TW200811403A - Boiler and method for controlling the combustion for boiler - Google Patents

Description

200811403 . 九、發明說明： .【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種能以預定的空氣比進行燃燒，且可 ‘抑制廢氣中之NOx之產生的鍋爐及鍋爐之燃燒控制方法。 s【先前技術】 對鍋爐而言，能以高的熱效率進行穩定的燃燒是其重 要的要件。因此，提案有一種進行控制而能以預定之範圍 ❿的空氣比進行燃燒的空氣比控制之鍋爐或燃燒裝置。 例如’專利文獻日本特開2001-272030號公報）提案 有一種鍋爐之燃燒器（burner)中的空燃比控制（空氣比控制） 之里視方法，以及實施該種方法的空燃比控制監視裝置， 該方法是對應於來自控制盤的負荷指令，監視要供應至燃 燒器的燃燒用空氣之空氣壓、以及要供應至燃燒器的燃料 或從燃燒器返回的燃料之燃料壓，然後判定空氣量及燃料 量是否被適當地控制的燃燒器中的空燃比控制之龄視方 _法。 揽 專利文獻2(曰本特開平10-47654號公報）提案有一種 燃燒裝置之空氣比自動補正系統，其特徵為：在將燃燒用 空氣預熱而供應的燃燒裝置中，於燃燒用空氣供應路及燃 料供應路分別設置壓力計及溫度計，並且於前述燃料供應 路設置用以使燃料供應壓力與燃燒用空氣供應壓力相等^ 均壓閥，並且於該均壓閥的脈衝線（inpulse Hne)設置孔口 (orifice)及洩氣閥（bleed valve)，並且從由前述各溫度計及 壓力計所測定的實際空氣溫度及空氣供應壓力及^料溫 319421 5 200811403 又长出供應為了維持預定之空兩 應厣力，* π、 礼比所雨之燃料的燃料供 的燃料供應力，再調敗一十:^共應昼力與實際測量後 力兩者相等。 心閥俾使上述燃料供應麼 之排出又的衛生方面來看，需要一種可抑制有害廢氣 :=爐。就因應這種要求的鋼爐而言，例如在專利 文獻3(曰本特開2〇〇(Μ63〇2號 扭德® Μ丄丄w 訊/风木，一種鍋爐，該 ^疋❹在與燃燒器前面分開而並排的水管壁之間 使垂直水管林立的矩形婵燒处 又 ^ ^ &二間並且設置從婵燎哭i甬讲 垂直水管之間並到達氣體出 …、凡通過 „ ^ 體出口的較長氣體通路，即可將火 釦燃燒溫度抑制在12〇〇至13 夺人 极5 7Λ石^ C左右，並且可將Ν〇χ降 - 0至8〇PPm，並且使CO成為50ppm以下。 【發明内容】 [發明所欲解決之課題] 然而’在這種習知技術中並沒有提出可同 比及廢惫中夕ΚΓΠ ΛΑ立！_ U工氣 、 X、產生，而且即使有季節變動 溫的變化，也可㈣抑制恥χ之產 ^外# 控制方法。並且，就*氣比…f!鍋爐或鍋爐之燃燒 沈工轧比控制的鍋爐而言，專 所提案的线比控制之監視方法或⑽比 然有方法或裝置簡單的優點’作是I、 ^皿衣置雖 干w U點彳一疋想要在空氣比 =範圍以外的情況下控制空氣比時，會有無法進= 的工耽比之控制的問題。專利文獻2所提案的燃燒 :空：比自動補正系統則有需要複雜的構成與控制的 '門 題。關於可抑制廢氣中之，X的銷爐，專利文獻3所= 319421 6 200811403 -的鍋爐雖然可有效降低ΝΟχ，但還是需 •制Ν0Χ之產生的銷爐。 更為％疋地抑

[用以解決課題之手段J 是馨於這種需求及習知技術的問題點而研創 〃目的在於提供-種具有比較簡單的構成，且能 疋之空氣比進行燃燒，而且可抑制廢氣中U心生的 鍋爐及鍋爐之燃燒控制方法。 座生5 料的、=二t:爐f設有··根據供燃燒所使用的空氣及燃 ，度變化來調整供燃燒所使用的空氣之風量的控制手 ^，本發明之銷爐是具有：燃燒器；將燃料供^至該 燃燒态的燃料供應手段，·將空 w ^ 丰贤.丨v s 十上 工孔仏應至刖述燃燒器的送風 徂 ▲來调整被供應至前述燃燒器的燃料之燃料量 姨，Bt 風量的前述控制手段的鍋 Ϊ、/遠控制手段具有：算出對應於要求負荷而被供庫至 别述燃燒$之基準燃料量及基準風 據被供應至前述燃燒器的空氣之 ^里冲…P，根 度來補ΐ I、# 、卫虱，皿度及燃料之燃料溫 =正：逑！準風量，並算出補正後的風量以作為供應 風里的風置計真部•以芬拍协义 #、 風量來#&义，χ康别述基準燃料量及前述供應 風里末控制丽述燃燒器之燃燒的控制部。 毛明中’用來測定被供應至前述燃燒器的空氣之 f度及_之燃料溫度的手段最好是熱敏電阻 定:Τ:Γ)。而且’前述風量計算部可以是在空氣溫度測 阻值為1阻的電阻值為Rthi、燃料溫度測定熱敏電阻的電 I且m為RTH2、固定電阻的兩 的私阻值為Rs時，以補正基準風 319421 7 200811403 1/(1+Rthi/rs+R™/rTH2)^ 正比的方式算出 又，前述風量計算部可以是在將藉由燃料溫度測定手 ^斤測量的燃料之溫度及藉由空氣溫度測定手段所測量的 :乳之t度分別設為Tg义時’以補正基準風量的補正量 ” Ta/Tg成正比的方式算出供應風量。

量的補正量與 供應風量。 /本毛明之鋼爐之燃燒控制方法是以預定之空氣比進 =燃燒，並且將廢以的NGX抑制在預定範圍的鋼爐之燃 、凡控制方法’其特徵為：藉由算出對應於鋪之要求負荷 2準風量’並根據供燃燒所使用的燃料及 ，之咖度來補正所异出的基準風量，並依據該補正後的 風量及前述基準燃料量進行燃燒來施行。 [發明之效果] 处々本發月之鋼爐具有比較簡單的構成，而且能以預定之 ，氣j進行燃燒，並穩定地抑制廢氣中之Ν〇χ的產生，且 此以南熱效率進行穩定的燃燒。χ，根據本發明之銷爐之 燃燒控制方法，可在通常燃燒中將Ν0χ抑制在12ppm以 下0 【實施方式】 从下，針對本發明之鍋爐之實施形態，依據圖式加以 j 本卷明之鍋爐是設有：根據空氣及燃料之溫度變化 Μ周正風i的控制手段。將其一實施例顯示於第1圖的模 式圖。如第1圖所示，本鍋爐1〇〇具有：燃燒器5 ;將燃 料七、應至燃燒器5的燃料供應手段10;將空氣供應至鍋爐 319421 8 200811403 5的送風手段20 ;以及用來控制被供應至 之燃料量及被供應至燃燒哭5 :: “、、凡态5的燃料 :復具有··測定被供應至燃燒器5的燃料之 將，信號送到控制手段30的燃料溫度測定手段35 ; j 測疋被供應至燃燒器5的空氣之、、w声 控制手段30的空氣溫度測定;然後將該信號送到 料供銷爐100之動作係如以下所述。亦即，從燃 手二的：：二出广料(例如天然氣)’燃料即在燃料供應 噴出又之燃料供應手段10的右端部附近） :出，=料一面與從送風手段20送來的燃燒用空氣混 …面被供應至燃燒器5,並藉由燃燒器5使句… 然燒後的氣體通過複數個水管（水管群）40的各個間隙二並 =二與複數個水管40之各個内部的水進行熱交換一面 k漸冷郃之後’被送到煙道5〇，而被排出至大氣中。 ，燒，5可使用眾所週知的燃燒器。又’燃燒器的形 :’又限定。此外，第1圖之實施例的情形是顯示使用且 有平面狀之燃燒面的完全預混合式燃燒器的鍋爐的情形:、 燃料供應手段10可使用眾所週知的燃料供應手段。 =如’可使用具有泵、控制閥、及控制果、控制闊的控制 :置，且可供應對應於負荷的預定之燃料量的燃料供應手 段0 送風手段20可使用眾所週知的送風手段。例如，可 使用具有送風機、驅動源、及控制送風機之轉速的反相器 (mveiter)，且可供應對應於燃料的預定之風量的反相器式 319421 9 200811403 送風機。並且可倍ffl --R IS! ^ ^ 用可供應對應於燃料的預定之風量的所 明调風板（damper)式送風機。 控制手段Θ ^ 部。基準量計算部算部、風量計算部及控制 ^ ^ /、有^出對應於從熱機關對鍋爐100所 要^負何的基準燃料量及基 具有根據來自被供雇谷祕咕w ]刀月b風里彳·^邛 r 36 Ά m 4± ’、〜至燃k益5的空氣之空氣溫度測定手 二 燃:温度測定手段35的輸出，來補正由基 =;=!的基準風量’並算出補正後的風量以作 料旦而由=曰此。控制部具有將對應於已算出的基準燁 料里而由風量計算部所炎 土千入、、、 以使J：淮^ ^ + /出的么、應風量供應至燃燒器5， 使其進仃所需要之燃燒的功能。 ::燒溫度測定手段35及空氣溫度測定手 ==及空氣的溫度’而且可將因應於該溫度的;:ί 空氣溫度測定手段36 :广，燃料溫度測定手段35或 嚴曰^ 使用熱敏電阻。藉此，即可構成押 =料溫度測定手段35或空氣溫度測定手段= 如此構成的本發明之鍋爐1〇〇是以如 用。首先，者您勒她朗杜； 勺方式被使 係由控制的要求時， :基準燃料量及基準風量。此基準二::义 據預定之空氣比理論上計算並算出。;；卓風篁疋根 部，據被供應至該燃燒器5的燃料及空氣計算 所异出的基準風量。亦即，本發明之控制仲^補正 於從熱機料㈣刻刻所要麵負荷，將理 319421 10 200811403 料里、及根據實際所供應的燃料及空 μ i由' X γτ 3 η Ά之〉皿度的以下說明 勺補正風置供應至燃燒器 卫< 仃所而要之燃燒的功能。 本冬明疋根據以下說明的原理來補 對#用άθ J , 此基準風置。針 吏用反相裔式送風機作為送風手 明。以处从广 权Μ的情形加以說 月 U被供應至燃燒器5的空氣之办_、w十 I空氣密度為〜體積流量rQ:、：==為

時，駚共4旦^ , 运風機:的轉速為N 守體積Qa與轉速N成正比，办 ^ X ^ ^ μμ π , 二虱始、度p a與供氣溫 度a成反比，因此以下（1)的式子成立。 P aQa^N/^ (1) 另-方面，被供應至燃燒器5的_，㈣是 應的燃料量之流速為預定流速， '、 ^ ^ ΛΓχ 也就疋加壓源側的壓力盥 鋼爐100側的壓力差為一定的方 /、 # Λ Λ Ρ ^ 弋末i、應，因此以該壓力 差為Δ：Ρε、燃料溫度為τ燃 係式成立。 …度為以下的關 △ Pg-aX ρ及2=-定（a 為常數）、_(丁）1/2 ⑵ :’由於燃料密度pg是與燃料溫度Τ:成反比，因此 右考慮到上述（2)式子的關係，則以下⑺的式子會成立。 PA^/(Vm (3) 為了使空氣比保持一定，必須將 7貝將P aQa/p以§保持在一 疋值。亦即，已知為了使空氣比 ϋ保待一疋，根據（1)、（3) 的式子必須將NxCrg)i/2/Ta保持在一 τ牧疋值。而且，已知只要 以如下（4)的式子調整送風機的轉 知迷Ν即可。此外，k為常 數0 (4) N=kXTa/(Tg)1/2 319421 11 200811403 处（4)的式子係顯示，只要以送風機的轉速與供氣溫 度〃a成正比、與燃料溫度心之1/2乘方成反比的方式加 以調整，即可進行—定空氣比的燃燒。亦即，#由將考慮 供氣，度及燃燒溫度而對基準風量進行補正後的風量m 應風I)供應至燃燒器5，即能以預定的空氣比使鍋爐1〇〇 燃燒、。被供應至燃燒器5的空氣之空氣壓並不是用以 使”進仃-疋空氣比之燃燒的必須監視要件。此外，在鋼 爐使用中會有各種條件變動，有時並不會是預定的空氣 比。針對這種情形，監視空氣之空氣壓相當有效。” 、本灰明中，如上所述，是根據供氣溫度及燃料溫度來 補正基準風里’並將補正後的風量（供應風量）及已經算出 的基準燃料量，由控制手段3〇的控制部供應至燃燒：5 並進行燃燒。補正該基準風量的補正量是盥τ m 比的量。 ，、3 g取 —如此，根據供氣溫度及燃料溫度來補正基準風量時， 可猎由在風量計算部設置可根據來自燃料溫度測定手段 ?及空氣溫度測定手段36的信號來算出預定之補正量的 程式、以及執行該程式的電腦來實施。然而，㈣下所說 明，可藉由具有由熱敏電阻所形成的燃料溫度測定手段％ :空氣溫度測定手段36、以及可根據來自該等熱敏電阻的 L號直接控制送風機的送風機控制部的控制手段，構成構 造簡單的控制手段30。 將該種控制手段30之送風機控制部的例子顯示於第2 圖。如第2圖所不，本控制手段3〇的送風機控制部具有： 319421 12 200811403 :=:阻Rs、與此固定電阻Rs並聯結合的燃料溫度測定 阻]W、以及與此等串聯結合的空氣 電阻及其下方所附的下桿 疋…破 =的電阻值⑴）。反相器頻率£係在以所施加的最小電 $的頻率（基準頻率。、最大電壓時的頻率（最大頻 為f…相對於至反相器的輸入電壓，在進行f=f〇+(f“)

X 士之輸出的情況下，以施加於反相器的最大電壓為％ 輸入至反相器的電壓v會是v=v〇xl/(i+]WRs+ =RTt，因此反相器頻率f可表示為河❶餐· 1(1+Rth1/rs+RtHi/rth2)。 將藉由具有»2圖所示之送風機控制部的控制手段％ 控制鋼爐100時的廢氣中的〇2量顯示於第3圖。第3圖 中，杈軸代表供氣溫度，縱軸代表廢氣中的ο]量。曲線 A「A2是如以上所說明’顯示以供應風量及基準燃料量進 行鍋爐_之燃燒之發明例的情形。曲線A]是燃料溫度坐 供氣溫度相等而求出供應風量的情形，曲線 相對於供氣溫度之變化量吻2之比例變化“出供應 風量的情形。曲線B是使供氣溫度及燃料溫度相等，並且 以僅考慮供氣溫度而補正基準風量後的風量及基準燃料量 來進行銷爐100之燃燒的情形（習知例）。 此外，f 3圖的各曲線是藉由計算求出在以下條件中 理論上使其燃燒時之廢氣中的〇2量（％)。亦即，燃料溫度 測定熱敏電阻及空氣溫度測定熱敏電阻的電阻值係在燃料 或供氣溫度為 T (。k)時為 RTHi=RTH2=l5〇〇〇xexp (345〇 319421 13 200811403 (1/Τ·1/273))(Ω)。固^電阻的電阻值&為侧q。基準 •頻率f〇為50Hz，最大頻率匕為73Ηζ。 根據第3圖，曲、線Al、八2是在〇2量為6%的位置形 -成-定的直:線狀，本發明例的情形已知是在供氣溫度為1〇 -至曰50C的耗圍，進行一定空氣比之燃燒。相對於此，曲線 B是在供氣溫度為1()至5代的範圍，〇2量變成η至m 之在右上升的直線狀’習知例的情形是已知 至 50°C的範圍進行一定空氣比之燃燒。 *円此Δ外β第3圖中’ #線Al是使燃料溫度與供氣溫度 相同’A2疋假設燃料溫度之變化的比例為供氣溫度之變化 求出供應風量時的曲線圖’但實際上是如 圖屮是使最大流速5〇〇Nm3/h左右的燃料（天然氣或 一配：二於地表面上之全長為⑽左右的配管流通 配：的周圍溫度與鋼爐⑽入口之 …、軸代表周圍^度，縱軸代表燃料溫度。 燃枓 >皿度4 Tg、周圍溫度$ Ta時，

Tg 0.75Ta(Tg/Ta=0.75)表示。亦即，已知燃料係 周圍溫度的變化量以其3/4的比例在變化。又， :方用之長度―左右的氣體配管的鍋爐10。中， 使用LPG燃料之高燃燃燒時的鍋爐i⑽人口之 變動幅度有時會是周圍溫度之變動幅度的1/2左右皿：考 319421 14 200811403 二，^種數據或氣體配管埋設在地下的情形時，一般來 ;之：二：入口之燃料溫度的變動幅度應該會在周圍溫 Μ左右以下。又，供氣溫度應該會與周 =大致相荨。亦即，本發明[應可在由第3圖所示 之曲、、泉A]及八2所包圍的範圍内控制〇2量。 本么月之銷爐10〇能以預定的空氣比進行辦· 又，本發明之鍋爐1⑻是如以下所說明，可使其進^ N〇X’產生量少的燃燒。第5圖是求出供氣溫度與Ν0χ之 ^生量之關係的曲線圖。第5圖中’橫軸代表供氣溫度， 3代表N〇X量（_。第5圖所示的各曲線是根據關於 弟6圖所示之Ν〇χ量·〇2量的特性曲線，將第3圖所示的 曲線、、Α2、Β的〇2量分別轉換成Ν〇χ量而求出者。此 外，第6圖是藉由使用r性能為蒸發量31嫩g/h之預混合 氣的表面燃燒燃燒器式的_1⑻之燃燒試驗而求出的: 線圖二又’第5圖所示的曲線Αι、A2、B的記號Al、a2、 B與第3圖相同，A】、A2是發明例的情形，B代表習知例。 =是假設燃料溫度與供氣溫度相等，&是假設燃料溫度之 义化的比例為供氣溫度之變化的比例之1/2而求出供應風 量的情形。以下亦相同。 。根據第5圖，發明例的情形是在供氣溫度為1〇至5〇 °c之間，N〇x量為1〇 6至n 2ppm，已知Ν〇χ量被抑制在 12ppm以下〇 第7圖是與求出第2圖或第3圖所示之曲線圖的條件 為相同條件下的反相式送風機之控制頻率與供氣溫度之關 319421 15 200811403 係的曲線圖。帛7圖中，横軸代表供氣溫度， 風機的頻率。根據第7圖，曲線Ai、A2、b# 直線狀，曲線Al的斜率最小，韓B的斜钱大成= 此弟7圖的結果及第3圖的結果，已知習知例的情形是相 對於供氣溫度的上升，將過多的空氣供應至 ::已知本發明不僅能以-定空氣比，並且以低κο:進： 鍋爐100之燃燒，還可進行經濟的_ 1〇〇之運轉。

“以上已針對本發明加以說明。如以上所述，本發明可 猎由使用熱敏電阻的控制手段，構成簡單且小型的控 =30。而且，具有該種控制手段％的鍋爐1〇〇可在供氣 :度至50C的範圍’以—定空氣比，並且以低N〇x 進订銷爐100之燃^。鋼少盧1〇〇被設置在室内的情況下， 其室内的溫度一般來說會比外部氣溫高，上限4 5(TC左 右，因此通常銷爐⑽的特性是只要在供氣溫度為1〇至 5〇C的範圍來考量即可。然而’也有供氣溫度在上述範圍 以外的情形。這種情形可藉由選擇符合該使用條件之特性 的固定電阻及熱敏電阻來應對。 第8圖、第9圖是在供氣溫度為2Gt或4G°C且為-定的情況下，調查固定修Rs、反相㈣基準頻率f。、最 大頻率對廢氣中之〇2量帶來之效果的結果。第8、9圖 中，橫軸代表燃料溫度’縱軸代表廢氣中的〇2量(ppm)， 圖中的20。〇《代表各個情形的供氣溫度。f 8圖之情 升v的固疋電阻Rs、基準頻率f〇、最大頻率與第3圖的 情形相同。相對於此，第9圖的情形是以岐電阻1為 319421 16 200811403 3〇〇〇Ω、基準頻率&為5mz、最大頻率匕為74Hz的情形( 此外，第8、9圖中，曲線B是一併記載習知例的情:厂 比旦較第8圖及第9圖時’第8圖的情形是已知廢氣中 ，〇2量被控制在一定值，第9圖的情形則已知看不太出控 制的效果。亦即，已知必須依_⑽的使用條件^ 固定電阻Rs、熱敏電阻的電阻尺⑶广尺巧2、或反相器的美 準頻率f〇、最大頻率fmm。 土 【圖式簡單說明】 第1圖是本發明之鍋爐之構成的示意圖。 第2圖是第丨圖之鍋爐的控制手段之送風機控制部之 構成例的電路圖。 ^ 3圖是利用具有第2圖之送風機控制部的控制手段 之廢氣中的％量之控制例的曲線圖。 =4圖是周圍溫度與燃料溫度之關係的曲線圖。 ，5圖疋利用具有第2圖之送風機控制部的控制手段 之廢氣中的N〇x量之控制例的曲線圖。 =6圖是廢氣中之ν〇χ^_〇2量之關係的曲線圖。 士第7圖是利用具有第2圖之送風機控制部的控制手段 時之^風機頻率與供氣溫度之_的曲線圖。 ^第8圖疋使用具有第2圖之送風機控制部的控制手 段，且供氣溫度固定為2〇°C或4(TC時之廢氣中之〇2量與 燃料溫度之關係的曲線圖。 井*第9圖是相對於第8圖的情形，使固定電阻Rs、基準 須千f〇、取大頻率匕產生變化時之廢氣中之量與燃料 17 319421 200811403 . 溫度之關係的曲線圖。 【主要元件符號說明】 5 燃燒器 、10 燃料供應手段 * 20 送風手段 30 控制手段 35 燃料溫度測定手段 36 空氣溫度測定手段 ® 100 錯ϊ爐 • 18 319421

Claims (1)

1. 200811403 十、申請專利範圍： 1. 一種鍋爐，係設有：根據供燃燒所使用的空氣及燃料 的溫度變化來調整供燃燒所使用的空氣之風量的控制 - 手段。 • 2·如申請專利範圍第1項之鍋爐，其中，該鍋爐係具有： 燃燒器；將燃料供應至該燃燒器的燃料供應手段；將 空氣供應至前述燃燒器的送風手段；以及用來調整被 供應至前述燃燒器的燃料之燃料量及被供應至前述燃 > 燒器的空氣之風量的前述控制手段，該鍋爐之特徵為： 前述控制手段具有：算出對應於要求負荷被供應 至前述燃燒器之基準燃料量及基準風量的基準量計算 部；根據被供應至前述燃燒器的空氣之空氣溫度及燃 料之燃料溫度來補正前述基準風量，並算出補正後的 風量以作爲供應風量的風量計算部；以及根據前述基 準燃料量及前述供應風量來控制前述燃燒器之燃燒的 > 控制部。 3.如申請專利範圍第2項之鍋爐，其中，用來測定被供 應至前述燃燒器的空氣之空氣溫度及燃料之燃料溫度 的手段係熱敏電阻。 4·如申請專利範圍第3項之鍋爐，其中，前述風量計算 部係在空氣溫度測定熱敏電阻的電阻值為RTH1、燃料 溫度測定熱敏電阻的電阻值為RTH2、固定電阻的電阻 值為Rs時，以補正基準風量的補正量與 l/(l+RTHi/Rs+RTH〗/RTH2)成正比的方式算出供應風量。 19 319421 200811403 5.

   如申請專利範圍第2項之鍋爐 … 部係在將U & ^ f + ’、 κ風置汁异 及藉由空氣、、=:]…所測量的燃料之溫度 農度測疋丁段所測量的空氣之溫度分別設 為Tg、Ta，，以補正基準風量的補正量與丁a/Tgi,2成正 比的方式算出供應風量。 一種_之燃燒控财法，係以預定之空氣比進行燃 燒’亚絲廢氣t的叫抑制在預定範圍的鋪之燃 燒控制方法，其特徵為： 藉由ΤΓΓ出對應於鋼爐之要求負荷的基準燃料量及 基準風里，並根據供燃燒所使用的燃料及空氣之溫度 來補正所算出的基準風量，並依據該補正後的風量及 箣述基準燃料量進行燃燒。

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