JPH03199892A - 廃熱ボイラの供給ガス量制御方法 - 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、各種の工業用加熱炉、ディーゼル機関、ガス
タービン等の熱源の廃ガス通路の中途に配され、該廃ガ
スの余熱により動作する廃熱ボイラの供給ガス量制御方
法に関する。

〔従来技術〕

その内部での燃焼の結果として金属精練炉等の工業用加
熱炉から排出される廃ガスは大量の余熱を保有しており
、この余熱の有効利用を図るため、廃ガス通路の中途に
廃熱ボイラを配してなる加熱炉が実用化されている。そ
して、この廃熱ボイラにおいては、可及的に多くの熱回
収を可能とすべく供給ガス量の制御が従来から行われて
いる。第４図はこの供給ガス量制御の実施状態を示す模
式廃熱ボイラｌは、加熱炉２の廃ガス通路３の中途に、
これの内部を通流する廃ガスの保有熱を回収すべく配設
されている。前記廃ガス通路３には、流量変更手段たる
ダンパ４をその中途に備えたバイパス通路５が並設され
ており、両者は廃熱ボイラ１の下流側にて一本化され、
この位置よりも更に下流側に排風機６が設置されている
。而して、加熱炉２内部における燃焼の結果として生じ
る廃ガスは、排風機６の動作により、廃ガス通路３及び
バイパス通路５を経て排出されるが、このとき廃ガス通
路３を通流する廃ガス量、即ち、廃熱ボイラ１への供給
ガス量は、バイパス通路５中途のダンパ４の開度が小さ
く　（又は大きく）なるに従って多く　（又は少なく〉
なる。ダンパ４の開度は、開度制御部３０からこれに与
えられる開度指令信号に応じて調節されるようになって
おり、この開度制御部３０には、熱回収後の廃ガス温度
の検出結果が、廃熱ボイラ１の下流側に配した温度検出
器３１から与えられている。そして開度制御部３０は、
温度検出器３１から与えられる廃ガス温度が高い場合、
ダンパ４に開度を減じる信号を与える動作をなし、この
動作により廃熱ボイラ１への供給ガス量が増加する結果
、回収熱量が増すことになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところがこの供給ガス量制御方法においては、温度検出
器２１にて検出される廃熱ボイラ１通過後の廃ガス温度
に応してダンパ４の開度調節がなされているために、加
熱炉２に急激な負荷変動が生した場合、これに速やかに
追随しての開度変更がなされず、廃熱ボイラ１の背圧が
増大し、これに伴い加熱炉２の炉内圧が増大するという
難点があった。工業用加熱炉においては炉内圧に上限が
あるのが一般的であり、前述の如く生じる炉内圧の上昇
は、炉壁の損傷、燃焼ガスの吹出し等、加熱炉２の保全
上における種々の不都合を招来する。

即ち、廃熱ボイラ１における従来の供給ガス制御方法の
実施は、加熱炉２の保全を阻害することになり、望まし
い方法とは言えない。

以上の難点は、例えばガスタービン、ディーゼル機関等
、加熱炉２以外の熱源の廃ガス通路に配設された廃熱ボ
イラにおいても同様に発生するものである。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、熱源
において生じる負荷変動に対し、高応答にて供給ガス量
を変更せしめることができ、背圧変動及びこれに伴う不
都合の発生を防止し得る廃熱ボイラの供給ガス量制御方
法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る廃熱ボイラの供給ガス量制御方法は、熱源
の廃ガス通路に流量変更手段を備えたバイパス通路を並
設し、この流量変更手段の開度調節により前記廃ガス通
路の中途に配設された廃熱ボイラへの供給ガス量を制御
する方法において、前記熱源内部での発生ガス量を該熱
源への燃料供給量を用いて算出し、この算出ガス量が予
め設定された所定量を上回ったとき、両者の偏差相当量
を前記バイパス通路に通流せしめるべく前記流量変更手
段の目標開度を決定し、この結果を前記廃熱ボイラ内部
に生じる圧力損失の検出結果に基づいて補正して、補正
後の目標開度を実現すべく前記開度調節を行うことを特
徴とする。

〔作用〕

本発明においては、熱源の負荷変動を該熱源への燃料供
給量として捉え、これに基づいて算出された発生ガス量
からバイパス通路へのバイパス流量を定め、これを実現
すべく流量変更手段の開度を調節するフィードフォワー
ド制御を行い、廃熱ボイラへの供給ガス量を高応答性に
て所定のガス量に維持して背圧上昇を防止すると共に、
前記開度の調節量を廃熱ボイラ内部に生じる圧力損失に
基づいて補正し、廃熱ボイラへの所定の供給ガス量を確
保して、可及的に多くの廃熱回収を実現する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る廃熱ボイラの供給ガス量制御方
法（以下本発明方法という）の実施状態を示す模式図で
ある。

図中ｌは、加熱炉２の廃ガス通路３の中途に配設された
廃熱ボイラであり、廃ガス通路３には、流量変更手段た
るダンパ４をその中途に備えてなるバイパス通路５が並
設されている。両道路３゜５は、廃熱ボイラ１の下流側
にて一本化され、排風機６を経て排気口に連通されてお
り、加熱炉２内部に燃焼の結果として生じる廃ガスは、
排風機６の動作により、廃ガス通路３及びバイパス通路
５を経て排出される。このときの廃ガス通路３を通流す
る廃ガス量、即ち廃熱ボイラ１への供給ガス量は、従来
と同様、ダンパ４の開度に応して変更される。

さて本発明方法においては、ダンパ４の開度を調節する
ための制御系の構成が従来と異なる。ダンパ４の開度調
節は、開度制御部１０から与えられる開度指令に応して
なされ、この開度制御部１０には、加熱炉２への燃料供
給系の中途に配された燃料計２０から、加熱炉２への燃
料供給量の検出結果が、また廃熱ボイラ１の入側と出側
との間に介装された差圧検出器２１から、廃熱ボイラ１
内部に生じる圧力損失の検出結果が夫々与えられている
。

開度制御部１０は、バイパス流量算出器１１、ダンパ開
度算出器１２、補正器１３及び加算器１４を備えてなり
、燃料計２０による燃料供給量の検出値はバイパス流量
算出器１１に、また差圧検出器２１による圧力損失の検
出結果は補正器１３に与えられている。バイパス流量算
出器１１には、バイパス通路５側に通流させるべき廃ガ
ス量、即ち通過ガス量２を、加熱炉２への燃料供給ｉ１
ｘから算出するための、例えば、次式に示す如き演算式
Ｇ　（ｘ）が設定されている。

ｚ　＝Ｇ　（ｘ）　−Ｋｏ　　・ＫＩ　　・ｘ−ｙ　　
−＝（１）但し、Ｋｏは定数、Ｋ１は供給燃料の種類に
応じて定まる定数であり、（１１式の右辺第１項は、加
熱炉２内部での燃焼により発生する廃ガスの総量を示し
ている。またｙは廃熱ボイラ１の定格ガス量である。従
って、（１）式にて定まる通過ガス量２は、廃ガスの総
量と廃熱ボイラ１の定格ガス量との偏差となり、これを
バイパス通路５において実現した場合、廃熱ボイラ１へ
の供給ガス量は、加熱炉２からの廃ガス発生量の如何に
拘わらず、定格ガス量ｙ以下に保たれ、これにより廃熱
ボイラｌの背圧は所定の圧力以下に維持される。なお、
Ｋｏ　、ＫＩ及びｙは、バイパス流量算出器１１に予め
入力されている。バイパス流量算出器１１は、燃料計２
０からこれに逐次入力される燃料供給量Ｘの検出値を用
い、バイパス通路５における通過ガス量２の目標値を（
１１式に従って算出しており、この算出結果はダンパ開
度算出器１２に与えられている。

ダンパ開度算出器Ｉ２には、ダンパ４の開度２′と、こ
れによりバイパス通路５に生ずる通過ガス量２との間に
第２図に示す如く成立する関係が、通過ガス量２からダ
ンパ開度２′を求めるための演算式Ｆ　（ｚ）として設
定されている。ダンパ開度算出器１２は、バイパス流量
算出器１１から与えられる通過ガス量２の目標値を用い
、ダンパ４におけるダンパ開度２′の目標値を算出して
おり、この結果は加算器１４に与えられている。

一方、補正器１３は、差圧検出器２１から与えられる廃
熱ボイラ１内における圧力損失の検出値を用いたＰＩＤ
定値演算により、この圧力損失を適正化するために必要
なダンパ開度の補正量α（正又は負の値となる）を算出
し、この結果は加算器１４に与えられている。

ダンパ４へは、この加算器１４の出力信号、即ち、ダン
パ開度算出器１２にて逐次算出されるダンパ開度２′の
目標値を、補正器１３にて演算される補正量αにて補正
してなる目標開度が、開度指令信号として与えられてお
り、ダンパ４の開度は、この目標開度に一致せしめるべ
く逐次調節される。

即ち、以上の如〈実施される本発明方法は、加熱炉２へ
の燃料供給量から該加熱炉２内部に発生する廃ガスの総
量を求め、廃熱ボイラ１への供給ガス量を所定の定格ガ
ス量以下に維持するために必要なバイパス通路５の通過
ガス量を算出し、これを実現すべくダンパ４の開度調節
を行うフィードフォワード制御であるから、加熱炉２に
急激な負荷変動が生じた場合においても、廃熱ボイラ１
への供給ガス量がこれに速やかに追随して変更され、廃
熱ボイラ１の背圧上昇及びこれに伴う加熱炉２の炉内圧
上昇を未然に防止することができる。

更に、前記通過ガス量を実現すべく決定されるダンパ４
の目標開度が、廃熱ボイラ内部における圧力損失に基づ
いて補正されるから、廃ガス通路３とバイパス通路５と
の間の圧力バランスの乱れにより廃熱ボイラ１への供給
ガス量の変動が効果的に抑制され、廃熱ボイラ１におけ
る可及的に多くの廃熱回収が実現される。

第３図は、加熱炉２への燃料供給量を変化させた場合に
、廃熱ボイラ１の前後に生じる圧力損失の変化状態を、
本発明方法を実施した場合と、ダンパ４に前記燃料供給
量に対応する所定開度を与える従来法とにおいて比較し
て示すグラフである。

本図から明らかな如く、燃料流量が最大流量の略５０％
に到達した後に開始されるダンパ４の開放に応して、従
来法においては、圧力損失の急激な減少が生じているの
に対し、本発明方法においては、圧力損失に変動が生じ
ることがなく、略一定値に維持されており、本発明方法
の実施により、加熱炉２における炉内圧の変動が効果的
に抑制されることがわかる。

また本発明方法の実施により得られる廃熱回収量を、従
来法におけるそれと比較して第１表に示す。なおこの表
中の数値は、定格ガス量の供給により廃熱ボイラ１にて
得られる廃熱回収量を１００χとするパーセント値であ
り、また燃料流量は、加熱炉２における最大流量をＩ　
ＯＯＸとするパーセント値である。

本発明方法においては、加熱炉２への燃料流量の如何、
即ち、加熱炉２の負荷の如何に拘わらず、常に定格ガス
量供給時と同等の廃熱回収量が得られているのに対し、
従来法においては、廃熱ボイラ１の内部において第３図
に示す如き圧力損失の低下が生じていることからも明ら
かな如く、十分な量の供給ガス量が確保されず、この結
果として得られる廃熱回収量もまた、第１表に明らかな
如く、加熱炉２における負荷の増大に伴って低下するこ
とになる。

なお本実施例においては、熱源が工業用の加熱炉２であ
る場合について述べたが、ガスタービン。

ディーゼル機関等、内部での燃焼により余熱を保有する
廃ガスを発生する熱源において本発明方法１ の適用が可能であることは言うまでもない。

また、バイパス通路５における流量変更手段は、本実施
例中に示すダンパ４に限定されるものではなく、他の流
量変更手段を用いてもよい。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、熱源への燃料
供給量に用いて算出された発生ガス量から、バイパス通
路の通過ガス量及びこれを実現するための流量変更手段
の目標開度が決定され、この目標開度に基づくフィード
フォワード制御が行われるから、負荷変動に高い応答性
にて追随する供給ガス量制御が可能となり、廃熱ボイラ
の背圧上昇及びこれに伴い熱源に生じる不都合を未然に
防止できると共に、前記目標開度が廃熱ボイラ内部にお
ける圧力損失に基づいて補正されるから、廃熱ボイラへ
の所定の供給ガス量が確実に確保され、可及的に多くの
廃熱回収量が得られる等、本発明は優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式図、２ 第２図はダンパ開度と通過ガス量の関係の一例を示すグ
ラフ、第３図は本発明方法と従来法とにおける廃熱ボイ
ラ前後の圧力損失を比較した結果を示すグラフ、第４図
は従来の供給ガス量制御方法の実施状態を示す模式図で
ある。 １・・・廃熱ボイラ　　２・・・加熱炉　　３・・・廃
ガス通路　　４・・・ダンパ　　５・・・バイパス通路
１０・・・開度制御部　　２０・・・燃料計　　２１・
・・差圧検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱源の廃ガス通路に流量変更手段を備えたバイパス
   通路を並設し、この流量変更手段の開度調節により前記
   廃ガス通路の中途に配設された廃熱ボイラへの供給ガス
   量を制御する方法において、 前記熱源内部での発生ガス量を該熱源への燃料供給量を
   用いて算出し、この算出ガス量が予め設定された所定量
   を上回ったとき、両者の偏差相当量を前記バイパス通路
   に通流せしめるべく前記流量変更手段の目標開度を決定
   し、この結果を前記廃熱ボイラ内部に生じる圧力損失の
   検出結果に基づいて補正して、補正後の目標開度を実現
   すべく前記開度調節を行うことを特徴とする廃熱ボイラ
   の供給ガス量制御方法。