JPS648243B2 - - Google Patents
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- JPS648243B2 JPS648243B2 JP56199566A JP19956681A JPS648243B2 JP S648243 B2 JPS648243 B2 JP S648243B2 JP 56199566 A JP56199566 A JP 56199566A JP 19956681 A JP19956681 A JP 19956681A JP S648243 B2 JPS648243 B2 JP S648243B2
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- JP
- Japan
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- gas
- fuel
- air
- air ratio
- combustion
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
- F23N5/006—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
- F23N2235/02—Air or combustion gas valves or dampers
- F23N2235/06—Air or combustion gas valves or dampers at the air intake
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
Landscapes
- 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)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
Description
本発明は、複数の気体燃料を同時に焚きかつ共
通の煙道をもつ混焼用ボイラーについての燃焼制
御方法に関する。 専焼ボイラーについて排ガスO2制御は汎く行
なわれており、またその制御技術も完成の域に達
しているが、混焼用ボイラーについては、次述す
る理由などから制御が複雑かつ困難なもので未完
成のところが多い。 すなわち、たとえば製鉄所の各設備から副生す
る高炉ガス(以下Bガスという)、コークス炉ガ
ス(以下Cガスという)、転炉ガス(以下Kガス
という)またはBPGガス(BガスとLPGとの混
合ガス)について発熱量はそれぞれ大きく異つて
いる。そのため、第1図のように、排ガスO2%
と空気比mとの対応が異なる。 にもかかわらず、もし従来のように専焼ボイラ
ーの排ガスO2%計測値と目標値との偏差に対し
て、目標値が最小のものを固定としこれを基準に
制御すると、たとえば第2図のBガスとCガスの
混焼の場合において、Bガス専焼の際の目標O2
%であるB0点(排ガス中のO2%値=1.5%の点)
を固定しこれを基準として制御すると、Cガス専
焼時または(B+C)混焼時に同図ハツチングで
示したゾーンの空気比となつた場合、黒煙が発生
する。このため、燃料切替の時点で運転員が目標
O2%を設定変更せざるを得ない。また黒煙発生
防止のため、煙道中に煙検知器や煤煙濃度計を取
付け、これらを排ガスO2制御のインターロツク
手段として利用する必要が生じる。 したがつて、混焼に当つて上述のように排ガス
O2%と空気比との対応が各燃料ガスについてそ
れぞれ異なることに考慮を払つていない従来の排
ガスO2%基準の制御方式は避けるべきであり、
むしろ空気比特に平均空気比を基準とする制御を
行うべきである。また平均空気比による制御によ
れば、制御系がより簡単となり、調節計機能を節
約できるなどの利点がある。 理論式としての平均空気比Mtは、周知のよう
に()式で表わされる。 ここで、 A′pi:燃料iの理論空気量係数(Nm3air/Nm3
燃料) G′pdi:燃料i理論乾き排ガス量係数(Nm3排ガ
ス/Nm3燃料) Fi:燃料iの投入流量(検出値)(Nm3燃料/
Hr) mi:燃料iの空気比=G′odi/A′oi〔O2〕/21−〔O
2〕+1.0 〔O2〕:排ガス中のO2濃度(vol%) Hi:燃料iの低位発熱量(kcal/Nm3燃料) 一方、A′piおよびG′pdiについては、Rosinの実
験式により、()式によつて表わすことができ
る。 A′pi=aHi+b G′pdi=cHi+d ……() ここで、a,b,c,dは定数である。 そこで、()式を変形すると、次の()式
が得られる。 ところが、この()式に着目すると、右辺第
1項については、これが計算容量を大きくする要
因となる。しかも、定数a,b,c,dについて
は、第1表に示すように、当該気体燃料の発熱量
の相違により、適用範囲が異なる。そして、同表
備考に示すように、Bガス、KガスおよびCガス
を混焼させる場合、その定数について同一の数値
で演算することができない。
通の煙道をもつ混焼用ボイラーについての燃焼制
御方法に関する。 専焼ボイラーについて排ガスO2制御は汎く行
なわれており、またその制御技術も完成の域に達
しているが、混焼用ボイラーについては、次述す
る理由などから制御が複雑かつ困難なもので未完
成のところが多い。 すなわち、たとえば製鉄所の各設備から副生す
る高炉ガス(以下Bガスという)、コークス炉ガ
ス(以下Cガスという)、転炉ガス(以下Kガス
という)またはBPGガス(BガスとLPGとの混
合ガス)について発熱量はそれぞれ大きく異つて
いる。そのため、第1図のように、排ガスO2%
と空気比mとの対応が異なる。 にもかかわらず、もし従来のように専焼ボイラ
ーの排ガスO2%計測値と目標値との偏差に対し
て、目標値が最小のものを固定としこれを基準に
制御すると、たとえば第2図のBガスとCガスの
混焼の場合において、Bガス専焼の際の目標O2
%であるB0点(排ガス中のO2%値=1.5%の点)
を固定しこれを基準として制御すると、Cガス専
焼時または(B+C)混焼時に同図ハツチングで
示したゾーンの空気比となつた場合、黒煙が発生
する。このため、燃料切替の時点で運転員が目標
O2%を設定変更せざるを得ない。また黒煙発生
防止のため、煙道中に煙検知器や煤煙濃度計を取
付け、これらを排ガスO2制御のインターロツク
手段として利用する必要が生じる。 したがつて、混焼に当つて上述のように排ガス
O2%と空気比との対応が各燃料ガスについてそ
れぞれ異なることに考慮を払つていない従来の排
ガスO2%基準の制御方式は避けるべきであり、
むしろ空気比特に平均空気比を基準とする制御を
行うべきである。また平均空気比による制御によ
れば、制御系がより簡単となり、調節計機能を節
約できるなどの利点がある。 理論式としての平均空気比Mtは、周知のよう
に()式で表わされる。 ここで、 A′pi:燃料iの理論空気量係数(Nm3air/Nm3
燃料) G′pdi:燃料i理論乾き排ガス量係数(Nm3排ガ
ス/Nm3燃料) Fi:燃料iの投入流量(検出値)(Nm3燃料/
Hr) mi:燃料iの空気比=G′odi/A′oi〔O2〕/21−〔O
2〕+1.0 〔O2〕:排ガス中のO2濃度(vol%) Hi:燃料iの低位発熱量(kcal/Nm3燃料) 一方、A′piおよびG′pdiについては、Rosinの実
験式により、()式によつて表わすことができ
る。 A′pi=aHi+b G′pdi=cHi+d ……() ここで、a,b,c,dは定数である。 そこで、()式を変形すると、次の()式
が得られる。 ところが、この()式に着目すると、右辺第
1項については、これが計算容量を大きくする要
因となる。しかも、定数a,b,c,dについて
は、第1表に示すように、当該気体燃料の発熱量
の相違により、適用範囲が異なる。そして、同表
備考に示すように、Bガス、KガスおよびCガス
を混焼させる場合、その定数について同一の数値
で演算することができない。
【表】
結局、()式によつて平均空気比を演算し、
その結果を制御に用いようとすれば、大型の計算
機が必要となり、この種のプロセス制御に実用的
でなく、不適である。 本発明は前記問題点を一挙に解決したもので、
その目的は主として第1に排ガスO2%の基準に
よる制御ではなく平均空気比基準の制御を行うこ
とにより制御系を簡素とすること、第2に上記
()式に代えて実際のプロセス制御に対して実
用的な平均空気比算出式によることによつて取扱
の容易化を図ることにある。 すなわち、本発明は、混焼ボイラーの燃焼用空
気量を調節して燃焼制御するに当り、排ガス中の
O2濃度検出値および各燃料投入流量測定値に基
いて、次記(A)式から平均空気比mtを求め、 ここで、 i:あらかじめ各燃料ごとに求めておく、燃料
iの定数 =exp(21.7431/loHi−5.2165) Hi:燃料iの低位発熱量(kcal/Nm3) Api:燃料iの理論空気量係数(Nm3air/
Kacl) Fi:燃料iの投入流量(Nm3/Hr) 〔O2〕:煙道排ガス中のO2濃度(vol%) 、上記平均空気比mtが目標空気比となるよう
に各燃料系統への送入空気量を調節することを特
徴とするものである。 本発明法は、具体的には、BガスおよびCガス
の混焼の場合、第3図のように、いま平均空気比
mtがP1点にあるとすると、これに基いて目標の
平均空気比ms(P2点)と比較して各ガスの送入空
気量を調節し、平均空気比mtが目標の平均空気
比msとなるよう制御するものである。この目標
平均空気比msは、排ガス損失と未燃分損失との
和が最小である点であり、通常空気比で1.10〜
1.25程度である。また各燃料ガスの黒煙発生点は
空気比で1.05〜1.10である。黒煙発生防止の点か
ら、各燃料系に対する操作出力系内にリミツタを
設けて下限を規制しておくのが望ましい。 次に本発明を、BガスとCガスとの混焼を例に
採つた一具体例を示した第4図によつて説明する
と、1は混焼ボイラー、2は煙道で、混焼ボイラ
ー1にはBガス用バーナー3およびCガス用バー
ナー4がそれぞれ付設されている。またバーナー
3にはBガス燃料BGとBガス用空気BAがそれぞ
れ吹込まれ、バーナー4にはCガス燃料CGとC
ガス用空気CAとがそれぞれ供給されるようにな
つている。さらにBガス燃料、Cガス燃料、Bガ
ス用空気およびCガス用空気の供給配管には、流
量計5,6,7,8が、ならびに流量調整用ダン
パ9,10,11,12がそれぞれ配設されてい
る。一方、煙道2には排ガスO2%計13が設け
られている。 流量計5,6,7,8および排ガスO2%計1
3からの各信号は、それぞれ平均空気比演算器1
4に取込まれ、ここで前述の(A)式に基いて平均空
気比mtが算出される。演算器14からの出力は
比較演算部15に入力され、そこで目標空気比設
定器22から与えられた目標空気比ms(たとえば
1.25)と比較演算され、その出力がBガス空気量
操作系とCガス空気量操作系とに与えられる。続
いてBガス空気量操作系に与えられた操作出力
は、補正器16に取り込まれ、ここで該出力
(mt−ms)と現Bガス燃料流量(FB)*5により
下記補正演算式()に基づいてBガスの目標空
気量(ASB)を求めた後、 ASB=(mt−ms)・AOB・FB・HB ……() ここで、 AOB:Bガス理論空気量係数(Nm3air/kcal) HB:Bガス低位発熱量(kcal/Nm3) PID動作部17において現Bガス用空気流量*
7と比較してPID制御を行なう。その後、制御信
号はBガス用リミツタ18を介してBガス空気流
量調整用ダンパ11に与えられ、ここでもし制御
信号出力が上下限以上となる場合には、リミツタ
18において予め定められた上下限値(たとえば
下限空気比が1.10)を超える場合には制御信号の
カツトがなされる。 同様にCガス空気量操作系に対する比較演算結
果による信号に対して、現Cガス燃料流量(FC)
*6を受けて補正器19により下記補正演算式
()に基づいてCガスの目標空気量ASCを求め
た後、 ASC=(mt−ms)・AOC・FC・HC ……() ここで、 AOC:Cガス理論空気量係数(Nm3air/kcal) HC:Cガス低位発熱量(kcal/Nm3) 現Cガス用空気流量*8を受けるPID動作部2
0、ならびにCガス用リミツタ21を介して信号
処理が行なわれ、Cガス空気流量調整用ダンパ1
2に制御信号が与えられる。 かくして、混焼用ボイラー1に対する送入空気
量は目標空気比となるように制御され、黒煙の発
生防止は勿論のこと、ボイラー1の熱損失が最少
である最適運転点で燃焼が行なわれる。 ここで、(A)式に着目すると、その右辺には、
()式のような繁雑な演算を要する項がない。
したがつて、小容量のコンピユータによつて演算
処理ができ、きわめて実用的である。また(A)式に
含まれるiについて、i式と、このi式によるこ
となく実際に理論式(()式)から計算したも
のとを比較したところ、第5図に示す結果が得ら
れた。同図からi式は理論式による結果(F線)
と強い相関関係があることが判明し、i式が実用
上十分有効に耐えうる式であることが明らかであ
る。 また実際、Bガス、CガスおよびKガスの混焼
ボイラー、ならびにBガス、CガスおよびBPG
ガスの混焼用ボイラーについて、従来の制御例に
よる設定空気比を、第2表のように本発明法によ
る設定空気比に変更したところ、従来例のボイラ
ー効率が87.5%であつたのに対して87.8%に向上
する。
その結果を制御に用いようとすれば、大型の計算
機が必要となり、この種のプロセス制御に実用的
でなく、不適である。 本発明は前記問題点を一挙に解決したもので、
その目的は主として第1に排ガスO2%の基準に
よる制御ではなく平均空気比基準の制御を行うこ
とにより制御系を簡素とすること、第2に上記
()式に代えて実際のプロセス制御に対して実
用的な平均空気比算出式によることによつて取扱
の容易化を図ることにある。 すなわち、本発明は、混焼ボイラーの燃焼用空
気量を調節して燃焼制御するに当り、排ガス中の
O2濃度検出値および各燃料投入流量測定値に基
いて、次記(A)式から平均空気比mtを求め、 ここで、 i:あらかじめ各燃料ごとに求めておく、燃料
iの定数 =exp(21.7431/loHi−5.2165) Hi:燃料iの低位発熱量(kcal/Nm3) Api:燃料iの理論空気量係数(Nm3air/
Kacl) Fi:燃料iの投入流量(Nm3/Hr) 〔O2〕:煙道排ガス中のO2濃度(vol%) 、上記平均空気比mtが目標空気比となるよう
に各燃料系統への送入空気量を調節することを特
徴とするものである。 本発明法は、具体的には、BガスおよびCガス
の混焼の場合、第3図のように、いま平均空気比
mtがP1点にあるとすると、これに基いて目標の
平均空気比ms(P2点)と比較して各ガスの送入空
気量を調節し、平均空気比mtが目標の平均空気
比msとなるよう制御するものである。この目標
平均空気比msは、排ガス損失と未燃分損失との
和が最小である点であり、通常空気比で1.10〜
1.25程度である。また各燃料ガスの黒煙発生点は
空気比で1.05〜1.10である。黒煙発生防止の点か
ら、各燃料系に対する操作出力系内にリミツタを
設けて下限を規制しておくのが望ましい。 次に本発明を、BガスとCガスとの混焼を例に
採つた一具体例を示した第4図によつて説明する
と、1は混焼ボイラー、2は煙道で、混焼ボイラ
ー1にはBガス用バーナー3およびCガス用バー
ナー4がそれぞれ付設されている。またバーナー
3にはBガス燃料BGとBガス用空気BAがそれぞ
れ吹込まれ、バーナー4にはCガス燃料CGとC
ガス用空気CAとがそれぞれ供給されるようにな
つている。さらにBガス燃料、Cガス燃料、Bガ
ス用空気およびCガス用空気の供給配管には、流
量計5,6,7,8が、ならびに流量調整用ダン
パ9,10,11,12がそれぞれ配設されてい
る。一方、煙道2には排ガスO2%計13が設け
られている。 流量計5,6,7,8および排ガスO2%計1
3からの各信号は、それぞれ平均空気比演算器1
4に取込まれ、ここで前述の(A)式に基いて平均空
気比mtが算出される。演算器14からの出力は
比較演算部15に入力され、そこで目標空気比設
定器22から与えられた目標空気比ms(たとえば
1.25)と比較演算され、その出力がBガス空気量
操作系とCガス空気量操作系とに与えられる。続
いてBガス空気量操作系に与えられた操作出力
は、補正器16に取り込まれ、ここで該出力
(mt−ms)と現Bガス燃料流量(FB)*5により
下記補正演算式()に基づいてBガスの目標空
気量(ASB)を求めた後、 ASB=(mt−ms)・AOB・FB・HB ……() ここで、 AOB:Bガス理論空気量係数(Nm3air/kcal) HB:Bガス低位発熱量(kcal/Nm3) PID動作部17において現Bガス用空気流量*
7と比較してPID制御を行なう。その後、制御信
号はBガス用リミツタ18を介してBガス空気流
量調整用ダンパ11に与えられ、ここでもし制御
信号出力が上下限以上となる場合には、リミツタ
18において予め定められた上下限値(たとえば
下限空気比が1.10)を超える場合には制御信号の
カツトがなされる。 同様にCガス空気量操作系に対する比較演算結
果による信号に対して、現Cガス燃料流量(FC)
*6を受けて補正器19により下記補正演算式
()に基づいてCガスの目標空気量ASCを求め
た後、 ASC=(mt−ms)・AOC・FC・HC ……() ここで、 AOC:Cガス理論空気量係数(Nm3air/kcal) HC:Cガス低位発熱量(kcal/Nm3) 現Cガス用空気流量*8を受けるPID動作部2
0、ならびにCガス用リミツタ21を介して信号
処理が行なわれ、Cガス空気流量調整用ダンパ1
2に制御信号が与えられる。 かくして、混焼用ボイラー1に対する送入空気
量は目標空気比となるように制御され、黒煙の発
生防止は勿論のこと、ボイラー1の熱損失が最少
である最適運転点で燃焼が行なわれる。 ここで、(A)式に着目すると、その右辺には、
()式のような繁雑な演算を要する項がない。
したがつて、小容量のコンピユータによつて演算
処理ができ、きわめて実用的である。また(A)式に
含まれるiについて、i式と、このi式によるこ
となく実際に理論式(()式)から計算したも
のとを比較したところ、第5図に示す結果が得ら
れた。同図からi式は理論式による結果(F線)
と強い相関関係があることが判明し、i式が実用
上十分有効に耐えうる式であることが明らかであ
る。 また実際、Bガス、CガスおよびKガスの混焼
ボイラー、ならびにBガス、CガスおよびBPG
ガスの混焼用ボイラーについて、従来の制御例に
よる設定空気比を、第2表のように本発明法によ
る設定空気比に変更したところ、従来例のボイラ
ー効率が87.5%であつたのに対して87.8%に向上
する。
【表】
(注) BPGガスの低位発熱量〓8510k〓
/Nm3
以上の通り、本発明は、平均空気比を求めて、
これを基準として送入空気量を制御するため、従
来の排ガスO2%の連続分析値による制御と比較
すると、制御系が著しくシンプルとなり取扱が容
易となる。特に平均空気比の算出に当つて、(A)式
によるものであるから、演算が小規模のプロセス
コンピユータで足り、実用性がきわめて高い。
/Nm3
以上の通り、本発明は、平均空気比を求めて、
これを基準として送入空気量を制御するため、従
来の排ガスO2%の連続分析値による制御と比較
すると、制御系が著しくシンプルとなり取扱が容
易となる。特に平均空気比の算出に当つて、(A)式
によるものであるから、演算が小規模のプロセス
コンピユータで足り、実用性がきわめて高い。
第1図は各種燃料ガスについての排ガスO2%
と空気比との相関図、第2図は排ガスO2%基準
による黒鉛発生ゾーンを示す説明図、第3図は本
発明法の概要を説明するための排ガスO2%と空
気比との相関図、第4図は本発明法の一具体例を
示すフローシート、第5図は本発明に係るi式と
理論式に基く計算結果との相関図である。 1……混焼用ボイラー、3,4……バーナー、
5,6,7,8……流量計、9,10,11,1
2……流量調整用ダンパ、13……排ガスO2%
計、14……平均空気比演算器、15……比較演
算部、16……目標空気比設定器、18,21…
…リミツタ。
と空気比との相関図、第2図は排ガスO2%基準
による黒鉛発生ゾーンを示す説明図、第3図は本
発明法の概要を説明するための排ガスO2%と空
気比との相関図、第4図は本発明法の一具体例を
示すフローシート、第5図は本発明に係るi式と
理論式に基く計算結果との相関図である。 1……混焼用ボイラー、3,4……バーナー、
5,6,7,8……流量計、9,10,11,1
2……流量調整用ダンパ、13……排ガスO2%
計、14……平均空気比演算器、15……比較演
算部、16……目標空気比設定器、18,21…
…リミツタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 混焼ボイラーの燃焼用空気量を調節して燃焼
制御するに当り、排ガス中のO2濃度検出値およ
び各燃料投入流量測定値に基いて、次記(A)式から
平均空気比mtを求め、 ここで、 i:あらかじめ各燃料ごとに求めておく、燃料
iの定数 =exp(21.7431/loHi−5.2165) Hi:燃料iの低位発熱量(kcal/Nm3) Api:燃料iの理論空気量係数(Nm3air/
kcal) Fi:燃料の投入流量(Nm3/Hr) 〔O2〕:煙道排ガス中のO2濃度(vol%) 、上記平均空気比mtが目標空気比となるよう
に各燃料系統への送入空気量を調節することを特
徴とするボイラーの燃焼制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199566A JPS58102024A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | ボイラ−の燃焼制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199566A JPS58102024A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | ボイラ−の燃焼制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58102024A JPS58102024A (ja) | 1983-06-17 |
| JPS648243B2 true JPS648243B2 (ja) | 1989-02-13 |
Family
ID=16409953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56199566A Granted JPS58102024A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | ボイラ−の燃焼制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58102024A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4459098A (en) * | 1982-07-26 | 1984-07-10 | Combustion Engineering, Inc. | Method and apparatus for controlling secondary air distribution to a multiple fuel combustor |
| JPS60159516A (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-21 | Toshiba Corp | 多種燃料混焼制御装置 |
| FR2628827B1 (fr) * | 1988-03-21 | 1990-07-06 | Haan Andre | Procede pour optimiser une combustion, dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede, ainsi que detecteur equipant un tel dispositif |
| US5628261A (en) * | 1995-03-20 | 1997-05-13 | Chemical Lime Company | Method and furnace for decomposing solid waste materials |
| CN102445090A (zh) * | 2010-10-12 | 2012-05-09 | 饶文涛 | 一种工业炉窑燃烧工况监测新方法 |
| JP5846544B2 (ja) * | 2011-10-26 | 2016-01-20 | 三浦工業株式会社 | ボイラ |
| CN103512378B (zh) * | 2013-10-17 | 2014-12-10 | 广西铁合金有限责任公司 | 一种半封闭铁合金矿热炉烟气量测控装置及测控方法 |
-
1981
- 1981-12-11 JP JP56199566A patent/JPS58102024A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58102024A (ja) | 1983-06-17 |
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