(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの液体燃料バーナに液体燃料と液体燃料噴霧用の蒸気を供給する液体燃料バーナの燃焼制御方法において、
ボイラの負荷（液体燃料供給量）変化に対して液体燃料バーナにおける噴霧蒸気圧と液体燃料の供給圧の差圧（＝噴霧蒸気圧−液体燃料圧）を、バーナ負荷が全出力の約５０％になるまでは徐々に前記差圧を上げていき、バーナ負荷が５０％になると前記差圧を所定値にする制御を行うことを特徴とする液体燃料バーナの燃焼制御方法。
【請求項２】
ボイラの液体燃料バーナに液体燃料と液体燃料噴霧用の蒸気を供給する液体燃料バーナの燃焼制御方法において、
ボイラの負荷（液体燃料供給量）変化に対して液体燃料バーナにおける蒸気圧と液体燃料圧の差圧（＝噴霧蒸気圧−液体燃料圧）が、ボイラ立ち上げからボイラの負荷が全出力の約２５％になるまでは、前記差圧が０．０３５〜０．０６ＭＰａ程度に制御し、その後、ボイラ負荷が全出力の約５０％までは徐々に前記差圧を上げていき、ボイラ負荷が５０％になると差圧を所定値とする制御を行い、その後、ボイラ負荷が１００％になるまで差圧を一定とする制御を行うことを特徴とする液体燃料バーナの燃焼制御方法。
【請求項３】
液体燃料噴霧用の蒸気供給量を調節する差圧調節弁を備えた蒸気配管と所定圧の液体燃料を供給する液体燃料配管及び蒸気配管と液体燃料配管から供給される蒸気と液体燃料を燃焼させる液体燃料バーナと該液体燃料バーナへの蒸気と液体燃料の供給量を調節する液体燃料バーナの燃焼制御装置であって、
液体燃料バーナへ供給する液体燃料流量を検出する液体燃料流量検出器と、
液体燃料バーナ入口に供給する蒸気の噴霧蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器と、
液体燃料バーナへ供給する液体燃料の供給圧力を検出する液体燃料圧力検出器と、
蒸気圧力検出器による検出圧力値（ａ）と液体燃料圧力検出器による検出圧力値（ｂ）との差である差圧（ｃ）を演算する差圧演算器と、
バーナへ供給する液体燃料流量（ｘ）に基づき液体燃料流量（ｘ）に対する液体燃料圧力と該液体燃料圧力に対応した適正な蒸気圧力の差圧（ｃ0）をバーナ負荷が全出力の約５０％になるまでは徐々に前記差圧を上げていき、バーナ負荷が５０％になると前記差圧を所定値に設定する関数発生器と、
前記差圧演算器で演算された差圧（ｃ）を測定値として入力し、また前記関数発生器で設置された差圧設定値（ｃ0）を入力する差圧調節計と、
該差圧調節計で求めた前記差圧測定値（ｃ）と差圧設定値（ｃ0）の偏差に基づき前記差圧調節弁の開度を決めて液体燃料のバーナへの噴霧蒸気供給量を制御する差圧調節弁の開度制御器
を備えた液体燃料バーナの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油等の液体燃料燃焼装置の燃焼制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重油等の液体燃料を燃料として使用するボイラ等の燃焼装置では蒸気を液体燃料の噴霧媒体として液体燃料と共に液体燃料バーナに供給し、液体燃料バーナから液体燃料の細かい液滴を燃焼装置内に噴霧させ、燃焼させている。
【０００３】
従来の重油などの液体燃料バーナでは、図５（ａ）に示すように液体燃料の供給量（＝バーナ負荷）に拘わらず、すなわち、液体燃料の供給量が増加しても、噴霧蒸気圧は一定とする蒸気圧一定制御を行う方法（特許文献１）、または図５（ｂ）に示すように液体燃料の供給量（＝バーナ負荷）の増加に伴って、噴霧蒸気圧と燃料供給圧との差圧（噴霧蒸気圧−燃料供給圧）を一定とするように噴霧蒸気量を制御する差圧一定制御を行う方法が実施されている。
【特許文献１】特開２００７−１０１０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記蒸気圧一定制御法及び差圧一定制御法のいずれの制御方法であっても、バーナ低負荷域では液体燃料に比べて噴霧蒸気量が多過ぎると、液体燃料に比べて過剰に供給した蒸気により燃焼が不安定となり、軽微の燃焼振動が発生するポテンシャルがあり、これが騒音の原因となる。また、バーナ高負荷域では液体燃料に比べて蒸気量が少な過ぎると、燃料の液滴径が粗大化し、すすが発生する問題がある。
【０００５】
図１は蒸気量と液滴（液体燃料と水の混合流体の液滴）の平均粒子径の関係をイメージで示す曲線であるが、蒸気量が少ない時は液滴の平均粒子径が大きく、蒸気量が多くなると液滴の平均粒子径が小さくなる。液滴の平均粒子径が大きな時には蒸気量が少ないために液体燃料の燃焼性が悪くなり、すすが発生し易くなる。一方、液滴の平均粒子径が小さくなると液体燃料の燃焼性は良くなるため、すすは発生し難くなるが、バーナ低負荷域で蒸気量が油量に比べて多すぎると前述のように燃料が希薄となり燃焼が不安定となるため、軽微の燃焼振動が発生しやすくなり、燃焼振動が発生すると騒音の原因となる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、ボイラなどの火炉において、すすが発生せず、しかも騒音も出ない、液体燃料バーナへ供給する噴霧蒸気圧と液体燃料圧の差圧制御方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は次の解決手段で解決される。  
請求項１記載の発明は、ボイラの液体燃料バーナに液体燃料と液体燃料噴霧用の蒸気を供給する液体燃料バーナの燃焼制御方法において、ボイラの負荷（液体燃料供給量）変化に対して液体燃料バーナにおける噴霧蒸気圧と液体燃料の供給圧の差圧（＝噴霧蒸気圧−液体燃料圧）を、バーナ負荷が全出力の約５０％になるまでは徐々に前記差圧を上げていき、バーナ負荷が５０％になると前記差圧を所定値にする制御を行うことを特徴とする液体燃料バーナの燃焼制御方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、ボイラの液体燃料バーナに液体燃料と液体燃料噴霧用の蒸気を供給する液体燃料バーナの燃焼制御方法において、ボイラの負荷（液体燃料供給量）変化に対して液体燃料バーナにおける蒸気圧と液体燃料圧の差圧（＝噴霧蒸気圧−液体燃料圧）が、ボイラ立ち上げからボイラの負荷が全出力の約２５％になるまでは、前記差圧が０．０３５〜０．０６ＭＰａ程度に制御し、その後、ボイラ負荷が全出力の約５０％までは徐々に前記差圧を上げていき、ボイラ負荷が５０％になると差圧を所定値とする制御を行い、その後、ボイラ負荷が１００％になるまで差圧を一定とする制御を行う液体燃料バーナの燃焼制御方法である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、液体燃料噴霧用の蒸気供給量を調節する差圧調節弁を備えた蒸気配管と所定圧の液体燃料を供給する液体燃料配管及び蒸気配管と液体燃料配管から供給される蒸気と液体燃料を燃焼させる液体燃料バーナと該液体燃料バーナへの蒸気と液体燃料の供給量を調節する液体燃料バーナの燃焼制御装置であって、液体燃料バーナへ供給する液体燃料流量を検出する液体燃料流量検出器と、液体燃料バーナ入口に供給する蒸気の噴霧蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器と、液体燃料バーナへ供給する液体燃料の供給圧力を検出する液体燃料圧力検出器と、蒸気圧力検出器による検出圧力値（ａ）と液体燃料圧力検出器による検出圧力値（ｂ）との差である差圧（ｃ）を演算する差圧演算器と、バーナへ供給する液体燃料流量（ｘ）に基づき液体燃料流量（ｘ）に対する液体燃料圧力と該液体燃料圧力に対応した適正な蒸気圧力の差圧（ｃ0）をバーナ負荷が全出力の約５０％になるまでは徐々に前記差圧を上げていき、バーナ負荷が５０％になると前記差圧を所定値に設定する関数発生器と、前記差圧演算器で演算された差圧（ｃ）を測定値として入力し、また前記関数発生器で設置された差圧設定値（ｃ0）を入力する差圧調節計と、該差圧調節計で求めた前記差圧測定値（ｃ）と差圧設定値（ｃ0）の偏差に基づき前記差圧調節弁の開度を決めて液体燃料のバーナへの噴霧蒸気供給量を制御する差圧調節弁の開度制御器を備えた液体燃料バーナの燃焼制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液体燃料を所定量供給するのに必要な液体燃料圧力に対して、液体燃料バーナに供給する蒸気圧力が液体燃料圧力に対して所定の差圧となるように蒸気圧力を制御し、液体燃料量に応じた蒸気量（蒸気圧力）を制御可能となり、ボイラ負荷に応じて図４に示す斜線部内に前記差圧が入るよう蒸気圧を調整することができる。
【００１１】
こうして、本発明により液体燃料バーナの立ち上げ時からボイラ負荷１００％までの負荷率に応じて蒸気圧を制御することですす及び騒音の発生を無くしたバーナ燃焼制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を図面と共に説明する。液体燃料として重油を用いる場合を以下に説明する。  
本実施例では液体燃料として重油を用いる場合の説明をする。重油焚きボイラの燃焼制御装置の構成を図２に示し、図３には重油焚きボイラのバーナ負荷（重油供給量）と重油供給圧（油圧）と蒸気圧との関係を示すグラフであり、図４には前記重油焚きボイラの液体燃料バーナに供給する噴霧蒸気圧と重油圧の差圧制御の概念を説明するグラフを示す。
【００１３】
従来の重油バーナの差圧制御は、図３の点線の蒸気圧と実線の油圧で示すように、ボイラのボイラ立ち上げ時からボイラ定格の全出力運転時までのボイラ（バーナ）負荷（燃料供給量）変化に対して重油バーナに供給する蒸気配管内の噴霧蒸気圧と重油配管内の油圧の差圧（＝噴霧蒸気圧−油圧）が一定となるように蒸気圧（点線）と油圧（実線）の変化を示す曲線が等間隔で並列になるように設定されるが、本実施例では図３の蒸気圧（点線）と油圧（実線）の変化を示す曲線の間の太い一点鎖線で示す曲線に沿ってボイラ立ち上げから順次蒸気圧を上げていく制御を行う。
【００１４】
すなわち、ボイラ負荷は、ボイラ立ち上げ時から定格の全出力運転時の約２５％になるまでは、前記差圧が０．０３５〜０．０６ＭＰａ程度になるように制御し、その後、ボイラ（バーナ）負荷が全出力の約５０％になるまでは徐々に前記差圧を上げていき、ボイラ（バーナ）負荷が５０％になると差圧を所定値である０．０５〜０．１５ＭＰａのいずれかの値にする制御を行い、その後、ボイラ負荷が１００％になるまで差圧＝０．０５〜０．１５ＭＰａのいずれかの所定値にする制御を行う。
【００１５】
上記図３のグラフを書き換えると図４で示すグラフが得られる。ボイラ立ち上げ時からボイラ（バーナ）負荷が全出力の約２５％になるまでは、前記差圧が図４の斜線部で示す０．０３５〜０．０６ＭＰａの範囲内にあると、騒音が発生せず、すすも発生しない。また、ボイラ（バーナ）負荷が全出力の約２５％から５０％になるまでは図４の斜線部で示す前記差圧が０．０３５〜０．０６ＭＰａの範囲から０．０５〜０．１５ＭＰａの範囲に近づくように制御し、その後はボイラ（バーナ）負荷が１００％になるまで差圧が０．０５〜０．１５ＭＰａの範囲内の所定値になるような制御を行う。
【００１６】
このようにボイラ（バーナ）負荷に応じて図４に示す斜線部内に前記差圧が入るように蒸気圧を調整する（差圧設定値を黒四角で示す）ことで重油バーナにおける蒸気圧と油圧の差圧を制御すると、騒音が発生せず、すすも発生しない。図４に示す斜線部の上側に前記差圧が達すると騒音が発生し、斜線部の下側に前記差圧があるとすすが発生する。また、図４の横軸には出力１０トン／時間の能力を持つボイラを用いた場合の時間当たりのスチーム発生量（トン／時間）と重油としてＡ重油を用いた場合の時間当たりの使用量（リットル／時間）及び重油バーナから噴霧する時間当たりの噴霧蒸気量（ｋｇ／時間）を同時に示している。
【００１７】
図２には、以上に示した本実施例の定量の重油が供給される重油バーナへの噴霧蒸気供給量の制御を行う差圧調節弁の制御機構図を示す。  
バーナ入口に供給する蒸気の噴霧蒸気圧力検出器１の蒸気の噴霧蒸気圧力信号（ａ）とバーナに供給する重油圧力検出器２の圧力信号（ｂ）から差圧演算器３で蒸気圧力油圧の差圧（ｃ）を演算する。差圧演算器３で算出された差圧（ｃ＝ａ−ｂ）を差圧調節計４に測定値として入力する。
【００１８】
一方、重油バーナへ供給される重油流量（ｘ）を重油流量検出器５で検出して、該重油流量（ｘ）に基づき関数発生器６により重油流量（ｘ）に対する蒸気圧と油圧の前記差圧（ｃ0）を設定し、この差圧設定値（ｃ0）（図４の黒四角で示す値）を差圧調節計４に設定値として入力する。差圧調節計４で求めた前記測定値（ｃ＝ａ−ｂ）と設定値（ｃ0）の偏差信号をＰＩ制御器７に入れてＰＩ演算し、その結果から差圧調節弁１０の開度を操作手段８により決めてバーナ入口に供給する噴霧蒸気量を調節する。
【００１９】
このように、差圧調節弁１０によって、重油を所定量供給するのに必要な重油圧力に対して、重油バーナに供給する蒸気圧力が重油圧力に対して所定の差圧となるように蒸気圧力を制御し、重油量（重油圧力）に応じた蒸気量（蒸気圧力）を制御可能となり、ボイラ負荷に応じて図４に示す斜線部内に前記差圧が入るよう蒸気圧を調整することができる。
【００２０】
こうして、本実施例により重油バーナの立ち上げ時からボイラ負荷１００％までの負荷率に応じて蒸気圧を制御することですす及び騒音の発生を無くしたバーナ燃焼制御ができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明により、環境に優しい重油などの液体燃料の燃焼制御が可能となるので、産業上の利用可能性が高い。また、バーナ低負荷域での無駄な上記の消費を抑制するため、省エネルギー効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】液体燃料バーナで噴霧蒸気量と液滴（油滴）の平均粒子径の関係図を示す。
【図２】本発明の実施例の重油焚きボイラの燃焼制御装置の構成図を示す。
【図３】本発明の実施例の重油焚きボイラの燃焼制御装置のバーナ負荷（液体燃料供給量）と液体燃料供給圧（油圧）との関係図を示す。
【図４】本発明の実施例の重油焚きボイラの燃焼制御装置の差圧制御の概念を説明する図を示す。
【図５】従来のボイラ負荷に対する液体燃料バーナでの噴霧蒸気圧を一定とする蒸気圧一定制御を行う場合のボイラ負荷と蒸気圧と燃料圧の関係図（図５（ａ））と差圧（噴霧蒸気圧−燃料供給圧）を一定とする差圧一定制御を行う場合のボイラ負荷と蒸気圧と燃料圧の関係図（図５（ｂ））を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１  噴霧蒸気圧力検出器
２  重油圧力検出器
３  差圧演算器
４  差圧調節計
５  重油流量検出器
６  関数発生器
７  ＰＩ制御器
８  操作手段
１０  差圧調節弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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