JPS6234088Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はボイラ等の燃焼装置における燃焼を制
御する燃焼制御装置に関する。

近来、ボイラ等の燃焼装置においては、その排
ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、NO_xと称す
る。）の量を抑制することが要求されている。こ
のため、種々の手段が採用されているが、そのう
ちの有効な手段の一つとして、低酸素燃焼により
生じる中間生成物を還元剤として利用する手段が
ある。以下、第１図によりその概略を説明する。

第１図はボイラ装置の概略構成図である。図
で、１はボイラ火炉、２は火炉前壁である。３は
火炉前壁２に設けられて火炉１内に燃料を供給す
る下段バーナ（主バーナ）、４は下段バーナ３の
燃料に対する燃焼用空気を供給する下段風箱、５
は下段バーナ４の上方に設けられ火炉１内に燃料
を供給する上段バーナ（副バーナ）、６は上段バ
ーナ５の燃料に対する燃焼用空気を供給する上段
風箱である。７は上段バーナ５の上方に設けられ
火炉１内に燃焼用空気を供給するアフタエアポー
ト、８はアフタエアポートの風箱である。１０は
ボイラ火炉１の上方のガス流通路に設けられた過
熱器である。１１は下段バーナ３の燃料量を調節
する下段燃料量調節弁、１２は上段バーナ５の燃
料を調節する上段燃料量調節弁、１３は下段風箱
４への空気流量を調節する下段バーナ空気流量制
御ダンパ、１４は上段風箱６への空気流量を調節
する上段バーナ空気流量制御ダンパ、１５はアフ
タエア風箱８への空気流量を調節するアフタエア
ポート空気流量制御ダンパである。

このような構成において、下段バーナ３におい
ては火炉１内へ供給される燃料に対して充分な空
気が供給され（空気量対燃料量の比である空燃比
が大きくされ、）主燃焼域が形成される。一方、
上段バーナ５においては、これとは逆に燃料過剰
の状態（空燃比が小）とされ、還元燃焼域が形成
される。この還元燃焼域の燃焼過程において、燃
焼中間生成物（例えば、NH₂、C₂ラジカル等）が
生成され、これらの中間生成物の還元能力によ
り、下段バーナ３で発生したNO_xはN₂とO₂とに
分解され、結局、排ガス中に含まれるNO_xの量は
低くなる。その後、アフタエアポート７からの空
気の供給により完全燃焼が行なわれる。

ところで、上段バーナ５の空燃比は前記のよう
に還元性の燃焼中間生成物を生成するため極めて
低い値とされるので、特に燃焼装置の起動、停止
時、負荷の増加、減少時、低負荷運転時にバーナ
の吹き消えが生じ易く燃焼が不安定となり、著る
ししい場合には炉内爆発を生ずるおそれがあると
いう欠点があつた。

本考案の目的は、上記従来の欠点を除き、燃焼
の安定性を損うことなくNO_xを低減することがで
きる燃焼制御装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本考案は、燃焼装置
の負荷に応じた負荷信号を入力し、この負荷信号
がある定められた設定値以下のときには大きな空
燃比信号を発生し、上記設定値を超えたときには
小さな空燃比信号を発生する空燃比信号発生手段
を備え、得られた空燃比信号に応じた値の信号に
より還元燃焼域を構成する上段バーナ（副バー
ナ）の空気量制御ダンパを調節するようにしたこ
とを特徴とする。

以下、本考案を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第２図は本考案の一実施例に係る燃焼制御装置
のブロツク図である。この図で、１６は燃焼装置
の負荷に応じて信号を出力する負荷信号発生器で
ある。この負荷信号は蒸気流量や負荷設定手段の
操作等種々の部分から得ることができる。１７は
燃焼装置の燃焼の自動／手動切換器である。１
８，１９は負荷信号発信器１６からの負荷信号
を、自動／手動切換器１７を介して入力し、この
負荷信号に対して所定の空燃比を出力する関数発
生器である。ここで関数発生器１８，１９の特性
を第３図を参照しながら説明する。

第３図は関数発生器１８，１９の負荷信号に対
する空燃比の特性図である。図は横軸に負荷の大
きさが、又、縦軸に空燃比がとつてある。Ａは関
数発生器１８の特性を示すものであり、どのよう
な負荷の大きさに対しても空燃比は一定、例えば
図示のように1.0に設定されている。Ｂは関数発
生器１９の特性を示すものであり、負荷０％のと
きの空燃比は直線Ａの値1.0より小さな値0.8とさ
れ、又、負荷75％のときの空燃比は0.4とされ、
負荷０％から負荷75％までの間は負荷に応じてほ
ぼ直線的に空燃比が減少し、75％を超える負荷に
対しては空燃比が一定値0.4であるように設定さ
れている。したがつて、関数発生器１８の出力は
常に1.0であるが、関数発生器１９の出力は負荷
の大きさにより変化する。

再び第２図の説明に戻る。２０下段バーナ空気
流量信号発信器、２１は上段バーナ空気流量信号
発信器であり、それぞれ下段バーナ３および上段
バーナ５において、火炉１内に供給される燃料量
に対して通常燃焼に必要な空気量に応じた信号を
出力する。２２，２３は乗算器であり、乗算器２
２は関数発生器１８の出力と下段バーナ空気流量
信号発信器２０の出力を乗算し、又、乗算器２３
は関数発生器１９の出力と上段バーナ空気流量信
号発信器２１の出力を乗算する。乗算器２２の出
力信号は下段バーナ空気流量制御ダンパ１３へ、
又、乗算器２３の出力信号は上段バーナ空気流量
制御ダンパ１４へ送られる。

本実施例の場合、関数発生器１８の空燃比出力
信号は空燃比1.0に応じた信号であるので、乗算
器２２からは主バーナ空気流量信号発信器２０の
出力信号が出力され、この信号に応じて下段バー
ナ空気流量制御ダンパ１３の開度が調節され、所
定の空気量が燃料とともに火炉１内に供給され
る。一方、関数発生器１９の空燃比信号は負荷が
75％以下のとき、即ち、燃焼装置の起動、停止
時、低負荷運転時等においては空燃比出力信号は
負荷に反比例し、負荷が75％を越える範囲にある
とき、即ち、燃焼装置が高負荷での運転状態にあ
るとき、空燃比出力信号は空燃比0.4に応じた小
さな一定値の信号となる。したがつて、副バーナ
空気流量信号発信器２１の信号はそのときの燃焼
装置の負荷の大きさにより乗算器２３において第
３図に示す曲線Ｂに応じた値に変換せしめられ、
この値により上段バーナ空気流量制御ダンパ１４
の開度が調節され、これに応じた空気量が燃料と
ともに火炉１内に供給される。このため、例えば
燃焼装置の起動時において、その起動当初には空
燃比0.8と多量の空気を供給してバーナの吹き消
え等の燃焼の不安定性が排除され、起動が進み負
荷が大きくなるとこれに応じて徐々に空燃比を小
さくして空気量を減少し、燃焼中間生成物の発生
を促進してNO_xの発生を抑制し、高負荷運転に至
つて空燃比を最小にしてNO_xの発生を最大限に抑
えるものである。燃焼装置の停止、その他の場合
の動作もこれに準じて行なわれる。

なお、関数発生器１８，１９の第３図に示す特
性において、空燃比の値1.0，0.8，0.4、負荷の値
75％は必ずしもこの値に限ることはなく、他の適
宜の値を設定することができる。

このように、本実施例では、低負荷時に空燃比
が大きく、所定の負荷までは空燃比が負荷の大き
さに反比例し、負荷が前記所定の負荷を超える範
囲では空燃比が前記所定の負荷のときの値に一定
となるような関数発生器を設け、この関数発生器
の空燃比出力信号に応じて上段バーナ空気流量制
御ダンパを制御するようにしたので、バーナの吹
き消えや炉内爆発のおそれはなく、燃焼の安定性
を損うことなくNO_xを低減することができる。

第４図は本考案の他の実施例に係る燃焼制御装
置のブツク図である。

第４図で、第２図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。２４は燃焼装置
における排ガス中のNO_x濃度を検出し、この濃度
に応じた信号を出力するNO_x信号発信器、２５は
所望のNO_x濃度を設定する設定器であり、設定さ
れた濃度に応じた信号を出力する。２６は減算器
であり、NO_x信号発振器２４の信号値と設定器２
５の信号値とを入力し、その差の値の信号を出力
する。２７は減算器２６の信号を入力し、その差
の値により、関数発生器１８，１９の空燃比信号
の補正量を求める調節器である。即ち、調節器２
７は排ガス中の実際のNO_x濃度と設定された所望
のNO_x濃度との間に差がある場合は、関数発生器
１８，１９の第３図に示すような特性をその差に
応じて補正するのに適した値を発生するものであ
る。調節器２７には燃焼装置、関数発生器１８，
１９の特性等により、関数発生器や乗算器等が用
いられる。２８，２９は自動／手動切換器、３
０，３１は調節器２７で得られた補正信号をそれ
ぞれ関数発生器１８，１９の信号に加算して新た
な空燃比信号とする加算器である。

さきの実施例および本実施例における関数発生
器１８，１９の特性は一度設定した後は不変であ
る。ところが、設定された特性が必ずしも常に最
適な特性であるとはいえず、このため、第２図に
示すさきの実施例の制御装置ではNO_x濃度を所望
のレベルに保持することができない場合が生ず
る。本実施例の制御装置はこのような事態の発生
を避けるものである。即ち、NO_x信号発信器２４
と設定器２５の信号を減算器２６に入力すること
により、実際のNO_x濃度と所望のNO_x濃度との差
を演算し、算出された差の値に基づいて調節器２
７により補正信号を得、この補正信号で関数発生
器１８，１９の空燃比信号を補正し、特に上段バ
ーナの空燃比を、NO_x濃度が所望の値になるよう
に調整する。

このように、本実施例では、低負荷時に空燃比
が大きく、所定の負荷までは空燃比が負荷の大き
さに反比例し、負荷が前記所定の負荷を超える範
囲では空燃比が前記所定の負荷のときの値に一定
となるような関数発生器を設け、さらに、この関
数発生器の空燃比出力信号を実際のNO_x濃度と所
望のNO_x濃度の差により補正できるようにし、補
正された空燃比信号に応じて上段バーナ空気流量
制御ダンパを制御するようにしたので、さきの実
施例と同じ効果を奏するとともに、NO_x濃度を所
望の値に保持することができる。

なお、以上の実施例の説明においては、下段バ
ーナ、上段バーナに属する関数発生器の特性を第
３図に示す特性としたが、このような特性に限定
されることはなく、燃焼装置の負荷がある設定値
以下のときは大きな空燃比信号を出力し、前記設
定値を超えるときには小さな空燃比信号を出力す
るものであればよい。又、ボイラ装置は前面燃焼
方式のものを示したが、バーナが対向して設置さ
れるいわゆる対向燃焼方式のものに対しても適用
できるのは当然である。

以上述べたように、本考案では、負荷の大きさ
がある定められた設定値以下のとき大きな空燃比
信号を出力し、前記設定値を超えた大きさのとき
小さな空燃比信号を出力する手段を設け、この空
燃比信号に応じて上段バーナ（副バーナ）の空気
量制御ダンパを調節するようにしたので、バーナ
の吹き消えや炉内爆発のおそれがなく、燃焼の安
定性を損うことなくNO_xを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラ装置の概略構成図、第２図は本
考案の一実施例に係る燃焼制御装置のブロツク
図、第３図は第２図に示す関数発生器の特性図、
第４図は本考案の他の実施例に係る燃焼制御装置
のブツク図である。 １……ボイラ火炉、３……下段バーナ、５……
上段バーナ、１４……上段バーナ空気流量制御ダ
ンパ、１６……負荷信号発信器、１８，１９……
関数発生器、２０……下段バーナ空気流量信号発
信器、２１……上段バーナ空気流量信号発信器、
２２，２３……乗算器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 主燃焼域を構成する主バーナと、この主バー
   ナの下流に設置されて還元燃焼域を構成する副
   バーナと、この副バーナの空気量制御ダンパと
   を備えた燃焼装置において、負荷に応じた信号
   を発生する負荷信号発生手段と、この負荷信号
   の入力によりその負荷信号がある定められた設
   定値以下のとき高い空燃比信号を発生し前記設
   定値を超える負荷信号に対しては低い空燃比信
   号を発生する空燃比信号発生手段と、この空燃
   比信号発生手段により得られた空燃比信号に応
   じて前記副バーナの空気量制御ダンパを調節す
   る手段とを設けたことを特徴とする燃焼制御装
   置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
   記空燃比信号発生手段は、負荷信号が前記設定
   値以下の範囲では負荷信号の増加に応じてある
   定められた最高値からある定められた最低値ま
   で減少し、負荷信号が前記設定値を超える範囲
   では前記最低値を出力する関数発生器で構成さ
   れていることを特徴とする燃焼制御装置。