(57)【要約】【課題】燃料や空気の供給系の異常だけでなく、燃焼装置全般にわたる異常を早期にしかも簡便に検出することができる燃焼装置の異常検出方法を提案する。【解決手段】燃料および空気の流量または流量制御弁開度を制御して燃焼を制御している燃焼装置の異常検出方法において、上記流量制御弁開度と流量との関係を予め求めておき、上記両実測値が、上記関係の許容範囲から逸脱した場合に異常と判断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気の流量または流量制御弁の弁開度により燃焼制御を行う燃焼装置の異常検出方法において、予め上記弁開度と流量との関係を求めておき、両者の関係が、所定の許容範囲から逸脱した場合に、異常と判定することを特徴とする燃焼装置の異常検出方法。
【請求項２】
上記弁開度と流量との関係は、正常時に実測した流量制御弁の弁開度と流量との関係であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置の異常検出方法。
【請求項３】
上記異常と判定する方法は、ある弁開度における、正常時の弁開度と流量との関係から得られる流量と、異常判定時に測定した流量とを比較し、両流量の偏差または両流量の差の絶対値が所定の許容範囲を逸脱した場合であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉や焼鈍炉等に設置されている燃焼装置の異常を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業の発達に伴い、多種多様のエネルギーが消費されているが、液体、気体、固体などの化学エネルギーを、熱、電気、機械エネルギーなどの利用し易い形態のエネルギーに変換する過程で、どうしても燃焼現象を伴うことになる。燃焼には、燃料と空気（酸素）が必要であり、燃焼装置における燃焼制御の基本は、燃焼負荷がどのように変化しても、空気流量と燃料流量の比を常に所定の適正範囲内に維持しながら制御することである。
【０００３】
そのための燃焼制御方式としては、温度調節計の出力信号によって燃料流量および空気流量を並列制御する並列型や、温度調節計の出力信号によってまず空気流量を制御し、さらにその実測空気流量信号によって燃料流量を制御する空気先行型、温度調節計の出力信号によってまず燃料流量を制御し、さらにその実測燃料流量信号によって空気流量を制御する燃料先行型などが知られている。
【０００４】
上記従来の燃焼制御方法では、燃料や空気の流量制御は、一般に、流量制御弁の弁開度を制御することにより行われている。例えば、特許文献１には、燃焼させるガス燃料の負荷と弁開度との関係を予め求めておき、その関係により指定された負荷に対する弁開度を選定し、その開度となるよう燃料流量制御弁を制御するガス燃焼装置の制御方法が開示されている。
【０００５】
ところで、加熱炉や焼鈍炉等に設置されている燃焼装置は、燃料と空気との流量バランスが崩れると、火が消えたり、異常燃焼、爆発といった重大トラブルを引き起こしたりする危険性がある。そのため、燃焼装置における異常の検出は、極めて重要であり、燃料や空気の流量設定値（目標値）に対する実際の流量（実績値）の監視や、流量制御弁開度の設定値に対する実際の弁開度の監視を行うことで、異常を検出するシステムが一般に採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２７０８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記異常検出方法は、燃料や空気の流量計に表示された値、あるいは、流量制御弁の弁開度の表示値を飽くまでも正しいものと仮定し、その上で、異常検出を行おうとするものである。
【０００７】
しかしながら、上記流量計の表示や弁開度の表示は、真の値を表していない場合がある。例えば、弁開度と実際の流量は、必ずしも直線的な関係にあるわけではなく、弁開度の制御を介して流量制御を行う場合には、誤差を生じ易い。また、流量計や流量制御弁そのものに異常が生じている場合もある。斯かる場合は、流量計や流量制御弁開度の表示は、設定値に対して差異が無いので、これらの監視だけでは、異常を検知することはできない。
【０００８】
また、流量計や弁開度の表示が正しいとしても、燃焼装置の他の部分に問題がある場合、例えば、燃料や空気の供給管に詰まりが発生している場合には、いくら流量制御弁の開度を上げても、実際の流量は増加しない。さらに、バーナの閉塞や煙道の詰まり等が発生している場合には、それらが軽度な場合には、流量制御や弁開度の制御で対応できるため、やはり、流量計や流量制御弁開度の監視だけでは、上記異常を検出できない。
【０００９】
そのため、燃料や空気の流量計や流量制御弁開度のみを監視する従来の異常検出方法では、燃焼制御が異常な方向に向かって行われたり、あるいは、事態が深刻化してからでないと異常を発見できなかったりするため、燃料／空気のバランスが崩れて、失火や異常燃焼、爆発等の重大トラブルを引き起こしたり、燃焼装置自体の重大トラブルを招くというおそれが多大にある。
【００１０】
一方、燃焼装置の排ガス中に含まれるＣＯやＯ２濃度を分析し、この結果から燃焼装置の異常を検出する方法が知られている。しかし、この方法は、ガス分析が間欠的にしか行えないこと、結果が出るまで時間を要することなどのため、リアルタイムの異常検出が難しいという問題があり、実用的ではない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、燃料や空気の供給系の異常だけでなく、燃焼装置全般にわたる異常を早期にしかも簡便に検出することができる燃焼装置の異常検出方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは、従来技術が抱える上記問題点を解決するべく検討を重ねた。
その結果、燃料や空気の流量および流量制御弁開度の目標値と実績値とを比較して、燃焼制御が正常に行われているか否かを判断するのではなく、流量制御弁開度と流量との関係を予め求めておいて、流量制御弁開度と流量の実測値が、上記関係の所定の許容範囲内にあれば正常と判断し、その範囲を逸脱した場合には異常と判断することにより、上記問題点を解決し得ることを見出し、本願発明を完成させた。
【００１３】
すなわち、本発明は、燃料および空気の流量または流量制御弁の弁開度により燃焼制御を行う燃焼装置の異常検出方法において、予め上記弁開度と流量との関係を求めておき、両者の関係が、所定の許容範囲から逸脱した場合に、異常と判定することを特徴とする燃焼装置の異常検出方法である。
【００１４】
本発明の方法における上記弁開度と流量との関係は、正常時に実測した流量制御弁の弁開度と流量との関係であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明における上記異常と判定する方法は、ある弁開度における、正常時の弁開度と流量との関係から得られる流量と、異常判定時に測定した流量とを比較し、両流量の偏差または両流量の差の絶対値が所定の許容範囲を逸脱した場合であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料や空気の流量と弁開度との関係が所定の許容範囲内にあることを逐次確認することにより、見かけ上燃焼装置に異常が無い場合でも、流量計あるいは流量制御弁の異常や、バーナーノズルの閉塞、燃料や空気の供給系統あるいは排気系統の詰まりや系内の圧力損失の変化等の異常を早期に発見し、警報を発することが可能となる。したがって、従来の異常検出方法に加えて、本発明の異常検出方法を適用することにより、燃焼装置の早期異常発見や早期修繕などが可能となるだけでなく、安全性の向上や安定操業の実現にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、従来の燃焼装置の燃焼制御系統図を模式的に示したものであり、例えば、燃料先行型の制御方式の場合、通常、温度調節計（ＴＩＣ）は、燃焼装置（バーナー）に取付けられた温度計で測定した実測温度と目標温度との差を出力信号として燃料流量調節計（ＦＩＣ−Ｆ）に指示を与え、ＦＩＣ−Ｆは、上記差を解消するべく目標値を定めて、これを燃料流量計あるいは燃料流量制御弁に指示を与えて燃料流量あるいは弁開度を制御し、さらに、空気流量調節計（ＦＩＣ−Ａ）は、その実績燃料流量あるいは弁開度信号に空燃比係数を乗じた信号を目標値として、燃料流量計あるいは流量制御弁に指示を与えて空気流量あるいは弁開度を制御することが行われている。
【００１８】
そして、上記燃焼装置では、異常の検出は、上記燃料および空気の流量あるいは弁開度の目標値と実績値とが一致しているか否かを常に監視することで行われていた。しかし、先述したように、上記異常検出方法では、流量制御弁の弁開度や流量計の表示に異常や誤差がある場合、必ずしも最適な燃焼制御が行われているとは限らない。また、燃料や空気の供給配管の詰まりやノズル閉塞、空気ファンの異常（ベルトスリップ、回転数異常等）等があった場合には、上記異常が軽度であれば、流量の増加や弁開度の拡大で対応できるため、異常を検知することもできないし、異常が検知された時には、重大トラブルに至っているようなことが多い。
【００１９】
そこで、本発明は、図２に示したように、燃料および空気の流量または流量制御弁の弁開度により燃焼制御を行う燃焼装置において、予め上記弁開度と流量との関係を求めておき、両者の関係が、所定の許容範囲から逸脱した場合に、異常と判定する、即ち、燃料や空気の流量制御弁開度あるいは流量の表示（測定値）が、目標値（設定値）に対して正常か否かを判断するのではなく、正常な状態における弁開度と流量との関係を予め求め、その関係から予測される許容範囲を設定しておき、その後、実測した弁開度と流量の関係が上記祖低の許容範囲内にあるか否かを確認し、そこから逸脱した場合には、たとえ弁開度や流量の表示が正常でも、異常と判断する異常検出方法を採用することとした。
【００２０】
なお、上記流量制御弁の弁開度と流量との関係については、流量制御弁の購入仕様書等に記載の特性曲線を用いてもよいが、弁開度と流量との関係は、使用状況や設備特有の条件等によっても変化するため、より精度の高い異常検出を行うためには、実機において正常時に実測した流量制御弁の弁開度と流量との関係を用いるのが好ましい。なお、参考として、図３に、実機で実測したバタフライバルブの正常時における弁開度と流量との関係を示した。
【００２１】
また、本発明において、異常と判定する方法としては、ある弁開度における、正常時の弁開度と流量との関係から得られる流量と、異常判定時に測定した流量とを比較し、両流量の偏差または両流量の差の絶対値が所定の許容範囲を逸脱した場合であることが好ましい。ここで、上記偏差とは、正常時の流量に対する異常判定時の流量の比（異常判定時の流量／正常時の流量）を、また、両流量の差の絶対値とは、（正常時の流量−異常判定時の流量）をいい、要求される異常検出精度のレベルによって、その許容範囲を適宜設定するのが望ましい。
【００２２】
それにより、例えば、燃料供給系の配管の流量計あるいは弁開度の表示に誤差があった場合には、燃焼装置の目標温度は確保されていたとしても、燃料供給系統の流量計の表示と流量制御弁の弁開度の関係は所定の許容範囲から外れることになるので、流量計、弁開度のいずれかに異常があることがわかる。
【００２３】
また、例えば、燃料供給系の配管に詰まりが発生していた場合には、燃焼制御機能の働きにより、燃料制御弁の弁開度が拡大して流量を確保し、目標とする燃焼温度が達成されるため、従来の燃料流量の目標値と実測値を比較するだけでは異常は検知されない。しかし、斯かる場合でも、燃料制御弁の弁開度と流量との関係をみると、同じ流量を得るための弁開度は、正常時のそれよりも大きくなっていることから、即、異常を検知することができる。
【００２４】
さらに、例えば、空気を供給する空気ファンのプーリーとベルトとの間にスリップが発生していた場合には、スリップが軽度の場合には、空気流量制御弁の弁開度を拡大することにより空気流量は確保できるので、従来の方法では、異常は検知されない。しかし、本発明の方法であれば、空気流量制御弁の弁開度と流量との関係が、所定の許容範囲から外れるので、容易に異常を検知することが可能となる。
【００２５】
上記のように、本発明の異常検出方法により、従来、検知できなかったような燃焼装置の全般にわたる異常を精度よくしかも重大トラブルに至る前に検知することが可能となる。  また、本発明の異常検出方法は、目標値（ＳＶ）に対して実測値（ＰＶ）を比較し、制御する方従来の燃焼制御方法と相反するものではなく、しかも、従来の燃焼制御に用いていた計器類をそのまま用いることができるので、従来の燃焼制御による異常検出方法を補完し、より優れた異常検出を安価に実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の異常検出技術は、燃焼装置の異常検出方法に限定されるものではなく、流量計と流量制御弁とを用いて気体や液体の流量制御を行う技術分野や、目標値と実績値を比較して制御を行う全ての技術分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の燃焼装置の制御系統図を説明する模式図である。
【図２】本発明の異常検出方法を説明する図である。
【図３】バタフライバルブの弁開度と流量の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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