JPS6112170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種工業炉の燃焼管理における助燃
剤の制御、さらに詳しくは、燃焼時に発生する炉
内圧力振動もしくは炉内圧力に重畳する微小圧力
振動パターンに基づいて、空気量等の助燃剤を制
御する、燃焼炉における空気比率制御方法に関す
る。

一般に、省エネルギーや公害防止の観点から、
燃焼炉の燃焼状態を的確に判定し、適正条件によ
る燃焼を維持することは非常に重要な問題であ
る。

上記燃焼炉の燃焼状態に影響を及ぼす因子は、
炉特性、バーナ特性、操業因子など、その詳細は
広範多岐にわたるが、特に燃焼管理制御上、助燃
剤である空気比率の制御は大きなウエイトを占め
ている。

ところで、従来での空気比率の制御は、燃焼排
ガス中のO₂濃度やスモーク量の測定あるいは燃
焼状態の肉眼観察等によつて、燃焼量に対する所
定の空気比率を予じめ定め、一定に設定した条件
下で操業をしている。

しかし、実炉では燃焼量がたえず変動するこ
と、また、炉圧、バーナ汚れの状態、燃焼用空気
の漏風率など経時的に変化する要因によつて燃焼
状態はたえず変動している。さらに、同一の燃焼
量時でも炉温、アトマイズ量（液体燃料の霧化
量）、バーナ先端位置などによつても燃焼状態は
変動するので、最適な燃焼状態を維持することは
不可能である。

これらの変動因子に対しては、その範囲が特に
異常でない限り、燃焼状態の変化は空気比率の制
御によつて最適燃焼状態を維持することが可能で
あるが、そのためには空気比率を、時々刻々変化
する燃焼状態に合わせて正確に制御する必要があ
る。

そこで従来では、予じめ燃料流量と空気比率と
の最適な相関を求め、燃料流量に合わせて空気比
率を変更してゆく第１の方法や燃焼排ガス中の
O₂濃度の連続測定により、O₂濃度が一定となる
ように空気量または空気比率設定器を制御する第
２の方法、さらに、燃焼炉内あるいは煙道で
CO、CO₂あるいはスモーク量等の燃焼生成物の
量を測定し、それぞれの量あるいは比率などによ
つて空気量あるいは空気比率設定器を制御する第
３の方法が提案されている。

しかしながら、第１の方法では、予じめ相関を
求めたバーナ条件、燃焼条件、操業条件が僅かで
もくずれると、正確に空気比率を制御しても全く
意味がない。

第２の方法では、燃焼量の低下時は、炉床負荷
が低下するため最大燃焼時よりはO₂濃度が低く
てよく、炉温の変化でも燃焼状態は変化するの
で、O₂濃度が一定である必要がないことに関連
して、バーナの汚れ、バーナ位置、アトマイズ量
などの変動が生じた場合、O₂濃度が一定でも他
の条件の変動で燃焼状態が大幅に変わるので、ス
モークが発生したり、逆に、最適燃焼状態に対し
てO₂が過剰の状態も起こり得る。また、この方
法では、燃焼排ガスの分析上、ガスサンプリング
を、通常は煙道で行なつており、この場合、外部
からの侵入空気の影響で、燃焼状態を十分に反映
できないことがある。

第３の方法では、第２の方法と同様の問題のほ
かに、COやスモーク量のような不完全燃焼時に
発生するものを制御用信号源として用いることで
完全燃焼の下限限界での制御に近く、サンプリン
グ位置の決定や応答性などがとくに重要なフアク
ターとなつて、これらを誤まるとスモーク等の発
生が頻発するようになる。

上記各方法は、要するに、燃焼状態を直接測定
するものではなく、実炉のような広範な変動因子
がある場合にはいずれも問題がある。

ところで、本願の出願人は、特願昭52−122229
号（発明の名称「燃焼状態判定方法」）におい
て、燃焼試験炉を用い、種々の燃焼条件下におけ
る燃焼状態について詳細な観察と検討を重ねたと
ころ、炉内圧力に重畳するおゝむね20mm（水柱）
以下の微小圧力振動が、燃焼状態の変動に応じて
一定の変化を呈するという事実を発見し、更に研
究を続けた結果、炉内の燃焼の緩急、火炎の長
さ、火炎性状（透明炎、輝炎など）、スモーク量
等の燃焼状態が、炉内微小圧力振動パターンに明
確に反映していること、また該微小圧力振動信号
を変換して得られるパワースペクトル密度分布を
燃焼状態の判断指標として実用上有効に使用し得
ることを見出し、かかる新規知見に基づいて、各
種工業用燃焼炉で気体、液体等各種燃料を用いて
燃焼を行うにあたり、炉内圧力取出しプローブに
より炉内圧力に重複する微小圧力振動を検出し、
その微小圧力振動信号を変換して得られるパワー
スペクトル密度分布などで示される振動パターン
を判断指標として用いることにより燃焼状態の適
格な定量的判断を行うことを可能とした「燃焼状
態判定方法」を提案した。

本発明は、かかる「燃焼状態判定方法」を利用
して、燃焼状態の時々刻々の変化を測定しつつ空
気比率を正確に制御して、最適燃焼状態を維持す
ることを可能とした燃焼炉における空気比率制御
方法を新規に提供するものである。

このため、本発明に係る第１の発明は、各種工
業炉において燃焼を行なう場合に、炉内振動を検
出してその波形解析を行ない、目的とする燃焼状
態における振動波形と各燃焼状態における振動波
形とを比較し、その信号に基づいて各燃焼状態に
おける空気比率を変化させるようにしたことを特
徴とする燃焼炉における空気比率制御方法であ
る。

本発明に係る第２の発明は、第１の発明に関し
て、炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が
変化する場合にそれに対応してエネルギー密度が
変化する特定周波数帯域を検出し、そのヒートサ
イクルのうちの目的とする燃焼状態における炉内
圧力振動の前記周波数帯域での最大エネルギーレ
ベルを設定値とし、各燃焼状態における前記周波
数帯域のエネルギーレベルと前記設定値との偏差
に応じて空気比率を変化させるようにしたことを
特徴とする燃焼炉における空気比率制御方法であ
る。

本発明に係る第３の発明は、第１の発明に関し
て、炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が
変化する場合にそれに対応して振動エネルギー密
度が変化する特定周波数帯域を検出し、全振動エ
ネルギーと特定周波数帯域の振動エネルギーの比
を指標として、最適燃焼時の振動エネルギー比を
設定値とし、各燃焼状態における前記振動エネル
ギー比と前記設定値との偏差に応じて空気比率を
変化させるようにしたことを特徴とする燃焼炉に
おける空気比率制御方法である。

以下、本発明の実施例を添附図面に従つて詳細
に説明する。

第１図に燃焼炉１における空気比率制御装置を
示す。燃焼炉１には、燃焼用バーナ２、炉内温度
検出器３および炉内圧力サンプリングプローブ４
を備え、燃焼排ガス用の煙道２１を設けている。

温度設定調節器５は、予じめ所望の炉内温度設
定値が設定されており、上記温度検出器３で測定
された測定値と上記設定値とを比較し、その偏差
に応じて出力信号を発生する。

燃料流量調節器７は、制限器６を介して温度設
定調節器５からの出力信号を受け、その信号に対
応する流量設定値を設定し、かつ配管１０に設置
された燃料流量検出器１３の測定信号と上記流量
設定値とを比較し、偏差に応じた制御信号を流量
調節弁１２に与える。上記制限器６は炉温の異常
な上昇、下降および大幅な変動が生じた場合に一
時的に燃料制御を停止させるためのものである。

連続自動可変型比率設定器８は、燃料流量と空
気流量の比率を設定するもので、燃料の種類、炉
形式、バーナ条件およびその他の操業条件で決定
するものである。即ち、温度設定調節器５からの
信号で、あらかじめ設定した比率により空気量を
設定し、空気量調節器９に制御信号を与え、該空
気量調節器９は、配管１１に配置された空気流量
検出器１５により流量を測定しつつ、上記比率設
定器８からの信号との偏差に応じて空気流量調節
弁１４に制御信号を与える。

一方、燃焼微圧振動測定系統は、炉内圧力サン
プリングプローブ４によつて炉内圧力が微圧振動
検出器１６に導かれ、増幅器１７で炉内圧力の絶
対値とそれに重畳する燃焼微圧振動成分に分離、
かつ増幅され、周波数解析器１８に送られる。

該周波数解析器１８では、振動の周波数のエネ
ルギー分布を求め、予じめ設定した代表の周波数
あるいは周波数帯域（後述）のエネルギーレベル
を出力信号として出す。

この解析結果の信号は、振動エネルギー調節器
１９に入り、予じめ設定した周波数あるいは周波
数帯域のエネルギーレベル（後述）の値と比較
し、その偏差信号に応じて上記比率設定器８に制
限器２０を介して補正の信号を与え、燃料流量に
対する空気流量の比率を修正する。

上記制限器２０は、周波数エネルギーあるいは
検出系統で異常な値を検出した場合でも制御系に
与える外乱を最小限に抑制するための装置で、上
記制限器６と同様の働きをする。

上記系統において、燃焼微圧振動の測定場所
は、振動伝播範囲であれば、燃焼炉内、エアース
ロート内、バーナタイル内あるいは煙道２１等の
いずれでもよいが、燃焼状態を適格に測定するに
は、燃焼炉１内での測定が最も好ましい。

上記微圧振動検出器１６は、水柱−50〜＋50mm
の圧力に十分感知するもので、周波数は０〜500
Hz位までかあるいはそれ以上まで検出可能なもの
が望ましく、ストレインゲージを応用した微圧変
換器あるいは水晶変換器等により圧力振動を電気
信号にアナログ変換するものが望ましい。

微圧振動を制御信号とする場合、炉内圧力の絶
対値に微圧振動が重畳した状態で用いてもよい
が、微圧振動検出器１６等のドリフトを考慮する
と、炉内圧力に重畳する微圧振動成分のみを分離
してとり出す方が、制御信号として安定性が良
い。

また、制御信号とする微圧振動の周波数帯域
は、０〜500Hz位まであるいはそれ以上の範囲全
体を対象としてもよいが、増幅器１７あるいは周
波数解析器１８にローパスフイルターあるいはバ
ンドパスフイルターを組入れて、特定の周波数あ
るいは周波数帯域に限定して、そのエネルギーレ
ベルにより制御してもよい。

上記周波数解析器１８は、振動分析器を用いれ
ばよいが、リアルタイムで解析できることが望ま
しく、トラツキングフイルタを使用したTF振動
分析器、FFT（FAST FOURIER TRANS−
FORM）式デジタル振動分析器、あるいはオク
ターブバンド型分析器等を採用することができ
る。該振動分析器により微圧振動のパターンが判
別できるような解析処理を行ない、制御信号源と
すればよく、パワースペクトルを求めることはそ
の一例である。

周波数解析結果の信号の用い方として、最適燃
焼状態における特定周波数帯域の最大エネルギー
レベルＧと、各燃焼状態における前記最大エネル
ギーレベルＦとを比較して、最大エネルギーレベ
ルについてＧ−Ｆ＝０となるように空気比率を制
御する方法の他に、縦軸にエネルギー密度、横軸
に周波数ｆをとつた第２図ａに示す如く、最適燃
焼状態における特定周波数帯域Ｓの振動エネルギ
ー∫^ｆ(b)_ｆ(a)Ｇ(f)dfと、各燃焼状態における特定周
波
数帯域Ｓの振動エネルギー∫^ｆ(b)_ｆ(a)Ｆ(f)dfとを比
較
して、∫^ｆ(b)_ｆ(a)Ｇ(f)df−∫^ｆ(b)_ｆ(a)Ｆ(f)df＝０
となるよう
に制御する方法、また、第２図ｂに示す如く、燃
焼状態を反映する特定周波数帯域Ｓの振動エネル
ギー∫_SＦ(f)dfと、全周波数範囲における全振動
エネルギー∫^∞ _０Ｆ(f)dfとの比をとり、この比が最
適燃焼状態における比、即ち∫_SＧ(f)df／∫^∞ _０Ｇ
(f)dfと等しくなるように制御する方法、あるいは
第２図ｃに示す如く、燃焼状態を反映する特定周
波数帯域Ｓの最大エネルギーレベルｂと他の領域
の周波数の最大エネルギーレベルａの比ｂ／ａを
とり、これの比が最適燃焼状態における比と等し
くなるように制御する方法が適宜に採用できる。

第１図の構成例では、微圧振動信号を上記比率
設定器８を介して空気量の制御をするようになつ
ているが、微圧振動信号で直接空気量を制御する
ことも可能である。この場合の着火時には、空気
量を手動で所要量に設定し、燃焼状態が安定した
後に微圧振動信号による制御へ移行する方式が望
ましい。

助燃剤としては、一般の燃焼設備では、通常、
空気が使用されているが、この他に、空気に酸素
を添加して高O₂濃度にしたもの、あるいは純酸
素の場合、さらに燃焼用空気と同等の作用のあ
る、例えば燃焼ガスにO₂を添加した場合でも適
用可能である。

つぎに、試験炉における振動特性調査の試験結
果について述べる。

燃焼炉で空気量を正確に制御して最適燃焼状態
を維持することは、前述した如く、省エネルギー
面の燃料原単位の節減あるいは公害防止面の
NOx抑制という両面で重要な問題である。

すなわち、過大な空気量は火炎温度の低下や排
ガス損失の増大をもたらし、熱効率上多大な損害
を招き、NOx面においてもO₂分圧の増大はNOx
生成が増加する方向である。逆に過小な空気量で
はCOやスモークの発生をともない、アフターバ
ーニング等の原因となつて安全上あるいは公害上
の問題を生ずるようになる。

以上の問題を背景に試験炉で空気比率と燃焼状
態の調査を実施した。

第３図は、１ｍ〓×４ｍ^Lの試験炉において重
油燃焼量40×10⁴Kcal/Hで、空気比率を1.05、
1.20、1.40、1.90の４段階で変化させた時の微圧
振動波形と周波数解析結果（バワースペクトル）
の一例で、微圧振動波形は、縦軸に振動圧力（mm
H₂O）、横軸に時間（秒）をとり、周波数解析結
果は、縦軸にエネルギー密度Ｅ、Ｄ（V²）、横軸
に周波数ｆ（Hz）をとつている。なお、添附の参
考写真にそれぞれの場合における燃焼状態を示
す。

空気比率が低い場合は、微圧振動の主成分は低
周波数側にあり、空気比率の増大とともにその主
成分は高い周波数側へと移行する傾向を示してい
る。なお、周波数解析結果は０〜45Hzの範囲で代
表して示した。即ち、燃焼が急激に進行し、シヤ
ープな短炎になるほで周波数成分は高くなる。

空気比率に対するNOx濃度は、縦軸にNOx
（PPM）O₂11％換算値、横軸に空気比（−）をと
つた第４図に示すように、通常の範囲では空気比
率の増大とともにNOxは増加する傾向を示して
いる。言い換えると、周波数成分が高くなると
NOx濃度は増加するので、NOx対策の指標とな
る。

一方、他の条件で空気比率と火炎からの熱流束
（単位面積・単位時間当りの火炎からの放熱量、
Kcal/m²・H）を調査した結果を、縦軸に火炎から
の熱流束（Kcal/m²・H）×10⁴を、横軸に炉長
（mm）をとつた第５図に示す。

これによれば、空気比率の低下で火炎からの熱
流束は増大する傾向がある。

しかし、ある値よりも低下しすぎると火炎後半
での熱流束はやや増加するが、火炎前半での低下
が大きく、全体では悪くなる傾向を示している。

これは、スモークの発生が著しくなる場合であ
り、スモークが排出する限界まで空気比率を低下
する方が、燃料原単位面あるいはNOx面でよい
ことが明らかとなつた。ただし、スモークが発生
する限界はバーナ構造によつて異なることは言う
までもない。

これを微圧振動で考えると、高い周波数成分を
抑え低い周波数成分が主体となる時の燃焼状態
で、いわゆる緩慢な燃焼状態を実現することであ
る。

急激な燃焼状態から緩慢な燃焼状態に移行する
場合の微圧振動の特徴は、高い周波数を主体にし
た振動成分から低い振動成分を主体にしたパター
ンに変ることのほかに、比較的高い周波数水準
100Hz以上の帯域で、急激な燃焼時に現われ、緩
慢燃焼時に消滅する振動成分がある。微圧振動で
燃焼状態を判別する場合、周波数の移行状態を見
る方法と特定周波数帯域のエネルギーレベルによ
る判定方法が考えられる。

つぎに具体的に実施例について説明する。

第６図に、本方法、装置を実施した均熱炉の概
略構造を示す。

炉容は、6600^L×2650^W×3875^Hで、１チヤージ
の装入量は約84トン、燃焼量は重油で最水400/
Ｈ、１ヒートサイクルは平均約５時間の均熱炉で
ある。

本実施例における燃焼微圧振動の測定および制
御装置は、第１図に述べたものと同様であるが、
とくに燃焼微圧振動測定系統の構成を第７図に示
した。個々の説明は第１図のものと重複するので
省略するが、波形解析結果について検討を加える
ため増幅器１７にペン書きオシログラフ２２を組
込んで波形が記録できるようにし、さらに、周波
数解析器１８に記録装置２３を組込んだ点が異な
る。

本実施に先立つて、まず、炉特性を含んだ振動
の発生状況を調査した。この炉の従来の空気比率
は一定に設定する方式で、1.45に設定していた。

まず、最大燃焼時に排ガス中のO₂濃度やスモ
ーク量の測定あるいは燃焼状態の肉眼観察等によ
つて、最適に考える空気比率を設定した。

燃焼量が最大の場合が炉に対する負荷が最も高
く、火炎は大きく長炎で燃焼状態は緩慢となりス
モークが発生しやすいために、通常は最大燃焼時
の条件で空気比率を設定している。

従来の空気比率の設定では、燃焼状態の変動を
見込んで安全係数を高目にとり、比較的設定を高
くする傾向があつたが、本実施例の場合には、燃
焼状態に見合つた空気比率の制御が可能であり、
安全係数を小さくして空気比率は1.4に設定し
た。なお、実際の空気比率は、排ガス組成から
1.2程度である。

そして、この一定の空気比率設定条件のもと
に、１ヒートサイクルにわたつて微圧振動の発生
状況を調査したのが第２図と同様の第８図であ
り、燃焼量の７水準について、微圧振動波形と周
波数解析結果（パワースペクトル）を対比して示
している。なお、この測定例は、実炉設備上の制
約条件があつて、エアースロート内でバーナ先端
位置から400mmスロート内に入つた位置での結果
である。

これによると、燃料噴射直後の燃焼の最も激し
い部分、あるいは送風上にもともとある振動成分
をひろつて、非常に激しい振動が検出されてい
る。周波数解析結果でみると、100Hz以上の周波
数成分を含んでおり、微圧振動波形では判別でき
ない（ペン書きオシログラフ２２で追従できる周
波数は60〜80Hzまで）。

周波数解析結果によると、燃焼量の低下にとも
なつて100Hz以上の振動成分が次第に多くなるの
が特徴である。

この振動パターンから推定すると、燃焼量の低
下にともなつて燃焼状態が緩慢から急激な状態に
移行していることが考えられる。火炎の肉眼観察
で最大燃焼時には緩慢に燃焼していたが、燃焼量
の低下とともに急激な状態となり、シヤープな短
炎が形成されていることが認められた。この理由
は、燃焼量の低下による侵入空気量の増大や制御
系統の誤差による燃焼空気量の増大、さらに重油
霧化媒体の量が一定であるため燃焼量低下時には
相対的な割合が増加した形となつていることなど
が考えられる。なお、霧化媒体の量は、通常、最
もスモークが発生しやすい条件、すなわち、最大
燃焼量を基準に定めている。

以上のように、最大燃焼時に最適に設定した一
定の空気比率では、燃焼量の変動にともなつて燃
焼性そのものも変動し、それが振動パターンにも
表われている（とくに100Hz〜200Hzの範囲）。

そこで、周波数解析器１８に内蔵されているバ
ンドパスフイルターの範囲を、下限100Hz、上限
200Hzにセツトして、この範囲のみの周波数成分
をとり出すようにした。

この範囲で最大燃焼時（最適に調整した条件）
の最大エネルギーは、0.2×10^-3（V²）であること
から、この値を振動エネルギー調節器１９に設定
した。なお、この値以下ではスモークが発生す
る。

設定周波数帯域のエネルギーレベルが設定値よ
りも高くなれば、その偏差に応じて空気比率低下
の信号を出し、低くなれば空気比率を高くするよ
うになつている。

このようにして、振動エネルギー調節器１９に
代表周波数帯域のエネルギーレベルを与えれば、
以後は燃焼量だけでなく、他の因子が変動しても
燃焼状態に見合つて絶えず最適な空気比率が確保
できるように自動制御が行なわれる。

上記のごとく、特定周波数帯域の最大エネルギ
ーレベルを指標とした空気比率制御を実施した場
合の振動の測定解析結果を第９図に示す。

同図から明らかなように特定周波数帯域内の最
大エネルギーレベルは燃焼量が変動しても0.2×
10^-3（V²）の一定な値になつており、当初設定し
た最適燃焼状態が維持されていることがわかる。

上記事項について補足すると、微圧振動パター
ンを燃焼状態の指標とするためには、それを一義
的に表わす必要があるが、上述のエネルギーレベ
ルはあくまでその１例である。

実炉等においては、測定条件によつてターンダ
ウンとともに微圧振動のトータルエネルギーが減
衰する場合もある。

このような場合に単純に特定周波数のエネルギ
ーレベルだけの増減を燃焼状態の指標とするのは
当然問題となる。

この条件でも、ターンダウンで燃焼性が急激な
方向に向う時は、振動の全エネルギーレベルは低
下しても相対的に100Hz以上の微圧振動エネルギ
ーは増大する傾向があるので、次のような微圧振
動エネルギー比を用いれば、微圧振動パターンと
燃焼状態が一義的に表わせることになる。

微圧振動の全体のエネルギーをＥ_T、100Hz以上
（燃焼性が変化する場合、微圧振動に差の出る領
域）の微圧振動エネルギーをＥ_H、そのエネルギ
ー比をＲ_Eとして、 Ｒ_E＝Ｅ_H／Ｅ_Tで定義する。（Ｒ_E＝０〜1.0）Ｒ
_Eの値が大きくなることは、燃焼性が急激に向う
ことを示すものであり、Ｒ_Eが小さくなれば、緩
慢燃焼側に向つていることになる。

第８図の結果を含めて、振動による空気比率制
御前の数ヒートサイクルにわたる微圧振動の測定
結果をＲ_Eで整理したものを、縦軸にエネルギー
比Ｒ_E＝Ｅ_H／Ｅ_T、横軸に重油流量（/H）をと
り、第１０図に示す。

微圧振動による制御前では、図から明らかなよ
うに、ターンダウンとともにＲ_Eの値が大きくな
り、燃焼性が急激に向つたことを示している。

最大燃焼時のエネルギー比のレベルは約0.3で
あることから（最大燃焼時に最適燃焼に調整）、
振動エネルギー調節器１９に0.3を設定し（上述
のエネルギーレベル0.2×10^-3（V²）と電気的に同
値）、これにより空気比率を制御した場合の結果
についてＲ_Eで整理したものを第１０図と同様の
第１１図に示す。

エネルギー比は、ほぼ0.3のレベルにあり、最
大燃焼時の燃焼状態が、全燃焼域にわたつて維持
されていることがわかる。

この場合の振動測定結果を第８図と同様の第１
２図に示す。図から全燃焼域にわたつて、特に
100Hz以上の微圧振動が小さくなつていることが
わかる。

以上のように、微圧振動の全エネルギーに対す
る特定周波数帯域のエネルギー比をパラメータと
すれば、ターンダウン等によつて振動の絶対レベ
ルが変動しても燃焼状態の判定が可能となる。

第１３図に微圧振動により空気比率を自動制御
した操業結果の経時変化を従来操業時のデータと
対比して示す。縦軸は炉温（℃）と重油流量
（/H）、排ガスO₂（％）と空気比率設定、横軸
は時間（Ｈ）である。

この結果から、空気比率は燃焼量および炉温の
変動とともに変化しており、それにともなつて排
ガス中のO₂濃度も低下している。

すなわち、最大燃焼時でも、炉温の上昇ととも
に燃焼性は向上するので空気比率は徐々に低下
し、燃焼量が低下し、燃焼性が向上すればその比
率は低下する傾向を示している。

この場合は、炉に対する負荷率が低下してお
り、空気比率は大幅に低下してもスモークの排出
は認められなかつた。なお、微圧振動パターンの
指標として、先の最大エネルギーレベルを用いて
も、また振動エネルギー比を用いてもほゞ同様の
結果が得られた。

上記の方法、装置を採用することにより、従来
から熱管理を実施し比較的燃料原単位が低い水準
の均熱炉であつたが、さらに10％の燃料節約がで
きた。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、
基本的には、炉内圧力振動の波形解析を行ない、
最適燃焼状態における振動波形と、時々刻々変化
する各燃焼状態における振動波形とを比較しつつ
その測定信号に基づいて各燃焼状態における空気
比率を変化させるようにしたものであるから、空
気比率の自動制御で、燃焼状態が補正できる範囲
であれば、どのような因子が変動してもたえず最
適な燃焼状態を確保することができる。

また、測定方式は一定なガス量等を必要とせ
ず、単純な圧力導管でよく、ガス分析方式による
ものとは異なつていて、メンテナンス等が非常に
簡単で実用性にすぐれている。

さらに信号源は圧力振動であり、検出器までの
応答性はガス分析方式に比べてはるかに早く、ま
た波形解析についてもリアルタイム方式で同時解
析ができるので、全体的な応答性に関してもガス
分析方式よりも早く、最適燃焼状態に迅速に補正
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気比率制御装置の構成図、第２図
ａ、第２図ｂおよび第２図ｃは周波数解析方法の
例を夫々示すグラフ、第３図は空気比率と微圧振
動、パワースペクトルの関係を示すチヤート、第
４図は空気比とNOxの関係を示すグラフ、第５
図は空気比率と火炎からの熱流束の関係を示すグ
ラフ、第６図は均熱炉の概略図、第７図は空気比
率制御装置の実施部分構成図、第８図は１ヒート
サイクルの微圧振動とパワースペクトルを示すチ
ヤート、第９図は微圧振動制御時のパワースペク
トルを示すチヤート、第１０図は振動による制御
前の振動エネルギー比を示すグラフ、第１１図は
振動による制御後のエネルギー比を示すグラフ、
第１２図は振動による制御時の振動波形とパワー
スペクトルを示すチヤート、第１３図は操業因子
の経時変化を示すグラフである。 １……燃焼炉、２……燃焼用バーナ、３……炉
内温度検出器、４……炉内圧力サンプリングプロ
ーグ、５……温度設定調節器、６……制限器、７
……燃料流量調節器、８……連続自動可変型比率
設定器、９……空気量調節器、１０……燃料配管
ライン、１１……燃焼用空気配管ライン、１２…
…燃料流量調節弁、１３……燃料流量検出器、１
４……空気流量調節弁、１５……空気流量検出
器、１６……検出器、１７……増幅器、１８……
周波数解析器、１９……振動エネルギー調節器、
２０……制限器、２１……煙道、２２……ペン書
きオシログラフ、２３……記録装置、２４……均
熱炉、２５……炉ブタ、２６……バーナタイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
   内圧力振動を検出してその波形解析を行ない、目
   的とする燃焼状態の振動波形に対応する、あらか
   じめ定めた周波数分布や周波数のエネルギー分布
   （強さの分布）あるいは、特定の周波数帯域の振
   動エネルギー等を設定値とし、各燃焼状態の振動
   波形に対応するそれらの値とを比較し、その信号
   に基づいて各燃焼状態における空気比率を変化さ
   せるようにしたことを特徴とする燃焼炉における
   空気比率制御方法。 ２ 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
   内圧力振動を検出し、その信号に基いて空気比率
   を制御する方法であつて、 炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が変
   化する場合にそれに対応して振動エネルギー密度
   が変化する特定周波数帯域を検出し、その中の最
   大エネルギーレベルを指標として、目的とする燃
   焼状態における炉内圧力振動の前記周波数帯域で
   の振動エネルギーレベルの最大値を設定値とし、
   各燃焼状態における前記周波数帯域のエネルギー
   レベルの最大値と前記設定値との偏差に応じて空
   気比率を変化させるようにしたことを特徴とする
   燃焼炉における空気比率制御方法。 ３ 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
   内圧力振動を検出し、その信号に基いて空気比率
   を制御する方法であつて、 炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が変
   化する場合にそれに対応して振動エネルギー密度
   が変化する特定周波数帯域を検出し、全振動エネ
   ルギーと特定周波数帯域の振動エネルギーの比を
   指標として、最適燃焼時の振動エネルギー比を設
   定値とし、各燃焼状態における前記振動エネルギ
   ー比と前記設定値との偏差に応じて空気比率を変
   化させるようにしたことを特徴とする燃焼炉にお
   ける空気比率制御方法。