JPH09243058A - ボイラの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも２つの異なる燃焼量の切替えに際
して、この切替え過程における空燃比の変化を最小限に
したボイラの燃焼制御装置を提供すること。 【解決手段】 送風機６，燃料供給手段３，及びこの送
風機６と燃料供給手段３とを制御する制御器１０を備
え、前記燃料供給手段３は前記各燃焼量に対応する燃料
供給量と、隣接する２つの燃焼量に対応する燃料供給量
の中間の量を供給するようにしたものであり、前記制御
器１０は、前記隣接する２つの燃焼量間を切替えるに際
して、前記送風機６の送風量の切替え開始から切替え終
了までの間において、前記燃料供給手段３を一定時間前
記中間の燃料供給量に調整する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラの燃焼制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ等の燃焼装置の燃焼量の調節に際
しては、従来、複数の燃料供給流路の夫々に設けた開閉
弁を選択的に開閉して燃料の供給量を調節すると共に、
送風ダクトに設けたダンパの開度を変えて燃焼用空気の
送風量を調節し、燃料と燃焼用空気の比率（空気比）を
略一定に保っている。最近では、従来のダンパを用いる
方式に代えて、インバータ等を利用して送風機の回転数
を制御することにより送風量を調節する方法が採用され
ており、送風機の電力削減、騒音低減等の効果を挙げて
いる。

【０００３】ところで、前記の燃料供給量の調節は、前
記したように、開閉弁の開閉操作（通常は、電磁弁等の
開閉制御弁による。）であるため、燃料供給量は高燃焼
用と低燃焼用との間で略瞬時に切り替わる。しかし、送
風量は、そのように瞬時には切替わらず、一定の時間を
かけて目的の送風量に変化するため、空気比（理論空気
量との比）は、低燃焼状態と高燃焼状態の過渡期間にお
いて急激な変化を生じた後、目的の燃焼状態に完全に移
行した時点で所定の空気比となる。そのため、この際に
は、煤や、一酸化炭素等の未燃物が残留したり、燃焼音
の増大、振動燃焼の発生等という問題が生じ、また、燃
料の有効利用ができない。この傾向は、送風機が高燃焼
から低燃焼に移行する際に著しい。特に、インバータ制
御等により、送風機の回転数を制御して送風量を調節す
る場合には、ファンの慣性力により回転数がなかなか低
下しないためである。

【０００４】そこで、送風量切替の開始タイミングと終
了タイミングの間の適宜の時期において燃料の流量を切
替えを行い、空気比の変動を少なくすることが試みられ
ているが、このような方法によっても、燃料流量の切替
前後において、空気比の低い領域と空気比の高い領域が
長く存在している。そのため、空気比は燃料流量の切替
えの前後において、極端に悪化する。即ち、現状の燃焼
量の切り替えに際して、燃焼用空気量の切り替えを送風
機の回転数を制御することにより行なう方法や、ダンパ
開度を制御することにより行なう方法では、前記のよう
な煤や、一酸化炭素等の未燃物が残留したり、燃焼音の
増大、振動燃焼の発生等という問題が残っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明は、
少なくとも２つの異なる燃焼量の切替えに際して、この
切替え過程における空燃比の変化を最小限にしたボイラ
の燃焼制御装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
２つの異なる燃焼量を切替え制御するボイラの燃焼制御
装置において、送風機，燃料供給手段，及びこの送風機
と燃料供給手段とを制御する制御器を備え、前記燃料供
給手段は前記各燃焼量に対応する燃料供給量と、隣接す
る２つの燃焼量に対応する燃料供給量の中間の量を供給
するようにしたものであり、前記制御器は、前記隣接す
る２つの燃焼量間を切替えるに際して、前記送風機の送
風量の切替え開始から切替え終了までの間において、前
記燃料供給手段を一定時間前記中間の燃料供給量に調整
するようにした構成によって、上述の課題を解決するも
のである。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態は、燃焼量
を少なくとも２つの異なる段階的な量に制御するボイラ
において実現される。この発明に係るボイラの燃焼制御
装置によれば、隣合う２つの燃焼量間で燃焼量を切替え
る場合、前記送風機の送風量を一方の燃焼量に対応する
量から他方の燃焼量に対応する量に調節し、前記燃料供
給手段も、一方の燃焼量に対応する燃料供給量から他方
の燃焼量に対応する燃料供給量に調節するが、送風量の
送風量の切替え開始から切替え終了までの間において、
前記燃料供給手段の燃料供給量を一定時間前記中間の燃
料供給量に調整することによって、空気比の変化を低減
するものである。即ち、燃焼量の切替えを行なうに際し
て、送風機からの送風量の変更を開始してから一定時間
遅らせて、燃料供給量を次の燃焼量との中間の量に調整
し、この燃料供給量で所定の時間、燃焼させた後、次の
燃焼量に切替えるものである。このような送風量の切替
え過程において、その途中で、切替え前後の燃焼量に対
応する量の燃料を供給することにより、空燃比の変化を
低減することができる。そして、空燃比の変化を低減す
ることにより、煤や、一酸化炭素等の未燃物の発生を防
止し、燃焼音の増大、振動燃焼の発生等という問題を解
消することができる。ここで、前記の切替え前後の２つ
の燃焼量に対応する燃料供給量の中間の量とは、切替前
後の燃焼量に対応する各燃料供給量の平均の量のみを差
すものではなく、前記の切替え前後の２つの燃焼量の間
の燃焼量であり、かつ、これらとは異なる燃焼量に対応
する燃料供給量である。

【０００８】この発明において、燃焼量の切替え制御
は、少なくとも２つ、例えば高燃焼と低燃焼の２つの燃
焼量を段階的に切替え制御するもので、段階数は、２つ
に限らない。燃焼量が段階的に調整されるということ
は、各燃焼量に対応する送風量、並びに燃料供給量が、
それぞれ段階的な量となることを指す。尚、通常、複数
の燃焼量を切替え制御する場合、停止状態を含めた制御
位置の数を、制御方式の呼称としている。例えば、２つ
の燃焼量を切替え制御する場合、停止状態を含めて制御
位置は３つとなるので、このことを三位置制御と称して
いる。３つの燃焼量を切替え制御する場合は、四位置制
御である。

【０００９】前記送風機における送風量の調整は、回転
数の制御により前記段階的な燃焼量に対応する送風量に
調整され、また、ダンパを用いて流路断面積を増減する
ことによっても行なわれる。この送風機の回転数の制御
は、送風機を駆動するモーターに応じて、インバータ回
路や、電圧調整回路を選択することにより実現される。
前記燃料の供給量の調整は、流路の開閉により、段階的
に行なわれる。ここで、前記流路の開閉とは、各燃焼量
に対応する燃料供給用の流路を、それぞれの選択的に開
閉するもの、前記流路を流れる燃料流量を段階的に切替
えるものを含む。例えば、各燃焼量に対応する燃料供給
量の調整は、各燃料供給量に対応する複数の燃料配管
に、それぞれ電磁弁等の開閉弁を接続し、この開閉弁を
選択的に開閉させ、流通させることによって行なわれ
る。

【００１０】尚、この発明の燃焼制御装置が対象とする
燃焼装置は、その燃焼量の切り替えに際して、燃料供給
量の変化より送風量の変化に時間を要するものである。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明に係るボイラの
燃焼制御装置の一実施例の概略構造を説明するための図
面であり、図２は、この発明に係るボイラの燃焼制御装
置の一実施例を示す制御チャートであり、図３は、この
発明に係るボイラの燃焼制御装置の一実施例と従来の制
御方法における空気比の変化を説明するための図面であ
る。

【００１２】まず、最初に、この発明を適用するボイラ
の一例について、図２を参照しながら説明する。図２に
おいて、燃焼装置１は、ボイラ２の上部に取付けられて
おり、この燃焼装置１は、燃料供給手段としての燃料配
管３と燃焼用空気の供給経路であるウインドボックス４
を備えている。また、ウインドボックス４には、その上
流端に送風機６を接続してある。

【００１３】この発明における燃焼装置１は、図示する
実施例においては、停止，低燃焼，高燃焼の三つの制御
位置を有し、燃焼量を段階的に調節する所謂三位置制御
方式に対応するものである。即ち、燃焼量が、ボイラ２
への負荷要求の増減に応じて、停止，低燃焼，高燃焼の
三段階に調節されるものであるから、前記燃料配管３
は、２本の分岐配管３ａ，３ｂを備えており、各分岐配
管（以下、第１，第２分岐配管という）３ａ，３ｂの夫
々に第１，第２燃料弁５ａ，５ｂを接続した構成として
ある。そして、第１，第２燃料弁５ａ，５ｂを選択的に
開閉することにより燃料の供給量を段階的に調節してい
る。また、送風機６は、前記のように三位置制御方式の
ものに対応するもので、その回転数が、停止，低燃焼用
及び高燃焼用として制御され、回転数を制御することに
より、それぞれ送風量が調節されるようになっている。
この燃焼量の切替は、ボイラ２の負荷を検出する負荷検
出手段（図示省略）からの負荷検出信号に基づいて、燃
焼制御装置７の負荷判定器９によって行なわれる。前記
負荷検出手段は、ボイラ２の缶内圧力を検出する圧力セ
ンサーや圧力スイッチ等であり、この負荷検出手段によ
る検出圧力に応じて、負荷判定器９は、ボイラ２の負荷
を判断し、燃焼装置１を停止、低燃焼、或は高燃焼のど
の状態に制御するかを判断する。そして、この負荷に基
づいて、燃焼量の切替えを行なうために、送風機６の回
転数の制御と、燃料配管３による燃料供給量の切替え制
御を行なう制御器１０を備えている。前記送風機６の回
転数の制御は、送風機６を駆動するモーターが、周波数
に依存して回転数が変化するものの場合にはインバータ
回路を用い、電圧に依存して回転数が変化するものの場
合には電圧調整回路を用いる。また、燃料の供給量は、
制御器１０により、前記第１，第２制御弁５ａ，５ｂを
選択的に開閉することにより行なわれる。

【００１４】これらの燃料供給量、並びに送風量の調節
は、燃焼制御装置７によって行なわれるが、この燃焼制
御装置７はこのような燃焼量の制御の他、次のような制
御を行なう。即ち、ボイラ２の運転を開始すると、この
燃焼制御装置７は、実際の燃焼に先だって送風機６を起
動して炉内の掃気を行う（プレパージ）。所定時間のプ
レパージ動作後、第１燃料弁５ａを開いて燃料の供給を
開始する。この燃料は着火装置（図示省略）により着火
され、実際の燃焼が開始される。この後、ボイラ２への
要求負荷の増減に応じた燃焼量の調節に際しては、上述
した通りであるが、要求負荷が更に減少した場合に燃焼
装置１を一旦停止して待機状態におく場合、或は、所望
時間の運転の後、ボイラ２の運転を停止させる場合に際
しては、第１，第２燃料弁５ａ，５ｂを閉じて燃料の供
給を停止することにより消火を行い、次に、送風機６を
そのまま稼働して燃焼後の排気ガスを炉内から掃気し
（ポストパージ）、このポストパージ動作を所定時間行
った後、送風機６を停止させる。

【００１５】さて、この発明は、燃焼量を段階的に切替
える際に、送風量を段階的に切替調節する途中におい
て、切替え前後の燃焼量に対応する２つの燃料供給量の
中間の燃料供給量を供給する期間を設けたものであるか
ら、前記第１分岐配管３ａによる２つの燃料供給量と第
１，第２分岐配管３ａ，３ｂによる燃料供給量との中間
の燃料供給量を供給するための第３分岐配管３ｃを備え
ており、この第３分岐配管３ｃには第３制御弁５ｃを接
続している。この第３分岐配管３ｃによる燃料の供給量
は、第２分岐配管３ｂとによる供給量より少なく設定し
てある。そして、この第３制御弁５ｃは、前記制御器１
０により、送風機６の回転数の切替え開始時点から所定
の時間経過後、所定時間開放した後、閉鎖する。

【００１６】次に、以上の制御要領を図１を参照しなが
ら説明する。尚、図１は、この発明に係るボイラの燃焼
制御装置の一実施例を示す制御チャートで、上段は、燃
焼供給量の切替えタイミングと燃料供給量の変化，中段
は、送風量の切替えタイミングと送風量の変化，下段は
空気比の変化を示すものである。下段の空気比の変化を
示す制御チャートにおいて、斜線を附した領域は、空燃
比不良の領域であり、この領域に挟まれた領域が、空燃
比が適切な値から所定の偏差の範囲以内の良好な領域で
ある。この図１においては、所定時間の低燃焼の後、高
燃焼に移行し、更にこの高燃焼を所定時間維持した後、
低燃焼に移行した状態を示す。また、図中の符号は、夫
々、以下のタイミングを表す。 低燃焼から高燃焼への切替え時において、 ＴL0：送風量切替開始タイミング ＴL1：第３燃料弁開放タイミング ＴL2：第２燃料弁開放タイミング ＴL3：第３燃料弁閉鎖タイミング ＴL4：送風量切替完了タイミング 高燃焼から低燃焼への切替え時において、 ＴH0：送風量切替開始タイミング ＴH1：第３燃料弁開放タイミング ＴH2：第２燃料弁閉鎖タイミング ＴH3：第３燃料弁閉鎖タイミング ＴH4：送風量切替完了タイミング 尚、各タイミングは、制御器１０から各燃料弁５ａ〜５
ｃ，送風機３への指示のタイミングである。

【００１７】先ず、低燃焼状態から高燃焼状態に切替え
る場合について説明すると、低燃焼状態から高燃焼状態
に切替える際には、前記制御器１０により、送風機６の
送風量を高燃焼用風量とするべく回転数を増加する。即
ち、図１に示すように、送風量切替開始タイミングＴL0
から後は、その回転数を増加し、最終的に送風量切替終
了タイミングＴL4において、高燃焼用の送風量に到達す
る。この送風機６の回転数が低燃焼用風量の場合には、
前記第１燃料弁５ａのみが開いており、従って第１分岐
配管３ａからのみ燃料が供給されている。そして、送風
量切替開始タイミングＴL0の後、送風機６の回転が増加
し始めて所定時間経過し、第３燃料弁開放タイミングＴ
L1に達すると、第３燃料弁５ｃを開放し、前記第１分岐
配管３ａと第３分岐配管３ｃとから燃料を供給する。こ
の状態を、第２燃料弁開放タイミングＴL2まで所定時間
保持した後、第２燃料弁５ｂを開放し、このすぐ後の第
３燃料弁閉鎖タイミングＴL3において第３燃料弁５ｃを
閉鎖し、第１，第２分岐配管３ａ，３ｂから燃料を供給
する。そして、所定時間経過し、送風量切替完了タイミ
ングＴL4となると、送風量、並びに燃料の供給量は、高
燃焼状態に切替わる。この間の送風量の変化は、図１に
示すように略一律に上昇しており、送風量の変化中に、
第３燃料弁５ｃを開放することにより、前記第１，第２
分岐配管３ａ，３ｂによる２つの燃料供給量の中間の燃
料供給量を供給するため、空気比の変化が少なくなって
いる。これを、図１中に点線で示す従来のものと比較す
ると、低燃焼用から高燃焼用の燃料供給量に一気に切替
えているため、空燃比の変化が大きく、適切な空燃比の
範囲を外れてしまうが、この発明の燃焼制御装置では、
適切な空燃比の範囲を外れることがない。

【００１８】ここで、この実施例では、低燃焼状態から
高燃焼状態への切替時において、第２燃料弁開放タイミ
ングＴL2の後に第３燃料弁閉鎖タイミングＴL3を設定し
ている。一般に、燃料弁においては、開放操作後、燃焼
装置１において実際に燃料が噴射されるまでに若干の時
間遅れ（所謂、噴霧遅れ）が発生し、また、燃料弁を閉
鎖した後も、この燃料弁から燃焼装置までの燃料配管の
残圧によって若干の燃料が噴射される（所謂、後だれ）
ことがある。そのため、この低燃焼状態から高燃焼状態
への切替では、燃料供給量は増加方向の切替えであり、
前記の時間遅れの間において実際の燃料供給量が減少す
るのを防止するために、第２燃料弁開放タイミングＴL2
の後に第３燃料弁閉鎖タイミングＴL3を設定し、オーバ
ーラップさせることにより空気比の変化を抑制してい
る。従って、前記第２燃料弁開放タイミングＴL2と第３
燃料弁閉鎖タイミングＴL3を同時としても実用上は差し
支えない。

【００１９】次に、高燃焼状態から低燃焼状態に切替え
る場合について説明する。高燃焼状態から低燃焼状態に
切替える際には、前記制御器１０により、送風機６の送
風量を低燃焼用風量とするべく回転数を減少する。即
ち、図１に示すように、送風量切替開始タイミングＴH0
から後は、その回転数を減少し、最終的に送風量切替終
了タイミングＴH4において、低燃焼用の送風量に到達す
る。この送風機６の回転数が高燃焼用風量の場合には、
前記のとおり第１，第２燃料弁５ａの両方が開いてお
り、従って第１，第２分岐配管３ａ，３ｂから燃料が供
給されている。そして、送風量切替開始タイミングＴL0
の後、送風機６の回転が減少し始めて所定時間経過し、
第２燃料弁閉鎖タイミングＴH2に達すると、第２燃料弁
５ｂを閉鎖し、このすぐ後の第３燃料弁開放タイミング
ＴH1において第３燃料弁５ｃを開放することにより、第
１，第３分岐配管３ａ，３ｃから燃料を供給する。この
状態を、第３燃料弁閉鎖タイミングＴH3まで所定時間保
持した後、第３燃料弁５ｃを閉鎖し、以後は、第１分岐
配管３ａのみから燃料を供給する。そして、所定時間経
過し、送風量切替完了タイミングＴH4となると、送風
量、並びに燃料の供給量は、低燃焼状態に切替わる。こ
の間の送風量の変化は、図１に示すように略一律に下降
しており、送風量の変化中に、第３燃料弁５ｃを開放す
ることにより、前記第１，第２分岐配管３ａ，３ｂによ
る２つの燃料供給量の中間の燃料供給量を供給するた
め、空気比の変化が少なくなっている。これを、図１中
に点線で示す従来のものと比較すると、低燃焼用から高
燃焼用の燃料供給量に一気に切替えているため、空燃比
の変化が大きく、適切な空燃比の範囲を外れてしまう
が、この発明の燃焼制御装置では、適切な空燃比の範囲
を外れることがない。

【００２０】ここで、高燃焼状態から低燃焼状態への切
替時において、第２燃料弁閉鎖タイミングＴH2の後に第
３燃料弁開放タイミングＴL1を設定している。これは、
前述同様に噴霧遅れや後だれの影響を防止するためで、
高燃焼状態から低燃焼状態への切替では、燃料供給量は
減少方向の切替えであり、前記の時間遅れの間において
実際の燃料供給量が増加するのを防止するために、第２
燃料弁閉鎖タイミングＴH2の後に第３燃料弁開放タイミ
ングＴH1を設定し、僅かな遅れ時間を持たせることによ
り空気比の変化を抑制している。尚、前述同様に前記第
３燃料弁開放タイミングＴL1と第２燃料弁閉鎖タイミン
グＴH2を同時としても実用上は差し支えない。

【００２１】更に、以上の実施例においては、燃焼量の
調整は、高燃焼状態と低燃焼状態の高低２段階で行なう
ものについて、適用したものであるが、燃焼量は、高低
２段階のものに限らず、３段階以上の燃焼量に調節する
ものでもよい。この場合、前記燃料供給手段における燃
料供給量は、前記燃焼量の段数に応じて設定するが、各
燃料分岐管の流量を適宜異ならせることにより、より少
ない本数で前記多数の燃料制御段階数に対応できる。ま
た、各段階間の送風量、並びに燃料供給量の制御は前記
と同様に行えばよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るボ
イラの燃焼制御装置によれば、燃焼量を隣合う２つの異
なった燃焼量間で切替える場合に、送風機の送風量の切
替え開始時点から所定の時間経過後、燃料供給量を切替
前後の燃焼量に対応する燃焼量の中間の量に調整し、こ
の燃料供給量で所定の時間、燃焼させた後、次の燃焼量
とすることにより、空気比の変化を低減することがで
き、これにより、従来問題となっていた煤や、一酸化炭
素等の未燃物の発生を防止し、燃焼音の増大、振動燃焼
の発生等という問題を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るボイラの燃焼制御装置の一実施
例を示す制御チャートで、上段は、燃焼供給量の切替え
タイミングと燃料供給量の変化，中段は、送風量の切替
えタイミングと送風量の変化，下段は空気比の変化を示
すものである。

【図２】この発明を適用するボイラの一例を説明するた
めの図面である。

【符号の説明】

１ 燃焼装置 ２ ボイラ ３ 燃料配管（燃料供給手段） ３ａ 第１分岐配管 ３ｂ 第２分岐配管 ３ｃ 第３分岐配管 ５ａ 第１燃料弁 ５ｂ 第２燃料弁 ５ｃ 第３燃料弁 ６ 送風機 ７ 燃焼制御装置 １０ 制御器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの異なる燃焼量を切替え
   制御するボイラの燃焼制御装置において、送風機６，燃
   料供給手段３，及びこの送風機６と燃料供給手段３とを
   制御する制御器１０を備え、前記燃料供給手段３は前記
   各燃焼量に対応する燃料供給量と、隣接する２つの燃焼
   量に対応する燃料供給量の中間の量を供給するようにし
   たものであり、前記制御器１０は、前記隣接する２つの
   燃焼量間を切替えるに際して、前記送風機６の送風量の
   切替え開始から切替え終了までの間において、前記燃料
   供給手段３を一定時間前記中間の燃料供給量に調整する
   ものであることを特徴とするボイラの燃焼制御装置。