JPS63286614A - ボイラの燃焼制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ燃焼において、バーナの点消火時の燃
料量変動を抑制し、燃料要求値に対して常に最適な燃料
流量調節を可能ならしめるに好適な燃焼制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、ボイラ燃焼設備は燃料流量調節弁と燃料流量制
御装置およびバーナ点消火装置により構成されている。

従来の燃料流量制御は、燃料要求値と燃料供給量との偏
差に基づいて比例積分動作による制御となっていた。そ
のために、バーナ点消火等の急速な動作に対して流量が
追従しきれずに突変的な流量偏差を生じ、この偏差が収
束するまで過大な燃料が流れることになる。特に１貫流
ボイラの蒸気温度特性は、給水量と燃料量の比率により
決まる特性を有しているため、早急に燃料量を要求値に
引く戻す必要があるが、この引き戻し動作が遅れるため
に、蒸気温度の変動やＮＯＸ値等の急変を生じていた。

以上の従来技術を第２図、第３図により以下に説明する
。

第２図において、１はボイラ、２はボイラ１中に設けら
れた水管であり、図示されない給水ポンプにより給水が
行われる。燃料は、パイプ３を通って燃料流量調節弁４
で調節され、バーナ元弁５ａ、５ｂ”・５ｎを通ってバ
ーナ６ａ、６ｂ、−６ｎに供給される。一方、燃焼用空
気は、風箱７に送風され、各バーナに供給されている。

添字ａ〜ｎは各バーナを示し、以下の説明では記載を省
略する。

８はボイラ燃料流量制御系のブロック図を示す。

制御系８中の９は燃料流量の要求値である。流量検出器
１０により測定された燃料流量は一次遅れ器１１を通し
て制御用燃料流量信号１２となり。

比較器（減算器）１３において指令値と比較（減算）さ
れ、その結果の信号はＰＩ演算器１４に入力された比例
及び積分演算動作により燃料流量調節弁４を制御する信
号となる。

一方、バーナ６は、燃料量に応じ使用本数を変えて、火
炉内熱分布を均一にするとともに、バーナ毎の流量が適
正な値となるように運用されている。

第３図は、燃料流量調節弁４の流量制御とバーナ点消火
動作のうち、点火時の相互関係を図示したものである。

図の上半分は、バーナ入口圧力ＰＢと燃料量Ｆとの関係
を示す。すなわち、バーナ点大本数がそれぞれｎ、ｎ＋
１のときのバーナ特性曲線１５．１６及び燃料流量調節
弁４の流量特性曲線１７〜１９（１７はバーナｎ＋１本
目点火時、１８はバーナｎ本および１９はバーナｎ＋１
本のときの定常時流１特性曲線）により、各バーナの点
消火時のバーナ入口圧力Ｐａと燃料量Ｆの関係を示して
いる。

今、バーナｎ零時のバーナ特性１５とこの時の燃料流量
調節弁４の流量特性曲線ＣＶ、１８との交点Ａの状態の
ときに更に１本点火されてｎ＋１のバーナ特性１６にな
った場合を考える。この場合、バーナ特、性の変化の方
が燃料流量調節弁４の流量特性の変化よりも早いため、
まずバーナ特性１６と流量特性曲線１８との交点Ｂに向
い、燃料量Ｆの増加を生じて流量制御により流量特性曲
線１７の方向に燃料流量調節弁４が絞られ、０点に向う
ことになる。一方、燃料量要求の増加に対して、燃料流
量調節弁４は流量特性曲線１９の１方向に調節され、Ｃ
よりＤ方向に向うことになる。

第３図の下半分は、負荷増加時にｎ＋１本目点火＋２本
目０バーナを点火したときの時刻ｔと燃料量Ｆとの関係
を示したものである。負荷増加時のため、ボイラ静特性
時の燃料量２ｏよりオーバファイアリングされ、２１に
示すような特性で燃料流量制御されている。ｎ＋１本目
点火時の燃料量Ｆは、この曲線上のａよりｂに上昇しＣ
に収束する流量特性２２のように、点火時の流量に急変
が生じることになる。ｎ＋２本目０バ火時にも同様な流
量急変現象が生じる。第３図には示していないが、バー
ナ消火時にもこの逆の現象が生じて、燃料量Ｆは急減す
ることになる。

従来１例えばオーム社発行「ボイラの自動制御Ｊ第３章
等でボイラの制御方式が述べられているが、上述したよ
うな問題点及びその解決策）については触れていない。

【発明が解決しようとする問題点〕

バーナ点消火時には、第３図に示すように、燃料量Ｆは
流量特性２２のごとく急変が生じることになり、ＰＩ演
算器１４により燃料流量調節弁４を調整する間中残るこ
とになる。特に１貫流ボイラの場合には、水燃比の狂い
を生じて蒸気温度に変動を与えたり、ＮＯＸ値の急変を
生じる等の問題があり、燃焼系統の応答特性に影響を与
え、ユニット全体の負荷追従性能を制限する要因となっ
ていた。

本発明の目的は、ボイラの燃焼制御において、バーナ点
消火時の燃料量変動の抑制を図ることにある。また、応
答性を改善し、ユニットの負荷追従能力の向上を可能な
らしめることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ボイラの負荷によって定められる燃焼量要
求値と稼動バーナの本数とに基づいて燃焼量調節器の開
度を演算し、該演算値に基づいて前記開度を設定する燃
焼制御方法を採用することにより達成される。あるいは
、さらに上記演算した値と、前記燃焼量要求値と前記稼
動バーナへ供給される燃料量との偏差に対応した前記燃
焼量調節器の開度と、を加算した加算値に基づいて該開
度を設定する燃焼制御方法を採用することによって達成
される。

すなわち、燃料量について言えば、燃料量要求値、バー
ナ本数信号、燃料流量調節弁４の特性及びバーナ６の特
性とから、燃料流量調節弁４への最適な先行信号を演算
により求めて、バーナ点消火に応じて最適な先行制御と
なるようにし、また従来の比例十積分動作のフィードバ
ック制御に、この先行制御信号を加え、フィードバック
制御と先行制御を併用することにより達成される。

これらの関係を、第３図をもって説明すると。

従来制御では、バーナ点消火時の流量特性は点Ａ→Ｂ−
＋Ｃ−）Ｄと変化し、燃Ｒ量はａ−＋ｂ−＋ｃと、流量
特性は２２のように変化したが、本発明による先行制御
では、燃料流量調節弁４の開度を使用バーナ本数信号に
より定常時流１特性曲線１８より点消火時流１特性曲線
１７に急速に制御し、Ａ点より０点の方向に向わせるこ
とで、流量特性２２の流量変動を抑制し、ａ−４０に向
うように改善しようとするものである。

〔作用〕

本発明によれば、ボイラの負荷によって定められる燃焼
量要求値と、稼動バーナの本数と、にょって燃焼量を制
御する調節器の開度が演算され、または、さらに上記演
算した値と、前記燃焼量要求値と前記稼動バーナへ供給
される燃料量との偏差に対応した前記燃焼量を制御する
調節器の開度と、を加算した加算値に基づいて開度が設
定されるので、流量変動を効果的に抑制できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第４図〜第７図によ
り説明する。

第１図は、本実施例の燃料制御系のブロック図である１
図中の２３は本発明の方法に従って燃料斌調接弁へり最
適先行信号を演算する。先行信号演算回路である。光行
信号演算回路２３で演算された最適信号２５は、加算器
２６で１４のＰＩ演算器の出力であるフィードバック信
号と加算されて、調節弁４の制御信号となる。なお、第
１図中の他の要素は第２図におけると同一であり、第２
図におけると同一の符号で示す。

次に、本実施例の動作について説明する。本実施例では
１ｍ料量要求値とバーナ本数より燃料流量調節弁４への
最適な先行制御信号を演算により求めて先行制御する。

この最適な先行制御信号は、以下の手順により、バーナ
流量特性と燃料流量調節弁４の開度性により求められる
。

燃料量要求値９をＦＦＤ、バーナ本数２４をｎ燃料流量
調節弁４の入口圧力をＰＯ、バーナ入口圧力をＰａ、燃
料量１２をＦ、燃料流量調節弁４の人、出側間差圧をΔ
Ｐｖ、燃料流量調節弁４とバーナヘッド間の配管での圧
力損失をへＰｉ、バーナ１本の燃料流量をｆ、燃料流量
調節弁４の流量係数をＣｖとした場合、油燃料のときに
は、次のような特性式が成立する。

ｆ　＝　Ｆ　／　ｎ　　　　　　　　　　　　　　・・
・（１）ｆとＰａとの特性曲線（第７図に示す）よりＰ
ｓを算出　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
２）ΔＰ露＝Ｋ　ｔ　Ｆ　”　　　　　　　　　　　　
・・・（３）ΔＰｖ＝Ｐｏ−Ｐａ−ΔＰ＃　　　　　　
　−（４）ＣＶ　＝　Ｋ　ｖ　Ｆ　／　Ｅ曾；−（５）
ここに、Ｋ杓Ｋｖは定数 一方、燃料流量調節弁４の開度特性は、第６図のごとく
、弁開度りとＣｖの曲線で示され、バーナ特性は、第７
図のごとく、バーナ入口圧力Ｐａと流量ｆの曲線で示さ
れる。通常、燃料流量調節弁４の入口圧力Ｐｏは圧カ一
定制御されており、その圧力変動は少ないため一定値と
見なすことができるので、（１）〜（５）式中の燃料量
Ｆを燃料量要求値ＦＦＤとして演算し、燃料流量調節弁
４の開度指令値りの演算が可能であり、このＬの値が最
適先行信号となる。これらの演算を示すと、次のように
なる。

ｆ＝ＦＦＤ／ｎよりｆを求め　　　　　−（６）ｆとＰ
ａとの特性曲線（第７図に示す）よりＰａ　を算出し、
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（７）ΔＰ錐”
　Ｋ　＊　Ｆ　２よりΔＰ、を求め　　　　・・・（８
）、Ｄ１百：　Ｐ　ｏ　−Ｐ　ａ−ΔＰａよりΔＰｖを
算出し、ΔＰｖとＦＦＤ９より燃料流量調節弁４の必要
ＣＶを算出し、　　　　　　　　　　　・・・（１０）
このＣｖ特性より弁開度りを演算する。・・・（１１）
以上が本実施例での燃料流量調節弁４への最適先行信号
りを求める方法である。

第４図に第１図に示した先行信号演算回路２３の構成を
説明するブロック図を示す。割算器２７で式（６）を行
い、式（７）を関数発生器２８で演算し１式（８）を関
数発生器２９等で近似演算し、式（９）を加減算器３０
で演算し、式（１０）を開平器３１と割算器３２で演算
し、式（１１）を関数発生器３３で演算して最適先行信
号２５を演算で求めるようにしたものである。第６図は
ブロック３３の特性を示す゛もので、燃料流量調節弁４
の調節弁特性により決定される固有特性であり、第７図
はバーナ６のバーナ特性２８を示したもので、本特性も
バーナ固有の特性である。

第５図は、燃料流量調節弁の流量を一定に制御した場合
のバーナ点火時の先行値２５と燃料量Ｆのチャートを示
す。図中の点線の特性曲線は従来の制御信号を示す。流
量調節弁４の開度りは、バーナの点火により背圧が減り
、流量Ｆを一定に保つため小となる。ｎ、ｎ＋１本目点
火時、燃料流量調節弁４への制御信号３４は、従来制御
では３４Ａのものが、先行信号２５により３４Ｂのよう
に改善され、燃料流量３５も従来３５Ａのものが３５Ｂ
のように改善されることを示したものである。

本実施例によれば、第１図に示すように、ボイラ燃料量
制御系にフィードバック制御及び先行制御を適用するこ
とができ、常に燃料量要求値に最適かつ速やかに応動で
きる。したがって、ユニットの負荷追従性能の向上が実
現できるとともに。

バーナ点消火と連動しているため、バーナ点消火時の燃
料急変が抑制され、過度な燃料投入が抑制される等の効
果がある。

また、ボイラ燃料の急速絞り込み時にも、本実施例の先
行制御があると、多少のバーナ消火の遅れがあっても、
燃料調節弁の絞り込みが調整されるために、確実に要求
燃料値に絞り込まれる。ボイラ保安上も好ましい効果が
ある。

なお、本発明は、燃料量制御以外でも、例えば、燃焼空
気量制御とバーナエアレジスタ制御との協調制御にも適
用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボイラの負荷によって定まる燃焼量要
求値と、稼動バーナの本数とに基づいて燃焼量調節器の
開度を調節できるので、負荷の変動に的確に対応できる
。また、バーナ点消火時の供給燃料量の急変が防止され
るため過度な燃料投入が抑制される。

さらに、上記開度に前記燃焼要求値と前記稼動バーナへ
供給される燃料量との偏差に対応した前記燃焼量調節器
の開度を加算した値により前記燃焼量調節器を調節して
負荷追従性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の燃料制御系ブロック図、第２図は従来
例の燃料制御系構成図、第３図はバーナ圧力と燃料流量
とをバーナ特性と燃料流量調節弁特性とでバーナ点消火
時の動作を示す説明図、第４図は最適先行信号計算のブ
ロック図、第５図はバーナ点火時先行信号と燃料量の動
きを示すチャート図、第６図は燃料流量調節弁の流量係
数と弁開度の関係図、第７図はバーナの流量と入口圧力
の関係図を示す。 ４・・・燃料流量調節弁、９・・・燃焼量要求値、２３
・・・先行信号発生回路、２４・・・点火バーナ本数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボイラの負荷によって伝められる燃焼量要求値と稼
   動バーナの本数とに基づいて、燃焼量を制御する調節器
   の開度を演算し、該演算値に基づいて前記開度を設定す
   ることを特徴とするボイラの燃焼制御方法。 ２、ボイラの負荷によって定められる燃焼量要求値と、
   稼動バーナの本数とに基づいて燃焼量を制御する調節器
   の開度を演算し、該演算した値と；前記燃焼量要求値と
   前記稼動バーナへ供給される燃料量との偏差に対応した
   前記燃焼量を制御する調節器の開度と；を加算した加算
   値に基づいて該開度を設定することを特徴とするボイラ
   の燃焼制御方法。 ３、前記開度の演算が、前記燃焼量要求値と前記稼動バ
   ーナ本数からバーナ１本あたりの流量を算出し、該バー
   ナ１本あたりの流量からバーナヘッダより下流の圧力を
   算出し前記燃焼量要求値から前記燃焼量を制御する調節
   器とバーナヘッダ間の配管による圧力損失を算出し、該
   圧力損失と前記燃焼量を制御する調節器の入口圧力およ
   び前記バーナヘッダより下流の圧力とから該燃焼量を制
   御する調節器の差圧を算出し、該差圧と前記燃焼量要求
   値とから前記燃焼量を制御する調節器の流量係数を算出
   し、該流量係数から前記燃焼量を制御する調節器の開度
   を演算することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   のボイラの燃焼制御方法。