JPS5817373B2 - 燃焼炉における酸素濃度制御による燃焼制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼炉の燃焼制御方法に関し、更に詳しくは酸
素濃度制御による燃焼制御方法に関する。

通常、金属加熱炉などの温度制御については、異った加
熱温度が要求されるため設定温度変更が著しく、燃料指
令変化率が大きい。

かかる炉においては、オペレータが設定温度を急に変更
すると、燃料流量制御系および空気流量・制御系の応答
時間の差によって、一時的に燃料過剰もしくは空気過剰
の状態となる。

従って、通常作業時には安全率を見込んで必要以上に高
い過剰空気率を設定するのが普通であった。

このため、燃焼空気量過大による炉温低下により燃料コ
ストはアップし、ＮＯｘの発生量が増え、環境上ならび
に省エネルギの点から好ましくなかった。

本発明はかかる欠点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、燃焼後の炉排ガスの酸素濃度を適度に
低く抑え、すなわち、必要以上に高い過剰空気率を設定
することなく、かつ炉の温度の設定に変更があっても安
定した制御が得られ、以ってＮＯｘの低減化と省エネル
ギに適した燃焼制御方法を提供するにある。

本発明は上記目的を達成するために、燃焼炉からの排ガ
ス中の酸素濃度を測定し、酸素濃度測定値が比較的低い
酸素濃度設定値に調節されるように酸素濃度を調節し、
該調節演算出力により空燃比を制御すると共に、上記調
節演算の比例動作ならびに積分動作の演算定数である比
例ゲインおよび積分時間を燃料または空気流量の測定値
または設定値に応じて自動的に変更するようにしたもの
である。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の燃焼制御方法を実施するための燃焼
制御装置の一実施例を示すもので、同図において、１は
炉１４の湿度を設定湿度に保つための湿度調節計、２は
湿度調節計１からの指令により燃料流量を調節するため
の燃料流量調節計、３は開平演算器、４は発信器、５は
オリフィス、６は流量調節弁、７は配管、８は空燃比設
定器、９は空燃比設定器８からの指令により燃焼空気流
量を調節するための空気流量調節計、１０は炉１４の排
ガス中の酸素濃度を設定濃度に抑えるための酸素濃度調
節計、１１は選択スイッチ、１２は比例ゲインならびに
積分時間発生器、１３は燃焼域、１４は燃焼炉、１５は
熱電対、１６は酸素分析計、１７はｍＶ／Ｉ変換器であ
る。

上記構成からなる燃焼制御装置の動作を次に説明する。

なお図においては説明の便宜上燃焼炉は燃焼域を１個も
ったものを示しである。

いま、炉１４の温度がある湿度θｓｐになるように設定
されると、湿度調節計１は炉１４の湿度を測定する熱電
対１５からの測定湿度信号θｐｖを受けて入力偏差（θ
ｓｐ−θｐｖ）が零になるように燃料流量調節計２の燃
料流量設定値Ｇｓｐを与える。

燃料流量調節計２はオリフィス５の差圧信号を空気信号
に変換する発信器４ならびに発信器４の出力を開・トす
る開平演算器３を介して得た燃料流量測定値Ｇｐｖが上
記設定値Ｇｓｐに一致するように調節弁６の開閉を制御
する。

一方、空気流量調節計９は空燃比μと燃料流量設定値Ｇ
ｓｐとによって定まる空気流量設定（ｋ ｓ ｐを空燃
比設定器８から受けて燃料流量調節計２の場合と同様に
、空気流量測定値Ａｐｖが設定値Ａｓｐに一致するよう
に調節弁６を制御する。

このようにして所望炉温に従い、燃料流量ならびに空気
流量が調節されるのであるが、空燃比設定値が固定され
たものであると炉１４の設定温度θｓｐが変更されたと
き、燃料流量の制御系と空気流量の制御系の応答時間の
差によって排ガス中の酸素濃度が変る。

酸素濃度０２％とＮＯｘの発生量ならびにエネルギの損
失の関係は第２図に示す如くである。

従って炉内排ガスの酸素濃度を最適値に保つために酸素
濃度制御を行なうわけである。

酸素濃度調節計１０はそのためのもので、比例および積
分動作を連続して行なうＰＩ調節計で、酸素分析計１６
によって検出された排ガス中の酸素濃度測定値０２ ｐ
ｖが設定値０２ｓｐに維持すべく入力偏差（０２ｐｖ
−０２ｓｐ）に対して、比例ならびに積分演算を施し、
空燃比設定器８に対し空燃比設定値μを与える。

ここで、比例ならびに積分演算を行なう場合、次のよう
な周知の公式が用いられる。

ｙ ＝Ｋｐ（Ｚ＋ −ｆ Ｚ ａ ｔ ）ＴＩ なお、上式において、ｙは空燃比設定値μ、Ｚは入力偏
差（０２ｐｖ−０２ｓｐ）に相当し、また、Ｋｐは比例
ゲイン、ＴＩは積分時間である。

しかし、酸素濃度調節計１０の比例ゲインならびに積分
時間が固定値に設定されていると、燃料流量が増減した
場合、制御系の安定がくずれ、場合によっては未燃状態
（黒煙）が発生したりハンチングが生ずる。

この不具合を解決するために本発明においては流量に応
じて酸素濃度調節計の比例ゲインならびに積分時間を自
動的に変更するようにしている。

すなわちスイッチ１１を介して与えられる燃料流量測定
値Ｇｐｖにより予め設定された比例ゲインおよび積分時
間が比例ゲイン・積分時間発生器１２から出力され、酸
素濃度調節計１０に与えられる。

第３図は燃料流量測定値Ｇｐｖに対して出力されるべき
比例ゲインおよび積分時間との関係を示すもので、燃料
流量が増大するにつれて小さな値が、また減少するにつ
れて大きな値が出力される。

このような燃料流量に対する比例ゲインおよび積分時間
の関係は、実験にもとづいてあらかじめ例えば第３図の
ように決められており、測定した燃料流量値に応じて比
例ゲインおよび積分時間が変更するようになっている。

なお、第１図の実施例ではスイッチ１１によってＧｐｖ
が選択されたが、スイッチ１１を切換えてＧｓｐを選択
することもできる。

ＧｐｖはＧｓｐに追従するように制御されるため、両者
はほぼ同じ値を示すものであるからどちらを選択しても
よい。

このようにして酸素濃度調節計の出力すなわち空燃比を
酸素濃度ならびに燃料流量に応じて変えるため、良好な
る燃焼状態が維持される。

なお、上述の実施例においては、燃料流量の信号により
、比例ゲインおよび積分時間を変更させるようにしたも
のであるが、燃料流量制御ループと空気流量制御ループ
を入れ替え、温度調節計１の出力で空気流量調節計の設
定値Ａｓｐを与え、空気流量測定値Ａｐｖまたは設定値
Ａｓｐで比例ゲイン・積分時間発生器１２を駆動するよ
うにし、空燃比設定器８の出力で燃料流量調節計の設定
値Ｇｓｐを与えるようにしてもよい。

上述した説明から明らかなように本発明によれば、排ガ
ス中の酸素濃度を比較的低い所望値に保持し得、酸素濃
度の比例・積分演算の演算定数を流量に応じて調整する
ものであるから制御系の安定がよく、未燃状態の発生を
避け、低ＮＯｘ化、省エネルギが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃焼制御方法を実施するための燃
焼制御装置の一実施例を示す図、第２図は排ガス中の酸
素濃度とＮＯｘの発生量およびエネルギーの損失との関
係を示す図、第３図ａおよびｂは燃料流量と比例ゲイン
ならびに積分時間の関係を示す図である。 １・・・温度調節計、２・・・燃料流量調節計、８・・
・空燃比設定器、９・・・空気流量調節計、１０・・・
酸素濃度調節計、１２・・・比例ゲイン・積分時間発生
器、１３・・・燃焼域、１４・・・燃焼炉、１５・・・
熱電対、１６・・・酸素分析計、１７・・・ｍＶ／Ｉ変
換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼炉の燃焼域へ供給される燃料流量および空気流
   量を所望の炉温にしたがって制御する際、前記流体の一
   方を炉温度調節手段からの設定値に流量測定値が一致す
   るよ・）に制御する燃焼制御方法において、前記燃焼炉
   の燃焼域、煙道、または煙突における排ガス中の酸素濃
   度を連続的に測定し、該測定値と所定の設定値との偏差
   に対して演算定数である比例ゲインおよび積分時間を用
   いて比例および積分演算を行なって空燃比を算出し、か
   つ該比例ゲインおよび積分時間は前記流量測定値または
   炉温調節手段からの設定値との間であらかじめ決められ
   た関係にしたがって流量測定値または設定値に応じて自
   動的に変更し、前記空燃比にもとづいて前記流量の他方
   を連続して制御するようにしたことを特徴とする燃焼炉
   における酸素濃度制御による燃焼制御方法。