JPH04165208A - 燃焼装置 - 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］ 本発明は、各種の燃料を使用する燃焼装置に係り、燃焼
の異常時に爆発等を防止し燃焼炉の保護をするに好適な
保護回路に関する。

［従来の技術］ 従来における燃焼炉の爆発等の保護回路は、火炎検出器
による火炎失火の検出時又は、燃料の噴霧状態を悪化さ
せる程度の燃料圧力低下による燃料遮断弁の全開回路が
主たる保護回路であり、燃料と空気のバランスに関する
燃焼の保護にまでは配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、燃焼の結果としての火炎の失火の検出
、又は、燃料側の何らかの異常を検出して燃料遮断弁を
全閉することにより、保護をしているが、火炎の検出は
信号の安定に難点があって。

保護回路を除外して調整を行う機会も多いので、火炎検
出器の除外時は、燃料側の異常による保護しか掛からな
いことになる。

特に燃料供給量と空気供給量のバランスを検出しての保
護については配慮されていない為に、燃料は正常に供給
されていても、空気流量の制御や送風機の異常等による
燃焼不安定や不完全燃焼による燃焼炉の爆発を保護する
ことは出来ない装置になっている等の問題があった。

本発明の目的は、燃料と空気のバランスの崩れた状態を
検出して、空気側での異常状態による燃焼炉の保護を行
うことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 前述の目的を達成するため、本発明は、燃焼炉に供給さ
れる空気流量と燃料流量を計測する手段と、空燃比を演
算する手段と、演算された空燃比と設定空燃比とを比較
する判断手段と、空燃比低と判断した場合に燃焼炉への
燃焼を遮断する回路とを備えていることを特徴とするも
のである。

前述の目的を達成するため、さらに本発明は、燃焼炉に
供給される空気流量を計測する手段と、発電機出力を計
測する手段と、その発電機出力より燃焼炉へ供給される
燃料流量を換算する手段と、換算された燃料流量と前記
空気流量とから空燃比を演算する手段と、演算された空
燃比と設定空燃比とを比較する判断手段と、空燃比低と
判断した場合に燃料の供給を遮断する回路とを備えてい
ることを特徴とするものである。

前述の目的を達成するため、さらに本発明は、燃焼炉に
供給される空気流量を計測する手段と、蒸気流量を計測
する手段と、その蒸気流量より燃焼炉に供給される燃料
流量を換算する手段と、換算された燃料流量と前記空気
流量とから空燃比を演算する手段と、演算された空燃比
と設定空燃比とを比較する判断手段と、空燃比低と判断
した場合に燃焼の供給を遮断する回路とを備えているこ
とを特徴とするものである。

前述の目的を達成するため、さらに本発明は、燃焼炉の
出口部に於ける燃焼排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の濃
度を検出する手段と、検出されたＣＯ濃度が予め設定さ
れた設定ＣＯ値以上に上昇したことを判定する回路と、
ＣＯ濃度高と判断すると燃料の供給を遮断する回路とを
備えたことを特徴とするものである。

航述の目的を達成するため、さらに本発明は、燃焼炉へ
供給される空気流量を計測する手段と、例えば発電機出
力や蒸気量などの燃焼炉の出力を計測する手段と、その
燃焼炉の出力が規定値以上のときに予め設定された空気
流量より低下したことを検出する手段と、空気流量が設
定値より低下したことを検出すると燃焼炉への燃料の供
給を遮断する回路とを備えたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ 燃焼炉に供給される空気流量は比較的精度高く計測され
ており、また燃料流量も気体、液体、燃料では容易に計
測可能である。計測された値の判断は演算器で行い、比
率演算結果を設定値と比較して、設定値を下回る値まで
、現状の運転状態が空気不足になれば燃料を遮断するも
ので、空燃比低の状態で運転継続することにより、燃焼
異常によって生じた未燃ガスに着火して、燃焼炉の爆発
等、危険な状態を未然に防止するものである。

通常の制御された運転状態では、空気流量が燃料流量よ
りも多い状態即ち過剰空気による燃焼が行われている。

空気不足を早期に処置することは、燃焼炉の爆発等の危
険防止に有効である。

燃焼排ガス中のＣＯ濃度は、排ガス分析計により、従来
技術で検出可能である。また、燃料遮断弁を全閉する保
護回路は、ＣＯ濃濃度上よる分析計の出力接点をリレー
増幅使用することにより、燃料遮断弁の全開回路を励磁
することによって可能である。

燃焼排ガス中のＣＯ濃度は、燃料と空気のバランスを表
わしており、燃料が正常で空気側に何らかの異常状態が
発生した場合の検出が可能であり、ＣＯＯ度低では、空
気流量が燃料流Ｉよりも多い状態即ち過剰空気による燃
焼であって燃焼の点からは危険は無い。従ってＣＯ濃濃
度上よる保護回路により、空気不足の燃焼異常状態を早
期に処置することになり、燃焼炉の爆発等の危険状態に
至ることは無い。

前述のように燃焼炉に供給される空気流量は、精度高く
計測されている。一方、燃料流量が石炭等の固体燃料は
、容易には計測困難である。この為、空気流量がある発
電機出力以上の時に空気流量が規定値以下に低下したこ
とを検出して、設定値を下回る値まで、現状の運転状態
が空気不足になっていれば燃料を遮断するもので、空燃
比低の状態で運転継続して、燃焼異常によって生じた未
燃ガスによる燃焼炉の爆発等の危険な状態を未然に防止
するものである。空気流量が燃料流量よりも多い状態、
即ち過剰空気による燃焼が通常の制御された運転状態で
あり、空気不足の燃焼異常状態を早期に処置することに
なり、燃焼炉の爆発等の危険状態に到るのを防止するこ
とが出来る。

［発明の実施例］ 第１図に本発明になるインターロック回路を示し、第２
図は空燃比演算回路図である。

空気流量検出器１と燃料流量検出器２の出力を比率演算
器３により演算して、その比率信号な空燃比判定器５に
より、空燃比設定器（４）の信号と比較判定し、設定値
よりも空燃比が低下している場合には、空燃比低の出カ
リレーアから接点出力として出力される。インターロッ
ク回路は、空燃比低の接点ＯＮ７を受けて作動開始し、
一定時限継続するとタイマー８が出力し、バーナ元弁例
れが開９であれば運転中を表すので、マスターフューエ
ル１−リップリレー（ＭＦＴ）−リップ）　１０とが作
動するＭＦＴ　トリップ１０の動作により燃料遮断弁ｉ
ｉが全閉する。

空燃比の設定値を８５％の場合について第３図に空気比
の間係に置き換えて説明する。

化石燃料の燃焼に於けるＣＯとＨ２の比率は１：１〜３
：ｌであるが、最も危険な燃料としてガスを考えても、
空気不足による燃焼生成ガス中のＣの不完全燃焼による
ＣＯは４％、８２４％の運転状態となり、空気比にして
８５％に相当する。

この空気比８５％の運転は燃料中の８５％が燃焼してい
る状態であって、異常ではあるが燃焼とし継続可能であ
ることが、実機で確認されている。

通常の運転状態においては、理論空気流量以下で運転さ
れることはなく、過剰空気での運転となるので空気比１
．１程度の状態であり、これを下回ると制御上は制限回
路が作動する方式が採られている。空気比が８５％の状
態は通常制御では起こりえない異常な状態で、制御装置
の暴走或いは操作端のスティック等の状態であると言え
る。

従って空燃比低を理論空気量の８５％で判断することは
、燃焼炉の爆発は防止上の設定とすることが可能である
。この状態を検出した結果を脈動等の誤検出を防止する
為、１０秒程度の時限で吸収して、信頼性を確保すると
同時に燃焼炉の爆発を防止することが可能となる。

燃焼炉爆発事故事例では、バーナ失火、バーナ噴露不良
、失火ガスに再点火或いは点火失敗による燃料漏れ等に
よって発生しているが、一方空気不足が通風機の故障や
空気流量制御ダンパーのスティック等によっても発生し
ている。

今まで空気流量は安定であるとの考えにより、燃料系統
の異常にのみ注目した保護回路が使用されてきたが、空
気系統異常での事故は重大事故に発展しかねないので、
インターロックを考慮する必要がある。

本発明のその他の実施例を第４図に示す、燃料が石炭等
の場合には、燃料流量を正確に計測するためには、石炭
計量器等の大型計測器を必要とする。この他に信頼性と
安全を確保するために、２０ＵＴ　ＯＦ３の多重検出方
式の採用も多くなっている。

この様な場合、燃料流量計測の代わりに、発電機出力や
、燃焼炉の出力を示す蒸気流量を用いて回路構成するこ
とが可能であり、多重検出の実施例を示した。

空燃比低下の条件は同じで、燃焼炉の運転状態を示す条
件としては、バーナ元弁のほかにも燃料遮断弁とか、燃
焼炉の温度とか種々の条件が考えられるが、本発明の本
質は変わらないので採用可能である。又、ＭＦＴｌ−リ
ップリレーを介しての燃料遮断である必要はなく、燃料
が遮断される回路であれば本発明の趣旨は生かされる。

第５図に本発明の他の実施例に係るインターロック回路
を示し、第６図はＣＯ濃度検出系統図を示す。

煙道３１内に設置されたサンプリングプローブ２６から
サンプリング配管２７、サンプルガス平均器２８を経て
分析計２９に接続される０分析計２９で計測判定結果、
設定値以上になると接点３１がＯＮして出力される。接
点０Ｎ２１により、インターロック回路は作動開始して
、一定時限継続するとタイマー２２が出力し、マスター
フューエルトリップリレー（ＭＦＴ）−リップ）２４が
作動する。ＭＦＴトリップ２４の動作により燃料遮断弁
２５が全閉する。

ＣＯ濃度の設定値を１０．０００ｐ　ｐ　ｍの場合につ
いて、第７図に空気比の関係に置き換えて説明する。

化石燃料の燃焼に於けるＣＯとＨ２の比率は１：１〜３
：１であるが、最も危険な燃料としてガスを考えても、
空気不足による燃焼生成ガス中のＣの不完全燃焼による
ＣＯは４％、Ｈ，４％の運転状態となり、空気比にして
８５％に相当する。

この空気比８５％の運転は燃焼として継続可能であるこ
とが、実機で確認されている。

燃焼ガス中の００１％は１０．０００　ｐ　ｐ　ｍで、
空気比０．９５に相当する。この状態は通常の制御安定
状態では起こりえず、制御の暴走を表していると考える
ことが出来る。充分に安全運転出来る領域であるが、通
常運転ではＣＯの発生は１１００ｐｐ程度であることを
考えれば確実に異常を検出可能であると言える。

従ってＣＯ濃度の設定値を１０．０００ｐｐ　ｍ以上で
の燃料遮断により、燃焼炉の爆発は防止可能である。

過去の燃焼炉爆発事故事例では、バーナ失火、バーナ噴
霧不良、失火ガスに再点火或いは点火失敗による燃料漏
れ等によって発生しており、何れも燃焼炉出口部でのＣ
Ｏが上昇していたと考えられることから、ＣＯ濃度高に
よる燃料遮断は有効なものである。

今まで分析計測定値をもとに、燃料遮断等のインターロ
ックを考慮しなかったのは、分析計の出力と言う不安定
なものを考えずに、燃料圧力の低下やバーナ噴霧蒸気の
圧力低下等によって事前判断しようとしたためである０
本発明では、総合的な燃焼の不安定をＣＯガスで検出し
、信号の安定の不足分をタイマーで確実なものとして捕
らえることによって、信頼性を損なうことなく安全の確
保を可能にしたことにある。

回路としては、従来技術の組合せであるが、ＣＯ濃度高
が数分間継続した時、複数個のバーナ元弁のうち何れか
開いていれば燃焼中であることを表しているので、この
両条件の同時成立をもって、ＭＦＴ）−リップとしてい
るものである。ＭＦＴトリップリレーの動作により、燃
料系統の全ての遮断を行う。

ＣＯ濃度高の条件は同じで、燃焼炉の運転状態を示す条
件としては、バーナ元弁のほかにも燃料遮断弁とか、燃
焼炉の温度とか種々の条件が考えられるが、本発明の本
質は変わらないので採用可能である。又、ＭＦＴ　ｌ−
リップリレーを介しての燃料遮断である必要はなく、燃
料が遮断される回路であれば本発明の趣旨は生かされる
。

第８図は本発明のさらに他の実施例に係るインターロッ
ク回路を示す図で第９図は空気流量と発電機出力の検出
回路を示す回路図である。

空気流量検出器４１の出力を接点出力に変換するアナロ
グ／デジタル変換器４２．４３．４４により、それぞれ
６０％、４０％、２０％以下の値を検出する０発電機出
力信号４５から接点出力としてアナログ／デジクル変換
器４６．４７により、それぞれ７５％、５０％以−１の
インターロック接点出力を取り出す、第８区に示す判断
回路は、発電機出力４６が７５％以上の時に、空気流量
４２が６０％以下であれば１０秒程度の時限リレー４８
を介して、ＭＦＴ　ｌ−リップ５１を動作させている燃
料遮断弁５２を全閉する。

発電機出力信号４７が５０％以上の場合に空気流量４３
が４０％以下であればｌＯ秒程度の時限リレー４９を介
してＭ　Ｆ　Ｔ　＋−リップ５１を動作させている燃料
遮断弁５２を全閉する。

発電機出力に関係無く、空気流量４４が２０％以下に低
下したことを検出したら１０秒程度の時限リレー４８を
介して燃料遮断弁５２を全閉させる。

燃料の種類に関係なく、空気流１６０％で発電機出力は
７５％〜１００％の運転範囲があり、空燃比は６０％〜
８０％の運転状態での判定となる。

空気流量４０％では発電機出力５０％〜７５％での運転
状態での判定となる。

空気流量２０％以下であれば燃焼炉が最小空気流量２５
％で運転されるのを通常状態としているので。

空気流量２０％以下となることは無く直ちに燃料を遮断
することが望ましいのである。

通常の運転状態においては、理論空気流量以下で運転さ
れることはなく、過剰空気での運転となるので空気比１
．１程度の状態であり、これを下回ると制御上は制限回
路が作動する方式が採られている。空気比が０．８５の
状態は通常制御では起こりえない異常な状態であると言
える。

従って空燃比低を理論空気量の８５％以下で判定するこ
とは、燃焼炉の爆発は防止上も可能であり、この状態検
出結果脈動等の誤検出を１０秒程度の時限で吸収して、
信頼性を確保すると同時に燃焼炉の爆発を防止すること
が可能となる。

燃焼炉爆発事故事例では、バーナ失火、バーナ噴霧不良
、失火ガスに再点火或いは点火失敗による燃料漏れ等に
よって発生しているが、一方空気不足が通風機の故障や
空気流量制御ダンパーのスティック等によっても発生し
ている。

本発明のその他の実施例として空気流量２０％以下の条
件のみでの燃料遮断を行う方法も考えられる。燃料が石
炭等の場合には、燃料流量を正確に計測するためには、
石炭計量器等の大型計測器を必要とする。この他に信頼
性を損なうことなく安全の確保をするに際して２０１汀
叶３の多重検出方式の採用も多くなっている。この様な
場合燃料流量計測の計測に関係無く、空気流量制御の暴
走を空気流量２０％で判断させるものである。

空燃比低下の判定条件は６０〜８０％の実施例を示した
が１本発明の考え方で数値を変更しても本質的には、燃
焼炉へ供給される空気流量が暴走する等の異常状態を検
出することに変わりはな〈発明の趣旨はいかされる。又
、ＭＦＴ　トリップリレーな介しての燃料遮断である必
要はなく、燃料が遮断される回路であれば本発明の趣旨
は生かされる。

［発明の効果］ 本発明によれば燃焼の異常発生をいち早く確実に検出出
来て安全に燃焼炉の燃料遮断を行うことが可能となる。

特に燃焼に関する制御が暴走した場合を含めて燃焼炉の
爆発防止に効果がある。

燃焼保護回路として各種の現状回路があるが、これに加
えて本発明の回路を付加することにより後備保護として
の効果も持たせることが可能となる。又、従来設備で事
故の発生している例がありその不確実な領域を埋めて安
全を確保する効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る燃焼保護インターロック
ブロック線図、第２図は空燃比演算回路図、第３図は空
燃比と運転制御状態との関係を示す図、第４図は他の実
施例での空燃比演算回路である。 第５図は本発明のさらに他の実施例に係る燃焼保護イン
ターロックブロック図、第６図はＣＯ濃度検出系統図、
第７図はＣＯ濃度と空気比の関係を示す換算図である。 第８図は本発明のさらに他の実施例に係る燃焼保護イン
ターロックブロック図、第９図は空気流量と発電機出力
の検出回路図である。 ｌ・・・・・・空気流量、２・・・・・・燃料流量、３
・・・・・・比率演算器、４・・・・・−空燃比設定器
、５・・・・・・空燃比低下判定器、ｌＯ・・・・・−
ＭＦＴトリップ、１１・・・・・・燃料遮断弁。 第６図 第７図 す 第９図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼炉に供給される空気流量と燃料流量を計測す
   る手段と、空燃比を演算する手段と、演算された空燃比
   と設定値とを比較する判断手段と、空燃比低と判断した
   場合に燃焼炉への燃料を遮断する回路とを有することを
   特徴とする燃焼装置。
2. （２）燃焼炉に供給される空気流量を計測する手段と、
   発電機出力を計測する手段と、その発電機出力より燃焼
   炉に供給される燃料流量を換算する手段と、換算された
   燃料流量と前記空気流量とから空燃比を演算する手段と
   、演算された空燃比と設定空燃比とを比較する判断手段
   と、空燃比低と判断した場合に燃料の供給を遮断する回
   路とを有することを特徴とする燃焼装置。
3. （３）燃焼炉に供給される空気流量を計測する手段と、
   蒸気流量を計測する手段と、その蒸気流量より燃焼炉に
   供給される燃料流量を換算する手段と、換算された燃料
   流量と前記空気流量とから空燃比を演算する手段と、演
   算された空燃比と設定空燃比とを比較する判断手段と、
   空燃比低と判断した場合に燃料の供給を遮断する回路と
   を有することを特徴とする燃焼装置。
4. （４）燃焼炉の出口部に於ける燃焼排ガス中の一酸化炭
   素の濃度を検出する手段と、検出されたＣＯ濃度が予め
   設定された設定ＣＯ値以上に上昇したことを判定する回
   路と、ＣＯ濃度高により燃料の供給を遮断する回路とを
   有することを特徴とする燃焼装置。
5. （５）燃焼炉へ供給する空気流量を計測する手段と、燃
   焼炉の出力を計測する手段と、その燃焼炉の出力が規定
   値以上のときに、予め設定された空気流量より低下した
   ことを検出する手段と、空気流量が設定値より低下した
   ことを検出すると燃焼炉への燃料の供給を遮断する回路
   とを有することを特徴とする燃焼装置。