JP2807514B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼制御装置に係り、特に燃焼に必要な空気
と燃料の比率を安定に維持し、異常燃焼を防止するに好
適な燃焼制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図および第５図は従来の燃焼制御装置の系統図で
ある。第４図において、６はボイラ出口蒸気圧力制御器
であり、出口圧力設定器1bからの目標信号と、ボイラ出
口圧力を測定して測定値に比例した信号を発信するボイ
ラ出口圧力発信器１からの信号1aとを比較し、その偏差
の比例積分値6aを発信する。信号6aはボイラに供給する
燃料流量制御器７への目標設定信号として入力される。
一方、燃料油流量を測定し測定値に比例した信号を発す
る燃料流量発信器２からの信号2aも前記燃料流量制御器
７に送られ、設定信号6aとの偏差値の比例積分値に基づ
く信号7aにより燃料流量調節弁４の開度を制御する。ま
た、信号6aは分岐回路を経て特性設定リレー15に送ら
れ、この特性設定リレー15から燃料油の完全燃焼に必要
な空気量の1.1倍（空燃比1.1という）程度の空気流量設
定信号15aを空気流量制御器８に送る。空気流量の測定
値に基づく空気流量発信器３からの信号3aも空気流量制
御器８に送られ、信号15aとの偏差の比例積分値に基づ
き信号8aが空気流量制御用ダンパのコントロールドライ
ブ５に送られ、ダンパ開度を制御する。

燃料流量調節弁４の上流側には油配管内圧力を所定圧
力に制御するための燃料圧力調整弁12が設けられてい
る。13は上記油配管内圧力の検出値に基づく信号を発信
する燃料圧力発信器である。この燃料圧力発信器13から
の信号13aと圧力設定信号13bとの偏差の比例積分値によ
り燃料圧力制御器14から制御信号が送られ、圧力調整弁
12の開度が調節される。

上記制御系統において、空気制御装置あるいは燃料制
御装置に何らかの異常が生じ、空燃比がずれた場合は手
動による修正操作が必要であった。

第５図は、空燃比のずれを修正する燃焼制御装置の系
統図である。この装置にはクロスリミット回路が使用さ
れており、図に示すように通常制御されるべき値、すな
わち燃焼に必要な空気流量が例えば10％をこえて異常減
少した場合には、特性設定リレー31aよりこの減少した
空気流量で燃焼させ得る最大燃料流量信号31a′を低信
号選択リレー32に送り、蒸気圧力制御器６からの信号と
比較し、低い値の信号を燃料流量制御器７に送り、これ
により燃料流量調整弁４の制御目標信号を絞り込むよう
に制御する回路が設置されている。また、燃料流量が例
えば、10％をこえて異常増加した場合は、特性リレー31
bよりこの燃料量を燃焼させ得る最小空気量信号31b′を
高信号選択リレー33に送り、特性リレー15からの信号と
比較し、高い値の信号を選択してこれを空気流量制御器
８の設定信号として送る。いずれの場合にも、燃料流量
調節弁４が暴走した場合には、空燃比が大きくずれて燃
焼不安定になることがあり、とくに空気量に対し燃料量
が増加方向に異常動作して未燃ガスが多量に発生した場
合には、爆発の危険もあり、多くの爆発事故は制御操作
端である調整弁の異常動作が原因であることも報告され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、燃焼制御に使用する操作端の暴走に
ついて保護することに配慮されておらず、燃焼炉の爆発
につながる事故の防止が運転員の手動操作に頼る制御方
法であった。

本発明の目的は、燃焼制御に使用する操作端、例えば
ダンパ、ベーン、回転制御器等の暴走を保護し、爆発に
つながる重大事故を未然に防止する燃焼制御方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、燃料流量発信器と、空気流量発信器と、
燃料圧力発信器と、該燃料圧力発信器で得られた実燃料
圧力信号と燃料圧力設定信号との偏差量に基いて燃料圧
力調整弁の開度を制御する燃料圧力制御信号を発信する
燃料圧力制御器と、燃料必要量算出制御回路または手動
調整指令としての燃料流量設定信号と前記燃料流量発信
器で得られた実燃料流量信号とに基いて燃料流量調節弁
の開度を制御する燃料流量制御信号を発信する燃料流量
制御器と、前記燃料流量設定信号に基いて求められた燃
料の完全燃焼上必要な空気流量の設定信号と前記空気流
量発信器で得られた実空気流量信号とに基いて空気流量
調節用の操作端の開度を制御する空気流量制御信号を発
信する空気流量制御器とを有する燃焼制御装置におい
て、前記燃料流量発信器で得られた実燃料流量信号に基
いて求めた完全燃焼上必要な最低空気量信号と前記空気
流量発信器で得られた実空気流量信号との偏差を求め、
得られた空気流量偏差値に基いて燃料圧力調整弁の開度
を制御する燃料圧力制御信号を発信する異常時制御器
と、該異常時制御器から発信された燃料圧力制御信号と
前記燃料圧力制御器から発信された燃料圧力制御信号の
うち低い方の信号値を選択して燃料圧力調整弁の制御信
号とする低信号選択器と、前記空気流量発信器で得られ
た実空気流量信号に基いて求められた安全燃焼上許容さ
れる最大燃料流量の設定信号と前記燃料流量設定信号と
を比較して低い方の信号値を選択して前記燃料流量制御
器に送る低信号選択器とを設けたことを特徴とする燃焼
制御器、 前記燃料流量制御器から発信された燃料流量制御信号
を燃料圧力制御信号に変換する信号変換手段と、該変換
された燃料圧力制御信号と前記異常時制御器から発信さ
れる燃料圧力制御信号のうち低い方の信号値を選択する
低信号選択器と、異常時には前記低信号選択器からの信
号を燃料圧力調整弁に伝達し、正常時には前記燃料圧力
制御器からの信号を燃料圧力調整弁に伝達する切換器
と、前記燃料流量制御信号と燃料流量調節弁の開度信号
とを比較して所定の偏差を検出した場合に前記切換器を
異常時状態に切り換える手段とを設けたことを特徴とす
る上記燃焼制御装置、 および燃料流量発信器と、空気流量発信器と、燃料必
要量算出制御回路または手動調整指令としての燃料流量
設定信号と前記燃料流量発信器で得られた実燃料流量信
号とに基いて燃料流量調節弁の開度を制御する燃料流量
制御信号を発信する燃料流量制御器と、前記燃料流量設
定信号に基いて求められた燃料の完全燃焼上必要な空気
流量の設定信号と前記空気流量発信器で得られた実空気
流量信号に基いて空気流量調節用の操作端の開度を制御
する空気流量制御信号を発信する空気流量制御器とを有
する燃焼制御装置において、前記燃料流量発信器で得ら
れた実燃料流量信号に基いて求められた燃料の完全燃焼
上必要な最低空気流量の設定信号と前記空気流量発信器
で得られた実空気流量信号との偏差を求め、得られた空
気流量偏差値に基いて燃料流量制御信号を発信する異常
時制御器と、該異常時制御器から発信される燃料流量制
御信号と前記燃料流量制御器から発信される燃料流量制
御信号のうち低い方の信号値を選択して前記燃料流量調
節弁の制御信号とする低信号選択器を設けたことを特徴
とする燃焼制御装置により解決される。

本願の請求項３記載の発明において、低信号選択器と
燃料流量調節弁を複数系統、例えば２系統設け、空燃比
が規定範囲に入るまで、例えば二つの燃料流量調節弁を
絞り込むようにすることが好ましい。

〔作用〕

燃焼に必要な空気流量に対して、燃料流量が異常に多
く供給されることを防止することが、燃焼を安定に維持
する上での必要にして充分な条件である。従って空燃比
を規定範囲内に維持するには空気流量計測値に対する、
燃料流量が規定値を越えて供給される場合には、動作不
調となっていると思われる燃料流量調整弁とは別にこれ
と直列に設置された燃料圧力調整弁を、空燃比が規定範
囲内となるように絞り込めばよいことになる。この制御
方法によれば、空燃比が大きくずれることがなく、燃焼
を空気流量に応じた量とするので、空気流量制御の異常
をも含めて、爆発につながるような異常状態を避けるこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は本発明をボイラの燃焼制御装置として適用し
た実施例系統図である。１はボイラ出口圧力発信器、２
は燃料流量発信器、３は空気流量発信器、４は燃料流量
調節弁、５は空気流量調節用ダンパの開度を調節するコ
ントロールドライブ、６は蒸気圧力制御器、７は燃料流
量制御器、８は空気流量制御器、９、10、11、61は自動
・手動切換器、13は燃料圧力発信器であり、それらの動
作は第４図、第５図で述べたものと同じである。

クロスリミット回路としては以下のような構成となっ
ている。燃料流量発信器２からの流量信号をその燃料を
完全燃焼させるに必要な空気流量の許容変動幅の下限値
に相当する信号を発信するように、特性変換するために
特性設定リレー20を経て高信号選択リレー22に入力す
る。一方、蒸気圧力制御器６からの信号に基づき、空気
流量設定信号を発信する特性設定リレー15からの信号も
高信号設定リレー22に入力され、両入力信号のうち高い
信号値が選択され空気流量制御器８に入力される。これ
は空気過剰率を高くとって安全運転するためである。ま
た空気流量発信器３からの信号が特性設定リレー21に入
力され、空気流量に対する燃料の安全燃焼上許容される
最大の燃料流量が特性設定リレー21から設定信号として
低位選択リレー23に入力される。燃料流量制御弁４は通
常ボイラ出口蒸気圧力制御器６からの信号を設定信号と
して制御されるが、空気流量の制御系統が異常状態とな
り、燃料流量に追従して上昇しない場合にはこの回路の
信号が有効に作動することになる。通常の制御系統が一
定の許容変動幅で作動しているので、通常の変動幅以上
にずれている状態で作動させるために、偏差演算リレー
（異常時制御器）16に対する設定信号は、特性リレー20
からの信号にバイアス信号発生器18からの信号を加算器
17で加算したものを使用する。バイアス信号値だけ空燃
比がずれた場合にこの回路が有効に作動することにな
る。バイアス信号発生器18のバイアス分だけ空気に対す
る燃料は多く投入されるので、燃料流量の上限値として
圧力調整弁12の制御信号を低信号選択リレー19で絞り込
むのに使用する。加算器17から異常時制御器16に供給さ
れた設定信号と空気流量発信器３からの実空気流量信号
との偏差の比例積分値に基づいて、燃料油圧力制御回路
の低信号選択リレー19に送るもので、燃料油圧力制御用
の燃料圧力制御器14の出力との比較により、圧力制御を
無視しても、空燃比を維持する信号を優先して、燃料圧
力調整弁12に送るものである。

この実施例の燃料制御系統によれば、空気流量に対す
る燃料流量を特性設定リレー21から低信号選択リレー23
に送り、燃料流量調整弁４を制御するも、さらに空気流
量に対する燃料流量が多い場合に、比例積分制御器（異
常時制御器）16の出力が減少して、燃料圧力調整弁12を
絞り込む動作をする。燃料流量よりも空気流量が多い運
転状態が異常であり、比例積分制御器（異常時制御器）
16の出力は常時最大出力となっているので、燃料圧力制
御系統は燃料圧力制御器14の出力が通常の制御に使用さ
れており、空燃比異常時のみ作動する。

従来技術である第５図の系統の問題点は燃料流量制御
弁がスティックした場合には、空気流量が何らかの異常
信号で絞り込まれると空燃比が異常に低下して失火する
こともある。また、未燃ガスが多量に発生することは必
至であり、この未燃ガスが瞬時に燃焼するのが爆発であ
る。制御機器が正常に作動すれば問題はないわけである
が最もトラブルの多いのが操作端である。

本実施例は、燃料流量制御弁がスティックした時のこ
とを考慮して、直列に設置されている燃料油圧力制御弁
を絞り込み、いかなる場合にも空気／燃料比率を危険な
範囲に入れないようにできる点が最大の特徴である。空
気制御操作器がトラブルを起こして、負荷上昇に追従で
きない場合でも、燃料流量調節弁４または燃料油圧力調
整弁12のいずれかを空気流量を基準に規定範囲内に制御
することが可能になる点は第５図の回路にないところで
ある。空燃比の異常の原因として操作端の暴走がある。
本実施例は、異常な信号や、制御空気の喪失により操作
端が異常な動きをした場合にも、燃料制御系統の弁を絞
り込む機能を二重に利かせることのできる制御手段を提
供するものである。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図と
同様のボイラ燃焼制御装置系統図である。制御の基本的
方法は、第１図と同様であるが、燃料流量調節弁４の制
御信号と実際の燃料流量調節弁４の開度との偏差を、偏
差検出器24で検出して所定偏差ある場合ボイラマスター
手動／自動切換器61を手動にすると同時に、燃料流量調
節弁の手動／自動切換器９も手動に切り換えて、燃料圧
力調整弁12の制御信号を信号切換器25で切り換える。燃
料圧力調整弁12への信号は、通常運転中は燃料流量調整
弁４への信号に対する、燃料圧力調整弁の開度の関係を
補正するように、特性設定リレー26を経て信号切換器25
に送られていて、空燃比の異常時には、低信号選択リレ
ー19で比例積分制御器（異常時制御器）16の信号との低
い方が選択して伝達される。この制御系統では制御器の
いずれかが故障したりした場合に有効であり、電子式制
御装置では操作端の開度による診断まで実施している。

第３図は燃料流量調節弁４と４′を２台直列に設置し
た場合を示し、空燃比を演算する比例積分制御器（異常
時制御器）16の信号を低信号選択リレー19に送り、空燃
比が規定範囲に入るまで、燃料流量調整弁４と、４′、
２台を絞り込むように動作させる。燃料流量調整弁４、
１台が異常状態にあっても、空気流量に対する燃料量が
過大である間は絞り込み、空燃比を維持するものであ
る。これまでの実施例では油燃料を使用する場合につい
て述べたが、ガス燃料についても同様に本発明を適用す
ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、自動制御装置の故障や操作端の暴走
に対しても、燃焼に必要な空燃比の最低限度の状態維持
が可能となり、たとえ空気流量制御系統や燃料流量制御
系統が手動運転中であっても、運転員の誤操作をも含め
て、空燃比を維持するように燃料供給流量を制限するこ
とが可能となる。燃焼制御の基本は空燃比の異常による
失火や爆発につながる危険な状態を作らないように、燃
料系統を運転することであるが、それを可能にする効果
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すボイラの燃焼制御装置
系統図、第２図は他の実施例を示すボイラの燃焼制御装
置系統図、第３図は別の実施例を示すボイラの燃焼制御
装置系統図、第４図は従来技術のボイラの燃焼制御装置
系統図、第５図は、クロスリミット回路を使用している
従来の燃焼制御装置系統図である。 １……圧力発信器、２……燃料流量発信器、３……空気
流量発信器、４……燃料流量調節弁、５……コントロー
ルドライブ、６……蒸気圧力制御器、７……燃料流量制
御器、８……空気流量制御器、９、10、11、61……自動
／手動切換器、12……燃料圧力調整弁、13……燃料圧力
発信器、14……燃料圧力制御器、15、20、21、26……特
性設定リレー、16……異常時制御器、17……加算器、18
……バイアス信号発生器、19、23……低信号選択リレ
ー、22……高信号選択リレー、24……偏差検出器、25…
…信号切換器。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料流量発信器と、空気流量発信器と、燃
   料圧力発信器と、該燃料圧力発信器で得られた実燃料圧
   力信号と燃料圧力設定信号との偏差量に基いて燃料圧力
   調整弁の開度を制御する燃料圧力制御信号を発信する燃
   料圧力制御器と、燃料必要量算出制御回路または手動調
   整指令としての燃料流量設定信号と前記燃料流量発信器
   で得られた実燃料流量信号とに基いて燃料流量調節弁の
   開度を制御する燃料流量制御信号を発信する燃料流量制
   御器と、前記燃料流量設定信号に基いて求められた燃料
   の完全燃焼上必要な空気流量の設定信号と前記空気流量
   発信器で得られた実空気流量信号とに基いて空気流量調
   節用の操作端の開度を制御する空気流量制御信号を発信
   する空気流量制御器とを有する燃焼制御装置において、
   前記燃料流量発信器で得られた実燃料流量信号に基いて
   求めた完全燃焼上必要な最低空気量信号と前記空気流量
   発信器で得られた実空気流量信号との偏差を求め、得ら
   れた空気流量偏差値に基いて燃料圧力調整弁の開度を制
   御する燃料圧力制御信号を発信する異常時制御器と、該
   異常時制御器から発信された燃料圧力制御信号と前記燃
   料圧力制御器から発信された燃料圧力制御信号のうち低
   い方の信号値を選択して燃料圧力調整弁の制御信号とす
   る低信号選択器と、前記空気流量発信器で得られた実空
   気流量信号に基いて求められた安全燃焼上許容される最
   大燃料流量の設定信号と前記燃料流量設定信号とを比較
   して低い方の信号値を選択して前記燃料流量制御器に送
   る低信号選択器とを設けたことを特徴とする燃焼制御
   器。
2. 【請求項２】前記燃料流量制御器から発信された燃料流
   量制御信号を燃料圧力制御信号に変換する信号変換手段
   と、該変換された燃料圧力制御信号と前記異常時制御器
   から発信される燃料圧力制御信号のうち低い方の信号値
   を選択する低信号選択器と、異常時には前記低信号選択
   器からの信号を燃料圧力調整弁に伝達し、正常時には前
   記燃料圧力制御器からの信号を燃料圧力調整弁に伝達す
   る切換器と、前記燃料流量制御信号と燃料流量調節弁の
   開度信号とを比較して所定の偏差を検出した場合に前記
   切換器を異常時状態に切り換える手段とを設けたことを
   特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
3. 【請求項３】燃料流量発信器と、空気流量発信器と、燃
   料必要量算出制御回路または手動調整指令としての燃料
   流量設定信号と前記燃料流量発信器で得られた実燃料流
   量信号とに基いて燃料流量調節弁の開度を制御する燃料
   流量制御信号を発信する燃料流量制御器と、前記燃料流
   量設定信号に基いて求められた燃料の完全燃焼上必要な
   空気流量の設定信号と前記空気流量発信器で得られた実
   空気流量信号に基いて空気流量調節用の操作端の開度を
   制御する空気流量制御信号を発信する空気流量制御器と
   を有する燃焼制御装置において、前記燃料流量発信器で
   得られた実燃料流量信号に基いて求められた燃料の完全
   燃焼上必要な最低空気流量の設定信号と前記空気流量発
   信器で得られた実空気流量信号との偏差を求め、得られ
   た空気流量偏差値に基いて燃料流量制御信号を発信する
   異常時制御器と、該異常時制御器から発信される燃料流
   量制御信号と前記燃料流量制御器から発信される燃料流
   量制御信号のうち低い方の信号値を選択して前記燃料流
   量調節弁の制御信号とする低信号選択器を設けたことを
   特徴とする燃焼制御装置。
4. 【請求項４】前記低信号選択器と燃料流量調節弁を複数
   系統設けたことを特徴とする請求項（３）記載の燃焼制
   御装置。