JPH0335580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、微粉炭バーナの火炎温度を検知し
て最適燃焼状態にする制御装置と制御方法に関す
る。

＜従来の技術及びその問題点＞ 燃料の供給量の率がどのようであつても空気と
共に微粉炭の供給を受けるバーナの火炎温度は理
論的にはそれが理論化学当量の関係にあるとき最
高となるものである。燃焼域において空気過剰又
は燃料過剰は前記最高火炎温度よりその火炎温度
を低いものとしてしまう。燃料を最も効率良く使
用するためには可能なかぎり火炎を理論化学当量
条件に近づける必要がある。加うるに、火炎がリ
ツチ（濃）（過剰燃料が供給されていることを以
下「濃」と称す）なときは未燃の燃料は火炉壁を
侵食するであろうし、火炎がリーン（淡）（空気
過剰の場合を以下「淡」と称す）のときは酸化の
条件よりして窒素酸化物、硫黄酸化物等の有毒ガ
スの発生という問題を生ずる。

火炎の温度は例えばフオトダイオード等の光感
応装置を使用すれば監視（モニター）することは
可能である。またこれにより最適燃焼状態からの
片寄りを表示させることができる。しかしこれは
燃料過剰（第３図のイ点）なのか空気過剰（第３
図のロ点）なのかを表示するものではない。

ガスバーナや重油バーナでは、流量計でその流
量を確実に把握できかつ計器確認できるので燃料
過剰か少ないかの判断は容易である。しかし微粉
炭ではミルに石炭を供給してから燃料増となるま
で５〜７分かかり、かつ一次空気量、炭質による
変化もあり個々のバーナにつき正確な供給量は把
握しがたいし、また単なる計測による火炎温度か
らは燃料が濃か淡かは判断することは出来ない。

火炎の幅射熱を光電子感知装置で感知してバー
ナの燃焼を制御する発明の例としては特開昭51−
26号公報の発明がある。これはガスバーナに関す
るもので、ガス供給管または空気供給管の弁を作
動させて、１Hz程度の流体流れの振動を起こし火
炎のちらつきの波形の電気信号を積分して、最適
燃焼状態にあるバーナに火炎振動を与えた時の積
分値と対比し、プラスまたはマイナスであるか
を、前記最適燃焼状態についてのバーナの積分値
を記憶している電気的制御装置で判断し、バーナ
へのガスまたは空気の供給量を制御するものであ
る。また前記の対象とするバーナの振動波形につ
いて90°位相遅れの信号をコンパレータで加えそ
の出力ゼロとし燃料過剰または燃料不足という状
態を予め分かつておくとしている。（同公報第３
頁右上欄第９〜12行） この特開昭51−26号公報は微粉炭のような固体
微粉を含まぬ単一均質な組成のガス流体を対象と
しているから可能とする制御手段であり、それを
開示しているものである。微粉炭バーナにはこの
手段を適用することができるものでもなく、また
本願発明を示唆するものでもない。

＜発明の目的＞ この発明は微粉炭燃焼をしているバーナが燃料
が不足しているのか又は空気が不足しているのか
の状態を火炎温度を検知して容易に自動的に判断
し、これに対応する制御をする方法とその装置を
提供することを目的とする。

＜手段の概要＞ 要するにこの発明は、微粉炭と空気との混合流
体の供給を受けるバーナをその火炎温度で燃焼制
御するバーナ制御装置において、火炎温度を検知
し温度信号を出す火炎温度検知装置と、前記バー
ナへ混合流体を供給する管路に擾乱用圧力空気を
供給する装置と、前記混合流体が擾乱を受けたと
き、その擾乱から火炎温度数値が燃焼が最適条件
とする火炎温度数値に到達するまでの時間と、装
置に設定された基準時間とを対比しその差がプラ
スかマイナスかにより前記混合流体の微粉炭含有
濃度を濃か淡かを判断する比較装置と、その差を
減少させるように微粉炭または空気の供給量を制
御する装置とよりなることを特徴とする微粉炭バ
ーナ制御装置である。

またこの発明は、微粉炭と空気の混合流体の供
給を受けるバーナを制御する方法において、検知
したバーナの火炎温度信号値と最適燃焼条件にお
ける基準火炎温度値との対比を比較装置内で行
い、かつバーナへ混合流体を供給する管路に設け
た擾乱手段としての圧力空気による擾乱を受けて
からバーナ火炎温度が前記基準温度に達するまで
の時間が装置が記憶する基準時間に対してプラス
かマイナスかにより微粉炭濃度が濃か淡かを判断
し、その差を減少させるように微粉炭または空気
の供給量を前記比較装置の指令信号で制御するこ
とを特徴とする微粉炭バーナ制御方法でもある。

＜実施例＞ 本発明の一実施例をやや線図的に表示する添付
図面により以下説明する。第１図は微粉炭燃焼装
置とその制御装置を示し、第２図はバーナに微粉
炭を供給するダクトに設けた渦流型増幅器の斜視
図である。

バーナ１は燃料の燃焼する火炉に取付されたほ
ぼ同型の複数のバーナ（図示せず）のうちの一つ
であり火炉壁２に取付されている。１次空気と微
粉炭の混合物はパイプ３を経由してバーナ１に供
給される。２次空気はダクト４より供給され、２
次空気の流量率はトリミング装置（ダンパ等の調
節装置）５により制御される。

炉壁２にはフオトダイオード装置（火炎温度検
知装置）６ａがバーナ１の火炎を「監査」可能と
するように光の通路を画定する通路装置６が炉壁
を貫通して設けられている。通路装置６は他のバ
ーナの火炎温度によりフオトダイオード装置６ａ
が影響を受けぬようにする効果をもつ装置であ
る。フオトダイオード装置６ａは火炎の色（輝
度）により信号を出すように設計されている。フ
オトダイオード装置６ａの発する信号は同調増幅
器７を通り探知回路８におくられついで比較装置
９に送られる。

パイプ３は渦流型増幅器１０を含みこの増幅器
はパイプ３の内部を流れる微粉炭と空気との混合
流体中の微粉炭含有比率を変更することができ
る。渦流型増幅器１０はパイプ３と同軸心にする
ドラム１１を含み、実施に際してはドラム１１は
パイプ３の局部的拡大部を形成することとなる。
ダクト１２はドラム１１の外壁切線方向に位置し
かつドラム１１内に開口する。従つてこのダクト
１２より供給する圧力空気の突風（以下この擾乱
用圧力空気を単にブラストエヤと称す）は瞬時的
にバーナへの燃料流れ量を低下させ、まずその時
点の現流量値を低下させる。しかしついで遅延さ
れた炉内への燃料の流量は増大しその瞬時的にそ
の時点の現流量値を増大する。

ダクト１２はパルス発生器１６により制御され
る空気源１５から渦流型増幅器１０に導かれてい
る。パルス発生器１６は例えば1/2秒又は１秒又
は２秒毎に正しい頻度でパルスを発し、このパル
スは同時に比較装置９と同時に空気源１５に送ら
れる。空気源１５はパルスを受けると擾乱用圧力
空気としてブラストエヤを渦流型増幅器１０に送
るよう空気源１５の出口に接続するソレノイドバ
ルブ（図示せず）を作動させる。この空気源１
５、ソレノイドバルブ、ダクト１２により擾乱用
圧力空気を供給する装置を形成する。

＜作用＞ 次にブラスト（ブラストエヤ自体又は供給動作
を以下単にブラストと称する。）したときの作用
について述べる。ブラストをすると燃料が極端に
淡または濃でないかぎり第４図の曲線Ａ又はＢに
示すようにまず淡になりまたはますます淡にな
り、ついで濃となり、いずれもその経過の途中の
中間にある最適燃焼条件を通過する。フオトダイ
オード装置６ａからの信号はその火炎温度の変化
を検知しその信号を出すことから燃焼最適条件を
通過するとき最高温度に対応する信号を発するも
のである。本願発明はこの特性を把握し第４図に
示す最高温度値になるまでの時間と基準とする時
間との差を捕らえそのプラス又はマイナスで濃ま
たは淡と判断するものである。

さらに本願発明の実施とその作用につき記載す
る前に、渦流型増幅器１０内の混合流体と微粉炭
の動作に付き考察してみる。第２図では混合流体
の流れるパイプ３に設けた渦流型増幅器１０の径
はパイプ３の径より大となつており、その分だけ
この個所で前記混合流体の流速が低下する所に、
ダクト１２より圧力空気のブラストが渦流型増幅
器１０の外径に接線方向に高速で吹き込まれ旋回
流を形成するので、微粉炭は遠心力を受けその増
幅器内側に分離して集まりバーナに流れる混合流
体の微粉炭含有濃度は低下し、加えてブラストエ
ヤ分の空気がその流れに加えられさらに微粉炭含
有濃度を低下させることになる。

この現象は第４図に示すごとく微粉炭濃度が濃
のときは、火炎温度計測時点でブラスト吹き込み
の時から濃度は低下し最適燃焼濃度に近づいて行
き、火炎温度は上昇しついには最適燃焼温度
（Ts）に達することとなるものである。これを火
炎温度と経過時間とのグラフにすると一本の上昇
曲線Ａとなり最適燃焼温度に達するまでの時間t₁
は比較的短いものとなる。

一方微粉炭濃度が淡で最適燃焼温度より低い場
合は（第４図のTm）、ブラストエヤを供給する
と微粉炭は遠心力で分離されその濃度はますます
淡となり、これにブラストエヤが加わるので、一
層その濃度は低下し火炎温度も低下する。ブラス
トエヤが停止されると前記分離した微粉炭は混合
流体内に戻りバーナへ流れる燃料の濃度を向上
し、ついには火炎は最適燃焼温度（Ts）まで達
することとなる。これを火炎温度と経過時間のグ
ラフについて考察すると、一旦火炎温度は低下す
るので凹曲線に上昇曲線が接続したＢ曲線となる
ので前記濃で火炎温度が低い時の最適燃焼温度に
到達するまでの時間は大のt₂となり微粉炭濃度は
淡であることが判る。従つて濃の前記所要時間と
淡の所要時間との中間に規準時間t₀を定めてお
き、これを比較装置９に記憶させておけば、その
規定時間と所要時間との差がプラスであれば濃、
マイナスであれば淡と判断することができる。そ
の判断により燃料増または減、空気減または増の
操作をし前記差をゼロに近づけるようにすればよ
いこととなる。

ブラストエヤ吹き込み開始の信号とそれに続く
火炎が最適燃焼温度を通過したとの信号の間の比
較装置９に対する指令は発信の遅れがあつても、
次のパルス発信により火炎の条件を再現表示する
ことができる。

比較装置９はダンパ等のトリミング装置５に接
続しかつ最適燃焼条件としての基本条件に合わせ
る方向に２次空気量の供給を自動的に調節する。

正規の頻度で渦流型増幅器１０にブラストエヤ
を供給することは、これに伴なう火炎温度の変化
は指示温度に最高と最低のあることによりブラス
トエヤの供給頻度（周波数）の２倍の頻度で生ず
る。従つて同調増幅器７は渦流型増幅器１０への
ブラストエヤから派生する信号変化を受けるよう
に調節されており他からの信号は受け付けないよ
うにしておく。また２以上のバーナが近接して設
けられていても、夫々のバーナに関連する渦流型
増幅器に供給するブラストエヤの頻度を、誤認を
防止するため夫々異なつたものにしてセツトして
おく。これにより何れかのバーナの同調増幅器は
他の近接して位置するバーナからの頻度の信号に
は応答しないように調節しておく。

前記した装置の使用に際してはバーナへの燃料
の流れを規則正しく遮断し更には間欠操作をする
ことを考えてもよい。

前記した渦流型増幅器の使用によりバーナへの
燃料流れは急な変化を受けることができる。この
変化させる手段は上記以外の他の手段であつても
よい。

例えば図示（第２図）の如く拡大通路となる部
を設けることなく、抵抗となり干渉する空気は径
の変化することのないタイプの管外周壁にその断
面円の接線方向へ噴出するように設けてもよく管
径をパイプ径より小にする絞り部へ擾乱用空気
（ブラストエヤ）を導入しかつ断面外周接線方向
にブラストを流すように設けてもよい。また、空
気ブラストを導入する管の径がどのようなもので
あれ燃料の流れが乱される渦流がパイプのブラス
トエヤの導入口の対向壁からの跳ね返りにより形
成されるようにブラストエヤの指向方向を定め、
そのブラストがパイプを横断するようなものであ
つてもよい。

更にはバーナ近辺でかつ流れ方向を変えるベン
ド部にストライク板（衝突板）を設けこのストラ
イク板から流れ下流方向かつパイプ軸心に沿いブ
ラストエヤを流してもよい。何れにしてもブラス
トエヤの供給方向はパイプの周接線方向またはこ
れを横断する方向何れであつてもよい。

一般にパイプ３を経由する燃料の流れの擾乱は
パイプの出口近傍で生成さるべきであるが、燃料
供給通路に関連する他の機能的要素との関連でパ
イプ出口近傍より上流にブラストエヤ出口等の擾
乱手段を位置させてもよい。

前記した渦流型増幅器の効果はまず火炎を適当
に淡または濃にするということである。またこの
増幅器に代る装置で火炎をまず過度に濃のものと
しついで過度に淡にするものを使用することがで
きる。

＜発明の効果＞ この発明にかかる装置を一つの共通供給源より
分岐した管路に夫々接続する複数のバーナを設け
た火炉に関連して設け制御運転をするときは格段
の効果を生ずるものである。

なぜならば一つの供給源より分岐させた管路に
おける燃料配分は一般に均衡したものとすること
ができないので、この発明の実施はその不利の点
を是正し個々のバーナを好適な燃焼制御ができる
からである。これにより各バーナへの燃料配分は
適正にされバーナの、ひいてはボイラの燃焼効率
を格段に向上させることができる。

以上の説明からも理解しうる如く、この発明に
おいては火炎温度のピーク（最高点）を見い出す
ものであり、火炎温度の絶対値を見い出すもので
はなく、フオトダイオード装置が多少汚れても装
置の機能を低下させることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施にかかる装置を模式に示
す系統図、第２図は渦流型増幅器の斜視図、第３
図は空燃比と火炎温度の線図、第４図は燃料の濃
淡の判断をする基準時間との関係の説明をする線
図である。 １……バーナ、２……炉壁、３……パイプ、４
……ダクト、５……トリミング装置、６……通路
装置、６ａ……フオトダイオード装置（火炎温度
検知装置）、７……同調増幅器、８……探知回路、
９……比較装置、１０……渦流型増幅器、１１…
…ドラム、１２……ダクト、１５……空気源、１
６……パルス発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微粉炭と空気との混合流体の供給を受けるバ
   ーナをその火炎温度で燃焼制御するバーナ制御装
   置において、火炎温度を検知し温度信号を出す火
   炎温度検知装置と、前記バーナへ混合流体を供給
   する管路に擾乱用圧力空気を供給する装置と、前
   記混合流体が擾乱を受けたとき、その擾乱から火
   炎温度数値が燃焼が最適条件とする火炎温度数値
   に到達するまでの時間と、装置に設定された基準
   時間とを対比し、その差がプラスかマイナスかに
   より前記混合流体の微粉炭含有濃度を濃か淡かを
   判断する比較装置と、その差を減少させるように
   微粉炭または空気の供給量を制御する装置とより
   なることを特徴とする微粉炭バーナ制御装置。 ２ バーナへ供給する燃料の流れを自動的に一定
   間隔で擾乱する信号を出すパルス発生器を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微
   粉炭バーナ制御装置。 ３ 空気に随伴する微粉炭がバーナへと流れるパ
   イプと、このパイプ内を流れる燃料流れ方向を横
   断するようにブラストエヤを排出し擾乱する装置
   とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の微粉炭バーナ制御装置。 ４ ブラストエヤがパイプ断面周について接線方
   向に供給され、そのブラストエヤの供給を受ける
   個所のパイプ部の径をその部の燃料流れについて
   の上流部及び下流部のパイプ径より大にすること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の微粉炭
   バーナ制御装置。 ５ バーナと２次空気源とを接続するパイプを設
   け、このパイプに空気流量制御装置を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の微粉炭バーナ制御装置。 ６ 火炎温度を検知するものがフオトダイオード
   装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第５項のいずれかに記載の微粉炭バーナ
   制御装置。 ７ バーナが最適燃焼状態にあるときの火炎の温
   度を基準の温度の信号としこれを記憶し、前記フ
   オトダイオードが計測した温度信号値と対比しバ
   ーナへの燃料供給量制御手段または空気供給量制
   御手段を制御する指令信号を出す装置を設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６
   項のいずれかに記載の微粉炭バーナ制御装置。 ８ 微粉炭と空気の混合流体の供給を受けるバー
   ナを制御する方法において、検知したバーナの火
   炎温度信号値と最適燃焼条件における基準火炎温
   度値との対比を比較装置内で行い、かつバーナへ
   混合流体を供給する管路に設けた擾乱手段として
   の圧力空気による擾乱を受けてからバーナ火炎温
   度が前記基準温度に達するまでの時間が装置が記
   憶する基準時間に対しプラスかマイナスかにより
   微粉炭濃度が濃か淡かを判断し、その差を減少さ
   せるように微粉炭または空気の供給量を前記比較
   装置の指令信号で制御することを特徴とする微粉
   炭バーナ制御方法。 ９ バーナへの燃料流れを規定時間間隔で擾乱す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の
   微粉炭バーナ制御方法。 １０ 隣接するバーナの操作を配慮し、バーナへ
   の燃料流れの擾乱間隔を相互に相異させることを
   特徴とする特許請求の範囲第９項記載の微粉炭バ
   ーナ制御方法。 １１ 設定火炎温度信号を最適燃焼状態にある火
   炎の温度信号として比較装置に入力することを特
   徴とする特許請求の範囲第８項ないし第１０項記
   載の微粉炭バーナ制御方法。