JPH11148638A - 多種燃料混焼ボイラの火炉圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃ガス燃料のように燃料の供給量に対する燃
焼空気の供給割合が非常に小さなものを石炭燃料と混焼
するような場合にもボイラの火炉内圧力を安定して制御
できるようにする。 【解決手段】 各種燃料の流量を検出する燃料検出器３
８，４０，４２と、各燃料検出器３８，４０，４２から
の燃料検出信号３９，４１，４３に基づいて排ガス流量
信号４４ａ，４４ｂ，４４ｃを求める定数ゲイン回路４
５ａ，４５ｂ，４５ｃと、各信号４４ａ，４４ｂ，４４
ｃを加算する加算器５０と、加算器５０からの合計排ガ
ス流量信号５１から開度先行指令信号２６を得る開度関
数発生器２５と、開度先行指令信号２６に、火炉圧力検
出器２０からの火炉圧力検出信号２１に基づいて比例積
分調節器３０から出力されるフィードバック信号３１を
加算して排ガス流量調整ダンパ１１に開度制御信号２２
を出力する加算器３２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭燃料、油燃
料、廃ガス燃料等を混焼する多種燃料混焼ボイラの火炉
圧力制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より石炭焚ボイラが実施されてお
り、このような石炭焚ボイラにおいては、ボイラ火炉内
の燃焼灰を含む燃焼ガスが外部に噴出する問題が生じな
いように、外気圧に対してボイラ火炉内圧力を所定の負
圧になるように制御する平衡通風型ボイラを採用してい
る。

【０００３】図４は、従来の石炭焚ボイラの一例を示し
たもので、ボイラ１には、ミル２からの石炭燃料（微粉
炭）Ａをバーナ装置３に供給する燃料流路４が設けられ
ていると共に、燃焼空気５をボイラ１に供給する排ガス
ダクト６が設けられており、該排ガスダクト６には、入
側に空気流量調整ベーン７を備えた押込み通風機（ＦＤ
Ｆ）８が設けられている。また、ボイラ１の下流側に
は、排ガス９を導出する排ガスダクト１０が設けられて
おり、該排ガスダクト１０には、入側に排ガス流量調整
ダンパ１１を備えた誘引通風機（ＩＤＦ）１２が設けら
れている。

【０００４】平衡通風型のボイラ１では、出力指令（負
荷）１３を入力しているボイラ制御装置１４からの燃料
供給指令１５によってミル２の駆動を制御して石炭燃料
Ａの供給を制御するようにしていると共に、空気供給指
令１６により押込み通風機８の入側に設けた空気流量調
整ベーン７の開度を調整して燃焼空気５の流量を出力指
令１３に対応して制御するようにしている。この時、石
炭燃料Ａに対する燃焼空気５の供給は、所定の空燃比
（燃料と空気の投入比率）になるように制御されてい
る。

【０００５】一方、誘引通風機１２の入口に備えた排ガ
ス流量調整ダンパ１１の開度を、圧力制御装置１７を備
えて排ガス９の吸引量を制御することにより、前記ボイ
ラ１の火炉内圧力を例えば−１０ｍｍＨ₂Ｏ前後の設定
された負圧に保持するようにしている。

【０００６】圧力制御装置１７は、図４に示すように、
ボイラ１に供給される燃焼空気５の流量を検出する空気
流量検出器１８からの空気流量検出信号１９と、ボイラ
１の火炉内部の燃焼ガスの圧力を検出する火炉圧力検出
器２０からの火炉圧力検出信号２１とを入力して、前記
排ガス流量調整ダンパ１１に開度制御信号２２を出力す
るようになっている。

【０００７】前記圧力制御装置１７は、図５に示すよう
に、空気流量検出器１８からの空気流量検出信号１９を
入力して、排ガス流量信号２３を出力するようにした定
数ゲイン回路２４を備えている。石炭燃料Ａを燃焼させ
た際における燃焼空気５の流量と排ガス９の流量との関
係は、従来から理論式により求められている。即ち、石
炭燃料Ａに対する燃焼空気５の流量は所定の空燃比にな
るように制御されているので、出力指令１３を種々変化
させた時の排ガス９の流量を計測しておけば、燃焼空気
５の流量に対する排ガス９の流量の比率を求めることが
できる。従って、このようにして求められた定数ゲイン
Ｋを、前記定数ゲイン回路２４に入力しておき、その定
数ゲインＫを前記空気流量検出信号１９に掛算すること
により排ガス流量信号２３が求めることができる。

【０００８】上記定数ゲイン回路２４からの排ガス流量
信号２３を、開度関数発生器２５に入力している。該開
度関数発生器２５は、図６に示すように、排ガス流量信
号２３の増加に伴って排ガス流量調整ダンパ１１の開度
を増加させて図４のボイラ１の火炉内圧力が−１０ｍｍ
Ｈ₂Ｏ前後に保持されるようにした開度先行指令信号２
６を出力するようにしている。

【０００９】一方、前記火炉圧力検出器２０からの火炉
圧力検出信号２１を引算器２７に入力して例えば前記し
た−１０ｍｍＨ₂Ｏ前後の設定圧力２８と引算し、引算
器２７からの偏差の信号２９がなくなるように出力する
比例積分調節器（ＰＩ調節計）３０からのフィードバッ
ク信号３１を、前記開度先行指令信号２６に加算器３２
にて加算しており、これによって得られた開度制御信号
２２により前記排ガス流量調整ダンパ１１の開度を制御
するようにしている。

【００１０】また、従来、燃焼空気５の流量に基づいて
開度先行指令信号２６を得るようにした方式以外に、空
気流量調整ベーン７の開度に基づいて開度先行指令信号
２６を得るようにしたものも考えられている。しかし、
このように空気流量調整ベーン７の開度に基づいた制御
は、実質的に燃焼空気５の流量に基づいた制御となるの
で、図４、図５に示した制御方式と同様と言える。

【００１１】図４、図５に示した圧力制御装置１７によ
れば、燃焼空気５の流量を検出している空気流量検出器
１８からの空気流量検出信号１９に、定数ゲイン回路２
４によって定数ゲインＫを掛算することにより排ガス流
量信号２３を求め、該排ガス流量信号２３を開度関数発
生器２５に入力することにより、図６に示すように開度
先行指令信号２６を求め、この開度先行指令信号２６に
よって排ガス流量調整ダンパ１１の開度を先行的に制御
することができる。

【００１２】一方、火炉圧力検出器２０からの火炉圧力
検出信号２１を引算器２７に入力して例えば−１０ｍｍ
Ｈ₂Ｏの設定圧力２８と引算し、引算器２７からの偏差
の信号２９がなくなるように出力する比例積分調節器３
０からのフィードバック信号３１を、前記開度先行指令
信号２６に加算器３２にて加算しており、これにより出
力指令１３が変化して燃焼空気５の流量が変化しても、
ボイラ１の火炉内圧力を常に−１０ｍｍＨ₂Ｏの圧力に
保持することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年では、石炭
燃料Ａに対して、重油等の油燃料の他に、高炉ガス、コ
ークスガス、転炉ガス等の廃ガス燃料を任意に選択して
混焼を行うようにした多種燃料混焼ボイラが実施される
ようになってきている。

【００１４】しかし、各燃料に対する理論空気量につい
てみた場合、石炭燃料Ａは４〜７Ｎｍ³／ｋｇ、重油は
１２〜１３Ｎｍ³／ｋｇ、廃ガス燃料は１．２Ｎｍ³／ｋ
ｇであると言われており（実際の燃焼では空気過剰率を
上乗せして空燃比を設定している）、特に廃ガス燃料の
空燃比（燃料流量に対する空気流量）は著しく小さく、
しかも廃ガス燃料は発熱量が小さいために供給される廃
ガス燃料の流量が非常に大きなボリュームとなってい
る。

【００１５】従って、図５に示した従来方式のように、
単に空気流量検出器１８からの空気流量検出信号１９に
基づいて開度先行指令信号２６を得るようにした制御方
式では、前記廃ガス燃料を燃焼させた場合に、燃焼空気
５の流量に対して排ガス９の流量が著しく増大すること
になり、従って適切な開度先行指令信号２６を得ること
ができず、そのために比例積分調節器３０からのフィー
ドバック信号３１が大きく変動することになって、制御
の遅れが生じることにより制御が不安定になり、よって
ボイラ１の火炉内圧力が不安定に変動してしまうという
問題を生じる。

【００１６】本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を
解決すべくなしたもので、廃ガス燃料のように燃料の供
給量に対する燃焼空気の供給割合が非常に小さなものを
石炭燃料と混焼するような場合にもボイラの火炉内圧力
を安定して制御できるようにした多種燃料混焼ボイラの
火炉圧力制御装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、各種燃料の流
量を検出する燃料検出器と、該各燃料検出器からの燃料
検出信号に基づいて排ガス流量信号を求めるようにした
定数ゲイン回路と、該各定数ゲイン回路からの排ガス流
量信号を加算する加算器と、該加算器からの合計排ガス
流量信号から開度先行指令信号を得る開度関数発生器
と、該開度関数発生器からの開度先行指令信号に、火炉
圧力検出器からの火炉圧力検出信号に基づいて比例積分
調節器から出力されるフィードバック信号を加算して排
ガス流量調整ダンパに開度制御信号を出力する加算器
と、を備えたことを特徴とする多種燃料混焼ボイラの火
炉圧力制御装置、に係るものである。

【００１８】本発明の多種燃料混焼ボイラの火炉圧力制
御装置では、各種燃料毎に発生する排ガスの流量を求め
てその総和の合計排ガス流量信号に基づいてボイラの火
炉内圧力を所定の負圧に保持するための先行指令信号を
出力させるようにしているので、ボイラから排出される
排ガスの流量に正確に対応して排ガス調整ダンパの開度
を先行的に制御することができ、従って比例積分調節器
からのフィードバック信号を減少させることにより、ボ
イラの火炉内圧力を所定の負圧に安定して制御できるよ
うになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２０】図１及び図２は本発明を実施する形態の一
例であって、図中、図４及び図５と同一の符号を付した
部分は同一物を表わしている。

【００２１】図１では、石炭燃料Ａの他に、重油等の油
燃料Ｂを流量調節弁３３を備えた油燃料管３４により供
給すると共に、高炉ガス、コークスガス、転炉ガス等の
廃ガス燃料Ｃを燃料調節弁３５を備えた廃ガス燃料管３
６により供給して混焼を行うようにした多種燃料混焼ボ
イラを示している。

【００２２】出力指令１３を入力しているボイラ制御装
置１４は、燃料供給指令１５ａによってミル２の駆動を
制御して石炭燃料Ａの供給を制御すると共に、燃料供給
指令１５ｂにより流量調節弁３３の開度を調節して油燃
料Ｂの供給を制御し、また燃料供給指令１５ｃにより燃
料調節弁３５の開度を調節して高炉ガス、コークスガ
ス、転炉ガス等の廃ガス燃料Ｃの供給を制御する。ま
た、前記ボイラ制御装置１４は、前記各種燃料Ａ，Ｂ，
Ｃの供給に対応した空気供給指令１６を空気流量調整ベ
ーン７に出力して該空気流量調整ベーン７の開度を調節
することにより燃焼空気５の流量を制御するようにして
いる。

【００２３】一方、誘引通風機１２の入口に備えた排ガ
ス流量調整ダンパ１１の開度を制御することにより、前
記ボイラ１の火炉内圧力を例えば−１０ｍｍＨ₂Ｏ前後
の設定された負圧に保持するための圧力制御装置３７を
備えている。

【００２４】前記圧力制御装置３７は、出力指令１３を
入力していると共に、ボイラ１に供給される燃焼空気５
の流量を検出する空気流量検出器１８からの空気流量検
出信号１９を入力しており、また、ボイラ１の火炉内部
の燃焼ガスの圧力を検出する火炉圧力検出器２０からの
火炉圧力検出信号２１を入力している。

【００２５】更に、圧力制御装置３７には、前記石炭燃
料Ａの流量を検出する石炭燃料検出器３８からの石炭燃
料検出信号３９と、油燃料Ｂの流量を検出する油燃料検
出器４０からの油燃料検出信号４１と、廃ガス燃料Ｃの
流量を検出する廃ガス燃料検出器４２からの廃ガス燃料
検出信号４３とが入力されており、圧力制御装置３７
は、排ガス流量調整ダンパ１１に開度制御信号２２を出
力して、排ガス流量調整ダンパ１１の開度を制御するよ
うにしている。

【００２６】一方、各種燃料Ａ，Ｂ，Ｃの供給量に対す
る必要な燃焼空気５の流量（理論空気量）は決まってお
り、従って、各種燃料Ａ，Ｂ，Ｃの供給量から排ガス９
の発生量を予め求めることができる。排ガス９の流量
は、空燃比が一定であれば、下記計算式（Ｉ）で求める
ことができる。

【００２７】

【数１】 排ガス流量（ｋｇ／ｈ）＝燃料流量（ｋｇ／ｈ）×排ガス量比（ｋｇ／ｋｇ〔 燃料〕）×ガス比重（Ｎｍ³／ｋｇ）…（Ｉ）

【００２８】このため、圧力制御装置３７には、図２に
示すように、石炭燃料検出器３８からの石炭燃料検出信
号３９を入力して、該石炭燃料検出信号３９に定数ゲイ
ンＫａを掛算することにより石炭燃料Ａの燃焼によって
生じる排ガス流量信号４４ａを求めるようにした定数ゲ
イン回路４５ａを備えている。

【００２９】また、油燃料検出器４０からの油燃料検出
信号４１を入力して、該油燃料検出信号４１に定数ゲイ
ンＫｂを掛算することにより油燃料Ｂの燃焼によって生
じる排ガス流量信号４４ｂを求めるようにした定数ゲイ
ン回路４５ｂを備えている。

【００３０】更に、廃ガス燃料検出器４２からの廃ガス
燃料検出信号４３を入力して、該廃ガス燃料検出信号４
３に定数ゲインＫｃを掛算することにより廃ガス燃料Ｃ
の燃焼によって生じる排ガス流量信号４４ｃを求めるよ
うにした定数ゲイン回路４５ｃを備えている。

【００３１】一方、出力指令１３の増加によって燃料
Ａ，Ｂ，Ｃの流量が増加すると、燃焼性が向上されるこ
とによって図３に示すように空燃比（燃焼空気５）を減
少させる制御が行われているが、空燃比は出力指令１３
によって定まっているので補正することができる。

【００３２】即ち、出力指令１３を入力した空燃比関数
発生器４６ａからの関数ＦｘAの空燃比補正信号４７ａ
を、掛算器４８ａにて前記排ガス流量信号４４ａに掛算
することにより、補正された石炭燃料Ａに基づく排ガス
流量信号４９ａを求めるようにしている。

【００３３】また、出力指令１３を入力した空燃比関数
発生器４６ｂからの関数ＦｘBの空燃比補正信号４７ｂ
を、掛算器４８ｂにて前記排ガス流量信号４４ｂに掛算
することにより、補正された油燃料Ｂに基づく排ガス流
量信号４９ｂを求めるようにしている。

【００３４】更に、出力指令１３を入力した空燃比関数
発生器４６ｃからの関数ＦｘCの空燃比補正信号４７ｃ
を、掛算器４８ｃにて前記排ガス流量信号４４ｃに掛算
することにより、補正された廃ガス燃料Ｃに基づく排ガ
ス流量信号４９ｃを求めるようにしている。

【００３５】前記各種燃料Ａ，Ｂ，Ｃに基づく補正され
た排ガス流量信号４９ａ，４９ｂ，４９ｃを加算器５０
により加算し、該加算器５０からの合計排ガス流量信号
５１を高値選択器５２に入力するようにしている。

【００３６】ボイラ１の起動時や停止時、及び低負荷時
には空燃比に関係なく一定の燃焼空気５をボイラ１に供
給するようにしており、従って、前記ボイラ１の起動時
や停止時、及び低負荷時には、燃焼空気５の流量が、前
記計算式（Ｉ）で求められた排ガス流量より多い場合が
ある。

【００３７】このため、前記高値選択器５２に、空気流
量検出器１８からの空気流量検出信号１９を入力してお
き、ボイラ１の起動時や停止時、及び低負荷時には、前
記空気流量検出信号１９と合計排ガス流量信号５１の大
きい方の信号を選択するようにしている。

【００３８】前記した加算器５０からの合計排ガス流量
信号５１は、図５、図６に示したものと同様の開度関数
発生器２５に導入されて、開度先行指令信号２６を出力
するようになっている。

【００３９】また、火炉圧力検出器２０からの火炉圧力
検出信号２１を引算器２７に入力して例えば−１０ｍｍ
Ｈ₂Ｏ前後の設定圧力２８と引算し、引算器２７からの
偏差の信号２９がなくなるように出力する比例積分調節
器３０からのフィードバック信号３１を、前記開度先行
指令信号２６に加算器３２にて加算するようにしてお
り、加算器３２にて得られた開度制御信号２２により、
前記排ガス流量調整ダンパ１１の開度を制御するように
している。

【００４０】次に上記形態例の作用を説明する。

【００４１】図２に示した圧力制御装置３７では、石炭
燃料検出器３８からの石炭燃料検出信号３９を入力して
いる定数ゲイン回路４５ａにより、石炭燃料Ａの燃焼に
よって生じる排ガス流量信号４４ａを求め、また、油燃
料検出器４０からの油燃料検出信号４１を入力している
定数ゲイン回路４５ｂにより、油燃料Ｂの燃焼によって
生じる排ガス流量信号４４ｂを求め、更に、廃ガス燃料
検出器４２からの廃ガス燃料検出信号４３を入力してい
る定数ゲイン回路４５ｃにより、廃ガス燃料Ｃの燃焼に
よって生じる排ガス流量信号４４ｃを求める。

【００４２】更に、前記各排ガス流量信号４４ａ，４４
ｂ，４４ｃを空燃比補正信号４７ａ，４７ｂ，４７ｃに
よって補正した後、加算器５０で加算することにより合
計排ガス流量信号５１を得るようにし、該合計排ガス流
量信号５１を開度関数発生器２５に入力して開度先行指
令信号２６を得るようにしている。

【００４３】従って、出力指令１３が変化して各種燃料
Ａ，Ｂ，Ｃの流量が変化したり、或いは燃料Ａ，Ｂ，Ｃ
の組合わせが切り替わって供給されても、各種燃料Ａ，
Ｂ，Ｃ毎に発生する排ガス９の流量を求めて、その総和
の合計排ガス流量信号５１に基づき、ボイラ１の火炉内
圧力を所定の負圧に保持するための開度先行指令信号２
６を出力するようにしているので、ボイラ１から排出さ
れる排ガス９の流量に正確に対応させて排ガス流量調整
ダンパ１１の開度を先行制御することができる。

【００４４】従って、比例積分調節器３０からのフィー
ドバック信号３１は減少することになり、よってボイラ
１の火炉内圧力は所定の負圧に安定して制御されるよう
になる。

【００４５】尚、前記形態例においては、石炭燃料Ａの
他に、重油等の油燃料Ｂと、廃ガス燃料Ｃとを混焼する
場合について例示したが、例えば前記廃ガス燃料Ｃの高
炉ガス、コークスガス、転炉ガスにおいて、燃料と排ガ
スとの流量割合が異なる場合には、高炉ガス、コークス
ガス、転炉ガスの夫々の廃ガス燃料に対して、図２に示
したような独自の定数ゲイン回路を備えて排ガス流量信
号を得るようにすることができること、その他本発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
と、等は勿論である。

【００４６】

【発明の効果】本発明の多種燃料混焼ボイラの火炉圧力
制御装置によれば、各種燃料毎に発生する排ガスの流量
を求めてその総和の合計排ガス流量信号に基づいてボイ
ラの火炉内圧力を所定の負圧に保持するための先行指令
信号を出力させるようにしているので、ボイラから排出
される排ガスの流量に正確に対応して排ガス調整ダンパ
の開度を先行的に制御することができ、従って比例積分
調節器からのフィードバック信号を減少させることによ
り、ボイラの火炉内圧力を所定の負圧に安定して制御す
ることができるようになるという優れた効果を奏し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。

【図２】図１の圧力制御装置の詳細例を示す回路ブロッ
ク図である。

【図３】図２の空燃比関数発生器４６ａ，４６ｂ，４６
ｃの作用を示す線図である。

【図４】従来の石炭焚ボイラの一例を示すブロック図で
ある。

【図５】図４の圧力制御装置の詳細例を示す回路ブロッ
ク図である。

【図６】開度関数発生器２５の作用を示す線図である。

【符号の説明】

２０ 火炉圧力検出器 ２１ 火炉圧力検出信号 ２２ 開度制御信号 ２５ 開度関数発生器 ２６ 開度先行指令信号 ３２ 加算器 ３８ 石炭燃料検出器（燃料検出器） ３９ 石炭燃料検出信号（燃料検出信号） ４０ 油燃料検出器（燃料検出器） ４１ 油燃料検出信号（燃料検出信号） ４２ 廃ガス燃料検出器（燃料検出器） ４３ 廃ガス燃料検出信号（燃料検出信号） ４４ａ 排ガス流量信号 ４４ｂ 排ガス流量信号 ４４ｃ 排ガス流量信号 ４５ａ 定数ゲイン回路 ４５ｂ 定数ゲイン回路 ４５ｃ 定数ゲイン回路 ５０ 加算器 ５１ 合計排ガス流量信号 Ａ 石炭燃料（燃料） Ｂ 油燃料（燃料） Ｃ 廃ガス燃料（燃料）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種燃料の流量を検出する燃料検出器
   と、該各燃料検出器からの燃料検出信号に基づいて排ガ
   ス流量信号を求めるようにした定数ゲイン回路と、該各
   定数ゲイン回路からの排ガス流量信号を加算する加算器
   と、該加算器からの合計排ガス流量信号から開度先行指
   令信号を得る開度関数発生器と、該開度関数発生器から
   の開度先行指令信号に、火炉圧力検出器からの火炉圧力
   検出信号に基づいて比例積分調節器から出力されるフィ
   ードバック信号を加算して排ガス流量調整ダンパに開度
   制御信号を出力する加算器と、を備えたことを特徴とす
   る多種燃料混焼ボイラの火炉圧力制御装置。