JPS6329111A

JPS6329111A - 燃焼装置における空燃比制御方法及び装置

Info

Publication number: JPS6329111A
Application number: JP61176875A
Authority: JP
Inventors: Hitoyo Nakayama; 仲山　一十四; Yonekichi Aoki; 青木　米吉; Shinichi Sekiguchi; 申一関口
Original assignee: SEKIGUCHI KK; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: SEKIGUCHI KK; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1988-02-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551411B2

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）本発明はボイラや各種工業炉などの燃焼装置において、
適正な燃焼制御を行うための燃焼装置における空燃比制
御方法及び装置に関するものである。

（従来技術）一定の燃料を燃焼するのに必要な理論空気量と実空気量
との比を空燃比といい、次式で表される。

空燃比を１に近づける。すなわち、過剰空気量を少なく
すると、燃焼効率は向上するが発煙量が多くなる。

反対に過剰空気量があまり多いと、燃焼効率が悪くなる
他にＮｏＸ　、　ＳｏＸの量が増し、公害防止からも極
力少なくない過剰空気量での燃焼が望まれる。

第２図は、特開昭５７−１５０７２８号公報に示された
従来の燃焼装置における空燃比制御装置を示すもので、
（１）はパッケージボイラ、（２）は汽水ドラム、（３
）は給水管、（４）は蒸気管、（５）はバーナ、（６）
は燃料供給管、（７）は送風機、（８）は排ガスダクト
、（１０）は自動燃焼制御装置（ＡＣＣ）、（１２）は
コント−ロールモーター、（１４）はリンク機構、（１
５）は燃料弁、（１６）は空気ダンパ、（１９）は酸素
ガス濃度分析計（０□センサー）、（２０）は０□コン
トローラである。

同図において、パッケージボイラ（１）の燃焼室へは燃
料供給管（６）から供給された燃料と送風機（７）によ
り供給された空気がバーナー（５）によって吹き込まれ
て燃焼する。

発生した蒸気は汽水ドラム（２）から蒸気管（４）を通
って負荷へ供給される。

パッケージボイラの蒸気管（４）から自動燃焼制御装置
（ＡＣＣ’）　　（１０）へ蒸気圧力が導かれており、
この圧力の工程によってΔｃｃ　（１０）はコントロー
ルモーター（１２）へ信号を送り、コントロールモータ
ー（１２）からリンク（１４）によりリンクされたレバ
ーが一斉に動くようになっている。このリンク（１４）
には燃料弁（１５）や空気ダンパー（１６）がレバーを
通じてジヨイントされている。予め、これら弁やダンパ
ーの特性が調整されていれば、コントロールモーター（
１２）の’ＩＪＪきによってボイラへの燃料投入制御が
機械的に行われる。

又、排ガスダクト（８）の内部に挿入された０！センサ
ー（１９）によって０２（酸素濃度）が測定される。

その信号が０□コントローラ（２０）に導かれ、−方コ
ントロールモーター（１２）の動きが０□コントローラ
（２０）の負荷検出器で検出され、０□コントローラ（
２０）はその動きの関数値を設定値として空気ダンパー
（１６）の動きを修正するように作用するようになって
いる。

（発明が解決しようとする問題点）以上のような従来のものはボイラ内の圧力調整が自動燃
焼制御装置（ＡＣ（：　）を通し、設定圧力とその時の
負荷を比較し、その差をリンク（１４）により燃料弁（
ＡＣ弁）と押込み空気ダンパー（ＦＤＰ　）の開度を調
整するようになっているもので、０□トリミングを行う
場合はマスターコントロールモーターの軸に０□コント
ロールを設け、各負荷の燃料量の代価を目標値としてシ
ーケンサ−にセットしておき、排ガスダクト（８）に設
置されたジルコニア式０２濃度計で計測された値を前記
目標値と比較演算し、その偏差値をＰＩＤ演算し、送風
機を回転制御するものである。

つまり、各負荷点におけるダンパー開度を予めリンク機
構で決めておき、更に目標値と実測値の差を出してモー
ターの回転制御をすることにより適正０２量で運転する
ものである。

以上のような方式は三位置制御でなく比例制御であるが
、０□の設定目標値はＡＣ弁開度に合わぜて設定しであ
るため経時変化による弁座の摩耗で油量が変化し、設定
目標値の補正を必要とする。補正はリンクの長さ、ジヨ
イント位置の変更で調整を行うため、望ましい調整は難
しい上、リンク自体の摩耗による接合部の遊びなどによ
りダンパー調整が徐々にくるい易く、細かな管理が必要
である。

又、増加減少によるヒステリーシスが大きくなり設定値
と実測値の偏差が大きくなれば微調整が更に難しくなる
。

リンク接続であるため、継ぎ目の摩耗によりガタが生じ
ダンパー調整がくるい易い。

一方、噴燃ポンプは比例制御の場合、負荷に関係なく一
定回転、一定圧力で運転されており、油量調整はバイパ
ス回路で行っているため、噴霧圧力が不安定でこれが油
量不安定になっていることに加え、重油の場合、油温の
変動が粘性変化となり、噴霧圧及び噴霧量が変化するの
で０２量があまり絞り切れず過大になってしまう。

又、０□センサーの問題として、センサーはジルフェア
式、又は磁気式等で行うが、工業用としてはジルコニア
式が多くセンサーを定期的に標準ガスによって調整する
必要があり、又故障も多く経費が高い。ここで磁気式が
一般的でないのは、０□が磁気化するという性質を利用
しているもので、測定用として使用されているが連続測
定ができないことにある。これは使用後清掃する必要が
あるからである。

又、以上のような０２センサーを用いた制御はセンサー
の信号と設定信号とを比較してコントロールしているこ
とと、排ガスダクトにセンサーがあるため燃焼後２〜３
秒後でないと検知せず、そのため応答おくれがある。

（問題点を解決するための手段）本発明の技術的課題は、酸素濃度計を使用することなく
燃料量、風量、及び必要に応じて燃料噴霧用気体や燃焼
補助用気体または流体等の量を多段にかつ段階的に制御
し、各負荷ごとに適正な燃焼を行わしめる燃焼方法と装
置を提供しようとするものである。

この技術的課題を解決する本発明の技術的手段は、負荷
変動を検出し、入力信号に変換して、該入力信号から次
の選ぶべき負荷位置を演算し、負荷位置に相当する各種
の出力データを、あらかじめ各負荷位置ごとに各種の出
力データが設定可能な各メモリー内から呼び出し、出力
することにより負荷変動に追従した燃焼制御を行なう燃
焼装置における空燃比制御方法で、この方法に直接使用
する装置としては、負荷変動を検出する負荷計と、検出
負荷を信号に変換する変換器と、該変換器からの信号と
前の信号とを比較演算し負荷位置を決定し、該負荷位置
に相当する出力データを、あらかじめ各負荷位置ごとに
各種の出力データが設定可能な各メモリー内から呼び出
し、出力する制御装置と、該出力信号によって制御され
る各モーター用の各周波数変換器および、弁かつまたは
ダンパー等の開度を調節する各ポジショナとで構成され
た燃焼装置における空燃比制御装置である。

制御装置では、入力信号と前の信号とを比較演算して負
荷の増減を判断するＰＩＤ演算器によって負荷の変位状
態を知り、次に負荷位置決定演算器によって出力する出
力データーを決定するための負荷位置を決定して、出力
データー選別演算器に、予め各種負荷位置ごとに各種の
出力データーが設定可能な各メモリー内から、出力する
データーを呼び出させ、出力データーの一部か全部を表
示するとともに、各調節位置に負荷の変位状態に対応す
る出力信号を出すようになっている。

尚、ここで各メモリーといっているのは、メモリーとし
てマイクロコンピュータ−の記憶装置であるメモリーを
利用する他、アナログ信号をデーターとして呼び出する
ことができるため、機械量を電気信号に変換する摺動抵
抗型の変位−電圧変換器であるポテンションメータ等ア
ナログ表現の制御機器も一種のメモリーと解せるからで
ある。

その他の制御装置の機能として、インバーターの故障時
の対策のため、インバーターをバイパスして商用電源を
直接モーターへ供給する切り替え機構を備えるとともに
、該商用電源用の各負荷位置における出力もメモリー内
にデーターとして記憶しておき、電気的切り替えのみで
インバーター故障時の制御方法ができるようにしておく
のが望ましい。

（発明の効果）本発明の燃焼方法および装置では、酸素濃度計を使用す
ることなく、負荷変動に比例した適正な燃焼を行なうと
ともに、排気ガス中の酸素濃度を適正に維持することが
できるので、燃焼効率が向上する。このことは、ボイラ
設備を利用して実験を行った結果、第７図のごと〈従来
の設備における排気ガス中の酸素濃度は酸素センサーを
利用したフィードバック制御を行っているため、発煙限
界まで酸素を絞ることが難しいが、本発明の燃焼制御装
置を取り付けた設備では、発煙限界近くまで酸素濃度を
抑制できるので、従来の設備に比較して２０〜５０％程
度まで酸素濃度を低く設定できる。

また、酸素濃度計を必要としない制御装置を用いたこと
は、燃焼制御にフィードバックが必要なくなり、燃焼制
御方法としては、負荷変動に対する燃焼の変化において
適正な燃焼を行わしめるうえで、迅速な対応ができるこ
とになる。

また、負荷変動に対応する各種出力の増加減少において
ヒステリーシスがなくなり、安定した燃焼が得られる。

その他、各負荷位置における出力データーの設定変更、
微調整は各メモリー内のデーターの変更で実施でき、そ
の操作方法も設定データー値の増減で行なうことができ
、管理が簡単であるとともに、運転中にも微妙な調節が
可能である。

更に、本発明の制御装置により、リンク等による機構的
調節部分がないので、出力値と実行結果に狂いがなく、
制御の信顛性が高い。

また、送風機動力をみると、段階的制御による迅速な燃
焼制御のため、従来の制御方法と比べて、排気ガス中の
酸素濃度が低くなった分だけ低い動力で済み、特に低燃
焼時は低い動力で済むため大幅な省力化が可能である。

その他、インバーター故障対策を講じである場合は、故
障時から運転復旧まで要する時間、機器の停止をするこ
となく、しかも電気的切換えのみで対応できるため、可
変速制御装置をそなえた本システムの信頼性を高めるこ
とになる。

（実施例）第１図において（１）はパッケージボイラ、（２）は汽
水ドラム、（３）は給水管、（４）は蒸気管、（５）は
バーナー、（６）は燃料供給管、（７）は送風機、（８
）は排ガスダクト（３３）は燃料噴霧用気体の導管、（
９）は圧力計つまり負荷計である。負荷計としては、圧
力計の他に温度計や流量計等の場合もある。

負荷変動は、圧力計（９）で検出され、圧力調整器（１
７）で信号となり、一定間隔で制御装置（２１）に入力
信号として供給する。

制御装置（２１）では、圧力調節器（１７）からの信号
を、ＰＩＤ演算器（２３）で、前の信号と比較演算して
負荷の増減を判断するとともに、負荷の変動状態を知っ
ておく。次に、負荷位置決定演算器（２５）により出力
する出力データーを決定する負荷位置を決定してから、
出力データー選別演算器（２４）に、予め各負荷位置ご
とに各種のデーターを設定可能なメモリー（２６）内か
ら、出力するデーターを呼び出させ、出力データーを表
示（２７）　（２８）　（２９）　（３４）するととも
に、各調節装置に負荷の変動状態に対応する出力信号を
出すようになっている。出力データーの表示は、必要に
応じて表示されればよいもので、各種出力データーをす
べて表示しなくてもよい。

この制御装置には、出力データーの設定変更を容易にな
らしめる設定変更機能や、その制御範囲を自由にできる
比例帯設定機能が備えられている。

これは、燃焼設備を運転しながら排気ガスの酸素濃度を
測定し、その測定値を見ながら簡単に微調節することを
可能としている。

噴燃ポンプ（１１）及び送風機（７）は、制御装置から
の各出力信号が周波数変換器（１８）　（２２）を介し
ておのおののモーターの回転制御を行うことで制御され
る。

送風ダンパー（１６）と燃料噴霧用気体弁（３１）は、
制御装置からの各出力信号がポジショナの一例であるサ
ーボモーター（２７）　（３２）を制御し、おのおのの
開度調節が行われる。

なお、一般の設備では、噴燃ポンプと送風機及び送風ダ
ンパーの制御が主体で、二次送風ダンパーや燃料噴霧用
気体弁および、燃焼補助用気体または、流体等の制御弁
の開度調節等は必要に応じて実施すればよいもので、行
なわなくてもかまわない。

また、本実施例では、燃焼を安定させるために燃料温度
を一定にするため、ヒーター電流コントロール装置（１
３）と燃料ヒーター（３０）を噴燃ポンプの手前に配置
している。

これは、燃料温度が変化すると燃料の粘性変化がおき、
噴霧圧力が変化して燃料量に変化が生じ、燃焼が不安定
になることを避けるためで、選定する燃料油によっては
必要ない場合もある。

第３図は、送風機（７）からの送風が一次と二次に分け
られているもので、（１６’　）　（２７’　）は二次
のダンパーとサーボモーターであり、（３９）はサービ
スタンク、（４０）は送油ポンプを示す。

前述した如く、制御装置ｊ　（２１）は、第４図の如く
構成されていて、負荷位置決定演算器（２５）で出力デ
ーターを決定する負荷位置を決ることになるが、これは
第６図の如く、負荷曲線に対して段階的になっており、
例えば負荷がＡとＢの曲線の中にあるときは負荷位置と
してＦを選定するようになっている。

負荷位置が決定されると、出力データー選別演算器がＦ
の負荷位置における各種の出力データーをメモリー（２
６）から呼び出し各機器へ出力する。

この時、データーの一部は、ポテンショメータ等アナロ
グ表現の制御機器によることもできる。

また、第５図はその他の例として、燃料と水や燃焼助剤
等の混合を行うもので、例えば水とのエマルジョンの場
合、水供給管（３７）からサービスタンク（３６）をへ
て、送水ポンプ（３５）がインバーター（３８）によっ
て回転制御され、燃料管中のミキサー（３４）へ、燃焼
状態や燃料量にあわせて適宜供給されるようにしたもの
である。

第８図は、本制御装置を利用して、複数の設備をコント
ロールする制御方法における制御装置の利用の例である
。ここでは負荷の検出取出しが複数の設備の統合された
位置で行われ、負荷の状態にあわせた各設備毎の出力デ
ーターを設定でるとともに、該データーをメモリー内に
納めることができ、図では胴壁の設備で例をあげている
が、例えば燃料噴霧用気体を要する設備と要しない設備
のように異種の設備を同時に制御することもできる。こ
こにおいては、データー選別演算器の出力機能に台数指
定・優先指示等の機能を加えることによって、より柔軟
な制御方法とすることができる。

また、負荷位置の位置数は、どの場合も自由に決められ
、複数の設備の負荷位置を制御装置の負荷位置に重複さ
せて記憶させることもできるし、制御装置の負荷位置を
台数分に分けて記憶させ、制御することも可能である。

この時、本制御方法でもっとも大きなメリットは一台の
制御装置で複数の設備を運転しながら、各設備の出力デ
ーターを設定変更できるということにある。

したがって、それぞれの酸素濃度の管理が容易にできる
とともに、適切な台数管理もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第一実施例にかかる概要図第２図は従来装置の概要図第３図は本発明装置の第二実施例にかかる概要図第４図は制御装置の概要図第５図は本発明装置の第三実施例にかかる概要図第６図は負荷曲線図第７図は負荷と酸素濃度との関係をあられす曲線図第８図は本発明装置の第四実施例にかかる概要図である
。（１）・・・・パッケージボイラ（２）・・・・汽水ドラム（３）・・・・給水管（４）・・・・蒸気管（５）・・・・バーナー（６）・・・・燃料供給管（７）・・・・送風機（８）・・・・排ガスダクト（９）・・・・圧力計（１１）・・・・噴燃ポンプク１３）・・・・ヒーター電流コントロール装置（１６
）・・・・空気ダンパー（１７）・・・・圧力調整器（１８）　（２２）　　・・周波数変換器り２１）・・
・・制御装置（２７）　（３２）　　・・サーボモーター（３０）・
・・・燃料ヒーター（３１）・・・・燃料噴霧用気体弁（３３）・・・・燃料噴霧用気体導管第１図第２図第　３　図。第　５・　図一＝　　ｆＬ　　？；ｒ　　ｔ　　ｋｇ／１１第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）負荷変動を検出し、入力信号に変換して、該入力
信号から次の選ぶべき負荷位置を演算し、負荷位置に相
当する各種の出力データを、あらかじめ各負荷位置ごと
に各種の出力データが設定可能な各メモリー内から呼び
出し、出力することにより負荷変動に追従した燃焼制御
を行なう燃焼装置における空燃比制御方法。
（２）負荷変動を検出する負荷計と、検出負荷を信号に
変換する変換器と、該変換器からの信号と前の信号とを
比較演算し負荷位置を決定し、該負荷位置に相当する出
力データを、あらかじめ各負荷位置ごとに各種の出力デ
ータが設定可能な各メモリー内から呼び出し、出力する
制御装置と、該出力信号によって制御される各モーター
用の各周波数変換器および、弁かつまたはダンパー等の
開度を調節する各ポジショナとで構成された燃焼装置に
おける空燃比制御装置。