JPS6040567B2 - 燃焼炉における燃焼状態の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧気流頃霧式の油バーナを使用している場合
の燃焼管理上のアトマィズ量の制御、さらに詳しくは燃
焼時に発生する炉内圧力振動もしくは炉内圧力に重畳す
る微小圧力の振動パターンに基づいてアトマイズ量を制
御する方法に関している。

一般に工業用燃焼炉の燃焼管理は省エネルギー上あるい
は公害防止上のＮ０ｘやスモークの問題がからんで、非
常に厳密さが要求されている。

これらに対処するためには空気比率、アトマイズ量（液
体燃料）、炉圧、バーナ位置などが重要な制御因子とな
るが、空気比率制御に関して最近では０２分析計の導入
や燃焼量に見合って比率を修正するいわゆるカスケード
方式による精密な制御へと移行している。しかしまだ大
部分の実炉では制御因子に関して単純な一定値での設定
方式であり、変動因子の多い実炉では問題が多い。燃焼
管理をする場合、基本的には時々刻々変化する燃焼状態
を的確に判定し、適正条件による燃焼を維持することは
非常に重要な問題である。

その燃焼状態に影響を及ぼす因子は炉特性、バーナ特性
、操業因子など詳細は広範多岐にわたるが、高圧気流式
油バーナを使用している場合には、燃焼の微粒化特性に
直接影響を与えるアトマィズ量は非常に大きいウェイト
をしめている。これまでのアトマィズ量はバーナ容量の
最大条件で、主として肉眼観察による火災形状から判定
してその量を決定していた。

省エネルギー面からアトマィズ量は少ない方が好ましい
が、少なすぎると油ダレやスモーク発生の問題につなが
り、多い場合には微粒化が促進されるので燃焼性は急激
な方向に向うが、ある量以上で火災の浮上りや吹消えな
どの不安定燃焼の原因になっている。したがって一般に
は、アトマイズ量は燃料使用量１００００Ｋｃａｌあた
り蒸気の場合で０．１〜０．３ｋ９、高圧空気の場合で
０．１〜０．州ｍ３の範囲を目安として使用している。
アトマィズ量の制御をしていない場合は、通常最大燃焼
時に最適燃焼状態となるようにアトマィズの量を設定（
一定量）していたが、この方法では燃料のターンダウン
とともに相対的な量が変ることになり、燃焼状態は大幅
に変動して全燃焼域にわたって最適な状態は維持できな
い。

高圧気流式油バーナを使用している燃焼設備の燃焼管理
面において、アトマィズ量を制御する技術はまだ比較的
少ない。

この理由としては油バーナに限定されることと、省エネ
ルギーあるいは公害防止上での燃焼管理を目的とした場
合、アトマィズよりもむしろ空気制御面に重点がおかれ
ているためである。しかし、高圧気流式油バーナを使用
している場合には、アトマィズ量もまた燃焼状態に大き
く影響を及す因子であり、厳密な燃焼管理を実施する上
では重要な因子である。アトマィズ量の制御に関しては
実施例が比較的少ないが、実施されている方法としては
次のものがある。

即ち、この方法は、基本的には重油の燃焼量に見合って
アトマィズ量を制御するものであるが、バーナ前の燃料
圧力がその流量に比例することかり、バーナ前の重油圧
力を検出し、あらかじめ求めた相関関係によってアトマ
ィズ圧を制御し、その量を制御するものである。

その関係を第１６図に示した。燃料流量の低下で、バー
ナ前の燃料圧力は低下するが、それに見合ってアトマイ
ズ圧力も一定勾配をつけて低下させるようになっている
。ただし、アトマイズ側の圧力は燃料より０．１〜０．
５ｋ９／塊程度高く設定し、最低流量時では一定比率よ
りも多く流すのが一般的である。これらのアトマィズ圧
の勾配の決定は最大流量および最低流量で、主として目
視によりそれぞれが最適と考える圧力を求め、それを直
接的に結んでアトマィズ調節器にセットするようにして
いる。

このアトマィズの制御方法により、ある程度の省エネル
ギーあるいは公害防止上の燃焼管理面での効果は期待で
きるが、燃焼状態の制御を目指しているにもかかわらず
、それを直接表す信号による制御ではないところに本質
的な問題があった。

すなわち、燃焼状態に影響を及す因子は先にも述べたよ
うに、アトマィズ量の他に、空気比率、炉圧、バーナ位
置、バーナの汚れ、外部侵入空気、レキュベレータの洩
風率など広範多岐にわたっており、単なる１因子（例え
ば燃焼流量）だけとの相関を求めただけでは、他の因子
の変動による燃焼状態の適正化は補正できない。また、
燃焼流量とアトマィズ量の相関をあらかじめ求めて設定
したとしても、設定時の条件と実操業時の条件が何か一
つでも異なれば設定値そのものが無意味なものとなって
しまい、これまでの装置では十分に効果が期待でない面
が多々あった。以上のように、現状では、燃焼状態を直
接表す信号によって、高圧気流頃霧式の油バーナにおけ
るァトマィズ量を制御する方式は皆無である。

したがって、本発明は、炉内の燃焼状態を直接反映する
燃焼徴圧振動により時々刻々変化する燃焼状態を判定し
て、たえず最適な燃焼状態が維持できるように、高圧気
流燈霧式の油バーナにおけるアトマィズ量を制御する方
法を提供することを基本的な目的としている。即ち、本
発明は、比較的高圧の空気または蒸気を用いて油の霧化
を行なう高圧気流噂霧式油バーナを使用した各種工業用
炉において、燃焼に伴って発生する炉内の圧力振動を検
出して、振動波形の波形解析を経時的に行ない、目的と
する最適燃焼状態における振動波形の波形解析結果と比
較し、比較結果に基いて各燃焼状態におけるァトマィズ
量を変化させるようにしたことを特徴とする燃焼炉にお
ける燃焼状態の制御方法を、その要旨としている。

以下、添付の図面を参考に本発明を具体的に説明する。

本発明に係る制御系の基本構成を示す第１図において、
１は燃焼炉、２は一般にはｌｋ９／均以上の比較的高圧
の空気または蒸気を用いて油の霧化即ちアトマィズを行
なう高圧気流式油バーナ、３は炉内温度検出器、４は炉
内の圧力振動を検出する炉内圧力サンプリングプロ−ブ
で、燃焼排ガスは蛭道２１を通って外部に排出される。
温度設定調節器５はあなかじめ所望の炉内温度設定値が
設定されており、温度検出器３で測定された信号と設定
値とを比較し、その偏差に応じて出力信号を発生する。
燃料流量調節器７は制限器６を介して温度設定調節器５
からの信号をうけ、その信号に対応する流量設定値を設
定し、かつ燃料源に連結した配管１０１こ設置された燃
料流量検出器１３の測定信号と前記流量設定値を比較し
、偏差に応じた制御信号を流量調節弁１２に与える。こ
こで制限器６は炉温の異常な上昇、下降及び大幅な変動
が生じた場合に一時的に燃料制御を停止させるためのも
のである。空気比率設定器８は燃料流量と空気流量の比
率を設定するもので、燃料の種類、炉形式、バーナ条件
およびその他の操業条件で決定するものである。

温度設定調節器５からの信号で、あらかじめ設定した比
率により空気量を決定し、空気量調節器９に信号を与え
る。

空気量調節器９は、空気供給源に連結した配管１１に介
設した空気量調節器１５により流量を測定しつつ、比率
設定器８からの信号との偏差に応じて空気流量調節弁１
４に信号を与える。一方、燃焼徴圧振動測定系統は炉内
圧力サンプリングプロープ４によって炉内圧力が検出器
１６に導かれ、増幅器１７で炉内圧力の絶対値とそれに
重複する燃焼徴圧振動成分に分離され増幅され、周波数
解析器１８に送られるようになっている。

周波数解析器１８では、燃焼徴圧振動の周波数のエネル
ギー分布を求め、後述するように、例えば振動の全エネ
ルギーに対するあらかじめ設定した周波数帯城のエネル
ギー積分値の比を出力信号として出す。この解析結果の
信号は振動エネルギー調節器１９に入り、あらかじめ設
定した振動エネルギー比の値と比較し、その偏差信号に
応じてアトマィズ流量調節器２２に、制限器２０及びリ
レー接点２０′を介して信号を与える。

ァトマィズ流量調節器２２では前記信号に対応する流量
設定値を設定し、かつアトマィズ蒸気源に連結された配
管２５に設備されたァトマィズ流量検出器２４の測定信
号と前記流量設定値を比較し、偏差に応じた制御信号を
流量調節弁２３に与える。制限器２川ま周波数エネルギ
ーあるいは検出系統で異常な値を検出した場合でも制御
系に与える外乱を最小限に抑制するための装置で、先の
制限器６と同様の働きをするものである（ここで最大お
よび最小の限界値の設定ができる。

）また、接点リレー２０′は着火および消火時に振動に
より制御回路をそれぞれ閉および開にするものである。
アトマィズ量の制御部分のみを変更した構成を第２図に
示す。

この構成では、前記振動エネルギー調節器１９からの信
号を制限器２０および接点リレー２０′を介してアトマ
ィズ流量調節器２２がうけ、アトマィズ流量検出器２４
の測定信号を用いることなく、信号の大小および正負の
方向をアトマィズ流量調節器２２によって判定し、それ
に対応してアトマィズ流量調節弁２３に信号を与えるよ
うにしている。なお、第２図において、第１図に示した
ものと同一のものは、同一番号を付して簡単のため説明
を省略する（以下、第３図、第４図において同様）。上
記第１図および第２図において、アトマィズ流量調節器
２２を省略して前記振動エネルギー調節器１９の偏差信
号で直接アトマィズ流量調節弁２３を制御することも可
能で、実用的にはこの方法が簡便でよい。

基本構成に対してアトマィズ比率設定器２６を追加した
例を第３図に示す。

このアトマィズ比率設定器２６は燃料流量とアトマィズ
流量の比率を設定するもので、燃料の種類、炉形式、バ
ーナ条件およびその他の操業条件で決定するものである
。

この構成においては、温度設定器５からの信号で（重油
流量検出器１３からの信号でもよい。

）、あらかじめ設定した比率によりアトマィズ量を決定
し、ァトマイズ流量調節器２２に信号を与える。ァトマ
ィズ流量調節器２２はアトマィズ流量検出器２４により
流量を測定しつつ、アトマィズ比率設定値２６からの信
号との偏差に応じて流量調節弁２３に信号を与える。こ
こで、振動エネルギー調節器１９からの信号をアトマイ
ズ比率設定器２６に与えて、比率設定値を修正し、燃料
流量に対するアトマィズ量を補正する。この場合の拡張
として、第４図に示すようにすでにァトマィズ比率が燃
料流量からの信号で演算器２７を経由してある相関をも
って変更する方式になっている場合でも同様に振動によ
る最適燃焼までの修正は可能である。

以上上記各構成において燃焼徴圧振動の測定場所は振動
伝播範囲であればエアースロート内、バーナタィル内、
燃焼炉１内あるいは鰹道２１等のいずれでもよいが、燃
焼状態を十分に反映する意味では燃焼炉内での測定が最
も好しし、。

徴圧振動設定器１６は水柱−５０〜十５仇廠の圧力に十
分感知するもので、周波数は０〜５００ＨＺ位まで検出
可能なものが望しく、ストレインゲ−ジを応用した徴圧
変換器あるいは水晶変換器等により圧力振動を電気信号
にアナログ変換するタイプのものが望しし、。

振動を制御信号とする場合、炉内圧力の絶対値を含めて
炉内圧力に徴圧振動を重畳させた形で用いでもよいが、
実炉で燃焼量が大幅に変動する場合、振動測定位置によ
る応答性の問題あるいは検出器１６のドリフト等を考慮
すると、増幅器１７により炉内圧力に重畳する徴圧振動
成分のみを分離してとり出す方が制御信号として安定性
がよい。

また制御信号とする振動の周波数帯城は０〜５００日２
ぐらいまで全体を対象としてもよいが、増幅器１７ある
いは淡段の周波数解析器１８にローパスフイルターある
いはバンドパスフイルターを組入れて、特定な周波数あ
るいは周波数帯域に限定してもよい。上記周波数解析器
１８は、振動分析器を用いればよいが、リアルタイムで
解析できることが望ましく、トラッキングフィルタを使
用したＴＦ振動分 析 器 、 ＦＦＴ （ ＦＡＳＴ
ＦＯＵＲ伍ＲＴＲＡＮＳＦＯＲＭ）式デジタル振動分
析器、あるいはオクターブバンド型分析器等を採用する
ことができる。

周波数解析器１８により得られる炉内徴圧振動のパワー
スペクトルから、具体的な制御信号を得る方法としては
、以下のものが考えられる。

｛ａ｝ 単純に特定周波数あるいは帯域Ｓの最大エネル
ギーレベルＱを指標とする方法（第５図ａ参照）。｛ｂ
’特定周波数あるいは帯域Ｓの最大エネルギーレベルＱ
と他の領域の周波数の最大エネルギーレベル８との比Ｑ
／８を指標とする方法（第５図ｂ参照）。

‘ｃ’特定周波数帯域Ｓのエネルギーの積分値ＥＨによ
る方法（第５図ｃ参照）。

‘ｄ｝ 振動の全体のエネルギーの積分値（Ｅのｔａｌ
）に対する特定周波数帯城Ｓのエネルギー積分値ＥＨの
比ＥＨ／Ｅｔｏｔａｌによる方法（第５図ｄ参照）。

ここでいう特定周波数帯域Ｓとは燃焼状態に対応して変
化する振動帯域のことで、上記ａ〜ｄまでのいずれの場
合でも燃焼状態を表す指標になりうるが、実炉のように
燃焼量や他の条件が変動しやすい場合、あるいは検出器
のドリフト等も考慮すると、｛ｄによる方法が最適と考
えられる。

これらの方法により炉内徴圧振動の振動パターンは一義
的に表現できる。実炉での実施に先立って燃焼試験炉で
ァトマィズ量と燃焼状態の関係を調査した。

試験条件は次のとおりである。

・試験炉；ｌｍ中×４ｍＬ、横形、耐火構造・燃料およ
び燃焼量；Ｃ重油、４０万Ｋｃａｌ／日・アトマィズ；
蒸気（圧力４０ｋ９／ｃ流）・燃焼用空気温度；３２０
００・排ガス０２濃度；３％・ ・バーナ；内部混合型（一般市販バーナ）・徴圧振動測
定場所；ェァスロート内（バーナ先端から２０仇吻スロ
ート内に入った所。

）バーナの設計によるアトマィズ蒸気量は重油１夕あた
り０．２５ｋｇである。

このアトマィズ量を１００％として５．０％，１００％
および１５０％のアトマイズ量について振動（徴圧振動
波形）と燃焼状態（パヮ−スペクトル）を観察した。そ
の代表的な１例を第６図Ａ，Ｂ，Ｃに示す。周知のごと
く、ごく一般的には、燃料流量が一定の条件下では、ア
トマィズ量の増大で、燃焼性は急激な状態となり、シャ
ープな短炎が形成される。振動波形はペン書きオシログ
ラフに記録したものであるが、周波数の高い成分を含ん
でいて、これからでは振動パターンの相異が十分に判定
できない。しかし周波数解析後のパワースペクトルでみ
ると、アトマィズ量の増大にともない１０皿Ｚ以上の振
動エネルギー成分が増加している。これは、火炎がシャ
ープな短炎となる傾向と一致しており、この周波数帯城
のエネルギーレベルの増減で燃焼状態の判定がつくこと
がわかる。この結果から１００ＨＺ以上を特定周波帯城
Ｓと定めて、全振動エネルギーＥのｔａｌに対する１０
０ＨＺ〜５００ＨＺの振動エネルギーの積分値Ｅ日の比
で整理したものを第７図に示す。

第７図から明らかなように、燃料に対する相対的アトマ
ィズ量の増大で振動エネルギー比ＥＨ／Ｅｔｏｔａｌは
大きくなる傾向を示しており、燃焼状態が急激な方向に
向ったことを表わしている。したがって、この振動エネ
ルギー比を指標にすることでアトマィズ量の制御ができ
ることがわかる。次に、実炉における実施例について説
明する。

第８図に、実施例にかかる均燃炉の構造概略図を示す。
炉容は６６０山×２６５０Ｗ×３８７斑で、１チャージ
の装入量は約８４トン、燃焼量は重油で最大４００〆／
日、１ヒートサイクルは平均約５時間の炉である。この
炉の従来の空気比率は一定に設定する方式で、１ヒート
サイクルにわたる排ガス０２は３〜３．６％でほぼ一定
である。また、アトマィズ量は、バーナ前圧力で４〜４
．５ｋ９／めで、一定量を送っており、量の制御は実施
していない。なお、第８図に示す灼熱炉１において、Ｉ
Ａは炉蓋、ＩＢ，ＩＢは煙道、ＩＣ，ＩＣはバーナタイ
ルである。本発明の燃焼徴圧振動の測定と制御系への組
込みは先に述べたものと同様であるが、とくに振動測定
系統についてその構成図を第９図に示した。

個々の説明については先に述べているので第１図と同じ
参照番号を付して省略するが、波形解析結果について検
討を加えるため増幅器１７にペン書きオシログラフ３０
を組込んでナマ波形が記録できるようにしたことと波形
解析器１８に記録装置３１を組込んだ点が新しく追加さ
れている。今回の自動制御実施例に先立ってまず炉特性
を含んだ振動の発生状況を調査した。アトマィズ量一定
条件で、１ヒートサイクルを４段階Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにわ
けた振動の測定例を単なる保温段階Ｒの測定例とともに
第１０図に示す。

この測定例は実炉設備上の制約条件があって、ェアスロ
ート内でバーナ先端から約４０物舷スロート側に入った
位置での結果である。これによると、燃料噴射直後の燃
焼の最も激しい部分あるいは送風上にもともとある振動
成分をひろつて非常に激しい振動が検出されている。

解析結果でみると１００ＨＺ以上の周波数成分を含んで
おり、試験炉の場合と同様振動波形そのものでは判別で
きない（ベン書きオシロで追従できる周波数は６０〜８
皿Ｚまで）。周波数解析結果によると、段階Ａから段階
Ｄに段階的に移行する過程において、燃焼量の低下にと
もなって１００日２以上の振動成分が次第に多くなるの
が特徴的である。

この振動パターンから推定すると燃焼量の低下にともな
って燃焼状態が緩慢から急激な状態に移行していること
が考えられる。事実、火炎の肉眼観察結果によると最大
燃焼時には緩慢に燃焼していたが、燃焼量の低下ととも
に急激な状態となりシャープな短炎が形成されていた。
この理由としては燃焼量の低下による侵入空気量の増大
や制御系統の誤差による燃焼空気量の増大によるものと
、この他に重油霧化媒体の量が一定であるため燃焼量低
下時には相対的な割合が増加した形となっていることな
どが考えられる。以上のように最大燃焼時に最適に設定
した一定のアトマィズ量では燃焼量の変動にともなって
燃焼性そのもの変動し、それが振動パターンにもよく表
われていることが明らかである。

燃焼量最大の場合則ち段階Ａが、炉に対する負荷が最も
高く、火炎は大きく長炎で、燃焼状態は緩慢となり、ス
モークは発生しやすい。

このため通常は最大燃焼の条件でアトマィズ蒸気量を決
定している。そこで最大燃焼時にスモーク量の測定およ
び燃焼状態の肉眼観察等によって最適と考えるアトマィ
ズ量を調査したが、バーナ前圧力で３．０ｋ９／仇まで
低下できることがわかった（これ以下ではスモーク発生
）。

この場合の振動測定結果を第１１図に示すが、燃焼量が
低下しても１００Ｈｚ以上の成分が先の場合よりも大幅
に減少していることがわかる。これらの結果について前
述の振動エネルギー比（ＥＨ／Ｅｔｏね１）で整理した
結果を第１２図に示す。こずれの条件でも燃焼量の低下
とともにエネルギー比は増大していく傾向を示し、燃焼
状態が急激な方向に向う変化をしたことを表わしている
。しかし、アトマィズ量を低下させた条件では全体的に
エネルギー比のレベルは低下しており、アトマィズ量低
下前よりは燃焼性がゆるやかなことを示している。最適
燃焼状態に合せた最大燃焼時の振動エネルギー比は第１
２図に明らかなように、約０．１８であることから振動
エネルギー調節器１９の設定値しベル（ＥＨ／Ｅｔｏｔ
ａｌ）Ｓを０．２に設定した（０．１８以下でスモーク
発生）。

振動エネルギー調節器１９は、任意の燃焼状態で、波形
解析器１８によって得られる振動エネルギー比ＥＨ／Ｅ
ｔｏｔａｌが設定値しベル則ち（ＥＨ／Ｅｔｏ刻）Ｓよ
りも高くなればその偏差に応じてアトマィズ量低下の信
号を出し、低くなればアトマィズ量を高くする信号を出
すことにより、時々刻々のアトマィズ量を制御する。こ
のようにして振動エネルギー調節器１９に最適燃焼状態
における振動エネルギー比を設定すれば、以後は燃焼量
のみならず他の因子が変動しても燃焼状態に見合って絶
えず最適なアトマィズ量が確保できるように自動補正が
行なわれることとなる。

炉内徴圧振動の波形解析の結果得られる制御信号でアト
マィズ量を制御した場合の振動エネルギー比ＥＨ／Ｅ■
ｔａｌを第１３図に示す。

第１３図に明らかなように、振動エネルギー比は、全燃
焼城にわたってほぼ０．２のレベルにあり、重油流量が
低下しても燃焼状態は一定になっていることを表わして
いる。この場合のバーナ前蒸気圧力の変化は最大燃焼時
で約３ｋ９／ｃ髭であり、最低燃焼量で１．５ｋ９／め
であった。

経時に対する重油流量とアトマィズ圧力の変化を第１４
図に示す。この方法の実施により従釆でもかなり熱管理
を実施していた比較的燃料原単位が低い水準の炉であっ
たが、さらに約８％の燃料節約ができた。

第１７図には、本発明方法にしたがったアトマィズ量制
御を初期の間実行したのち、このアトマイズ量制御を中
止して従来通りの制御に移行した際の重油流量変化を示
している。第１７図に円Ａで示すように、アトマィズ量
制御を中止すると重油流量が、制御時の外挿流量（点線
で示す）に比して一段増加する。つまり、この実線と点
線の差分だけ、重油燃料のさく減を図ることができるの
である。また、本発明方法によって緩慢燃焼化が達成で
きることから、第１８図に示すように、黒丸で示す制御
前（従来通りの制御）のＮ○×量に対し、白丸で示す制
御後（本発明方法にしたがったアトマィズ制御）のＮ○
×量は約２５％も低減することができた。

緩慢燃焼化に際しては、逆にスモークの発生に注意が必
要である。

前述したように、振動エネルギー比にして０．１槌〆下
ではスモークの発生が見られるが「制御設定レベルを０
．２０にした条件では、１ヒートサイクルにわたってス
モークの排出は何ら観察されなかった。上記実施例にお
けるアトマイズ量の制御方式をいま一度整理して示せば
以下の通りである。

（１） 最適燃焼状態に対応した最大燃焼状態で現状の
アトマィズ量を２，３段階かえて炉内徴圧振動を測定し
、その振動パターンに差の出る特定周波数帯城Ｓを決定
する。（□） 周波数解析器を、全周波数範囲の全振動
エネルギーＥｔｏ側に対する特定周波数帯城Ｓの振動エ
ネルギーＥＨの比ＥＨ／Ｅｔｏｔａｌの出力が得られる
よう、セットする。

（ｍ） 最大燃焼状態で、排ガス０２、スモーク等をチ
ェックしながら目標とする最適燃焼状態となるようにア
トマィズ量を調整しその際の振動エネルギー比（ＥＨ／
Ｅｔｏ脚）Ｓを求める。

（Ｎ）（ｍ）で求めた振動エネルギー比（ＥＨ／Ｅｔｏ
松１）Ｓを振動エネルギー調節器１８にセットする。（
Ｖ） 以後はエネルギー比が一定になるようにアトマィ
ズ量が自動制御される。

上記実施例では、炉内徴圧振動のパターンを振動エネル
ギー比で表わしたが、先に述べた特定周波数帯域Ｓの最
大エネルギーレベルＱやそれらの比は／Ｂあるいはエネ
ルギー積分値ＥＨを用いても原理的には振動エネルギー
調節器１８の設定水準を変更するだけで全く同様のこと
である。

｛ａ’〜【ｃｌの方式についても第６図、第１０図、第
１１図を見えば明らかであるが、さらに補足説明をすれ
ば次のとおりである。｛ａーの方法・・・・・・得定周
波数帯城Ｓの最大エネルギーレベルＱを指標とする方法
第６図において、先に説明したように得定周波数帯域を
１００ＨＺ以上とすると、アトマイズ量５０％時の最大
振動エネルギーレベルＱ＝０．８×１０‐３、同１００
％時Ｑ；１．５×１０‐３、同１５０％時Ｑ＝２．６×
１０‐３と増大しており、燃焼状態が急激な状態になる
ことと対応している。

同様に第１０図の実炉の結果では、重油流量４００〆／
ｈ時ＱＦＯ．２５×１０‐３，３０５夕／ｈ時Ｑ＝０．
５×１０‐３，１９５夕／ｈ時Ｑ＝１．０×１０‐３，
１４５〆／ｈ時Ｑ＝１．４５×１０‐３であり、第６図
の結果と同様の燃焼状態と相関がある。

さらに第１１図の制御結果についてみると重油流量４１
０ク／ｈ時Ｑ＝０．０８×１０‐２，２７２夕／ｈ時Ｑ
＝０．０７×１０‐２，１９５〆／ｈ時ば＝０．０４×
１０‐２，１５０夕／ｈ時Ｑ＝０．０４×１０‐２でＱ
の最小、最大の差は０．０４×１０‐２でほゞ一定であ
り燃焼状態が一定に制御されている状態と対応がついて
いる。

（ｂーの方法・…・・特定周波数帯城の振動エネルギー
の最大レベルＱとその他の帯城の最大レベル６とのＱ／
８の値を指標とする方法【ａ｝の場合と同様に、 第６図では アトマイズ量 ５０％時 Ｑ／８＝０．２３５１００％
〃 Ｑ／８＝ｏ．４４１１５０％〃 Ｑ／８＝０．６５
０ で燃焼状態と対応がついている。

第１０図では 重油流量 ４００夕／ｈ時 Ｑ／Ｂ＝０．１６７３０５
〃 〃 ＝０．３８５１９５ 〃 〃
＝１．０００ １４５ 〃 〃 ＝１．４５ ‘ａ’の場合と同機である。

第１１図では、重油流量 ４１０そ／ｈ時 Ｑノ８＝０
．１４５２７２ 〃 〃 ＝０．１４０１９５
〃 〃 ＝０．２００ １５０ 〃 〃 ＝０．３３０ Ｑ／８の最大最小の差は０．１９で第１０図の結果より
小さく燃焼状態が一定な時はこのＱ／８もほゞ一定にな
ることがわかる。

｛ｃ｝の方法・…・・特定周波数帯域の振動エネルギー
の積分値ＥＨによる方法｛ｃ｝の場合も全く同様である
。

第６図 ＥＨ アトマィズ量 ５０％ １．７５×１０‐２１００
％ ５．６０×１０‐２１５０％ １２．２５×
１０‐２ アトマィズ量の増大でＥＨの値も増加し、先の‘ａ），
｛ｂ｝と同様の結果になっている。

第１０図ＥＨ 重油流量 ４００夕／ｈ ８×１０‐２３０５ぞ／ｈ
３２×１０‐２ １９５夕／ｈ ５２×１０‐２ １４５夕／ｈ ８０ＸＩＯ−２ 重油流量が低下して燃焼状態がはげしくなればＥＨの値
も増大しており、｛ａー，‘ｂ｝の値と同様である。

第１１図 ＥＨ 重油流量 ４１０夕／ｈ ８×１０‐２２７２そ／ｈ
１２×１０‐２ １９５〆／ｈ ８×１０‐２ １５０そ／ｈ ６×１０‐２ 燃焼状態が一定の条件ではＥＨは６〜１２×１０‐２の
範囲でほゞ一定となり、指標となりうろことが明らかで
ある。

なお、振動によるアトマィズ量を制御に関して着火時お
よび消火時のタイムシーケンスを示せば第１５図に示す
とおりである。

即ち、着火前は振動によるアトマィズ制御ラインはＯＦ
Ｆの状態にあり、着火ボタンＯＮでまず燃焼用空気制御
ラインが関、つづいてアトマイズ制御ラインが関となり
、数秒後に重油制御ラインが関となる。

着火後に徴圧振動によるアトマィズ制御ラインはＯＮの
状態となり、振動のエネルギー比の設定値と測定値を比
較しながらアトマィズ量が制御される。一方、消火時は
消火ボタンＯＮで、振動によるアトマィズ制御ラインは
ＯＦＦ状態となり、同時に燃料がＯＦＦとなる。

この時アトマイズおよび燃焼空気はあらかじめ設定した
最低値まで低下する。数十秒後アトマイズがＯＦＦとな
り、続いて燃焼用空気がＯＦＦとなる。なお、着火およ
び消火時の一連の動作は着火ボタンおよび消火ボタンの
操作のみであとはタイマーおよびリレーにより作動する
ようになっている。尚、本発明によれば消火時であるこ
とも検知することができる。

すなわち、第１０図における段階Ｒは燃料（重油）流量
を０とした消火中を表わすものであるが、同図より明ら
かなように消火中では振動はほとんど検知されず、燃焼
中と消火時が明確に表われており、これをパワースペク
トルでみても消火時の振動エネルギーは燃焼中の振動エ
ネルギーに比して約１′１００になっており、消火時と
燃焼中の振動の差はれき然としており、この差を利用す
れば、燃焼中であること、又どのような燃焼状態である
かが検知できるだけでなく、消火時であることも同様に
検知できるのであり、さらに、もし何かのトラブルで失
火の状態が発生した場合もそれを検知することができ燃
焼遮断弁閉の信号を送る等の対策が自動的に行なえるこ
とは言うまでもない。以上のように、本発明は、高圧気
流噴霧式油バーナを用いた各種工業用炉において、炉内
圧力振動をリアルタイムで検出するとともにその波形解
析を行ない、その波形解析結果を、その目的とする燃焼
状態における炉内圧力振動の波形解析結果と比較し、そ
の比較結果に基づいてアトマィズ量を制御することによ
り、燃焼状態を最適に制御するようにしたことを特徴と
する燃焼炉における燃焼状態の制御方法を提供するもの
である。

したがって、本発明は、燃焼状態を直接に反映する炉内
圧力振動に応じて、アトマィズ量を常時最適に制御する
ことができ、アトマィズ量の制御によって炉内燃暁状態
を最適燃焼状態に維持することができるので、重油消費
量の低減を図ることができ、Ｎ○×、スモークの面で有
利なものとすることができる。

さらに、本願の第２の発明は、燃焼炉の炉内圧力の微小
振動を抽出して微小振動の波形解析を行なうようにし、
該微小振動の振動パターンが変化する特定周波数帯城に
おけるパワースペクトルの積分値と、全周波数帯域にお
けるパワースペクトルの積分値との比をリアルタイムで
検出するとともに、予じめ目的とする燃焼状態における
上記特定周波数帯城のパワースペクトルの積分値と全周
波数帯城のパワースペクトルの積分値との比と、上記り
アルタイムで検出した比との偏差に応じてアトマィズ量
を制御するようにしたことる特徴とする燃焼炉における
燃焼状態の制御方法を提供するものである。

この第２の発明によれば、炉内の燃焼状態を最も的確に
抽出することができるので、アトマイズ量の制御を、燃
焼状態を支配する他の諸要因との変動に応じて最適に制
御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御系の基本構成を示す系統図、
第２図、第３図及び第４図は各々本発明の他の構成を示
す第１図と同様の系統図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄは得ら
れたパワースペクトルから指標値を得る方式を各々示す
解析模式図、第６図Ａ，Ｂ，Ｃは徴圧振動波形及び周波
数解析結果（パワースペクトル）を一対として、アトマ
イズ量の違いによる試験炉における徴圧振動の変化を示
す各状態図、第７図は相対アトマィズ量に対する振動エ
ネルギー比の変化を示すグラフ、第８図は本発明を適用
した灼熱炉の炉断面説明図、第９図は本発明の実施例に
使用した振動測定系統の系統図、第１０図Ｒ，Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは各々実炉の１ヒートサイクルの各段階における
徴圧振動状態を示す各状態図、第１１図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
は各々アトマイズ圧力低下時におけるヒートサイクルの
各段階における徴圧振動の状態図、第１２図は重油流量
に対する振動エネルギー比の変化を示すグラフで、グラ
フ中○印はアトマィズ量を従来方式で制御していない場
合を、△印はアトマイズ圧力を低下し一定とした場合を
夫々示し、第１３図は本発明によりアトマィズ量を制御
した場合における重油流量に対する振動エネルギー比の
変化を示すグラフ、第１４図は時間に対する重油流量及
びアトマィズ圧力の変化を示すグラフ、第１５図は本発
明にかかる制御系統のタイムシーケンスを示すタイムチ
ャート図、第１６図は従来の制御方式を示す燃料流量に
対する燃料及びアトマィズ量の変化を示すグラフ、第１
７図は本発明方法によるアトマィズ制御を途中で中止し
た場合の重油流量の変化を示すグラフ、第１８図は発生
するＮ０×量の変化を従来の場合（黒丸）と本発明の（
白丸）とについて示すグラフである。 １・・・・・・燃焼炉、２・・・・・・高圧気流式油バ
ーナ、３・・・・・・温度検出器、４・・・・・・サン
プリングロープ、５・・・・・・温度設定調節器、７…
・・・燃料流量調節器、８・・・・・・空気比率設定器
、９・・・・・・空気調節器、１４・・・…空気流量調
節弁、１６・・・・・・圧力検出器、１８・・・…周波
数解析器、１９……振動エネルギー調節器、２２・…・
・アトマィズ流量調節器、２３・・…・アトマィズ流量
調節弁、２４・・・・・・アトマィズ流量検出器、２６
・・・・・・アトマィズ比率設定器。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第１５図 第６図 第８図 第１１図 第１６図 第９図 第１０図 第１２図 第１７図 第１３図 第１４図 第１８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的高圧の空気または蒸気を用いて油の霧化を行
   なう高圧気流噴霧式油バーナを使用して各種工業用炉に
   おいて燃焼を行なうにあたり、炉内圧力振動を検出して
   その振動波形のフーリエ解析を行ない、目的とする燃焼
   状態の振動波形に対応して、予じめ定められる周波数分
   布、周波数のエネルギー分布あるいは特定の周波数帯域
   の振動エネルギーのいずれかを設定値とし、この設定値
   と各燃焼状態の振動波形に基づいて求められる上記設定
   値に対応した値とを比較し、その比較結果に基づいて燃
   焼状態を目的とする燃焼状態に維持すべく各燃焼状態に
   おけるアトマイズ量を変化させるようにしたことを特徴
   とする燃焼炉における燃焼状態の制御方法。 ２ 比較的高圧の空気または蒸気を用いて油の霧化を行
   なう高圧気流噴霧式油バーナを使用して各種工業用炉に
   おいて燃焼を行なうにあたり、炉内圧力に重畳した微小
   圧力振動を検出しその信号に基づいてアトマイズ量を制
   御する方法であつて、炉内圧力振動のうち少くとも燃焼
   状態が変化する場合にそれに対応して振動パターンが変
   化する周波数帯域を予じめ検出し、各種工業用炉の１ヒ
   ートサイクルのうちの目的とする燃焼状態における振動
   波形のフーリエ解析を行ない、得られたパワースペクト
   ルから、振動の全体のエネルギーの積分値に対する前記
   特定周波数帯域のエネルギーの積分値の比を設定値とし
   、各燃焼状態における炉内圧力振動から同様の振動の波
   形解析をリアルタイムで実施し、それによつて得られる
   各燃焼状態における振動の全体のエネルギーの積分値に
   対する前記特定周波数帯域のエネルギーの積分値の比と
   、前記設定値との偏差に応じて、アトマイズ量を変化さ
   せるようにしたことを特徴とする燃焼炉における燃焼状
   態の制御方法。