JPH0215774B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、定格蒸気量が１〜20〔ｔ／時〕程
度の中小容量のボイラの燃焼用空気量の制御とし
て押込通風機（以下FDFと略す）の回転速度を
可変して行なうボイラの燃焼制御に係り、特にボ
イラの排ガス低酸素燃焼制御装置に関するもので
ある。

〔従来技術〕

第１図は従来のボイラにおける極軽負荷時の燃
焼フローチヤートを示すものであり、図において
１は蒸気圧力一定制御で燃焼中のボイラ、２は蒸
気使用量が最少か最少以外かの判別、３は蒸気圧
力が異常に上昇しボイラの保安上ボイラを停止さ
せる「高圧停止」の設定圧力以上か以下かの判
別、４は「高圧停止」を防ぐために行なう油量低
下の操作をするかしないかの判別、５は４の油量
低下の操作をしなかつたために「高圧停止」とな
つた状態、６は「高圧停止」で燃焼が停止して蒸
気圧力が下降した際にその圧力がボイラ再始動の
設定圧力以上か以下かの判別、７は蒸気圧力が再
始動設定圧力以下となりボイラが再始動した状
態、８は油圧低下の操作をしたために排ガス残存
酸素濃度が設定した酸素濃度よりも上昇した状態
を示す。

次に動作について説明する。一般に、自動的に
蒸気圧力一定制御を行なつているボイラにおいて
は、蒸気の使用量が減少すると燃料油量を少なく
していき、蒸気の使用量が最少の場合には、燃料
油量は設定した最少油量で燃焼するように制御さ
れる。

ところで、蒸気の供給先として、冬期の暖房用
のように季節変動や時間変動がある負荷と、工場
での生産用等のように変動が少ない負荷の両方に
供給する場合には、最少油量時の蒸気使用量が違
うため第１図のような動作となる。

すなわち、蒸気使用量が極端に少なくなつて燃
焼による入熱の方が蒸気の使用による熱出力より
も大きいと、蒸気圧力は設定蒸気圧力よりも上昇
する。蒸気圧力が過大になると、配管保護等のた
めにボイラを停止する。停止により蒸気圧力が下
降すればボイラは再始動する。

ところが、このようにボイラの運転−停止を繰
返すと、ボイラ効率が低下するため、最少燃焼時
に蒸気圧力が上昇するような場合には、通常はバ
ーナの手前に取付けた燃料制御弁の開度を絞り、
油量を少なくして燃焼量を下げる操作を行なつて
いる。

第２図は従来のボイラにおける低酸素燃焼制御
のフローチヤートを示すものであり、１１はボイ
ラ煙道内の排ガスの残存酸素濃度の設定値とフイ
ードバツクされた残存酸素濃度の検出値とを比較
する比較器、１２は比較器１１で比較された結果
をPID演算する酸素濃度演算器、１３はこの演算
器１２での演算結果を適当な量に減ずる増幅器、
１４は増幅器１３からの信号と後述する基準入力
発生器２２からの信号とを加算する加算器、１５
は加算器１４からの速度指令信号に応じて速度を
可変する変速電動機、１６は変速電動機１５の速
度に応じて回転するFDF、１７はFDF１６から
の空気と燃料とを燃焼させて蒸気を発生させるボ
イラ、１８は燃焼後の排ガスの残存酸素濃度、１
９はそのフイードバツク回路、２０は蒸気圧力一
定制御の外乱となる負荷変動、すなわち蒸気使用
量の変動、２１はボイラ負荷量の大きさを電気信
号に変換する負荷量変換器、２２はこの変換器２
１の電気信号でFDF１６の主回転速度を決定す
る基準入力発生器である。

第３図は従来の排ガス低酸素燃焼制御時におけ
るボイラ負荷量と諸値との関係を示すものであ
り、図において３１はボイラ負荷量と燃料量との
関係を示す直線または曲線のグラフ、３２はボイ
ラ負荷量と空気量との関係を示す直線または曲線
のグラフ、３３はボイラ負荷量とFDFの回転速
度との関係を示す直線または曲線のグラフであつ
て、グラフ３１が直線ならば３２，３３はともに
ほぼ直線となり、またグラフ３１が曲線ならばグ
ラフ３２，３３はグラフ３１とほぼ相似の曲線と
なるように制御して空気比一定の燃焼制御を行な
う。また３４は排ガスの残存酸素濃度とボイラ負
荷量との関係を示すグラフであつて、図において
は４〔％〕一定制御の場合を示す。

ところで、このような排ガス低酸素燃焼制御に
おいては、ボイラ内で燃焼した排ガスを煙道に取
付けた酸素濃度計で検知して電気信号に変換する
までの数秒程度必要とする。この遅れ時間は、煙
道の長さに比例し、また酸素濃度計自体の固有の
検知遅れが加算されたものである。

このように検知遅れがある、すなわちむだ時間
がある制御対象をフイードバツク制御のみで制御
すると、燃焼系がハンチングして安定した燃焼が
できなくなる。

このため、ボイラの負荷量の大きさを負荷量変
換器２１で検知し、基準入力発生器２２では、ボ
イラ負荷量に応じた燃料量に見合つた空気量とな
るように、換言すれば燃料量が変化しても空気比
が一定となつて排ガス残存酸素濃度が一定となる
ように電気量を調節して加算器１４に出力する。

一方、設定した酸素濃度の値と検出値との偏差
は、比較器１１および演算器１２において比較、
演算し、その結果を増幅器１３に出力する。増幅
器１３では、このフイードバツク信号を燃焼系が
ハンチングしないように小さくして加算器１４に
出力し、加算器１４では、基準入力発生器２２か
らの信号を増幅器１３からの信号で補正するため
に両信号を加算して変速電動機１５に伝送し、
FDF１６により空気量を加減する。

例えば、排ガス残存酸素濃度の設定値を第３図
のように４〔％〕に設定した場合、フイードバツ
クによる可調整範囲が±１〔％〕（すなわち３〜５
〔％〕）程度になるように増幅器１３でフイードバ
ツク信号を減する。

ここで、排ガス残存酸素濃度のフイードバツク
制御を行なうのは以下の理由による。

すなわち、燃料量に対応した空気量になるよう
に基準入力発生器２２で変速電動機１５の回転速
度を決めるが、燃料油温の変動や、燃料油量を決
める燃料調節弁とバーナのヒステリシス等により
排ガス残存酸素濃度が変化するため、これを一定
に制御できるようにするためである。

ところで、空気比とは次の関係を表わす無名数
である。

空気比（ｍ）＝使用空気量／燃焼に必要な理論空気量 ここで、ｍ＜１の場合には空気不足による不完
全燃焼となるので、ｍ＞１で燃焼させなければな
らない。

また、排ガス残存酸素濃度をO₂〔％〕とし、大
気中の酸素濃度を21〔％〕とすると、ｍとの関係
は次の簡易式で表わすことができ、ｍとO₂とは
対応する。

ｍ＝21／21−O₂ 一般に、燃料を燃焼させる場合、燃料の持つ発
熱量等により燃焼に必要な理論空気量が決まる。
このため、理論空気量のみで燃焼させればよいこ
とになるが、実際には燃料と混合されずに燃焼す
ることなく煙突から排出される空気もある。そこ
で、空気不足による不完全燃焼を防ぐため、通常
は余分に空気を送風することになる。

ところが、ボイラ炉内で燃焼しなかつた空気
（実際は酸素）は炉内の熱を奪つて排出されるた
め、ボイラ効率が下がる。したがつて、空気比を
極力下げた燃焼とすることによりボイラ効率が向
上し、ここに排ガス低酸素燃焼制御を行なう必要
性がある。

しかしながら従来の構成では、むだ時間がある
制御系をフイードバツク制御するため、燃焼制御
がハンチングしないようにフイードバツク電気量
を小さくしている。このため、燃料量が極端に少
なくなるように操作すると、排ガス残存酸素濃度
一定制御の可制御範囲から外れてしまい、すなわ
ちフイードバツク制御ができなくなつてしまい、
酸素濃度が上昇してボイラ効率が低下してしまう
という欠点があつた。

〔発明の概要〕 この発明は、かかる欠点を解消する目的でなさ
れたもので、バーナの燃料配管に燃料油圧の変動
を検知する油圧スイツチを設け、燃料制御弁の開
度を小さくして燃料量を少なくした際に生じる燃
料油圧の低下を検知しこれをFDFの回転速度指
令信号値を小さくする信号として用い、もつて極
軽負荷時においてもフイードバツク制御ができる
ようにしたボイラの排ガス低酸素燃焼制御装置を
提案するものである。

〔発明の実施例〕

第４図はこの発明の一実施例を示すものであ
る、図において４１は関係部分のみを抜粋したボ
イラ構造体、４２は燃料配管、４３はFDF１６
から送られる燃焼用空気を後述するバーナ４４へ
導びく風箱、４４は燃料油を噴霧して燃焼させる
バーナ、４５は燃料制御弁４７の出側に取付けら
れた油圧スイツチで上記バーナ４４に供給される
燃料油圧の変動を検知する。４６はこの油圧スイ
ツチ４５と燃料制御弁４７との間に設置された油
圧指示計、４８はボイラ負荷量（蒸気使用量）に
応じて燃料量を調節する燃料調節弁、４９は煙道
（および煙突）、５０は煙道４９に取付けられた排
ガス残存酸素濃度計、５１は給水配管、５２は蒸
気配管である。

また第５図はこの発明の排ガス低酸素燃焼制御
のフローチヤートを示すものであり、図中１１〜
２２は第２図に示す従来のものと全く同一であ
る。２３は燃料油圧が通常の設定値以上か以下か
の判別回路、２４は設定した定数を減算する定数
減算器、２５は定数の減算を禁止する定数減算禁
止回路である。

以上の構成において、ボイラ負荷量が０〜100
〔％〕に変化した場合の各々の燃料量は、燃料調
節弁４８の開度を自動的に制御して決めている。
そして、この燃料量における排ガス残存酸素濃度
が設定した濃度になるように基準入力発生器２２
でFDF１６の回転速度を決めている。

排ガス残存酸素濃度のフイードバツク制御は、
従来と同様バーナ４４のヒステリシスによる酸素
濃度一定制御への影響を打ち消すのが主目的であ
り、またむだ時間が大きいため、このフイードバ
ツク制御の信号は増幅器１３で小さくしている。

通常は以上のように調整して運転を行なつてい
る。

ところで、前述の極軽負荷時に燃料制御弁４７
の開度が小さくなるように操作すると、バーナ４
４を流れる燃料量が少なくなり油圧も低下する。
この油圧変動は油圧スイツチ４５で検知され、そ
の値が設定値以下の場合には、油圧スイツチ４５
から極軽負荷の検知信号が出力される。

一方、第５図に示す油圧低下の判別回路２３で
は、油圧スイツチ４５からの極軽負荷の検知信
号、すなわち油圧低下の信号を受信すると、定数
減算器２４が動作するように指令を出し、定数減
算器２４は所定の減算値を加算器１４に出力す
る。したがつて、加算器１４では２２＋１３−２
４の計算が行なわれ、その計算結果は速度指令信
号として変速電動機１５に出力される。これによ
り、FDF１６の回転速度が制御され、その空気
量は上記定数減算器２４からの減算器がない場合
よりも少なくなる。

なお、定数減算器２４の減算値は、予想される
低油圧の下で排ガス残存酸素濃度一定制御の可調
整範囲内、すなわちフイードバツク制御により制
御可能な範囲内となるように予め設定される。

燃料制御弁４７を全開の状態に戻すと、バーナ
４４への供給油量が増大してその油圧も上昇し、
この油圧上昇は油圧スイツチ４５により検知され
る。この検知信号は第５図に示す判別回路２３で
受信され、その値が設定値以上の場合には定数減
算禁止回路２５が動作するように指令を出す。こ
れにより定数減算器２４からの減算値の加算器１
４への出力が停止され、再び通常の制御となる。

なお上記実施例では、燃料配管４２に油圧スイ
ツチ４５を１個設けたものについて説明したが、
これを２個以上設けて油圧の調整を２段階以上と
してもよく、これにより、よりきめの細かい制御
が可能となる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、油圧配管に設
けた油圧スイツチにより油圧変動を検知し、油圧
低下の検知信号をFDFの速度指令信号値を小さ
くする信号として用いているので、極軽負荷時に
蒸気圧による高圧停止を避けるために油量を強制
的に減少させた場合においても確実にフイードバ
ツク制御により排ガス残存酸素濃度一定制御が可
能となる。この結果極軽負荷時でも残存酸素濃度
を下げることができ、ボイラ効率の向上および省
燃料を図ることができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の極軽負荷時の燃焼フローチヤー
ト、第２図は従来の排ガス低酸素燃焼制御のフロ
ーチヤート、第３図は排ガス低酸素燃焼制御時に
おけるボイラ負荷量と諸値との関係を示すグラ
フ、第４図はこの発明の一実施例を示す構成図、
第５図はこの発明の排ガス低酸素燃焼制御のフロ
ーチヤートである。 １１……比較器、１２……酸素濃度演算器、１
３……増幅器、１４……加算器、１６……FDF、
１７……ボイラ、１９……酸素濃度フイードバツ
ク回路、２２……基準入力発生器、２３……判別
回路、２４……定数減算器、２５……定数減算禁
止回路、４４……バーナ、４５……油圧スイツ
チ、４７……燃料制御弁、なお各図中、同一符号
は同一または相当部分を示すものとする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バーナに供給される燃料油量に合わせ押込通
   風機の回転速度を可変してボイラへの燃焼用空気
   量を制御するボイラの燃焼制御において、ボイラ
   の負荷量に応じて押込通風機の回転速度を決定す
   る基準入力発生器と、ボイラ煙道内の排ガス残存
   酸素濃度の設定値とフイードバツクされた排ガス
   残存酸素濃度の検出値とを比較演算する演算器
   と、この演算器での演算結果を燃焼系がハンチン
   グしない適当な値に小さくする増幅器と、上記基
   準入力発生器からの信号を上記増幅器からの信号
   により補正しその補正値を速度指令信号として上
   記押込通風機の回転速度を可変制御する加算器
   と、上記バーナの燃料配管に設けられ燃料油圧の
   変動を検知する油圧スイツチと、この油圧スイツ
   チでの検出値が設定値以下の場合に上記加算器に
   所定の減算値を与えて該加算器の上記押込通風機
   への速度指令信号値を小さくする減算器と、上記
   油圧スイツチの検出値が設定値を越えた場合に上
   記減算器から加算器への出力を停止させる定数減
   算禁止回路とを備え、上記油圧スイツチの検出値
   が設定値以下の極軽負荷時においてもフイードバ
   ツク制御可能としたことを特徴とするボイラの排
   ガス低酸素燃焼制御装置。