(57)【要約】【課題】  空気供給量の補正を行うことで適正な燃焼を保つとともに、ボイラの異常を判断する。【解決手段】燃料を燃料ノズル４から噴射するとともに、送風機５から送られてきた燃焼用空気を空気噴射口６から噴射することで燃焼を行う燃焼装置２と、燃焼装置２へ供給する燃料供給量及び燃焼用空気供給量を制御する燃焼制御装置１０を持ったボイラ１であって、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を調節することによって燃焼量の段階的な変更を可能としているボイラにおいて、空気噴射口６より上流側における燃焼用空気の供給圧力Ｐ１を検出する供給圧力検出装置７と、空気噴射口６より下流側の炉内圧力Ｐ２を検出する炉内圧力検出装置８を設けておき、前記燃焼制御装置１０は、供給圧力Ｐ１と炉内圧力Ｐ２の差である差圧ΔＰを算出し、算出した差圧ΔＰが基準圧力値Ａから外れていた場合には、基準圧力値Ａ内となるように燃焼用空気量を調節する。【解決手段】【選択図】図１
2005127576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ラインから送られてきた燃料を燃料ノズルから噴射するとともに、送風機から送られてきた燃焼用空気を空気噴射口から噴射することで燃焼を行う燃焼装置と、燃焼装置へ供給する燃料供給量及び燃焼用空気供給量を制御する燃焼制御装置を持ったボイラであって、燃焼制御装置には燃料供給量及び燃焼用空気供給量を段階的に設定しておき、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を調節することによって燃焼量の段階的な変更を可能としているボイラにおいて、空気噴射口より上流側における燃焼用空気の供給圧力Ｐ１を検出する供給圧力検出装置と、空気噴射口より下流側の炉内圧力Ｐ２を検出する炉内圧力検出装置を設けておき、前記燃焼制御装置は、供給圧力Ｐ１と炉内圧力Ｐ２の差である差圧ΔＰを算出し、算出した差圧ΔＰがあらかじめ設定しておいた燃焼量ごとの基準圧力値Ａから外れていた場合には、基準圧力値Ａ内となるように燃焼用空気量を調節することを特徴とするボイラの燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラの燃焼制御装置において、空気噴射口より上流側における燃焼用空気の供給温度Ｔを検出する供給温度検出装置を設けておき、前記差圧ΔＰが基準圧力値Ａから外れていた場合、差圧ΔＰのズレが気温の変化によるものか気温以外の要因によるものかを前記供給温度Ｔに基づいて判断し、気温以外の要因による場合には異常の報知を行うことを特徴とするボイラの燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のボイラの燃焼制御装置において、差圧ΔＰが基準圧力値Ａとなるように燃焼用空気供給量を変更した場合、燃焼用空気供給量の変更に連動させて燃焼量変更時に燃料供給量を変更するタイミングを変更することを特徴とするボイラの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給量と燃焼用空気供給量を調節することで燃焼量の変更を行うボイラにおける燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料供給量及び燃焼用空気供給量を増減することで燃焼量を変更するボイラが広く普及している。燃焼量を高燃焼・低燃焼・停止の３位置で変更する場合には、高燃焼用燃料供給量及び高燃焼用空気供給量と、低燃焼用燃料供給量及び低燃焼用空気供給量を設定しておき、燃焼量に合わせて燃料供給量と空気供給量を調節する。高燃焼の場合には燃料供給量と燃焼用空気供給量を多くし、低燃焼の場合には燃料供給量と燃焼用空気供給量を少なくすることで、燃料供給量と燃焼用空気供給量の比率が適正となるようにしているが、実際には気温の変化等によって比率にズレが生じていた。つまり、気温が上昇する夏季の場合には空気の密度が低下し、送風機から送っている燃焼用空気の風量が一定であっても一定容積内の酸素量は少なくなっているため、空気量が不足することになる。逆に気温が低下する冬季の場合には空気の密度が上昇して一定容積内の酸素量が多くなるため、空気量が過剰となっていた。
【０００３】
また、炉内にすすが堆積するなどによって炉内の圧力が上昇すると、燃焼用空気が炉内に入りにくくなるために燃焼用空気供給量が不足し、送風機に異常が発生したり燃焼用空気を通すウインドボックスから空気漏れが発生した場合にも、送風機から供給している空気の一部が炉内に入らなくなるために燃焼用空気供給量が不足することになり、燃料供給圧力が低下するなどによって燃料供給量が減少した場合には燃焼用空気供給量が過剰になるため、これらのことによっても燃料供給量と燃焼用空気供給量の比率がズレることになる。
【０００４】
実公平８−７２３５号には、燃焼用空気供給量を気温変化に対応して補正する装置が記載されている。この場合、簡易な装置で気温変化に対する燃焼用空気供給量の補正を行うものであるが、気温以外の要素によって燃焼用空気供給量に過不足が生じた場合には対応することができなかった。そして燃焼用空気供給量に過不足が生じると、燃焼不良によってＣＯ発生量が増大したり、消炎等の不具合を生じることがあるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】実公平８−７２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、空気供給量に過不足が生じた場合には、空気供給量の補正を行うことで適正な燃焼を保つとともに、ボイラの異常を判断することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、燃料供給ラインから送られてきた燃料を燃料ノズルから噴射するとともに、送風機から送られてきた燃焼用空気を空気噴射口から噴射することで燃焼を行う燃焼装置と、燃焼装置へ供給する燃料供給量及び燃焼用空気供給量を制御する燃焼制御装置を持ったボイラであって、燃焼制御装置には燃料供給量及び燃焼用空気供給量を段階的に設定しておき、燃料供給量及び燃焼用空気供給量を調節することによって燃焼量の段階的な変更を可能としているボイラにおいて、空気噴射口より上流側における燃焼用空気の供給圧力Ｐ１を検出する供給圧力検出装置と、空気噴射口より下流側の炉内圧力Ｐ２を検出する炉内圧力検出装置を設けておき、前記燃焼制御装置は、供給圧力Ｐ１と炉内圧力Ｐ２の差である差圧ΔＰを算出し、算出した差圧ΔＰがあらかじめ設定しておいた燃焼量ごとの基準圧力値Ａから外れていた場合には、基準圧力値Ａ内となるように燃焼用空気量を調節することを特徴とするボイラの燃焼制御装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記のボイラの燃焼制御装置において、空気噴射口より上流側における燃焼用空気の供給温度Ｔを検出する供給温度検出装置を設けておき、前記差圧ΔＰが基準圧力値Ａから外れていた場合、差圧ΔＰのズレが気温の変化によるものか気温以外の要因によるものかを前記供給温度Ｔに基づいて判断し、気温以外の要因による場合には異常の報知を行うことを特徴とするボイラの燃焼制御装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記のボイラの燃焼制御装置において、差圧ΔＰが基準圧力値Ａとなるように燃焼用空気供給量を変更した場合、燃焼用空気供給量の変更に連動させて燃焼量変更時に燃料供給量を変更するタイミングを変更することを特徴とするボイラの燃焼制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明を実施することで、燃焼用空気供給量の過不足を検出でき、しかもボイラ自体の異常によるものと、気温変化によるものであってボイラ自体に異常はないものを区別して検出することができる。そのため、燃焼用空気供給量に過不足が生じた場合には燃焼用空気供給量を補正することで適正な燃焼を保つことができ、かつボイラの異常を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明を実施しているボイラの構成図である。ボイラ１は上部に燃焼装置２と送風機５を設けており、燃焼装置２には燃料ノズル４と空気噴射口６を設けている。送風機５と燃焼装置２の間にはウインドボックス１１を設け、送風機５からの空気はウインドボックス１１を通って燃焼装置２へと向かうようにしている。燃料ノズル４は燃料供給ライン３を通して送られてきた燃料を炉内１３へ噴射し、空気噴射口６はウインドボックス１１を通して送られてきた空気を炉内１３へ噴射するものであり、炉内１３で燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行う。
【００１２】
ウインドボックス１１に、燃焼用空気の供給圧力Ｐ１（ウインドボックス圧）を検出する供給圧力検出装置７と、燃焼用空気の供給温度Ｔを検出する供給温度検出装置９を設け、炉内１３に炉内圧力Ｐ２を検出する炉内圧力検出装置８を設ける。供給圧力検出装置７・炉内圧力検出装置８・供給温度検出装置９は、燃焼制御装置１０と接続しておき、検出した情報は燃焼制御装置１０へ送る。燃焼制御装置１０は、燃料供給量と燃焼用空気供給量の調節などを行うものであり、燃料供給ライン３に設けている燃料供給量制御装置１４と、送風機５の運転を制御する送風機回転速度制御装置１２とも接続しておく。ボイラ１の運転を行う場合は、燃焼制御装置１０が燃料供給量制御装置１４と送風機回転速度制御装置１２の制御を行う。
【００１３】
燃焼制御装置１０は、供給圧力検出装置７・炉内圧力検出装置８・供給温度検出装置９によって燃焼用空気の供給圧力Ｐ１・炉内圧力Ｐ２・燃焼用空気の供給温度Ｔを算出し、供給圧力Ｐ１と炉内圧力Ｐ２から差圧ΔＰを算出するようにしておく。燃焼制御装置１０は、算出した差圧ΔＰをあらかじめ設定しておいた基準圧力値Ａと比較し、差圧ΔＰが基準圧力値Ａから外れていた場合には、差圧ΔＰが基準圧力値Ａ内となるように送風機５の回転数を変更する。また、燃焼制御装置１０には基準温度値Ｂを設定しておき、差圧ΔＰが基準圧力値Ａから外れていた場合には、算出した供給温度Ｔと設定しておいた基準温度値Ｂとを比較し、ボイラの異常を判断して必要に応じて点検表示の出力や燃焼停止の制御を行う。
【００１４】
ボイラ１が、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で制御するものであった場合、燃焼制御装置１０には、高燃焼用燃料供給量及び高燃焼用空気供給量と、低燃焼用燃料供給量及び低燃焼用空気供給量を設定しておき、燃料供給量と空気供給量をそれぞれ切り替えることで燃焼量を調節する。燃料供給量制御装置１４には、第一燃料弁と第二燃料弁からなる２つの燃料弁を設けておき、高燃焼の場合には両方の燃料弁を開くことで高燃焼用燃料供給量、低燃焼の場合には第一燃料弁のみを開くことで低燃焼用燃料供給量、停止の場合には両方の燃料弁を閉じることで燃料供給を停止する。送風機回転速度制御装置１２には、高燃焼用回転数と低燃焼用回転数を設定しておき、高燃焼の場合には高燃焼用回転数とすることで高燃焼用空気供給量、低燃焼の場合には低燃焼用回転数とすることで低燃焼用空気供給量、停止の場合には送風機の運転を停止することで空気供給を停止する。送風機回転速度制御装置１２としては送風機５へ供給する運転周波数の変更を行うインバータ装置が代表的であり、インバータ装置による場合は高燃焼用回転数となる周波数と低燃焼用回転数となる周波数をそれぞれ設定しておく。
【００１５】
燃焼量は、負荷の状況に応じて決定しており、燃焼制御装置１０は蒸気供給量が少ないために蒸気圧力が低下したという場合には、燃焼量を低燃焼から高燃焼へと変更することで蒸気供給量を増加し、逆に蒸気供給量が多いために蒸気圧力が上昇したという場合には、燃焼量を高燃焼から低燃焼に変更することで蒸気供給量を減少する。燃焼量を変更する場合、燃料供給量の変更は短時間で行われるが、燃焼用空気供給量を変更するには時間がかかる。そのため、燃焼制御装置１０は、先に送風機回転速度制御装置１２に対して回転数変更の指令を出力することで、送風機５の回転数変更を先に開始しておき、運転周波数があらかじめ設定しておいた切替設定値になると、燃料供給量制御装置１４に対して供給量変更の指令を出力して燃料供給量の変更を行う。
【００１６】
当初の設定値として、高燃焼の周波数を５５Hz、燃料供給量を変更する切替設定値の周波数を５０Hzとしており、高燃焼時の基準圧力値Ａを２．６ｋPaから２．９ｋPaとし、基準温度値Ｂを１５℃から２５℃としている場合を例に具体的に説明する。本件の発明者は、送風機の回転数を一定としていても、気温の高い夏季には供給圧力Ｐ１が低くなって差圧ΔＰの値が小さくなり、気温の低い冬季には供給圧力Ｐ１が高くなって差圧ΔＰの値が大きくなるという知見を得たため、差圧ΔＰの値と供給温度Ｔの関係を確かめることで基準圧力値Ａと基準温度値Ｂを算出することにした。
【００１７】
図２は差圧ΔＰと供給温度Ｔの関係から定めた制御をマトリックス表示したものである。図２において、ａ・ｂ・ｃ欄は供給温度Ｔが基準温度値Ｂの上限である２５℃よりも高い状態、ｄ・ｅ・ｆ欄は供給温度Ｔが基準温度値Ｂ内の状態、ｇ・ｈ・ｉ欄は供給温度Ｔが基準温度値Ｂの下限である１５℃よりも低い状態のものであり、またａ・ｄ・ｇ欄は差圧ΔＰが基準圧力値Ａの下限である２．６ｋPaよりも低い状態、ｂ・ｅ・ｈ欄は差圧ΔＰが基準圧力値Ａ内の状態、ｃ・ｆ・ｉ欄は差圧ΔＰが基準圧力値Ａの上限である２．９ｋPaよりも高い状態を意味している。
【００１８】
第１の例として、ボイラは高燃焼で運転しており、送風機回転速度制御装置１２が出力している運転周波数は５５Hz、差圧ΔＰは２．５ｋPa、供給温度Ｔは３０℃であったとする。この場合は、図２のａ欄に該当する。これは、気温が高い状態であって、供給圧力Ｐ１の値が低くなったことで差圧ΔＰが小さくなったということが考えられ、この現象はボイラに異常が発生していなくても気温の上昇によって発生することがある。差圧ΔＰの値が小さくなった場合には炉内へ入る空気量が不足することになるため、燃焼制御装置１０で設定している高燃焼用の周波数を当初の設定値である５５Hzから１Hz増加して５６Hzとすることで、送風機５の回転数を増加させる。高燃焼の周波数を５６Hzとした場合、燃焼量変更時に燃料供給量を変更する周波数も高燃焼の周波数変更に連動させて５０Hzから５１Hzへ１Hz増加して設定し直しておく。周波数を増加して送風機５の回転数を増加することで、ウインドボックス１１へ送られる燃焼用空気量が増加し、供給圧力Ｐ１が上昇して差圧ΔＰの値が上昇するため、炉内へ入る燃焼用空気量が増加して燃焼用空気供給量の不足をなくすことができる。高燃焼周波数の設定値と切替設定値を変更した場合、次回の高燃焼時にも変更後の値で燃焼用空気の供給を行うように変更を記録しておく。なお、高燃焼周波数の設定値は最大で６０Hzまで増加できるように定めておき、送風機回転速度制御装置１２から送風機５へ出力している運転周波数を１Hz増加して５６Hzとしても差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内に入らなかった場合には、さらに周波数を増加する制御を行う。増加幅の最大値である６０Hzまで増加しても差圧ΔＰが基準圧力値Ａ内に入らなかった場合には、気温以外の要因による何らかの異常が発生している可能性があるため、この場合には点検表示の出力又は燃焼を停止する制御を行う。
【００１９】
第２の例として、差圧ΔＰは３．０ｋPa、供給温度Ｔは１０℃であり、その他は第１例の当初の状態と同じであったとする。この場合は、図２のｉ欄に該当する。これは、気温が低い状態であって、供給圧力Ｐ１の値が高くなったことで差圧ΔＰが大きくなったということが考えられ、この現象はボイラに異常が発生していなくても気温の低下によって発生することがある。差圧ΔＰの値が大きくなった場合には炉内へ入る空気量が過剰となるため、燃焼制御装置１０で設定している高燃焼用の周波数を当初の設定値である５５Hzから１Hz減少して５４Hzとすることで、送風機５の回転数を減少させる。高燃焼の周波数を５４Hzとした場合、燃料供給量を変更する周波数も高燃焼の周波数変更に連動させて５０Hzから１Hz減少して４９Hzへ設定し直しておく。周波数を減少して送風機５の回転数を減少することで、ウインドボックス１１へ送られる燃焼用空気量が減少し、燃焼用空気供給量を減少すれば供給圧力Ｐ１が低下して差圧ΔＰの値が低下するため、炉内へ入る燃焼用空気量が減少して、燃焼用空気供給量の過剰をなくすことができる。なお、高燃焼周波数の設定値は最大で５２Hzまで減少できるように定めておき、送風機回転速度制御装置１２から送風機５へ出力している運転周波数を１Hz減少して５４Hzとしても差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内に入らなかった場合にはさらに周波数を減少する制御を行う。減少幅の最大値である５２Hzまで減少しても差圧ΔＰが基準圧力値Ａ内に入らなかった場合には、気温以外の要因による何らかの異常が発生している可能性があるため、この場合には点検表示の出力又は燃焼を停止する制御を行う。
【００２０】
第３の例として、差圧ΔＰは２．５ｋPa、供給温度Ｔは１０℃であり、その他は第１の例と同じであったとする。この場合は、図２のｇ欄に該当する。気温が低下しても差圧ΔＰの値が小さくなることはないため、差圧ΔＰの値が小さくなっているのは気温以外の要因によるものである。差圧ΔＰが小さくなる原因としては、炉内にすすが付着することによって炉内圧力Ｐ２が上昇した場合や、送風機５又はウインドボックス１１の異常によって送られている空気量が少なくなっているために供給圧力Ｐ１が低下したということが考えられる。差圧ΔＰの値が小さくなった場合、炉内へ入る空気量が不足することになるため、燃焼制御装置１０は高燃焼用の周波数を当初の設定値から増加する制御を行う。また燃焼制御装置１０は、供給温度Ｔが基準温度値Ｂよりも低い状態で差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａより低くなっているため、ボイラに何らかの異常が発生していると判断して、点検表示の出力を行っておく。周波数を増加することで差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内となれば燃焼を継続することができるが、増加幅の最大値である６０Hzまで増加しても差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内に入らなかった場合には燃焼を停止する。
【００２１】
第４の例として、差圧ΔＰは３．０ｋPa、供給温度Ｔは２０℃であり、その他は第１の例と同じであったとする。この場合は、図２のｆ欄に該当する。供給温度Ｔが基準温度値Ｂ内であるのに、差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａより大きくなる原因としては、燃料供給量が定格分に満たないために炉内圧力Ｐ２が低くなったなどの場合が考えられる。差圧ΔＰの値が大きくなった場合には空気量が過剰となるため、燃焼制御装置１０は高燃焼用の周波数を当初の設定値から減少する制御を行う。また燃焼制御装置１０は、供給温度Ｔが基準温度値Ｂ内の状態で差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａより高くなっているため、ボイラに何らかの異常が発生していると判断して、点検表示の出力を行っておく。周波数を減少することで差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内となれば燃焼を継続することができるが、増加幅の最大値である５２Hzまで減少しても差圧ΔＰの値が基準圧力値Ａ内に入らなかった場合には燃焼を停止する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施しているボイラの構成図
【図２】本発明における差圧ΔＰと供給温度Ｔの関係から定まる制御の例
【符号の説明】
【００２３】
１  ボイラ      
２  燃焼装置      
３  燃料供給ライン        
４  燃料ノズル      
５  送風機            
６  空気噴射口        
７  供給圧力検出装置
８  炉内圧力検出装置
９  供給温度検出装置
１０  燃焼制御装置
１１  ウインドボックス
１２  回転速度制御装置
１３  炉内
１４  燃料供給量制御装置     
【図１】
2005127576.tif 000003
【図２】
2005127576.tif 000004