ボイラ燃焼制御装置
【課題】ボイラの空燃比定値制御において、Ｏ２の変化に対するＣＯの排出特性に特有の特性がある場合、ＣＯの定値制御が不安定になる等の、制御上の制約やＣＯ濃度制御上の問題点があった。
【解決手段】ボイラ１に供給する燃料流量および空気流量を制御する空気流量制御装置２２及び燃料流量制御装置２１を有し、空燃比設定値に基づいて空気量を制御するボイラ燃焼制御装置において、ボイラの排ガス内のＯ２濃度に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置２６と、ボイラの排ガス内のＣＯ濃度の変化率に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置２７を備え、ハイセレクタ２８で第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択し、空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えることにより、省エネルギーで低公害な燃焼システムを構築する。
【解決手段】ボイラ１に供給する燃料流量および空気流量を制御する空気流量制御装置２２及び燃料流量制御装置２１を有し、空燃比設定値に基づいて空気量を制御するボイラ燃焼制御装置において、ボイラの排ガス内のＯ２濃度に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置２６と、ボイラの排ガス内のＣＯ濃度の変化率に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置２７を備え、ハイセレクタ２８で第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択し、空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えることにより、省エネルギーで低公害な燃焼システムを構築する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火力発電所などのボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置に関するもので、特に負荷変動時において空気量を適切に制御して排ガス内のＣＯ排出の抑制を行うようにしたボイラ燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のボイラの燃焼制御において、ボイラの負荷に対する燃料量、空気量の調整はあらかじめ保有している、空燃比（燃料と空気との比率）設定特性に応じた空気過剰率制御が行われている。この空気過剰率制御（空燃比制御）に、Ｏ２（酸素）制御とＣＯ（一酸化炭素）制御を付加する場合には、排ガス内のＯ２濃度測定値とＯ２濃度目標値との偏差を用いて変換係数として演算により空燃比設定値を補正する方式がとられ、さらに、排ガスのＣＯ濃度を測定し、ＣＯ濃度目標値との差の変換係数を上記排ガスＯ２濃度目標値に乗算して排ガスＯ２濃度の最終目標値を得た後、実測されたＯ２濃度との偏差により補正された空燃比制御によりボイラ空気量調整がなされている。（特許文献１および特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１７６２７号公報（図３、図４）
【特許文献２】特開平６−１８０１１６号公報（図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のボイラ燃焼制御装置においては、空燃比設定装置により、燃料量に応じた空気量を調整する空燃比設定システムが適用され、更にＯ２制御とＣＯ制御が付加されている。この場合の空燃比設定において、ＣＯ制御のコントローラ出力、Ｏ２制御のコントローラ出力をカスケード信号にて加算して空燃比設定の変更を行う方式で構成されているので、排ガスのＣＯ濃度制御を実施する場合もＯ２濃度制御を併用して実施しておくことが必要であり、又Ｏ２の変化に対するＣＯの排出特性に特有の特性がある場合、ＣＯの定値制御が不安定になる等の、制御上の制約やＣＯ濃度制御上の問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｏ２濃度制御が先行して実施されていなくてもＣＯ排出抑制制御が実施でき、またＣＯ濃度制御の方法においても適切なＣＯ制御により燃焼空気量を適切にすることができるボイラ燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るボイラ燃焼制御装置は、ボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置において、ボイラに供給される空気流量を検出する空気流量検出装置からの信号に基づいてボイラに供給する空気流量を制御する空気流量制御装置、ボイラに供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置からの信号に基づいてボイラに供給する燃料流量を制御する燃料流量制御装置、燃料流量検出装置で検出された燃料流量の計測値から、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置、ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置、ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置、第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択するハイセ
レクタ、このハイセレクタで選択した調整信号を空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えて制御信号を作成し、その制御信号を空気流量制御装置の制御値とする第１の演算手段、ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいて制御信号を作成するボイラマスタ、このボイラマスタで作成された制御信号を燃料流量制御装置の制御値とする第２の演算手段を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係るボイラ燃焼制御装置は、ボイラに供給する燃料流量を検出し、その検出された燃料流量を基に燃料流量を調整する燃料調整制御系と、ボイラに供給する空気流量を検出し、その検出された空気流量を基に空気流量を調整する空気量調整制御系とを有したボイラ燃焼制御装置において、ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力信号によりボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタを有し、ボイラマスタで作成したボイラ燃焼制御信号を燃料調整制御系と空気量調整制御系に与える第１の制御装置と、検出された燃料流量を基に、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置を有し、空燃比設定装置で算出された空燃比設定値の制御信号を空気量調整制御系に与える第２の制御装置と、ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置を有し、Ｏ２制御装置からの第１の調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第３の制御装置と、ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置を有し、ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第４の制御装置とを備え、第３の制御装置からの第１の調整信号と、第４の制御装置からの第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号をハイセレクタを用いて選択し、ハイセレクタで選択した調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のボイラ燃焼制御装置は、ＣＯ（一酸化炭素）濃度制御を行う場合、Ｏ２濃度制御と併用して、あるいは単独で、空燃比制御が達成できるようになり、必要量以上の燃焼空気量の供給を抑制することや、ボイラが不完全燃焼となりＣＯが発生しているような燃焼状態が発生しない限界の空燃比制御できるようになるので、精度高く燃焼空気ファンの動力と排ガスの熱ロスを削減することができ、また良好なボイラ燃焼によるＣＯの排出抑制を達成することができる。
またＣＯ濃度が異常に増加した場合も、その濃度の変化率を検出し空燃比制御の信号へバイアスを与える制御をすることで、排ガス内のＣＯ排出抑制制御を取り入れることにより燃焼空気量を適切にしているので、省エネルギー上からも、公害防止上からも有利なボイラ燃焼方法が取れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１を示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す全体構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４を示す全体構成図である。
【図５】燃料流量に応じた空燃比の特性を示す図である。
【図６】ボイラ負荷に応じた排ガス内のＯ２濃度特性を示す図である。
【図７】Ｏ２濃度の変化に対する排ガス中のＣＯ濃度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるボイラ燃焼制御装置を図１に基づいて説明する
。図１において、ボイラ１の所定の壁部にバーナが設置され、このバーナに燃料供給路２および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給し、ここで燃料と空気が混合されて燃焼することにより、ボイラ１内の被加熱対象、例えば水を加熱して配管４から蒸気を出力し、図示しない次工程に送られる。またボイラ１で燃焼した排ガスは排気管５を通じて集塵機６を経由して煙突７から排出される。
【００１１】
燃料供給路２にはボイラ１に供給する燃料量を調整する調整弁などの燃料流量調整手段８とボイラ１に供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置９が設けられ、また空気供給路３にはボイラ１に供給する空気量を調整する可変速送風機とＶＶＶＦなどの空気流量調整手段１０とボイラ１に供給される空気流量を検出する空気流量検出装置１１が設けられている。さらに、配管４には蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出装置１２とボイラ１の負荷を検出するボイラ負荷検出装置１３が設けられ、また排気管５にはＣＯ（一酸化炭素）の濃度を検出するＣＯ濃度検出装置１４とＯ２（酸素）の濃度を検出するＯ２濃度検出装置１５が設けられている。
【００１２】
ボイラ制御装置２０は、燃料流量検出装置９で検出した燃料流量に基づいて燃料流量調整手段８により燃料流量を調整する燃料流量制御装置２１からなる燃料調整制御系と、空気流量検出装置１１で検出した空気流量に基づいて空気流量調整手段１０により空気流量を調整する空気流量制御装置２２からなる空気量調整制御系とを有している。
またボイラ制御装置２０は、蒸気圧力検出装置１２で検出したボイラ１の蒸気圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいてボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタ２３を有し、ボイラマスタ２３で作成したボイラ燃焼制御信号を、燃料調整制御系と空気量調整制御系に与える第１の制御装置を備えている。即ち、ボイラマスタ２３で作成したボイラ燃焼制御信号は、燃料流量制御装置２１および空気流量制御装置２２の流量制御値へ演算手段としての乗算器２４ａ、２４ｂを経由してバイアス信号の制御値として与えられる。
【００１３】
またボイラ制御装置２０は、燃料流量検出装置９で検出された燃料流量を基づいて、その燃料流量に応じて設定されている図５に示す空燃比設定値を算出する空燃比設定装置２５を有し、この空燃比設定装置２５で算出された空燃比設定値の制御信号を空気量調整制御系に与える第２の制御装置を備えている。
【００１４】
さらにボイラ制御装置２０は、ボイラ１から排出される排ガスのＯ２（酸素）制御とＣＯ（一酸化炭素）制御を行うための制御装置も付加されている。
即ち、Ｏ２濃度検出装置１５で検出された排ガス内のＯ２（酸素）濃度計測値と、ボイラ負荷検出装置１３で検出されたボイラ負荷に応じて設定されているＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置２６を有し、このＯ２制御装置２６からの第１の調整信号により空燃比設定装置２５で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えて、空燃比設定値を補正する第３の制御装置を備えている。
【００１５】
また、ＣＯ濃度検出装置１４で検出された排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率と、ＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置２７を有し、このＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号により空燃比設定装置２５で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えて、空燃比設定値を補正する第４の制御装置を備えている。
ＣＯ濃度の変化率の検出方法は、短時間の計測スキャン時間ΔＴ（通常１秒前後）の間で計測されたＣＯ濃度の前回値ＣＯoldと今回値ＣＯnewとの差の計測時間内での変化量であり、変化率の許容限度値ΔＣＯ（通常１００ｐｐｍ）以上となった時に検出をおこなう。その関係式は次の通りとなる。
（ＣＯnew−ＣＯold）／ΔＴ＞ΔＣＯ
【００１６】
ハイセレクタ２８はＯ２制御装置２６から出力される第１の調整信号の制御値と、ＣＯ変化率制御装置２７から出力される第２の調整信号の制御値を比較し、第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い（例えば制御値の大きい方）調整信号を選択する。そしてハイセレクタ２８で選択された調整信号は、空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス（偏倚）する制御値として演算手段の乗算器２４ｃに与えらる。乗算器２４ｃは、空燃比設定値にハイセレクタ２８で選択された調整信号をバイアス（偏倚）し、そのバイアスされた制御信号を空気流量制御装置２２の目標制御値としている。
ハイセレクタ２８の具体的な構成としては、各種変換器からの電圧信号を２点入力し、２つの入力信号のうち高い方を選択して電流信号または電圧信号を出力する変換器などが用いられる。
【００１７】
ハイセレクタ２８は、ＣＯ変化率制御装置２７が負荷変動時のＣＯ濃度の変化率を検出し、あらかじめ設定している変化率の許容限度値ΔＣＯ以上になった場合、Ｏ２制御装置２６の第１の調整信号の出力値からＣＯの変化率が実質零になるまでＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号の出力値を優先して出力する。ここでＣＯの変化率が実質零とは３０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【００１８】
次にこの発明の実施の形態１の動作について説明する。
ボイラ１のバーナ燃焼において、燃料と空気を混合して燃焼しているが、この燃料と空気の比率（空燃比）を、理論空気量を基準として空気過剰率である図５に示す空燃比をあらかじめ設定しておき、この空燃比を使用して燃焼している燃料に応じて供給する空気量を設定している。
即ち、燃料流量検出装置９で検出した燃料流量に基づき空燃比設定装置２５で空燃比設定値を算出し、空気流量制御装置２２は、この空燃比設定値を目標値として空気流量が最適になるよう、空気流量検出装置１１で検出された空気流量に基づき空気流量調整装置１０を制御する。その場合、空燃比設定値は、ボイラマスタ２３で作成されたボイラ燃焼制御信号により乗算手段２４ｂでバイアスされ、ボイラ１の蒸気圧力に応じて修正されている。
【００１９】
一方、ボイラマスタ２３で作成されたボイラ燃焼制御信号は乗算手段２４ａでバイアスされて燃料流量制御装置２１の制御値が作成され、燃料流量制御装置２１は燃料流量が最適になるよう、上記制御値から燃料流量検出装置９で検出された燃料流量に基づき燃料流量調整装置８を制御し、燃料流量を調整する。
【００２０】
一般にボイラの燃焼において、燃料流量が定格値近傍、つまり燃料流量が大きいときは空燃比は小さくてよいが、燃料流量が小さい低負荷域では燃料と空気との混合性が良くなく、空気量を多く供給する必要があり、低負荷域での空燃比の設定は図５に示すように大きくしないと発煙してしまう。すなわち、空燃比は燃料流量に対して一定ではなく、燃料流量の低下に伴って上昇するという非線形特性を有している。
【００２１】
しかしながら、図５に示す空燃比の設定により空気量の供給を継続すると、ボイラの燃焼特性の変化で燃焼空気の供給が必要以上に過剰供給状態となり不経済な運用となる場合や、空気供給不足となり不完全燃焼で黒煙を起こし公害面で問題となる場合がある。
そこで、過剰空気が適切に供給されていることを確認するために、排ガス内のＯ２（酸素）濃度をＯ２濃度検出装置１５で検出すると共にボイラ負荷検出装置１３でボイラ負荷を検出し、Ｏ２制御装置２６で図６に示すボイラの負荷（蒸気量）と排ガスのＯ２濃度との特性になるように、空燃比設定装置２５で設定した空燃比設定値に、図１の乗算器２４ｃを使用してＯ２補正のバイアスを与え、排ガスのＯ２制御として供給空気量の補正を行っている。
【００２２】
この方法で使用する排ガスＯ２濃度制御のみでは、Ｏ２濃度を計測する排ガス内に外部空気が混入した場合には燃焼状態を正確には見出せないことが有る。そこで、排ガス中に残存する可燃成分のＣＯ濃度を検出し、排ガス内のＣＯ濃度がＣＯ濃度目標値になるように、排ガスＯ２濃度調節の設定値をＣＯ濃度検出値に応じて修正して制御するＣＯ制御装置を設けることが従来行われていた。
【００２３】
この場合、Ｏ２濃度の変化に対するＣＯ濃度値のＣＯ排出特性を１００％の負荷と２５％の負荷を例として図７に示すが、Ｏ２濃度が低下し空気過剰率が低下してくると、不完全燃焼が発生しＣＯ濃度値が急激に増加する急峻な特性と、Ｏ２濃度が増加した場合にはＣＯ濃度値の低下は緩慢な特性を保有する場合がある。
図７に示すＣＯの特性があるボイラにＣＯの定値濃度制御を摘要した場合、その制御が不安定となり、高濃度のＣＯが排出される場合や、必要以上の燃焼空気が供給されることになり、環境保全上からも好ましくなく、省エネルギー上からも不経済である。
【００２４】
そこでこの発明においては、ＣＯ制御装置に代えてＣＯ変化率制御装置２７を設け、さらにハイセレクタ２８を用いて、Ｏ２制御装置２６からの第１の調整信号の制御値とＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号の制御値を比較し、優先度の高い調整信号を選択する。ハイセレクタ２８で選択された調整信号は、乗算器２４ｃにて空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス値として与えて、空燃比設定値を補正するようにしたものである。
【００２５】
即ち、ハイセレクタ２８は、通常動作時はＯ２制御装置２６からの第１の調整信号を選択し、図６に示すボイラの負荷（蒸気量）と排ガスのＯ２濃度との特性になるように、空燃比設定装置２５からの空燃比設定値に乗算器２４ｃを使用してＯ２補正のバイアスを与え、排ガスのＯ２制御として供給空気量の補正を行っている。
しかし、ＣＯ変化率制御装置２７が負荷変動時のＣＯ濃度の変化率を検出し、あらかじめ設定している変化率の許容限度値ΔＣＯ以上になった場合、ハイセレクタ２８は、Ｏ２制御装置２６の第１の調整信号からＣＯ変化率抑制制御装置２７からの第２の調整信号に優先して切り替え、ＣＯの変化率が実質ゼロになり、ＣＯが未検出になるまでその状態を継続する。
【００２６】
このように実施の形態１の発明は、負荷変動時等にＣＯが急激に増加した場合に、ハイセレクタ２８を使用して、Ｏ２制御の信号からＣＯ変化率抑制制御の信号に優先選択して調整信号を切り替え、この調整信号を空燃比制御の信号にバイアスを与えることにより、不完全燃焼が防止でき、公害防止上からも有利なボイラ燃焼方法が取れる。このハイセレクタ方式を使用することにより、Ｏ２濃度制御が先行して実施されていない場合も高濃度のＣＯの排出抑制が可能である。
【００２７】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２におけるボイラ燃焼制御装置を図２に基づいて説明する。図２において、図１に示す実施の形態１におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ未検出制御装置２９を装備し、ＣＯ未検出制御装置２９の出力をハイセレクタ２８に調整信号の制御値として入力するようにしたものである。その他の構成は図１と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
【００２８】
ＣＯ未検出制御装置２９は、ＣＯ濃度検出装置１４で検出された排ガス内のＣＯ濃度値とＣＯ濃度値の上限管理値との偏差に基づいて第３の調整信号を作成する。即ち、ＣＯ未検出制御装置２９は、ＣＯ濃度値の上限管理値を例えば３０ｐｐｍ、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下とし、ＣＯ濃度が実質未検出になるまで調整信号を出力する。
ハイセレクタ２８は、Ｏ２制御装置２６からの第１の調整信号である制御値と、ＣＯ変
化率制御装置２７からの第２の調整信号である制御値と、ＣＯ未検出制御装置２９からの第３の調整信号である制御値との３個の調整信号を比較し、優先度の高い（絶対値の大きい）調整信号を取り出し、乗算器２４ｃはハイセレクタ２８で取り出した調整信号の大きさに応じて空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与え、空燃比設定値を補正している。
【００２９】
実施の形態１の発明においては、Ｏ２制御装置２６からの偏差の第１の調整信号と、ＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号をハイセレクタ２８で選択した調整信号を作成しているが、この第２の調整信号はＣＯの変化率で信号を作成しているために、ＣＯの排出が高濃度の排出状態で整定する場合がある。そこで実施の形態２の発明においては、ハイセレクタ２８は、各偏差に基づいた３個の調整信号の絶対値を比較し、優先度の高い調整信号を取り出しているので、ＣＯ未検出制御装置２９の第３の調整信号が零になるように、Ｏ２制御装置２６の管理目標値の設定変更を行い、両制御装置の偏差が零になるように制御する。
【００３０】
この実施の形態２の発明は、負荷安定時にＣＯ濃度の管理上限値を超えたＣＯ濃度が計測された場合に、Ｏ２制御装置２６の調整信号からＣＯ未検出制御装置２９の調整信号へ優先選択して調整信号を切り替え、ＣＯ濃度が実質未検出になるまでＣＯ未検出制御装置２９からの出力を優先してハイセレクタ２８へ出力するので、通常の燃焼状態における低濃度のＣＯの連続排出も削減することができる。
【００３１】
一方、ＣＯ濃度の管理上限値を下回ったＣＯ濃度が計測された場合は、ＣＯ未検出制御装置２９の第３の調整信号の絶対値でも比較しているので、この第３の調整信号が選択されることとなり、通常の燃焼状態において、低濃度のＣＯの連続排出により、不必要な燃焼空気量を減少することができ、燃焼空気ファンの動力と排ガスの熱ロスを削減ができる。この方式を採用することによりＯ２濃度制御が先行して実施されていない場合も高濃度のＣＯの排出抑制が可能である。
【００３２】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３におけるボイラ燃焼制御装置を図３に基づいて説明する。図３において、図２に示す実施の形態２におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ排出特性データベース３０を装備している。その他の構成は図１および図２と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
ボイラ１の燃料燃焼特性において、空燃比を増加させてＯ２濃度を計測した場合、排ガス内のＯ２濃度とＣＯ濃度の特性にはＣＯが未検出に至る燃焼特性と、ＣＯの排出が少量ではあるが生成継続するボイラ固有のＣＯ排出特性がある。図７に示す曲線Ｃ２のＣＯ排出特性がＣＯ未検出の排出特性であり、図7に示す曲線Ｃ１のＣＯ排出特性がＯ２濃度が
増加しても少量のＣＯは生成継続する排出特性である。
【００３４】
ＣＯ排出特性データベース３０は、このような数種のボイラのＣＯ排出特性を保有している。このＣＯ排出特性データベース３０から当該ボイラ１の排出特性に合わせて、ＣＯ未検出制御装置２９のＣＯ濃度の上限管理値として、図７に示すＣＯ最低値検出のＣＯminか、ＣＯ検出が零のＣＯzeroの選択を行い、ＣＯ未検出制御装置２９の管理目標値ＣＯsvとして設定を行う。
【００３５】
ＣＯ未検出制御装置２９の制御の方法は、計測されたＣＯ濃度値ＣＯnewがＣＯ濃度の
管理目標値ＣＯsvを超える場合に、ＣＯ濃度が実質未検出の管理目標値ＣＯsvとなるようにハイセレクタ２８に制御値を出力する。
ＣＯ濃度の管理目標値は国の排出基準値（３００ｐｐｍ）未満の通常３０ｐｐｍ程度と
する場合が好ましい。
【００３６】
この実施の形態３の発明は数種のボイラのＣＯ排出特性を保有しているＣＯ排出特性データベース３０から、当該ボイラの排出特性に合わせてＣＯ濃度の上限管理値としてＣＯ未検出制御装置２９の管理目標値ＣＯsvの設定を行うので、適正なＣＯ排出の管理目標値が設定され、通常の燃焼状態における低濃度のＣＯの連続排出も削減することができる。
【００３７】
実施の形態４．
次にこの発明の実施の形態４におけるボイラ燃焼制御装置を図４に基づいて説明する。図４において、図３に示す実施の形態３におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ変化率警報装置３１を装備している。その他の構成は図１乃至図３と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
ＣＯ変化率警報装置３１は、ＣＯ変化率制御装置２７がＣＯの変化率を算出し、ＣＯ濃度の変化率の上限管理値との偏差が設定された値以上となった場合に、発電所などの管理員へブザーやランプなどで警報発令等を伝達する。
【００３８】
この実施の形態４の発明はＣＯ変化率制御装置２７にてＣＯの変化率を算出し、ＣＯ濃度の変化率の上限管理値との偏差が設定された値以上となった場合に、ＣＯ変化率警報装置３１により発電所などの管理員へ警報発令等を伝達するので、ＣＯ濃度が異常に増加しているボイラの異常燃焼の状態を早期に発電所などの管理員が把握でき、ボイラの良好な燃焼状態への移行措置を取ることが可能となるので、ボイラの良好な運転状態の継続と、公害面での黒煙の発生を早期に防止することができる。
【００３９】
なお実施の形態４の発明は、実施の形態３におけるＣＯ未検出制御装置２９およびＣＯ排出特性データベース３０を有するボイラ燃焼制御装置にＣＯ変化率警報装置３１を装備したものについて説明したが、ＣＯ未検出制御装置２９が装備されていない実施の形態１の発明およびＣＯ排出特性データベース３０が装備されていない実施の形態２の発明にＣＯ変化率警報装置３１を装備したものにも適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ボイラ ２：燃料供給路
３：空気供給路 ４：配管
５：排気管 ６：集塵機
７：煙突 ８：燃料流量調整手段（調整弁）
９：燃料流量検出装置 １０：空気流量調整手段
１１：空気流量検出装置 １２：蒸気圧力検出装置
１３：ボイラ負荷検出装置 １４：ＣＯ濃度検出装置
１５：Ｏ２濃度検出装置
２０：ボイラ制御装置 ２１：燃料流量制御装置
２２：空気流量制御装置 ２３：ボイラマスタ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：演算手段（乗算器）
２５：空燃比設定装置 ２６：Ｏ２制御装置
２７：ＣＯ変化率制御装置 ２８：ハイセレクタ
２９：ＣＯ未検出制御装置 ３０：ＣＯ排出特性データベース
３１：ＣＯ変化率警報装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火力発電所などのボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置に関するもので、特に負荷変動時において空気量を適切に制御して排ガス内のＣＯ排出の抑制を行うようにしたボイラ燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のボイラの燃焼制御において、ボイラの負荷に対する燃料量、空気量の調整はあらかじめ保有している、空燃比（燃料と空気との比率）設定特性に応じた空気過剰率制御が行われている。この空気過剰率制御（空燃比制御）に、Ｏ２（酸素）制御とＣＯ（一酸化炭素）制御を付加する場合には、排ガス内のＯ２濃度測定値とＯ２濃度目標値との偏差を用いて変換係数として演算により空燃比設定値を補正する方式がとられ、さらに、排ガスのＣＯ濃度を測定し、ＣＯ濃度目標値との差の変換係数を上記排ガスＯ２濃度目標値に乗算して排ガスＯ２濃度の最終目標値を得た後、実測されたＯ２濃度との偏差により補正された空燃比制御によりボイラ空気量調整がなされている。（特許文献１および特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１１７６２７号公報（図３、図４）
【特許文献２】特開平６−１８０１１６号公報（図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のボイラ燃焼制御装置においては、空燃比設定装置により、燃料量に応じた空気量を調整する空燃比設定システムが適用され、更にＯ２制御とＣＯ制御が付加されている。この場合の空燃比設定において、ＣＯ制御のコントローラ出力、Ｏ２制御のコントローラ出力をカスケード信号にて加算して空燃比設定の変更を行う方式で構成されているので、排ガスのＣＯ濃度制御を実施する場合もＯ２濃度制御を併用して実施しておくことが必要であり、又Ｏ２の変化に対するＣＯの排出特性に特有の特性がある場合、ＣＯの定値制御が不安定になる等の、制御上の制約やＣＯ濃度制御上の問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｏ２濃度制御が先行して実施されていなくてもＣＯ排出抑制制御が実施でき、またＣＯ濃度制御の方法においても適切なＣＯ制御により燃焼空気量を適切にすることができるボイラ燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るボイラ燃焼制御装置は、ボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置において、ボイラに供給される空気流量を検出する空気流量検出装置からの信号に基づいてボイラに供給する空気流量を制御する空気流量制御装置、ボイラに供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置からの信号に基づいてボイラに供給する燃料流量を制御する燃料流量制御装置、燃料流量検出装置で検出された燃料流量の計測値から、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置、ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置、ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置、第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択するハイセ
レクタ、このハイセレクタで選択した調整信号を空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えて制御信号を作成し、その制御信号を空気流量制御装置の制御値とする第１の演算手段、ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいて制御信号を作成するボイラマスタ、このボイラマスタで作成された制御信号を燃料流量制御装置の制御値とする第２の演算手段を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係るボイラ燃焼制御装置は、ボイラに供給する燃料流量を検出し、その検出された燃料流量を基に燃料流量を調整する燃料調整制御系と、ボイラに供給する空気流量を検出し、その検出された空気流量を基に空気流量を調整する空気量調整制御系とを有したボイラ燃焼制御装置において、ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力信号によりボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタを有し、ボイラマスタで作成したボイラ燃焼制御信号を燃料調整制御系と空気量調整制御系に与える第１の制御装置と、検出された燃料流量を基に、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置を有し、空燃比設定装置で算出された空燃比設定値の制御信号を空気量調整制御系に与える第２の制御装置と、ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置を有し、Ｏ２制御装置からの第１の調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第３の制御装置と、ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置を有し、ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第４の制御装置とを備え、第３の制御装置からの第１の調整信号と、第４の制御装置からの第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号をハイセレクタを用いて選択し、ハイセレクタで選択した調整信号により空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のボイラ燃焼制御装置は、ＣＯ（一酸化炭素）濃度制御を行う場合、Ｏ２濃度制御と併用して、あるいは単独で、空燃比制御が達成できるようになり、必要量以上の燃焼空気量の供給を抑制することや、ボイラが不完全燃焼となりＣＯが発生しているような燃焼状態が発生しない限界の空燃比制御できるようになるので、精度高く燃焼空気ファンの動力と排ガスの熱ロスを削減することができ、また良好なボイラ燃焼によるＣＯの排出抑制を達成することができる。
またＣＯ濃度が異常に増加した場合も、その濃度の変化率を検出し空燃比制御の信号へバイアスを与える制御をすることで、排ガス内のＣＯ排出抑制制御を取り入れることにより燃焼空気量を適切にしているので、省エネルギー上からも、公害防止上からも有利なボイラ燃焼方法が取れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１を示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す全体構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４を示す全体構成図である。
【図５】燃料流量に応じた空燃比の特性を示す図である。
【図６】ボイラ負荷に応じた排ガス内のＯ２濃度特性を示す図である。
【図７】Ｏ２濃度の変化に対する排ガス中のＣＯ濃度特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるボイラ燃焼制御装置を図１に基づいて説明する
。図１において、ボイラ１の所定の壁部にバーナが設置され、このバーナに燃料供給路２および空気供給路３からそれぞれ燃料および空気を供給し、ここで燃料と空気が混合されて燃焼することにより、ボイラ１内の被加熱対象、例えば水を加熱して配管４から蒸気を出力し、図示しない次工程に送られる。またボイラ１で燃焼した排ガスは排気管５を通じて集塵機６を経由して煙突７から排出される。
【００１１】
燃料供給路２にはボイラ１に供給する燃料量を調整する調整弁などの燃料流量調整手段８とボイラ１に供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置９が設けられ、また空気供給路３にはボイラ１に供給する空気量を調整する可変速送風機とＶＶＶＦなどの空気流量調整手段１０とボイラ１に供給される空気流量を検出する空気流量検出装置１１が設けられている。さらに、配管４には蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出装置１２とボイラ１の負荷を検出するボイラ負荷検出装置１３が設けられ、また排気管５にはＣＯ（一酸化炭素）の濃度を検出するＣＯ濃度検出装置１４とＯ２（酸素）の濃度を検出するＯ２濃度検出装置１５が設けられている。
【００１２】
ボイラ制御装置２０は、燃料流量検出装置９で検出した燃料流量に基づいて燃料流量調整手段８により燃料流量を調整する燃料流量制御装置２１からなる燃料調整制御系と、空気流量検出装置１１で検出した空気流量に基づいて空気流量調整手段１０により空気流量を調整する空気流量制御装置２２からなる空気量調整制御系とを有している。
またボイラ制御装置２０は、蒸気圧力検出装置１２で検出したボイラ１の蒸気圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいてボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタ２３を有し、ボイラマスタ２３で作成したボイラ燃焼制御信号を、燃料調整制御系と空気量調整制御系に与える第１の制御装置を備えている。即ち、ボイラマスタ２３で作成したボイラ燃焼制御信号は、燃料流量制御装置２１および空気流量制御装置２２の流量制御値へ演算手段としての乗算器２４ａ、２４ｂを経由してバイアス信号の制御値として与えられる。
【００１３】
またボイラ制御装置２０は、燃料流量検出装置９で検出された燃料流量を基づいて、その燃料流量に応じて設定されている図５に示す空燃比設定値を算出する空燃比設定装置２５を有し、この空燃比設定装置２５で算出された空燃比設定値の制御信号を空気量調整制御系に与える第２の制御装置を備えている。
【００１４】
さらにボイラ制御装置２０は、ボイラ１から排出される排ガスのＯ２（酸素）制御とＣＯ（一酸化炭素）制御を行うための制御装置も付加されている。
即ち、Ｏ２濃度検出装置１５で検出された排ガス内のＯ２（酸素）濃度計測値と、ボイラ負荷検出装置１３で検出されたボイラ負荷に応じて設定されているＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置２６を有し、このＯ２制御装置２６からの第１の調整信号により空燃比設定装置２５で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えて、空燃比設定値を補正する第３の制御装置を備えている。
【００１５】
また、ＣＯ濃度検出装置１４で検出された排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率と、ＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置２７を有し、このＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号により空燃比設定装置２５で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えて、空燃比設定値を補正する第４の制御装置を備えている。
ＣＯ濃度の変化率の検出方法は、短時間の計測スキャン時間ΔＴ（通常１秒前後）の間で計測されたＣＯ濃度の前回値ＣＯoldと今回値ＣＯnewとの差の計測時間内での変化量であり、変化率の許容限度値ΔＣＯ（通常１００ｐｐｍ）以上となった時に検出をおこなう。その関係式は次の通りとなる。
（ＣＯnew−ＣＯold）／ΔＴ＞ΔＣＯ
【００１６】
ハイセレクタ２８はＯ２制御装置２６から出力される第１の調整信号の制御値と、ＣＯ変化率制御装置２７から出力される第２の調整信号の制御値を比較し、第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い（例えば制御値の大きい方）調整信号を選択する。そしてハイセレクタ２８で選択された調整信号は、空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス（偏倚）する制御値として演算手段の乗算器２４ｃに与えらる。乗算器２４ｃは、空燃比設定値にハイセレクタ２８で選択された調整信号をバイアス（偏倚）し、そのバイアスされた制御信号を空気流量制御装置２２の目標制御値としている。
ハイセレクタ２８の具体的な構成としては、各種変換器からの電圧信号を２点入力し、２つの入力信号のうち高い方を選択して電流信号または電圧信号を出力する変換器などが用いられる。
【００１７】
ハイセレクタ２８は、ＣＯ変化率制御装置２７が負荷変動時のＣＯ濃度の変化率を検出し、あらかじめ設定している変化率の許容限度値ΔＣＯ以上になった場合、Ｏ２制御装置２６の第１の調整信号の出力値からＣＯの変化率が実質零になるまでＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号の出力値を優先して出力する。ここでＣＯの変化率が実質零とは３０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【００１８】
次にこの発明の実施の形態１の動作について説明する。
ボイラ１のバーナ燃焼において、燃料と空気を混合して燃焼しているが、この燃料と空気の比率（空燃比）を、理論空気量を基準として空気過剰率である図５に示す空燃比をあらかじめ設定しておき、この空燃比を使用して燃焼している燃料に応じて供給する空気量を設定している。
即ち、燃料流量検出装置９で検出した燃料流量に基づき空燃比設定装置２５で空燃比設定値を算出し、空気流量制御装置２２は、この空燃比設定値を目標値として空気流量が最適になるよう、空気流量検出装置１１で検出された空気流量に基づき空気流量調整装置１０を制御する。その場合、空燃比設定値は、ボイラマスタ２３で作成されたボイラ燃焼制御信号により乗算手段２４ｂでバイアスされ、ボイラ１の蒸気圧力に応じて修正されている。
【００１９】
一方、ボイラマスタ２３で作成されたボイラ燃焼制御信号は乗算手段２４ａでバイアスされて燃料流量制御装置２１の制御値が作成され、燃料流量制御装置２１は燃料流量が最適になるよう、上記制御値から燃料流量検出装置９で検出された燃料流量に基づき燃料流量調整装置８を制御し、燃料流量を調整する。
【００２０】
一般にボイラの燃焼において、燃料流量が定格値近傍、つまり燃料流量が大きいときは空燃比は小さくてよいが、燃料流量が小さい低負荷域では燃料と空気との混合性が良くなく、空気量を多く供給する必要があり、低負荷域での空燃比の設定は図５に示すように大きくしないと発煙してしまう。すなわち、空燃比は燃料流量に対して一定ではなく、燃料流量の低下に伴って上昇するという非線形特性を有している。
【００２１】
しかしながら、図５に示す空燃比の設定により空気量の供給を継続すると、ボイラの燃焼特性の変化で燃焼空気の供給が必要以上に過剰供給状態となり不経済な運用となる場合や、空気供給不足となり不完全燃焼で黒煙を起こし公害面で問題となる場合がある。
そこで、過剰空気が適切に供給されていることを確認するために、排ガス内のＯ２（酸素）濃度をＯ２濃度検出装置１５で検出すると共にボイラ負荷検出装置１３でボイラ負荷を検出し、Ｏ２制御装置２６で図６に示すボイラの負荷（蒸気量）と排ガスのＯ２濃度との特性になるように、空燃比設定装置２５で設定した空燃比設定値に、図１の乗算器２４ｃを使用してＯ２補正のバイアスを与え、排ガスのＯ２制御として供給空気量の補正を行っている。
【００２２】
この方法で使用する排ガスＯ２濃度制御のみでは、Ｏ２濃度を計測する排ガス内に外部空気が混入した場合には燃焼状態を正確には見出せないことが有る。そこで、排ガス中に残存する可燃成分のＣＯ濃度を検出し、排ガス内のＣＯ濃度がＣＯ濃度目標値になるように、排ガスＯ２濃度調節の設定値をＣＯ濃度検出値に応じて修正して制御するＣＯ制御装置を設けることが従来行われていた。
【００２３】
この場合、Ｏ２濃度の変化に対するＣＯ濃度値のＣＯ排出特性を１００％の負荷と２５％の負荷を例として図７に示すが、Ｏ２濃度が低下し空気過剰率が低下してくると、不完全燃焼が発生しＣＯ濃度値が急激に増加する急峻な特性と、Ｏ２濃度が増加した場合にはＣＯ濃度値の低下は緩慢な特性を保有する場合がある。
図７に示すＣＯの特性があるボイラにＣＯの定値濃度制御を摘要した場合、その制御が不安定となり、高濃度のＣＯが排出される場合や、必要以上の燃焼空気が供給されることになり、環境保全上からも好ましくなく、省エネルギー上からも不経済である。
【００２４】
そこでこの発明においては、ＣＯ制御装置に代えてＣＯ変化率制御装置２７を設け、さらにハイセレクタ２８を用いて、Ｏ２制御装置２６からの第１の調整信号の制御値とＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号の制御値を比較し、優先度の高い調整信号を選択する。ハイセレクタ２８で選択された調整信号は、乗算器２４ｃにて空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス値として与えて、空燃比設定値を補正するようにしたものである。
【００２５】
即ち、ハイセレクタ２８は、通常動作時はＯ２制御装置２６からの第１の調整信号を選択し、図６に示すボイラの負荷（蒸気量）と排ガスのＯ２濃度との特性になるように、空燃比設定装置２５からの空燃比設定値に乗算器２４ｃを使用してＯ２補正のバイアスを与え、排ガスのＯ２制御として供給空気量の補正を行っている。
しかし、ＣＯ変化率制御装置２７が負荷変動時のＣＯ濃度の変化率を検出し、あらかじめ設定している変化率の許容限度値ΔＣＯ以上になった場合、ハイセレクタ２８は、Ｏ２制御装置２６の第１の調整信号からＣＯ変化率抑制制御装置２７からの第２の調整信号に優先して切り替え、ＣＯの変化率が実質ゼロになり、ＣＯが未検出になるまでその状態を継続する。
【００２６】
このように実施の形態１の発明は、負荷変動時等にＣＯが急激に増加した場合に、ハイセレクタ２８を使用して、Ｏ２制御の信号からＣＯ変化率抑制制御の信号に優先選択して調整信号を切り替え、この調整信号を空燃比制御の信号にバイアスを与えることにより、不完全燃焼が防止でき、公害防止上からも有利なボイラ燃焼方法が取れる。このハイセレクタ方式を使用することにより、Ｏ２濃度制御が先行して実施されていない場合も高濃度のＣＯの排出抑制が可能である。
【００２７】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２におけるボイラ燃焼制御装置を図２に基づいて説明する。図２において、図１に示す実施の形態１におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ未検出制御装置２９を装備し、ＣＯ未検出制御装置２９の出力をハイセレクタ２８に調整信号の制御値として入力するようにしたものである。その他の構成は図１と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
【００２８】
ＣＯ未検出制御装置２９は、ＣＯ濃度検出装置１４で検出された排ガス内のＣＯ濃度値とＣＯ濃度値の上限管理値との偏差に基づいて第３の調整信号を作成する。即ち、ＣＯ未検出制御装置２９は、ＣＯ濃度値の上限管理値を例えば３０ｐｐｍ、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下とし、ＣＯ濃度が実質未検出になるまで調整信号を出力する。
ハイセレクタ２８は、Ｏ２制御装置２６からの第１の調整信号である制御値と、ＣＯ変
化率制御装置２７からの第２の調整信号である制御値と、ＣＯ未検出制御装置２９からの第３の調整信号である制御値との３個の調整信号を比較し、優先度の高い（絶対値の大きい）調整信号を取り出し、乗算器２４ｃはハイセレクタ２８で取り出した調整信号の大きさに応じて空燃比設定装置２５からの空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与え、空燃比設定値を補正している。
【００２９】
実施の形態１の発明においては、Ｏ２制御装置２６からの偏差の第１の調整信号と、ＣＯ変化率制御装置２７からの第２の調整信号をハイセレクタ２８で選択した調整信号を作成しているが、この第２の調整信号はＣＯの変化率で信号を作成しているために、ＣＯの排出が高濃度の排出状態で整定する場合がある。そこで実施の形態２の発明においては、ハイセレクタ２８は、各偏差に基づいた３個の調整信号の絶対値を比較し、優先度の高い調整信号を取り出しているので、ＣＯ未検出制御装置２９の第３の調整信号が零になるように、Ｏ２制御装置２６の管理目標値の設定変更を行い、両制御装置の偏差が零になるように制御する。
【００３０】
この実施の形態２の発明は、負荷安定時にＣＯ濃度の管理上限値を超えたＣＯ濃度が計測された場合に、Ｏ２制御装置２６の調整信号からＣＯ未検出制御装置２９の調整信号へ優先選択して調整信号を切り替え、ＣＯ濃度が実質未検出になるまでＣＯ未検出制御装置２９からの出力を優先してハイセレクタ２８へ出力するので、通常の燃焼状態における低濃度のＣＯの連続排出も削減することができる。
【００３１】
一方、ＣＯ濃度の管理上限値を下回ったＣＯ濃度が計測された場合は、ＣＯ未検出制御装置２９の第３の調整信号の絶対値でも比較しているので、この第３の調整信号が選択されることとなり、通常の燃焼状態において、低濃度のＣＯの連続排出により、不必要な燃焼空気量を減少することができ、燃焼空気ファンの動力と排ガスの熱ロスを削減ができる。この方式を採用することによりＯ２濃度制御が先行して実施されていない場合も高濃度のＣＯの排出抑制が可能である。
【００３２】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３におけるボイラ燃焼制御装置を図３に基づいて説明する。図３において、図２に示す実施の形態２におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ排出特性データベース３０を装備している。その他の構成は図１および図２と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
ボイラ１の燃料燃焼特性において、空燃比を増加させてＯ２濃度を計測した場合、排ガス内のＯ２濃度とＣＯ濃度の特性にはＣＯが未検出に至る燃焼特性と、ＣＯの排出が少量ではあるが生成継続するボイラ固有のＣＯ排出特性がある。図７に示す曲線Ｃ２のＣＯ排出特性がＣＯ未検出の排出特性であり、図7に示す曲線Ｃ１のＣＯ排出特性がＯ２濃度が
増加しても少量のＣＯは生成継続する排出特性である。
【００３４】
ＣＯ排出特性データベース３０は、このような数種のボイラのＣＯ排出特性を保有している。このＣＯ排出特性データベース３０から当該ボイラ１の排出特性に合わせて、ＣＯ未検出制御装置２９のＣＯ濃度の上限管理値として、図７に示すＣＯ最低値検出のＣＯminか、ＣＯ検出が零のＣＯzeroの選択を行い、ＣＯ未検出制御装置２９の管理目標値ＣＯsvとして設定を行う。
【００３５】
ＣＯ未検出制御装置２９の制御の方法は、計測されたＣＯ濃度値ＣＯnewがＣＯ濃度の
管理目標値ＣＯsvを超える場合に、ＣＯ濃度が実質未検出の管理目標値ＣＯsvとなるようにハイセレクタ２８に制御値を出力する。
ＣＯ濃度の管理目標値は国の排出基準値（３００ｐｐｍ）未満の通常３０ｐｐｍ程度と
する場合が好ましい。
【００３６】
この実施の形態３の発明は数種のボイラのＣＯ排出特性を保有しているＣＯ排出特性データベース３０から、当該ボイラの排出特性に合わせてＣＯ濃度の上限管理値としてＣＯ未検出制御装置２９の管理目標値ＣＯsvの設定を行うので、適正なＣＯ排出の管理目標値が設定され、通常の燃焼状態における低濃度のＣＯの連続排出も削減することができる。
【００３７】
実施の形態４．
次にこの発明の実施の形態４におけるボイラ燃焼制御装置を図４に基づいて説明する。図４において、図３に示す実施の形態３におけるボイラ燃焼制御装置に加えて、ボイラ制御装置２０内にＣＯ変化率警報装置３１を装備している。その他の構成は図１乃至図３と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
ＣＯ変化率警報装置３１は、ＣＯ変化率制御装置２７がＣＯの変化率を算出し、ＣＯ濃度の変化率の上限管理値との偏差が設定された値以上となった場合に、発電所などの管理員へブザーやランプなどで警報発令等を伝達する。
【００３８】
この実施の形態４の発明はＣＯ変化率制御装置２７にてＣＯの変化率を算出し、ＣＯ濃度の変化率の上限管理値との偏差が設定された値以上となった場合に、ＣＯ変化率警報装置３１により発電所などの管理員へ警報発令等を伝達するので、ＣＯ濃度が異常に増加しているボイラの異常燃焼の状態を早期に発電所などの管理員が把握でき、ボイラの良好な燃焼状態への移行措置を取ることが可能となるので、ボイラの良好な運転状態の継続と、公害面での黒煙の発生を早期に防止することができる。
【００３９】
なお実施の形態４の発明は、実施の形態３におけるＣＯ未検出制御装置２９およびＣＯ排出特性データベース３０を有するボイラ燃焼制御装置にＣＯ変化率警報装置３１を装備したものについて説明したが、ＣＯ未検出制御装置２９が装備されていない実施の形態１の発明およびＣＯ排出特性データベース３０が装備されていない実施の形態２の発明にＣＯ変化率警報装置３１を装備したものにも適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ボイラ ２：燃料供給路
３：空気供給路 ４：配管
５：排気管 ６：集塵機
７：煙突 ８：燃料流量調整手段（調整弁）
９：燃料流量検出装置 １０：空気流量調整手段
１１：空気流量検出装置 １２：蒸気圧力検出装置
１３：ボイラ負荷検出装置 １４：ＣＯ濃度検出装置
１５：Ｏ２濃度検出装置
２０：ボイラ制御装置 ２１：燃料流量制御装置
２２：空気流量制御装置 ２３：ボイラマスタ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：演算手段（乗算器）
２５：空燃比設定装置 ２６：Ｏ２制御装置
２７：ＣＯ変化率制御装置 ２８：ハイセレクタ
２９：ＣＯ未検出制御装置 ３０：ＣＯ排出特性データベース
３１：ＣＯ変化率警報装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置において、前記ボイラに供給される空気流量を検出する空気流量検出装置からの信号に基づいて前記ボイラに供給する空気流量を制御する空気流量制御装置、前記ボイラに供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置からの信号に基づいて前記ボイラに供給する燃料流量を制御する燃料流量制御装置、前記燃料流量検出装置で検出された燃料流量の計測値から、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置、前記ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置、前記ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率と、ＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置、前記第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択するハイセレクタ、このハイセレクタで選択した調整信号を前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えて制御信号を作成し、その制御信号を前記空気流量制御装置の制御値とする第１の演算手段、前記ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいて制御信号を作成するボイラマスタ、このボイラマスタで作成された制御信号を前記燃料流量制御装置の制御値とする第２の演算手段を備えたボイラ燃焼制御装置。
【請求項２】
ボイラマスタで作成された制御信号を、第１の演算手段が作成した制御信号に乗算して空気流量制御装置の制御値とするようにした請求項１に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項３】
ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度値と、ＣＯ濃度値の上限管理値との偏差に基づいて第３の調整信号を作成するＣＯ未検出制御装置を備え、ハイセレクタはＯ２制御装置からの第１の調整信号と、ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号と、前記ＣＯ未検出制御装置からの第３の調整信号の３個の信号を比較し、その絶対値の大きい信号を選択し、前記ハイセレクタで選択した調整信号を空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えるようにした請求項１または請求項２に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項４】
数種のボイラのＣＯ排出特性を有したデータベースを備え、適合するＣＯ排出特性に合わせて前記データベースからＣＯ未検出制御装置のＣＯ濃度値の上限管理値を選択し、この管理値として検出零のＣＯｚｅｒｏと最低値検出のＣＯｍｉｎのいずれかの信号が選択できるようにした請求項３に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項５】
ＣＯ変化率制御装置が検出した、排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差が、所定の値を超えた場合に警報発令を出力する警報装置を備えた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項６】
ボイラに供給する燃料流量を検出し、その検出された燃料流量を基に燃料流量を調整する燃料調整制御系と、ボイラに供給する空気流量を検出し、その検出された空気流量を基に空気流量を調整する空気量調整制御系とを有したボイラ燃焼制御装置において、
前記ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力信号によりボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタを有し、前記ボイラマスタで作成したボイラ燃焼制御信号を前記燃料調整制御系と前記空気量調整制御系に与える第１の制御装置と、
前記検出された燃料流量を基に、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置を有し、前記空燃比設定装置で算出された空燃比設定値の制御信号を前記空気量調整制御系に与える第２の制御装置と、
前記ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置を有し、前記Ｏ２制御装置からの第１の調整信号により
前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第３の制御装置と、
前記ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置を有し、前記ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号により前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第４の制御装置とを備え、
前記第３の制御装置からの第１の調整信号と、前記第４の制御装置からの第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号をハイセレクタを用いて選択し、前記ハイセレクタで選択した調整信号により前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えるようにしたボイラ燃焼制御装置。
【請求項１】
ボイラに供給する燃料流量および空気流量を制御するボイラ燃焼制御装置において、前記ボイラに供給される空気流量を検出する空気流量検出装置からの信号に基づいて前記ボイラに供給する空気流量を制御する空気流量制御装置、前記ボイラに供給される燃料流量を検出する燃料流量検出装置からの信号に基づいて前記ボイラに供給する燃料流量を制御する燃料流量制御装置、前記燃料流量検出装置で検出された燃料流量の計測値から、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置、前記ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置、前記ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率と、ＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置、前記第１の調整信号と第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号を選択するハイセレクタ、このハイセレクタで選択した調整信号を前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えて制御信号を作成し、その制御信号を前記空気流量制御装置の制御値とする第１の演算手段、前記ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力とボイラ圧力目標値との偏差に基づいて制御信号を作成するボイラマスタ、このボイラマスタで作成された制御信号を前記燃料流量制御装置の制御値とする第２の演算手段を備えたボイラ燃焼制御装置。
【請求項２】
ボイラマスタで作成された制御信号を、第１の演算手段が作成した制御信号に乗算して空気流量制御装置の制御値とするようにした請求項１に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項３】
ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度値と、ＣＯ濃度値の上限管理値との偏差に基づいて第３の調整信号を作成するＣＯ未検出制御装置を備え、ハイセレクタはＯ２制御装置からの第１の調整信号と、ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号と、前記ＣＯ未検出制御装置からの第３の調整信号の３個の信号を比較し、その絶対値の大きい信号を選択し、前記ハイセレクタで選択した調整信号を空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）信号として与えるようにした請求項１または請求項２に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項４】
数種のボイラのＣＯ排出特性を有したデータベースを備え、適合するＣＯ排出特性に合わせて前記データベースからＣＯ未検出制御装置のＣＯ濃度値の上限管理値を選択し、この管理値として検出零のＣＯｚｅｒｏと最低値検出のＣＯｍｉｎのいずれかの信号が選択できるようにした請求項３に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項５】
ＣＯ変化率制御装置が検出した、排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度変化率の上限目標値との偏差が、所定の値を超えた場合に警報発令を出力する警報装置を備えた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のボイラ燃焼制御装置。
【請求項６】
ボイラに供給する燃料流量を検出し、その検出された燃料流量を基に燃料流量を調整する燃料調整制御系と、ボイラに供給する空気流量を検出し、その検出された空気流量を基に空気流量を調整する空気量調整制御系とを有したボイラ燃焼制御装置において、
前記ボイラの蒸気圧力を検出し、その検出された圧力信号によりボイラ燃焼制御信号を作成するボイラマスタを有し、前記ボイラマスタで作成したボイラ燃焼制御信号を前記燃料調整制御系と前記空気量調整制御系に与える第１の制御装置と、
前記検出された燃料流量を基に、その燃料流量に応じて設定されている空燃比設定値を算出する空燃比設定装置を有し、前記空燃比設定装置で算出された空燃比設定値の制御信号を前記空気量調整制御系に与える第２の制御装置と、
前記ボイラの排ガス内のＯ２（酸素）濃度とＯ２濃度目標値との偏差に基づいて第１の調整信号を作成するＯ２制御装置を有し、前記Ｏ２制御装置からの第１の調整信号により
前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第３の制御装置と、
前記ボイラの排ガス内のＣＯ（一酸化炭素）濃度の変化率とＣＯ濃度の変化率の上限目標値との偏差に基づいて第２の調整信号を作成するＣＯ変化率制御装置を有し、前記ＣＯ変化率制御装置からの第２の調整信号により前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与える第４の制御装置とを備え、
前記第３の制御装置からの第１の調整信号と、前記第４の制御装置からの第２の調整信号の内、優先度の高い調整信号をハイセレクタを用いて選択し、前記ハイセレクタで選択した調整信号により前記空燃比設定装置で算出した空燃比設定値にバイアス（偏倚）を与えるようにしたボイラ燃焼制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９９６０８（Ｐ２０１１−９９６０８Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４１４９（Ｐ２００９−２５４１４９）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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