JPS58168816A - 燃焼炉の燃焼制御方法およびその装置 - 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】 この発明はボイラー等の燃焼炉に係り、特に、燃焼効率
の向上を図ることができる燃焼制御の方法および装置に
関する。

周知のように、ボイラーにおける排ガス損失には、排ガ
ス熱として失われる排ガス熱損失と、完全に燃焼しない
で排出される未燃焼損失とがある。

この場合、排ガス熱損失は、第１図に線ＬＸにて示すよ
うに、ボイラーへ供給される空気量Ａが増加するにした
がって増加し、一方、未燃焼損失は曲ｍＬ２にて示すよ
うに、空気量Ａが増加するにしたがって指数関数的に減
少する。この結果、排ガス損失の総和は空気量Ａにした
がって第１図に曲線Ｌ３にて示すように変化し、図に示
す点Ｐ１において鍛小値奪とる。すなわち、ボイラーの
燃焼効率を般大にするには、図に示す点Ｐ１に対応する
空気量Ａ１をボイラーへ供給すればよい。

従来、ボイラーへ供給する空気量の制御は、排ガス中の
酸素濃度を検出し、この検出結果に基づいて行われてい
た。しかしながら、この酸素濃度に基づく空気量制御に
よっては、ボイラの負荷状態によって最適酸素量が変化
すること、計測上配管のリーク等により排ガス中の酸素
量が実濃度よりも大きく変化すること、および、前述し
た未燃損失が排ガス中の酸素濃度では検知できないこと
等の理由で、燃焼効率が最大になるようにボイラーの空
気量を常時正しく制御することが不可能であった。

そこでこの発明は、燃焼炉（ボイラー等）へ供給する空
気量を、燃焼炉の燃焼効率が常時最大になるように自動
制御することができる燃焼炉の燃焼制御方法およびその
装置を提供するもので、燃焼炉へ供給される燃料量に基
づいて理論空気量を算出し、また、この理論空気量に基
づいて最小保証空気量を算出し、また、排ガス中の一酸
化炭素濃度を検出し、上記理論空気量、最小保証空気量
および一酸化炭素濃度に基づいて燃焼炉へ供給すべき空
気量を算出し、この算出結果にしたがって空気量制御手
段を制御するようにしたものである。

−酸化炭素蝶、バーナー炎の外側面のみで形成され、燃
焼状態を直接的に示す指標となりうるものであって酸素
を指標とするものよりも秀れており、更に燃料量をも指
標として用いることによって制御系の信頼性を高めるこ
とができる。

以下、図面を８照しこの発明の一実施例について説明す
る。

第２図は、この発明による燃焼制御装置を適用したボイ
ラー制御システムの構成を示す図であり、また、第３図
は第２図における燃焼制御部１の構成を示すブロック図
である。ｍ２図において、符号２．３．４は燃料が供給
される導管であり、とｈ６０４ｉｉ２・°・“へ＊ｌ’
５ｈｌ：ｅｌ＃＋Ｆｉ４！ｒｋ・　　　　１調節弁５．
６．７を通してボイラー８へ供給される。符号９．１０
．１１は各々検出点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における燃料の流
量を検出し、検出した流量に対応Ｔる電気信号を出力Ｔ
る伝送器であり、伝送器９の出力が調節器１２および燃
焼制御［１の端子！“ｌへ、伝送器１０の出力が調節器
１３および燃焼制御部１の端子で、へぼた、伝送器１１
の出力が調節器１４および燃焼制御部１の端子Ｔ、へ各
々供給される１部器１２．１３．１４は各々、導管２，
３．４を流れる燃料の流量がボイラー制御装置１５から
供給される設定値に等しくなるように調節弁５．６，７
ｔ−制御Ｔるものであ４な耘この調節弁５，６．７の制
御は通常Ｐより（比例・微分・積分）制御によって行わ
れる。

一方、符号１７は空気が供給される導管、１８は空気流
量制御機（ダンパー）、１９は導管１７の空気をボイラ
ー８へ供給Ｔる送風機であり、また、２０は検出点Ｐ４
における空気流量を検出し、この検出結果を電気信号に
変換して出力する伝送器、２２は検出点Ｐ４の空気流量
が燃焼制御部ｌの端子Ｔ４から出力される信号に一致Ｔ
るように流量制御機１８ｔ−制御する調節器である。ま
た、２４はボイラー８の排ガスを煙突２５へ導く導管、
−２６は検出点Ｐ、における排ガス中の一議化炭素（以
下、ＣＯと略称する）濃度を検出し、この検出結果を電
気信号に変換して燃焼制御部１の端子−へ供給するＣＯ
濃度針である。なおボイラー制御装置１ｉ１５Ｆｉ、ボ
イラーの主たる操業条件を決定し、この場合においては
必要蒸気量から燃料量を決定している。もちろんこの発
明においては、燃料量は手動設定されても構わない。

次に、燃焼制御部ｌについて説明する。第３図において
、理論空気量演算回路３１は第２図に示す伝送器９〜１
１の各出力に基づいて理論空気量を算出する回路である
。例えば、導管２〜４へ各々Ｃ重油、分解油、ガス燃料
（ＯＨ，１９５％、Ｈ２：う％）が供給されている場合
、これらの燃料１ゆ当りに必要とされる理論空気量は、 ０重油：　ｌ　０．６４　　Ｎｍ”／ｋｇ分解油：１０
．ＯＮｍ”／ｋｌ？ ガス燃料ｉ１４．６１　　Ｎｄｌゆ なる値となる。したがって、導管２〜４の各燃料の流量
を各々Ｎ１、Ｎ、　ｌｌｉ、（ｋｇ／　Ｈ）とすれば、
理論空気量演算回路３１は、 １０．６ＡＸＮ１＋ｌＯ，０ＸＮ２＋１４．６１ＸＮ、
＝Ｄ、　　　”’（１）なる演算を行い、この演算によ
って求められた理論空気量Ｄ（ｌＪ＋＋＋”／Ｈ）を加
算回路３２および電小保証空気量演算回路３３へ出力す
る。なお、伝送器９〜１１の各出力は、通常４〜２０ｍ
Ａの電流出力であり、したがって理論空気量演算回路３
１は、 Ｋ、（工！　　”　）　十に２（”２　４　）　＋　Ｋ
　ｓ　（工、　−４）＋４−・・（２）但し、工、〜ち
：伝送器９〜１１の各出力電流なる演算式に基づいて理
論空気ｆＤを算出する。

この場合、定数に１〜に３は各々上述したＣ重油、分解
油、ガス燃料の１ｋｇ当りの理論空気量、伝送器９〜１
１の電流レンジおよび理論空気量演算回路３１の出力レ
ンジに基づいて決定される。また、第（２）式における
最終項「＋４」は出力値を４−２０ｍＡの電流値に変換
するためのものである。

ところで、上述した理論空気量Ｄｉｊ、あくまで理論上
の空気量であり、実際にはボイラー８へ供給された空気
の一部が燃焼に供されることなく排出されるため、この
理論空気量りのみをボイラー８へ供給すると、空気を不
足が生じる。ボイラー８において空気量不足が生じると
、未燃損失の増加にとどまらず黒煙が発生すると共に燃
料の未燃分が溜り、火災を引き起こす状態にまで至る危
険状態となる。したがって、ボイラー８へ供給する空気
量は、最小限理論空気量りに加えて危険性のない閂だけ
は供給する必要がある。

第２図における最小保証空気量演算回路３３は理論空気
量りに加算すべき最小保証空気ＪＩ　ＤＩを算出する回
路であり、この実施例においては、Ｄ、＝Ｏ，ＯＡ　Ｘ
　Ｄ　　　　　　　　　　　・・・・・・（８）なる演
算式により算出される。なお、この（３）式における定
数［０，０４Ｊは実験データに基づいて求めたものであ
る。なお燃料量の変動が少なく従って理論空気ｔＤの変
動が小さ一燥業条件の場合には、Ｄｌは（３）式の平均
値を固定してインプットしておいても構わない。

しかして、上述した理論空気量りおよび最小保証空気量
Ｄ１の和（Ｄ十り、）なる空気量をボイラー８へ供給す
れば、ボイラー８において黒煙が発生したり、火災が発
生したりする危険状態に至ることはない。しかしながら
、この空気量（Ｄ十Ｄ１）では未だボイラー８へ供給さ
れた燃料を最大の燃焼効率において燃焼させるには不充
分であり、さらに多くの空気蓋ＤＡ供給する必要がある
。そして、第２図および褐３図に示すボイラー制御シス
テムにおいては、この空気′ｉｔ−を排ガス中に含まれ
るＣＯ濃度に基ついて決定し、これにより、燃料を常に
最大の燃焼効率において燃焼させるようにしている。

すなわち、導管２４を通過する排ガス中のＯＯ濃度はｃ
ｏＩｋ度計２６によって検出され、この検出結果が平滑
化回路３５へ出力される。平滑化回路３５は一定のサン
プリング周期で００濃度計２６の出力を取り込み、取り
込んだ信号をディジタルデータに変換して内部の記憶部
に蓄え、また、００？１ｉｉｉ度計２６の出力を取込む
毎に、過去１０回のサンプリング結果（デジタルデータ
）の平均値を算出し、この算出結果を減算部３６へ出力
する。

なお、このように平均値を算出している理由（平滑化の
理由）は、ＣＯＷ度がボイラーの制御周期に比較してか
なり短い周期で変動するので、ＣＯ漉度計の出力をその
まま（平滑化しないで）利用して空気量を制御すると、
空気量の変動が必要以上に頻繁に起りすぎ、かえって制
御系に外乱を与えかねないからである。

減算部３６は、平滑化回路３５の出力から、予め設定さ
れている最適ＣＯ＠度設定値Ｂを減算し、この減算結果
をＰより制御演算回路３７へ出力する。ＰＩＤ制御演算
回路３７は減算ｓ３６の出力にＰより動作の演算を施し
、この演算結果を変化率制限回路３８へ出力する。変化
率制限回路３８は、Ｐより制御演算回路３７の出力の変
化率を常時チェックし、変化率が予め設定されている一
定範囲内の場合はＰより制御演算回路３７の出力をその
ｔま出力し、また、変化率が一定範囲を越えた場合は、
ＰＩＤ制御演算回路３７の出力変化率を設定値に制限し
て出力する。そして、この変化率制限回路３８の出力は
Ｄ／Ａ（デジタル／７チ戸グ）変換回路（図示路）によ
ってアナログ信号に変換され、加算回路３２へ供給され
る。

しかして、加算回路３２は、理論空気量演算回路３１か
ら出力される理論空気量Ｌ１最最低保証空気量演算路３
３から出力される空気量Ｄ１および変化率制限回路３８
を介して出力される空気量Ｄ８を加算し、この加算結果
を端子Ｔ４を介して調節器２２へ出力する。調節器２２
は検出点Ｐ４を通過する空気量が加算回路３２の出力に
一致するように空気流量制御機１８を制御する。

このように、第２図および第３図に示すシステムにおい
ては、理論空気ｆＤと、最低保証空気量Ｄ１と、排ガス
中の００濃度によって決定される空気量りよとの和の空
気量をボイラー８へ供給するようになっている。またこ
の場合、空気量ハは排ガス中の００濃度が常に設定値Ｓ
に一致するように制御される。ところで、燃料が前述し
たＯ重油、分解油、ガス燃料の場合において、ＯＯ濃度
と排ガス損失の関係を調べると、第４図に示すようにＣ
Ｏ濃度が約１１００ＰＰの時排ガス損失が最小になる。

したがって、第３図における設定値Ｓとして１１００Ｆ
Ｐに対応する値を用いれば、排ガス損失が常時最低の状
態で、すなわち、燃焼効率が常時蝦大の状態でボイラー
８を運転することが可能になる。

なお、第う図に上述したボイラー制御システムにおける
燃料量と空気量との関係を示す。この図において、直線
Ａｌは理論空気量りを示し、直線Ａ２は理論空気量りと
最低保証空気量へとの和を示し、また、斜線部分が空気
量りの可変範囲を示している。

なお、上述した実施例において、平滑化回路３５、減算
部３６、Ｐより制御演算回路３７および変化率制限回路
３Ｂにはマイクロプロセッサが用いられている。

以上説明したように、この発明によれば理論空気量、最
低保証空気量および排ガス中の００濃度によって決定さ
れる空気量の和の空気量をボイラーへ供給するようにし
たので、ボイラーを常時最　　　　　１大の燃焼効率に
おψて運転することができる効果が得られる。具体的に
は排ガス中の酸素濃度を指標とする場合に比して酸素量
にして約１％の過剰空気を低減することができ、燃料量
を節減できることはもちろんの事、送風機動力も節減で
きる。

これらの多大の経済的効果のほか、操業性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラーの排ガス損失とボイラーへ供給される
空気量との関係を示す図、第２図はこの発明の一実施例
を適用したボイラー制御システムの構成を示す図、第３
図は同システムにおける燃焼制御部１の構成を示すブロ
ック図、第４図はｃ。 濃度と排ガス損失の関係を示す図、第う図は第２図に示
すシステムにおいて、ボイラーへ供給される燃料量と空
気量との関係を示す図である。 ９．１０．１１・・・・・伝送器、１８・・・・・空気
流量制御機、２２・・・・・関節器、２６・・・・・Ｃ
Ｏ濃度針、３１・・・・・理論空気量演算回路、３２・
回加算回路、３３・・・・・最小保証空気量演算回路、
３５・曲平滑化回路、３６・・・・・減算部、３７・曲
ｐより制御演算回路、３８・・・・・変化率制限回路。 出願人鶴崎共同動力株式会社 昭和エンジニアリング株式会社 第冒図 第３図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼炉へ供給される燃料量に基づいて理論空気量
   を算出いこの算出した理論空気量に基づし１て　３最小
   保証空気量を算出し、また、排ガス中の一酸化炭素濃度
   に基づいて制御空気量を算出し、そして１これら算出し
   た理論空気量、最小保証空気量および制御空気量の和の
   空気量を前記燃焼炉へ供給Ｔることを特徴とする燃焼炉
   の燃焼制御方法。
2. （２）燃料量【検出Ｔる検出手段と、この検出手段の出
   力に基づいて理論空気量を算出Ｔる理論空気量演算回路
   と、最小保証空気量を演算する最小保証空気量演算回路
   と、排ガス中の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃
   度計と、この−酸化炭素濃度計の出力を平滑化する平滑
   化回路と、この平滑化回路の出力と設定値と【比較し、
   比較結果に対応する信号【出力する比較手段と、この比
   較手段の出力に基づいて空気量【演算する演算手段と、
   前記理論空気量演算回路、最小保証空気量演算回路、演
   算手段の各出力を加算する加算回路と、この加算回路の
   出力に基づいて燃焼炉へ供給すべき空気量な制御する空
   気量制御手段とを具備してなる燃焼炉の燃焼制御装置。