JPH0148442B2 - - Google Patents

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JPH0148442B2
JPH0148442B2 JP58085432A JP8543283A JPH0148442B2 JP H0148442 B2 JPH0148442 B2 JP H0148442B2 JP 58085432 A JP58085432 A JP 58085432A JP 8543283 A JP8543283 A JP 8543283A JP H0148442 B2 JPH0148442 B2 JP H0148442B2
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JP
Japan
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oxygen concentration
control
excess air
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set value
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JP58085432A
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JPS59212620A (ja
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Kazuo Hiroi
Kenji Kojima
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/02Air or combustion gas valves or dampers
    • F23N2235/06Air or combustion gas valves or dampers at the air intake
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2235/12Fuel valves

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  • 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)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は燃焼排気ガス中の酸素濃度の制御方
法に係り、特に燃焼負荷にともなつて排気ガス中
の酸素濃度の設定値が変化する場合における燃焼
制御系の制御方法に関する。
〔発明の技術的背景〕
第1図に従来のプロセス制御装置のシステムフ
ロー図を示す。炉体1内で燃料と空気の混合比を
所定の値に保つて燃焼させ、排気口付近に設けた
酸素濃度センサ2によつて排気ガス中の酸素濃度
を検出する。
一方、炉体1に取り付けられた炉温センサ3か
らの信号は燃料制御系統4内の温度調節計9に入
力される。酸素濃度センサ2からの信号は酸素濃
度調節計5に入力されるが、この酸素濃度調節計
5には排気ガス中の酸素濃度設定値O2sが入力さ
れており、酸素濃度センサ2によつて測定される
排気ガス中の実際の酸素濃度と比較され偏差量を
表わす信号MVが出力されるようになつている。
設定値O2sは燃焼負荷に応じてその値を変更で
きるように酸素濃度設定器6が設けられている。
このようにしてバーナ7で燃焼する燃焼と空気と
の重量比はある一定の比率を保つた状態で燃焼す
る。このときの燃料供給量に対する空気供給量の
比を空気過剰率μと称し、通常はμ=μ0(μ0は一
定値でたとえば12)となる。
酸素濃度調節計5からの偏差信号MVが発生す
ると、この信号MVを燃焼制御系統4の空気過剰
率μ0に対する補正値Δμとして関与させ、 μ=μ0+Δμ ……(1) として空気過剰率μを変更し、酸素濃度の設定値
O2sと、酸素濃度センサ2によつて検出される実
際の酸素濃度の測定値とを一致させるように制御
をおこなう。
ここで空気過剰率μはさらに(2)式のごとく表わ
される。
μ=μ0+K(MV−x0)/100 ……(2) ここでkは定数、x0は通常は50に設定されてい
る。また偏差量を表わす信号MVは0〜100の間
で変動する。燃焼制御系統4内には燃料と空気と
の流量をそれぞれ調節するための燃料流量調節計
10と空気流量調節計11とが設けられ、温度調
節計9からの制御信号に応答してその流量を制御
している。空気流量調節計11に対して与えられ
る制御信号は、前述した偏差信号MVに基づいて
算出された(2)式に示す空気過剰率μと温度調節計
9からの信号との乗算により与えられる。
すなわち空気過剰率基準値12(μ0)とその補正
値Δμとが加算器13によつて加算され、空気過
剰率16(μ)として乗算器14に与えられること
によりこのような制御を可能とする。
一方、補正値Δμは演算器15によつて偏差信
号MVに基づき、(2)式に従つて算出される。また
燃料負荷は燃料の流量として表わされ、その信号
は燃料流量調節計10および酸素濃度設定器6に
入力される。
第1図に示すようなシステムフロー図に基づい
ておこなわれる酸素濃度制御の特徴として、次の
2点が挙げられる。
酸素濃度設定値O2sは燃焼負荷状態によつて
バーナの最適空燃比が変わるのが普通であるた
め、一定値ではなく燃焼負荷に応じて常に変化
する。
またプロセスの特性としてムダ時間が大きい
ためサンプルPI制御ロジツク等が採用される。
そのため酸素濃度調節計5の出力MVから演算
器15によつて空気過剰率の補正値Δμを求め
るに際してムダ時間より長い制御周期で制御を
おこない、それも何回か出力更新を繰り返す必
要がある。
〔背景技術の問題点〕
したがつて従来の制御方法では排気ガス中の酸
素濃度に制御偏差が発生した場合、サンプルPI
制御の制御休止中である場合には即座に燃焼制御
系統4にこの結果を反映させることができないと
いう欠点があつた。また(2)式に示すように演算器
15からの出力は固定ゲインとなるように制御さ
れていたが、実プラントでは酸素濃度設定値O2s
に伴つてプロセスのゲインが変化するのが普通で
あり、このような変化に対応した制御がおこなわ
れないという欠点をも有していた。
〔発明の目的〕
この発明の目的は燃焼制御系統の応答を速め、
しかも酸素濃度調節計のサンプルPI制御の制御
休止中であつても最適空燃比を保つように速いタ
イミングで制御のおこなわれる酸素濃度制御方法
を提供するにある。
〔発明の概要〕
この発明では上記目的を達成するために、排気
ガス中の酸素濃度を設定値O2sに保つための空気
過剰率μsを μs=A/A−O2s (ただし、Aは空気中の酸素含有量) として求め、前記設定値O2sからの偏差値ΔO2
表わす信号MV(ΔO2)に対して前記空気過剰率
μsの補正値μを、 μ=μs+μs 2/A×MY(ΔO2) として求め、この補正値μを用いて燃焼制御系の
空燃比制御をおこなつて排気ガス中の酸素濃度を
前記設定値O2sに保つよう制御することを特徴と
している。
〔発明の実施例〕
排気ガス中の酸素濃度設定値O2sに対してΔO2
の変化が出た時、空気過剰率μsの変化Δμはいく
らになるかを求めてみる。ここでO2sがO2s+ΔO2
に、μsがμs+Δμに変化したのであるから、空気
過剰率μsの理論式を μs=A/A−O2s ……(3) として表わせば、 μs+Δμ=A/A−(O2s+ΔO2) ……(4) と表わされる。Aは空気中の酸素含有量を100%
表示したものであつて通常20.6の固定値である。
しかし一般に近似値として21を用いる場合もあ
る。
(3)、(4)式から Δμ=(μs+Δμ)−μs=A/A−(O2s+ΔO2)−
A/A−O2s=A×ΔO2/(A−O2s−ΔO2)(A−O2s
)……(5) (5)式の中で(A−O2s)≫ΔO2が通常の関係で
あるので、分母からΔO2を省略すると、 Δμ≒A×ΔO2/(A−O2s)(A−O2s)=A/(A−
O2s)×A/(A−O2s)×ΔO2/A={A/(A−O2s
)}2 ×ΔO2/A=μs 2/A×ΔO2 ……(6) という関係式を得る。
(6)式のΔO2は、酸素濃度調節計からの補正値を
意味し、 MV(ΔO2)=(ΔO2) ……(7) (ΔO2;O2の偏差値) の如くに酸素濃度調節計の出力に置き変えられ
る。
第2図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
であつて、前述した空気過剰率の変化量Δμを検
出するための構成を示したものである。μs演算器
21は酸素濃度設定器24の出力に応じて(3)式の
演算をおこなつて基準となる空気過剰率μsを求め
る。酸素濃度調節計5からの偏差量ΔO2を表わす
信号MV(ΔO2)と、μs演算器21の出力μsと、定
数Aとに基づいて(6)式に示す演算を乗算器20,
25、除算器26および加算器22を介して実行
することにより燃焼制御系23に対する基準空気
過剰率μsの補正された値μを得ることができる。
ここで(6)式と(7)式を用いて補正された空気過剰
率μは次のように表わすこともできる。
μ=μs+μs 2/A×MV(ΔO2) ……(8) =A/A−O2s+A/(A−O2s2×MV(ΔO2)……(
9) このように、従来の酸素濃度調節計の操作出力
MVは(2)式の関係で燃料制御系に結びついていた
が、この発明では(9)式に示す関係で燃焼制御系に
結びつけるようにしたことにより排気ガス中の酸
素濃度の設定値O2sと酸素濃度調節計5の出力
(すなわち酸素濃度偏差ΔO2の関数である)MV
(ΔO2)と空気過剰率μとの関係が理論的にかつ
一義的に定まることになる。
次に実用的な数字を使つてこの発明と従来の方
法との対比をおこなつてみる。
100%負荷時のμs1=1.05 O2s1=0.98% 10%負荷時のμs2=1.3 O2s2=4.7% (9)式にあてはめ、燃焼負荷が100%→10%に変
化した場合を比較すると、 負荷100%時;μ=1.05+1.1×MV(ΔO2)/20.6……(1
0) 負荷10%時;μ=1.3+1.69×MV(ΔO2)/20.6……(11
) また従来方法の場合を10%負荷時基準(μ0
1.3)で表わすと、 従来の場合;μ=1.3+1×MV(ΔO2) ……(12) このように従来の方法では(12)式に示すように操
作出力MV(ΔO2)の係数は常に1である。しか
しこの発明に基づく場合にはその係数は(10)、(11)式
で示すように、1.1(100%負荷時)から1.69(10%
負荷時)まで自動的に変化している。このことは
例えば10%負荷時で考えると、同じ操作出力MV
(ΔO2)値を1.69倍のゲインで燃焼制御系の空燃
費として自動補正していることになる。従来の方
法ではこの自動補正が無いため、その分だけ酸素
濃度偏差が新たに発生してそれを酸素濃度調節計
で何回かの制御を繰り返して収束させていたわけ
であるから整定までに長時間を要していた。しか
しこの発明では酸素濃度偏差に基づく空気過剰率
の修正量を理論的に求めて刻刻と変化する酸素濃
度設定値の変化にも対応してしかも一回の制御で
整定することが可能となるので最短時間で整定が
おこなわれる。
〔発明の効果〕
以上実施例に基づいて詳細に説明したように、
この発明では酸素濃度設定値O2sの変化が理論式
に裏付けされた形で空気過剰率μに即座に反映さ
れることになるので、酸素濃度制御系の応答を速
める効果がある。
また(8)式で示されるように制御ゲインが理論的
に自動修正されるので、制御の安定性が良くな
る。さらに酸素濃度設定値O2sの変化が酸素濃度
調節計のサンプルPI制御の制御休止中であつて
も前述した応答動作がおこなわれて即座に空気過
剰率μの修正がおこなわれる。
したがつて制御周期が非常に長くてもこれとは
無関係に最適空燃比を保つようにフイードホワー
ド制御が非常に速いタイミングでおこなわれるこ
とになる。
以上のような利点を有するのでこの発明に係る
制御方法を採用すれば低酸素濃度で安定した燃焼
制御を可能とし最適空燃比の確保により省エネル
ギ、公害防止に有効な燃焼制御系を構成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のプロセス制御装置のシステムフ
ロー図、第2図はこの発明の一実施例を示すブロ
ツク構成図である。 2……酸素濃度センサ、4……燃焼制御系統、
5……酸素濃度調節計、6……酸素濃度設定器、
21……μs演算器、23……燃焼制御系、24…
…酸素濃度設定器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 排気ガス中の酸素濃度を設定値O2sに保つた
    めの空気過剰率μsを、 μs=A/A−O2s (ただしAは空気中の酸素含有量) として求め、前記設定値O2sからの偏差値ΔO2
    表わす信号MV(ΔO2)に対して前記空気過剰率
    μsの補正値μを、 μ=μs+μs 2/A×MV(ΔO2) として求め、この補正値μを用いて燃焼制御系の
    空燃比制御を行なつて排気ガス中の酸素濃度を前
    記設定値O2sに保つよう制御することを特徴とす
    る燃焼排気ガス中の酸素濃度制御方法。
JP58085432A 1983-05-16 1983-05-16 燃焼排気ガス中の酸素濃度制御方法 Granted JPS59212620A (ja)

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