JPH06147461A

JPH06147461A - 蓄熱式バーナの制御方法

Info

Publication number: JPH06147461A
Application number: JP4294226A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Akiyama; 鉄夫秋山; Koji Nakagaki; 弘司中垣
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1994-05-27
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH0774692B2

Abstract

(57)【要約】【構成】理論流量Ｑａ、前回の制御演算で求めた流量
係数Ｎａ_(n-1)、制御弁２２のファン側の圧力Ｐ１_(n)、
炉内圧力ＰＦ_(n)、制御弁２２を通過する流体の温度Ｔ
１_(n)をもとに制御弁２２の開度Ｖ_(n)を調整し、制御弁
２２のバーナ側の圧力Ｐ２_(n)およびファン側の圧力Ｐ
１_(n)、制御弁２２を通過する流体の温度Ｔ１_(n)、およ
び調整された開度Ｖａ_(n)をもとに実績流量Ｑａ_(n)を求
め、理論流量Ｑａと実績流量Ｑａ_(n)の流量差△Ｑを求
め、流量差△Ｑが所定の許容誤差δａの範囲内であれ
ば、実績流量Ｑａ_(n)、制御弁２２のバーナ側の圧力Ｐ
２_(n)、炉内圧力ＰＦ_(n)をもとに流量係数Ｎａ_(n)を求
め、流量差△Ｑが所定の許容誤差δａの範囲外であれ
ば、理論流量Ｑａ、制御弁２２をもとに流量係数Ｎａ
_(n)を求め、この流量係数Ｎａ_(n)を次回の制御演算に用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱式バーナの制御方
法、特に燃焼空気と排ガス排気量の制御に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄熱式バーナシステムとして図４
に示すものが知られている。この蓄熱式バーナシステム
１０１において、炉１０２に設けた一対のバーナ１０３
（１０３ａ，１０３ｂ）の燃料ノズル１０４（１０４
ａ，１０４ｂ）はそれぞれ燃料制御弁１０５（１０５
ａ，１０５ｂ）を有する分岐管１０６（１０６ａ，１０
６ｂ）を介して燃料供給管１０７に接続され、空気ノズ
ル１１２（１１２ａ，１１２ｂ）はそれぞれ蓄熱器１１
３（１１３ａ，１１３ｂ）を有する給排気管１１５（１
１５ａ，１１５ｂ）に接続されている。上記給排気管１
１５（１１５ａ，１１５ｂ）の端部は四方弁１２０に接
続され、この四方弁１２０から伸びる燃焼空気供給管１
１７と排ガス排気管１１９がそれぞれ給気ファン１１６
と排気ファン１１８に接続されており、上記燃焼空気供
給管１１７と排ガス排気管１１９にそれぞれリミットオ
リフィス１３１，１３２が設けてある。

【０００３】上記構成からなる蓄熱式バーナシステム１
０１では、上記一対のバーナ１０３（１０３ａ，１０３
ｂ）をプログラムされた所定時間ごとに交互に燃焼モー
ドと排気モードに切り換え、一定の熱量が交番的に炉内
に供給される。

【０００４】すなわち、図示するように、バーナ１０３
ａ（以下「第１バーナ１０３ａ」という。）で燃料と燃
焼空気を燃焼しながらバーナ１０３ｂ（以下「第２バー
ナ１０３ｂ」という。）で炉１０２内の排ガスを排気す
る場合、燃料制御弁１０５ｂは閉され、燃料制御弁１０
５ａは開されて、第２バーナ１０３ｂへの燃料の供給は
遮断され、第１バーナ１０３ａには燃料制御弁１０５で
一定の圧力に調整されたガス状態の燃料が供給される。
四方弁１２０の弁体１２１は図示する実線状態に設定さ
れ、第１バーナ１０３ａの空気ノズル１１２ａに通じる
給排気管１１５ａが燃焼空気供給管１１７に連通され、
第２バーナ１０３ｂの空気ノズル１１２ｂに通じる給排
気管１１５ｂは排ガス排気管１１９に連通される。

【０００５】この状態で、第１バーナ１０３ａの燃料ノ
ズル１０４ａには、燃料制御弁１０５ａで一定の圧力に
調整された燃料が燃料供給管１０７より供給される。空
気ノズル１１２ａには、燃焼空気供給管１１７、給排気
管１１５ａを介して燃焼空気が供給され、この燃焼空気
は後述するようにして蓄熱媒体１１４ａに蓄えられた熱
によって予熱される。なお、空気供給管１１７を四方弁
１２０に向かって流れる燃焼空気の圧力は、リミットオ
リフィス１３１により一定の圧力状態に制御される。そ
して、燃料と燃焼空気はそれぞれのノズル１０４ａ，１
１２ａから炉１０２内に噴射されて混合燃焼される。一
方、第２バーナ１０３ｂは、排気ファン１１８の吸引力
に基づいて、空気ノズル１１２ｂより炉１０２内の排ガ
スを給排気管１１５ｂを介して排ガス排気管１１９に排
出し、蓄熱器１１３ｂを通過する排ガスの熱が、この蓄
熱器１１３ｂに収容されている蓄熱媒体１１４ｂに回収
される。なお、排ガス排気量は、リミットオリフィス１
３２で圧力調整することにより一定量に制御される。

【０００６】次に、第２バーナ１０３ｂで燃料と燃焼空
気を燃焼しながら第１バーナ１０３ａで炉１０２内の排
ガスを排出する場合、上述の場合とは逆に、燃料制御弁
１０５ａは閉され、燃料制御弁１０５ｂは開されて、第
１バーナ１０３ａへの燃料の供給は遮断され、第２バー
ナ１０３ｂにのみ燃料が供給される。四方弁１２０の弁
体１２１は点線状態に設定され、第２バーナ１０３ｂの
空気ノズル１１２ｂに通じる給排気管１１５ｂが燃焼空
気供給管１１７に連通され、第１バーナ１０３ａの空気
ノズル１１２ａに通じる給排気管１１５ａは排ガス排気
管１１９に連通される。そして、第２バーナ１０３ｂの
燃料ノズル１０４ｂには燃料供給管１０７より燃料が供
給され、空気ノズル１１２ｂには蓄熱器１１３ｂにより
予熱された空気が供給され、これらが炉１０２内に噴射
されて混合燃焼される。一方、第１バーナ１０３ａは、
排気ファン１１８の吸引力に基づいて、空気ノズル１１
２ｂより炉１０２内の排ガスを給排気管１１５ａを介し
て排ガス排気管１１９に排出し、蓄熱器１１３ａを通過
する排ガスの熱が、この蓄熱器１１３ａに収容されてい
る蓄熱媒体１１４ａに回収される。

【０００７】このように、上記バーナシステム１０１で
は、第１バーナ１０３ａと第２バーナ１０３ｂで交互に
燃料が燃焼されるとともに、非燃焼状態のバーナ１０３
を通じて排気される排ガスの熱が蓄熱器１１３に回収さ
れ、この回収された熱が燃焼空気の予熱に利用される。
したがって、大型の集合型換熱式熱交換器が不要で、バ
ーナ１０３に付設されている蓄熱器１１３によって手軽
に予熱空気が得られるという利点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記バ
ーナシステムでは、図５に示すように、蓄熱媒体１１４
に蓄えられた熱が燃焼空気に奪われることにより、蓄熱
器１１３の予熱能力が徐々に低下する。その結果、蓄熱
器１１３を通過する燃焼空気の温度が次第に低下し、蓄
熱器１１３と空気ノズル１１２の通過抵抗が減少して供
給質量が増加する。しかし、燃焼空気は空気供給管１１
７に設けたリミットオリフィス１３１により一定の圧力
に調整されている。したがって、バーナ空気比が燃焼中
に徐々に上昇し、炉内酸素濃度が次第に増加傾向を示
し、処理条件が変化する。また、排ガスに関して、蓄熱
媒体１１４は徐々に高温となり熱回収量が減少し、蓄熱
器１１３を通過する排ガスの温度が上昇する。しかし、
排気ファン１１８は一定の圧力で排ガスを吸引してい
る。したがって、排ガス温度が上昇することにより通過
抵抗が増加すれば、排出質量が減少して炉内圧力が上昇
する傾向を示し、炉１０２の開口部から高温排ガスが吹
き出してエネルギ損失、作業環境の悪化を招来する。

【０００９】そこで、上記問題点を解決するために、図
６に示すように、上記バーナシステム１０１にフィード
バック式の流量制御システム１４０を適用することが考
えられる。このバーナシステム１０１では、燃料供給管
１０７、燃焼空気供給管１１７、および排ガス排気管１
１９に流量制御弁１４１，１４４，１４７と流量オリフ
ィス１４２，１４５，１４８がそれぞれ設けてあり、上
記流量オリフィス１４２，１４５，１４８の差圧信号発
信器１４３，１４６．１４９がそれぞれ制御システム１
４０に電気的に接続されている。

【００１０】そして、制御システム１４０は、流量オリ
フィス１４２の差圧信号発信器１４３から出力された信
号をもとに燃料供給量を演算し、それに見合う量の燃焼
空気の給気量（理論値）を求める。また、この給気量
（理論値）に対応する信号をもとに制御弁１４４の開度
を調整するとともに、差圧信号発信器１４６の差圧信号
に基づいて燃焼空気の給気量（実績値）を検出し、理論
値と実績値が一致するように制御弁１４４の開度を繰り
返し修正する。排ガス排気量についても同様で、適正な
炉内圧力に対応した排気量（理論値）に調整するよう
に、差圧信号発信器１４９からの差圧信号に基づいて排
気量（実績値）を検出し、理論値と実績値が一致するよ
うに制御弁１４７の開度を繰り返し修正する。

【００１１】しかしながら、上記フィードバック式の流
量制御システム１４０は、上記の通り、理論値と実績値
との差に基づいて制御弁１４４，１４７の開度を修正す
る動作を反復することにより実績値を目標値に収斂させ
る制御ループである。

【００１２】そのため、収斂に至るまでに相当の時間を
要し、短時間（例えば２０秒）で燃焼バーナを切り換え
るバーナシステムには対応できないという問題点があ
る。具体的に、図７に示すように、炉内の酸素濃度や炉
内圧力が安定するまでには相当な時間を要し、ようやく
収斂したところでモードが反転する。

【００１３】また、図８に示すように、排気モードの蓄
熱器１１３等が、排ガスと共に炉内に浮遊する耐火物粉
やスケールを吸引して目詰まりや閉塞すると、その時点
から炉内圧力が急激に上昇し、そこから新たな制御ルー
プが開始されることになるので、炉内圧力が安定するま
でに更に多くの時間を要する。また、モードが反転する
と、閉塞に伴って燃焼空気の通過抵抗が増大して供給量
が低下することから、炉内の酸素濃度の逸脱が顕著とな
り、それを修正するのに長時間を要する。さらに、閉塞
した蓄熱器１１３等を交換しない限り、その後の制御ル
ープにおいて上記炉内酸素濃度、炉内圧力の逸脱は反復
されることになり、安定した操業状態が得られない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記蓄熱式バ
ーナシステムにおける問題点を解決するためになされた
もので、対をなす二つのバーナにそれぞれ燃料供給管と
蓄熱器を有する給排気管を接続し、切換弁を介して上記
給排気管を燃焼空気供給管と排ガス排気管に接続し、一
方のバーナより燃料と燃焼空気を噴射しつつ他方のバー
ナより炉内の排ガスを排気する燃焼状態を交互に行うこ
とにより、排ガスの排気時に上記蓄熱器に蓄積された熱
を燃焼空気の予熱に利用するとともに、上記燃焼空気供
給管と排ガス排気管にそれぞれ開度検出器付き制御弁を
設け、これらの制御弁によってファンの燃焼空気供給量
と排ガス排気量を調整するようにした蓄熱式バーナにつ
いて、以下のステップ１〜７からなる制御演算に基づい
て燃焼空気と排ガスの流量を調整するものである。ステップ１理論流量、前回の制御演算で求めた流量係数、制御弁の
ファン側の圧力、炉内圧力、制御弁を通過する流体の温
度をもとに制御弁の開度を求める。ステップ２上記ステップ１で求めた開度に制御弁を調整する。ステップ３上記制御弁をステップ１で求めた開度に調整した後、制
御弁のバーナ側の圧力およびファン側の圧力、制御弁を
通過する流体の温度、および上記調整された開度をもと
に実績流量を求める。ステップ４上記理論流量と実績流量の流量差を求める。ステップ５上記流量差が所定の許容誤差の範囲内であれば、上記実
績流量、制御弁のバーナ側の圧力、炉内圧力をもとに流
量係数を求め、上記流量差が所定の許容誤差の範囲外で
あれば、上記理論流量、制御弁のバーナ側の圧力、炉内
圧力をもとに流量係数を求める。ステップ６上記ステップ５で求めた流量係数を記憶する。ステップ７上記ステップ１に復帰する。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１は本発明にかかる蓄熱式バーナの
制御方法を実施するバーナシステムを示す。このバーナ
システム１において、炉２に設けた一対のバーナ３（３
ａ，３ｂ）の燃料ノズル４（４ａ，４ｂ）はそれぞれ燃
料制御弁５（５ａ，５ｂ）を備えた分岐管６（６ａ，６
ｂ）を介して燃料供給管７に接続されている。この燃料
供給管７には差圧信号発信器８付き流量オリフィス９が
設けてあり、上記差圧信号発信器８の出力が制御装置１
０に出力されるようになっている。また、炉２には炉内
圧力ＰＦを検出する圧力センサ１１が設けてあり、その
出力が制御装置１０に出力されるようになっている。

【００１６】上記バーナ３（３ａ，３ｂ）の空気ノズル
１２（１２ａ，１２ｂ）はそれぞれ蓄熱器１３（１３
ａ，１３ｂ）を有する給排気管１５（１５ａ，１５ｂ）
に接続されており、この蓄熱器１３（１３ａ，１３ｂ）
にセラミックスペレットなどの蓄熱媒体１４（１４ａ，
１４ｂ）が充填されている。また、上記給排気管１５
（１５ａ，１５ｂ）の先端は、給気ファン１６に接続さ
れた空気供給管１７と排気ファン１８に接続された排ガ
ス排気管１９の端部が接続されている四方弁２０に接続
されている。

【００１７】この四方弁２０は弁体２１を備えており、
弁体２１が実線状態にあるとき、バーナ３ａ（以下「第
１バーナ３ａ」という。）に接続されている給排気管１
５ａと空気供給管１７とが連通し、他方のバーナ３ｂ
（以下「第２バーナ３ｂ」という。）に接続されている
給排気管１５ｂが排ガス排気管１９と連通し、モータの
駆動に基づいて弁体２１が点線状態に切り換わると、逆
に第１バーナ３ａの給排気管１５ａが排ガス排気管１９
に連通し、第２バーナ３ｂの給排気管１５ｂが空気供給
管１７に連通するようになっている。

【００１８】上記空気供給管１７にはモータ２３によっ
て開度調整される開度センサ２４付き制御弁２２が設け
てあり、上記開度センサ２４の出力が制御装置１０に出
力され、制御装置１０からの駆動信号に基づいてモータ
２３を駆動することにより制御弁２２の開度が調整でき
るようになっている。また、空気供給管１７には、燃焼
空気の供給方向（矢印Ｘ方向）に関して上流側（ファン
側）に圧力センサ２５と温度センサ２６、下流側（バー
ナ側）に圧力センサ２７が設けてあり、それらによって
検出された圧力データＰ１，Ｐ２、温度データＴ１が制
御装置１０に出力されるようになっている。

【００１９】同様に、排ガス排気管１９には、モータ２
９によって開度調整される開度センサ３０付き制御弁２
８が設けてあり、上記開度センサ３０の出力が制御装置
１０に出力され、制御装置１０からの駆動信号に基づい
てモータ２９を駆動することにより制御弁２８の開度が
調整できるようになっている。また、排ガス排気管１９
には、排ガスの排出方向（矢印Ｙ方向）に関して上流側
（バーナ側）に圧力センサ３１と温度センサ３２、下流
側（ファン側）に圧力センサ３３が設けてあり、それら
によって検出された圧力データＰ３，Ｐ４、温度データ
Ｔ２が制御装置に出力されるようになっている。

【００２０】上記構成からなるバーナシステム１では、
第１バーナ３ａと第２バーナ３ｂが燃焼モードと排気モ
ードを交番的に繰り返す。すなわち、プログラムされた
所定時間内は、第１バーナ３ａへの燃料制御弁５ａを
開、第２バーナ３ｂへの燃料制御弁５ｂを閉とし、燃料
供給管７、分岐管６ａを通じて第１バーナ３ａの燃料ノ
ズル４ａにガス化された燃料を供給し、第２バーナ３ｂ
への燃料供給を遮断する。また、四方弁２０の弁体２１
を図示する実線状態に設定し、第１バーナ３ａの空気ノ
ズル１２ａに通じる給排気管１５ａを空気供給管１７に
連通し、第２バーナ３ｂの空気ノズル１４ｂに通じる給
排気管１５ｂを排ガス排気管１９に連通し、給気ファン
１６によって供給される燃焼空気を第１バーナ３ａの空
気ノズル１２ａに供給し、炉２内の排ガスを第２バーナ
３ｂの空気ノズル１２ｂより排ガス排気管１９へ排出す
る。これにより、第１バーナ３ａより燃料と燃焼空気が
炉２内に噴射され、これらが混合燃焼される。また、第
２バーナ３ｂで吸引された炉２内の排ガスは、蓄熱器１
３ｂを通過する際に蓄熱媒体１４ｂに熱が奪われる。な
お、第１バーナ３ａに供給される燃焼空気は、蓄熱器１
３ａを通過する際に前回の排気モードの際に蓄熱器１３
ａに蓄えられた熱によって予熱され、この予熱された燃
焼空気が炉２内に噴射される。

【００２１】上記運転モードが終了すると、次の所定時
間内は、第２バーナ３ｂへの燃料制御弁５ｂを開、第１
バーナ３ａへの燃料制御弁５ａを閉とし、燃料供給管
７、分岐管６ｂを通じて第２バーナ３ｂの燃料ノズル４
ｂにガス化された燃料を供給し、第１バーナ３ａへの燃
料供給を遮断する。また、四方弁２０の弁体２１を図示
する点線状態に設定し、第２バーナ３ｂの空気ノズル１
２ｂに通じる給排気管１５ｂを空気供給管１７に連通
し、第１バーナ３ａの空気ノズル１２ａに通じる給排気
管１５ａを排ガス排気管１９に連通し、給気ファン１６
によって供給される燃焼空気を上記運転モード時に蓄熱
器１３ｂに蓄積された熱で予熱して第２バーナ３ｂの空
気ノズル１２ｂに供給し、炉２内の排ガスを第１バーナ
３ａの空気ノズル１２ａより排ガス排気管１９へ排出す
る。これにより、第２バーナ３ｂより燃料と燃焼空気が
炉２内に噴射され、これらが混合燃焼される。また、第
１バーナ３ａで吸引された炉２内の排ガスは、蓄熱器１
３ａを通過する際に蓄熱媒体１４ａに熱が奪われる。な
お、実際の操業では、対をなすバーナが複数組あっても
本発明の趣旨を逸脱するものではない。

【００２２】燃焼空気の流量制御について説明する。ま
ず、流量制御の演算に用いる基本式について説明する。
燃焼空気制御弁２２を通過する燃焼空気の流量Ｑａは数
１で表される。

【数１】Ｖａ：制御弁２２の流量係数Ｐ１：圧力センサ２５で検出されるファン側の圧力Ｐ２：圧力センサ２７で検出されるバーナ側の圧力 Γａ：空気密度

【００２３】上記Γａは数２で与えられる。

【数２】Ｔ１：温度センサ２６で検出される温度なお、式中の１．２９３は標準状態（温度：０℃、圧
力：７６０ｍｍＨｇ）における空気密度である。

【００２４】従って、上記数１は数３に改めることがで
きる。

【数３】

【００２５】次に、上記数３で決定される流量Ｑａの空
気は炉２内に送り込まれるので、制御弁２２の出口から
四方弁２０、蓄熱器１３、空気ノズル１２、炉２内まで
の経路について、次の数４が成立する。

【数４】Ｎａ：制御弁２２の出口から四方弁２０、蓄熱器１３、
空気ノズル１２、炉２内までの流量係数ＰＦ：炉内圧力

【００２６】したがって、上記数３と数４より数５の関
係が成立する。

【数５】

【００２７】ここで、Ｖａ（制御弁２２の流量係数）
は、事前に実験により求める。すなわち、制御弁２２に
空気を流し、そのときの温度Ｔ、流量Ｑ、開度Ｒａ、差
圧（Ｐ−Ｐ’）を適宜手段によって計測し、数６に基づ
いてＶａを求めておく。

【数６】また、開度Ｒａと流量係数Ｖａの関係（図２参照）を予
め制御装置１０に入力しておく。

【００２８】次に、空気流量制御について具体的説明す
る。いま、バーナ３の一方から燃料と燃焼空気を噴射し
てこれらを燃焼していると仮定する。このときの燃焼空
気流量理論値Ｑａは、燃料の流量計測手段、すなわち流
量オリフィス９の差圧信号発信器８より出力される差圧
信号から燃料流量を演算し、この燃料流量に対応した理
論空気量に空気比を乗じて求められる。

【００２９】そして、任意の時刻（ｎ回目の演算時点）
における制御演算を数７に基づいて実行し、この時点に
おける制御弁２２の流量係数Ｖａ_(n)を求める。

【数７】Ｎａ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における制
御弁２２の出口から四方弁２０、蓄熱器１３、空気ノズ
ル１２、炉２内までの流量係数Ｖａ_(n)：ｎ回目の制御演算時点における制御弁２２の
流量係数Ｐ１_(n)：ｎ回目の制御演算時点における制御弁２２の
ファン側の圧力ＰＦ_(n)：ｎ回目の制御演算時点における炉２内の圧力Ｔ１_(n)：Ｎ時刻における制御弁を通過する燃焼空気の
温度

【００３０】ここで、Ｑａは上記通り燃料供給量より求
められ、入力された既知の数値である。Ｎａ_(n-1)は前
回の制御演算において、下記する数８より求められる。
Ｐ１₍ _n)，ＰＦ_(n)，Ｔ１_(n)はそれぞれセンサ２５，１
１，２６の出力から求められる。

【数８】Ｑａ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における燃
焼空気流量実績値Ｐ２_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における制
御弁２２のファン側の圧力ＰＦ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における炉
内圧力

【００３１】以上のようにして制御弁の流量係数Ｖａ
_(n)が求められると、予め実験より求めた図２の関係に
従って制御弁２２の開度Ｒａ_(n)を求め、モータ２３を
駆動してこの値Ｒａ_(n)に制御弁の開度を調整する。

【００３２】次に、制御弁の開度調整が終了すると、燃
焼空気流量実績値Ｑａ_(n)を数９より求める。

【数９】

【００３３】続いて、上記燃焼空気量実績値Ｑａ_(n)と
燃焼空気量理論値Ｑａとを比較し、それらの差ΔＱ（＝
｜Ｑａ_(n)−Ｑａ｜）が許容誤差δａの範囲内にあるか
否か確認する。そして、上記差ΔＱが許容誤差δａの範
囲内と判定された場合、数１０の演算を実行してＮａ
_(n)を求め、これを制御装置に新たに登録する。一方、
範囲外（ΔＱ＞δａ）と判定された場合の処理は後述す
る。なお、範囲外と判定された場合には、警報を発する
ようにしてもよい。

【数１０】

【００３４】記憶装置（図示せず）はそれぞれのバーナ
３について確保されており、バーナ３が燃焼モードから
排気モードに切り替わる前の最終データをＮａ_(n+j)と
して記憶装置に記憶しておき、次回の燃焼開始時の第１
回目の制御演算の際に呼び出される。同様に、バーナ３
が燃焼モードから排気モードに切り替わる前の最終デー
タＰ１_(n+j)、ＰＦ_(n+j)、Ｔ１_(n+j)もそれぞれ上記記
憶装置に記憶され、これらのデータが次回の燃焼開始時
の第１回目の制御演算の際に呼び出される。そして、こ
れらの値Ｎａ_(n)等を（ｎ＋１）回目のＶａ_(n+1)を求め
る数１１の演算に使用する。

【数１１】

【００３５】バーナ３、蓄熱器１３等に耐火物の飛散片
等が目詰まりした場合の自己復帰について説明する。例
えば、図３に示すように、第１バーナ３ａの排気中に、
このバーナ３ａ、蓄熱器１３ａ、四方弁２０に新たな目
詰まりや閉塞が生じた場合、このバーナ３ａが燃焼モー
ドに切り替わると、記憶装置に記憶されている最終デー
タを呼び出し、数１２を演算してＶａ₍₁₎を求め、これ
に基づいて制御弁２２の開度Ｒ₍₁₎を求める。

【数１２】

【００３６】次に、上記開度Ｒ₍₁₎の状態における燃焼
が終了すると、この燃焼状態における各種センサのデー
タをもとに数１３よりＱａ₍₁₎を求める。

【数１３】

【００３７】続いて、燃焼空気流量理論値Ｑａと実績値
Ｑａ₍₁₎を比較する。このとき、バーナ３ａ等に目詰ま
りまたは閉塞があるので、ΔＱ（＝｜Ｑａ₍₁₎−Ｑａ
｜）は許容誤差δの範囲外にある。これは、上記数１２
の演算に用いた流量係数Ｎａ_(n+j）、圧力データＰ１
_(n+j)、ＰＦ_(n+j)、Ｔ１_(n+j)は目詰まり前の測定デー
タで、目詰まり後の状態を反映していないことから容易
に理解できる。したがって、燃料に対する燃焼空気の空
気比が設定値よりも低くなり、図３に示すように、炉内
の酸素濃度が低下する。

【００３８】そこで、ΔＱ＞δの場合、燃焼空気流量理
論値Ｑａと、圧力データＰ２₍₁₎，ＰＦ₍₁₎をもとに数１
４より新たに流量係数Ｎａ₍₁₎を求め、これを記憶装置
に記憶し、２回目の制御演算における数１５の演算に用
いる。

【数１４】

【００３９】さらに、２回目の制御演算を数１５に基づ
いて実行し、新たなＶａ₍₂₎と、それに対応する制御弁
２２の開度Ｒａ₍₂₎を決定する。

【数１５】

【００４０】これにより、図３に示すように、２回目の
流量制御が完了した時点で炉内の酸素濃度は適正値に復
帰する。したがって、排気モード中に生じた空気経路の
異常に起因して空気比が設定値から逸脱するのは、モー
ド切換時点から第２回目の制御動作が完了するまでの時
間である。また、上述のように、各回の制御演算は、収
斂を要しない簡単な演算であるので、コンピュータの処
理時間は短く、炉内の酸素濃度の逸脱量、逸脱時間は極
めて少ない。

【００４１】排ガスの流量制御について説明する。ま
ず、流量制御の演算に用いる基本式について説明する。
制御弁を通過する排ガスの流量Ｑｗは数１６で表され
る。

【数１６】Ｖｗ：制御弁の流量係数Ｐ３：制御弁上流側の圧力センサ３２で検出される燃焼
用空気の圧力Ｐ４：制御弁下流側の圧力センサ３３で検出される燃焼
用空気の圧力 Γｗ：排ガス密度

【００４２】上記Γｗは数１７で与えられる。

【数１７】Ｔ２：温度センサで検出される排ガスの温度なお、式中の１．４は標準状態（温度：０℃、圧力：７
６０ｍｍＨｇ）における排ガス密度である。

【００４３】従って、上記数１６は数１８に改めること
ができる。

【数１８】

【００４４】次に、上記数１８で決定される流量Ｑｗの
排ガスは制御弁２８に送られるので、炉２内、空気ノズ
ル１２、蓄熱器１３、四方弁２０、制御弁２８の入り口
までの経路について、次の数１９が成立する。

【数１９】Ｎｗ：炉２内、空気ノズル１２、蓄熱器１３、四方弁２
０、制御弁２８の入口までの流量係数

【００４５】したがって、上記数１８と数１９より数２
０が成立する。

【数２０】

【００４６】なお、Ｖｗ（制御弁の流量係数）は、事前
に実験により求めおく。すなわち、制御弁２８に排ガス
を流し、そのときの温度Ｔ、流量Ｑ、開度Ｒｗ、差圧
（Ｐ−Ｐ’）を適宜手段によって計測し、数２１に基づ
いてＶｗを求めておく。

【数２１】また、開度Ｒｗと流量係数Ｖｗの関係（図２参照）を予
め制御装置１０に入力しておく。

【００４７】次に、排ガス流量制御について具体的説明
する。いま、バーナ３の一方から燃料と燃焼用空気を噴
射し、他方のバーナ３より炉内排ガスを吸引排気してい
るものと仮定する。このときの排ガス流量理論値Ｑｗ
は、燃料の流量計測手段、すなわち流量オリフィス９の
差圧信号発信器８より出力される差圧信号から燃料流量
を演算し、この燃料流量に対応した理論排ガス量に適当
な比率を乗じて求められる。

【００４８】そして、任意の時刻（ｎ回目の演算時点）
における制御演算を数２２に基づいて実行し、この時点
における制御弁の流量係数Ｖｗ（ｎ）を求める。

【数２２】Ｎｗ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における炉
２内、空気ノズル１２、蓄熱器１３、四方弁２０、制御
弁２８の入口までの流量係数Ｖｗ_(n)：ｎ回目の制御演算時点における制御弁２８の
流量係数ＰＦ_(n)：ｎ回目の制御演算時点における炉２内圧力Ｐ４_(n)：ｎ回目の制御演算時点における制御弁２８の
ファン側の圧力Ｔ２_(n)：ｎ回目の制御演算時点における制御弁２８を
通過する排ガスの温度

【００４９】ここで、Ｑｗは燃料供給量より求められ、
入力された既知の数値である。Ｎｗ_(n-1)は前回の制御
演算において、下記する数２３より求められる。ＰＦ
_(n)，Ｐ４_(n)，Ｔ２_(n)はそれぞれセンサからの出力に
よって求められる。

【数２３】Ｑｗ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点じおける排
ガス流量実績値Ｐ３_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における制
御弁２８のバーナ側の圧力ＰＦ_(n-1)：（ｎ−１）回目の制御演算時点における炉
２内圧力

【００５０】以上のようにして制御弁の流量係数Ｖｗ
_(n)が求められると、予め実験より求めた図２の関係に
従って制御弁の開度Ｒｗ_(n)を求め、モータを駆動して
この値Ｒｗ_(n)に制御弁２８の開度を調整する。

【００５１】次に、制御弁の開度調整が終了すると、排
ガス流量実績値Ｑｗ_(n)を数２４より求める。

【数２４】

【００５２】続いて、上記排ガス流量実績値Ｑｗ_(n)と
排ガス流量理論値Ｑｗとを比較し、それらの差ΔＱ（＝
｜Ｑｗ_(n)−Ｑｗ｜）が許容誤差δｗの範囲内にあるか
否か確認する。そして、上記差ΔＱが許容誤差δｗの範
囲内と判定された場合、数２５の演算を実行してＮｗ
_(n)を求め、これを制御装置に新たに登録する。一方、
範囲外（ΔＱ＞δｗ）と判定された場合の処理は後述す
る。なお、範囲外と判定された場合には、警報を発する
ようにしてもよい。

【数２５】

【００５３】記憶装置はそれぞれのバーナについて確保
されており、バーナが排気モードから燃焼モードに切り
替わる前の最終データをＮｗ_(n+j)として記憶装置に記
憶しておき、次回の排気開始時の第１回目の制御演算の
際に呼び出される。同様に、バーナが排気モードから燃
焼モードに切り替わる前の最終データＰ４_(n+j)、ＰＦ
_(n+j)、Ｔ２_(n+j)もそれぞれ上記記憶装置に記憶され、
これらのデータが次回の排気開始時の第１回目の制御演
算の際に呼び出される。そして、これらの値Ｎｗ_(n)等
を（ｎ＋１）回目におけるＶｗ_(n+1)を求める数２６の
演算に用いる。

【数２６】

【００５４】次に、バーナ、蓄熱器等に耐火物の飛散片
等が目詰まりした場合の自己復帰について説明する。例
えば、バーナ３の排気中に、このバーナ３、蓄熱器１
２、四方弁２０に新たな目詰まりや閉塞が生じた場合、
排ガス流量理論値Ｑｗと実績値Ｑｗ_(n)との差ΔＱ（＝
｜Ｑｗ_(n)−Ｑｗ｜）は許容誤差δｗの範囲外となる。
その結果、図３に示すように、炉２内の圧力が上昇す
る。

【００５５】そこで、ΔＱ＞δｗの場合、排ガス流量理
論値Ｑｗと、今回測定された圧力データＰＦ_(n)，Ｐ３
_(n)をもとに数２７より新たに流量係数Ｎｗ_(n)を求め、
その値を記憶装置に記憶し、（ｎ＋１）回目の制御演算
における数２６の演算に用いる。

【数２７】

【００５６】これにより、図に示すように、（ｎ＋１）
回目の流量制御が完了した時点で炉内の圧力は適性値に
復帰し、短時間のうちに適正な排ガス排気状態に復帰す
る。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
かかる蓄熱バーナの制御方法によれば、バーナから燃焼
空気制御弁または排ガス制御弁に至るまでの経路に異常
があっても、極めて短時間は炉圧または炉内酸素濃度に
異常を生じるが、この異常状態は速やかに解消されて適
正な運転状態に復帰する。したがって、バーナ、蓄熱
器、切換弁の温度と通風状態が時々刻々と変化しても、
空気比と炉内圧力を常に適正値に修正できる。すなわ
ち、制御中にオーバーシュートやアンダーシュートがな
く、燃焼・排気モードが開始した後、即座に適正流量を
再現できるとともに、蓄熱器に耐火物の飛散片が詰まっ
たりして圧損が増減する状況が発生すれば、それを即座
に検知して適正流量にリアルタイムに修正することがで
きる。そのため、２０秒程度の短時間でバーナを燃焼状
態と排気状態に切換制御する燃焼システムにあっても、
常に空気比と炉圧を適正に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱式バーナシステムの回路図である。

【図２】制御弁の開度と流量係数の関係を示す図であ
る。

【図３】本発明の制御結果を示す図である。

【図４】従来のバーナシステムの制御回路図である。

【図５】図４に示すバーナシステムの制御結果を示す
図である。

【図６】従来の他のバーナシステムの制御回路図であ
る。

【図７】図６に示すバーナシステムの制御結果を示す
図である。

【図８】図６に示すバーナシステムの異常時における
制御結果を示す図である。

【符号の説明】

１…バーナシステム、２…炉、３…バーナ、４…燃料ノ
ズル、５…燃料制御弁、７…燃料供給管、８…差圧信号
発信器、９…流量オリフィス、１０…制御装置、１１…
圧力センサ、１３…蓄熱器、１６…給気ファン、１７…
空気供給管、１８…排気ファン、１９…排ガス排気管、
２０…四方弁、２２，２８…制御弁、２４，３０…開度
センサ、２５，２７，３２，３３…圧力センサ、２６，
３１…温度センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対をなす二つのバーナにそれぞれ燃料供
給管と蓄熱器を有する給排気管を接続し、切換弁を介し
て上記給排気管を燃焼空気供給管と排ガス排気管に接続
し、一方のバーナより燃料と燃焼空気を噴射しつつ他方
のバーナより炉内の排ガスを排気する燃焼状態を交互に
行うことにより、排ガスの排気時に上記蓄熱器に蓄積さ
れた熱を燃焼空気の予熱に利用するとともに、上記燃焼
空気供給管と排ガス排気管にそれぞれ開度検出器付き制
御弁を設け、これらの制御弁によってファンの燃焼空気
供給量と排ガス排気量を調整するようにした蓄熱式バー
ナについて、以下の各ステップからなる制御演算に基づ
いて燃焼空気と排ガスの流量を調整することを特徴とす
る蓄熱式バーナの制御方法。ステップ１理論流量、前回の制御演算で求めた流量係数、制御弁の
ファン側の圧力、炉内圧力、制御弁を通過する流体の温
度をもとに制御弁の開度を求める。ステップ２上記ステップ１で求めた開度に制御弁を調整する。ステップ３上記制御弁をステップ１で求めた開度に調整した後、制
御弁のバーナ側の圧力およびファン側の圧力、制御弁を
通過する流体の温度、および上記調整された開度をもと
に実績流量を求める。ステップ４上記理論流量と実績流量の流量差を求める。ステップ５上記流量差が所定の許容誤差の範囲内であれば、上記実
績流量、制御弁のバーナ側の圧力、炉内圧力をもとに流
量係数を求め、上記流量差が所定の許容誤差の範囲外で
あれば、上記理論流量、制御弁のバーナ側の圧力、炉内
圧力をもとに流量係数を求める。ステップ６上記ステップ５で求めた流量係数を記憶する。ステップ７上記ステップ１に復帰する。