JPH028213B2 - - Google Patents

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JPH028213B2
JPH028213B2 JP57050015A JP5001582A JPH028213B2 JP H028213 B2 JPH028213 B2 JP H028213B2 JP 57050015 A JP57050015 A JP 57050015A JP 5001582 A JP5001582 A JP 5001582A JP H028213 B2 JPH028213 B2 JP H028213B2
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JP
Japan
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oxygen concentration
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flow rate
fuel
air
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JP57050015A
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English (en)
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JPS58168814A (ja
Inventor
Atsushi Koishikawa
Shoji Watanabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は均熱炉、加熱炉、乾燥炉、反応炉等の
燃焼設備の空燃比制御方法に関し、主として熱交
率の優れた方法を提供することを目的とするもの
である。
一般に燃焼設備において、燃料原単位の向上及
び窒素酸化物(NOx)の発生抑制の観点から排
ガス中の酸素濃度を測定し、その酸素濃度を空燃
比制御系へフイードバツクし、設定酸素濃度目標
値と一致するように制御することは有効な制御方
法として利用されている。而して、より以上の省
エネルギー効果を狙つて空燃比制御系の酸素濃度
目標値を低くすると、未燃焼ガスの発生が多くな
り燃料損失の増加、アフターバーニング、黒煙発
生等の悪影響がでてくる。このため排ガス中の一
酸化炭素濃度を測定し、あらかじめ設定された限
界一酸化炭素濃度以上となつた場合、空燃比調節
計の出力を修正する制御方法がある。
ところが未燃焼ガスの発生は燃焼負荷によつて
異なるため、実測酸素濃度が酸素濃度目標値より
高い場合に、一酸化炭素濃度測定値が限界一酸化
炭素濃度以上となると、空燃比制御系が不安定と
なる。また、特開昭55−155184号公報に示された
排ガス温度を測定し、この排ガス温度から演算で
求めた限界酸素濃度及び限界一酸化炭素濃度を制
御目標値として排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素
濃度を測定して両者を前記制御目標値と一致させ
るように空燃比制御と炉圧制御を行う制御方法も
ある。ところが燃焼プロセスは複雑であり、実際
のプロセスに合つた制御目標値を演算で求めるこ
とは困難である。また炉圧制御は炎の方向性にも
影響するため空燃比制御のみで変更することはで
きない。
さらに、特開昭56−130534号公報には排ガス分
析にて未燃焼成分濃度を測定し、この測定結果に
従つて排ガス中の酸素濃度の目標値を変更する技
術が開示されている。しかしながらこの手段でも
未だ充分な制御精度が得られないことが分かつ
た。即ち、一般的な鋼材加熱炉の場合、冷片また
は温片の被加熱材を加熱炉に装入した後、加熱段
階では燃料流量を増加させ、目標加熱温度に到達
すると燃料流量を漸減させ、均熱状態での燃料流
量は必要最小限の量に維持される。この均熱状態
は長時間にわたり、燃料流量が少なくなつたこと
により燃焼の制御性は極めて不安定となりやす
い。このような場合、未燃焼成分濃度による排ガ
ス中の酸素濃度の目標値変更のみでは、より精度
の高い空燃比制御は望めない。
前述の如き空燃比制御における技術的課題の解
決に努力した本発明者等は連続的に酸素濃度目標
値を更新すると云う新知見により前述の課題を解
決した。
以下本発明を均熱炉の燃焼設備を例として詳細
に説明する。
さて排ガス中の酸素濃度と未燃焼ガス濃度の測
定であるが、ここで未燃焼ガスとは一酸化炭素
(CO)、水素(H2)、炭化水素(CH4等)の燃料
の未燃焼成分であり、両者の測定は、燃焼状態を
代表する位置の必要があり、均熱炉ではダウンテ
イクがよい。この場合、略同一位置の排ガス中の
酸素濃度と未燃焼ガス濃度を測定するのが精度上
好ましく、たとえば同じサンプリングガスを同時
に分析できる検出器を使用するのがよい。測定位
置が異なる場合は、それぞれの測定値が同一の燃
焼状態を代表している必要がある。
以上のようにして測定された酸素濃度と未燃焼
ガス濃度とは当該燃焼設備毎にほぼ第1図のよう
な関係がある。ここで曲線M1は平均的特性を示
す。この平均特性では酸素濃度が低下するに従い
1%付近から未燃焼ガスが発生し始めて燃焼状態
が悪くなるため、従来は酸素濃度目標値を1%程
度の一定値に固定する方式としていた。ところが
実際には酸素と未燃焼ガスとの関係は一義的には
決まらず、燃焼負荷、燃料組成の変動によつて第
1図破線M2―M4のように変化するため、1%以
上で未燃焼ガスが発生し、燃焼状態の悪い場合も
あり、また、もつと低い酸素濃度目標値でも未燃
焼ガスが発生しない場合もある。このため、低い
酸素濃度でかつ未燃焼ガスの発生の少ない良好な
燃焼状態は酸素濃度目標値を固定する方式では得
られず、また演算で酸素濃度目標値を求めること
も困難である。そこで本発明は当該燃焼設備毎に
求められる酸素濃度と未燃焼ガスの相関に基づい
て実測未燃焼ガス濃度で酸素濃度目標値補正量を
求め設定酸素濃度目標値に加えることによつて、
未燃焼ガス濃度を常に限界値以内に抑える最高酸
素濃度目標値を自動的に設定できるようにした。
その動作は次のようになる。第1図において、
点で良好に燃焼中のものが燃焼状態の変化で
点となつた場合、その時の未燃焼ガス濃度に応じ
て酸素濃度目標値が補正され点の良い燃焼状態
に戻る。つまり、自動的に最適酸素濃度目標値に
制御される。また次のような制御性の改善も得ら
れる。実測酸素濃度が酸素濃度目標値より低くな
つて未燃焼ガスが発生した場合、未燃焼ガス濃度
に応じて酸素濃度目標値が補正され、制御偏差が
大きくなり応答性が改善される。つまりプロセス
状態に応じた可変ゲイン特性を持つていることに
なる。
なお、第1図の酸素濃度と未燃焼ガス濃度との
関係は当該燃焼設備で使用する燃料の種類、例え
ばLNG、高炉廃ガス、転炉廃ガス等の種類およ
びこれらの燃料の成分組成、さらには複数種類の
燃料を混合使用する場合にはその配分比率等の操
業条件別に予め求めておく必要がある。本発明に
おいて設定操業条件とはこのような意味で用いる
ものである。
第2図は前記未燃焼ガス濃度(ppm)と酸素濃
度目標値補正量O2S2(%)との相関を当該燃焼設
備について求めたグラフであり、このようなグラ
フは当該燃焼設備毎に前記設定操業条件から燃焼
理論を基盤として経験的に求めておけばよい。
また本発明では前記補正に加えて燃料流量によ
つても酸素濃度目標値補正を行う。これは燃料流
量が低くなると、計装装置の各種誤差が大きくな
つて、プロセスゲインも変化するため、酸素濃度
制御性が悪くなり、未燃焼ガス発生確率が高くな
ることを避けるためである。この特性は各燃焼設
備によつて異なるため、当該燃焼設備毎に経験値
から設定される燃料流量と酸素濃度の相関に基づ
く実測燃料流量から酸素濃度目標値補正量を求め
設定酸素濃度目標値に加えることによつて、未燃
焼ガス発生をフイードフオワード的に防止するよ
うにした。
第3図は燃料流量(Nm3/hr)と酸素濃度目標
値補正量O2S2(%)との相関を示すグラフであ
り、前述の如く当該燃焼設備毎に設定操業条件お
よび経験値に基づき予め求めておくものである。
次に第4図は本発明の1実施例方法における装
置構成を示すブロツク図である。均熱炉の温度制
御系について説明する。1は均熱炉の排ガス流路
であり、該流路1に設けられた温度検出器2によ
り炉内温度を検出し炉内温度調節計3に入力す
る。炉内温度調節計3は設定炉内温度TSと検出
炉内温度から燃料流量を設定する。燃料流量調節
計4は燃料流量設定値となるように燃料流量検出
器5、燃料流量調節弁6によつて燃料流量を制御
する。
一方燃料流量設定信号は、空燃比乗算器7へも
入力され、空燃比乗算器7は燃料流量設定信号で
空燃比を乗算し、空気流量を設定する。空気流量
調節計8は空気流量設定値となるように空気流量
検出器9、空気流量調節弁10によつて空気流量
を制御する。以上のような温度制御系によつて炉
内温度を設定値に保つ。
次に本発明にかかわる酸素濃度制御方法につい
て説明する。排ガス中の酸素濃度、未燃焼ガス濃
度検出器11で実測された酸素濃度は変換器12
でリニアライズ及び電流変換され空燃比調節計1
3に入力される。空燃比調節計13の酸素濃度目
標値O2Sは、設定酸素濃度目標値O2S1と実測未燃
焼ガス濃度から求めた補正量O2S2と実測燃料流
量から求めた補正量O2S3を加算器14で加算さ
れたものが入力される。空燃比調節計13は前記
酸素濃度目標値O2Sと実測酸素濃度との差異を少
なくするような空燃比を出力し、その出力は空燃
比乗算器7へ入力される。
前記設定酸素濃度目標値O2S1は次のようにし
て設定する。即ち第3図の曲線M1のような低い
酸素濃度でも未燃焼ガス発生の少ない特性におい
て許容未燃焼ガス濃度を定め、該未燃焼ガス濃度
となるときの酸素濃度をO2S1とする。本発明に
おける1実施例としてO2S1は0.5%として良い結
果を得た。未燃焼ガス濃度による補正量O2S2
ついて説明する。未燃焼ガス濃度は酸素濃度、未
燃焼ガス濃度検出器11で実測され、変換器15
に入力され変換された出力は補正演算器16へ入
力される。補正演算器16では第2図のような補
正演算が行なわれ補正量O2S2が求められる。
次に燃料流量による補正値O2S3について説明
する。燃料流量検出器5によつて実測された燃料
流量は補正演算器17へも入力され、補正演算器
17では第3図のような補正演算が行なわれ、補
正量O2S3が求められる。以上のように空燃比制
御系において、実測未燃焼ガス濃度と、実測燃料
流量とで設定酸素濃度目標値を補正することによ
つて、酸素濃度目標値が自動的に最適値に制御さ
れ、また応答性も改善でき、常に最適燃焼状態が
得られるため省エネルギー低NOx操業に大きな
効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は酸素濃度と未燃焼ガス濃度との関係を
示すグラフ、第2図は未燃焼ガス濃度と酸素濃度
目標値補正量との関係を示すグラフ、第3図は燃
料流量による酸素濃度目標値補正量との関係を示
すグラフ、第4図は本発明方法を実施するための
設備の概略ブロツク線図である。 1…均熱炉、2…温度検出器、3…炉内温度調
節計、4…燃料流量調節弁、5…燃料流量検出
器、6…燃料流量調節弁、7…空燃比乗算器、8
…空気流量調節計、9…空気流量検出器、10…
空気流量調節弁、11…酸素濃度、未燃焼ガス濃
度検出器、12…変換器、13…空燃比調節計、
14…加算器、15…変換器、16…補正演算
器、17…補正演算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 設定炉内温度を目標値として炉内温度を実測
    し燃料流量および空気流量を制御する燃焼設備の
    空燃比制御方法において、燃焼廃ガス流路で酸素
    濃度と未燃焼ガス濃度を略同一位置でサンプリン
    グ測定し、当該燃焼設備で使用する燃料の種類、
    燃料成分組成および燃料混合の配分比率等の設定
    操業条件毎にあらかじめ求められている酸素濃度
    と未燃焼ガス濃度との相関に基づく酸素濃度目標
    値補正量を前記実測未燃焼ガス濃度から求めると
    共に、さらに当該燃焼設備毎に経験値および前記
    設定操業条件毎に設定される燃料流量と酸素濃度
    との相関に基づき実測燃料流量から酸素濃度目標
    値補正量を求め、設定酸素濃度目標値に前記両補
    正量を加えて連続的に酸素濃度目標値を更新し、
    該目標値と前記実測酸素濃度との差異を少なくす
    るように空燃比を制御することを特徴とする燃焼
    設備の空燃比制御方法。
JP5001582A 1982-03-30 1982-03-30 燃焼設備の空燃比制御方法 Granted JPS58168814A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04162807A (ja) * 1990-10-26 1992-06-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 混合装置

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