JPH0455615A - 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、ボイラ等の燃焼設備に使用するバーナの燃焼
制御方法に関するものである。

（従来の技術） 液体または気体の燃料を燃焼させるバーナにおいては、
燃焼中にその燃焼状態を最適に維持することが望ましい
。バーナにおける火炎の燃焼状態は、一般に空気と燃料
との混合比率（空気比または排ガス中の０２ｉ！度比）
によって大きく変化する。そして良好な燃焼状態を保つ
ために５従来、燃焼装置に対して燃焼制御装置を設け、
この燃焼ＷＩ制御装置により排ガス０２のフィードバッ
ク制御を行なって、燃焼装置への空気供給量、ひいては
空気比を調整することが多く行なわれている。なお、バ
ーナの火炎が発生する光強度信号をフォトトランジスタ
、フォトダイオードあるいは太陽電池等の半導体を使用
して電気信号に変換し、その振動波形の周波数解析の結
果得たパワースペクトルの積分値を利用して燃焼詞書を
行なう方法と装置があるが、これについては、特開昭６
３−３０６３１０号公報等を参照されたい。

上記公報に記載された発明において、燃焼用空気の置を
制御する場合、燃焼状態の変化に対する追従性、特に燃
料流量が増加する場合の空気量の制御やパワースペクト
ラム比のバラツキに対する補正、あるいは燃焼器特有の
部分負何時の最適空見比の補正など、実用的な燃焼制御
を行なうための機能には、やや不十分なところがあった
。すなわち、燃焼火炎から発する光振動の周波数成分は
常に変化していることが知られている。そこで前掲の特
開昭６３−３０６３１０号公報に開示された燃焼制御方
式は、光振動のパワースペクトラム比の変化と空気比の
変化等に起因１−る燃焼状態の変化に強い相関関係があ
ることに着目して完成されたものである。

しかしながら実際に燃焼制御指標として光パワースペク
トラム比を用いるためには、火炎の燃焼特性のために生
ずる光パワースペクトラム比のバラツキが問題になった
。この問題は、移動平均処理を行ない、バラツキの幅を
縮小し、短時間の変化をなくすとともに、燃焼器の特性
に応じて最適な移動平均値が得られるよう、移動平均回
数テーブルにて移動平均回数を設定可能にしておくこと
により、解決することができる。

一方５前掲の燃焼！ｉ制御方式をボイラ等の負荷変動の
大きい燃焼設備に適用する場合、燃焼量の変化に応じた
空気比制御を実施する必要がある。ところで燃焼器には
５それぞれ固有の燃焼負荷特性がある。すなわち負荷１
００％では空気比が１′であり、負荷８０％では空気比
１２、負荷５０％では空気比１！等、燃焼量の変化に応
じて適当な空気比になるように調節しなければならない
ことになる。したがって光パワースペクトラム比も各燃
焼量に応じた適当な設定値がある。このため各燃焼量に
対応した光パワースペクトラム比設定値の折線テーブル
を設定し、この設定値と現状の比較はこの折線テーブル
を介して行なうようにしていた。

このようにして制御を実施することになるが、特に燃料
が増加する速度に応じて空気量を増加させる場合に５追
従性が悪いと必要な空気量が得られず、黒煙発生や失火
等の問題発生の原因になる。このために燃料流量を知る
必要があるので、流量計の出力信号または燃料弁の開度
信号の変化率を変化率モニタにより常時監視しておき５
一定値以上の急激な燃焼量の増加については、ＰＩＤ（
Ｐｒｏｐａｒｔｉｏｎａｌ　　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　　ａ
ｎｄ　　Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔ−ｒｏｌ）出
力信号にさらに開度情報を加算して出力するようにして
いた。

加えてパワースペクトラム比の現状の埴についても折線
テーブルの設定値に応じた下限値を越える変化に対して
は、下限モニタにより流量変化率と同じように変化率に
対応したレシオ演算の結果をＰＩＤ出力信号に加算して
５より空気量の増加を図るようにした。なお、上記の燃
料流量の変化率およびパワースペクトラム比の下限モニ
タ出力は、どちらか一方の絶対値の大きなものの方を選
択してＰＩＤ出力信号に加算するようにしていた。

本発明者は、このような現状に鑑みて種々研究の結果、
以上説明した制御機能を追加することにより、ボイラ等
急激な負荷変動を有する燃焼設備についても、安定的に
燃焼制御を実施できる燃焼＊＋ｔＳ装置を得ることがで
きた。

本発明に対して先行技術となるこの装置は、二重構造の
内側容器内に向けてバーナを設け、このバーナに加える
燃料と空気の量を加減し、前記−重構造の内外容器間（
室）に収容した液体の温度を一定値に制御することによ
り燃焼量の制御を行なうようにした煙管ボイラにおいて
成されたものであり、内外容器間の圧力検出を行なう圧
力計を設けると共に、この圧力計の出力値を設定値と比
較”Ｉ！−ることによって行なう、前記バーナに供給す
る燃料の量の制置を圧力調節計によって行ない、ここに
前記バーナの火炎を監視する光センサと、この光センサ
の出力信号を受けて前記空気の鼠を制御する燃焼副書装
置を設けた構成としたものである。この技術については
既に特許出願が成されている（特願平１−３０３５３１
号）。

（発明が解決しようとする課題） 上記先行技術の燃焼制御装置により燃焼用空気の制御を
実施する場合、制御装置の操作出力は測定値と設定値と
の偏差に対するＰＩＤ演算と５燃料流量増加時の燃料変
化率モニタにょるレシオ演算および測定ｆｆｆｉｆｆ上
ニタにょるレシオ演算のいずれかにより出力されること
になる。特に燃料流世が急激に増加した場合には、先に
述へた燃料変化率モニタあるいは測定１直加減モニタの
動作によりそれぞれのレシオ演算を行ない、ダンパを強
制的に開くことにより燃焼用空気量の遅れもなく５良好
な空気先行制御が天施可能となるものである。

しかしながらこの先行技術のものにおいては、ダンパの
制御がＰＩＤ演算のみによるものであったために５燃料
流量の減少速度にダンパが追従することができないこと
があり、この場合には最低燃料流量付近でダンパが必要
以上に開いているため、火炎の吹き飛びが生じてしまう
ことがあった。そこで燃料流量の減少速度にダンパが追
従するようにＰＩＤの各動作点を設定すると、通常の制
御時にハンチングを生じて制御困難となってしまうこと
があった。すなわち、燃料流量が最大量から最小量まで
急激に変化したときに５燃料流置の変化にダンパが追従
することができない場合があるという問題があった。

本発明は、上記のように燃料流量が最大量から最小量ま
で急激に変化したとしても、ダンノ＼がこれに充分に追
従することができる、燃焼ｔＩｌｌ？１１方法を得るこ
とを目的として成されたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するための手段として、第１
図に示すように、バーナ５の火炎６を監視してその変化
量から火炎信号を得るとともに、バーナ５の火炎６によ
って加熱されるドラム３内の水４の圧力に応じて燃１調
節を行なうモジュトロールモータＩ４から燃料制御弁７
の開度信号を得、これら火炎信号と開度信号とを燃焼制
置装置２３に取込み、この燃焼制置装置２３においてこ
れら２種の信号により制御演算した結果に基いて燃焼用
空気調節弁９を操作することを特徴とするバーナ５の燃
焼制御方法を得たものである。

（作用） このような構成とした燃焼制御方法によれば２燃焼劉御
装置２３が火炎信号と開度信号の２種の信号で制御演算
し、その結果に基いて燃焼用空気調節弁９を操作するこ
とにより、燃料流量が最大量から最小量まで急激に変化
したときにも、ダンパはこの燃料流量の変化に追従する
ことができることになる。

（実施例） 以下、本発明に係るバーナの燃焼方法を説明するが、ま
ず、本発明方法を実現するための装置を第を図について
説明する。１は煙管ボイラであって、２はその外壁、３
は外壁２内の上部に設けられたドラムである。ドラム３
の内部には水４が充填されている。外壁２の一部にはバ
ーナ５が取付けられており、このバーナ５が発する火炎
６はトラム３の下部を横方向に噴射するようになってい
る。バーナ５には途中に燃料制御弁７を接続した燃料供
給管８が接続されており、バーナ５に燃料を供給するよ
うになっている。バーナ５にはさらに、途中に燃焼用空
気量調節弁９を装備した空気供給ダクトｌＯが接続され
、送風ファン１１からの燃焼用空気が供給されるように
なっている。

燃料制御弁７と燃焼用空気量調節弁９は、ともにモジュ
トロールモータによって開度制御されるものであり、燃
料制御弁７のアーム１２はリンク１３を介してモジュト
ロールモータ１４のアームＩ５に結合しており、燃焼用
空気調節弁節弁９のアームＩ５はＪアク１フを介してモ
ジュトロールモータ１８のアーム！９に結合している。

モジュトロールモータ１４は信号＠２（］を介して与え
られる圧力調節計２１からの信号で作動するものである
が、図示しないポテンショメータ等ｔこよって生成され
るその作動信号（燃料制御弁７の開度信号）は、信号線
２２により燃焼制御装＠２３に供給されるようになって
いる。

モジュトロールモータ１８には信号線２４により燃焼制
御装置２３の出力信号が与えられるようになっている。

圧力調節計２１はタンク３内の水の圧力（蒸気圧）をあ
らかじめ設定した設定圧力と比較し、ドラム３内の水の
圧力が設定圧力を超えたときに燃料制御弁７を閉じるよ
うな信号をモジュトロールモータ！４に出力するように
なっている。このためこの圧力調節計２１の入力側には
、ドラム３内の圧力を検出するドラム圧力発信器２５の
出力側が接続されている。煙管ボイラｌの外壁でバーナ
５を取付けた部分に対向したところには覗き窓２６が設
（づられており５この覗き窓２６には光ファイバ等から
なる光ガイド２７の先端が固定されている。光ガイド２
７の基端は、火炎６の状態を検出するセンサアンプ２８
の入力側に接続されており、このセンサアンプ２８の出
力側は信号線２９によって燃焼制御装置２３の入力側に
接続されている。センサアンプとしては、周知のフォト
トランジスタあるいはフォトダイオード等と、その出力
信号を増幅するトランジスタアンプ等を使用することが
できる。

次に、このような構成からなる燃焼制御装置を使用して
の本発明方法を説明する。まずドラム３内に水４を充填
し、その後バーナ５を、図示しないパイロットバーナを
点火させることにより着火させる。燃料としては、ガス
または重油等を考えることができる。バーナ５には燃料
のほか送風ファン１１によって発生する空気流が供給さ
れる。

バーナ５の火炎６の状態は覗き窓２６から光ガイド２７
を介して伝えられるセンサアンプ２８によって終始監視
され、適当レベルに増幅された後、燃焼制御装＠２３に
入力される。一方、ドラム３の上部中央に設けられた圧
力発信器２５はドラム３内の圧力検出を行ない５その出
力信号を圧力調節計２１に送ることになる。

圧力調節計２１は圧力発信器２５からの信号をあらかじ
め設定した圧力値と比較した上、ドラム３内の圧力値が
常に一定となるような調節作用をする。この調節はモジ
ュトロールモータ１４の回転方向を制御し、燃事用制御
弁７を開閉することによって行なう。なお、この燃料制
御弁７の開度信号は、この燃料制御弁７を駆動するモジ
ュトロールモータ１４から発信され、燃焼制御装＠２３
に印加される。バーナ５が作動して火炎６が発生したと
き、この火炎６の強弱は光ガイド２７を介して伝えられ
るセンサアンプ２８によって終始監視されて電流信号に
変換され、適当レベルに増幅された後、燃焼制御装置２
３に入力される。燃焼制御装置２３はこの信号と燃料制
御弁７の開度信号の両者を演算処理し、その結果得た出
力信号によってモジュトロールモータ１８の１ＩＳｌ］
御をする。

次に、第２図により、第１図中の燃焼制御装置２３の内
部で行なわれる制御内容の説明をする。まず、燃焼制御
装置２３に次の準備をする。すなわち５ある燃料量に対
して設定された値となるように、ＰＩＤ演算および燃料
量変化率モニタレシオ演算、−１定値下限モニタレシオ
演算により出力された操作出力に対し、操作信号上下限
リミッタを設ける。上下限のリミット値は、あらかじめ
燃料流量に対応して設定し、テーブル化しておく。これ
により、リミッタに入力された操作出力値が上下限リミ
ットの範囲内であればそのまま出力されるが、上限（直
を越える場合、あるいは下限値を下回る場合にはそれぞ
れのリミット値に強制的に制限されて出力される。

このように作動することにより、たとえば燃料流量が急
激に減少したような場合５この燃料の減少速度に対して
ＰＩＤ演算によるダンパの閉動作が遅れても、燃料流量
に対応した操作出力上限リミットによりダンパは強制的
に閉じられるため、燃料量に対する遅れもな（追従する
ことができることになる。また下限リミットによりダン
パ開度が強制的に制御されるため、必要以上にダンパな
閉じて発煙あるいは失火となることを防止することがで
きる。さらに燃料流量増加時に変化率モニタが動作して
レシオ演算した場合、必要以上にダンパを開けてオーバ
ーシュートを招いていたが、上限リミットにより必要以
上にダンパな開けることを防ぎ、必要最小限の空気量に
よるオーバーシュートの少ない空気先行制御が可能とな
る。

作動の説明をする。センサアンプ２８（第１図参照）よ
り入力された電気信号は、Ｆ　Ｆ　Ｔ　（ＦａｓｔＦｏ
ｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）処理部３０により
振動周波数を解析してパワースペクトラム比として出力
され、次に移動平均処理部３１にて移動平均回数テーブ
ル３２で設定された回数で平均化され、分岐部３３で加
算器３４およびＰｖ下限モニタ３５に出力される。折線
テーブル３６には、燃料流量計３７あるいは燃料調節弁
７（第１図参照）の開度信号を移動平均回数テーブル３
８に設定された回数で移動平均を行なう移動平均処理部
３９を介して、現状の燃Ｎ流量または燃料調節弁開度信
号が入力される。

この折線テーブル３６では、燃！Ａ流量または燃料調節
弁開度信号に対応したパワースペクトラム比設定値をテ
ーブルにより選定して加算器３４に出力すると同時に、
このときのパワースペクトラム比下限設定値をＰＶ下限
モニタ３５に出力している。

加算器３４では折線テーブル３日より出力された設定値
と移動平均処理部３１より入力された現在値との比較を
行ない５その結果を不感帯処理部４０からＰＩＤ演算部
４１に導いて、偏差に対応した出力値を加算器４２に出
力する。

加算器４２では、Ｐ■下限モニタ４３により、折線テー
ブル３６で設定されたパワースペクトラム比下限値と分
岐部３３より人力されたパワースペクトラム比現在値と
の比較を行ない、現在値がパワースペクトラム下限設定
値以下となった場合には、その変化量に応じた修正出力
を出すようにＰＶ加減モニタレシオ演算部４３にて演算
し、比較選択部４４に出力することになる。比較選択部
４４には、現状の燃料流量または燃料弁開度信号が５分
岐部４５より変化率モニタ４６にて変化率として演算さ
れ５さらに変化率モニタレシオ演算部４７を介して入力
される。

比較選択部４４では、これらスペクトラム比下限変化率
と燃料流量または燃料弁開度信号のうち絶対値の大きい
ものを選択して加算器４２に出力する。加算器４２では
この信号をＰより演算部４１より出力された信号に加算
して出力上下限リミッタ４８に出力する。出力上下限リ
ミッタ４８で上限の出力を設定された操作出力は空気量
ｎ節弁９（第１図参照）に出力される。出力上下限リミ
ッタ４８には加算器４２からの入力信号と、出カリミツ
タテープル４９からの信号が人力される。出カリミツタ
テープル４９は分岐点５０より入力される燃料：ａ！信
号あるいは燃料調節弁開度信号に対応した操作出力の上
下限値が設定されている。第３図はこの設定値を示すも
ので２■は上限リミットを、また■は下限リミットを表
わす。

出力上下限リミッタ４８では、この出カリミツタテープ
ル４９からの人力信号と加算器４２からの入力信号とを
比較し、加算器４２からの信号が出カリミツタテープル
４９の上、下限値範囲内であれば、そのままの信号を出
力し、もし上限を越えるか下限を下回る場合には、それ
ぞれ強制的に上限値、下限値の操作信号を空気量調節弁
９に出力することになる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、バーナの火炎を監視して
その変化量から火炎信号を得るとともに、バーナの火炎
によって加熱されるトラム内の水の圧力に応じて燃料調
節を行なうモジュトロールモータから燃料制御弁の開度
信号を得、これら火炎信号と開度信号とを燃焼制御装置
に取込み、該燃焼制御装置においてこれら２種の信号に
より副書演算した結果に基いて燃焼用空気調節弁を操作
することを特徴とするバーナの燃焼制御方法であるから
、前掲した先行技術の有する問題点であった。燃料流量
が最大量から最小量まで急激に変化したときに、燃料流
量の変化にダンパが追従することができない場合がある
という間開が解決されるとともに、次のような効果を得
ることができる。

■　各燃料流量時にダンパの最低開度が設定できるため
、制御により必要以上にダンパを絞ることがなく、発煙
および失火を防止することができて、安全性の高い制御
が実現可能になる。

■　燃料変化率モニタおよびＰＶ下限モニタによるレシ
オ演算天性時に、ダンパ開度の上限が設定できるので、
必要以上に空気量を増加させることなく、オーバーシュ
ートの少ない空気先行制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実現する燃焼装置の系統図、第２
図は第１図中の燃焼制御装置の内部で行なわねる廖＋ｔ
Ｓ内容を説明するためのフローチャート図、第３図は第
１図中の燃焼制御装置内部に設定される燃料調節弁開度
信号に対応した操作出力の上下限値を表わすグラフであ
る。 １・・・煙管ボイラ ２−外壁 ３−・トラム ５・・・バーナ ６−・火炎 ７−燃焼制御弁 ９−燃焼用空気調節弁 １４、１８−・・モジュトロールモータ２１−圧力調節
計 ２３−・燃焼制御装置 ２８−・センサアンプ 特 許

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）バーナの火炎を監視してその変化量から火炎信号
   を得るとともに、バーナの火炎によって加熱されるドラ
   ム内の水の圧力に応じて燃料調節を行なうモジュトロー
   ルモータから燃料制御弁の開度信号を得、これら火炎信
   号と開度信号とを燃焼制御装置に取込み、該燃焼制御装
   置においてこれら２種の信号により制御演算した結果に
   基いて燃焼用空気調節弁を操作することを特徴とするバ
   ーナの燃焼制御方法。