JPH01244214A - バーナ運転空気比の監視制御方法および装置 - Google Patents

バーナ運転空気比の監視制御方法および装置

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JPH01244214A
JPH01244214A JP63072438A JP7243888A JPH01244214A JP H01244214 A JPH01244214 A JP H01244214A JP 63072438 A JP63072438 A JP 63072438A JP 7243888 A JP7243888 A JP 7243888A JP H01244214 A JPH01244214 A JP H01244214A
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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］ 本発明は工業用燃焼装置におけるバーナ運転空気比の監
視制御方法の改良およびそれを適用した監視制御装置に
関するものである。
［従来技術およびその問題点］ 工業用燃焼装置では、燃料および空気を１本あるいは複
数本のバーナに供給し、燃焼させることによって熱エネ
ルギーを利用している。バーナ運転空気比が１以下であ
ると、すなわち、供給空気量が理論空気量より小さいと
、不完全燃焼により未燃物が発生し、燃料の保有する化
学エネルギーを完全に熱エネルギーに変換できないため
、エネルギー損失になる。一方、運転空気比が１よりも
過大であると、空気比に比例して燃焼排ガス量が増大す
るため、燃焼排ガスが持ち出す顕然損失が増大し、熱効
率が低下する。したがって、最大の熱効率を得るために
は、完全燃焼が損なわれない範囲で、なるべく小さな空
気比で燃焼を維持することが必要である。この最適空気
比は燃料と空気の混合特性に支配されるためにバーナの
構造や熱負荷などに依存し、いずれの燃焼装置において
も一定値であるというわけではない、そのため、個々の
バーナの空気比を高精度で検出、監視し、運転管理者が
所望する任意の空気比に調節制御できる必要がある。
従来、−船釣に実施されている空気比監視制御方法では
、煙道排ガスを分析し、燃焼ガス組成から燃焼計算によ
って空気比を求め、空気比制御操作（空気量の調節）に
フィードバックしている。
しかし、この方法には、 １）バーナから煙道までの間での漏入空気の影響を受け
、精確にバーナ運転空気比を検出できない。
２）通常、工業用燃焼装置では複数のバーナが装備され
ることが多く、その場合には、全体の空気比は適切であ
っても、個々のバーナでは不適当な空気比で燃焼するこ
とがあり得る。
などの問題がある。これらの問題を克服すべく、火炎か
らの発光を媒介とし、個々のバーナの運転空気比を監視
制御する方法として以下のような提案がなされている。
１）空気比が１近傍の場合に、燃焼化学反応が最も活発
であり、ある特定の燃焼生成物からの発光スペクトル強
度が最大となることを利用し、そのスペクトル強度が常
に最大値になるようにバーナ運転空気比を制御する。
２）　火炎発光のうち、波長の異なる２種のスペクトル
を検出し、それらのスペクトル強度の比が空気比に対し
て変化することに基づき、目標空気比に対応するスペク
トル強度比が維持されるようにして制御を行う。
しかしながら、 １）では、目標空気比が１近傍の特定の値だけに限定さ
れ、個々の燃焼装置に特有の最適空気比に任意に設定制
御することはできない。
２）では、可視あるいは赤外波長領域のスペクトルを指
標に含むため、炉壁や被熱物などからの熱放射の影響を
受け、精度、安定性に問題がある。また、空気比に対す
るスペクトル強度比の変化は代数的な関数でないため、
目標空気比の設定や制御システムが煩雑となる。
などの欠点を有しており、火炎発光を利用したバーナ運
転空気比の監視制御技術は確立されていない。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、火炎発光を媒介としたバーナ運転空気比の
光学的検出と制御にみられる上述の問題点を解決すべく
鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
ｌ）バーナ出口直後の火炎基部におけるＯＨ発光スペク
トル強度と空気比の間には一次関数の線形関係がある。
２）燃料の種類によってこの一次関数の定数値は変わる
が、同一燃料で燃料流量を増減させた場合には、ＯＨ発
光スペクトル強度が一様に増幅、減衰されるので、燃料
流量の増減比に一致して一次関数の定数値が増減するだ
けである。
本発明は、上述の知見にもとづき、火炎基部からのＯＨ
発光スペクトルを検出することによって、所望の任意の
空気比に調節制御することを可能せしめるバーナ空気比
の監視制御方法およびそれを適用した監視制御装置であ
る。
本発明のもとになる原理を図によって詳細に説明するこ
とにする。第１図は市販のガスバーナ（タカミツ工業製
、５０　ＰＳ型）を用い、プロパンガスを燃料とし、燃
料流量と運転空気比を変化させた場合の火炎基部からの
ＯＨ発光スペクトル強度（光電変換後の電圧値）を測定
した結果である。
火炎全長は大略１ｍであり、発光スペクトル測定位置は
バーナ出口より火炎中心軸方向に５０ｍｍの位置である
。ＯＨ発光にはいくつかの波長のバンドスペクトルがあ
るが、第１図には波長が３０９ｎｍ１のスペクトル強度
を示している。図の横軸はバーナ運転空気比、縦軸は燃
料流量で正規化した　ＯＨスペクトル強度である。すな
わち、基準の燃料流量を２０１７ｗ１ｎとし、例えば、
燃料流量が１５１７Ｉｌｉｎの場合には、測定されたス
ペクトル強度に２０／１５を乗じてプロットしている。
すべての測定結果は、小さな測定誤差内で、−次関数で
表現される直線上にある。第２図はメタンガスを燃料と
した場合の、第１図と同様の測定結果である。
第１図および第２図によれば、バーナ運転空気比重に対
する発光スペクトル強度Ｉは １　＝　ｆ　・（ａｌｍ　＋　ｂ　）　　　　　　　（
１）と表されることがわかる。ここで、ａおよびｂは使
用燃料によって特定される定数、ｆは基準の燃料流量に
対する実際運転時の燃料流量の比である。すなわち、−
度、ある基準の燃料流量のもとて空気比とＯＨ発光スペ
クトル強度の関係を較正し、式（１）中のａおよびｂを
決定しておけば、燃料流量の計測値からのｆと火炎基部
からのＯＨ発光スペクトル強度の測定値■より、式（１
）によって高精度にバーナ運転空気比ｍ　が検出できる
ことになる。したがって、所望の目標空気比に対応する
スペクトル強度信号値を設定しておき、この設定値に火
炎基部からのスペクトル強度検出信号が一致するように
空気流量制御弁を駆動制御すれば、常時、目標空気比の
もとての最適燃焼状態が維持されることになる。なお、
式（１）中の定数値ａおよびｂは燃料の種類によって変
わるが、工業用燃焼装置では頻繁に燃料種類を変更する
ことはないので、上述の較正の必要頻度は極めて低い。
［発明の効果］ 本発明では、 １）燃焼中間生成物であるＯＨラジカルからの紫外発光
スペクトルを検出の媒介としており、このスペクトルは
短波長であるため、炉壁や被熱物からの可視、赤外波長
領域の熱放射の影響を受けない。
２）バーナ出口付近の火炎基部を検出対象とするため、
スペクトル検出部および制御部をバーナ本゛体に容易に
組み込むことが可能である。
３）制御器における伝達関数は簡明な一次関数であるた
め、簡単な構成の制御回路で、しかも高い応答性、安定
性が得られる。
などの特長を有しており、火炎発光を利用した空気比監
視制御に関する従来提案とはまったく異なる原理で、従
来提案の欠点を有しないものである。
［実施例］ 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。第３
図は、本発明の燃焼監視制御装置の構成を示す図であり
、バーナ本体部１　、スペクトル検出部２、制御部３か
らなる。配管１１および１２′　　よりそれぞれ燃料お
よび空気が供給され、火炎１５が形成される。火炎基部
からの発光１７は火炎観測孔１６を通過し、チョッパ２
１を経て分光器２２に入射する０分光されたＯＨスペク
トルは光電子増倍管２３にて光電変換される。電気信号
に変換されたＯＨ発光スペクトル信号はチョッ：パ２１
からの開閉信号とともにロックインアンプ２４　　に入
力され、信号の増幅およびノイズの除去１がなされて、
制御部３　に送信される。スペクトル検出部の分光器２
２および光電子増倍管２３の代わりに紫外領域のＯＨス
ペクトルに感度特性を有する光電変換素子を使用するこ
とも可能である。
制御器３１には、前記の式（１）中の定数値ａおよびｂ
　が記憶されており、燃料流量計１３からの入力信号に
より　ｆの値がわかるので、式（１）によって所望の目
標空気比に対応するＯＨ発光スペクトル強度の値が設定
される。したがって、スペクトル検出部２　からのＯＨ
発光スペクトル強度信号とこの目標値が一致するように
空気流量制御弁１４　　を駆動制御することによって、
燃料流量が変化しても、常に、最適の運転空気比を維持
することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明の詳細な説明する図であり
、プロパン燃焼およびメタン燃焼のそれぞれの場合につ
いて、バーナ運転空気比と発光スペクトル強度の間の線
形関係を示す、第３図は本発明の監視制御装置の構成を
示す図である。 １・・・バーナ本体部　２・・・スペクトル検出部３・
・・制御部　１１・・・燃料配管　１２・・・空気配管
１３・・・燃料流量計　１４・・・空気流量制御弁１５
・・・火炎　１６・・・火炎観測孔　１７・・・火炎基
部からの発光　２１・・・チョッパ　２２・・・分光器
２３・・・光電子増倍管　２４・・・ロックインアンプ
３１・・・制御器 第　　１　　図 嶺 バーナ運転空気比ｍ 第　　２　　図 傾 凹 ｌｌ＠ 尉 バーナ運転空気比ｍ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）バーナ火炎基部におけるＯＨラジカルからの発光
    スペクトル強度とバーナ運転空気比との間の線形関係を
    もとに、ＯＨ発光スペクトル強度よりバーナ運転空気比
    を検出することを特徴とするバーナ運転空気比の監視制
    御方法。
  2. （２）バーナタイルに火炎観測孔を有し、流量信号を発
    信可能な燃料流量計および外部信号により駆動可能な空
    気流量制御弁を備えたバーナ本体部と、火炎観測孔を通
    じて火炎基部からのＯＨ発光スペクトル強度を検出する
    スペクトル検出部と、ＯＨ発光スペクトル強度信号およ
    び燃料流量信号をもとに所望の空気比を維持すべく空気
    流量制御弁を駆動制御する制御部から構成される、バー
    ナ運転空気比の監視制御装置。
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