JPS5856050B2 - ボイラ−の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の燃料系を有するボイラーに釦いて、自動
制御運転を行うボイラーの燃焼制御装置に関するもので
ある。

従来、複数の燃料系を有するボイラー、例えば廃ガスを
主燃料として、この廃ガスの供給が跡絶えた時（喪失時
）あるいは規定流量より大幅に減少した場合にこれをバ
ックアップする補助燃料系を有する廃熱ボイラーは、一
般的に第１図に示すように構成されている。

即ち、ボイラー１には主バーナ−６Ａと補助バーナー６
Ｂとが設けられ、主バーナ−６Ａには図示しないプロセ
スからの廃ガス等を供給するための主燃料系ＭＦが、ま
た補助バーナー６Ｂには石油等の補助燃料を供給するた
めの補助燃料系ＡＦが夫々連結されている。

そしてボイラー１から蒸気により蒸気タービン発電機等
の負荷りを駆動するようにすると共に、この負荷りの安
定運転を図るため、ボイラー１の出口蒸気圧力を蒸気圧
力発信器２を通してアナログ信号に変換し、蒸気圧力調
節計３により圧力信号を演算し、その出力信号により、
主スプリット演算器４Ａ及び補助スプリット演算器４Ｂ
を通して、夫々主燃料系ＭＦに配設された主燃料調節弁
５Ａ及び補助燃料系ＡＦに配設された補助燃料調節弁５
Ｂを操作することにより、燃料を調節し、ボイラー１に
ネ・ける発生蒸気量を制御するようにしている。

一般に、この燃料制御装置は負荷りを任意の値に制御し
ようとするため、目標とする「設定値」と制御の結果で
あるプロセスから計測される「測定値」との偏差を演算
してこの偏差を零にしようと働く偏差調節計を蒸気圧力
調節計３に用いたフィードバック制御系である故に、ボ
イラー１の吐出圧力変動を必ず生じ、その結果を「測定
値」として計測し、その偏差にもとづく調節計出力信号
により時間経過をもって偏差を零にすべく修正動作を行
うように構成されたものである。

ここで、これらの動きを従来用いられている演算式を用
いて説明すると、希望する蒸気圧力設定値Ｓと較べて演
算された蒸気圧力調節計３の出力Ｅ・ｏｕｔは、次の式
（１）で示される。

ここで、 ｋ＝比例動作ゲイン Ｔ１−積分動作ゲイン ＴＤ−微分動作ゲイン 即ち、上記出力は、Ｅ−ｏｕｔ−（比例動作の出力）＋
（積分動作出力）＋（微分動作出力）の３項目の合計で
表される。

上記出力Ｅ−ｏｕｔは主スプリット演算器４Ａを経由し
、主燃料調節弁５Ａに入力され、主バーナ−６Ａに入る
主燃料系ＭＦの燃料を調節し、ボイラー１の吐出蒸気圧
力を一定に保つ制御を行なっている。

これらの動きを第３図に示す蒸気圧力調節計３の動きで
説明すると、横軸に偏差Ｘ（測定値と設定値Ｓの差に等
しい）を、縦軸に蒸気圧力調節計３の出力信号Ｙをとっ
ており、直線１−１ 、１２．１−３及び２は蒸気圧力
調節計３の比例帯特性を示し、直線ｐ１−ｔ ｔＰｌ−
２ｔＰｌ−３及びＰ２は蒸気圧力調節計の対プロセス特
性を示している。

蒸気負荷りによるプロセス特性が第３図のＰｌ−１の直
線であり、合板りに偏差Ｘが零多で運転されているもの
とすると、蒸気圧力調節計３の出力は２５多となる。

この出力は、主スプリット演算器４Ａを経由することに
より、第４図にむいて、主スプリット演算器４Ａの入力
信号Ｘを横軸Ｘで示し、これに対応する、主燃料調節弁
５Ａの開度に等しい出力信号を横軸ｙで示すスプリット
特性の通り、出力信号Ｙは５０％になり、主燃料調節弁
５Ａを５０多開度に操作する。

蒸気消費量が一定値であれば、制御系はおのおの第３図
に示す作動点ａ１に安定している。

次に蒸気負荷し、即ちプロセス変動を含んだ蒸気圧力調
節計３の動きを示せば、第３図のプロセス特性の直線Ｐ
ｌ−１の作動点ａ０を中心にフ冶セス特性が直線Ｐ１−
２ ｔ ｐｌ−１？ ｐｌ−ａの範囲で変動すると考え
ると、蒸気圧力調節計３の偏差Ｘは瞬間的には、最大−
ｂ％、＋ｂ％になる。

即ち、一定の設定値に対して蒸気圧力信号が増加、減少
の動きをする。

この時点で偏差Ｘが零になる安定点を考えると、蒸気圧
力調節計３の出力信号Ｙは、（２５％十Ｂ）から（２５
φ−Ｂ）の範囲にあり、これは前記の蒸気圧力調節計３
の出力Ｅ−ｏｕｔの式（１）で考えると、蒸気圧力調節
計３の出力が積分動作出力に等しい。

即ち、プロセスがバランスしている偏差Ｘが零の点にお
ける蒸気圧力調節計３の出力は全て積分動作に依存して
いる。

更に主燃料喪失時のこの動きの詳細を見ると、下記の通
りとなる。

前記の通り蒸気圧力調節計３の出力が第３図の作動点ａ
１でボイラーの運転が行なわれている時主燃料ＭＦの喪
失が生じると、燃焼が停止するにも拘わらず蒸気負荷り
の消費は継続するためにボイラー固有の時定数をもって
蒸気圧力が漸次低下し、”測定値”信号が低下し、一定
である設定値”Ｓ“の偏差”Ｘが（→方向に増大する。

その結果、第３図における作動点出力は式（１）により
演算されご比例出力”と”微分出力”と″積分出力゛か
ら成る総和の出力が２５係の点から漸次増加し、それに
伴なって燃料弁５Ｂが徐々に開き補助燃料が焚き始めら
れ、最終的に調節計出力は８０％、偏差Ｏ悌の点すに安
定する。

通常のボイラーの時定数及び制御定数ではこのａ点から
ｂ点に移動するまでには偏差が２〜３回（イ）、に）の
ハンチングが生ずるため、その安定運転までに時間がか
かり、ボイラー事故発生の危険性があった。

本発明はか＼る点に鑑みなされたものであって、主燃料
制御弁及び補助燃料制御弁を有し、蒸気圧力信号を検出
し、この信号によって作動する蒸気圧力調節計により前
記両制御弁を制御するボイラーの燃焼制御装置において
、補助燃料制御信号発生器を併設すると共に、この補助
燃料制御信号発生器と、蒸気圧力調節計とを開閉器によ
り連結するようにし、主燃料喪失時に前記開閉器を一定
時間閉鎖するようにしたことを特徴とするボイラーの燃
料制御装置を提供せんとするものである。

以下第２図乃至第５図に基づき本発明の詳細な説明する
。

なお、これらの図にむいて第１図と同一符号は同一名称
を示す。

第２図にお・いて負荷りの蒸気流入側にはフローノズル
、ベンチュリー、オリフィス等の絞り機構からなる蒸気
流量検出器７が配置され、該蒸気流量検出器７によって
負荷りに供給される蒸気流量を差圧として検出し、この
差圧を蒸気流量発信器８に導き、こ＼でアナログ信号に
変換するように構成している。

蒸気／燃料演算器９は、前記蒸気流量発信器８のアナロ
グ信号を受けて、蒸気流量に見合う補助燃料を流すのに
必要な蒸気圧力調節計３の出力を演算するものであって
、この蒸気／燃料演算器９は、短時間メモリー機構を有
している。

そしてこれら蒸気流量検出器７、蒸気流量発信器８及び
蒸気／燃料演算器９とによって補助燃料制御信号発生器
を構成している。

１０は蒸気／燃料演算器９と、蒸気圧力調節計３とを結
ぶスイッチ等の開閉器であって、主燃料喪失と同時に投
入され、一定時間後に開くように構成されている。

次に本発明に係る装置の作用につ〜・て説明すると、蒸
気圧力調節計３の出力が第３図の作動点ａ１でボイラー
１の運転が行なわれている時、主燃料ＭＦの喪失が生ず
ると、第２図の開閉器１０がオンとなる。

これにより、主燃料ＭＦの喪失前の必要蒸気量に見合う
補助燃料を流すための補助燃料調節弁５Ｂの開度信号に
対応する蒸気圧力調節計３の出力信号と同一の大きさの
信号が蒸気／燃料演算器９から蒸気圧力調節計３にイン
プットされる。

前記動きを第３図、第４図及び第５図で見ると、正常時
プロセス特性Ｐ１−１にて偏差Ｘが零で、作動点ａ１で
運転が行なわれているとすると、蒸気圧印調節計３の出
力信号Ｙは２５多で主スプリット演算器４Ａを経由する
ことにより、主燃料調節計５Ａを５０％の開度で制御し
ている。

この時蒸気流量信号から演算される蒸気／燃料演算器９
の出力は８０％となっている。

前記状態で、主燃料ＭＦが喪失すると、開閉器１０がオ
ンされ、蒸気／燃料演算器９の出力信号８０％が蒸気圧
力調節計３に入力され、積分動作出力である蒸気圧力調
節計３の出力を２５優から８０％に増加させ、第３図の
作動点ａ１からｂへ移動する。

即ち、プロセス特性としては直線Ｐ、−１からＰ２へ直
接移動したようになり、前記従来技術の場合の偏差が・
・ンチングを生ずるようなこともなくなる。

蒸気圧力調節計３の出力が２５％から８０％に増加する
と、補助スプリット演算器４Ｂを経由して第５図の補助
燃料調節弁５Ｂの開度に等しい、縦軸ｙで示す出力信号
は６０％になり、補助燃料調節弁５Ｂは０％から６０俤
になり、ボイラー１は急速に再度焚き上げられる。

第２図にむいて、点線で示す部分は本発明の他の実施例
を示すもので、補助燃料制御信号発生器として補助燃料
設定器１１を設けており、主燃料調節弁５Ａが閉止した
状態、あるいは主燃料ＭＦが喪失した状態にｋいて、主
燃料ＭＦの喪失前の蒸気量を発生するのに充分な開度を
補助燃料調節弁５Ｂに与えるように調節する信号を発生
する装置である。

この補助燃料設定器１１を使用して前もって設定された
流量になるまで補助燃料ＡＦを供給して（無制限の状態
で）ボイラー１を焚き上げることも可能である。

蒸気／燃料演算器９は、主燃料ＭＦの喪失前の蒸気量を
測定して補助燃料調節弁５Ｂの開度を決定する履歴によ
る制御を行う装置であるのに対して、前記補助燃料設定
器１１を使用した装置は、固定的な信号を発生して補助
スプリット演算器４Ｂを制御する点にむいて相違する。

なお・、この補助燃料設定器１１は「固定信号設定型」
と時間経過と共に信号の変化する「プログラムド設定型
」とのいずれにも使用可能である。

前記一連の装置の動作により蒸気圧力調節計３の出力が
修正された後、開閉器１０が開くと、蒸気圧力調節計３
は再び自動運転状態となり、これ以降補助燃料ＡＦによ
る自動運転が続行されることになる。

以上説明したように、本発明に係る装置は補助燃料制御
信号発生器により主燃料ＭＦの喪失前の蒸気発生量に見
合う補助燃料ＡＦの流量を流すために必要な蒸気圧力調
節計３の積分信号を強制的に修正し、しかる後に前記蒸
気圧力調節計３を自動運転状態に切替えて自動運転をす
るように構成したため、主燃料ＭＦより補助燃料ＡＦへ
の切替りり時間は最小に抑えられると共に、蒸気圧力変
動はボイラードラム特有の時定数により決る最小値とな
る。

従って、本発明によればボイラー吐出圧力変動も小さく
なり、ボイラーの事故防止が図れると共に、負荷りの安
定運転が得られるという効果がある。

本発明は前記実施例にかいて廃熱ボイラーについて説明
したが、勿論この実施例に限定されるものではない。

本発明の重要な点は、複数の燃料系を有するボイラーに
おいて、主燃料ＭＦが喪失した時に補助燃料系ＡＦの切
替えを行うようにした蒸気圧力調筒針の積分信号を、補
助燃料制御信号発生器からの信号により強制的に修正を
するという点にある。

従って、か＼る技術的思想を逸脱しない範囲で本発明に
掛る装置は種々の変更ができることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例におけるボイラー燃焼制御系統図、第２
図は本発明の実施例に釦けるボイラー燃焼制御系統図、
第３図は同実施例における蒸気圧力調節計の出力特性を
示すダイヤグラム、第４図及び第５図は同実施例に釦け
るそれぞれ、主スプリット演算器及び補助スプリット演
算器の出力信号及び入力信号の関係を示す線図である。 １−・・ボイラー、２・・・蒸気圧力発信器、３・・・
蒸気圧力調節計、４Ａ・・・主スプリット演算器、４Ｂ
・・・補助スプリット演算器、５Ａ・・・主燃料調節弁
、５Ｂ・・・補助燃料調節弁、６Ａ・・・主バーナ−６
Ｂ・・・補助バーナー、７・・・蒸気流量検出器、８・
・・蒸気流量発信器、９・・・蒸気／燃料演算器、１０
・・・開閉器、１１・・・補助燃料設定器、ＭＦ・・・
主燃料系あるいは主燃料、ＡＦ・・・補助燃料系あるい
は補助燃料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主燃料制御弁及び補助燃料制御弁を有し、蒸気圧力
   信号を検出し、この信号によって作動する蒸気圧力調節
   計により前記両制御弁を制御するボイラーの燃焼制御装
   置にむいて、補助燃料制御信号発生器を併設すると共に
   、この補助燃料制御信号発生器と、蒸気圧力調節計とを
   開閉器により連結するようにし、主燃料喪失時に前記開
   閉器を一定時間閉鎖するようにしたことを特徴とするボ
   イラーの燃焼制御装置。 ２ 前記補助撚Ｍ号発生器は、主燃料喪失前の蒸気発生
   量に見合う補助燃料量を演算した信号を発生する装置で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のボイ
   ラーの燃焼装置。 ３ 前記補助燃料信号発生器は、前もって設定された補
   助燃料信号を発生するように構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のボイラーの燃焼制御装置。