JP3817851B2 - ガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４はガス焚きボイラにおける燃料ガスの系統図を示しており、母管１からバーナ２へと燃料ガス３を導く枝管４に、圧力調節弁５と流量調節弁６とがガス流れ方向（図中における右方向）に直列に配置されており、前記圧力調節弁５の出側には圧力計７が、前記流量調節弁６の入側には流量計８が夫々備えられている。
【０００３】
そして、前記流量調節弁６は、流量計８により検出される燃料ガス３の入口流量を監視しながらガス焚きボイラの負荷変動に応じて与えられる開度指令により開度調節されるようになっており、一方、前記圧力調節弁５は、流量調節弁６に与えられる開度指令に基づいて基本的な開度を先行調節され且つ圧力調節弁５出口の圧力検出によるフィードバック制御で開度補正されるようになっている。
【０００４】
ここで、圧力調節弁５による燃料ガス３の圧力制御について詳述すると、図５に示す如く、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９が関数発生器１０にも入力されて圧力調節弁５の開度調整用ベース信号１１に換算されるようになっており、一方、圧力計７からの検出信号１２が引算器１３に入力されて所定の設定圧力値１４との偏差が求められ、その偏差が圧力偏差信号１５として比例積分器１６へと出力されるようになっており、該比例積分器１６において、圧力調節弁５の出口圧力が所定の設定圧力値１４に確保されるよう圧力偏差相当分の開度増減信号１７が求められて出力され、この開度増減信号１７が加算器１８で関数発生器１０から導かれたベース信号１１に加算されて圧力調節弁５に開度指令信号１１ｘとして出力されるようになっている。
【０００５】
尚、関数発生器１０における信号換算について補足すれば、例えばバーナ２へ供給すべき燃料ガス３の流量を増やす必要が生じた際に、流量調節弁６の開度を大きくすると、その上流側に位置する圧力調節弁５の開度も流量調節弁６の開度変更に対応して大きくしなければ所定の設定圧力を維持できない（元の開度のままでは圧力低下を招く）ので、バーナ２へ供給すべき燃料ガス３の圧力を一定に保持する為の流量調節弁６の開度と圧力調節弁５の開度との関係特性（図６参照）を関数として関数発生器１０に設定しておき、該関数発生器１０において、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９に対応した圧力調節弁５の基本的な開度指令となるベース信号１１を算出するようにしているのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯かる従来手段においては、燃料ガス３が常に一定の圧力で母管１から供給されていることを前提とした制御方式となっており、ガス焚きボイラの一般的な運転状態における平均的なガス供給圧を基準とした圧力調節弁５の開度と圧力との関係特性を利用してベース信号１１や開度増減信号１７を算出するようにしているが、実際には、気温や他設備での燃料ガス３使用量、燃料ガス３発生プロセス側の稼動状況などにより母管１からのガス供給圧は変動しており、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力は安定していない為、その圧力変動が圧力調節弁５の制御系に対し外乱となるという問題があった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、母管に対する枝管の取合点付近の圧力変動が圧力調節弁の制御系に外乱を及ぼさないようにして、安定した燃料ガスの圧力制御を行い得るようにすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、母管１からバーナ２へと燃料ガス３を導く枝管４の流量調節弁６に与えられる開度指令を、流量調節弁６の上流側に配置される圧力調節弁５のベース開度指令に換算し、該ベース開度指令を母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動に応じて補正し、一方、圧力調節弁５の出口圧力と所定の設定圧力との偏差を求め、該偏差を母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動に応じて補正し、その補正された偏差に基づき圧力調節弁５の出口圧力が所定の設定圧力に確保されるよう開度増減指令を算出し、該開度増減指令を前記補正されたベース開度指令に合算して得た開度指令により圧力調節弁５を開度調節することを特徴とするガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法、に係るものである。
【０００９】
このようにすれば、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力が変動しても、その圧力変動に応じてベース開度指令及び開度増減指令が補正され、補正されたベース開度指令と開度増減指令との合算である開度指令により圧力調節弁５の開度が適切に調節されるので、圧力調節弁５の制御系に外乱が生ずることがなくなり、安定した燃料ガス３の圧力制御を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の発明は、母管１からバーナ２へと燃料ガス３を導く枝管４における流量調節弁６の上流側に配置された圧力調節弁５の開度を調節して燃料ガス３の圧力制御を行うようにしたガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置であって、圧力調節弁５の出口圧力を検出する第一の圧力計７と、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力を検出する第二の圧力計１９と、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９を入力して圧力調節弁５の開度調整用ベース信号１１に換算する関数発生器１０と、前記第二の圧力計１９からの検出信号２０を入力して前記取合点付近の圧力変動に応じたベース信号１１用のゲイン２３を出力する関数発生器２１と、該関数発生器２１からのゲイン２３を前記関数発生器１０からのベース信号１１に掛けて補正する掛算器２５と、前記第一の圧力計７による検出信号１２と所定の設定圧力値１４との偏差を求めて圧力偏差信号１５を出力する引算器１３と、前記第二の圧力計１９からの検出信号２０を入力して前記取合点付近の圧力変動に応じた圧力偏差信号１５用のゲイン２４を出力する関数発生器２２と、該関数発生器２２からのゲイン２４を前記引算器１３からの圧力偏差信号１５に掛けて補正する掛算器２６と、該掛算器２６で補正された圧力偏差信号１５を入力して圧力調節弁５の出口圧力が所定の設定圧力値１４に確保されるよう開度増減信号１７を出力する比例積分器１６と、該比例積分器１６からの開度増減信号１７を前記掛算器２５で補正されたベース信号１１に加算して前記圧力調節弁５に開度指令信号１１ｘとして出力する加算器１８とを備えたことを特徴とするガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置、に係るものである。
【００１１】
このようなガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置によれば、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９が関数発生器１０に入力されて圧力調節弁５の開度調整用ベース信号１１に換算され、該ベース信号１１は、第二の圧力計１９からの検出信号２０に基づき関数発生器２１から出力されたベース信号１１用のゲイン２３を掛算器２５を介して掛けられることにより補正され、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動を加味したベース信号１１として加算器１８へ入力される。
【００１２】
一方、第一の圧力計７により検出された圧力調節弁５の出口圧力が検出信号１２として引算器１３に入力され、該引算器１３において圧力調節弁５の出口圧力と所定の設定圧力値１４との偏差が求められ、その偏差に基づいて引算器１３から出力される圧力偏差信号１５が、第二の圧力計１９からの検出信号２０に基づいて関数発生器２２から出力された圧力偏差信号１５用のゲイン２４を掛算器２６を介し掛けられることにより補正され、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動を加味した圧力偏差信号１５として比例積分器１６へと入力される。
【００１３】
更に、比例積分器１６においては、補正された圧力偏差信号１５に基づき圧力調節弁５の出口圧力が所定の設定圧力値１４に確保されるよう開度増減信号１７が出力されて前記加算器１８へと出力され、該加算器１８において、補正されたベース信号１１に前記開度増減信号１７が加算されて圧力調節弁５に開度指令信号１１ｘとして出力される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１６】
図１に示す如く、本形態例においては、母管１に対する枝管４の取合点付近に新たに圧力計１９（第二の圧力計）が設けられており、更には、図２に示す如く、前記圧力計１９からの検出信号２０が、圧力調節弁５の制御系に新たに設けられた二つの関数発生器２１，２２に夫々入力されるようになっている。
【００１７】
ここで、各関数発生器２１，２２においては、前記圧力計１９により検出された取合点付近の圧力に対応してベース信号１１（ベース開度指令）又は開度増減信号１７（開度増減指令）を補正する為のゲイン２３，２４を出力するようにしてあり、一方の関数発生器２１から出力されたベース信号１１用のゲイン２３が、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９に基づいて関数発生器１０から出力されたベース信号１１に対し掛算器２５を介して掛けられるようになっていると共に、他方の関数発生器２２から出力されたゲイン２４が、圧力調節弁５出口の圧力計７（第一の圧力計）による検出信号１２と所定の設定圧力値１４との偏差に基づき引算器１３から出力された圧力偏差信号１５に対し掛算器２６を介して掛けられるようになっている。
【００１８】
ここで、各関数発生器２１，２２には、例えば図３に示す如き取合点付近の圧力とゲイン２３，２４との関係特性を関数として設定しておき、取合点付近の圧力が、ガス焚きボイラの一般的な運転状態における平均的なガス供給圧Ｐ1である時にゲイン２３，２４を「１」として特に信号補正を行わずに従来通りの圧力制御が成されるようにし、取合点付近の圧力がガス供給圧Ｐ1より増加するに従いゲイン２３，２４が下がり、取合点付近の圧力がガス供給圧Ｐ1より減小するに従いゲイン２３，２４が上がるようにしておく。
【００１９】
ただし、説明の便宜上から各関数発生器２１，２２に設定されている関数を図３のみで例示したが、各関数発生器２１，２２の関数の傾向が同じであっても、両者が全く同一の関数というわけではない。
【００２０】
このようなガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置によれば、流量調節弁６に与えられる開度指令信号９（開度指令）が関数発生器１０に入力されて圧力調節弁５の開度調整用ベース信号１１に換算され、該ベース信号１１は、圧力計１９からの検出信号２０に基づき関数発生器２１から出力されたベース信号１１用のゲイン２３を掛算器２５を介して掛けられることにより補正され、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動を加味したベース信号１１として加算器１８へ入力される。
【００２１】
一方、圧力計７により検出された圧力調節弁５の出口圧力が検出信号１２として引算器１３に入力され、該引算器１３において圧力調節弁５の出口圧力と所定の設定圧力値１４との偏差が求められ、その偏差に基づいて引算器１３から出力される圧力偏差信号１５が、圧力計１９からの検出信号２０に基づいて関数発生器２２から出力された圧力偏差信号１５用のゲイン２４を掛算器２６を介し掛けられることにより補正され、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力変動を加味した圧力偏差信号１５として比例積分器１６へと入力される。
【００２２】
更に、比例積分器１６においては、補正された圧力偏差信号１５に基づき圧力調節弁５の出口圧力が所定の設定圧力値１４に確保されるよう開度増減信号１７が出力されて前記加算器１８へと出力され、該加算器１８において、補正されたベース信号１１に前記開度増減信号１７が加算されて圧力調節弁５に開度指令信号１１ｘ（開度指令）として出力される。
【００２３】
従って上記形態例によれば、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力が変動しても、その圧力変動に応じてベース信号１１及び開度増減信号１７を補正し、補正されたベース信号１１と開度増減信号１７との合算である開度指令信号１１ｘにより圧力調節弁５の開度を適切に調節することができるので、圧力調節弁５の制御系に外乱が生ずることがなくなり、安定した燃料ガス３の圧力制御を行うことができる。
【００２４】
尚、本発明のガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
上記した本発明のガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法及び装置によれば、母管１に対する枝管４の取合点付近の圧力が変動しても、その圧力変動に応じ圧力調節弁５の開度を適切に補正して調節することができるので、圧力調節弁５の制御系に外乱が生ずることがなくなり、安定した燃料ガス３の圧力制御を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。
【図２】図１の圧力調節弁の制御系を示すブロック図である。
【図３】図２のゲイン出力用関数発生器に設定された関数を示すグラフである。
【図４】従来例を示す系統図である。
【図５】図４の圧力調節弁の制御系を示すブロック図である。
【図６】図５の関数発生器に設定された関数を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 母管
２ バーナ
３ 燃料ガス
４ 枝管
５ 圧力調節弁
６ 流量調節弁
７ 圧力計（第一の圧力計）
９ 開度指令信号（開度指令）
１０ 関数発生器
１１ ベース信号（ベース開度指令）
１１ｘ 開度指令信号（開度指令）
１２ 検出信号（圧力調節弁出口の圧力）
１３ 引算器
１４ 設定圧力
１５ 圧力偏差信号（偏差）
１６ 比例積分器
１７ 開度増減信号（開度増減指令）
１８ 加算器
１９ 圧力計（第二の圧力計）
２０ 検出信号（母管に対する枝管の取合点付近の圧力）
２１ 関数発生器
２２ 関数発生器
２３ ゲイン
２４ ゲイン
２５ 掛算器
２６ 掛算器

Claims (2)

1. 母管（１）からバーナ（２）へと燃料ガス（３）を導く枝管（４）の流量調節弁（６）に与えられる開度指令を、流量調節弁（６）の上流側に配置される圧力調節弁（５）のベース開度指令に換算し、該ベース開度指令を母管（１）に対する枝管（４）の取合点付近の圧力変動に応じて補正し、一方、圧力調節弁（５）の出口圧力と所定の設定圧力との偏差を求め、該偏差を母管（１）に対する枝管（４）の取合点付近の圧力変動に応じて補正し、その補正された偏差に基づき圧力調節弁（５）の出口圧力が所定の設定圧力に確保されるよう開度増減指令を算出し、該開度増減指令を前記補正されたベース開度指令に合算して得た開度指令により圧力調節弁（５）を開度調節することを特徴とするガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御方法。
2. 母管（１）からバーナ（２）へと燃料ガス（３）を導く枝管（４）における流量調節弁（６）の上流側に配置された圧力調節弁（５）の開度を調節して燃料ガス（３）の圧力制御を行うようにしたガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置であって、圧力調節弁（５）の出口圧力を検出する第一の圧力計（７）と、母管（１）に対する枝管（４）の取合点付近の圧力を検出する第二の圧力計（１９）と、流量調節弁（６）に与えられる開度指令信号（９）を入力して圧力調節弁（５）の開度調整用ベース信号（１１）に換算する関数発生器（１０）と、前記第二の圧力計（１９）からの検出信号（２０）を入力して前記取合点付近の圧力変動に応じたベース信号（１１）用のゲイン（２３）を出力する関数発生器（２１）と、該関数発生器（２１）からのゲイン（２３）を前記関数発生器（１０）からのベース信号（１１）に掛けて補正する掛算器（２５）と、前記第一の圧力計（７）による検出信号（１２）と所定の設定圧力値（１４）との偏差を求めて圧力偏差信号（１５）を出力する引算器（１３）と、前記第二の圧力計（１９）からの検出信号（２０）を入力して前記取合点付近の圧力変動に応じた圧力偏差信号（１５）用のゲイン（２４）を出力する関数発生器（２２）と、該関数発生器（２２）からのゲイン（２４）を前記引算器（１３）からの圧力偏差信号（１５）に掛けて補正する掛算器（２６）と、該掛算器（２６）で補正された圧力偏差信号（１５）を入力して圧力調節弁（５）の出口圧力が所定の設定圧力（１４）に確保されるよう開度増減信号（１７）を出力する比例積分器（１６）と、該比例積分器（１６）からの開度増減信号（１７）を前記掛算器（２６）で補正されたベース信号（１１）に加算して前記圧力調節弁（５）に開度指令信号（１１ｘ）として出力する加算器（１８）とを備えたことを特徴とするガス焚きボイラの燃料ガス圧力制御装置。

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