JPH0820072B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JPH0820072B2
JPH0820072B2 JP15493388A JP15493388A JPH0820072B2 JP H0820072 B2 JPH0820072 B2 JP H0820072B2 JP 15493388 A JP15493388 A JP 15493388A JP 15493388 A JP15493388 A JP 15493388A JP H0820072 B2 JPH0820072 B2 JP H0820072B2
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和男 広井
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Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は微粉炭等の低品位燃料を燃焼させてその燃焼
熱を利用する燃焼装置の制御装置に関する。
(従来の技術) 一般に、産業用のボイラ,加熱炉等には、重油,天然
ガス等の比較的燃焼生成物の少ないクリーンな燃料が使
用されている。しかし、燃料の需給を長期展望すると、
石油資源の枯渇(有限性)、燃料コスト・アップ等が予
想されるため、石炭とか,製造過程で発生する副生燃料
等を使用する例が多くなってきている。ところが、これ
らの燃料は低品位燃料と称され、燃焼生成物が非常に多
い、発熱量が変化する、燃料の移送遅れがある等、産業
利用上多くの問題を有している。特に、微粉炭等の低品
位燃料を燃焼させた場合には、排ガス中に含まれる燃焼
生成物が、ボイラ,加熱炉等の被加熱管の表面に付着,
堆積する。このため、付着物の堆積と共に伝熱特性が変
化し、制御対象の伝熱特性の時定数が大きくなってい
く。
第3図は、入熱量(燃焼量)をステップ状に変化させ
た時の伝熱特性の変化を示したものである。第3図にお
いて、Aが初期時の伝熱特性を示しており、燃焼生成物
の付着と共にA→B→Cと伝熱特性が変化していく、す
なわち伝熱特性の時定数TPが大きくなっていくことにな
る。しかるに、従来の調節手段では積分時間が初期状態
で最適に調整され,かつ固定されているために、制御対
象の時定数TPの増大と共に調節手段の積分時間の最適値
は大きくなっていかねばならないが、積分時間は初期値
の小さいまま固定されているために、制御ループゲイン
が大きくなって制御特性が低下していき、ついにはハン
チング状態に陥ってしまうことになる。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来では、燃焼装置の燃料として特に低
品位燃料を使用した場合に、燃料装置の伝熱特性を考慮
していないことから、安定で高い制御特性を常に維持す
ることができないという問題があった。
本発明の目的は、燃焼装置の燃料として低品位燃料を
使用した場合でも、常に安定でかつ高い制御特性を維持
することが可能な信頼性の高い燃焼制御装置を提供する
ことにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、燃料供給源
から供給される燃料を空気とともに燃焼させて被加熱流
体を加熱するようにした燃焼装置において、燃焼装置に
関係する制御量を検出する制御量検出手段と、制御量検
出手段からの制御量とこの目標値との偏差を算出し,か
つ当該偏差が零となるように比例ゲイン,積分時間に基
づいて比例,積分演算を行ない燃料流量指令信号を出力
する制御量調節手段と、燃焼装置に供給される燃料の流
量を検出する流量検出手段と、制御量調節手段からの燃
料流量指令信号と流量検出手段からの燃料流量検出信号
とが一致するように調節演算を行ない,この調節演算信
号を燃料操作手段に与えて燃料流量を調整する燃料流量
調整手段と、燃料流量またはこれに比例した信号を入力
し,その積算値を演算して出力する積分手段とを備え、
制御量調節手段における積分時間を,積分手段からの出
力に応じて修正するようにしている。
(作用) 従って、本発明では以上のような手段を備えたことに
より、燃料流量またはこれに比例した信号の積算値に応
じて、燃焼装置の伝熱特性変化を推定しながら制御量調
節手段の積分時間が自動的に修正されることから、燃焼
装置の燃料として低品位燃料を使用した場合でも、燃焼
装置の伝熱特性の変化に追従して、常に安定でかつ最適
な制御特性を維持することが可能となる。
(実施例) まず、本発明の考え方について説明する。
第2図は、制御対象の伝達関数GP(s)とコントロー
ラの伝達関数GC(s)との間の関係式を導出するための
制御系構成例を示すブロック図である。いま、制御対象
の伝達関数GP(s)が変化した場合に、コントローラの
伝達関数GC(s)をどのように変えればよいかを考えて
みる。すなわち、目標値,制御量,操作量,外乱,制御
偏差のラプラス変換を、それぞれV(s),X(s),M
(s),D(s),E(s)として、第2図の全体の応答式
を求めると次式が得られる。
これらの式から、制御量X(s)を算出すると、 X(s)={GC(s)・GP(s)・V(s)} /{1+GC(s)・GP(s)} +D(s)/{1+GC(s)・GP(s)} ……(2) となる。ここで、目標値V(s)の変化に対する希望応
答波形伝達関数をGV (s)とすると、 X(s)/V(s)=GV (s) =GC(s)GP(s)/{1+GC(s) ・GP(s)} ……(3) が得られる。この(3)式から、コントローラの伝達関
数GC(s)を算出すると、 GC(s)=GV (s)/[GP(s)・{1 −GV (s)}] ……(4) となる。この(4)式により、制御対象の伝達関数G
P(s)と希望応答波形伝達関数をGV (s)を与える
と、コントローラの伝達関数GC(s)が求まる。
すなわち、制御対象の伝達関数GP(s)とコントロー
ラの伝達関数GC(s)との関係は上表に示すように、 GC(s)=TP{1+1/(TP・S)}/T・KP……(5) となる。ここで、TP:制御対象の時定数、T:希望応
答波形の時定数、KP:制御対象のゲインである。
さて、燃焼生成物が伝熱部に付着すると、第3図に示
したように制御対象の伝達関数GP(s)の特性が変化す
るが、GP(s)=KP/{1+(TP・S)}の中で、制御
対象のゲインKPは一定であり、制御対象の時定数TPのみ
が大きくなっていく。そうすると、(5)式でKPは一定
で、TPのみが大きくなると、TもTPに比例して大きく
せざるを得ない。よって、コントローラのゲインK=TP
/(T・KP)は変わらないことになる。従って、
(5)式によってコントローラの積分時間は、TPすなわ
ち制御対象の時定数となっているので、制御対象の時定
数TPを求めてコントローラの積分時間TIをこのTPとすれ
ば、制御対象の伝熱特性の変化に対応して制御特性の低
下を防止できることになる。
以下、上述のような考え方に基づく本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。
第1図は、本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場
合の構成例を示すブロック図である。第1図において、
燃焼装置であるボイラ1のバーナ1−1には、図示しな
い燃料供給源から燃料輸送管2を介して微粉炭等の低品
位の燃料が供給されると共に、図示しない空気供給源か
ら空気輸送管3を介して空気が供給される。そして、こ
のバーナ1−1で燃料が空気とともに燃焼してボイラ1
の蒸発管1−2が加熱され、被加熱流体である水を加熱
蒸発させて蒸気が発生し、この蒸気は蒸気パイプ4を介
して図示しない負荷(需要家)側に供給される。
一方、燃焼装置に関係する制御量、すなわちボイラ1
からの発生蒸気圧力を制御量検出手段である圧力検出器
5で検出し、これを制御量調節手段である圧力調節手段
6にフィードバック信号PVとして入力する。圧力調節手
段6では、圧力目標値SVと上記フィードバック信号PVと
を減算手段6−1に導入して両者の偏差信号e=SV−PV
を算出し、この偏差信号eをPI調節手段6−2に入力す
る。PI調節手段6−2では、当該偏差信号eが零となる
ように比例ゲインK,積分時間TIに基づいて比例(P),
積分(I)演算を行なって燃料流量指令信号を得、この
燃料流量指令信号を燃料流量調整手段7に入力する。ま
た、燃料輸送管2を通過する燃料の流量を流量検出器8
で検出し、この燃料流量検出信号fFを燃料流量調整手段
7に入力する。燃料流量調整手段7では、この燃料流量
指令信号と燃料流量検出信号fFを導入し、両者が一致す
るように調節演算を行なって調節演算信号を得、この調
節演算信号を燃料輸送管2上に設けられた燃料操作端9
に与えて燃料流量を可変調整する。さらに、流量検出器
8からの燃料流量検出信号fFを積分手段10に入力し、こ
こで所要の時点からの積算値(燃料流量の積算値)∫fF
を演算し、これにより燃焼生成物の蒸発管1−2等の加
熱部への付着堆積量を推定して求めて伝熱時定数を推定
し、PI調節手段6−2における積分時間TIの設定値を自
動的に修正するようになっている。
以上の如く構成したボイラ燃焼制御装置においては、
ボイラ1に供給される燃料流量の積算値を演算する積分
手段10からの積算値に応じて、PI調節手段6−2におけ
る積分時間T1の設定値が自動的に修正されることによ
り、ボイラ1の燃料として低品位燃料を使用した場合で
も、制御対象であるボイラ1の伝熱特性の変化に追従し
て、常に安定でかつ最適な制御特性を維持することがで
きる。
すなわち、制御対象の伝達関数GP(s)=KP/{1+
(TP・S)}とコントローラの伝達関数GC(s)との関
係は(5)式に示したように、 GC(s)=TP{1+1/(TP・S)}/T・KP となる。この式から、PI調節手段6−2における積分時
間TIの設定値を、従来のようにTPO(伝熱部がクリーン
な状態で伝熱時定数が小さい値)に設定したままにして
おくと、ボイラ1の燃焼時間経過と共に伝熱面の汚れに
より伝熱時定数が大きくなっていくと、PI調節手段6−
2の積分時間が最適値からずれて最適値よりも小さくな
るので、制御ループはだんだん振動的となり、ついには
ハンチング状態になってしまう。
上式では、制御対象の時定数TPが変化すると、制御特
性を最適状態に維持するためには、PI調節手段6−2の
積分時間T1を制御対象の時定数TPとすればよいことを示
している。しかるに、本実施例のボイラ燃焼制御装置で
は、低品位の燃料流量の積算値を演算する→燃焼生成物
の伝熱面(蒸発管1−2等の加熱部)への付着堆積量を
推定する→伝熱時定数を推定する→制御対象の時定数TP
を推定する→PI調節手段6−2の積分時間TIを修正する
という過程を経て、PI調節手段6−2の積分時間TIが自
動的に修正されることにより、制御特性の最適状態が維
持されることになる。
上述したように、本実施例のボイラ燃焼制御装置で
は、ボイラ1に供給される燃料流量fFの積算値∫fFを演
算し、これにより燃焼生成物の蒸発管1−2等の加熱部
への付着堆積量を推定して求めて伝熱時定数を推定し、
PI調節手段6−2における積分時間TIを自動的に修正す
るようにしたので、ボイラ1の燃料として低品位の燃料
を使用した場合でも、常に安定でしかも高い制御特性を
維持することが可能となる。今後、石油資源の有限性,
エネルギーコストの高騰等から、必然的に燃焼生成物の
多いダーティな低品位燃料の使用が増加すると予測され
るが、本実施例を適用することによって制御特性を改善
して、品質の向上および省力化を図ることができ、もっ
て産業界の高度化,発展に大いに貢献することが期待で
きるものである。
尚、上記第1図の実施例では、本発明をボイラ燃焼制
御装置に適用した場合について述べたが、これに限らず
加熱炉燃焼制御装置についても本発明を同様に適用でき
るものである。
また、上記第1図の実施例では、積分手段10の入力信
号として、ボイラ1に供給される燃料流量の検出信号と
したが、これに限らず燃焼装置の負荷に比例した信号を
検出し演算する負荷検出手段を備え、この負荷検出手段
からの出力信号を積分手段10の入力信号として伝熱時定
数の変化を推定するようにしてもよい。ここで、負荷検
出手段としては、例えばボイラの場合には発生蒸気流量
を検出するものを、また加熱炉の場合には被加熱流体の
流量を検出するものを使用することができる。
さらに、上記第1図の実施例において、燃料として多
種燃料を混焼している場合には、積分手段10の入力信号
として、燃焼生成物が被加熱部の伝熱面に付着して伝熱
特性に大きな影響を与える低品位燃料の流量に比例した
信号のみ(クリーン燃料流量信号を除いた)を入力し
て、伝熱時定数の変化を推定するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、燃料流量または
これに比例した信号の積算値に応じて、制御量調節手段
における積分時間を自動的に修正するようにしたので、
燃焼装置の燃料として低品位燃料を使用した場合でも、
常に安定でかつ高い制御特性を維持することが可能な極
めて信頼性の高い燃焼制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明をボイラ燃焼制御装置に適用した場合の
一実施例を示すブロック図、第2図は制御対象の伝達関
数GP(s)とコントローラの伝達関数GC(s)との間の
関数式を導出するための制御系構成例を示すブロック
図、第3図は低品位燃料を使用した時の制御対象の特性
変化を示す図である。 1……ボイラ、1−1……バーナ、1−2……蒸発管、
2……燃料輸送管、3……空気輸送管、4……蒸気パイ
プ、5……圧力検出器、6……圧力調節手段、6−1…
…減算手段、6−2……PI調節手段、7……燃料流量調
整手段、8……流量検出器、9……燃料操作端、10……
積分手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料供給源から供給される燃料を空気とと
    もに燃焼させて被加熱流体を加熱するようにした燃焼装
    置において、 前記燃焼装置に関係する制御量を検出する制御量検出手
    段と、 前記制御量検出手段からの制御量とこの目標値との偏差
    を算出し,かつ当該偏差が零となるように比例ゲイン,
    積分時間に基づいて比例,積分演算を行ない燃料流量指
    令信号を出力する制御量調節手段と、 前記燃焼装置に供給される燃料の流量を検出する流量検
    出手段と、 前記制御量調節手段からの燃料流量指令信号と前記流量
    検出手段からの燃料流量検出手段とが一致するように調
    節演算を行ない,この調節演算信号を燃料操作手段に与
    えて燃料流量を調整する燃料流量調整手段と、 前記燃料流量またはこれに比例した信号を入力し,その
    積算値を演算して出力する積分手段とを備え、 前記制御量調節手段における積分時間を,前記積分手段
    からの出力に応じて修正するようにした ことを特徴とする燃焼制御装置。
JP15493388A 1988-06-24 1988-06-24 燃焼制御装置 Expired - Lifetime JPH0820072B2 (ja)

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