JPH0387513A - 工業炉の燃焼制御方法 - Google Patents
工業炉の燃焼制御方法Info
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- JPH0387513A JPH0387513A JP1223017A JP22301789A JPH0387513A JP H0387513 A JPH0387513 A JP H0387513A JP 1223017 A JP1223017 A JP 1223017A JP 22301789 A JP22301789 A JP 22301789A JP H0387513 A JPH0387513 A JP H0387513A
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Landscapes
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〉
本発明は、ボイラ等の工業炉の燃焼状態を良好に維持す
る燃焼制御方法に関するものである。
る燃焼制御方法に関するものである。
(従来の技術)
今年、燃焼装置の火炉内において、燃焼排ガス中のNO
,を低減するため各種バーナを用いて、例えば二段燃焼
方式、排ガス混入方式および火炎分割方式等の燃焼方式
が実施されている。これらの方法はいづれも燃焼温度を
低下させるか、若しくは空気供給量を低下させ、または
これらの方法を組み合せたものであって、高温且つ空気
供給量過剰の状態において発生し易いいわゆるサーマル
NO,1を抑制するものである。また、この他に燃料中
に含有する窒素化合物を原因として発生するいわゆるフ
ューエルNO,もあり、このフューエルNO,の低減法
として、低酸素分圧下での燃焼が望ましいとされている
。これらサーマルNO,およびフューエルNO,を低減
するため、特開昭61−1903号公報では、炉内に段
階的にバーナを配設し、まず下段において、例えば空気
比を0.7以下、つまり供給総空気量中の平均酸素濃度
が17%以下の極端な燃料過剰状態で強還元燃焼を行な
い、次に中段において、空気供給量(空気比0.8〜0
.9程度)により燃焼を行ない、最後に上段において、
不足分の空気が供給されて、未燃分の完全燃焼のために
消費されるべき理論量により燃焼を行なう方法が記載さ
れている。上記公報記載の多段燃焼を炉内で行うために
は、各バーナごとに燃焼用空気を適切に供給する必要が
ある。
,を低減するため各種バーナを用いて、例えば二段燃焼
方式、排ガス混入方式および火炎分割方式等の燃焼方式
が実施されている。これらの方法はいづれも燃焼温度を
低下させるか、若しくは空気供給量を低下させ、または
これらの方法を組み合せたものであって、高温且つ空気
供給量過剰の状態において発生し易いいわゆるサーマル
NO,1を抑制するものである。また、この他に燃料中
に含有する窒素化合物を原因として発生するいわゆるフ
ューエルNO,もあり、このフューエルNO,の低減法
として、低酸素分圧下での燃焼が望ましいとされている
。これらサーマルNO,およびフューエルNO,を低減
するため、特開昭61−1903号公報では、炉内に段
階的にバーナを配設し、まず下段において、例えば空気
比を0.7以下、つまり供給総空気量中の平均酸素濃度
が17%以下の極端な燃料過剰状態で強還元燃焼を行な
い、次に中段において、空気供給量(空気比0.8〜0
.9程度)により燃焼を行ない、最後に上段において、
不足分の空気が供給されて、未燃分の完全燃焼のために
消費されるべき理論量により燃焼を行なう方法が記載さ
れている。上記公報記載の多段燃焼を炉内で行うために
は、各バーナごとに燃焼用空気を適切に供給する必要が
ある。
従来の燃焼装置において、燃焼用空気は、まずコモンダ
クトを通り、次にバーナ燃焼用ダクトに個々に分かれて
導入され、ダクト炉内開口近傍に配設された各バーナへ
供給されているが、燃焼用空気の状態を調べるために、
コモンダクトに酸素センサを配設し、その代表点のみの
酸素濃度を測定していた。
クトを通り、次にバーナ燃焼用ダクトに個々に分かれて
導入され、ダクト炉内開口近傍に配設された各バーナへ
供給されているが、燃焼用空気の状態を調べるために、
コモンダクトに酸素センサを配設し、その代表点のみの
酸素濃度を測定していた。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、代表点をコモンダクト内で計測していた
のでは、前述したような適切な空気供給量による多段燃
焼を行なえず、即ちバーナ個々の最適燃焼化(燃焼管理
)が行なえず、燃焼排ガス中のNl]Hの低減が有効に
行なえなかった。
のでは、前述したような適切な空気供給量による多段燃
焼を行なえず、即ちバーナ個々の最適燃焼化(燃焼管理
)が行なえず、燃焼排ガス中のNl]Hの低減が有効に
行なえなかった。
本発明の目的は、バーナ個々に供給される燃焼空気の状
態を検出し、バーナ個々の燃焼管理を行うことができる
工業炉の燃焼制御方法を提供せんとするにある。
態を検出し、バーナ個々の燃焼管理を行うことができる
工業炉の燃焼制御方法を提供せんとするにある。
(課題を解決するための手段)
本発明の燃焼制御方法は、排ガス再循環方式の工・業炉
において、各バーナへ燃焼用空気を導く個々のダクトに
設けられて流入する燃焼用空気供給量を調節する弁手段
と、該各弁手段および前記各バーナ間の個々のダクト内
に突出状態で設けられた燃焼用空気分析装置とを具え、
該燃焼用空気分析装置によって燃焼用空気中の酸素濃度
および流速を測定し、この測定値により工業炉の火炉内
の燃焼をフィードフォーワード制御することを特徴とす
るものである。
において、各バーナへ燃焼用空気を導く個々のダクトに
設けられて流入する燃焼用空気供給量を調節する弁手段
と、該各弁手段および前記各バーナ間の個々のダクト内
に突出状態で設けられた燃焼用空気分析装置とを具え、
該燃焼用空気分析装置によって燃焼用空気中の酸素濃度
および流速を測定し、この測定値により工業炉の火炉内
の燃焼をフィードフォーワード制御することを特徴とす
るものである。
(作 用)
本発明によれば、個々のダクトにおける燃焼用空気の酸
素濃度および空気流量を測定する燃焼用空気分析装置を
各ダクトのバーナおよび弁部材間に設けているため、各
バーナへ供給される空気量が検知でき、したがって、バ
ーナ個々の燃焼状態をフィードフォーワード制御するこ
とができ、しかも従来では各ダクト内の異なる空気流量
のため生じていた燃焼のバラツキを補正して、バーナ間
の燃焼バランスを整合させることができる。この燃焼バ
ランスを整合した結果として、燃焼により発生するNO
,を著しく低減することが可能となる。
素濃度および空気流量を測定する燃焼用空気分析装置を
各ダクトのバーナおよび弁部材間に設けているため、各
バーナへ供給される空気量が検知でき、したがって、バ
ーナ個々の燃焼状態をフィードフォーワード制御するこ
とができ、しかも従来では各ダクト内の異なる空気流量
のため生じていた燃焼のバラツキを補正して、バーナ間
の燃焼バランスを整合させることができる。この燃焼バ
ランスを整合した結果として、燃焼により発生するNO
,を著しく低減することが可能となる。
〈実施例)
本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第1図に工業用燃焼炉の概略図を示す。1は火炉を、3
は火炉1に燃焼用空気を導入し各バーナに燃焼用空気を
供給し且つ各室に仕切られたセパレートダクトを、5は
セパレートダクト3に流れ込む燃焼用空気の流量を制限
する弁部材を夫々示す。火炉1にはセパレートダクト3
から火炉1に突出して設けられたバーナが各段に4本づ
つ2段にわたって配置されている。下段のバーナ7は還
元バーナであって上段のバーナ9が主バーナである。こ
れらバーナの上部炉壁にはNOボー)11が形成されて
、これらによって二段燃焼を行うように構成されている
。
は火炉1に燃焼用空気を導入し各バーナに燃焼用空気を
供給し且つ各室に仕切られたセパレートダクトを、5は
セパレートダクト3に流れ込む燃焼用空気の流量を制限
する弁部材を夫々示す。火炉1にはセパレートダクト3
から火炉1に突出して設けられたバーナが各段に4本づ
つ2段にわたって配置されている。下段のバーナ7は還
元バーナであって上段のバーナ9が主バーナである。こ
れらバーナの上部炉壁にはNOボー)11が形成されて
、これらによって二段燃焼を行うように構成されている
。
また、セパレートダクト3に燃焼用空気を供給するコモ
ンダクト13が設けられており、このコモンダクト13
へは、ニアブロワ15からエアヒータ17を経て送られ
る例えば酸素濃度20.6%の空気に、排ガス再循環路
19を経て送られる例えば酸素濃度2%の燃焼排ガスの
一部が混合された例えば酸素濃度17%の燃焼用空気が
供給される。これは一般に排ガス再循環方式と称されて
いる。さらに、各セパレートダクト3の、各バーナおよ
び各弁部材の間の位置に、燃焼用空気分析装置21が各
ダクトの管壁を貫通して挿入されている。
ンダクト13が設けられており、このコモンダクト13
へは、ニアブロワ15からエアヒータ17を経て送られ
る例えば酸素濃度20.6%の空気に、排ガス再循環路
19を経て送られる例えば酸素濃度2%の燃焼排ガスの
一部が混合された例えば酸素濃度17%の燃焼用空気が
供給される。これは一般に排ガス再循環方式と称されて
いる。さらに、各セパレートダクト3の、各バーナおよ
び各弁部材の間の位置に、燃焼用空気分析装置21が各
ダクトの管壁を貫通して挿入されている。
次に、本発明による燃焼用空気分析装置の具体的一実施
例について以下に第2図に基づき説明する。
例について以下に第2図に基づき説明する。
第2図において、被測定ガスである燃焼用空気〈以下「
被測定ガス」と称する。〉の酸素濃度を測定する酸素セ
ンサ用プローブ31と、同じく被測定ガスの流量を測定
する流量センサ用プローブ33とが、例えば各セパレー
トダクト3の壁部35に形成される開口37に挿通され
、これらプローブ31゜33がそれら基端部即ち端子箱
39にて一体にされ、この端子箱39に形成された取付
フランジ41と、壁部35に設けられた壁側フランジ4
3とを螺合し、前記プローブ31,33の挿通状態を維
持している。
被測定ガス」と称する。〉の酸素濃度を測定する酸素セ
ンサ用プローブ31と、同じく被測定ガスの流量を測定
する流量センサ用プローブ33とが、例えば各セパレー
トダクト3の壁部35に形成される開口37に挿通され
、これらプローブ31゜33がそれら基端部即ち端子箱
39にて一体にされ、この端子箱39に形成された取付
フランジ41と、壁部35に設けられた壁側フランジ4
3とを螺合し、前記プローブ31,33の挿通状態を維
持している。
第3図(a)、 (b)にその断面図および側面図で詳
細に示すように、酸素センサ用のプローブ31の先端側
には、例えば有底円筒状の酸素センサ45がそれが例え
ば焼散め法によって気密に固定されたセンサ留金具47
を介してネジ等によってプローブ31のプローブ治具5
3に螺着されている。このように取付けられた酸素セン
サ45の周囲にはさらに、ヒータ49を内蔵するヒータ
保持具51(これらがヒータユニットを構成する)がセ
ンサ留金具47に内側から嵌合され、セメント接着によ
って一体的に固定されている。したがって、酸素センサ
45およびセンサ留金具47並びにヒータ49およびヒ
ータ保持具51 (即ちヒータユニット)が一体構造と
なってセンサユニット52を構成する。
細に示すように、酸素センサ用のプローブ31の先端側
には、例えば有底円筒状の酸素センサ45がそれが例え
ば焼散め法によって気密に固定されたセンサ留金具47
を介してネジ等によってプローブ31のプローブ治具5
3に螺着されている。このように取付けられた酸素セン
サ45の周囲にはさらに、ヒータ49を内蔵するヒータ
保持具51(これらがヒータユニットを構成する)がセ
ンサ留金具47に内側から嵌合され、セメント接着によ
って一体的に固定されている。したがって、酸素センサ
45およびセンサ留金具47並びにヒータ49およびヒ
ータ保持具51 (即ちヒータユニット)が一体構造と
なってセンサユニット52を構成する。
かかる酸素センサ45の被測定ガスに曝される側には、
ダスト等の流入を阻止するため、プローブ治具53に、
フィルタ保持具55を嵌合し、このフィルタ保持具55
に設けられた開口部にフィルタ57が嵌挿され、このフ
ィルタ57は、中心部に開口を有する押圧治具59をネ
ジ締めすることにより固定されている。ところでフィル
タ保持具55のセンサ留金具47と衝合する側の外側隅
部の外周部に段部を設けて、このフィルタ保持具55の
段部とプローブ治具53の間にガス通路60を形成する
。さらにこのフィルタ保持具55の校正ガス導入管61
の出口側の開口部63に一致させて内部空間67へ通じ
るガス出入口69を設け、さらにこのフィルタ保持具5
5のガス出入口69の反対側の部分とほぼ対向するプロ
ーブ治具53の位置に、ガス排出口69を設ける。した
がって、内部空間67から被測定ガス空間までの連通空
間が形成される。このため、内部空間67に導入された
被測定ガス若しくは校正ガスを迅速に外部へ排出するこ
とができる。
ダスト等の流入を阻止するため、プローブ治具53に、
フィルタ保持具55を嵌合し、このフィルタ保持具55
に設けられた開口部にフィルタ57が嵌挿され、このフ
ィルタ57は、中心部に開口を有する押圧治具59をネ
ジ締めすることにより固定されている。ところでフィル
タ保持具55のセンサ留金具47と衝合する側の外側隅
部の外周部に段部を設けて、このフィルタ保持具55の
段部とプローブ治具53の間にガス通路60を形成する
。さらにこのフィルタ保持具55の校正ガス導入管61
の出口側の開口部63に一致させて内部空間67へ通じ
るガス出入口69を設け、さらにこのフィルタ保持具5
5のガス出入口69の反対側の部分とほぼ対向するプロ
ーブ治具53の位置に、ガス排出口69を設ける。した
がって、内部空間67から被測定ガス空間までの連通空
間が形成される。このため、内部空間67に導入された
被測定ガス若しくは校正ガスを迅速に外部へ排出するこ
とができる。
斯様な所定形状の酸素センサに対して、被測定ガスがフ
ィルタ57を通過して内部空間67中に導入され、その
一部は被測定ガスの濃度差によるガス拡散および熱対流
によってガス置換が行われ、酸素センサ45の内側深部
に設けられた測定電極に到達する。その他の被測定ガス
は、図示のように、ガス出入口65、ガス通路60およ
びガス排出口69を通り外部へ放出される。したがって
、この酸素センサ45には、被測定ガスの流入から流出
へ至るガス流の通路が設けられているため、被測定ガス
が内部空間に速やかに導入され、しかも酸素センサの測
定電極へはほぼ平衡状態を保ちながらガス置換が行われ
ることによって、酸素センサ45の応答性を高く保ちつ
つ、熱衝撃に対する保護をも同時に行うことができる。
ィルタ57を通過して内部空間67中に導入され、その
一部は被測定ガスの濃度差によるガス拡散および熱対流
によってガス置換が行われ、酸素センサ45の内側深部
に設けられた測定電極に到達する。その他の被測定ガス
は、図示のように、ガス出入口65、ガス通路60およ
びガス排出口69を通り外部へ放出される。したがって
、この酸素センサ45には、被測定ガスの流入から流出
へ至るガス流の通路が設けられているため、被測定ガス
が内部空間に速やかに導入され、しかも酸素センサの測
定電極へはほぼ平衡状態を保ちながらガス置換が行われ
ることによって、酸素センサ45の応答性を高く保ちつ
つ、熱衝撃に対する保護をも同時に行うことができる。
同様に、酸素センサの出力を校正するための校正ガス導
入の際には、まず校正ガスは、プローブ31の外側に配
される校正ガス導入管61を通り、開口部63およびガ
ス出入口65を経て内部空間67に充満される。このと
き、内部空間67は正圧状態になるため、被測定ガスの
流入は阻止される。内部空間67に充満した校正ガスの
一部は酸素センサ45の深部へ、ガス濃度差によるガス
拡散およびガス対流によってガス置換が行われて達し、
測定電極に接触する。その他の校正ガスは、内部空間6
7が被測定ガス雰囲気の圧力に対し負圧になった時点で
ガス通路60を経てガス排出口69から排出される。
入の際には、まず校正ガスは、プローブ31の外側に配
される校正ガス導入管61を通り、開口部63およびガ
ス出入口65を経て内部空間67に充満される。このと
き、内部空間67は正圧状態になるため、被測定ガスの
流入は阻止される。内部空間67に充満した校正ガスの
一部は酸素センサ45の深部へ、ガス濃度差によるガス
拡散およびガス対流によってガス置換が行われて達し、
測定電極に接触する。その他の校正ガスは、内部空間6
7が被測定ガス雰囲気の圧力に対し負圧になった時点で
ガス通路60を経てガス排出口69から排出される。
したがって、校正ガスの導入時に酸素センサ45の測定
電極を校正ガスが直撃せず、即ち急冷することがなく、
しかも、被測定ガスの測定時と校正ガスの導入時との間
における酸素センサの温度変化が少なく、精度の高い校
正を可能にする。
電極を校正ガスが直撃せず、即ち急冷することがなく、
しかも、被測定ガスの測定時と校正ガスの導入時との間
における酸素センサの温度変化が少なく、精度の高い校
正を可能にする。
一方、プローブ33の先端側には、第4図に示すように
被測定ガスの流速を測定する定温変形熱線式流速センサ
(以下に「流速センサJと略称する)71が設けられて
いる。この流速センサ71は、流速を測定する悪風素子
73と、温度補償のための風温素子75とを有し、また
プローブ33の、前記流速センサ71に対応する部分に
おいて、網目(メツシュ)フィルタ72が設けられて、
プローブ33内へのダスト等の流入を排除しつつ被測定
ガスが導入されるようにしている。ところで、悪風素子
の原理を説明すると被測定ガス流内に配置され、センサ
部分としての抵抗線に電流が流されて加熱されたセンサ
部分に、被測定ガスが当たると、抵抗線が冷却されてそ
の温度が下がる。この時に奪われる熱量は流速に関係し
、このときの流速U(m/s)と放散熱量Hの関係はK
ingの式で示される。
被測定ガスの流速を測定する定温変形熱線式流速センサ
(以下に「流速センサJと略称する)71が設けられて
いる。この流速センサ71は、流速を測定する悪風素子
73と、温度補償のための風温素子75とを有し、また
プローブ33の、前記流速センサ71に対応する部分に
おいて、網目(メツシュ)フィルタ72が設けられて、
プローブ33内へのダスト等の流入を排除しつつ被測定
ガスが導入されるようにしている。ところで、悪風素子
の原理を説明すると被測定ガス流内に配置され、センサ
部分としての抵抗線に電流が流されて加熱されたセンサ
部分に、被測定ガスが当たると、抵抗線が冷却されてそ
の温度が下がる。この時に奪われる熱量は流速に関係し
、このときの流速U(m/s)と放散熱量Hの関係はK
ingの式で示される。
tl=(a+b−υ1/′″) (T−Ta)
(1)ここで H:放散熱量 a、b、+n :流体などにより決まる定数U:流速 T:加熱された物体(すなわち熱線 の温度) Ta:周囲流体の温度 しかし、定温度型熱線流速センサでは放散熱量と同じだ
けの熱量を電流により供給し、放散熱量と供給熱量とを
常に一定に保ち、抵抗温度を一定に保っている。したが
って、流速はこの供給熱量を測定することにより求めら
れる。このため、熱線を一辺にもつブリッジ回路を構成
し、この熱線の抵抗をR1+ 、熱線に流れる電流を1
.とすると、供給熱量Qは、 Q=In2 ・R,(2) となり、このとき放散熱量Hと供給熱量Qはつりあって
いるためH=Qとおくと、 1)1” ・R,= (a+b−U ”’ )(T−
Ta) (3)したがって、h T関係およびT
aが既知であれば、電流値IHを測定することにより、
流速Uを求めることができる。ただし、Taを求めるた
めに、風温素子75を使用して、被測定ガスの温度を測
定する。
(1)ここで H:放散熱量 a、b、+n :流体などにより決まる定数U:流速 T:加熱された物体(すなわち熱線 の温度) Ta:周囲流体の温度 しかし、定温度型熱線流速センサでは放散熱量と同じだ
けの熱量を電流により供給し、放散熱量と供給熱量とを
常に一定に保ち、抵抗温度を一定に保っている。したが
って、流速はこの供給熱量を測定することにより求めら
れる。このため、熱線を一辺にもつブリッジ回路を構成
し、この熱線の抵抗をR1+ 、熱線に流れる電流を1
.とすると、供給熱量Qは、 Q=In2 ・R,(2) となり、このとき放散熱量Hと供給熱量Qはつりあって
いるためH=Qとおくと、 1)1” ・R,= (a+b−U ”’ )(T−
Ta) (3)したがって、h T関係およびT
aが既知であれば、電流値IHを測定することにより、
流速Uを求めることができる。ただし、Taを求めるた
めに、風温素子75を使用して、被測定ガスの温度を測
定する。
この熱線式悪風素子73の特徴は、他の差圧式流量測定
、カルマン渦流量測定に比べて、流体の圧力、粘度等の
影響を受けない点にあり、ボイラのような工業炉に流入
する燃焼用空気の場合には、ドラフト圧が大きいので特
に有効である。また、この形式は、構造的にも小形、軽
量化が図れるため便利である。
、カルマン渦流量測定に比べて、流体の圧力、粘度等の
影響を受けない点にあり、ボイラのような工業炉に流入
する燃焼用空気の場合には、ドラフト圧が大きいので特
に有効である。また、この形式は、構造的にも小形、軽
量化が図れるため便利である。
以上のように酸素センサ45を有するプローブ31と流
速センサ71を有するプローブ33とがその基端部にて
一体にされ、しかもそれぞれのプローブの先端側に互い
の作動を妨害しないように近接して配置しているため、
バーナ燃焼用空気中の酸素濃度および燃焼空気流量(即
ち酸素流量〉をほぼ同一の設置点において連続的に測定
することができる。
速センサ71を有するプローブ33とがその基端部にて
一体にされ、しかもそれぞれのプローブの先端側に互い
の作動を妨害しないように近接して配置しているため、
バーナ燃焼用空気中の酸素濃度および燃焼空気流量(即
ち酸素流量〉をほぼ同一の設置点において連続的に測定
することができる。
次に、プローブ11の先端部への酸素センサ45の取付
構造の変形例としては、第5図の要部断面図にて示すよ
うに、内向きフランジ83を有するプローブ11に、そ
の外方から金属製の円筒状のセンサ支持管85が挿入さ
れ、このセンサ支持管85には外向きフランジ87と、
截頭円錐状の部分89とを具え、この截頭円錐状の部分
89に設けられた開口90に、有底円筒状の酸素センサ
91が、その底部をフランジ側に向けて嵌合されている
。
構造の変形例としては、第5図の要部断面図にて示すよ
うに、内向きフランジ83を有するプローブ11に、そ
の外方から金属製の円筒状のセンサ支持管85が挿入さ
れ、このセンサ支持管85には外向きフランジ87と、
截頭円錐状の部分89とを具え、この截頭円錐状の部分
89に設けられた開口90に、有底円筒状の酸素センサ
91が、その底部をフランジ側に向けて嵌合されている
。
さらに、センサ支持管85に、外向きフランジ93を有
する円筒状の被測定ガス導入管95を外方から挿入し、
センサ支持管85および被測定ガス導入管95をそれら
の外向きフランジ87および93の区域でボルト等によ
って内向きフランジ83にねじ止めすることにより、プ
ローブ11に固定することができる。ところで、内向き
フランジ83および外向き7ランジ87を貫通する校正
ガス導入管84が設けられて、校正ガスがセンサ支持管
85および被測定ガス導入管95の間に形成された空隙
を通り酸素センサ91に送られるようにしている。なお
、前記被測定ガス導入管95のフランジ側聞口97に、
除塵用の多孔質製のセラミックフィルタ99がアルミナ
セメント等の手段により接着されている。
する円筒状の被測定ガス導入管95を外方から挿入し、
センサ支持管85および被測定ガス導入管95をそれら
の外向きフランジ87および93の区域でボルト等によ
って内向きフランジ83にねじ止めすることにより、プ
ローブ11に固定することができる。ところで、内向き
フランジ83および外向き7ランジ87を貫通する校正
ガス導入管84が設けられて、校正ガスがセンサ支持管
85および被測定ガス導入管95の間に形成された空隙
を通り酸素センサ91に送られるようにしている。なお
、前記被測定ガス導入管95のフランジ側聞口97に、
除塵用の多孔質製のセラミックフィルタ99がアルミナ
セメント等の手段により接着されている。
プローブ11の内部には、プローブの基端側から挿入さ
れたステンレス製の支持金具101がプローブ11と同
芯状に延在し、この支持金具101とプローブ11との
間を基準ガスが拡散により流入されるようにしている。
れたステンレス製の支持金具101がプローブ11と同
芯状に延在し、この支持金具101とプローブ11との
間を基準ガスが拡散により流入されるようにしている。
また、この支持金具101には酸素センサ近傍の温度を
計測する温度検知手段103、例えば熱電対等が取付金
具105により取り付けられている。さらに支持金具1
01の先端には、接合フランジ109を介して、環状の
ヒータ113を有するヒータ支持管115が連結されて
いる。このヒータ支持管115の内壁には、電気的接触
子117が絶縁碍子118を介して設けられおり、この
接触子117は、接触端子と、それを保持する凹状のリ
ングとから構成することができる。このような構成とす
ることにより、酸素センサが接触子117に挿入される
と、酸素センサの所定の外表面に設けられた電極に電気
的に接続することができる。
計測する温度検知手段103、例えば熱電対等が取付金
具105により取り付けられている。さらに支持金具1
01の先端には、接合フランジ109を介して、環状の
ヒータ113を有するヒータ支持管115が連結されて
いる。このヒータ支持管115の内壁には、電気的接触
子117が絶縁碍子118を介して設けられおり、この
接触子117は、接触端子と、それを保持する凹状のリ
ングとから構成することができる。このような構成とす
ることにより、酸素センサが接触子117に挿入される
と、酸素センサの所定の外表面に設けられた電極に電気
的に接続することができる。
斯様に構成された装置は、その全部品が取り付けられた
状態において、被測定ガス導入管95とセンサ支持管8
5との間に円筒状の隙間が形成され、この隙間が、セン
サ支持管85を貫通してこの隙間に延在する校正ガス導
入管84のガス吹出口からのガスを案内し、検出セルの
基部側にその外周からガスを先端側に吹出させる。さら
にこの隙間は、隙間自体の表面積が大なることから、そ
の近傍にセル支持管85およびヒータ支持管115の管
壁を隔てて位置するヒータ113から校正ガスに熱を効
率良く伝達する。したがって、被測定ガスとの温度差が
大きい校正ガスを、検出セルに吹付けることによる検出
セルの急冷即ち温度調節の乱れを少なくすることができ
る。
状態において、被測定ガス導入管95とセンサ支持管8
5との間に円筒状の隙間が形成され、この隙間が、セン
サ支持管85を貫通してこの隙間に延在する校正ガス導
入管84のガス吹出口からのガスを案内し、検出セルの
基部側にその外周からガスを先端側に吹出させる。さら
にこの隙間は、隙間自体の表面積が大なることから、そ
の近傍にセル支持管85およびヒータ支持管115の管
壁を隔てて位置するヒータ113から校正ガスに熱を効
率良く伝達する。したがって、被測定ガスとの温度差が
大きい校正ガスを、検出セルに吹付けることによる検出
セルの急冷即ち温度調節の乱れを少なくすることができ
る。
次に燃焼用空気分析装置21における測定値の処理回路
について説明する。
について説明する。
第6図に示すブロック図において、センサユニット52
の酸素センサ45から燃焼用空気の酸素濃度に対応する
出力電圧が酸素センサ45に接続される02演算器12
1に供給され、そこで酸素センサ45の制御を行なうと
ともに出力電圧と酸素濃度との関係を直線化し、校正し
、圧力補正する各種の処理が行なわれる。0□演算器1
21 において処理された出力電圧は、口□演算器12
1に接続されるWet/Dry変換器125に供給され
、そこで、水分を含有する湿り酸素濃度の計測値を水分
を含有しない乾き酸素濃度の計測値に換算する処理が行
われる。この乾き空気の計測値は図示しない制御装置へ
出力され、制御装置ではこの値によってフィードフォー
ワード制御が行われる。このWet/Dry変換器12
5の演算のために必要なデータは、入力端子OおよびF
から空気比演算器129および混合比演算器127を経
てWet/Dry変換器125に入力される。
の酸素センサ45から燃焼用空気の酸素濃度に対応する
出力電圧が酸素センサ45に接続される02演算器12
1に供給され、そこで酸素センサ45の制御を行なうと
ともに出力電圧と酸素濃度との関係を直線化し、校正し
、圧力補正する各種の処理が行なわれる。0□演算器1
21 において処理された出力電圧は、口□演算器12
1に接続されるWet/Dry変換器125に供給され
、そこで、水分を含有する湿り酸素濃度の計測値を水分
を含有しない乾き酸素濃度の計測値に換算する処理が行
われる。この乾き空気の計測値は図示しない制御装置へ
出力され、制御装置ではこの値によってフィードフォー
ワード制御が行われる。このWet/Dry変換器12
5の演算のために必要なデータは、入力端子OおよびF
から空気比演算器129および混合比演算器127を経
てWet/Dry変換器125に入力される。
また、悪風素子73および風温素子75において計測さ
れた電流1.および温度Taから流速IJ (m/s)
が式(3)より求められ、そのデータがこれら素子に接
続された質量流量演算器133に出力される。この演算
器133では、入力端子A、 P、 tからのデー
タに基づいて、流速U (m/s)から質量流量M(k
g/S)への換算が行われ、次段の体積流量演算器13
7にて、l/ρ0演算器135からのデータに基づいて
、質量流量M(kg/s)から体積流量(m’/S)へ
の換算が行われ、出力変換器を経て制御装置へ出力され
る。
れた電流1.および温度Taから流速IJ (m/s)
が式(3)より求められ、そのデータがこれら素子に接
続された質量流量演算器133に出力される。この演算
器133では、入力端子A、 P、 tからのデー
タに基づいて、流速U (m/s)から質量流量M(k
g/S)への換算が行われ、次段の体積流量演算器13
7にて、l/ρ0演算器135からのデータに基づいて
、質量流量M(kg/s)から体積流量(m’/S)へ
の換算が行われ、出力変換器を経て制御装置へ出力され
る。
次に、各回路を詳細に説明すると、空気比演算器129
は、次の原理に基づいて演算を行う。燃料が気体燃料で
ある場合、気体燃料中の各種ガス成分(%)を、CO□
%、C0%、02%、CH,%、C,H,、%、C5H
12%、N2%、0゜%、820%とすると、理論空気
量Aa (N、3/N 、3)i;!、 ・・・(4) であり、燃焼後の排ガスの各成分体積は、GCO,=(
CO2+CO+ Σm −C,H,、)/100
−(5)GHzO= (L +820+ Σ C,It、、)/100 ・・・(6) GO2= ・A ・(μ ml) ・・・(7) 湿りく水分含有)排ガスの体積G(N、’/N 、’)
はG=GCO2+GH20+G口a”GNz=GKl+
μXA Q −(9)空気比μは(7
)、(9)式より (ただし、0゜ECIT :燃焼排ガス中の酸素濃度〉
が求められる。即ち燃料の各組成に関するデータと燃焼
排ガス中の湿り酸素濃度とから空気比μが求められる。
は、次の原理に基づいて演算を行う。燃料が気体燃料で
ある場合、気体燃料中の各種ガス成分(%)を、CO□
%、C0%、02%、CH,%、C,H,、%、C5H
12%、N2%、0゜%、820%とすると、理論空気
量Aa (N、3/N 、3)i;!、 ・・・(4) であり、燃焼後の排ガスの各成分体積は、GCO,=(
CO2+CO+ Σm −C,H,、)/100
−(5)GHzO= (L +820+ Σ C,It、、)/100 ・・・(6) GO2= ・A ・(μ ml) ・・・(7) 湿りく水分含有)排ガスの体積G(N、’/N 、’)
はG=GCO2+GH20+G口a”GNz=GKl+
μXA Q −(9)空気比μは(7
)、(9)式より (ただし、0゜ECIT :燃焼排ガス中の酸素濃度〉
が求められる。即ち燃料の各組成に関するデータと燃焼
排ガス中の湿り酸素濃度とから空気比μが求められる。
これがため、入力端子Oからは酸素センサ45からの燃
焼排ガスの酸素濃度に関するデータが入力され、入力端
子Fからは燃料の組成に関するデータが入力され、空気
比演算器129内で空気比μが求められる。
焼排ガスの酸素濃度に関するデータが入力され、入力端
子Fからは燃料の組成に関するデータが入力され、空気
比演算器129内で空気比μが求められる。
また燃焼排ガス中の0□以外の各成分濃度はU
のようにして算出できる。以上の算出も空気比演算器に
て行なわれる。
て行なわれる。
なお、燃料が固体若しくは液体燃料である場合も気体燃
料の場合と同様にして、燃料排ガス中の各成分濃度を算
出することができる。
料の場合と同様にして、燃料排ガス中の各成分濃度を算
出することができる。
また、混合比演算器127は、以下の原理に基づいて演
算を行う。
算を行う。
排ガス再循環方式において、燃焼排ガスを(lie(m
3〉取り込み、ニアブロワからの空気OA (i113
)に混合した場合、このときの混合比をMとすると、−
人 混合された空気量01Bは Qwn= OA +口EC(m3)・・・(16) このときの燃焼用空気中の酸素濃度を02wBw (%
)とすれば、混合前後の0□の収支関係より次式を得る
。
3〉取り込み、ニアブロワからの空気OA (i113
)に混合した場合、このときの混合比をMとすると、−
人 混合された空気量01Bは Qwn= OA +口EC(m3)・・・(16) このときの燃焼用空気中の酸素濃度を02wBw (%
)とすれば、混合前後の0□の収支関係より次式を得る
。
Ow、・021!I! =20.6・OA + 02ε
Cw・0.!。
Cw・0.!。
・・・(17)
ただし0□I!ell :燃焼排ガス中の酸素濃度故
に (16)、 (17)式を代入整理すると、したがって
混合比Mは となり、燃焼排ガス中の酸素濃度と、燃焼用空気中の酸
素濃度より混合比Mが求められる。したがって混合比演
算器127には、酸素センサ45により得た酸素濃度0
2.。いが入力端子○を経て入力されるとともに酸素セ
ンサ45により得た酸素濃度口2w!Ivが02演算器
121を経て入力されて、混合比Mの演算が行われる。
に (16)、 (17)式を代入整理すると、したがって
混合比Mは となり、燃焼排ガス中の酸素濃度と、燃焼用空気中の酸
素濃度より混合比Mが求められる。したがって混合比演
算器127には、酸素センサ45により得た酸素濃度0
2.。いが入力端子○を経て入力されるとともに酸素セ
ンサ45により得た酸素濃度口2w!Ivが02演算器
121を経て入力されて、混合比Mの演算が行われる。
次段のwet10ry変換器125は、燃焼排ガス中に
含まれる水分(H2O)をとり除いてないガスである湿
りガスを、水分がほとんど取り除かれたガスである乾き
ガスに換算するための演算を行う回路である。その原理
を以下に説明すると、まず湿り酸素濃度02w++w
(%)は乾き酸素濃度を0□1.D(%)とすると、 (19)式より (%) は、 で求められる。即ち、1llet/Dry変換器125
では、入力端子○から人力された燃焼排ガス中の酸素濃
度02I:。いと、空気比演算器129で算出した燃焼
排ガス中の水分濃度H20icwと、混合比演算器12
7で算出した混合比Mとから乾き酸素濃度02+11B
Dを算出する処理が行われる。この乾き酸素濃度o2w
snは制御装置に出力されて制御に用いられる。
含まれる水分(H2O)をとり除いてないガスである湿
りガスを、水分がほとんど取り除かれたガスである乾き
ガスに換算するための演算を行う回路である。その原理
を以下に説明すると、まず湿り酸素濃度02w++w
(%)は乾き酸素濃度を0□1.D(%)とすると、 (19)式より (%) は、 で求められる。即ち、1llet/Dry変換器125
では、入力端子○から人力された燃焼排ガス中の酸素濃
度02I:。いと、空気比演算器129で算出した燃焼
排ガス中の水分濃度H20icwと、混合比演算器12
7で算出した混合比Mとから乾き酸素濃度02+11B
Dを算出する処理が行われる。この乾き酸素濃度o2w
snは制御装置に出力されて制御に用いられる。
一方、流速/温度補償演算器131では、悪風素子73
および風温素子75で測定した電流I□および流体温度
Taから〈3)式によりダクト内に流速U (+n/5
ec)が演算処理される。
および風温素子75で測定した電流I□および流体温度
Taから〈3)式によりダクト内に流速U (+n/5
ec)が演算処理される。
次段の質量流量演算器137では、ガスの流速を質量流
量に変換するため、以下に示す原理に基づいて処理され
る。まず質量流量m(kg/5ec) は、m=U−A
・ρ ただし、U:ダクト内流速(m/5ec)A:ダクト断
面積(m’) ρ:ガス密度(kg/m3) ところでガス密度ρ(kg/m3)は、で示される。し
たがって、入力端子A、P、tからそれぞれダクト断面
積A(m”) 、ダクト内圧力P(sHg) 、ダクト
内ガス温度1(℃)のデータを受は取り、さらに1/ρ
。演算器135からガス標準密度ρ。(kg/Nm’)
に関するデータを受は取って、(21)式に従う演
算処理を行なう。
量に変換するため、以下に示す原理に基づいて処理され
る。まず質量流量m(kg/5ec) は、m=U−A
・ρ ただし、U:ダクト内流速(m/5ec)A:ダクト断
面積(m’) ρ:ガス密度(kg/m3) ところでガス密度ρ(kg/m3)は、で示される。し
たがって、入力端子A、P、tからそれぞれダクト断面
積A(m”) 、ダクト内圧力P(sHg) 、ダクト
内ガス温度1(℃)のデータを受は取り、さらに1/ρ
。演算器135からガス標準密度ρ。(kg/Nm’)
に関するデータを受は取って、(21)式に従う演
算処理を行なう。
なお、l/ρ0演算器135では、まず燃焼用空気の各
成分を算出するため、混合比演算器127で算出した混
合比Mから酸素濃度02yaw以外のCO□、N20゜
N2を求める。
成分を算出するため、混合比演算器127で算出した混
合比Mから酸素濃度02yaw以外のCO□、N20゜
N2を求める。
1+ M
次にこの各組成から、ガスの標準密度ρ。(kg/Nヨ
3)を求める。
3)を求める。
ρo 4.429 ・02W11− ”1.965・C
[12WBW+0.804 ・ N20 wBW+1
.251・N2waw /100・・・ (24) したがって、酸素センサ45から得た燃料排ガス中の酸
素濃度0□Ecwおよび混合比演算器127で得た混合
比Mより、ガスの標準密度ρo (kg/Nm3)が算
出される。このガスの標準密度ρ。(kg/Nm3)は
質量流量演算器133および体積流量演算器137に人
力される。
[12WBW+0.804 ・ N20 wBW+1
.251・N2waw /100・・・ (24) したがって、酸素センサ45から得た燃料排ガス中の酸
素濃度0□Ecwおよび混合比演算器127で得た混合
比Mより、ガスの標準密度ρo (kg/Nm3)が算
出される。このガスの標準密度ρ。(kg/Nm3)は
質量流量演算器133および体積流量演算器137に人
力される。
さらに、体積流量演算器137では、体積流量P (m
”/5ec)が F=m ・ −・・(25) ρ0 で与えられるため、質量流量演算器133で得た質量流
量M(kg/5ec) に、1/ρ。演算器135で
得たρ0が割算される演算処理がその内部で行われ、空
気流量が出力される。
”/5ec)が F=m ・ −・・(25) ρ0 で与えられるため、質量流量演算器133で得た質量流
量M(kg/5ec) に、1/ρ。演算器135で
得たρ0が割算される演算処理がその内部で行われ、空
気流量が出力される。
以上のように、酸素センサ52から各回路を経て得られ
た酸素濃度出力と、流速センサ71から各回路を経て得
られた空気流量出力とによって、弁部材等をフィードフ
ォワード制御して燃焼用空気供給量を調整することがで
き、適切に多段燃焼を行ない、その結果として燃焼排ガ
ス中のNOイを低減することができる。
た酸素濃度出力と、流速センサ71から各回路を経て得
られた空気流量出力とによって、弁部材等をフィードフ
ォワード制御して燃焼用空気供給量を調整することがで
き、適切に多段燃焼を行ない、その結果として燃焼排ガ
ス中のNOイを低減することができる。
(発明の効果〉
以上の説明から明らかなように、本発明は、燃焼用バー
ナに連絡される各ダクトに燃焼用空気の酸素濃度および
空気流量を測定する燃焼用空気分析装置および供給空気
量を調整する弁部材とを設けたため、個々のバーナの燃
焼状態をフィードフォーワード制御でき、しかも従来で
は理論酸素量に基づいて行っていた制御を実際の供給酸
素量に基づいて行うことからより精密にバーナ間の燃焼
バランスを整合させることができるとともに、火炎温度
(ヒートカーブおよびヒート分布)の制御がより正確に
なり、供給酸素量を比較的低くすることができ、したが
って、これらの効果が相乗的に合わさって、燃焼により
発生するNO,を著しく低減することができる。また、
工業炉の始動時における燃焼初期においては、最適燃焼
化を可能にする。
ナに連絡される各ダクトに燃焼用空気の酸素濃度および
空気流量を測定する燃焼用空気分析装置および供給空気
量を調整する弁部材とを設けたため、個々のバーナの燃
焼状態をフィードフォーワード制御でき、しかも従来で
は理論酸素量に基づいて行っていた制御を実際の供給酸
素量に基づいて行うことからより精密にバーナ間の燃焼
バランスを整合させることができるとともに、火炎温度
(ヒートカーブおよびヒート分布)の制御がより正確に
なり、供給酸素量を比較的低くすることができ、したが
って、これらの効果が相乗的に合わさって、燃焼により
発生するNO,を著しく低減することができる。また、
工業炉の始動時における燃焼初期においては、最適燃焼
化を可能にする。
第1図は本発明の実施例である燃焼装置を示す全体概略
図、 第2図は本発明の燃焼用空気分析装置を示す側面図、 第3図(a)、 (b)は酸素センサの取付構造を示す
断面図および側面図、 第4図は流速センサの内部構造を示す側面および平面図
、 第5図は酸素センサの取付構造の変形例を示す断面図、 第6図は本発明の燃焼用空気分析装置の内部処理回路を
示すブロック図である。 1・・・火炉 3・・・セパレートダクト5
・・・弁部材 7・・・バーナ9・・・バーナ
11・・・NOボート13・・・コモンダク
ト 15・・・エアブロワ17・・・エアヒータ
19・・・排ガス再循環路21・・・燃焼用空気分析
装置 23・・・節炭器 25・・・酸素センサ31
・・・酸素センサ用プローブ 33・・・流量センサ用プローブ 35・・・壁部 37・・・開口39・・・
端子箱 41・・・取付フランジ43・・・壁
側フランジ 45・・・酸素センサ47・・・センサ
留金具 49・・・ヒータ51・・・ヒータ保持具
52・・・センサユニット53・・・プローブ治具
55・・・フィルタ保持具57・・・フィルタ
59・・・押圧治具60・・・ガス通路 61
・・・校正ガス導入管63・・・開口部 65
・・・ガス出入口67・・・内部空間 69・・
・ガス排出ロア1・・・流速センサ 72・・・フ
ィルタ73・・・悪風素子 75・・・風温素子
83・・・内向きフランジ 84・・・校正ガス導入管
85・・・センサ支持管 87・・・外向きフランジ
89・・・截頭円錐状の部分 90・・・開口 91・・・酸素センサ93
・・・外向きフランジ 95・・・被測定ガス導入管9
9・・・セラミックフィルタ 101・・・支持金具 103・・・温度検知手段
105・・・取付金具 109・・・接合フランジ
113・・・ヒータ 115・・・ヒータ支持管
117・・・電気的接触子 118・・・絶縁碍子12
1・・・02演算器 123・・・温度制御器125
−Wet/Dry変換器 127・・・混合比演算器 129・・・空気比演算器
131・・・流速/温度補償演算器 133・・・質量流量演算器 135・・・1/ρ。演算器 137・・・体積流量
演算器第3図 (b) 5 3 第5図 第6図
図、 第2図は本発明の燃焼用空気分析装置を示す側面図、 第3図(a)、 (b)は酸素センサの取付構造を示す
断面図および側面図、 第4図は流速センサの内部構造を示す側面および平面図
、 第5図は酸素センサの取付構造の変形例を示す断面図、 第6図は本発明の燃焼用空気分析装置の内部処理回路を
示すブロック図である。 1・・・火炉 3・・・セパレートダクト5
・・・弁部材 7・・・バーナ9・・・バーナ
11・・・NOボート13・・・コモンダク
ト 15・・・エアブロワ17・・・エアヒータ
19・・・排ガス再循環路21・・・燃焼用空気分析
装置 23・・・節炭器 25・・・酸素センサ31
・・・酸素センサ用プローブ 33・・・流量センサ用プローブ 35・・・壁部 37・・・開口39・・・
端子箱 41・・・取付フランジ43・・・壁
側フランジ 45・・・酸素センサ47・・・センサ
留金具 49・・・ヒータ51・・・ヒータ保持具
52・・・センサユニット53・・・プローブ治具
55・・・フィルタ保持具57・・・フィルタ
59・・・押圧治具60・・・ガス通路 61
・・・校正ガス導入管63・・・開口部 65
・・・ガス出入口67・・・内部空間 69・・
・ガス排出ロア1・・・流速センサ 72・・・フ
ィルタ73・・・悪風素子 75・・・風温素子
83・・・内向きフランジ 84・・・校正ガス導入管
85・・・センサ支持管 87・・・外向きフランジ
89・・・截頭円錐状の部分 90・・・開口 91・・・酸素センサ93
・・・外向きフランジ 95・・・被測定ガス導入管9
9・・・セラミックフィルタ 101・・・支持金具 103・・・温度検知手段
105・・・取付金具 109・・・接合フランジ
113・・・ヒータ 115・・・ヒータ支持管
117・・・電気的接触子 118・・・絶縁碍子12
1・・・02演算器 123・・・温度制御器125
−Wet/Dry変換器 127・・・混合比演算器 129・・・空気比演算器
131・・・流速/温度補償演算器 133・・・質量流量演算器 135・・・1/ρ。演算器 137・・・体積流量
演算器第3図 (b) 5 3 第5図 第6図
Claims (1)
- 1、排ガス再循環方式の工業炉において、各バーナへ燃
焼用空気を導く個々のダクトに設けられて流入する燃焼
用空気供給量を調節する弁手段と、該各弁手段および前
記各バーナ間の個々のダクト内に突出状態で設けられた
燃焼用空気分析装置とを具え、該燃焼用空気分析装置に
よって燃焼用空気中の酸素濃度および流速を測定し、こ
の測定値により工業炉の火炉内の燃焼をフィードフォー
ワード制御することを特徴とする工業炉の燃焼制御方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1223017A JP2588282B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 工業炉の燃焼制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0387513A true JPH0387513A (ja) | 1991-04-12 |
JP2588282B2 JP2588282B2 (ja) | 1997-03-05 |
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ID=16791527
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JP (1) | JP2588282B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0971171A1 (fr) * | 1998-07-08 | 2000-01-12 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procédé de combustion d'un combustible avec un comburant riche en oxygène |
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-
1989
- 1989-08-31 JP JP1223017A patent/JP2588282B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2588282B2 (ja) | 1997-03-05 |
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