JPH03110320A - ガス化燃料用バーナの燃焼制御方法 - Google Patents

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］ 本発明はガス化燃料用バーナの燃焼制御方法に関するも
のである。

［従来の技術１ 一般にボイラは複数のバーナ全体を同時に制御していた
。

しかし複数のバーナ全体を同時に制御した場合、個々の
バーナには特性に夫々差があるため、各バーナを全て最
適な状態で燃焼させることは困難であった。

そのため、従来は、バーナ全体の制御が済んだ後に、作
業員が自己の経験により個々のバーナの燃焼状態を手動
で再調整していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の作業員による個々のバーナに
対する燃焼状態の手動調整作業では、各作業員毎に調整
の基準が異なるため、各バーナを常に最適な状態で燃焼
させることができなかった。

このため、バーナ全体の燃焼効率は充分に高くならず、
又バーナの燃焼により発生する排ガスの中の大気汚染物
質例えば窒素酸化物や一酸化炭素の濃度を低く抑えるこ
とかできなかった。

本発明は上述の実情に鑑み、ガス化燃料を使用するバー
ナに対しバーナ全体の制御後に個々のバーナを効率良く
燃焼させることかできるようにして、燃焼効率の向上や
大気汚染物質の低減を図れるようにしたガス化燃料用バ
ーナの燃焼制御方法を提供することを目的とするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明はガス化燃料用バーナの火炎から分光器を用いて
輝線スペクトルを発生する特定の波長の光を分光し、分
光された特定の波長の光を光電変換器を用いて輝線スペ
クトルの発光強度に変換し、該発光強度から演算制御装
置を用いて燃焼指標の量を求めると共に、該燃焼指標の
量と設定器からの基準となる燃焼指標の量との偏差を取
り、該偏差に基づいて燃焼制御流体調整装置へ制御信号
を出力して燃焼制御流体を調整することを特徴とするガ
ス化燃料用バーナの燃焼制御方法にかかるものである。

［作　　　用］ ガス化燃料を燃焼してその発光スペクトルを調べると、
特定の波長に発光強度の強い輝線スペクトルが見られる
。

この輝線スペクトルの発光強度の強弱は、実験の結果バ
ーナの燃焼に伴って発生する窒素酸化物のような燃焼指
標の発生量と相関関係かあることか確かめられた。

そこで、輝線スペクトルの発光強度を計測し、該発光強
度から燃焼・により発生している窒素酸化物のような燃
焼指標の量を演算し、演算による燃焼指標の量と基準と
なる燃焼指標の量との偏差を取り、該偏差に基いて偏差
が零となるように、ガス化燃料用バーナや該バーナの燃
焼雰囲気中に供給する、燃焼用空気やバーナの排ガスの
ような燃焼制御流体の量を増減させれば、バーナは最適
な燃焼状態となる。

このような、バーナの燃焼状態の調整を個々のバーナに
ついて行えば、全てのバーナが最適状態となる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図・第２図は本発明の方法を実施する装置の一例で
あり、第１図はバーナ制御装置のブロック図、第２図は
ボイラの燃焼制御流体糸路図を示している。

第１図中、１はバーナ、２はバーナｌの火炎、３はバー
ナｌの火炎２に向けて設けられた、光ファイバーの先端
にレンズを取付けて成る光プローブ、４は光フアイバー
ケーブル、５は光スキャナ、６はバーナｌの火炎２の光
、７は分光器、８は特定波長の光、９は光電変換器、１
０は特定波長の光８の発光強度、１１は演算制御装置、
１２は設定器、１３は基準となる燃焼指標の量、１４は
制御信号、１５は燃焼制御流体調整装置であり、第２図
中、１Ｂはボイラ、１７はバーナｌの旋回ベーン、１８
はバーナ１に供給する燃焼用空気、１９は空気流量調整
ダンパ２０を備えた燃焼用空気流路、２１はオーバーエ
アポート、２２は燃焼用空気流路１９とオーバーエアポ
ート２１の間を接続する分岐流路、２３は分岐流路２２
の途中に設けられたオーバーエアポートダンパ、２４は
ボイラ１６の排ガスダクト、２５は排ガス、２６はボイ
ラ１６の排ガスダクト２４と燃焼用空気流路１９の間を
接続するバイパス流路、２７はバイパス流路２６の途中
に設けられた排ガス混合ダンパであり、ここで燃焼制御
流体とは燃焼用空気１８及び排ガス２５のことを指し、
第１図の燃焼制御流体調整装置１５は第２図の旋回ベー
ン１７、空気流量調整ダンパ２０、オーバーエアポート
ダンパ２３、排ガス混合ダンパ２７に相当する。

次に作動について説明する。

第２図におけるバーナｌに、図示しない糸路からガス化
燃料を供給し、同時にバーナｌに、空気流量調整ダンパ
２０により流量を調整された燃焼用空気１８を、燃焼用
空気流路１９を介して供給し、このときバーナｌの旋回
ベーンにより燃焼用空気１８に所要の旋回力を与えてガ
ス化燃料に対する燃焼用空気１８の混合性を調整し、バ
ーナｌでガス化燃料の燃焼を行わせる。

このとき、空気流量調整ダンパ２０を調整して、燃焼用
空気１８の流量を多くすると、バーナ１に供給される酸
素の量が多くなるので、バーナｌの燃焼状態が盛んにな
り、反対に燃焼用空気１８の流量を少くすると、バーナ
ｌの燃焼状態が衰える。

又、旋回ベーン１７を調整して、燃焼用空気１８に与え
る旋回力を強くすると、ガス化燃料に対する燃焼用空気
１８の混合性が良好となるので、バーナｌの燃焼状態が
盛んになり、反対に旋回力を弱くすると、バーナｌの燃
焼状態が衰える。

バーナｌの燃焼ガスは、ボイラ１６内部を流れて、水や
蒸気を加熱した後、排ガス２５として排ガスダクト２４
から排出される。

排ガスダクト２４から排出された排ガス２５の一部は、
排ガス混合ダンパ２７により流量を調整されてバイパス
流路２６を介して燃焼用空気流路１９に導かれ、燃焼用
空気１８と混合されてバーナｌに供給される酸素量の調
節に用いられる。

従って、排ガス混合ダンパ２７を調整して、排ガス２５
の混合量を多くすると、バーナｌに供給される酸素量が
減少するので、バーナ１の燃焼状態が衰え、反対に排ガ
ス２５の混合量を少くすると、バーナ１の燃焼状態が盛
んになる。

更に、燃焼用空気流路１９を流れる燃焼用空気１８に混
合された排ガス２５は、オーバーエアポートダンパ２３
により流量を調整されて分岐流路２２からオーバーエア
ポート２１を介してバーナｌの燃焼雰囲気中に供給され
、バーナｌの燃焼雰囲気の調整に用いられる。

従って、オーバーエアポートダンパ２３を調整してバー
ナｌの燃焼雰囲気中に供給される排ガス２５の量を多く
すると、燃焼雰囲気中の酸素量が減少するのでバーナｌ
の燃焼状態が衰え、反対に燃焼雰囲気中に供給される排
ガス２５の量を少くすると、バーナｌの燃焼状態が盛ん
になる。

このようにバーナｌの燃焼状態が盛んになると、燃焼温
度が上昇するので、窒素Ｎ２や炭素Ｃ及び−酸化炭素Ｃ
Ｏは、酸素０２と結合し易くなって、−酸化窒素ＮＯに
酸化窒素Ｎ　０２の如き窒素酸化物ＮＯＸや二酸化炭素
ＣＯ２となるため、窒素酸化物ＮＯｘの量は増加し一酸
化炭素ＣＯの量は減少する。

反対にバーナｌの燃焼状態が衰えると、窒素酸化物ＮＯ
Ｘの量は減少し、−酸化炭素ＣＯの量は増加する。

このようにして、バーナ１全体に対する燃焼状態の制御
が済んだら、バーナ１の個々の特性に応じて、各バーナ
ｌを燃焼状態が最適となるよう調整する。

第１図において先ず、各バーナＩの火炎２を、各バーナ
ｌ毎に取付けられた光プローブ３で検出して、光フアイ
バーケーブル４を通して光スキャナ５に集める。

光スキャナ５は集められた各バーナｌの火炎２の光Ｂを
順番に分光器７に送る。

ガス化燃料を燃焼してその発光スペクトルを調べると、
第３図の波長と発光強度との関係を表わす線図に示され
るように、特定の波長に発光強度の強い輝線スペクトル
ヒ）〜（チ）が見られる。

この輝線スペクトル（イ）〜（チ）の発生はガス化燃料
の燃焼に特有の現象であり、輝線スペクトル（イ）〜（
チ）はガス化燃料の燃焼の際に発生する不安定な結合状
態の元素、例えばＣＨラジカルと呼ばれる炭素原子Ｃと
水素原子Ｈを含む元素や、Ｃ２ラジカルと呼ばれる炭素
原子Ｃを２つ含む物質が、安定な元素、例えば水Ｈ２０
や二酸化炭素ＣＯ２に変化する際に発光することにより
生じるものである。

分光器７は送られたバーナ１の火炎２の光６から輝線ス
ペクトルを発生する特定波長の光８を分光する。

光電変換器９は特定波長の光８を光電変換して特定波長
の光８の発光強度１０とする。

該発光強度１０は実験の結果、バーナ１の燃焼状態との
間に相関関係が認められ、第４図の発光強度と窒素酸化
物の量の関係を表わす線図や、第５図の発光強度と一酸
化炭素の量の関係を表わす線図に示されるように、発光
強度１０が強くなるとバーナ１の燃焼状態が盛んになっ
て、窒素酸化物の量が増加し且つ一酸化炭素の量が減少
して、反対に発光強度１０か弱くなるとバーナｌの燃焼
状態か衰えて、窒素酸化物の量か減少し且つ一酸化炭素
の量か増加する関係となる。

演算制御装置１１は発光強度１０に基づき、実験によっ
て予め求められた第４図又は第５図の関係から窒素酸化
物又は−酸化炭素のうちの一方を燃焼指標として、燃焼
指標の発生２を導き出し、更に導き出した燃焼指標の量
と、設定器１２からのバーナ１が最適燃焼状態のときに
予め求められた基準となる燃焼指標の量１３との偏差を
取り、該偏差に基づいて偏差が零となるように燃焼制御
流体調整装置１５へ制御信号１４を出力する。

制御信号１４を入力すると、燃焼制御流体調整装置１５
を構成する、旋回ベーン１７、空気流ｆｆｉ調整ダンパ
２０、オーバーエアポートダンパ２３、排ガス混合ダン
パ２７は以下の様に調整される。

先ず、旋回ベーン１７及び空気流量調整ダンパ２０では
、燃焼指標を窒素酸化物とした場合には、前記した理由
により第６図の窒素酸化物と燃焼用空気の関係を表わす
線図に示すように、窒素酸化物の量が多いときは燃焼用
空気の量や旋回力が過大であるという関係にあるので、
演算制御装置１１で導き出された窒素酸化物の量が基準
となる燃焼指標（窒素酸化物）の量１３より多い場合に
は、燃焼用空気１８の量を少く、反対に少い場合には燃
焼用空気１８の量を多くして、基桑となる燃焼指標（窒
素酸化物）の量１３に一致させるようにする。

又、旋回ベーン１７及び空気流量調整ダンパ２０ては、
燃焼指標を一酸化炭素とした場合には、前記した理由に
より第７図の一酸化炭素と燃焼用空気の関係を表わす線
図に示すように、−酸化炭素の量が少いときは燃焼用空
気の量や旋回力が過大であるという関係にあるので、演
算制御装置１１で導き出された一酸化炭素の量が基準と
なる燃焼指標（−酸化炭素）の量１３より多い場合には
、燃焼用空気１８の量を多く、反対に少い場合には燃焼
用空気１８の量を少くして、基準となる燃焼指標（−酸
化炭素）の量１３に一致させるようにする。

次に、オーバーエアポートダンパ２３及び排ガス混合ダ
ンパ２７では、燃焼指標を窒素酸化物とした場合には、
前記した理由により第８図の窒素酸化物と排ガス混合率
の関係を表わす線図に示すように、窒素酸化物の量が少
いときは排ガス混合率が過大であるという関係にあるの
で、演算制御装置１１で導き出された窒素酸化物の量が
基準となる燃焼指標（窒素酸化物）の＝ｔ３より多い場
合には排ガス２５の供給量を多く、反対に少い場合には
排ガス２５の供給量を少くして、基準となる燃焼指標（
窒素酸化物）の量１３に一致させるようにする。

又、オーバーエアポートダンパ２３及び排ガス混合ダン
パ２７では、燃焼指標を一酸化炭素とした場合には、前
記した理由により第９図の一酸化炭素と排ガス混合率の
関係を表わす線図に示すように、−酸化炭素の量が多い
ときは排ガス混合率が過大であるという関係にあるので
、演算制御装置１１で導き出された一酸化炭素の量が基
準となる燃焼指標（−酸化炭素）のｆｉ　１３より多い
場合には、排ガス２５の供給量を少く、反対に少い場合
には排ガス２５の供給量を多くして、基準となる燃焼指
標（−酸化炭素）の量１３に一致させるようにする。

この際、旋回ベーン１７、空気流量調整ダンパ２０、オ
ーバーエアポートダンパ２３、排ガス混合ダンパ２７は
、全てのものを調整するようにしても、このうちの１つ
或いは幾つかを調整するよう（ヒしても良い。

このようにすることにより、個々のバーナＩが、夫々の
特性の差に拘らず、全て最適状態で燃焼するようになる
ので、高精度の燃焼が行われ、結果として燃焼効率の向
上や環境汚染の低下が図られる。

尚、本発明のガス化燃料用バーナの燃焼制御方法は、上
述の実施例にのみ限定されるものではなく、燃焼指標は
これらの他にばいじんやその他のものとしても良いこと
、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のガス化燃料用バーナの燃
焼制御方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏
し得る。

■　バーナ全体の制御を行った後、個々のバーナを最適
な状態で燃焼させることができる。

■　■から、バーナ全体の燃焼効率をより向上すること
ができ、燃費を良くすることができる。

■　■から、バーナの燃焼により発生した排ガスの中の
大気汚染物質の濃度を低くすることができ、厳しい排ガ
ス基準が設けられても充分に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示すバー
ナ制御装置のブロック図、第２図はボイラの燃焼制御流
体糸路図、第３図はガス化燃料を燃焼した火炎の波長と
発光強度の関係を示す線図、第４図は発光強度と窒素酸
化物の量の関係を示す線図、第５図は発光強度と一酸化
炭素の量の関係を示す線図、第６図は窒素酸化物と燃焼
用空気の関係を示す線図、第７図は一酸化炭素と燃焼用
空気の関係を示す線図、第８図は窒素酸化物と排ガス混
合率の関係を示す線図、第９図は一酸化炭素と排ガス混
合率の関係を示す線図である。 図中、ｌはバーナ、２は火炎、７は分光器、８は特定波
長の光、９は光電変換器、ｌＯは発光強度、１１は演算
制御装置、１２は設定器、１３は基準となる燃焼指標の
量、１４は制御信号、１５は燃焼制御流体調整装置、１
７は旋回ベーン、■８は燃焼用空気、２０は空気流量調
整ダンパ、２３はオーバーエアポートダンパ、２５は排
ガス、２７は排ガス混合ダンパ、（イ）〜（チ）は輝線
スペクトルを示す。 特 許出願人 石川島播磨重工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガス化燃料用バーナの火炎から分光器を用いて輝線
   スペクトルを発生する特定の波長の光を分光し、分光さ
   れた特定の波長の光を光電変換器を用いて輝線スペクト
   ルの発光強度に変換し、該発光強度から演算制御装置を
   用いて燃焼指標の量を求めると共に、該燃焼指標の量と
   設定器からの基準となる燃焼指標の量との偏差を取り、
   該偏差に基づいて燃焼制御流体調整装置へ制御信号を出
   力して燃焼制御流体を調整することを特徴とするガス化
   燃料用バーナの燃焼制御方法。 ２）燃焼指標が窒素酸化物である請求項１記載のガス化
   燃料用バーナの燃焼制御方法。 ３）燃焼指標が一酸化炭素である請求項１記載のガス化
   燃料用バーナの燃焼制御方法。 ４）燃焼制御流体が燃焼用空気である請求項１記載のガ
   ス化燃料用バーナの燃焼制御方法。 ５）燃焼制御流体がバーナの排ガスである請求項１記載
   のガス化燃料用バーナの燃焼制御方法。