JPH0833195B2 - バーナの燃焼制御装置 - Google Patents

バーナの燃焼制御装置

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JPH0833195B2
JPH0833195B2 JP30353189A JP30353189A JPH0833195B2 JP H0833195 B2 JPH0833195 B2 JP H0833195B2 JP 30353189 A JP30353189 A JP 30353189A JP 30353189 A JP30353189 A JP 30353189A JP H0833195 B2 JPH0833195 B2 JP H0833195B2
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修司 飯田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ボイラ等の燃焼設備に使用するバーナの燃
焼制御装置に関するものである。
(従来の技術) 液体または気体の燃料を燃焼させるバーナにおいて
は、燃焼中その燃焼状態を最適に維持することが望まし
い。バーナにおける火炎の燃焼状態は、一般に空気と燃
料との混合比率(空気比または排ガス中のO2濃度比)に
よって大きく変化する。そして良好な燃焼状態を保つた
めに、従来、燃焼装置に対して燃焼制御装置を設け、こ
の燃焼制御装置により排ガスO2フィードバック制御を行
なって、燃焼装置への空気供給量、ひいては空気比を調
整することが多く行われている。
燃焼制御を行う方法と装置の一例としては、特開昭63
−306310号公報に開示されているように、バーナの火炎
が発生する光強度信号をフォトトランジスタ、フォトダ
イオードあるいは太陽電池等の半導体を利用して電気信
号に変換し、その振動波形の周波数解析の結果得たパワ
ースペクトルの積分値を利用するものが知られている。
この特開昭63−306310号公報に開示された燃焼制御方式
は、光振動のパワースペクトラム比の変化と空気比の変
化等に起因する燃焼状態の変化に強い相関関係があるこ
とに着目して完成されたものである。
(発明が解決しようとする課題) 上記のように燃焼制御指標として光パワースペクトラ
ム比を用いて空気の供給量を制御する場合には、火炎の
燃焼特性のために光パワースペクトラムのバラツキが生
ずるという問題があった。また、負荷変動の大きいボイ
ラの燃焼制御を行う場合、燃料供給量の変化に応じて空
気の供給量を制限する必要があるが、ボイラにはそれぞ
れ固有の燃焼負荷特性がある。燃焼量の変化に応じて適
切な空燃比となるように調節しなければならない。さら
に、燃料の供給量が急に変化する場合に、空気の供給量
を追随して変化させる必要があるという問題があった。
すなわち、実用的に燃焼制御を行うためには、パワース
ペクトラム比のバラツキや燃焼器特有の部分負荷時の最
適な空燃比の補正、あるいは、燃焼状態の変化に対する
追従性等の問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、特開昭
63−306310号公報に開示された燃焼制御方法をさらに改
良して、火炎の燃焼特性のために生ずる光パワースペク
トラムのバラツキに影響されることなく、ボイラに固有
の燃焼負荷特性に対応することができ、燃料の急な供給
量の変化に空気の供給量を追従して変化させることがで
きる、バーナの燃焼制御装置を提供することを目的とす
る。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記課題を解決するための手段として、二
重構造の煙管ボイラの内側容器内に向けてバーナを取付
け、該バーナに供給する燃料と空気の量を調整し、燃焼
量の制御を行うことにより前記二重構造の内外容器間に
収容した液体の温度を一定値に制御するようにした煙管
ボイラのバーナの燃焼制御装置において、前記内外容器
間の圧力検出を行う圧力計と、該圧力計の出力値を設定
値と比較して前記内外容器間の圧力が一定となるように
前記バーナに供給する燃料の供給量を制御する圧力調節
計とを設けると共に、前記バーナの火炎を監視する光セ
ンサと、該光センサが出力した光パワー信号の振動周波
数を周波数解析してパワースペクトル信号を得、該パワ
ースペクトル信号から燃焼状態を検出し、該燃焼状態を
最適燃焼状態と比較して得られた偏差から前記空気の供
給量を制御する燃焼制御装置を設けた構成としたもので
ある。
(作用) 上記構成とすれば、圧力計9によってボイラの内側容
器2と外側容器3との間の圧力検出を行い、圧力調節計
10によって圧力計9の出力値を設定値と比較してボイラ
の内側容器2と外側容器3との間の圧力が一定となるよ
うにバーナ4に供給する燃料の供給を制御する。一方、
光センサ26によってバーナの火炎を監視し、該光センサ
26が出力した光パワー信号の振動周波数を周波数解析し
てパワースペクトル信号を得、該パワースペクトル信号
から燃焼状態を検出し、該燃焼状態を最適燃焼状態と比
較してことにより、常に適正に燃料と空気の供給量を維
持できることになるから、不可変動の大きなボイラ等に
おいても効率の良い燃焼状態を得ることができる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図について説明する。
1は二重構造を有する煙管ボイラであって、2はその内
側容器、3は外側容器である。内側容器2内に向けては
バーナ4が取付けられ、このバーナ4に加える燃料と空
気の量を加減することにより、前記二重構造の内側容器
2と外側容器3との間の室5に収容した液体(一般的に
は水)の温度を一定値に制御するようになっている。6
はバーナ4の発する火炎、7は煙管ボイラ1の脚部、8
は床である。外側容器3の上部中央には圧力計9が設け
られて内側容器2と外側容器3内の室5の圧力検出を行
なうようにしてある。この圧力計9は、出力信号を圧力
調節計10に送るようにケーブル11により接続されてい
る。
バーナ4には燃料供給管12と空気供給管13とが接続さ
れており、燃料供給管12の基端は、図示しないが燃料タ
ンクと燃料ポンプに接続されている。また燃料供給管12
の途中には燃料制御弁14が設けられており、リンク機構
15を介して結合されたモジュトロールモータ16によって
開度調整されるようになっている。モジュトロールモー
タ16は圧力調節計10によって通電制御されるので、ケー
ブル17によって、圧力調節計10に接続されているほか、
ケーブル18によって後述する燃焼制御装置19にも接続さ
れ、その状態をこの燃焼制御装置19に入力するようにな
っている。
空気供給管13には送風ファン20が接続されるほか、こ
の送風ファン20とバーナ4との間に、モジュトロールモ
ータ21によって開閉制御される空気調節弁22が設けられ
ている。モジュトロールモータ21は燃焼制御装置19の指
令を受けるので、ケーブル23によって燃焼制御装置19に
接続されている。煙管ボイラ1のバーナ4に対向する部
位には覗き窓24が設けられており、この覗き窓24には光
センサ(図示せず)が取付けられている。光センサとし
ては、周知のフォトトランジスタあるいはフォトダイオ
ード等を使用することができる。光センサは光ガイド25
によってセンサアンプ26に接続され、センサアンプ26は
ケーブル27によって燃焼制御装置19に接続されている。
このような構成からなるこの装置は、次のように作動
する。まず室5内に水等の加熱流体を充填し、その後バ
ーナ4を、図示しないパイロットバーナを点火させるこ
とにより着火させる。燃料としては、ガスまたは重油等
を考えることができる。バーナ4には燃料のほか送風フ
ァン20によって発生する空気流も供給される。バーナ4
の火炎6の状態は光センサによって終始監視され、その
情報はセンサアンプ26によって適当レベルに増幅された
後、燃焼制御装置19に入力される。一方、外側容器3の
上部中央に設けられた圧力計9は、内側容器2と外側容
器3内に形成される室5の圧力検出を行ない、その出力
信号を圧力調節計10に送ることになる。
圧力調節計10は圧力計9からの信号をあらかじめ設定
した圧力値と比較した上、室5内の圧力が一定となるよ
うに燃料制御弁14を調節作用する。この調節はモジュト
ロールモータ16の回転方向を制御し、燃料制御弁14を開
閉することによって行なう。一方、この燃料制御弁14の
開度信号は、モジュトロールモータ16に印加される信号
を図示しないポテンショメータ等により検出され、ケー
ブル18によって燃焼制御装置19に入力される。燃焼制御
装置19は、この開度信号と前述の光センサの両信号を取
込み、後述する制御演算を行なった結果に基き、空気調
節弁22を駆動するためのモジュトロールモータ21の操作
を行なうことになる。このための出力信号は、燃焼制御
装置19からケーブル23によってモジュトロールモータ21
に伝えられる。
次に、第2図により、第1図中の燃焼制御装置19の内
部で行なわれる制御内容の説明をする。センサアンプ26
より入力された電気信号は、FFT(Fast Fourier Transf
omer)処理部28により振動周波数を解析してパワースペ
クトラム比として出力され、次に移動平均処理部29にて
移動平均回数テーブル30で設定された回数で平均化され
てバラツキの巾を縮小して短時間の変化がならされると
共にボイラの燃焼特性に応じた最適の移動平均値とな
り、分岐部31で加算器32およびPV下限モニタ33に出力さ
れる。折線テーブル34には、燃料流量計35あるいは燃料
調節弁の開度信号を移動平均回数テーブル35に設定され
た回数で移動平均を行なう移動平均処理部37を介して、
現状の燃料流量または燃料調節弁開度信号が入力され
る。
この折線テーブル34では、燃料流量または燃料調節弁
開度信号に対応して最適燃焼状態のパワースペクトラム
比設定値テーブルにより選定して加算器32に出力すると
同時に、このときのパワースペクトラム比下限設定値を
PV下限モニタ33に出力している。加算器32で折線テーブ
ル34より出力された設定値と移動平均処理部29より入力
された現在値との比較を行ない、その結果を不感帯処理
部38からPID(Proportional Integral and Derivative
Control)演算部39に導いて、偏差に対応した出力値を
加算器40に出力する。
加算器40では、PV下限モニタ33により、折線テーブル
34で設定されたパワースペクトラム比下限値と分岐部31
より入力されたパワースペクトラム比現在値との比較を
行ない、現在値がパワースペクトラム下限設定値以下と
なった場合には、その変化量に応じた修正出力を出すよ
うにスペクトラム比レシオ演算器41にて演算し、その演
算結果を比較選択部42に出力し、PID出力信号に加算し
て、より空気量の増加を図るようにしている。比較選択
部42には、現状の燃料流量または燃料弁開度信号が、分
岐部43より変化率モニタ44にて変化率として演算され、
さらに変化率モニタレシオ演算部45を介して入力され
る。変化率モニタ44により、流量計の出力信号または燃
料弁の開度信号の一定値以上の急激な増加が検出された
場合には、PID出力信号にさらに開度情報を加算して出
力し、燃料の供給量の増加に空気の供給量が追従して増
加するようにしてある。
比較選択部42では、これらスペクトラム比下限変化率
と燃料流量または燃料弁開度信号のうち絶対値の大きい
ものを選択して加算器40に出力する。加算器40ではPID
演算部39より出力された信号に加算して出力リミッタ46
に出力する。出力リミッタ46で上限の出力を設定された
操作出力は空気量調節弁47に出力される。
(発明の効果) 本発明は以上説明したように、内外容器間の圧力検出
を行う圧力計と、該圧力計の出力値を設定値と比較して
前記内外容器間の圧力が一定となるように前記バーナに
供給する燃料の供給量を制御する圧力調節計とを設ける
と共に、前記バーナの火炎を監視する光センサと、該光
センサが出力した光パワー信号の振動周波数を周波数解
析してパワースペクトル信号を得、該パワースペクトル
信号から燃焼状態を検出し、該燃焼状態を最適燃焼状態
と比較して得られた偏差から前記空気の供給量を制御す
る燃焼制御装置を設けた構成としたものであるから、火
炎の燃焼特性のために生ずる光パワースペクトラムのバ
ラツキに影響されることなく、ボイラに固有の燃焼負荷
特性に対応することができ、燃料の急な供給量の変化に
空気の供給量を追従して変化させることができる燃焼制
御装置が得られるので、燃焼器の効率を向上することが
できる。この結果、燃料の使用量を削減することがで
き、エネルギ費の低減と同時にCO2の発生量の低減にも
寄与することができる。また低O2燃焼化にするためにNO
x排出量も低減することができるので、地球環境の保全
にも役立つことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の系統図、第2図は第1図中
の燃焼制御装置の内部で行なわれる制御内容を説明する
ためのフローチャート図である。 1……煙管ボイラ 2……内側容器 3……外側容器 4……バーナ 5……室 6……火炎 9……圧力計 10……圧力調節計 14……燃料制御弁 16,21……モジュトロールモータ 19……燃焼制御装置 20……送風ファン 22……空気調節弁 26……センサアンプ 28……FFT処理部(周波数解析器) 30……移動平均回数テーブル 34……折線テーブル 39……PID演算部 44……変化率モニタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二重構造の煙管ボイラの内側容器内に向け
    てバーナを取付け、該バーナに供給する燃料と空気の量
    を調整し、燃焼量の制御を行うことにより前記二重構造
    の内外容器間に収容した液体の温度を一定値に制御する
    ようにした煙管ボイラのバーナの燃焼制御装置におい
    て、 前記内外容器間の圧力検出を行う圧力計と、該圧力計の
    出力値を設定値と比較して前記内外容器間の圧力が一定
    となるように前記バーナに供給する燃料の供給量を制御
    する圧力調節計を設けると共に、前記バーナの火炎を監
    視する光センサと、該光センサが出力した光パワー信号
    の振動周波数を周波数解析してパワースペクトル信号を
    得、該パワースペクトル信号から燃焼状態を検出し、該
    燃焼状態を最適燃焼状態と比較して得られた偏差から前
    記空気の供給量を制御する燃焼制御装置を設けたことを
    特徴とするバーナの燃焼制御装置。
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