JPH09303756A - 加熱炉の燃焼制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱炉の常時監視・操作を行い、加熱炉内の
完全燃焼を可能とする加熱炉の燃焼制御方法およびその
装置を提供する。 【解決手段】 加熱炉出口の排ガス中の酸素濃度とドラ
フト圧力、加熱炉燃料ガス比重および燃焼用空気用ダン
パのダンパ開度に係るデータが正常と判断された場合
は、排ガス中の酸素濃度が目標値となるように、入力さ
れた排ガスの酸素濃度偏差および酸素濃度変化率ならび
にドラフト圧力偏差およびドラフト圧力変化率によりフ
ァジー推論を実施して、ダンパ開度操作量を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱炉の燃焼制御
方法およびその装置に係るものであり、詳しくは、石油
関連装置、例えば常圧蒸留装置（トッパー）のプロセス
流体を加熱する加熱炉の燃焼制御方法およびその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、石油関連装置のプロセス流体を加
熱する加熱炉における燃焼制御は、運転員が加熱炉およ
びプロセスからの各種のデータに基づきダンパの開度を
操作して燃焼用空気量を制御することによって行われて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】運転員は、種々の作業
を行わなければならないので、加熱炉の常時監視・操作
は不可能である。そのため、ダンパによる燃焼用空気量
の制御は安全側に行なわれるので加熱炉排ガス中の酸素
濃度を低く維持することができなかった。

【０００４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、平衡通風型（吸引・押込型）、強制通風型
（吸引型または押込型）または自然通風型の加熱炉の常
時監視・操作を行い、加熱炉排ガス中の酸素濃度を低く
維持して、加熱炉燃焼ガスの使用量を低減できる加熱炉
の燃焼制御方法およびその装置を提供することを課題と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の問題点を次のようにして解決した。すなわち、
石油関連装置のプロセス流体を加熱する平衡通風型、強
制通風型または自然通風型の加熱炉出口の排ガス中の酸
素濃度とドラフト圧力、加熱炉燃料ガス比重および燃焼
用空気用ダンパのダンパ開度の各信号を装置作動不良検
知部に入力し、各信号に係るデータが正常と判断された
場合は、排ガス中の酸素濃度が目標値になるように、入
力された排ガスの酸素濃度偏差および酸素濃度変化率な
らびにドラフト圧力偏差およびドラフト圧力変化率によ
りファジー推論プログラムおよびファジー推論補助プロ
グラムを実施して、ダンパ開度操作量を決定し、出力す
ることにより、加熱炉出口の排ガス中の酸素量およびド
ラフト圧力の適性化を行う。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明による加熱炉の燃焼制御方
法は、加熱炉出口の排ガス中の酸素濃度とドラフト圧
力、加熱炉燃料ガス比重および燃焼用空気用ダンパのダ
ンパ開度に係るデータが正常と判断された場合は、排ガ
ス中の酸素濃度が目標値となるように、入力された排ガ
スの酸素濃度偏差および酸素濃度変化率ならびにドラフ
ト圧力偏差およびドラフト圧力変化率によりファジー推
論を実施して、ダンパ開度操作量を出力することを特徴
とする。また、必要に応じて、加熱炉燃料ガス比重変化
率を加えてファジー推論を実施することを特徴とする。

【０００７】本発明による加熱炉の燃焼制御装置は、加
熱炉出口に設けられた酸素濃度計、ドラフト圧力計、加
熱炉燃料ガス比重計および燃焼用空気用ダンパのダンパ
開度計の信号に係るデータが正常か否かを判断する装置
作動不良検知部と、正常であると判断された場合は、加
熱炉出口の排ガス中の酸素濃度が目標値となるように、
排ガス中の酸素濃度偏差および酸素濃度変化率ならびに
ドラフト圧力偏差およびドラフト圧力変化率によりファ
ジー推論を実施するファジー推論部と、前記ファジー推
論の結果に基づきダンパ開度操作量を出力する出力決定
部とからなることを特徴とする。

【０００８】また、前記装置作動不良検知部には、酸素
濃度変化率および加熱炉燃料ガス比重変化率をファジー
推論部以外から出力決定部に出力する外乱制御機能が設
けられていることを特徴とする。なお、前記加熱炉に
は、それぞれダンパを有する押込ファンと吸引ファンの
両方が設けられていてもよいし、いずれか一方が設けら
れていてもよい。また、ダンパを有する押込ファンと吸
引ファンの代わりに、前記加熱炉の内部上方にダンパの
みが設けられていてもよい。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１は、平衡通風型加熱炉の燃焼制御装置
を示す全体構成図である。

【００１０】同図において、符号１で示されるものは加
熱炉であり、この加熱炉１の下部には押込ファン（ＦＤ
Ｆ）２を備えた燃焼用空気ダクト４、上部には吸引ファ
ン（ＩＤＦ）３を備えた排ガスダクト５が接続されてい
る。前記押込ファン２と吸引ファン３には、それぞれダ
ンパ６，７とダンパ開度計８，９が設けられている。す
なわち、押込ファン２と吸引ファン３のダンパ６，７の
開度、すなわち、加熱炉１内に供給される燃焼用空気量
を調整することにより、加熱炉１内の燃焼を制御するこ
とができる。

【００１１】加熱炉１の底部には、炉内に配設されてい
るプロセス流体配管１０を介してプロセス流体を加熱す
るバーナ１１が取り付けられている。このバーナ１１に
は、加熱炉燃料ガスを供給する加熱炉燃料ガス配管１２
がバルブ１３を介して接続されている。

【００１２】加熱炉１の上部の排ガスダクト５には、加
熱炉出口における排ガス中の酸素濃度を測定する２基の
酸素濃度計１４と排ガスの圧力を測定する２基のドラフ
ト圧力計１５が取り付けられている。なお、上記酸素濃
度計１４とドラフト圧力計１５の二重化は制御の安全対
策上実施され、酸素濃度計１４の低値およびドラフト圧
力計１５の高値を選択し入力値として取り込んでいる。
また、加熱炉燃料ガス配管１２には、加熱炉燃料ガス比
重計１６が取り付けられている。その他、図示されてい
ないが、加熱炉内は加熱効率を上げるため２室（Ａ、Ｂ
室）に分けられ、その各々に酸素濃度計が取り付けら
れ、また、加熱炉１の下部の燃焼用空気ダクト４に加熱
炉入口圧力計が取り付けられている。

【００１３】加熱炉１の制御装置は、加熱炉出口におけ
る排ガス中の酸素濃度とドラフト圧力、加熱炉燃料ガス
比重ならびに押込ファン２および吸引ファン３のダンパ
６，７の開度、さらに、加熱炉内のＡ，Ｂ室の酸素濃度
と加熱炉入口圧力の各信号を各計器から受けて、各信号
に係るデータが正常か否かを判断する装置作動不良検知
部１７と、各信号に係るデータが正常である場合、各信
号に係るデータによりファジー推論プログラムおよびフ
ァジー推論補助プログラムを用いてファジー推論を実施
するファジー推論部１８と、前記ファジー推論の結果に
基づきダンパ開度操作量を決定する出力決定部１９とか
ら構成されている。

【００１４】次に、上述した加熱炉の制御方法について
説明する。

【００１５】加熱炉１内の燃焼状態は、排ガス中の酸素
濃度と関係があり、酸素濃度が低く、安定しているほ
ど、完全燃焼が達成されていることになる。そこで、加
熱炉出口における排ガス中の酸素濃度とドラフト圧力が
運転指標とされている。

【００１６】装置作動不良検知部１７は、ハード監視機
能を有し、加熱炉１から排ガス中の酸素濃度、ドラフト
圧力、加熱炉燃料ガス比重ならびに押込ファン２および
吸引ファン３のダンパ６，７の開度の各信号を受けて、
下記１５項目を監視し、正常でない場合は、制御の自動
切断等を行う。 (1)加熱炉入口圧力下限値 (2)FDFダンパ開度上下限値 (3)FDFダンパ開度誤差（出力値と現場からのアンサーバ
ック値との差） (4)IDFダンパ開度上下限値 (5)IDFダンパ開度誤差（出力値と現場からのアンサーバ
ック値との差） (6)ダンパ動作診断（酸素濃度偏差が一定時間内に設定
された偏差内に収まれば、ダンパ正常とみなす判断） (7)酸素濃度計誤差（２基設置されている酸素濃度計の
差） (8)酸素濃度計自己判断（過去一定時間で現状値が変化
していることの判断） (9)酸素濃度計上下限値 (10)酸素濃度計バランス許容値（このバランスとは、加
熱炉Ａ，Ｂ室にそれぞれ設置されている酸素濃度計につ
いての差で、フアジー推論に用いられる酸素濃度計とは
異なる。） (11)ドラフト圧力バランス許容値（２基設置されている
ドラフト圧力計の差） (12)ドラフト圧力上下限値 (13)加熱炉燃料ガス比重計下限値 (14)非常停止機能作動 (15)加熱炉燃料ガス供給停止 なお、加熱炉燃料ガス比重計の指示値については、過去
一定時間に指示変化が無い場合、例えば、前記比重計の
メンテナンスの際には、この指示値を無視して、装置作
動不良検知部１７および後述するファジー推論部１８の
動作を引き続き行う機能が装置作動不良検知部１７に設
けられている。

【００１７】上記１５項目の各信号が正常ならば、ファ
ジー推論部１８は、装置作動不良検知部１７より下記５
項目の信号を受け、入力された加熱炉出口の排ガス中の
酸素濃度とドラフト圧力の目標値に基づき、メンバシッ
プ関数を用いてファジー推論を実施して、押込ファン２
および吸引ファン３のダンパ開度操作量を出力する。推
論間隔は変更可能で、例えば３０秒である。 (1)酸素濃度偏差(%) (2)酸素濃度変化率(%/設定時間） (3)ドラフト圧力偏差(mmH20） (4)ドラフト圧力変化率(mmH20/設定時間） (5)加熱炉燃料ガス比重変化率(/設定時間） 上記項目において、偏差は、現状値と目標値との差を示
している。また、変化率は、現状値または移動平均値の
変化率を示し、単位は(1/分 )または(1/秒）である。

【００１８】上述した酸素濃度変化率および加熱炉燃料
ガス比重変化率については、３０秒毎（変更可能）のフ
ァジー推論部１８では突然の変異に対応しきれないた
め、１０秒毎（変更可能）に別プログラムで監視し、適
合時にはファジー推論部１８を通さないで出力決定部１
９に出力する外乱制御機能が前記装置作動不良検知部１
７に設けられている。

【００１９】上述した装置作動不良検知部（ハード監視
機能、外乱制御機能）１７とファジー推論部１８との出
力を出力決定部１９で受け、出力変化率、上下限制限処
理を行い、最終操端である押込ファン２および吸引ファ
ン３のダンパ開度を制御する。すなわち、本発明の特徴
は、装置作業不良検知部１７とファジー推論部１８とを
パッケージ化し、加熱炉１のダンパ開度操作量を出力す
ることにある。

【００２０】図２は、上述した加熱炉１の燃焼制御方法
による酸素濃度の変化状況を示す図である。同図には、
酸素濃度目標値を２．２％とし、午前９時に、プロセス
流体の通油量を１７KBD（１６７→１５０KBD）減少し
て、押込ファン２および吸引ファン３のダンパ開度を制
御した場合の酸素濃度の変化状況が示され、酸素濃度の
最大偏差が０．４％となり、燃焼が十分なされているこ
とががわかる。

【００２１】図３は、従来の燃焼制御方法による酸素濃
度の変化状況を示す図である。同図には、酸素濃度目標
値を３．０％とし、午前８時に、プロセス流体の通油量
を２７KBD（１６７→１４０KBD）減少して、押込ファン
２および吸引ファン３のダンパ開度を制御した場合の酸
素濃度の変化状況が示され、酸素濃度の最大偏差が１．
５％となり、良好な燃焼が行われていないことがわか
る。

【００２２】図４は、本発明による加熱炉１の燃焼制御
方法による酸素濃度と加熱炉燃料ガス比重（ＦＧ比重）
の変化状況を示す図である。同図により、酸素濃度目標
が２．２０％において、加熱炉燃料ガス比重が変動して
も、酸素濃度偏差は０．３％、酸素濃度の平均値は２．
２６％となり、酸素濃度は変動しないことがわかる。 （実施例２）上述した実施例１では、加熱炉を押込ファ
ン（ＦＤＦ）２と吸引ファン（ＩＤＦ）３とを備えた平
衡型通風型加熱炉としたが、吸引ファン（ＩＤＦ）３ま
たは押込ファン（ＦＤＦ）２のいずれか一方を設けた強
制通風型（吸引型または押込型）加熱炉としてもよい。
強制通風型（吸引型）の加熱炉１の場合、排ガスの炉内
から炉外への排出は吸引ファン３で行うが、燃焼用空気
の炉内への吸引は大気圧と炉内圧力の差によって自然に
行うように設計されている。その他の構成は、実施例１
とほぼ同一であるので、説明を省略する。 （実施例３）図５は、自然通風型加熱炉の燃焼制御装置
を示す全体構成図であり、実施例１と同一または同等の
部分については同一符号が付してある。

【００２３】加熱炉１の内部上方には、燃焼用空気用の
ダンパ２０が回動可能に設けられ、また、ダンパ２０に
はダンパ開度計２１が設けられている。すなわち、ダン
パ２０の開度、すなわち、加熱炉１内に供給される燃焼
用空気量を調整することにより、加熱炉１内の燃焼を制
御することができる。自然通風型加熱炉の場合、排ガス
の炉内から炉外への排出および燃焼用空気の炉内への吸
引は、大気圧と炉内圧力の差によって自然に行うように
設計されている。すなわち、実施例１との相違は、燃焼
用空気ダクト４，５に燃焼用空気用ファン２，３を設け
ず、その代わりに、加熱炉１の内部上方にダンパ２０を
設けたところにある。その他の構成は、実施例１とほぼ
同一であるので、説明を省略する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次のような効果を得ることができる。すな
わち、従来、様々な作業があり、運転員の常時監視・操
作が不可能であった加熱炉の制御に、装置作動不良検知
部による故障診断機能とファジー推論部によるファジー
推論を導入することにより、常時監視・操作が可能とな
った。その結果、加熱炉出口の排ガス中の酸素濃度の精
密な制御が可能となり、平均酸素濃度の低下が可能とな
った。この酸素濃度の低下は、加熱炉燃料ガスの使用低
減に効果がある。また、運転員の省力化がなされ、他の
必要な作業にかける時間が増加した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による平衡通風型加熱炉の燃焼制御装置
を示す全体構成図である。

【図２】本発明による加熱炉の燃焼制御方法による通油
量変更時の酸素濃度の変化状況を示す図である。

【図３】従来の加熱炉の燃焼制御方法による通油量変更
時の酸素濃度の変化状況を示す図である。

【図４】本発明による加熱炉の燃焼制御方法による酸素
濃度と加熱炉燃料ガス比重（ＦＧ比重）の変化状況を示
す図である。

【図５】本発明による自然通風型加熱炉の燃焼制御装置
を示す全体構成図である。

【符号の説明】 １ 加熱炉 ２ 押込ファン ３ 吸込ファン ４ 燃焼用空気ダクト ５ 排ガスダクト ６、７ ダンパ ８、９ ダンパ開度計 １０ プロセス流体配管 １１ バーナ １２ 加熱炉燃料ガス配管 １３ バルブ １４ 酸素濃度計 １５ ドラフト圧力計 １６ 加熱炉燃料ガス比重計 １７ 装置作動不良検知部 １８ ファジー推論部 １９ 出力決定部 ２０ ダンパ ２１ ダンパ開度計

フロントページの続き (72)発明者 太田 義高 北海道室蘭市白鳥台５丁目28番１ (72)発明者 杉原 宏治 北海道室蘭市白鳥台１丁目38番２ー301 (72)発明者 上石 紀彦 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉出口の排ガス中の酸素濃度とドラ
   フト圧力、加熱炉燃料ガス比重および燃焼用空気用ダン
   パのダンパ開度に係るデータが正常と判断された場合
   は、排ガス中の酸素濃度が目標値となるように、入力さ
   れた排ガスの酸素濃度偏差および酸素濃度変化率ならび
   にドラフト圧力偏差およびドラフト圧力変化率によりフ
   ァジー推論を実施して、ダンパ開度操作量を出力するこ
   とを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
2. 【請求項２】 加熱炉燃料ガス比重変化率によりファジ
   ー推論を実施することを特徴とする請求項１記載の加熱
   炉の燃焼制御方法。
3. 【請求項３】 加熱炉（１）の出口に設けられた酸素濃
   度計（１４）とドラフト圧力計（１５）、加熱炉燃料ガ
   ス比重計（１６）および燃焼用空気用ダンパ（６，７，
   ２０）のダンパ開度計（８，９，２１）の信号に係るデ
   ータが正常か否かを判断する装置作動不良検知部（１
   ７）と、正常であると判断された場合は、加熱炉出口の
   排ガス中の酸素濃度が目標値となるように、排ガス中の
   酸素濃度偏差および酸素濃度変化率ならびにドラフト圧
   力偏差およびドラフト圧力変化率によりファジー推論を
   実施するファジー推論部（１８）と、前記ファジー推論
   の結果に基づきのダンパ開度操作量を出力する出力決定
   部（１９）とからなることを特徴とする加熱炉の燃焼制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記装置作動不良検知部（１７）には、
   酸素濃度変化率および加熱炉燃料ガス比重変化率をファ
   ジー推論部（１８）以外から出力決定部（１９）に出力
   する外乱制御機能が設けられていることを特徴とする請
   求項３記載の加熱炉の燃焼制御装置。
5. 【請求項５】 前記加熱炉（１）には、ダンパ（６）を
   有する押込ファン（２）とダンパ（７）を有する吸引フ
   ァン（３）の少くとも一方が設けられていること特徴と
   する請求項３または４記載の加熱炉の燃焼制御装置。
6. 【請求項６】 前記加熱炉（１）の内部上方には、ダン
   パ（２０）が設けられていることを特徴とする請求項３
   または４記載の加熱炉の燃焼制御装置。