JP2947677B2 - 排ガス濃度制御装置 - Google Patents
排ガス濃度制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用ボイラや鉄鋼用
加熱炉，化学用加熱炉などの各種燃焼炉を含む燃焼装置
に利用される排ガス濃度制御装置に係わり、特に負荷変
化や目標値変更等に伴う燃焼量変化に対して排ガス０2
／ＣＯ濃度の制御特性を改善する排ガス濃度制御装置に
関する。
加熱炉，化学用加熱炉などの各種燃焼炉を含む燃焼装置
に利用される排ガス濃度制御装置に係わり、特に負荷変
化や目標値変更等に伴う燃焼量変化に対して排ガス０2
／ＣＯ濃度の制御特性を改善する排ガス濃度制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の燃焼炉は、燃料と空気
とを混合してバーナで燃焼を行わせているが、この燃焼
には燃料と空気が密接に関係しているので、燃料と空気
との比率（以下、空燃比または空気過剰率などで指称す
る）によって大きく変化する。すなわち、空気過剰率μ
は、燃料の理論的な完全燃焼条件の理論空気量を基準と
したとき、 空気過剰率μ＝燃料を完全燃焼させるに必要な実際空気
量／燃料を完全燃焼させるに必要な理論空気量 …
（１） で表され、実際空気量の大小により、換言すれば空気過
剰率μの大小によって燃焼状態が大きく変化する。
とを混合してバーナで燃焼を行わせているが、この燃焼
には燃料と空気が密接に関係しているので、燃料と空気
との比率（以下、空燃比または空気過剰率などで指称す
る）によって大きく変化する。すなわち、空気過剰率μ
は、燃料の理論的な完全燃焼条件の理論空気量を基準と
したとき、 空気過剰率μ＝燃料を完全燃焼させるに必要な実際空気
量／燃料を完全燃焼させるに必要な理論空気量 …
（１） で表され、実際空気量の大小により、換言すれば空気過
剰率μの大小によって燃焼状態が大きく変化する。
【０００３】ところで、実際の燃焼状態では、μ＝１．
０２〜１．１０程度のときに最適燃焼ゾーンにあると言
える。ゆえに、空気過剰率μがかかる最適燃焼ゾーン相
当値よりも大きくなったとき、燃焼に関与しない加熱空
気がそのまま煙突から排出されるので排ガス熱損失が大
きくなり、これに伴って燃焼効率が低下するとともにＮ
Ｏx 等の影響による公害も発生する。また、逆に、空気
過剰率μが最適燃焼ゾーン相当値よりも小さくなったと
き、不完全燃焼による熱損失が大きくなり、同様に燃焼
効率が低下するとともに公害面では黒煙が発生すること
になる。
０２〜１．１０程度のときに最適燃焼ゾーンにあると言
える。ゆえに、空気過剰率μがかかる最適燃焼ゾーン相
当値よりも大きくなったとき、燃焼に関与しない加熱空
気がそのまま煙突から排出されるので排ガス熱損失が大
きくなり、これに伴って燃焼効率が低下するとともにＮ
Ｏx 等の影響による公害も発生する。また、逆に、空気
過剰率μが最適燃焼ゾーン相当値よりも小さくなったと
き、不完全燃焼による熱損失が大きくなり、同様に燃焼
効率が低下するとともに公害面では黒煙が発生すること
になる。
【０００４】従って、この種の燃焼炉における燃焼は、
定常時或いは過度状態に拘らず、空気過剰率μが常に最
適な燃焼ゾーンを逸脱しないように，或いは常に最適な
燃焼ゾーンの範囲内に入るように制御する必要がある。
定常時或いは過度状態に拘らず、空気過剰率μが常に最
適な燃焼ゾーンを逸脱しないように，或いは常に最適な
燃焼ゾーンの範囲内に入るように制御する必要がある。
【０００５】そこで、この種の燃焼制御では、燃焼装置
に係わる温度、圧力などを所定値に制御する温度コント
ローラ、圧力コントローラなどを１次コントローラと
し、この１次コントローラから調節出力であるマスタ信
号を取り出した後、このマスタ信号を２次の燃料流量制
御系および空気流量制御系に利用するが、このときマス
タ信号をどのように利用するかに応じて次のような種々
の燃焼制御方式を上げることができる。つまり、マスタ
信号をそのまま目標値として燃料流量制御系および空気
流量制御系に並列的に与える単純並列カスケード燃焼制
御方式、空気過剰率の下限を制限制御するシングルクロ
スリミット燃焼制御方式、さらにシングルクロスリミッ
ト燃焼制御方式に空気過剰率の上限を制限制御する機能
を付加したダブルクロスリミット燃焼制御方式などがあ
る。
に係わる温度、圧力などを所定値に制御する温度コント
ローラ、圧力コントローラなどを１次コントローラと
し、この１次コントローラから調節出力であるマスタ信
号を取り出した後、このマスタ信号を２次の燃料流量制
御系および空気流量制御系に利用するが、このときマス
タ信号をどのように利用するかに応じて次のような種々
の燃焼制御方式を上げることができる。つまり、マスタ
信号をそのまま目標値として燃料流量制御系および空気
流量制御系に並列的に与える単純並列カスケード燃焼制
御方式、空気過剰率の下限を制限制御するシングルクロ
スリミット燃焼制御方式、さらにシングルクロスリミッ
ト燃焼制御方式に空気過剰率の上限を制限制御する機能
を付加したダブルクロスリミット燃焼制御方式などがあ
る。
【０００６】しかしながら、燃焼炉が最適な燃焼状態に
あるかどうかの評価は、空気過剰率が最終的な評価では
なく、空気過剰率 → 排ガス中に残存するＯ2 量を示
す排ガスＯ2 濃度 → 排ガス中に残存する可燃成分Ｃ
Ｏの濃度を示す排ガスＣＯ濃度の順序で評価するのが正
確と言える。第５図は単純並列カスケード燃焼制御方式
に排ガスＯ2 濃度制御を付加した従来の排ガスＯ2 濃度
制御装置の機能構成を示す図である。
あるかどうかの評価は、空気過剰率が最終的な評価では
なく、空気過剰率 → 排ガス中に残存するＯ2 量を示
す排ガスＯ2 濃度 → 排ガス中に残存する可燃成分Ｃ
Ｏの濃度を示す排ガスＣＯ濃度の順序で評価するのが正
確と言える。第５図は単純並列カスケード燃焼制御方式
に排ガスＯ2 濃度制御を付加した従来の排ガスＯ2 濃度
制御装置の機能構成を示す図である。
【０００７】この制御装置は、加熱炉１の所定の壁部に
バーナ１ａが設置され、このバーナ１ａに燃料供給路２
および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給
し、ここで燃料と空気とが混合されて燃焼することによ
り加熱炉１内の被加熱対象１ｂ，例えば配管４内の原料
を加熱した後、図示しない次工程に送られる。
バーナ１ａが設置され、このバーナ１ａに燃料供給路２
および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給
し、ここで燃料と空気とが混合されて燃焼することによ
り加熱炉１内の被加熱対象１ｂ，例えば配管４内の原料
を加熱した後、図示しない次工程に送られる。
【０００８】このとき、原料の加熱炉出口温度を温度検
出器５で検出した後、この検出温度をフイードバック信
号ＰＶとして温度調節手段６に導き、ここで目標温度Ｓ
Ｖとフイードバック信号ＰＶとの偏差（ＳＶ−ＰＶ）を
算出するとともに、この偏差が零となるようにＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）の調節演算
を実行する。そして、この温度調節手段６によって得ら
れた調節演算信号と図示しない原料流量変化に伴うＦＦ
（フィードフォワード）制御信号とを加算手段７により
加算合成し燃料流量および空気流量のための指令信号Ａ
を得、燃料流量制御系および空気流量制御系に供給す
る。つまり、温度調節手段６と燃料流量制御系および空
気流量制御系との関係は単純並列カスケード制御方式と
なっている。
出器５で検出した後、この検出温度をフイードバック信
号ＰＶとして温度調節手段６に導き、ここで目標温度Ｓ
Ｖとフイードバック信号ＰＶとの偏差（ＳＶ−ＰＶ）を
算出するとともに、この偏差が零となるようにＰＩまた
はＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）の調節演算
を実行する。そして、この温度調節手段６によって得ら
れた調節演算信号と図示しない原料流量変化に伴うＦＦ
（フィードフォワード）制御信号とを加算手段７により
加算合成し燃料流量および空気流量のための指令信号Ａ
を得、燃料流量制御系および空気流量制御系に供給す
る。つまり、温度調節手段６と燃料流量制御系および空
気流量制御系との関係は単純並列カスケード制御方式と
なっている。
【０００９】そのうち、燃料流量制御系には、燃料流量
調節手段８が設けられ、ここでは燃料流量指令信号Ａを
目標値とし、燃料流量検出器９で検出された燃料流量Ｆ
F との偏差が零になるように調節演算を実行し、得られ
た調節演算信号を燃料供給路２に設置される燃料操作端
である燃料流量調節弁（例えば可変ポンプ等でもよい）
１０に印加し、最適な燃料流量となるように可変調整す
る。
調節手段８が設けられ、ここでは燃料流量指令信号Ａを
目標値とし、燃料流量検出器９で検出された燃料流量Ｆ
F との偏差が零になるように調節演算を実行し、得られ
た調節演算信号を燃料供給路２に設置される燃料操作端
である燃料流量調節弁（例えば可変ポンプ等でもよい）
１０に印加し、最適な燃料流量となるように可変調整す
る。
【００１０】一方、空気流量制御系には、燃料流量指令
信号Ａに係数βを乗じて燃料を完全燃焼させるに必要な
理論空気流量に変換する係数手段１１、この係数手段１
１からの理論空気流量に空気過剰率設定値μs を乗じて
実際空気流量を求める空気過剰率設定手段１２、この実
際空気流量に排ガスＯ2 濃度制御系からの補正信号を乗
算して目標空気流量Ｂを求める乗算手段１３および空気
流量調節手段１４等が設けられている。
信号Ａに係数βを乗じて燃料を完全燃焼させるに必要な
理論空気流量に変換する係数手段１１、この係数手段１
１からの理論空気流量に空気過剰率設定値μs を乗じて
実際空気流量を求める空気過剰率設定手段１２、この実
際空気流量に排ガスＯ2 濃度制御系からの補正信号を乗
算して目標空気流量Ｂを求める乗算手段１３および空気
流量調節手段１４等が設けられている。
【００１１】この空気流量調節手段１４では、目標空気
流量Ｂと空気流量検出器１５で検出された空気流量を開
平演算手段１６で開平演算して得られる空気流量に比例
した信号ＦF との偏差が零になるように調節演算を実行
し、得られた調節演算信号を空気供給路３に設置される
空気流量調節弁（可変速送風機でもよい）１７に印加
し、最適な空気流量となるように可変調整する。
流量Ｂと空気流量検出器１５で検出された空気流量を開
平演算手段１６で開平演算して得られる空気流量に比例
した信号ＦF との偏差が零になるように調節演算を実行
し、得られた調節演算信号を空気供給路３に設置される
空気流量調節弁（可変速送風機でもよい）１７に印加
し、最適な空気流量となるように可変調整する。
【００１２】一方、排ガスＯ2 濃度制御系は、排ガスＯ
2 検出器１８で排ガス中に残存するＯ2 濃度を検出した
後、この排ガスＯ2 濃度測定値をフイードバック信号と
して排ガスＯ2 濃度調節手段１９に導き、ここで目標排
ガスＯ2 濃度Ｏ2sとの偏差（Ｏ2s−Ｏ2 ）を算出し、こ
の偏差が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行する。そして、得られた調節演算出力信号Ｚn （％）
を比率係数変換手段２０に導き、ここで例えばγ＝Ｚn
／５０の演算処理を行ってＺn ＝５０％のときのγ＝１
を中心とした比率係数に変換した後、乗算手段１３に導
き、空気過剰率設定値μs を補正することにより、空気
流量目標値を増減し、排ガスＯ2 濃度が所定値となるよ
うに制御する。
2 検出器１８で排ガス中に残存するＯ2 濃度を検出した
後、この排ガスＯ2 濃度測定値をフイードバック信号と
して排ガスＯ2 濃度調節手段１９に導き、ここで目標排
ガスＯ2 濃度Ｏ2sとの偏差（Ｏ2s−Ｏ2 ）を算出し、こ
の偏差が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ調節演算を実
行する。そして、得られた調節演算出力信号Ｚn （％）
を比率係数変換手段２０に導き、ここで例えばγ＝Ｚn
／５０の演算処理を行ってＺn ＝５０％のときのγ＝１
を中心とした比率係数に変換した後、乗算手段１３に導
き、空気過剰率設定値μs を補正することにより、空気
流量目標値を増減し、排ガスＯ2 濃度が所定値となるよ
うに制御する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のプラ
ントの運転制御は、フレキシブル化，高速化が非常に重
要なポイントになってきており、それに伴って燃焼制御
においても負荷変化や目標値変化などが頻繁に発生する
が、この場合にも省エネルギーや環境保全を維持しつ
つ、その変化に迅速に応答することが必要になってく
る。
ントの運転制御は、フレキシブル化，高速化が非常に重
要なポイントになってきており、それに伴って燃焼制御
においても負荷変化や目標値変化などが頻繁に発生する
が、この場合にも省エネルギーや環境保全を維持しつ
つ、その変化に迅速に応答することが必要になってく
る。
【００１４】しかしながら、図５に示す従来の排ガスＯ
2 濃度制御装置は、負荷変化が小さい場合には問題ない
が、プラントの自動スタートアップや自動シャットダウ
ン或いはフレキシブル運転などで負荷が大幅に変化した
とき、省エネルギーおよび環境保全上問題が発生する。
2 濃度制御装置は、負荷変化が小さい場合には問題ない
が、プラントの自動スタートアップや自動シャットダウ
ン或いはフレキシブル運転などで負荷が大幅に変化した
とき、省エネルギーおよび環境保全上問題が発生する。
【００１５】以下、その理由を説明する。一般に、燃焼
に使用するバーナは、燃焼量が定格値近傍、つまり燃焼
量が大きいときに空気過剰率が小さくてよいが、図６に
示すように燃焼量の減少につれて空気過剰率を徐々に大
きくしないと発煙してしまう。すなわち、空気過剰率は
燃焼量に対して一定ではなく、燃焼量の低下に伴って上
昇するといった非線形特性を示している。
に使用するバーナは、燃焼量が定格値近傍、つまり燃焼
量が大きいときに空気過剰率が小さくてよいが、図６に
示すように燃焼量の減少につれて空気過剰率を徐々に大
きくしないと発煙してしまう。すなわち、空気過剰率は
燃焼量に対して一定ではなく、燃焼量の低下に伴って上
昇するといった非線形特性を示している。
【００１６】また、バーナー特性は、燃焼量が高いとき
に、燃料と空気の混合効率が高く設計されているために
空気過剰率が小さくても完全燃焼するが、燃焼量の低下
とともに燃料と空気との混合効率が低下するために、ど
うしても空気過剰率を高くしないと完全燃焼とならず、
発煙してしまう。
に、燃料と空気の混合効率が高く設計されているために
空気過剰率が小さくても完全燃焼するが、燃焼量の低下
とともに燃料と空気との混合効率が低下するために、ど
うしても空気過剰率を高くしないと完全燃焼とならず、
発煙してしまう。
【００１７】このとき、当然ながら空気過剰率に対応し
て排ガスＯ2 濃度設定値が変化させなければならない
が、従来技術のように排ガスＯ2 濃度設定値が一定の場
合、燃焼量の変化範囲の最小値に対応した高いＯ2 濃度
設定値に設定しないと、発煙してしまう。しかし、その
ような高い排ガスＯ2 濃度設定値に設定したとき、燃焼
量の高い所では空気過剰になり過ぎて公害が発生すると
ともに、排ガス熱損失が大きくなり、燃焼効率を著しく
低下させる問題がある。
て排ガスＯ2 濃度設定値が変化させなければならない
が、従来技術のように排ガスＯ2 濃度設定値が一定の場
合、燃焼量の変化範囲の最小値に対応した高いＯ2 濃度
設定値に設定しないと、発煙してしまう。しかし、その
ような高い排ガスＯ2 濃度設定値に設定したとき、燃焼
量の高い所では空気過剰になり過ぎて公害が発生すると
ともに、排ガス熱損失が大きくなり、燃焼効率を著しく
低下させる問題がある。
【００１８】また、省エネルギーや環境保全から見た空
気過剰率の最適値が燃焼量に対して非線形となるので、
排ガスＯ2 濃度の制御性を高めるためには制御ゲインの
補償をしなければならないが、従来技術では何らの方策
が立てられていない。
気過剰率の最適値が燃焼量に対して非線形となるので、
排ガスＯ2 濃度の制御性を高めるためには制御ゲインの
補償をしなければならないが、従来技術では何らの方策
が立てられていない。
【００１９】従って、以上のような排ガス濃度制御装置
は、燃焼量の大幅な変化が発生したとき、燃焼効率が低
下し、黒煙発生や空気過剰による公害が発生するととも
に制御性が低下するといった問題があり、これら燃焼制
御上の諸特性を改善することが強く要望されている。
は、燃焼量の大幅な変化が発生したとき、燃焼効率が低
下し、黒煙発生や空気過剰による公害が発生するととも
に制御性が低下するといった問題があり、これら燃焼制
御上の諸特性を改善することが強く要望されている。
【００２０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、燃焼量の大幅な変化にも拘らず省エネルギーと環境
保全とを達成し、さらに制御特性をも改善する排ガス濃
度制御装置を提供することを目的とする。
で、燃焼量の大幅な変化にも拘らず省エネルギーと環境
保全とを達成し、さらに制御特性をも改善する排ガス濃
度制御装置を提供することを目的とする。
【００２１】また、本発明の他の目的は、燃焼状態を厳
密に評価しながら排ガス制御を実現し、限界の省エネル
ギーと環境保全とを達成し、さらに制御特性を改善する
排ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。
密に評価しながら排ガス制御を実現し、限界の省エネル
ギーと環境保全とを達成し、さらに制御特性を改善する
排ガス濃度制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、請求項１に対応する発明は、燃焼装置の検
出制御量と目標値との偏差が零となるようにＰＩまたは
ＰＩＤ調節演算を行って燃焼指令信号を得た後、この燃
焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量制御系に与
え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に変換した
後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量目標値と
して空気流量制御系に与え、これら燃料流量目標値およ
び空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御系および
前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に供給する
燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装置におい
て、
するために、請求項１に対応する発明は、燃焼装置の検
出制御量と目標値との偏差が零となるようにＰＩまたは
ＰＩＤ調節演算を行って燃焼指令信号を得た後、この燃
焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量制御系に与
え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に変換した
後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量目標値と
して空気流量制御系に与え、これら燃料流量目標値およ
び空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御系および
前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に供給する
燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装置におい
て、
【００２３】予め関数化または係数が設定され、燃焼負
荷を表す実測燃料流量または燃料流量目標値に基づいて
前記関数または係数の乗算によって空気過剰率設定値を
求める空気過剰率設定値演算手段と、この空気過剰率設
定値演算手段によって求めた空気過剰率設定値から排ガ
スＯ2 （酸素）濃度目標値を演算する排ガスＯ2 （酸
素）濃度目標値演算手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値
と前記燃焼装置の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零と
なるように調節演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段
と、この排ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係
数１となる係数に変換する比率係数演算手段と、この比
率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設定値演
算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修正する
空気過剰率設定値修正手段とを設け、この空気過剰率設
定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空気流量
目標値を得る排ガス濃度制御装置である。
荷を表す実測燃料流量または燃料流量目標値に基づいて
前記関数または係数の乗算によって空気過剰率設定値を
求める空気過剰率設定値演算手段と、この空気過剰率設
定値演算手段によって求めた空気過剰率設定値から排ガ
スＯ2 （酸素）濃度目標値を演算する排ガスＯ2 （酸
素）濃度目標値演算手段と、この排ガスＯ2 濃度目標値
と前記燃焼装置の排ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零と
なるように調節演算を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段
と、この排ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係
数１となる係数に変換する比率係数演算手段と、この比
率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設定値演
算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修正する
空気過剰率設定値修正手段とを設け、この空気過剰率設
定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空気流量
目標値を得る排ガス濃度制御装置である。
【００２４】次に、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明の構成に、新たに前記排ガスＯ2 濃度
調節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰
率設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算
するゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に
比例して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正す
るようにした排ガス濃度制御装置である。
１に対応する発明の構成に、新たに前記排ガスＯ2 濃度
調節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過剰
率設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗算
するゲイン修正手段を付加し、この空気過剰率設定値に
比例して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正す
るようにした排ガス濃度制御装置である。
【００２５】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１と同様な燃焼制御装置において、予め関数化または
係数が設定され、燃焼負荷を表す実測燃料流量または燃
料流量目標値に基づいて前記関数または係数の乗算によ
って空気過剰率設定値を求める空気過剰率設定値演算手
段と、この空気過剰率設定値演算手段によって求めた空
気過剰率設定値から排ガスＯ2 濃度目標値を演算する排
ガスＯ2 （酸素）濃度目標値演算手段と、前記燃焼装置
の排ガスＣＯ濃度を測定する排ガスＣＯ濃度測定手段
と、この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガスＣＯ濃度
測定値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算する排ガスＣＯ濃度調節
手段と、この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力の中間近傍
が係数１となる係数に変換する第１の比率係数演算手段
と、この第１の比率係数演算手段の出力と前記Ｏ2 濃度
目標値演算手段の排ガスＯ2 濃度目標値とを乗算し排ガ
スＯ2 濃度の最終目標値を求める乗算手段と、この乗算
手段で得られる最終目標値と前記燃焼装置の排ガスＯ2
濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実行す
る排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排ガスＯ2 濃度調節
手段の出力の中間近傍が係数１となる係数に変換する第
２の比率係数演算手段と、この第２の比率係数演算手段
の出力を用いて前記空気過剰率設定値演算手段から出力
される前記空気過剰率設定値を修正する空気過剰率設定
値修正手段とを設け、この空気過剰率設定値修正手段の
出力と前記理論空気流量とから空気流量目標値を得るよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
項１と同様な燃焼制御装置において、予め関数化または
係数が設定され、燃焼負荷を表す実測燃料流量または燃
料流量目標値に基づいて前記関数または係数の乗算によ
って空気過剰率設定値を求める空気過剰率設定値演算手
段と、この空気過剰率設定値演算手段によって求めた空
気過剰率設定値から排ガスＯ2 濃度目標値を演算する排
ガスＯ2 （酸素）濃度目標値演算手段と、前記燃焼装置
の排ガスＣＯ濃度を測定する排ガスＣＯ濃度測定手段
と、この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガスＣＯ濃度
測定値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算する排ガスＣＯ濃度調節
手段と、この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力の中間近傍
が係数１となる係数に変換する第１の比率係数演算手段
と、この第１の比率係数演算手段の出力と前記Ｏ2 濃度
目標値演算手段の排ガスＯ2 濃度目標値とを乗算し排ガ
スＯ2 濃度の最終目標値を求める乗算手段と、この乗算
手段で得られる最終目標値と前記燃焼装置の排ガスＯ2
濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実行す
る排ガスＯ2 濃度調節手段と、この排ガスＯ2 濃度調節
手段の出力の中間近傍が係数１となる係数に変換する第
２の比率係数演算手段と、この第２の比率係数演算手段
の出力を用いて前記空気過剰率設定値演算手段から出力
される前記空気過剰率設定値を修正する空気過剰率設定
値修正手段とを設け、この空気過剰率設定値修正手段の
出力と前記理論空気流量とから空気流量目標値を得るよ
うにした排ガス濃度制御装置である。
【００２６】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項３に対応する発明の構成に、新たに前記排ガスＯ2 濃
度調節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過
剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗
算する乗算手段を付加し、この空気過剰率設定値に比例
して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正する排
ガス濃度制御装置である。
項３に対応する発明の構成に、新たに前記排ガスＯ2 濃
度調節手段によって得られる調節演算出力に前記空気過
剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率設定値を乗
算する乗算手段を付加し、この空気過剰率設定値に比例
して前記排ガスＯ2 濃度調節手段のゲインを修正する排
ガス濃度制御装置である。
【００２７】
【作用】従って、以上のような手段を講じたことによ
り、請求項１に対応する発明は、予め燃焼負荷を表す実
測燃料流量または燃料流量目標値と発煙限界の空気過剰
率との関係を例えば関数化または乗算可能な係数をテー
ブル化し、前記実測燃料流量に応じてテーブルから発煙
限界の空気過剰率設定値を求めた後、この空気過剰率設
定値と空気中の酸素濃度および排ガス中の酸素濃度とを
用いて所定の演算式に基づいて排ガスＯ2 濃度設定値を
求めた後、排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。そし
て、この調節手段にて排ガスＯ2 濃度設定値と排ガスＯ
2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実行
し、得られた調節演算出力を比率係数演算手段に導入
し、ここで調節演算出力の５０％出力時を１とする比率
係数に変換し、この比率係数を前記空気過剰率設定値に
乗算して修正し、この修正された最終空気過剰率設定値
を用いて空気流量設定値を補正することにより、燃焼量
の変化に対応しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やか
に実現でき、排ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御とを
競合することなく、省エネルギーと環境保全とを大幅に
改善するものである。
り、請求項１に対応する発明は、予め燃焼負荷を表す実
測燃料流量または燃料流量目標値と発煙限界の空気過剰
率との関係を例えば関数化または乗算可能な係数をテー
ブル化し、前記実測燃料流量に応じてテーブルから発煙
限界の空気過剰率設定値を求めた後、この空気過剰率設
定値と空気中の酸素濃度および排ガス中の酸素濃度とを
用いて所定の演算式に基づいて排ガスＯ2 濃度設定値を
求めた後、排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。そし
て、この調節手段にて排ガスＯ2 濃度設定値と排ガスＯ
2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実行
し、得られた調節演算出力を比率係数演算手段に導入
し、ここで調節演算出力の５０％出力時を１とする比率
係数に変換し、この比率係数を前記空気過剰率設定値に
乗算して修正し、この修正された最終空気過剰率設定値
を用いて空気流量設定値を補正することにより、燃焼量
の変化に対応しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やか
に実現でき、排ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御とを
競合することなく、省エネルギーと環境保全とを大幅に
改善するものである。
【００２８】次に、請求項２に対応する発明は、排ガス
Ｏ2 濃度調節手段の調節演算出力に空気過剰率設定値演
算手段の空気過剰率設定値を乗算することにより、空気
過剰率設定値に比例して排ガスＯ2 濃度調節のゲインを
自動修正し、燃焼量が変化しても排ガスＯ2 濃度調節の
制御性を高めるものである。
Ｏ2 濃度調節手段の調節演算出力に空気過剰率設定値演
算手段の空気過剰率設定値を乗算することにより、空気
過剰率設定値に比例して排ガスＯ2 濃度調節のゲインを
自動修正し、燃焼量が変化しても排ガスＯ2 濃度調節の
制御性を高めるものである。
【００２９】さらに、請求項３に対応する発明は、燃焼
状態を排ガスＯ2 濃度よりも厳密に評価するために、燃
焼装置から可燃成分である排ガスＣＯ濃度を測定し、排
ガスＣＯ濃度調節手段にて排ガスＣＯ濃度測定値と排ガ
スＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範囲内に入
るように調節演算を行った後、この調節演算出力の中間
値近傍が係数１となる係数に変換する。しかる後、この
変換係数をＯ2 濃度目標値演算手段によって得られる排
ガスＯ2 濃度目標値に乗算して排ガスＯ2 濃度の最終目
標値を得た後、排ガスＯ2 濃度調節手段に供給する。こ
こで、最終の排ガスＯ2 濃度目標値と燃焼装置の排ガス
Ｏ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実
行し、得られた調節演算出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換し、この変換係数を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から得られる前記空気過剰率設定値を修正
し、この修正された最終空気過剰率設定値を用いて空気
流量設定値を補正することにより、燃焼量の変化に対応
しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やかに実現し、排
ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御と排ガスＣＯ濃度制
御とを競合することなく、限界の省エネルギーおよび環
境保全を達成するものである。
状態を排ガスＯ2 濃度よりも厳密に評価するために、燃
焼装置から可燃成分である排ガスＣＯ濃度を測定し、排
ガスＣＯ濃度調節手段にて排ガスＣＯ濃度測定値と排ガ
スＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範囲内に入
るように調節演算を行った後、この調節演算出力の中間
値近傍が係数１となる係数に変換する。しかる後、この
変換係数をＯ2 濃度目標値演算手段によって得られる排
ガスＯ2 濃度目標値に乗算して排ガスＯ2 濃度の最終目
標値を得た後、排ガスＯ2 濃度調節手段に供給する。こ
こで、最終の排ガスＯ2 濃度目標値と燃焼装置の排ガス
Ｏ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実
行し、得られた調節演算出力の中間近傍が係数１となる
係数に変換し、この変換係数を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から得られる前記空気過剰率設定値を修正
し、この修正された最終空気過剰率設定値を用いて空気
流量設定値を補正することにより、燃焼量の変化に対応
しながら発煙限界ぎりぎりの燃焼を速やかに実現し、排
ガスＯ2 濃度制御と空気過剰率制御と排ガスＣＯ濃度制
御とを競合することなく、限界の省エネルギーおよび環
境保全を達成するものである。
【００３０】さらに、請求項４に対応する発明は、請求
項３に対応する発明と同様に、燃焼状態を排ガスＯ2 濃
度よりも厳密に評価するために、燃焼装置から可燃成分
である排ガスＣＯ濃度を測定し、この排ガスＣＯ濃度測
定値と前記空気過剰率設定値演算手段で得られた前記空
気過剰率設定値とを用いて排ガスＯ2 濃度目標値を得、
これを排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。さらに、こ
の排ガスＯ2 濃度調節手段の調節演算出力の５０％出力
時を１とする比率係数に変換し、この比率係数を前記空
気過剰率設定値に乗算して修正し、この修正された最終
空気過剰率設定値を用いて空気流量設定値を補正するこ
とにより、空気過剰率設定値に比例して排ガスＯ2 濃度
調節のゲインを自動修正し、燃焼量が変化しても排ガス
Ｏ2 濃度調節の制御性を高めるものである。
項３に対応する発明と同様に、燃焼状態を排ガスＯ2 濃
度よりも厳密に評価するために、燃焼装置から可燃成分
である排ガスＣＯ濃度を測定し、この排ガスＣＯ濃度測
定値と前記空気過剰率設定値演算手段で得られた前記空
気過剰率設定値とを用いて排ガスＯ2 濃度目標値を得、
これを排ガスＯ2 濃度調節手段に導入する。さらに、こ
の排ガスＯ2 濃度調節手段の調節演算出力の５０％出力
時を１とする比率係数に変換し、この比率係数を前記空
気過剰率設定値に乗算して修正し、この修正された最終
空気過剰率設定値を用いて空気流量設定値を補正するこ
とにより、空気過剰率設定値に比例して排ガスＯ2 濃度
調節のゲインを自動修正し、燃焼量が変化しても排ガス
Ｏ2 濃度調節の制御性を高めるものである。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００３２】図１は請求項１に対応する発明の一実施例
を示す図であって、これは例えば加熱炉出口温度制御装
置に適用した例であり、図５と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分
について説明する。
を示す図であって、これは例えば加熱炉出口温度制御装
置に適用した例であり、図５と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分
について説明する。
【００３３】その第１は、空気過剰率設定値μs に関
し、燃焼量に応じて発煙限界にそって変化するように工
夫を講じたこと。つまり、予め例えば関数または乗算係
数を設定し、燃料流量検出器９で検出した燃焼量を表す
実測燃料流量を受け、その実測燃料流量の大きさに基づ
いて当該設定関数に従い、または係数を乗算して発煙限
界の空気過剰率設定値μs を求める空気過剰率設定値演
算手段２１を設け、この空気過剰率設定値演算手段２１
から得られた出力を基本空気過剰率設定値として使用す
る構成であること。
し、燃焼量に応じて発煙限界にそって変化するように工
夫を講じたこと。つまり、予め例えば関数または乗算係
数を設定し、燃料流量検出器９で検出した燃焼量を表す
実測燃料流量を受け、その実測燃料流量の大きさに基づ
いて当該設定関数に従い、または係数を乗算して発煙限
界の空気過剰率設定値μs を求める空気過剰率設定値演
算手段２１を設け、この空気過剰率設定値演算手段２１
から得られた出力を基本空気過剰率設定値として使用す
る構成であること。
【００３４】その第２は、空気過剰率設定値μs に基づ
いて排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを求めて排ガスＯ2 濃度
調節演算に用いるように工夫を講じたこと。つまり、空
気過剰率設定値演算手段２１によって求めた基本空気過
剰率設定値μs を取り込んで所定の演算式に従って排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2sを演算するＯ2 濃度設定値変換手
段２２を設け、かつ、この変換手段２２からの排ガスＯ
2 濃度設定値Ｏ2sと排ガスＯ2 検出器２３からの排ガス
中に存在する排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 とを排ガスＯ2
濃度調節手段２４に導き、ここで排ガスＯ2 濃度の調節
演算を実行し排ガスＯ2 濃度調節出力信号Ｚn を得る構
成であること。
いて排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを求めて排ガスＯ2 濃度
調節演算に用いるように工夫を講じたこと。つまり、空
気過剰率設定値演算手段２１によって求めた基本空気過
剰率設定値μs を取り込んで所定の演算式に従って排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2sを演算するＯ2 濃度設定値変換手
段２２を設け、かつ、この変換手段２２からの排ガスＯ
2 濃度設定値Ｏ2sと排ガスＯ2 検出器２３からの排ガス
中に存在する排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 とを排ガスＯ2
濃度調節手段２４に導き、ここで排ガスＯ2 濃度の調節
演算を実行し排ガスＯ2 濃度調節出力信号Ｚn を得る構
成であること。
【００３５】さらに、第３は、排ガスＯ2 濃度調節出力
信号Ｚn を比率変換した後、この修正比率を用いて前記
空気過剰率設定値μs を修正し排ガスＯ2 濃度制御を行
うような工夫を講じたこと。つまり、排ガスＯ2 濃度調
節手段２４の出力である排ガスＯ2 濃度調節出力信号Ｚ
n を用いて所定の演算式により比率変換演算を行って修
正比率γを求める比率係数演算手段２５を設け、さらに
当該比率係数演算手段２５で求めた修正比率γを乗算手
段２６に導き、ここで修正比率γを用いて前記空気過剰
率設定値μs を修正し、この修正された空気過剰率設定
値μs を用いて空気流量設定値を補正することにより、
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しないよ
うにしたことにある。従って、以上のように構成された
制御装置のうち、特に空気流量制御系と排ガスＯ2 濃度
制御との関連動作について説明する。
信号Ｚn を比率変換した後、この修正比率を用いて前記
空気過剰率設定値μs を修正し排ガスＯ2 濃度制御を行
うような工夫を講じたこと。つまり、排ガスＯ2 濃度調
節手段２４の出力である排ガスＯ2 濃度調節出力信号Ｚ
n を用いて所定の演算式により比率変換演算を行って修
正比率γを求める比率係数演算手段２５を設け、さらに
当該比率係数演算手段２５で求めた修正比率γを乗算手
段２６に導き、ここで修正比率γを用いて前記空気過剰
率設定値μs を修正し、この修正された空気過剰率設定
値μs を用いて空気流量設定値を補正することにより、
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合しないよ
うにしたことにある。従って、以上のように構成された
制御装置のうち、特に空気流量制御系と排ガスＯ2 濃度
制御との関連動作について説明する。
【００３６】予め空気過剰率設定値演算手段２１におい
て燃料流量に対応して発煙限界の空気過剰率を関数また
は乗算すべき係数を設定する。つまり、基本的には、燃
焼量に応じて燃焼制御するものとする。
て燃料流量に対応して発煙限界の空気過剰率を関数また
は乗算すべき係数を設定する。つまり、基本的には、燃
焼量に応じて燃焼制御するものとする。
【００３７】この状態において燃料流量調節手段８およ
び空気流量調節手段１４にて燃料流量と空気流量とを調
整しながら燃焼制御を行っているが、このとき、空気過
剰率設定値演算手段２１では、燃料流量検出器９で検出
された燃焼負荷を表す実測燃料流量を取り込み、その実
測燃料流量の大きさに基づいて当該設定関数を用いて発
煙限界の空気過剰率設定値μs を求めた後、この空気過
剰率設定値μs をＯ2濃度設定値変換手段２２および乗
算手段２６に供給する。そこで、今、排ガスＯ2 濃度設
定値Ｏ2s、空気過剰率設定値μs とすると、排ガスＯ2
濃度と空気過剰率との関係から、 μs ＝空気中の酸素濃度（％）／（空気中の酸素濃度
（％）−排ガス中の酸素濃度（％）） ＝２１／（２１−Ｏ2s） ……（２） で表されるが、この（２）式を変形すると、 Ｏ2s＝２１−（２１／μs ） ……（３）
び空気流量調節手段１４にて燃料流量と空気流量とを調
整しながら燃焼制御を行っているが、このとき、空気過
剰率設定値演算手段２１では、燃料流量検出器９で検出
された燃焼負荷を表す実測燃料流量を取り込み、その実
測燃料流量の大きさに基づいて当該設定関数を用いて発
煙限界の空気過剰率設定値μs を求めた後、この空気過
剰率設定値μs をＯ2濃度設定値変換手段２２および乗
算手段２６に供給する。そこで、今、排ガスＯ2 濃度設
定値Ｏ2s、空気過剰率設定値μs とすると、排ガスＯ2
濃度と空気過剰率との関係から、 μs ＝空気中の酸素濃度（％）／（空気中の酸素濃度
（％）−排ガス中の酸素濃度（％）） ＝２１／（２１−Ｏ2s） ……（２） で表されるが、この（２）式を変形すると、 Ｏ2s＝２１−（２１／μs ） ……（３）
【００３８】となる。従って、Ｏ2 濃度設定値変換手段
２２では、空気過剰率設定値演算手段２１で得られた空
気過剰率設定値μs を受けると、前記（３）式に基づい
て演算を行って排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを求めた後、
この排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを目標値として排ガスＯ
2 濃度調節手段２４に供給する。
２２では、空気過剰率設定値演算手段２１で得られた空
気過剰率設定値μs を受けると、前記（３）式に基づい
て演算を行って排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを求めた後、
この排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sを目標値として排ガスＯ
2 濃度調節手段２４に供給する。
【００３９】この排ガスＯ2 濃度調節手段２４では、排
ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sと排ガスＯ2 検出器２３からの
排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 との偏差が零となるように調
節演算を実行し、排ガスＯ2 調節出力信号Ｚn を求めた
後、比率係数演算手段２５に導く。そして、ここで当該
排ガスＯ2 調節出力信号Ｚn を用いて、 γ＝１＋ｋ｛（Ｚn −５０）／５０｝ ……（４）
ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2sと排ガスＯ2 検出器２３からの
排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 との偏差が零となるように調
節演算を実行し、排ガスＯ2 調節出力信号Ｚn を求めた
後、比率係数演算手段２５に導く。そして、ここで当該
排ガスＯ2 調節出力信号Ｚn を用いて、 γ＝１＋ｋ｛（Ｚn −５０）／５０｝ ……（４）
【００４０】なる演算式により、５０％出力時を１とす
る比率係数γに変換する。そして、この比率係数γに乗
算手段２６に導き、比率係数γを用いて前記空気過剰率
設定値μs を修正する。さらに、修正された空気過剰率
設定値を乗算手段１３に導き、空気流量設定値を制御補
正する。
る比率係数γに変換する。そして、この比率係数γに乗
算手段２６に導き、比率係数γを用いて前記空気過剰率
設定値μs を修正する。さらに、修正された空気過剰率
設定値を乗算手段１３に導き、空気流量設定値を制御補
正する。
【００４１】従って、このような構成によれば、燃焼量
の変化に対応して迅速に発煙限界ぎりぎりの燃焼制御を
行うことができ、さらに精度の高い燃焼状態評価指数の
排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することなく制
御可能であり、省エネルギーと環境保全とを大幅に改善
することができる。
の変化に対応して迅速に発煙限界ぎりぎりの燃焼制御を
行うことができ、さらに精度の高い燃焼状態評価指数の
排ガスＯ2 濃度を空気過剰率制御と競合することなく制
御可能であり、省エネルギーと環境保全とを大幅に改善
することができる。
【００４２】次に、請求項２に係わる発明の一実施例に
ついて図２を参照して説明する。なお、この制御装置に
おいても、加熱炉出口温度制御装置に適用した一例であ
り、かつ、図５および図１と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分に
ついて説明する。
ついて図２を参照して説明する。なお、この制御装置に
おいても、加熱炉出口温度制御装置に適用した一例であ
り、かつ、図５および図１と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略し、以下、特に異なる部分に
ついて説明する。
【００４３】この制御装置の改良部分は、排ガスＯ2 濃
度調節のゲインを空気過剰率μs に比例して修正するよ
うに構成し、燃焼量が大幅に変動しても、制御性が低下
しないようにする点にある。
度調節のゲインを空気過剰率μs に比例して修正するよ
うに構成し、燃焼量が大幅に変動しても、制御性が低下
しないようにする点にある。
【００４４】具体的には、排ガスＯ2 検出器２３で検出
した排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 とＯ2 濃度設定値変換手
段２２からのＯ2 濃度設定値Ｏ2sとを速度形排ガスＯ2
濃度調節手段３１に導入し、ここで速度形調節演算を実
行して速度形調節出力信号を得る。そして、速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段３１の出力側にゲイン修正手段３２
を設け、ここで速度形調節出力信号に空気過剰率設定値
μs を乗算することにより排ガスＯ2 濃度調節手段３１
のゲイン修正を行う。さらに、ゲイン修正後の速度形調
節出力信号を速度形−位置形信号変換手段３３に導入
し、ここで位置形信号Ｚn に変換した後、比率係数演算
手段２５に印加する構成である。
した排ガスＯ2 濃度測定値Ｏ2 とＯ2 濃度設定値変換手
段２２からのＯ2 濃度設定値Ｏ2sとを速度形排ガスＯ2
濃度調節手段３１に導入し、ここで速度形調節演算を実
行して速度形調節出力信号を得る。そして、速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段３１の出力側にゲイン修正手段３２
を設け、ここで速度形調節出力信号に空気過剰率設定値
μs を乗算することにより排ガスＯ2 濃度調節手段３１
のゲイン修正を行う。さらに、ゲイン修正後の速度形調
節出力信号を速度形−位置形信号変換手段３３に導入
し、ここで位置形信号Ｚn に変換した後、比率係数演算
手段２５に印加する構成である。
【００４５】そこで、以下、ゲイン修正を行う理由につ
いて説明する。今、空気過剰率設定値演算手段２１から
出力される空気過剰率設定値μs が変化したとき、Ｏ2
濃度にどのような変化を与えるかを考えてみる。ここ
で、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sがＯ2s＋△Ｏ2 と変化し
たとき、空気過剰率設定値μs がどの程度変化△μする
かを求める。ここで、前記（２）式を用いてＯ2s→Ｏ2s
＋△Ｏ2 、μs ＋△μなる関係を代入すると、 μs ＋△μ＝２１／｛２１−（Ｏ2s＋△Ｏ2s）｝ ……（５） となる。そこで、前記（２）式と（５）式とから、 △μ＝（△Ｏ2 ／２１）・μs 2 ……（６） が得られる。この（６）式を比率に変形すると、 １＋（△μ／μs ）＝１＋（μs ／２１）・△Ｏ2 ……（７） となる。
いて説明する。今、空気過剰率設定値演算手段２１から
出力される空気過剰率設定値μs が変化したとき、Ｏ2
濃度にどのような変化を与えるかを考えてみる。ここ
で、排ガスＯ2 濃度目標値Ｏ2sがＯ2s＋△Ｏ2 と変化し
たとき、空気過剰率設定値μs がどの程度変化△μする
かを求める。ここで、前記（２）式を用いてＯ2s→Ｏ2s
＋△Ｏ2 、μs ＋△μなる関係を代入すると、 μs ＋△μ＝２１／｛２１−（Ｏ2s＋△Ｏ2s）｝ ……（５） となる。そこで、前記（２）式と（５）式とから、 △μ＝（△Ｏ2 ／２１）・μs 2 ……（６） が得られる。この（６）式を比率に変形すると、 １＋（△μ／μs ）＝１＋（μs ／２１）・△Ｏ2 ……（７） となる。
【００４６】ゆえに、以上の式から明らかなように、排
ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力を比率係数演算手段２
５にて比率係数γに変換して空気過剰率設定値μs を比
率修正する場合、この空気過剰率設定値μs に比例して
排ガスＯ2 濃度調節出力信号△Ｏ2 をゲイン修正すれば
よいことが分かる。
ガスＯ2 濃度調節手段３１の出力を比率係数演算手段２
５にて比率係数γに変換して空気過剰率設定値μs を比
率修正する場合、この空気過剰率設定値μs に比例して
排ガスＯ2 濃度調節出力信号△Ｏ2 をゲイン修正すれば
よいことが分かる。
【００４７】従って、以上のような構成によれば、空気
過剰率設定値μs に比例して排ガスＯ2 濃度調節出力信
号△Ｏ2 をゲイン修正することにより、燃焼量の変動に
伴って空気過剰率設定値μs が変化したとき、この変化
に応じて排ガスＯ2 濃度調節のゲインが自動的に修正さ
れ、制御量の低下を招くことなく、燃焼量全域にわたっ
て制御性を大幅に改善できる。次に、請求項３に係わる
排ガス濃度制御装置の一実施例について図３を参照して
説明する。
過剰率設定値μs に比例して排ガスＯ2 濃度調節出力信
号△Ｏ2 をゲイン修正することにより、燃焼量の変動に
伴って空気過剰率設定値μs が変化したとき、この変化
に応じて排ガスＯ2 濃度調節のゲインが自動的に修正さ
れ、制御量の低下を招くことなく、燃焼量全域にわたっ
て制御性を大幅に改善できる。次に、請求項３に係わる
排ガス濃度制御装置の一実施例について図３を参照して
説明する。
【００４８】この制御装置では、排ガスＯ2 濃度制御の
みの場合には、例えば燃焼制御と無関係に加熱炉１の破
損などに伴って空気が混入したときなどにその燃焼状態
を正確に見い出せないことが多い。そこで、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に
残存する可燃成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2
濃度調節の設定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に
制御することにより、限界の省エネルギーおよび環境保
全を達成することにある。
みの場合には、例えば燃焼制御と無関係に加熱炉１の破
損などに伴って空気が混入したときなどにその燃焼状態
を正確に見い出せないことが多い。そこで、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に
残存する可燃成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2
濃度調節の設定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に
制御することにより、限界の省エネルギーおよび環境保
全を達成することにある。
【００４９】従って、本発明に係わる制御装置はかかる
観点から実現したものであり、以下、図１および図２と
比較して特に異なる部分の構成について説明する。この
制御装置は、加熱炉１に排ガスＣＯ検出器４１を設け、
排ガス中に残存する排ガスＣＯ濃度を検出し、排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ濃度設定値との
偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲内に入るよ
うに調節演算を実行する。この排ガスＣＯ濃度調節手段
４２で得られた調節出力信号Ｙn を比率係数演算手段４
３に導き、ここで調節出力信号の中間近傍が係数１とな
る係数δに変換した後、その後段のゲイン修正手段４４
にて当該係数δと排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′とを乗算
し、排ガスＯ2 濃度の最終目標値を演算し、排ガスＯ2
濃度調節手段２４に導入する構成である。
観点から実現したものであり、以下、図１および図２と
比較して特に異なる部分の構成について説明する。この
制御装置は、加熱炉１に排ガスＣＯ検出器４１を設け、
排ガス中に残存する排ガスＣＯ濃度を検出し、排ガスＣ
Ｏ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ濃度設定値との
偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲内に入るよ
うに調節演算を実行する。この排ガスＣＯ濃度調節手段
４２で得られた調節出力信号Ｙn を比率係数演算手段４
３に導き、ここで調節出力信号の中間近傍が係数１とな
る係数δに変換した後、その後段のゲイン修正手段４４
にて当該係数δと排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′とを乗算
し、排ガスＯ2 濃度の最終目標値を演算し、排ガスＯ2
濃度調節手段２４に導入する構成である。
【００５０】従って、この装置によれば、排ガスＣＯ検
出器４１で検出した排ガスＣＯ濃度を取り込み、排ガス
ＣＯ濃度調節手段４２にて排ガスＣＯ濃度測定値とＣＯ
濃度設定値との偏差を得た後、この偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算を実行して調節出力信号
Ｙn を得、比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数変換手段４３では、 δ＝１＋ｋ｛（Ｙn −５０）／５０｝ ……（８）
出器４１で検出した排ガスＣＯ濃度を取り込み、排ガス
ＣＯ濃度調節手段４２にて排ガスＣＯ濃度測定値とＣＯ
濃度設定値との偏差を得た後、この偏差が零または所定
の範囲内に入るように調節演算を実行して調節出力信号
Ｙn を得、比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数変換手段４３では、 δ＝１＋ｋ｛（Ｙn −５０）／５０｝ ……（８）
【００５１】なる演算式に基づき、調節出力信号Ｙn の
５０％出力時を１とする比率係数δに変換し、前記排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2s′にかかる比率係数δを乗じて修
正制御することにより、排ガスＣＯ濃度を所定値に制御
し、省エネルギーおよび環境保全特性を改善することが
できる。
５０％出力時を１とする比率係数δに変換し、前記排ガ
スＯ2 濃度設定値Ｏ2s′にかかる比率係数δを乗じて修
正制御することにより、排ガスＣＯ濃度を所定値に制御
し、省エネルギーおよび環境保全特性を改善することが
できる。
【００５２】さらに、請求項４に係わる発明の一実施例
について図４を参照して説明する。この制御装置は、請
求項３に係わる発明と同様に、排ガスＯ2 濃度よりも燃
焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に残存する可燃
成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2 濃度調節の設
定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に制御するとと
もに、空気過剰率設定値に比例してＯ2 濃度調節のゲイ
ンを修正することにある。
について図４を参照して説明する。この制御装置は、請
求項３に係わる発明と同様に、排ガスＯ2 濃度よりも燃
焼状態の厳密な評価指数となる排ガス中に残存する可燃
成分ＣＯの濃度調節を付加し、排ガスＯ2 濃度調節の設
定値を修正して排ガスＣＯ濃度を所定値に制御するとと
もに、空気過剰率設定値に比例してＯ2 濃度調節のゲイ
ンを修正することにある。
【００５３】この制御装置は、具体的には、排ガスＣＯ
濃度検出器４１で検出した加熱炉１の排ガスＣＯ濃度測
定値を排ガスＣＯ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ
設定値との偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲
内に入るように調節演算を実行して調節出力信号Ｙn を
得、これを比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数演算手段４３では、前記（８）式の演算を行って修
正比率δを求めた後、これを乗算手段４４に導き、この
修正比率δを排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′に乗算し、当
該排ガスＯ２濃度設定値Ｏ2s′を修正した排ガスＯ2 濃
度設定値Ｏ2sを求める。そして、この排ガスＯ2 濃度設
定値Ｏ2sを排ガスＯ2 濃度調節手段３１に導入し、排ガ
スＯ2 濃度の調節演算を実行する。さらに、排ガスＯ2
濃度調節手段３１の調節演算出力に空気過剰率設定値演
算手段２１の空気過剰率設定値を乗算し、空気過剰率設
定値に比例して排ガスＯ2 濃度調節のゲインを自動修正
することにより、限界としての省エネルギー、環境保全
を実現し、かつ、燃焼量の全域にわたって制御性を改善
することができる。
濃度検出器４１で検出した加熱炉１の排ガスＣＯ濃度測
定値を排ガスＣＯ濃度調節手段４２に導き、ここでＣＯ
設定値との偏差をとり、この偏差が零または所定の範囲
内に入るように調節演算を実行して調節出力信号Ｙn を
得、これを比率係数演算手段４３に印加する。この比率
係数演算手段４３では、前記（８）式の演算を行って修
正比率δを求めた後、これを乗算手段４４に導き、この
修正比率δを排ガスＯ2 濃度設定値Ｏ2s′に乗算し、当
該排ガスＯ２濃度設定値Ｏ2s′を修正した排ガスＯ2 濃
度設定値Ｏ2sを求める。そして、この排ガスＯ2 濃度設
定値Ｏ2sを排ガスＯ2 濃度調節手段３１に導入し、排ガ
スＯ2 濃度の調節演算を実行する。さらに、排ガスＯ2
濃度調節手段３１の調節演算出力に空気過剰率設定値演
算手段２１の空気過剰率設定値を乗算し、空気過剰率設
定値に比例して排ガスＯ2 濃度調節のゲインを自動修正
することにより、限界としての省エネルギー、環境保全
を実現し、かつ、燃焼量の全域にわたって制御性を改善
することができる。
【００５４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。上記実施例では、単純並列カスケード燃焼
制御方式について適用したが、他の燃焼制御方式、例え
ばシングルクロスリミット燃焼制御方式やダブルクロス
リミット燃焼制御方式その他の燃焼制御方式でも同様に
適用できることは言うまでもない。
のではない。上記実施例では、単純並列カスケード燃焼
制御方式について適用したが、他の燃焼制御方式、例え
ばシングルクロスリミット燃焼制御方式やダブルクロス
リミット燃焼制御方式その他の燃焼制御方式でも同様に
適用できることは言うまでもない。
【００５５】また、上記実施例では、専焼の場合に適用
した例について述べたが、燃焼量を表す指標として実測
燃料流量または目標燃料流量としたが、混燃の場合には
熱量目標値または燃料流量から計算した実熱量を燃焼量
を表す指標としてもよい。また、上記実施例は、加熱炉
出口温度の燃焼制御装置に適用した例について述べた
が、これに限らずボイラ燃焼制御装置などの各種燃焼炉
の燃焼制御装置についても同様に適用できる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
できる。
した例について述べたが、燃焼量を表す指標として実測
燃料流量または目標燃料流量としたが、混燃の場合には
熱量目標値または燃料流量から計算した実熱量を燃焼量
を表す指標としてもよい。また、上記実施例は、加熱炉
出口温度の燃焼制御装置に適用した例について述べた
が、これに限らずボイラ燃焼制御装置などの各種燃焼炉
の燃焼制御装置についても同様に適用できる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
できる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。
のような種々の効果を奏する。
【００５７】請求項１の発明は、燃焼量が変化しても、
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合すること
なく、燃焼量の変化に対応しながら応答の速い発煙しな
い排ガスＯ2 濃度の制御を行うことができる。
空気過剰率制御と排ガスＯ2 濃度制御とが競合すること
なく、燃焼量の変化に対応しながら応答の速い発煙しな
い排ガスＯ2 濃度の制御を行うことができる。
【００５８】次に、請求項２の発明においては、燃焼量
の変化に伴う空気過剰率設定値の変化に比例して排ガス
Ｏ2 濃度制御のゲインを自動修正することにより、制御
性の大幅な改善を図ることができる。
の変化に伴う空気過剰率設定値の変化に比例して排ガス
Ｏ2 濃度制御のゲインを自動修正することにより、制御
性の大幅な改善を図ることができる。
【００５９】さらに、請求項３の発明においては、排ガ
スＯ2 濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガ
ス中に存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加すること
により、限界に近い応答性および制御性の高い排ガス制
御を実現できる。
スＯ2 濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガ
ス中に存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加すること
により、限界に近い応答性および制御性の高い排ガス制
御を実現できる。
【００６０】さらに、請求項４の発明では、排ガスＯ2
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガス中に
存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加し、かつ、燃焼
量に応じてゲイン修正を加えることにより、より限界に
近い応答性および制御性の高い排ガス制御を実現でき
る。
濃度よりも燃焼状態の厳密な評価指標となる排ガス中に
存在する可燃成分ＣＯの濃度調整を付加し、かつ、燃焼
量に応じてゲイン修正を加えることにより、より限界に
近い応答性および制御性の高い排ガス制御を実現でき
る。
【００６１】従って、今、現在、化石燃料の燃焼に伴う
環境保全と省エネルギーの問題が社会，経済や国家の枠
組みを越えて世界的レベルの問題となっているが、本装
置を適用することにより、産業界に大きく貢献できると
確信する。
環境保全と省エネルギーの問題が社会，経済や国家の枠
組みを越えて世界的レベルの問題となっているが、本装
置を適用することにより、産業界に大きく貢献できると
確信する。
【図１】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項１
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図２】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項２
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図３】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項３
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図４】本発明に係わる排ガス濃度制御装置の請求項４
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
に係わる発明の一実施例を示す全体構成図。
【図５】従来の制御装置の構成図。
【図６】燃焼量と空気過剰率との関係を関数化した図。
１…加熱炉（燃焼装置）、５…温度検出器、６…温度調
節手段、８…燃料流量調節手段、９…燃料流量検出器、
１１…係数手段、１３…乗算手段、１４…空気流量調節
手段、１５…空気流量検出器、２１…空気過剰率設定値
演算手段、２２…Ｏ2 濃度設定値変換手段、２３…排ガ
スＯ2 検出器、２４…排ガスＯ2 濃度調節手段、２５…
比率係数演算手段、２６…乗算手段、３１…速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段、３２…ゲイン修正手段、４１…排
ガスＣＯ検出器、４２…排ガスＣＯ濃度調節手段、４３
…比率係数演算手段、４４…乗算手段。
節手段、８…燃料流量調節手段、９…燃料流量検出器、
１１…係数手段、１３…乗算手段、１４…空気流量調節
手段、１５…空気流量検出器、２１…空気過剰率設定値
演算手段、２２…Ｏ2 濃度設定値変換手段、２３…排ガ
スＯ2 検出器、２４…排ガスＯ2 濃度調節手段、２５…
比率係数演算手段、２６…乗算手段、３１…速度形排ガ
スＯ2 濃度調節手段、３２…ゲイン修正手段、４１…排
ガスＣＯ検出器、４２…排ガスＣＯ濃度調節手段、４３
…比率係数演算手段、４４…乗算手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23N 5/00 F23N 1/02 103
Claims (4)
- 【請求項１】 燃焼装置の検出制御量と目標値との偏差
が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積
分、Ｄ：微分）調節演算を行って燃焼指令信号を得た
後、この燃焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量
制御系に与え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に
変換した後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量
目標値として空気流量制御系に与え、これら燃料流量目
標値および空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御
系および前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に
供給する燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装
置において、 予め関数化または係数が設定され、燃焼負荷を表す実測
燃料流量または燃料流量目標値に基づいて前記関数また
は係数の乗算によって空気過剰率設定値を求める空気過
剰率設定値演算手段と、 この空気過剰率設定値演算手段で求めた空気過剰率設定
値から排ガスＯ2 （酸素）濃度目標値を演算する排ガス
Ｏ2 （酸素）濃度目標値演算手段と、 この排ガスＯ2 濃度目標値と前記燃焼装置の排ガスＯ2
濃度測定値との偏差が零となるように調節演算を実行す
る排ガスＯ2 濃度調節手段と、 この排ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する比率係数演算手段と、 この比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過剰率設
定値演算手段から出力される前記空気過剰率設定値を修
正する空気過剰率設定値修正手段とを備え、この空気過
剰率設定値修正手段の出力と前記理論空気流量とから空
気流量目標値を得ることを特徴とする排ガス濃度制御装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の排ガス濃度制御装置にお
いて、前記排ガスＯ2 濃度調節手段の出力側に、当該排
ガスＯ2 濃度調節手段によって得られる調節演算出力に
前記空気過剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率
設定値を乗算するゲイン修正手段を付加し、この空気過
剰率設定値に比例して前記排ガスＯ2濃度調節手段のゲ
インを修正することを特徴とする排ガス濃度制御装置。 - 【請求項３】 燃焼装置の検出制御量と目標値との偏差
が零となるようにＰＩまたはＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積
分、Ｄ：微分）調節演算を行って燃焼指令信号を得た
後、この燃焼指令信号を燃料流量目標値として燃料流量
制御系に与え、また前記燃焼指令信号を理論空気流量に
変換した後、空気過剰率設定値を乗じた信号を空気流量
目標値として空気流量制御系に与え、これら燃料流量目
標値および空気流量目標値に基づいて前記燃料流量制御
系および前記空気流量制御系がそれぞれ前記燃焼装置に
供給する燃料流量および空気流量を制御する燃焼制御装
置において、 予め関数化または係数が設定され、燃焼負荷を表す実測
燃料流量または燃料流量目標値に基づいて前記関数また
は係数の乗算によって空気過剰率設定値を求める空気過
剰率設定値演算手段と、 この空気過剰率設定値演算手段で求めた空気過剰率設定
値から排ガスＯ2 （酸素）濃度目標値を演算する排ガス
Ｏ2 （酸素）濃度目標値演算手段と、 前記燃焼装置の排ガスＣＯ（一酸化炭素）濃度を測定す
る排ガスＣＯ濃度測定手段と、 この排ガスＣＯ濃度測定手段による排ガスＣＯ濃度測定
値と排ガスＣＯ濃度目標値との偏差が零または所定の範
囲内に入るように調節演算する排ガスＣＯ濃度調節手段
と、 この排ガスＣＯ濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する第１の比率係数演算手段と、 この第１の比率係数演算手段の出力と前記Ｏ2 濃度目標
値演算手段の排ガスＯ2 濃度目標値とを乗算し排ガスＯ
2 濃度の最終目標値を求める乗算手段と、 この乗算手段で得られる最終目標値と前記燃焼装置の排
ガスＯ2 濃度測定値との偏差が零となるように調節演算
を実行する排ガスＯ2 濃度調節手段と、 この排ガスＯ2 濃度調節手段の出力の中間近傍が係数１
となる係数に変換する第２の比率係数演算手段と、 この第２の比率係数演算手段の出力を用いて前記空気過
剰率設定値演算手段から出力される前記空気過剰率設定
値を修正する空気過剰率設定値修正手段とを備え、この
空気過剰率設定値修正手段の出力と前記理論空気流量と
から空気流量目標値を得ることを特徴とする排ガス濃度
制御装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の排ガス濃度制御装置にお
いて、前記排ガスＯ2 濃度調節手段の出力側に、当該排
ガスＯ2 濃度調節手段によって得られる調節演算出力に
前記空気過剰率設定値演算手段の出力である空気過剰率
設定値を乗算するゲイン修正手段を付加し、この空気過
剰率設定値に比例して前記排ガスＯ2濃度調節手段のゲ
インを修正することを特徴とする排ガス濃度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26735192A JP2947677B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 排ガス濃度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26735192A JP2947677B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 排ガス濃度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06117627A JPH06117627A (ja) | 1994-04-28 |
| JP2947677B2 true JP2947677B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=17443611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26735192A Expired - Lifetime JP2947677B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 排ガス濃度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947677B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114265313B (zh) * | 2021-12-23 | 2024-02-13 | 河钢数字信达(邯郸)科技有限公司 | 一种基于废气温度上升曲线的空气阀调优策略方法 |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP26735192A patent/JP2947677B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06117627A (ja) | 1994-04-28 |
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|---|---|---|---|
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