JPS6014973B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JPS6014973B2
JPS6014973B2 JP52090936A JP9093677A JPS6014973B2 JP S6014973 B2 JPS6014973 B2 JP S6014973B2 JP 52090936 A JP52090936 A JP 52090936A JP 9093677 A JP9093677 A JP 9093677A JP S6014973 B2 JPS6014973 B2 JP S6014973B2
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fuel
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敏彦 柴田
和男 広井
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Nippon Steel Corp
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Toshiba Corp
Nippon Steel Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
    • F23N1/02Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00Measuring
    • F23N2225/08Measuring temperature
    • F23N2225/16Measuring temperature burner temperature

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボィラ、各種燃焼炉などの燃焼装置に係り、特
に改良した燃焼制御装置に関する。
最近燃焼制御装置に関して、{1}省エネルギー、■公
害防止、糊炉内雰囲気制御の要望が強い。‘1’は燃料
コストアップに対応して燃焼効率を向上することであり
、‘2}‘ま環境規制の強化に伴う黒煙発生防止、N○
×,S○×発生量の低減である。【3’‘ま直火式無酸
化炉などでは、炉内を無酸化状態に保つために、空燃比
の高精度制御が必要となる。つまり過渡的状態で、空燃
比が大きくなると余剰酸素で炉内が酸化状態となり、製
品の品質が低下し、空燃比が小さくなると黒煙が発生し
、不燃燃料が増大し、燃焼効率が著しく低下する。上記
3つの要望を満すためには、燃焼系における空燃比を定
常状態においても設定値変更または負荷変化などの過渡
状態においても高精度に制御することが必要である。
しかるに従来の燃焼制御装置はアナログ方式による複雑
な制御系であって、誤差の重畳、ドリフトの重畳が起り
やすく、高精度かつ微妙な制御ができないばかりか、過
渡状態において空燃比の変動が大きくなり効率低下、公
害発生を生じ、また燃料流量調節弁、空気流量調節弁の
応答の遅れによって空燃比変動の大きさが変化するなど
、燃焼系として致命的欠陥があった。
本発明は上記欠点を除去し、燃焼装置における所望の制
御量を満足するのみならず、空燃比を予定の空燃比に対
して常に予定の上限および下限の範囲内に制御でき、し
たがって燃焼効率が高く、公害発生がなくかつ炉内雰囲
気の高精度な制御が可能な燃焼制御装置を提供するもの
である。
すなわち本発明の燃焼制御装置は、燃焼装置の制御量を
検出する検出器と、この検出器の出力債3号を受けて燃
料流量指令信号または空気流量指令信号を得る調節手段
と、空気流量計の出力に関連した予定の上限および下限
を有し前記調節手段からの指令信号を制限する第1の制
限手段と、燃料流量計の出力に関連した予定の上限およ
び下限を3有し、前記調節手段からの指令信号を制限す
る第2の制限手段と、前記第1の制限手段の出力および
燃料流量計の出力を受けて燃料流量操作端を制御する手
段と、前記第2の制限手段の出力および空気流量計の出
力を受けて空気流量操作端を制御4する手段とを備える
。一例として調節手段の出力が燃料流量指令信号である
場合について説明すると、この燃料流量指令信号に対し
て、実測空気流量を予定空燃比で除した理論許容燃料流
量信号に係数(1−k,)を乗じた値を下限とし、係数
(1十k2)を乗じた値を上限として制限を加え、この
制限された燃料流量指令信号を設定値としては燃料流量
を制御し、一方空気流量については、燃料流量指令信号
に対して実測燃料流量に係数(1十k3)を乗じた値を
上限とし、係数(1一k4)を乗じた値を下限として制
限を加え、この制限された燃料流量指令信号に予定空燃
比を乗じた値を設定値として空気流量を制御する。
このように燃料流量制御系と空気流量制御系に互に関連
する制限手段を設けたので、空燃比叫ま定常状態はもち
ろんのこと過渡状態においても常に予定空燃此仏sに対
し、次の範囲内で制御される。仏s× {(1−k2)
又は(1一k4)の大なる方}≦ム≦山s×{(1十k
.)又は(1十k3)の4・なる方}それ故、k,,k
2,k3,k4を小さな値に設定することにより、プロ
セスの条件如何にかかわらず空燃比を非常に狭い範囲内
に抑えることができ、燃焼効率の向上による省エネルギ
ー、公害防止、および無酸化雰囲気制御を可能にする。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図において、1は燃焼炉であり、バーナ2には燃料
パイプ3より燃料流量計4および燃料流量操作端を形成
する燃料流量調節弁5を経て燃料が供給され、また空気
パイプ6より空気流量計7および空気流量操作端を形成
する空気流量調節弁8を経て空気が供給される。
燃料流量操作端および空気流量操作端としては図示のよ
うな蚕空変換器を備えた弁の他に電動弁、霞空ポジショ
ナ或いはポンプ等を適用してもよい。空気流量計7はオ
リフィス形のものを図示したのでその出力側に開平演算
器9を設けているが、他の形の流量計を適用することも
できる。燃焼炉1の制御量である温度を温度検出器10
により検出する。
燃焼炉がボイラーに適用されている場合は、上記制御量
は蒸気圧力或は蒸気流量であってもよい。温度検出器1
0の出力は温度調節手段11に与えられ、温度設定値と
比較調節演算される。、温度調節手段11の出力は燃料
流量指命信号または空気流量指命信号のいずれかである
が、第1図では燃料流量指令信号Aであるとする。この
燃料流量指令信号Aは第1の制限手段I2を経て燃料流
量制御手段13に与えられるとともに第2の制限手段1
4を経て空気流量制御手段15に与えられる。燃料流量
制御手段13は第1の制限手段12の出力Eを目標値と
し、燃料流量計4の出力信号FFをフィードバック信号
として比較調節演算し、燃料調節弁5の関度を変化させ
て燃料流量を制御する。一方空気流量制御手段15は第
2制限手段14の出力Mを目標値とし、開平演算器9の
出力F^をフィードバック信号として比較調節演算し、
空気調節弁8の開度を変化さZせて空気流量を制御する
。第1の制限手段12は高位信号選択器12a、低位信
号選択器12b、係数器12c,12dおよび除算器1
2eを有し、高位信号選択器12aに対応する係数器1
2cの係数は(1一k,)k,>Z0、低位信号選択器
12bに対応する係数器12dの係数は(1十k2)、
k2>0である。
各係数器には除算器12eにより空気流量F^を予定空
燃比山sで除した信号が与えられ、したがって係数器1
2cの出力B、係数器12dの出力Cは次式2となる。
B:(1−k,)毒 C=(小2)誌 2 高位信号選択器12aはAとBとを比較し、両者のうち
高い方の信号を選択する。
低位信号選択器12bは上記高い方の信号とCとを比較
し、両者のうち低い方の信号を選択する。つまり(i)
B<A<Cのとき E=A 3(ii)Aミ
B のとき E=B皿CSA のとき B:C となり、このことは燃料流量指令信号Aが予定の上限C
および下限Bにより制限されることを示す。
ここ畑およびC‘劇ナる器控気流動)3ら換算した理論
許容燃料流量を示し、燃料流量指令信号Aがこの理論許
容燃料流量に対する所定の上下眼内に制限されることを
意味する。一方第2の制限手段14は低位信号選択器1
44a、高位信号選択器14b、係数器14c,14d
および乗算器14eを有し、低位信号選択器14aに対
応する係数器14cの係数は(1十k3)、k3>0、
高位信号選択器14bに対応する係数器14dの係数は
(1一k4)、k4>0である。係数器14c,14d
には燃料流量FFがらえられ、係数器14cの出力F、
係数器14dの出力Gは次式となる。F=(1十k3)
FF G=(1−k4)FF 低位信号選択器14aはAとFとを比較し、両者のうち
低い方の信号を選択する。
高位信号選択器14bは上記低い方の信号とGとを比較
し、両者のうち高い方の信号を選択する。このようにし
て選択された信号には乗算器14eにより予定空燃比A
sが乗じられ、空気流量目標値Mとして空気流量制御手
段15に与えられる。すなわち(i)G<A<Fのとき
M=仏sA (ii) ASG のとき M=ムsG(iii)
FSA のとき M=仏sFとなり燃料流量指令信号
Aは燃料流量FFに比例した上限Fおよび下限Gにより
制限され、これに空燃比を乗じた空気流量目標値Mも同
様に制限される。
第2図は定常状態における各信号の大小関係を示す。
この状態では、第1制限手段12、第2制限手段14で
燃料流量指令信号Aが選択されていることを示す。第3
図は第1図においてk,=k3、k2=k4とし、燃料
供給系が空気供給系よりも応答が若干速い場合の時間に
関する空燃比の変化を示す。
定常状態では空燃比は予定空燃比仏sに制御されている
が、設定値の急変または負荷の急変により、たとえば時
刻らで燃料流量指令信号Aが急増したとすると、過渡的
に空燃比はムs−k2まで低下し、しばらくして再び定
常状態にもどる。時刻らで燃料流量指令信号Aが急減し
たとすると、空燃比は過渡的にムs+k,まで上昇し、
いまら〈して再び定常状態にもどる。燃料供給系の応答
が空気供給系の応答よりも若干遅い場合は空燃比の変化
は第3図の場合の逆になるが、いずれにしても空燃比は
予定空燃比の上下に所定の範囲で制限される。一般にk
,≠k3、k2≠k4とした場合には、空燃比が以下の
範囲で制限されることが理解される。ムs×{(1−k
2)又は(1−k4)の大なる方}≦仏≦山s×{(1
十k,)又は(1十k3)の小なる方}第4図は第1図
における第2の制限手段14の他の実施例を示す。
すなわち燃料流量指令信号Aおよび燃料流量FFに乗算
器14e,,14e2により予め予定空燃比〃sを乗じ
て信号選択器に与える。この場合高位信号選択器14b
の出力Mはそのま)空気流量目標値となる。第5図は温
度調節手段11の出力が空気流量指令信号A′である場
合を示す。第1の制限手段12は空気流量信号F^に(
1−k,)、(1十k2)を乗ずる係数器12c,12
dを有し、それらの出力はそれぞれ高位信号選択器12
a、低位信号選択器12bに与えられる。上下の制限を
受けた信号は除算器12eにより予定空燃比仏sで除し
て燃料流量目標値Eとなる。一方第2の制限手段14は
燃料流量FFに予定空燃比山sを乗ずる乗算器14e、
さらにこれに(1十k3)、(1−k4)を乗ずる係数
器14c,14dを有し、それらの出力はそれぞれ低位
信号選択器14a、高位信号選択器14bに与えられる
。上下の制限を受けた信号はそのま)空気流量目標値M
となる。第6図は第5図における第1の制限手段12の
他の実施例を示す。
すなわち空気流量指令信号A′および空気流量F^を除
算器12e,,12e2により予め予定空燃比仏sで除
して信号選択器に与える。この場合低位信号選択器12
bの出力Eはそのま)燃料流量目標値となる。尚、各実
施例において高位信号選択器と低位信号選択器の配置順
序は逆にしてもよいこと明らかである。
また図示した実施例において各構成部分はそれぞれ独立
した装置または機器として示されているが、マイクロプ
ロセッサを有するディジタルコントローラによってこれ
らを構成してもよい。さらに予定空燃比仏sは一定設定
値として説明したが、これを燃焼量、02制御、CO制
御、CO/C02制御信号により補正し、補正後の空燃
比で演算処理するようにしてもよい。このようにすれば
より一層高度な燃焼制御が可能である。以上詳述したよ
うな本発明によれば空燃比を常に予定の上限および下限
の範囲内に制御できるので、燃焼効率が高く、公害発生
のおそれがなく、炉内雰囲気の高精度な制御が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃焼制御装置の一実施例を示す概
略構成図、第2図は燃料流量指令信号に対する上限およ
び下限の関係を示す説明図、第3図は空燃比の時間に対
する変化を示す説明図、第4図は第1図の一部の変形実
施例を示す構成図、第5図は本発明の他の実施例を示す
概略構成図、第6図は第5図の一部の変形実施例を示す
構成図である。 1…・・・燃焼炉、2・・・…バーナ、4・・・・・・
燃料流量計、6・・・・・・燃料流量調節弁、7…・・
・空気流量計、8・・・・・・空気流量調節弁、10・
・・・・・温度検出器、11・・・・・・温度調節手段
、12・・・・・・第1の制限手段、13・・・…燃料
流量制御手段、14・・・・・・第2の制限手段、15
・・・・・・空気流量制御手段。 第2図第3図 第4図 第6図 第1図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 燃料流量計および燃料流量操作端を有する燃料供給
    系並びに空気流量計および空気流量操作端を有する空気
    供給系を備えた燃焼装置において、燃焼装置に関係する
    制御量を検出する検出器と、この検出器の出力信号を受
    けて燃料流量指令信号または空気流量指令信号を得る調
    節手段と、前記空気流量計の出力に関連した予定の上限
    および下限を有し前記調節手段からの指令信号を制限す
    る第1の制限手段と、前記燃料流量計の出力に関連した
    予定の上限および下限を有し前記調節手段からの指令信
    号を制限する第2の制限手段と、前記第1の制限手段の
    出力および燃料流量計の出力を受けて前記燃料流量操作
    端を制限する手段と、前記第2の制限手段の出力および
    空気流量計の出力を受けて前記空気流量操作端を制御す
    る手段とを備えた燃焼制御装置。 2 調節手段の出力が燃料流量指令信号であり、第1の
    制限手段の上限および下限が空気流量計の出力を予定空
    燃比で除した値に比例しており、第2の制限手段の出力
    には予定空燃比が乗じてある特許請求の範囲第1項記載
    の燃焼制御装置。 3 調節手段の出力が燃料流量指令信号であり、第2の
    制限手段は前記燃料流量指令信号に予定空燃比を乗じる
    手段を有し、かつその上限および下限が燃料流量計の出
    力に予定空燃比を乗じた値に比例しており、第1の制限
    手段の上限および下限が空気流量計の出力を予定空燃比
    で除した値に比例している特許請求の範囲第1項記載の
    燃焼制御装置。 4 調節手段の出力が空気流量指令信号であり、第1の
    制限手段の出力は予定空燃比で除してあり、第2の制限
    手段の上限および下限が燃料流量計の出力に予定空燃比
    を乗じた値に比例している特許請求の範囲第1項記載の
    燃焼制御装置。 5 調節手段の出力が空気流量指令信号であり、第1の
    制限手段は前記空気流量指令信号を予定空燃比で除する
    手段を有し、かつその上限および下限は空気流量計の出
    力を予定空燃比で除した値に比例しており、第2の制限
    手段の上限および下限が燃料流量計の出力に予定空燃比
    を乗じた値に比例している特許請求の範囲第1項記載の
    燃焼制御装置。 6 予定空燃比が燃焼条件または燃焼状態を示す信号に
    よって補正可能である特許請求の範囲第2項乃至第5項
    のいずれかに記載の燃焼制御装置。
JP52090936A 1977-07-30 1977-07-30 燃焼制御装置 Expired JPS6014973B2 (ja)

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JPS58132360U (ja) * 1982-02-27 1983-09-06 大阪瓦斯株式会社 酸素富化燃焼制御装置
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