JPS59164821A - 燃焼炉の運転制御方法 - 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】 （目的および背景） この発明は燃焼炉の空燃比制御方法、特に燃料組成およ
び燃焼用酸素含有ガス組成のいずれか一方または両方が
経時的に変動する原料を使用する燃焼炉において最適の
空燃比を維持するための制御方法に関するものである。

組成が経時的に変動する燃料の例としては製油所オフガ
ス、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏ
’ｒｐｔ’１ｏｎ）オフガス等があり、酸素含有ガス組
成が変動する例としては酸化反応排ガス等を加熱炉に使
用する場合等がある。このような原料を使用して燃焼を
行うと、ある場合には燃料に対し酸素が不足して不完全
燃焼になり、また他の場合には燃料に対し酸素が過剰に
なって排ガスにより持ち去られる熱損失が多くなり、い
ずれの場合も燃料のエネルキー利用効率が低下し、また
−酸化炭素あるいは酸化窒素のような有害ガスが発生し
易くなる。

組成の安定した燃料および空気を用いて最適の燃焼状態
を保づためには燃焼排ガス中の残存酸素含有率を測定し
それが一定値となるよう空燃比を制御すれば十分である
が、燃料組成の経時的変動が激しい場合には実際に必要
とされるのとは逆の操作、例えば燃焼中の燃料の酸素消
費量が多く排ガス中の残存酸素含有率が低下したので酸
素供給量を増すかあるいは燃料供給量を減らす操作をし
たのに、流量調整弁イリ近における供給燃料組成は既に
変化して酸素必要量は減少しているというようなことが
起り得る。

このような場合一般的に考えられる制御方法としては、
原料組成、例えば燃料についてはＨ２、ＣＯおよびメタ
ンその他の炭化水素の含有率をそれぞれ常時測定して必
要酸素量を算出し、酸素含有ガス組成が変化する場合に
は酸素の濃度も常時測定して最適空燃比を算出し、それ
に基いて原料供給量を変化させることである。このよう
にすれば理想的なコントロールを行い得るが、しかしこ
の方法は原料組成の分析を迅速に行うため赤外分析計の
ような各種の高価な分析装置を使用し、高性能のコンピ
ュータを用いてデータを処理してタイムラグのないよう
に操作する必要がある。本発明はこのような高価な装置
を用いることなく最適燃焼状態を維持するよう空燃比を
制御する方法を提供するものである。

（構成） 本発明の構成は、燃料組成および燃焼用酸素含有カス組
成のいずれか一方または両方が経時的に変動する原料を
使用する燃焼炉において、燃料および酸素含有ガスのそ
れぞれを燃焼炉への供給量に対し同一比率で分流し、そ
れらを測定用燃焼器で燃焼させ、その燃焼排ガス中の残
存酸素含有率が一定値になるように燃焼炉へ供給する燃
料と酸素含有ガスとの比率を調節することよりなる。

さらに詳細に説明すると、本発明は大型の燃焼■ 炉で起り得るであろう酸素の、過不足現象をそれより早
い時点に慰いて小型の測、定用燃焼器においてモデル的
に生起させ、その結果に基いて空燃比を制御することに
より燃焼炉番ヒおける酸素の過不足を未然に防止するこ
とを原理とする。

そのなめま・ず燃焼炉へ供給する燃料および酸素含有ガ
スのそれぞれを燃焼炉への供給量に対し同一比率で分流
す、る。例えば燃料を燃焼炉への供給量の一万分の一相
当を分流するならば、酸素含有ガスについても燃焼炉へ
の供給量の一万分の一相当を分流する。タイムラグを少
なくするため分流地点から測定用燃焼器までの管路をで
きるだけ短くするようにした方がよい。分流比率は設計
段階で特定すればよく燃焼炉本体の容量とは無関係に分
流量として概ね５０ｍ文／ｌｌ１ｉｎ　−１０１／ｍｉ
ｎのサンプルが得られうようにすれば十分である。

同一比率での分流は流量比例制御により行なうことがで
きる。また測定用燃焼器の内圧を燃焼炉゛の内圧と同一
にすることによっても簡単に分流が行なえる。これは燃
焼炉と測定用燃焼器の夫々のバーナー差圧が同一となる
ことにより分流比も一定となるからである。

このように分流した燃料および酸素含有ガスを測定用燃
焼器に導き燃焼させる。燃焼器には触媒を充填して完全
燃焼させるようにした力がよい。

これはまた失火によるトラブルを防止するのにも有効で
ある。この測定用燃焼器出口において燃焼排ガス中の残
存酸素含有率を測定する。この値が基準値に対して低い
イハあるならば基準値との差の程度に応じて燃焼炉に供
給する酸素含有ガス概を増すか燃料を減らすかし、基準
値に対して高い値であるならあば酸素含有ガス量を減ら
すか燃料供給量を増すかする。この操作は酸素分析計に
より得られたデータを処理するコンピュータおよびその
計算結果に基いて作動される流量調整弁を組合せること
によりリアルタイムで行うことができる。

以、Ｌで燃焼炉において空燃比を調節−し一定の残存酸
素含有率で運転できる方法を示したが、これだけでは被
加熱体の温度を一定に保てない場合がある。それは燃料
発熱量（’ＫＣ：ａｌ　／　Ｎ　ｍ’　）が変化した場
合、燃焼ガス到達温度が変化するため伝熱速度も変化し
てしまうので被加熱体の温度が変化してしまう。また当
然のことながら運転負荷変動も被加熱体の温度変化につ
ながる。そこでこのための修正をコンピュータプログラ
ムによって行うことも配慮すべきである。そのような場
合にお゛いてはＡ１１ｌ定用燃焼器に温度計を設けて燃
焼ガスの温度を測定しその温度と所定値との差から発熱
量変化を求めそれに基いて燃焼炉への燃料供給量を調節
する。ここで所定値とは組成一定の燃料を一定の空燃比
で燃焼させた場合に到達する燃焼排ガス温度をいう。即
ち測定温度か所定値より低い場合には所定値との差に応
して燃料供給量を増加させ、高い場合には減少させる。

このようにして定められた燃料供給量を基準として既述
の方法により酸素含有ガス供給量を設定すれば燃焼炉に
おける発熱量−および燃焼排カス中の残存酸素含有率を
−・定に保ちつつ、燃焼炉における被加熱体の温度変化
をなくすことができる。なお最終的には被加熱体の温度
を修正用情報として使用し燃料供給量を増減させる修正
も０■能である。

添（＝ｊ図面により更に具体的に説明すると、第１図に
おいて、■は燃焼炉、２は燃料供給ライン、２１はその
流量調整弁、３は酸素含有ガス供給ライン、３１はその
流量調整弁であり、燃料および酸素含有ガスはそれぞれ
分岐したライン２２および３２により燃焼炉への供給量
に対し同一・比潜で分流して測定用燃焼器４へ供給し燃
焼させる。その燃焼排ガス中の残存酸素含有率を酸素ア
ナライザー４１で゛測定し、そのデータをコンピュータ
５にインプットして、設定した一定値との差に応じた制
御情報を発生させ、それを酸素含有ガス流量調整弁３１
に供給してコントロールする。残存酸素含有率のみを一
定に保つことが目的である場合はこれだけでよいが、燃
料力゛ス組成が変化しかつ発熱量を一定に保ちたい場合
は測一定則燃焼器４における燃焼ガスの温度を温度計４
２で’Ｊｌｌｌ定しそのデータをコンピュータ５にイン
プ、−ントして所定値との差に応じた制御情報を発生さ
せそれを燃料調整弁２１に供給してコントロールする。

この場合まず燃料供給量の制御を優先させ、それに応じ
て酸素含有ガスの制御を行うことになる。

さらに最終的に被加熱体６の加熱温度を一定に保つため
には、その出口温度を温度計６１で１ｌ１１定してその
データもコンピュータ５に供給し測定用燃焼器の温度計
４２からのデータに加えて修止用情報゛として使用すれ
ばよい。

（効果） 以上詳述したとおり本発明方法によれば、分流燃焼排カ
スの残存酸素含有手金測定するだけでそれに基いて最適
の燃焼状態を保つよう燃料組成および燃焼用酸素含有ガ
ス組成のいずれが一方またノよ両方が経１１＋ｊ的に変
動するｙＸ料を使用する燃焼炉の空燃比を調節すること
ができる。また必、要に応じてさらに分流燃焼υ１ガス
の温度を測定しそれに応じて燃料供給量を調節する、こ
とにより燃焼炉の発熱量を一定に邪持することができる
。さらに運転負荷および被加熱体の温度と目標温度との
差を情報とし被加熱体温度を所定値に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１１２体的な実施態様を示すモデル図
である。 代理人　弁理士　　青麻　昌二 第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃料組成および燃焼用酸素含有ガス組成のいずれか
   一方または両方が経時的に変動する原料を使用する燃焼
   炉において、燃料および酸素含有ガスのそれぞれを燃焼
   炉への供給量に対し同一比率で分流し、それらを測定用
   燃焼器で燃焼させ、その燃焼排ガス中の残存酸素含有率
   か一定値になるように燃焼炉へ供給する燃料と酸素含有
   カスとの比率を調節することよりなる燃焼炉の空燃比制
   御方法。 ２　測定用燃焼器における燃焼ガスの温度を測定し燃料
   の発熱量変化を求めそれに基いて燃焼炉への燃料供給量
   を調節することよりなる特許請求の範囲第１項の方法。 ３　測定用燃焼器で触媒を使用することよりなる特許請
   求の範囲第１項または第２項の方法。