JPS59131824A - 損失を最小とした燃焼制御方法及び装置 - 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】 発明の分野及び背景 本発明は、燃料及び空気を混合しそして燃焼させそれに
よって熱を発生するようにしたボイラ、ヒータ又は他の
装置における燃焼方法の制御に関するものである。

煙道ガス中の種々の燃焼生成物を測定し、これら測定値
を使用し、理想的燃焼に必要とされる理論量以上に補給
された過剰の空気饋（又は空気／燃料比）を調整するよ
うにした技術は、燃焼制御の分野では知られている。従
来技術には、空気加熱損失が大きな多量の過剰空気と、
未燃焼燃料損失が大きくなる余りに少ない空気量との間
に取引があることが認められている。

燃焼方法を最適化するための従来の方法は、煙道ガス中
で如何なる燃焼生成物が、即ち、酸素だけか、可燃物だ
けか又は酸素と可燃物の組合せたものが計測されるかに
基づいた三つのカテゴリーの中の一つに属している。こ
れらについては個別に以下に説明する。

５　　　酸素だけに基づく方法はベイリ・メータ社の米
国特許第Ｌ　Ｏ４９，５００号に使用されている。煙道
ガス中の酸素を測定するのに分析器が使用され、過剰の
空気は測定された酸素が予め選定された設定点に到達す
るまで減少される。

可燃物だけ（−酸化炭素−ＣＯ１炭化水素、及び／又は
不透明度）に基づく方法は、スタンダード・オイル社（
インディアナ）の米国特許番号筒４．２６１５６５号に
使用されている。これらパラメータの一つ又は複数個の
パラメータを測定するため１つ又は複数の分析器が使用
され、そして過剰空気は、これらパラメータが予め選定
された設定点に到達するまで調整される。１つ以上の変
数が測定されそして制御されるのであれば、各制御変数
間には最も「中庸」な過剰空気量を得るために成るスイ
ッチング作用が行なわれる。

酸素及び可燃物に基づく方法は、メジャレツクス社の米
国特許番号筒４．１６２．８８９及びウェスティングハ
ウス・エレクトリック社の米国特許番号筒４．２５１．
７５５号に使用されている。この場合には、酸素及び可
燃物の双方が測定される。メジャレツク社の特許におい
ては、ＣＯの予め選定された設定点からの偏差値は０．
制御器の設定点をカスケード態様で調整するために使用
される。

ウェステングハウス社の特許においては、酸素が予め選
定された限界値外へと至るまで、過剰空気が調整され、
予め選定された可燃物設定点に制御される。次で、この
制御態様は酸素を制限内にもどすように切り替えられ、
この点で可燃物の制御が再開される。

これら全ての方法は、１つ又は複数の燃焼生成物を任意
に選定された設定点に制御せんとするものである。燃焼
状態が、これら設定点を到達し得るものであったり又は
これら設定点が経済的な観点から最良のものであるとい
う状態であることの保証はない。

制御される複数の変数の間で切り換え（スイッチング作
用）を行なわんとする方法においては、種々のスイッチ
ング作用点に到達しそして制御態様が変わるとき、リミ
ットサイクリングが起り易い。このことはプ四セス装置
に望ましくない周期的ストレスを生ぜしめる。

例えば煙突に流出してくる未燃焼燃料の費用、過剰空気
を加熱する費用又は政府の排気物規制を犯した場合の費
用のような経済的損失量を直接最小限とする試みをなす
方法は未だない。

発明の概要 本発明は、以下の点で従来技術とは異なり、従来技術を
改良するものである。

（１）　　燃焼制御方法は、燃焼プルセスを運転するに
際しての経済的損失の総計を表わすペナルティ関数を最
小限とすることに基づく。

（２）制御方法は、現作物状態下で最良のものであるか
又はそうではないかも知れない燃焼パラメータの一つの
生成物（例えば、ＣＯ１酸累散票不透明度）のための設
定点を選定して行なうものではない。

（３）制御方法は、政府の排気物規制に合致しないこと
に起因する経済的ペナルティを考慮している。

本発明の基本的概念は、過剰空気及び各可燃物の測定を
も包含するものである。これら計測値は各要素の「損失
量」の算定をなすためにボイラ／ヒータ負荷指数が掛け
られる。これら損失量には、この値を作動単位時間当り
の「ドル損失」に変換するために適当な経済的係数が掛
けられ、次で総合損失指数を生ぜしめるために全て加算
される。

次で、この損失指数の最小値を捜すためにオン・ライン
作動時に空気／燃料比が調整される。煙放出に関する環
境保護庁（ＥＰＡ　）規則に違反した場合の経済的損失
も、不透明度成分がＥＰＡ限界に達したとき、該成分の
違反率を相当増大させることによって考慮される。

従って、本発明の目的は、燃料と空気を成る負荷レベル
で燃焼させ、又煙道ガスは未燃焼副産物及び酸素を有し
且つ成る煙突温度とされる燃焼作物において諸損失を減
少せしめる方法を提供することであり、該方法は、燃焼
作動の負荷レベルに比例する燃焼作動のための負荷指数
を測定すること；煙突温度、煙道ガス中の過剰酸素量、
負荷指数及び空気加熱のための費用係数に比例する燃焼
作動による空気加熱損失量を測定すること；煙道ガス中
の未燃焼副産物の量、負荷指数及び未燃焼副産物の費用
係数に比例する燃焼作動による未燃焼副産物損失量を測
定すること；煙道ガスの特性（例えば、不透明度）、負
荷指数及び該特性に対する費用係数（例えば、該特性の
ための設定限界値を越えたために強要される罰金）に比
例する燃焼作動による特性損失量を測定すること；燃焼
作動に対する総燃料損失量を得るために未燃焼副産物損
失量を特性損失量に加算すること；空気加熱損失量、燃
料損失量、並びに空気加熱及び燃料損失量の合計値から
成る種々の値を得るために燃焼作物に対し空気要求量を
変動せしめること；空気加熱及び燃料損失量の合計が選
定された負荷レベルに対し出来るだけ小さくなるように
した、燃焼作動のための空気要求点を選定すること；か
ら戎る。次で空気要求信号は燃料制御システムに送られ
、該システムの燃料部分と協働して作動する。

本発明の他の目的は、燃焼作動における諸損失を減少せ
しめるための装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、設計が簡単で、構造が頑丈で
且つ製造が安価である装置を提供することである。

本発明の上記及び他の目的及び利益は好ましいと思われ
る実施態様を参照することによって更に理解されるであ
ろう。

本発明の一実施頭様が第１図〜第３図に図示される。本
実施態様において、過剰空気の加熱費用は、煙道ガスに
おけるトランスミッタ３０からの煙突温度及びトランス
ミッタ３２からの酸素の各測定値を用いることによって
算定される。関数発生器３４及び掛算器３６によってこ
れら測定値は、過剰空気の有効熱量値に変換される。こ
の値に、ライン３８に提供されるボイラ／ヒータ負荷指
数を掛ける。この場合にこの値は、燃料要求トランスミ
ッタ４０にて測定される燃料要求量である。

又、それはボイラのスチーム流量であったり又はプロセ
スヒータにおける製品流量とすることもできる。従って
、掛算器４２は熱損失量を生ぜしめ、次で成性にはに＄
係数を掛け、該熱損失量を掛算器４４にて、ドルで表わ
された単位時間当りの空気加熱損失量に変換される。

可燃物側においては、トランスミッタ４Ｓ、４Ｂ及び５
０において一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び
不透明度が計測される。ＣＯ及びＨＣ測定値には掛算器
５２．５４．５６及び５８にて負荷指数及びＫｌｌ係数
が掛けられ、単位時間当りの燃料損失量が計算される。

不透明度測定値も、簡単なＫ１倍率係数の代わりに関数
発生器６０を使用する以外は同じように処理される。関
数発生器は、不透明度が許容されたＥＰＡ限界りに近づ
くと、有効に＄係数を急激に増大せしめ、次で該限界に
到達するか又は該限界な越えると、罰金の大きさに設定
される。次で可燃物損失量は全て加算ユニット６２に加
えられそして平滑化（即ち、ろ波）され、単位当りの全
燃料損失量（ドル）が得られる。従って、加算ユニット
６２は、未燃焼副産物損失量及び罰金の原因ともなる煙
道ガスの特性（不透明度）に起因する損失量の総計値を
生ぜしめる。

空気及び燃料損失量は、第１図に図示される「損失指数
最小化アルゴリズム」ブロック６４へと送られる。不透
明度がＥＰＡ限界を越えると、制限・警報ユニット６６
によって「高不透明度警報」が発せられる。該警報及び
負荷指数も又最小化アルゴリズムプ胃ツク６４へと送ら
れる。空気要求量は、プ誼ツク６４からのライン７０に
提供される最適空気要求値によって設定される。

「損失指数最小化アルゴリズム」プレツク６４の作動は
第２図及び第３図に図示し、説明される。

ブロックは、負荷指数の各値（第２図）に対して見出さ
れた最良の先決空気要求値の情報を得る。

又、空気損失、燃料損失及び総損失（他の二つの損失の
合計）の各ドル値が各負荷指数値（第３図）毎に記憶さ
れる。高不透明度警報は作動せず又ボイラ／ヒータ負荷
も変動しない場合に生じるものとして定翰される、正常
作動状態下に、最小化アルゴリズムは次でブロックから
の空気要求出力を調節することによって総損失パラメー
タの最小値を捜す。アルゴリズムは、記憶された「最良
先丸値からの現空気及び燃料損失値の偏差量に依存して
、空気要求量の増減をなす。つまり、もし燃料損失パラ
メータはその先決「最良値」に近いが、空気損失量が著
しく大きくなっている場合には、アルゴリズムは空気要
求量を減少せしめるであろう。一方、もし燃料損失の偏
差量が先決最良値に比して大である場合には、アルゴリ
ズムは空気要求量を増大せしめるであろう。次でアルゴ
リズムは、プルセスのタイムラグに等しい時間待った後
に、総損失パラメータの新しい値を計測する。もし空気
要求量が現在の負荷指数に対する記憶された「最良先決
」値より小さい場合には、新しい空気要求量が「最良の
先決」値として古いものと置き変わる。又、次で対応し
た新しい損失パラメータが古いものと変わり、そして第
３図にＭで示されるように最小値が見付かるまで同じ方
向に増分的にサーチが継続して行なわれる。

最小化アルゴリズムは、上で定義したような「正常」作
動状態下でのみ記述されるように作動する。もし負荷指
数が変動しているならば、最小化作動は一時的に停止さ
れ、そして空気要求出力は、現在の負荷指数のために記
憶された「最良先決」値に合致するように調整される。

もし負荷指数が安定しており、一方「高不透明度」警報
が作動しているならば、損失最小化作動はまだ続行され
るが、これら警報状態下に見出された「最良先決」空気
要求量及び損失値は、警報が不作動となった後は放棄さ
れる。これは、このような警報状態時には燃料損失パラ
メータは人為的に高くされ、従って、その値は正常作動
状態下では適切ではないという理由から行なわれるので
ある。

本発明の原理の応用を説明するために本発明の特定の実
施態様について説明したが、本発明は本発明の範囲内で
他の方法にても実施し得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従った燃焼作動における損失を最小
限とするための装置のブロック図である。 第２図は、燃焼作動による負荷指数に対する最良の先決
空気要求量を示すグラフである。 第３図は、燃焼作動における種々の損失を表わす空気要
求量に対する費用（ドル）を示すグラフである。 ５０．３２．４６．４８．５０ニドランスミツタ３４．
６０：関数発生器 ３６．４２．４４．５２．５４．５６．５８：掛算器６
２：加算ユニット ６６：制限・警報ユニット 図面のイ；：（内つ：二変更なし） 工旭刊９？ト・蓮＋６ ′ｑ−込１，７ｃ’！ 叢も充大バλ丁訓（ ＦＩＧ、　２ 手続補正ｔ１：（方式） ％式％］ 事件の表示　昭和５８年特願第２０３７８５号発明の名
称　　　損失を最小とした燃焼制御方法及び装置ｕ補正
をする者 事件との関係　　　　　　　　　　　特許出願人名称　
　ザ・パブコック・アンド・ウィルコックス・カンパニ
ー代理人 〒１０３ 住　所　　東京都中央区日本橋３丁目１３番１１号油脂
工業会館電話２７３−６４３６番 補正命令通知の［１付　　昭和５９年１月３１日、　、
　’−−ｌ　　　　−升の数− 補正の対象 願書の発明病−１１願人の欄 −Ｉ　−丑！・＝ｔ−奪・、：　　　、：／−１委任状
及びその訳文　　　　　　　　　　　　各１通図面　　
　　　　　　　　１通 明細書 補正の内容　　別紙の通り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃料と空気を成る負荷レベルで燃焼させ、又煙道ガ
   スは未燃焼副産物及び酸素を有し且つ成る煙突温度とさ
   れる燃焼作動において諸損失を減少せしめる方法であっ
   て、燃焼作動の負荷レベルに比例する燃焼作動の負荷指
   数を測定すること：煙突温度、煙道ガス中の過剰酸素量
   、負荷指数及び空気加熱のための費用係数に比例する燃
   焼作動による空気加熱損失量を測定すること：煙道ガス
   中の未燃焼副産物の量、負荷指数及び未燃焼副産物の費
   用係数に比例する燃焼作動による未燃焼副産物損失量を
   測定すること：煙道ガスの特性、負荷指数及び該特性に
   対する費用係数に比例する燃焼作動による特性損失量を
   測定すること：燃焼作動に対する総燃料損失量を得るた
   めに前記未燃焼副産物損失量を前記特性損失量に加算す
   ること；前記空気加熱損失量、前記燃料損失量、並びに
   前記空気加熱損失量と燃料損失量との合計値から成る種
   々の値を得るために燃焼作動に対して空気要求量を変動
   せしめること；前記空気加熱損失量、燃料損失量及び合
   計損失量が選定された負荷指数に対して出来るだけ小さ
   くなるようにした、燃焼作動のための空気要求点を選定
   すること；から戒ることを特徴とする燃焼制御方法。 ２）種々の負荷指数のための各空気要求点を記憶しそし
   て該記憶された空気要求点を最良の先決空気要求値とし
   て利用するようにした特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ５）成る最良の先決空気要求点を燃焼作動に供給し、空
   気要求量を該最良の先決空気要求点から離れるように変
   動せしめ、又燃料損失量、空気加熱損失量、並びに該燃
   料損失と空気加熱損失の合計値から成る各値が減少した
   場合には、新しい最良の先決空気要求点を記憶するよう
   にした特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４）煙道ガスの特性は不透明度であり、該特性の費用係
   数は不透明度に対し選定された限度を越えたことによる
   罰金である特ｉｆｆ請求の範囲第１項記載の方法。 ５）燃焼作動に対する燃料要求量を測定し、負荷指数は
   該燃料要求量に比例する特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６）特性損失が限界に達したとき管層を発するようにし
   た特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７）煙突温度を測定し、該煙突温度に比例する加熱値を
   計算し、煙道ガス中の未燃焼酸素量を測定し、該未燃焼
   酸素量に加熱値を掛け、この掛は算した後の値に負荷指
   数を掛けて負荷指数により重み付けされた空気加熱測定
   値を得、そして該空気加熱測定値に空気加熱の費用係数
   を掛は空気加熱損失を得るようにした特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ８）未燃焼副産物は、−酸化炭素及び炭化水素の中の一
   方であり、煙道ガス中の未燃焼副産物の量を測定し、該
   未燃焼副産物の測定量に負荷指数を掛け、この掛は算を
   した後の値に未燃焼副産物の費用係数を掛けるようにし
   た特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９）特性値として煙道ガスの不透明度を測定し、成る選
   定された不透明度の値に近づいたとき、前記特性の費用
   係数は前記選定された不透明度の値に対する罰金にまで
   増大する特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０）時間当りの燃料の費用の変動の不規則性を減少す
   るために平滑化フィルタを使用して燃料損失量を平滑化
   するようにした特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１）燃料と空気を低レベルにて燃焼させ、又煙道ガス
   は未燃焼副産物及び酸素を有し且つ成る煙突温度とされ
   る燃焼作動において諸損失を減少せしめるための装置で
   あって、煙突温度を測定するための温度トランスミッタ
   と；煙道ガス中の未燃焼酸素を検知するための酸素検知
   器と；煙道ガス中の未燃焼副産物の量を検知するための
   少なくとも１つの未燃焼副産物と；煙道ガスの不透明度
   を検知するための不透明度検知器と；燃焼作動の負荷指
   数に比例する燃焼作動のための負荷レベルを確立するた
   めの手段と；前記温度トランスミッタと酸素検知器とに
   連結されそしてこれらトランスミッタと検知器とによっ
   て発生した値を掛けるための第１の掛算器と；前記負荷
   レベル確立手段と前記第１掛算器の出力との間に連結さ
   れた第２の掛算器と；前記第２掛算器の出力に連結され
   、空気加熱損失値を発生する第１の費用係数ユニットと
   ；前記負荷レベル確立手段と前記少なくとも１つの未燃
   焼副産物検知器との間に連結された第３の掛算器と：前
   記第３掛算器の出力に連結され、燃焼作動による未燃焼
   副産物損♂に比例した成る量を発生する第２の費用係数
   ユニツ（と：前記不透明度検知器に連結され、前記不透
   明度検知器によって検知された不透明度の量に、不透明
   度が限界に達したときに科される罰金にまで増大される
   酸量を掛けるための関数発生器と；前記関数発生器の出
   力及び不透明度損失量発生手段に連結された第４の掛算
   器と；前記第２費用係数ユニツトの出力及び前記第４掛
   算器に連結され、燃焼作動の総燃料損失量を発生するた
   めの加算ユニットと；前記加算ユニットの出力、前記第
   １費用係数ユニツトの出力及び前記負荷レベル確立手段
   に連結され、燃料損失量、空気加熱損失量、並びに燃料
   損失と空気加熱損失との加算値が最小とされる空気要求
   信号を発生せしめるための損失指数最小化ユニットとを
   具備することを特徴とする燃焼制御装置。