JPH03217701A - ボイラ起動時の燃料流量制御装置 - Google Patents

ボイラ起動時の燃料流量制御装置

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JPH03217701A
JPH03217701A JP1342390A JP1342390A JPH03217701A JP H03217701 A JPH03217701 A JP H03217701A JP 1342390 A JP1342390 A JP 1342390A JP 1342390 A JP1342390 A JP 1342390A JP H03217701 A JPH03217701 A JP H03217701A
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JP
Japan
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flow rate
fuel
steam
furnace
boiler
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JP1342390A
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Shigehiro Miyamae
宮前 茂広
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IHI Corp
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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】 [産業上の利用分野コ 本発明はボイラ起動時の燃料流量制御装置に関するもの
である。
[従来の技術] ボイラ起動時においては、火炉を包囲する炉壁管出口の
蒸気圧力を迅速に上昇させると共に過熱器出口の蒸気温
度を、タービン側から受ける制約により決定される温度
以下に制御する必要がある。
一方、上記炉壁管における蒸気圧力の上昇には、燃料供
給量の増大が不可欠であるが、火炉での収熱か不十分の
場合には、蒸気圧力か十分に上昇せず、過熱器での収熱
か増加するため、過熱器出口の蒸気温度か上昇し、ター
ビンに悪影響を与える虞れがある。
このため、従来は、ボイラの試運転時に、ボイラへの燃
料供給量と前記蒸気圧力、及び蒸気温度の関係を予め調
べておき、実運転におけるボイラ起動時には、試運転時
に得たデータを基に運転員が経験と勘に頼り、燃料供給
量を調整し、炉壁管出口の蒸気圧力ができるだけ迅速に
上昇すると共に過熱器出口の蒸気温度が常にタービン側
から受ける制約から決まる所定の温度以下になるように
運転を行っていた。
[発明か解決しようとする課題] しかしなから、ボイラ起動時には、上述のように、運転
員か経験と勘により燃料供給量を調整しつつ運転を行う
ため、ボイラ起動を迅速に行うことがてきす、又ボイラ
起動に余分の運転員か必要となるため、省人化を図るこ
とができず、又燃料か変わった場合には、火炉の収熱特
性か異なり、ボイラ起動時の燃料投入量を手動で調節す
る必要かある、等の問題があった。
本発明は、上述の実情に鑑み、ボイラの起動を容易且つ
迅速にしかも自動的に行い得るようにすることを目的と
してなしたものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、燃料流量検出器9により検出された、燃料供
給管Bからボイラバーナ5へ供給される燃料の流量Fl
 と空気流量検出器IOにより検出された、空気供給管
8から火炉3へ供給される燃焼用空気の流量F2を加算
して燃焼ガス流量Fを求める加算器13と、温度検出器
15により検出された火炉3内のガス温度TBに対応し
たエンタルピEを求める関数発生器17と、前記加算器
13て求められた燃焼ガス流量Fと前記関数発生器17
て求められたエンタルビEを掛け合わせて火炉3内の燃
焼ガスの保有熱量Hを求める掛算器19と、前記燃料流
量検出器9で検出された燃料の流量F1と燃料の種類に
より決まる単位流量当りの発熱量qを掛け合わせてボイ
ラ燃料人熱IHoを求める掛算器22と、該掛算器22
て求められたボイラ燃料入熱量H。と前記掛算器19で
求められた保存熱量Hの差から火炉3を覆う炉壁管lの
収熱部1aの収熱量ΔHを求める減算器24と、該減算
器24で求められた収熱量ΔHを前記掛算器22で求め
られたポイラ燃料入熱量H0により割って収熱率ηを求
める割算器26と、該割算器26で求められた収熱率η
に対応した蒸気圧力Pを求める関数発生器28と、前記
割算器26で求められた収熱率ηに対応した蒸気温度T
を求める関数発生器29と、前記関数発生器28で求め
られた蒸気圧力Pと蒸気圧力検出器34により検出され
た、前記炉壁管l出口の蒸気圧力Pvの差から蒸気圧力
偏差ΔPを求める減算器31と、前記関数発生器29て
求められた蒸気温度Tと蒸気温度検出器36により検出
された、火炉3上部の過熱器4出口の蒸気温度Tvの差
から蒸気温度偏差ΔTを求める減算器33と、前記蒸気
温度偏差ΔTと予め定めた設定蒸気温度偏差ΔToの差
である余裕度Xが所定の値より大きい場合には、前記蒸
気圧力偏差ΔPに対応した開度指令Kを前記燃料供給管
6に設けた制御弁7へ与え、前記余裕度Xか所定の値以
下の場合には、余裕度Xに対応した開度指令Kを前記制
御弁7へ与える制御装置40を設けて成るものである。
[作   用] 燃料供給管6からボイラバーナ5へ供給される燃料の流
量F1と空気供給管8から火炉3へ供給される燃料用空
気の流量F2が加算されて燃焼ガス流量Fが求められ、
一方、火炉3内のガス温度TBに対応してエンタルビE
か求められ、前記加算流量FとエンタルビEか掛け合わ
されて火炉3内の燃焼ガスの保有熱量Hが求められ、燃
料の流1iF+ と燃料の種類によって決まる単位流量
当りの発熱量qか掛け合わされてボイラバーナ5へ供給
されるボイラ燃料入熱量H0か求められる。
又前記ボイラ燃料人熱!Hoと火炉3内の燃焼ガスの保
有熱量Hの差から、炉壁管lの収熱量ΔHが求められ、
収熱量,6Hを前記ボイラ燃料人熱@Hoにより割って
収熱率ηか求めら−れ、収熱率ηに対応した蒸気圧力P
及び蒸気温度Tか求められ、蒸気圧力Pと炉壁管l出口
の蒸気圧力Pvの差から蒸気圧力偏差ΔPが求められ、
蒸気温度Tと過熱器4出口の蒸気温度Tvの差から蒸気
温度偏差ΔTが求められ、蒸気温度偏差lUTと予め定
めた設定蒸気温度偏差ΔT0の差から求められた余裕度
Xか所定の値より大きい場合には、蒸気圧力偏差ΔPに
対応した開度指令Kが前記燃料供給管6に設けた制御弁
7に与えられて制御弁7の開度が調整され、余裕度Iが
所定の値以下の場合には、余裕度Xに対応した開度指令
Kが前記制御弁7に与えられて制御弁7の開度が絞られ
る。
すなわち、本発明では、温度検出器15により火炉3内
の中間位置までの火炉収熱から全体の火炉収熱を予測し
、これに基づき燃料投入量を先行的に制御することがで
きる。
一般にボイラの火炉3は、熱容量の大きい炉壁管で構成
され、火炉3内の収熱によって変化する蒸気圧力、蒸気
温度は、この熱容量の太きい炉壁管によりかなりの時定
数を有する。このため、火炉3の収熱を前記温度検出器
15により検出することで、蒸気の状態を先行的に予測
し、これに基づき燃料投入量を制御することで、ボイラ
起動状態(例えば長期停止後の起動、8時間停止後の起
動等)に応じて常に最適な状態でボイラ起動が達成でき
る。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
第1図〜第6図は本発明の一実施例である。
第1図中1はボイラの炉壁2を形成する炉壁管、3は炉
壁2の内部に形成された火炉、4は火炉3の上方に設置
された過熱器、5はボイラハーナ、6はボイラバーナ5
へ燃料を供給する燃料供給管、7は燃料供給管6の中途
部に配設された制御弁、8はバーナ5へ燃焼用空気を供
給する空気供給管である。
燃料供給管6には、燃料流量検出器9が、又空気供給管
8には空気流量検出器IOか、夫々接続され、燃料流量
検出器9で検出された燃料流量F1は、燃料流量信号1
1として加算器13及び該加算器13に対し並列に設け
た掛算器22へ与え得るようになっており、空気流量検
出器lOで検出された空気流量F2は、空気流量信号1
2として加算器13へ与え得るようになっている。又加
算器13では燃料流量F1と空気流量F2を加えた燃焼
ガス流IFかF=F++Fzにより求められ、燃焼ガス
流量信号l4として出力されて掛算器19へ与え得るよ
うになっている。
炉壁管1の収熱部1aには、例えば赤外線式の非接触型
温度検出器15が取付けられ、温度検出器15により検
出された火炉3内のガス温度TBはガス温度信号l6と
して関数発生器17に与え得るようになっており、関数
発生器17からは、ガス温度TBに対応したエンタルピ
Eがエンタルビ信号18として掛算器19へ与えられる
ようになっている。又、掛算器19では、火炉3 内/
< −1−取付部下流の中間部の温度検出断面Xにおけ
る保有熱量HがH−EXFにより求められるようになっ
ており、保有熱量信号20として出力されて、減算器2
4へ与え得るようになっている。なお、赤外線式の非接
触型温度検出器15としては、例えばCO2吸収バンド
を利用した波長での光学計測等により非接触で計測する
ものを用いる。
このように非接触型温度検出器15を用いるのは次の理
由による。すなわち、従来は火炉出口部等に抜差型の熱
電対温度計を用いていたか、高温状態では構造的に計測
が困難であるためである。
掛算器22では、使用する燃料の種類により決まる、燃
料の単位流量当りの発熱1qと前記燃料流量検出器9て
検出された燃料流量F1がらボイラへの燃料入熱量(ボ
イラ燃料入熱量)HOかH。歇q x F + により
求め得るようになっていると共に、掛算器22からはボ
イラ燃料入熱量Hoがボイラ燃料入熱量信号23として
出力され、減算器24及び、該減算器24の信号送り方
向下流側に設けた割算器26へ与え得るようになってい
る。
減算器24では、炉壁管1の収熱部1aの収熱量ΔHが
、ボイラ燃料人熱!Hoから火炉3の温度検出断面Xに
おける保有熱量Hを引くことにより、すなわちΔH−H
.−Hにより求められ、求められた収熱量ΔHは収熱量
信号25として割算器26へ与え得るようになっている
割算器26では、収熱量ΔHをボイラ燃料入熱量Hoで
割ることにより収熱率η(−ΔH/Hoが求め得るよう
になっており、求められた収熱率ηは、収熱率信号27
として並列配置された関数発生器28.29に与え得る
ようになっている。
関数発生器28からは、収熱率ηに対応した蒸気圧力P
が蒸気圧力信号30として減算器3lへ、又関数発生器
29からは、収熱率ηに対応した蒸気温度Tか蒸気温度
信号32として減算器33へ与え得るようになっている
関数発生器17には、第2図に示すように火炉3の温度
検出断而Xにおけるガス温度T日とエンタルピEの関係
を表わす関数F+(x)か人力され、関数発生器28に
は、第3図に示すように、) 炉壁管l収熱部1aの収熱率ηと、炉壁管1出口の蒸気
圧力Pの関係を表わす関数F2(X)が入力され、関数
発生器29には、第4図に示すように、炉壁管l収熱部
1aの収熱率ηと過熱器4出口の蒸気温度Tの関係を表
わす関数F3(X)が入力されている。関数F + (
x) 、F2 (X)、F3(X)は、予めボイラ試運
転時のデータから実験的に決定されている。
炉壁管I出口には、炉壁管l出口の蒸気圧力Pvを検出
する蒸気圧力検出器34か接続され、蒸気圧力検出器3
4で検出された蒸気圧力Pvは、蒸気圧力信号35とし
て前記減算器31へ与え得るようになっている。又過熱
器4出口には、過熱器4出口の蒸気温度Tvを検出する
蒸気温度検出器36が接続され、蒸気温度検出器36で
検出された蒸気温度Tvは、蒸気温度信号37として減
算器33へ与え得るようになっている。
減算器31では、関数発生器28からの蒸気圧力Pと蒸
気圧力検出器34からの蒸気圧力Pvの蒸気圧力偏差Δ
PがΔP=P−Pvにより求められるようになっており
、該蒸気圧力偏差ΔPは、圧力偏差信号36として制御
装置40へ与え得るようになっている。又減算器33で
は、関数発生器29からの蒸気温度Tと温度検出器36
からの蒸気温度Tvの蒸気温度偏差IUTが、ΔT−T
−Tvにより求められるようになっており、該蒸気温度
偏差ΔTは、温度偏差信号39として制御装置40へ与
え得るようになっている。
制御装140からは、蒸気温度偏差ΔTを予め定めた設
定蒸気温度偏差ΔToと比較し、余裕度Iかl”−ΔT
−ΔTo>0の場合、すなわち、余裕度Xか十分に大き
い場合には、第5図に示すように蒸気圧力偏差ΔPに略
比例した開度指令Kを開度指令信号4Iとして制御弁7
へ与え得るようになっており、余裕度XがI−ΔTΔT
o≦Oの場合、すなわち余裕度Xが少い場合には、第6
図に示すように余裕度Xの絶対値に略反比例した開度指
令Kを開度指令信号41として制御弁7へ与え得るよう
になっている。余裕度Xをどの程度にするか、及び蒸気
圧力偏差ΔPと制御弁7に対する開度指令K、余裕度X
の絶対値と制御弁7に対する開度指令Kの関係は、予め
ボイラ試運転時のデータから実験的に決定されている。
次に、本発明の作動について説明する。
ボイラ起動時には、燃料供給管6から燃料か、又空気供
給管8から燃焼用空気か、火炉3内へ投入され、燃焼が
開始される。このため、炉壁2は炉内に形成されるバー
ナ5の火炎の輻射熱により加熱され、炉壁管1内の水は
加熱蒸発して所定圧力の蒸気となり、該蒸気は火炉3内
を上昇して来た燃焼ガスにより過熱器4で所定温度にな
るまで過熱され、タービンへ送られる。
燃料供給管6の燃料流量F1は燃料流量検出器9で検出
され、燃料流量信号11として加算器13及び掛算器2
2に与えられ、又空気供給管8の空気流量F2は空気流
量検出器10で検出され、空気流量信号12として加算
器13に与えられ、加算器I3ては、燃料流@F1と空
気流量F2か加算されて燃焼ガス流量F (=F+ +
F2 )か求められ、該燃焼ガス流量Fは、燃焼ガス流
量信号l4として掛算器19に与えられる。なお、F1
とF2を加算する場合、単位は例えばNrrr/hrの
ように合わせておく必要がある。
火炉3内を上昇する燃焼ガスのガス温度TBは、火炉3
のバーナ取付部下流の中間部において、非接触型温度検
出器15により検出され、ガス温度信号16として関数
発生器17に与えられ、関数発生器17からは、第2図
に示すようにガス温度TBに対応した大きさのエンタル
ピEがエンタルピ信号18として出力され、掛算器19
へ与えられる。
掛算器19では、燃焼ガス流量FとエンタルピEか掛け
合わされて、燃料及び燃焼用空気か保有する保有熱量H
 (−EXF)が求められ、保有熱量信号20として出
力されて減算器24に与えられる。
一方、掛算器22ては、燃料流量検出器9で検出された
燃料流量F + と燃料の種類により定まる、予め人力
された単位流量当りの発熱量qか掛け合わされて、ボイ
ラ燃料入熱量Ho (−q×F1)か求められ、該ボイ
ラ燃料入熱量H.は入熱量信号23として減算器24及
び割算器26へ与えられる。
減算器24では、ボイラ燃料入熱量H。から保有熱IH
を減算することにより、炉壁2に収熱される収熱1ik
ΔH (−H。−H)が求められ、収熱量信号25とし
て出力されて割算器26へ送られ、割算器26では、収
熱量ΔHをボイラ燃料入熱量Hoにより割ることにより
、収熱率η(一ΔH/Ho)が求められ、収熱率ηは収
熱率信号27として関数発生器28.29に与えられる
関数発生器28からは、第3図に示すように収熱率ηに
対応した大きさの蒸気圧力Pが、蒸気圧力信号30とし
て減算器31に与えられ、蒸気圧力検出器34により検
出された、炉壁管l出口の蒸気圧力Pvは、蒸気圧力信
号35として減算器3lに与えられ、減算器31では、
収熱率ηから定まる蒸気圧力Pから炉壁管l出口の実際
の蒸気圧力Pvを引くことにより蒸気圧力偏差ΔP(=
P−Pv)が求められ、該蒸気圧力偏差ΔPは、圧力偏
差信号36として制御装置40に与えられる。
関数発生器29からは、第4図に示すように、収熱率η
に対応した大きさの蒸気温度Tか、蒸気温度信号32と
して減算器33に与えられ、蒸気温度検出器36により
検出された、過熱器4出口の蒸気温度Tvは、蒸気温度
信号37として減算器33に与えられ、減算器33では
、収熱率ηから定まる蒸気温度Tから過熱器4出口の実
際の蒸気温度Tvを引くことにより蒸気温度偏差ΔT(
−T−Tv)が求められ、該蒸気温度偏差ΔTは、温度
偏差信号39として制御装置40へ与えられる。
制御装置40では、減算器33からの蒸気温度偏差ΔT
が、予め入力されている設定蒸気温度偏差ΔToと比較
されて余裕度XかI−ΔT−lUToにより求められる
而して、x>Oのときは、余裕か十分にあり、過熱器4
出口の蒸気温度Tvは、タービン側から受ける制約によ
り決定される温度よりも十分に低いため、減算器31か
らの蒸気圧力偏差ΔPに対応した開度指令Kが、制御装
置4oがら出力されて制御弁7に与えられ、制御弁7は
、開度指令Kの大きさに対応した開度に開かれる。この
ため、燃料供給管6からボイラバーナ5へ供給される燃
料流量F1が増加し、炉壁管l出口の蒸気圧力Pv及び
過熱器4出口の蒸気温度Tvが上昇する。
又、X≦0のときは、余裕がなく、制御弁7の開度を絞
らないと、過熱器4の蒸気温度Tvはタービン側から受
ける制約により決定される温度を越える虞れがある。従
って、この場合には、余裕度Xの絶対値の大きさに対応
した開度指令Kか制御弁7に与えられ、制御弁7は開度
指令Kの大きさに対応した開度に絞られ、過熱器4出口
の蒸気温度Tvが上昇しすぎることが防止される。
上述のように、本実施例によれば、余裕度x〉0の場合
は、先行して制御弁7の開度を大きくして燃料流量F1
を増加させ、X≦0の場合は、先行して制御弁7の開度
を絞って燃料流量F1を減少させることにより、過熱器
4出口の蒸気温度Tvをタービン側から受ける制約によ
り決定される温度よりも低い温度に押えっつボイラの起
動を自動的にしかも容易且つ迅速に行うことが可能とな
り、加えて余分な運転員か不要となる。
なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え
得ることは勿論である。
[発明の効果] 本発明のボイラ起動時の燃料流量制御装置によれば、ボ
イラの起動を自動的にしかも容易且つ迅速に行うことか
できると共に燃料の性状の変化に起因するボイラ火炉収
熱の変化にも十分対応でき、又余分の運転員が不要とな
るため、省大化にも貢献できる、等種々の優れた効果を
奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は本発
明に適用する一の関数発生器に設定される、火炉内のガ
ス温度とエンタルビの関係を表わすグラフ、第3図は本
発明に適用する他の関数発生器に設定される、収熱率と
蒸気圧力の関係を表わすグラフ、第4図は本発明に適用
する更に他の関数発生器に設定される、収熱率と蒸気温
度の関係を表わすグラフ、第5図は本発明により制御弁
の開度調整を行う際の、蒸気圧力偏差と制御弁への開度
指令の関係を表わすグラフ、第6図は本発明により制御
弁の制御を行う際の、蒸気温度により定まる余裕度と制
御弁への開度指令の関係を表わすグラフである。 図中、■は炉壁管、1aは収熱部、2は炉壁、3は火炉
、4は過熱器、5はボイラバーナ、6は燃料供給管、7
は制御弁、8は空気供給管、9は燃料流量検出器、IO
は空気流量検出器、13は加算器、15は非接触型温度
検出器(温度検出器)、17は関数発生器、19は掛算
器、22は掛算器、24は減算器、26は割算器、28
は関数発生器、29は関数発生器、31は減算器、33
は減算器、34は蒸気圧力検出器、36は蒸気温度検出
器、40は制御装置、F1は燃料流量(流量)、F2は
空気流量(流量)、Fは燃焼ガス流量、TBはガス温度
、Eはエンタルビ、Hは保存熱量、qは発熱量、H0は
ボイラ燃料入熱量、ΔHは収熱量、ηは収熱率、Pは蒸
気圧力、Pvは蒸気圧力、ΔPは蒸気圧力偏差、Tは蒸
気温度、Tvは蒸気温度、ΔTは蒸気温度偏差、ΔTo
は設定蒸気温度偏差、Xは余裕度、Kは開度指令を示す

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)燃料流量検出器9により検出された、燃料供給管6
    からボイラバーナ5へ供給される燃料の流量F_1と空
    気流量検出器10により検出された、空気供給管8から
    火炉3へ供給される燃焼用空気の流量F_2を加算して
    燃焼ガス流量Fを求める加算器13と、温度検出器15
    により検出された火炉3内のガス温度T_8に対応した
    エンタルピEを求める関数発生器17と、前記加算器1
    3で求められた燃焼ガス流量Fと前記関数発生器17で
    求められたエンタルピEを掛け合わせて火炉3内の燃焼
    ガスの保有熱量Hを求める掛算器19と、前記燃料流量
    検出器9で検出された燃料の流量F_1と燃料の種類に
    より決まる単位流量当りの発熱量qを掛け合わせてボイ
    ラ燃料入熱量H_0を求める掛算22と、該掛算器22
    で求められたボイラ燃料入熱量H_0と前記掛算器19
    で求められた保有熱量Hの差から火炉3を覆う炉壁管1
    の収熱部1aの収熱量ΔHを求める減算器24と、該減
    算器24で求められた収熱量ΔHを前記掛算器22で求
    められたボイラ燃料入熱量H_0により割って収熱率η
    を求める割算器26と、該割算器26で求められな収熱
    率ηに対応した蒸気圧力Pを求める関数発生器28と、
    前記割算器26で求められた収熱率ηに対応した蒸気温
    度Tを求める関数発生器29と、前記関数発生器28で
    求められた蒸気圧力Pと蒸気圧力検出器34により検出
    された、前記炉壁管1出口の蒸気圧力Pvの差から蒸気
    圧力偏差ΔPを求める減算器31と、前記関数発生器2
    9で求められた蒸気温度Tと蒸気温度検出器36により
    検出された、火炉3上部の過熱器4出口の蒸気温度Tv
    の差から蒸気温度偏差ΔTを求める減算器33と、前記
    蒸気温度偏差ΔTと予め定めた設定蒸気温度偏差ΔT_
    0の差である余裕度Xが所定の値より大きい場合には、
    前記蒸気圧力偏差ΔPに対応した開度指令Kを前記燃料
    供給管6に設けた制御弁7へ与え、前記余裕度Xが所定
    の値以下の場合には、余裕度Xに対応した開度指令Kを
    前記制御弁7へ与える制御装置40を設けて成ることを
    特徴とするボイラ起動時の燃料流量制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102538002A (zh) * 2012-02-09 2012-07-04 北京百恒达石油技术有限公司 气动控制装置
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