するよ
うになっている。

以上の如く構成したボイラ燃焼制御装置においては、ボ
イラ１に供給される燃料流量の積算値を演算する積分手
段１０からの積算値に応じて、ＰＩ調節手段６−２にお
ける積分時間ＴＩの設定値が自動的に修正されることに
より、ボイラ１の燃料として低品位燃料を使用した場合
でも、制御χ、■象であるボイラ１の伝熱特性の変化に
追従して、常に安定でかつ最適な制御特性を維持するこ
とができる。

すなわち、制御対象の伝達関数Ｇｐ（ｓ）−Ｋｐ／　ｆ
ｌ　＋　（Ｔｒ−３）ｌ　とコントローラの伝達関数Ｇ
ｒ　　（ｓ）との関係は（５）式に示したように、Ｇｃ
　（ｓ）＝Ｔｒ　Ｉｌ＋１／（Ｔｐ　　−３）ｌ／Ｔ’
　ＫＰとなる。この式から、ＰＩ調節手段６−２におけ
る積分時間ＴＩの設定値を、従来のようにＴＰＯ（伝熱
部がクリーンな状態で伝熱時定数が小さい値）に設定し
たままにしておくと、ボイラ１の燃焼時間経、過と共に
伝熱面の汚れにより伝熱時定数が大きくなっていくと、
Ｐｌ調節手段６−２の積分時間が最適値からずれて最適
値よりも小さくなるので、制御ループはだんだん振動的
となり、ついにはハンチング状態になってしまう。

上式では、制御対象の時定数ＴＰが変化すると、制御特
性を最適状態に維持するためには、Ｐｌ調節手段６−２
の積分時間Ｔ、を制御対象の時定数Ｔｐとすればよいこ
とを示している。しかるに、本実施例のボイラ燃焼制御
装置では、低品位の燃料流量の積算値を演算する→燃焼
生成物の伝熱面（蒸発管１−２等の加熱部）への付着堆
積量を推定する一伝熱時定数を推定する一制御対象の時
定数Ｔ、を推定するーＰＩ：Ａ節手段６−２の積分時間
Ｔ１を修正するという過程を経て、ＰＩ調節手段６−２
の積分時間Ｔ、が自動的に修正されることにより、制御
特性の最適状態が維持されることになる。

上述したように、本実施例のボイラ燃焼制御装置では、
ボイラ１に供給される燃料流量ｆＦの積算値ｆｆＦを演
算し、これにより燃焼生成物の蒸発管１−２等の加熱部
への付貴堆積員を推定して求めて伝熱時定数°を推定し
、ＰＩ調節手段６−２における積分時間ＴＩを自動的に
修正するようにしたので、ボイラ１の燃料として低品位
の燃料を使用した場合でも、常に安定でしかも高い制御
特性を維持することが可能となる。今後、石油資源のａ
限外、エネルギーコストの高騰等から、必然的に燃焼生
成物の多いダーティな低品位燃料の使用か増加すると予
測されるが、本実施例を適用することによって制御特性
を改善して、品質の向上および省力化を図ることができ
、もって産業界の高度化１発展に大いに貢献することか
期待できるものである。

尚、上記第１図の実施例では、本発明をボイラ燃焼制御
装置に適用した場合について述べたが、これに限らず加
熱炉燃焼制御装置についても本発明を同様に適用できる
ものである。

また、上記第１図の実施例では、積分手段１゜の入力信
号として、ボイラ１に供給される燃料流量の検出信号と
したが、これに限らず燃焼装置の負１１：ｊに比例した
信号を検出し演算する負荷検出手段を備え、この負荷検
出手段からの出刃信号を積分手段１０の人力信号として
伝熱時定数の変化を推定するようにしてもよい。ここで
、負荷検出手段としては、例えばボイラの場合には発生
蒸気流量を検出するものを、また加熱炉の場合には被加
熱流体の流量を検出するものを使用することができる。

さらに、上記第１図の実施例において、燃料として多種
燃料を混焼している場合には、積分手段１０の入力信号
として、燃焼生成物が被加熱部の伝熱面に付着して伝熱
特性に大きな影響を与える低品位燃料の流量に比例した
信号のみ（クリーン燃料流量触号を除いた）を人力して
、伝熱時定数の変化を推定するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、燃料流量またはこ
れに比例した信号の積算値に応じて、制御量調節手段に
おける積分時間を自動的に修正するようにしたので、燃
焼装置の燃料として低品位燃料を使用した場合でも、常
に安定でかつ高い＋１ｉη御特性を維持することが可能
な極めて信頼性の高い燃焼制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合の
一実施例を示すブロック図、第２図は制御対象の伝達関
数Ｇｐ　　（ｓ）とコントローラの伝達関数Ｇｃ（ｓ）
との間の関係式を導出するための制御系構成例を示すブ
ロック図、第３図は低品位燃料を使用した時の制御対象
の特性変化を示す図である。 ］・・・ボイラ、１−１・・・バーナ、１−２・・・蒸
発管、２・・・燃料輸送管、３・・・空気輸送管、４・
・・蒸気パイプ、５・・・圧力検出器、６・・・圧力調
節手段、６、−１・・・Ｎｉ算手段、６−２・・・Ｐ１
調節手段、７・・・燃料流量調整手段、８・・・流量検
出器、９・・・燃料操作端、１０・・・積分手段。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料供給源から供給される燃料を空気とともに燃焼させ
   て被加熱流体を加熱するようにした燃焼装置において、 前記燃焼装置に関係する制御量を検出する制御量検出手
   段と、 前記制御量検出手段からの制御量とこの目標値との偏差
   を算出し、かつ当該偏差が零となるように比例ゲイン、
   積分時間に基づいて比例、積分演算を行ない燃料流量指
   令信号を出力する制御量調節手段と、 前記燃焼装置に供給される燃料の流量を検出する流量検
   出手段と、 前記制御量調節手段からの燃料流量指令信号と前記流量
   検出手段からの燃料流量検出信号とが一致するように調
   節演算を行ない、この調節演算信号を燃料操作手段に与
   えて燃料流量を調整する燃料流量調整手段と、 前記燃料流量またはこれに比例した信号を入力し、その
   積算値を演算して出力する積分手段とを備え、 前記制御量調節手段における積分時間を、前記積分手段
   からの出力に応じて修正するようにしたことを特徴とす
   る燃焼制御装置。