JPH0820073B2 - バーナの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ボイラ等の燃焼設備に使用するバーナの燃
焼制御装置に関するものである。

（従来の技術） 液体または気体の燃料を燃焼させるバーナにおいて
は、燃焼中その火炎量を常に一定に維持することが望ま
しい。このバーナの発生する熱によって、製品の精密な
加熱処理を行なう場合には、この管理が特に必要とな
る。このため従来からバーナの燃焼制御方法について種
々の提案がある。その一つとしてはボイラで発生する蒸
気圧を利用するものがある（特公昭62−10509号公報参
照）。また他の方法に関するものとして、バーナの火炎
が発生する光強度信号をフォトトランジスタ、フォトダ
イオードあるいは太陽電池等の半導体を使用して電気信
号に変換し、その振動波形の周波数解析結果得たパワー
スペクトルの積分値を利用して燃焼制御を行なう方法と
装置とが提案されている（特願昭62−139456号）。

この後者のもののようにパワースペクトラムの変化を
制御信号として使用する場合、第８図に示すように燃焼
状態の変化によりパワースペクトラムが大きく変化する
特定周波数帯の積分値Ｂと全周波数帯の積分値Ａの比B/
Aを使用する方法と、第９図に示すように特定周波数帯
の積分値Ｂをそのまま使用する方法と、第10図に示すよ
うに全周波数帯での最大値Ｃと特定周波数帯での最大値
Ｄの比D/Cを使用する方法と、第11図に示すように特定
周波数帯での最大値Ｄをそのまま使用する方法と、第12
図に示すように全周波数帯の平均値Ｅと特定周波数帯の
平均値Ｆとの比F/Eを使用する方法と、第13図に示すよ
うに特定周波数帯の平均値Ｆをそのまま使用する方法等
が使用されていた。

（発明が解決しようとする課題） 次に、上記説明の従来技術における問題点について述
べる。第９図と第11図および第13図に示したように、出
力値をそのまま使用する場合、その出力値を制御信号と
して使用することは可能であるが、各燃焼器ごとに周波
数レンジ、パワースペクトラムレンジが変化するため、
制御信号の出力レンジ設定が非常に困難となる。また第
８図と第10図および第12図に示したように比を使用する
場合には、最大値が100％と決まっているため制御信号
の出力レンジ設定は０〜100％に決めれば良いため簡単
であるが、第８図と第12図の場合、燃焼状態の変化によ
り特定周波数帯の積分値Ｂや平均値Ｆの値が大きく変化
する一方、比を求めるための分母と同じように変化する
ため、変化率が大きくとれない場合が存在する。その例
を第14図に示す。

この場合、燃焼状態の指標の一つである排ガスO₂の量
（％）を変化させた場合、バーナ微粒化用エア圧力が20
00mmH₂Oのときは大きく変化するが、3000mmH₂Oにすれば
変化が非常に小さくなることが判明した。このように変
化率が小さくなるとバラツキの影響が大きくなり、燃焼
状態を正確に把握することが困難になる。また第10図の
場合、通常は問題がないと考えられるが、何らかの影響
により電源ノイズが光パワー信号に含まれた場合、この
電源ノイズが作用して第15図および第16図に示すように
実際の信号以外でピークを持つ可能性があり、正確に求
められない場合が存在する。

以上のように従来方法では、使用することは可能であ
っても数々の問題を含んでいた。本発明はこの問題を解
決することを課題とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するための手段として、炉
１のバーナー２が発する火炎12の光パワーを検知して光
パワー信号を出力する光パワー受光部13と、該光パワー
受光部13が出力した光パワー信号の周波数を解析して光
スペクトラム信号を出力する周波数解析器14と、光パワ
ー受光部13と周波数解析器14との間に設けられ、光パワ
ー受光部13からの光パワー信号を周期的に遮断する遮断
部20と、周波数解析器14の光パワー信号非遮断時の出力
信号から光パワー信号遮断時に記憶された出力信号のノ
イズを除去し、その信号と予め記憶した最適燃焼状態の
光スペクトラム信号と比較してバーナー２への空気流量
の補正係数を算出する光パワー振動調節器15と、該光パ
ワー振動調節器15によって算出された補正係数に基づい
てバーナー２への空気の流量を調節する空気流量調節器
11とを備えた構成としたものである。

（作用） 上記構成とすれば、炉１のバーナー２が発する火炎12
の光パワーを検知して光パワー受光部13によって出力さ
れた光パワー信号は、遮断部20を介して的に遮断され、
周波数解析器14に送られる。周波数解析器14は、光パワ
ー信号の周波数を解析して光スペクトラム信号を出力す
る。光パワー振動調節器15は、周波数解析器14から出力
された光パワー信号非遮断時の出力信号から、光パワー
信号遮断時に記憶された出力信号のノイズを除去し、そ
の信号と予め記憶した最適燃焼状態の光スペクトラム信
号と比較してバーナー２への空気流量の補正係数を算出
する。空気流量調節器11は、光パワー振動調節器15によ
って算出された補正係数に基づいてバーナー２への空気
の流量を調節する。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を第１図ないし第６図につい
て説明する。第１図において符号１で示すものは金属製
品等を加熱処理する炉である。この炉１にはバーナ２が
取付けられており、このバーナ２には燃料供給管３およ
び燃焼用空気供給管４が接続されている。そして燃料供
給管３には流量調節弁５および流量計６が設けられ、燃
焼用空気供給管４には、流量調節弁７が設けられてい
る。燃料の流量調節弁５は温度調節器８によって制御さ
れるようになっている。すなわち炉１には温度計９が設
置されており、温度調節器８はこの温度計９からの信号
と上記流量計６からの信号を得て炉内温度と設定温度と
の差から設定温度を得るに必要な燃焼量（燃料流量）を
演算し、出力するようになっている。この出力は燃料の
流量調節弁５と燃焼用空気の流量調節弁７に対して与え
られる。このため設定温度から炉内温度がずれると設定
温度に戻るように燃料および燃焼用空気の流量が加減さ
れる。

燃料の流量に対する燃焼用空気の流量は、温度調節器
８により、燃料流量を基に算出されるが、その値が、そ
のまま燃焼用空気の流量調節弁７に対して成されるのは
望ましくない。たとえば炉１の扉（図示せず）が開けら
れて炉１内に空気が侵入した場合に、燃料流量を基に算
出した出力でそのまま弁７がコントロールされると排ガ
ス損失が増大してしまうし、またバーナ２の異常により
燃料の微粒化状態が悪化した場合には、そのままにして
おくと燃焼不良により、すすが大量に発生してしまうこ
とになる。このような不都合を解消するために、温度調
節器８からの出力は燃焼用空気流量補正器10にて補正し
た後、流量調節弁７に出力するようになっている。

燃焼用空気流量補正器10は、温度調節器８と共に燃焼
用空気の流量調節部11を構成する。燃焼用空気流量補正
器10に対する補正用出力は次のような燃焼制御装置にお
いて作られる。すなわち燃焼制御装置は第１図に示すよ
うにバーナ２で形成される火炎12から光パワーを受光す
る光パワー受光部13とその光パワー受光部13により得ら
れた信号を光パワー検出部16に伝達する光ガイド18、そ
の光ガイド18の途中に、周期的に火炎から出る光パワー
を遮断する光パワー遮断装置20、光パワー検出部16から
の信号の周波数解析を行なうための周波数解析器14、こ
の周波数解析器14からのスペクトラム信号と光パワー遮
断装置20からの信号を得て燃焼状態を検出して予め記憶
した最適燃焼状態と比較し、その偏差により、エア流量
補正係数を算出する光パワー振動調節器15と、その光パ
ワー振動調節器15からの出力を得て、上記偏差を解消す
るのに必要な燃焼用空気の流量を得るための出力を燃焼
用空気供給管４の流量調節弁７に対して行なう流量調節
器11とを備えてなる。

光パワー受光部13の受光面17は、炉１内の火炎に対向
する箇所に設置されている。そして光ガイド18の途中に
設けられた光パワー遮断装置20は、光ガイド18を介して
送られる光パワーを周期的に遮断する機構と、現在遮断
されているか否かチェックする機構とで構成されてい
る。光パワー検出部16は、光ガイドを通して得た光パワ
ーを電気信号に変換するための半導体光検出素子が設け
られ、光パワー受光部13からの光の強弱を光パワー信号
として出力する。そして、光パワー検出部16は、光パワ
ー遮断装置20によって、光パワー受光部13からの光を周
期的に「暗」の状態に設定される。光パワー検出部16に
よって電気信号に変換された第５図に示すような光パワ
ー信号は、必要に応じて増幅器19により増幅される。

増幅器19からの信号を受ける周波数解析器14は、FFT
アナライザ、スペクトラムアナライザ等で構成され、第
５図のような時系列で変化するデータが第６図のような
周波数領域のパワースペクトラムに変換する。光パワー
振動調節器15は、第６図に示されるようなパワースペク
トラム信号を受けて第２図で示される手順で処理を行な
い、出力を行なう。この手順を説明すると、まずステッ
プ２−１でパワースペクトラム信号を入力し、次のステ
ップ２−２で光パワー遮断装置20からの信号により、現
在光パワーが遮断されているか否かを判断し、遮断され
ている場合にはステップ２−３へ進み、第16図に示すよ
うな装置外部からくるノイズ、または装置内で発生する
ノイズ等により求められた信号をメモリーに記憶する。

ステップ２−２において遮断されていないと判断され
た場合にはステップ２−４に進み、現状の火炎から得た
信号から求めたパワースペクトラム信号から、ステップ
２−３にてメモリーに記憶されたパワースペクトラム成
分を除き、真の火炎から得たパワースペクトラム信号を
得る。次にステップ２−５では第３図のようにパワース
ペクトラム信号の全周波数帯の積分値Ａを算出し、ステ
ップ２−６で特定周波数帯の積分値Ｂを算出する。ここ
で特定周波数帯は燃焼状態の変化によりパワースペクト
ラムがもっとも大きく変化する周波数帯である。

次に、ステップ２−７において、積分値比B/（Ａ−
Ｂ）＝Ｊを求める。一方、各種燃料流量に対する最適燃
焼状態の積分値比Ｋが予め求められており、そのデータ
は光パワー振動調節器15内に設定されており、ステップ
２−８にて現状の積分値比Ｊとの差Ｊ−Ｋ＝Ｌを求め、
ステップ２−９でその偏差Ｌより燃焼用空気流量補正係
数Ｍを算出する。なお、第４図に示すような平均値を算
出して燃焼用空気流量補正係数を算出するようにしても
よい。このようにして燃焼用空気流量補正係数を算出す
るときには、当然に、その時の最適燃焼状態の値も平均
値比により求めた値を利用することになる。

上記のようにして求めた燃焼用空気流量補正係数Ｍ
は、光パワー振動調節器15から燃焼用空気流量補正器10
に出力される。燃焼用空気流量補正器10は、燃焼用空気
流量補正係数Ｍの他に前記温度調節器８から基準空気流
量信号Ｎを受ける。その基準空気流量信号Ｎは、温度調
節器８にて燃料流量信号を基に算出される。そして燃焼
用空気流量補正器10は信号M,Nを得て、補正演算を行な
い、その結果を流量調節弁７に出力し、その開度を調節
することになる。このようにして炉１は最適燃焼状態で
常時稼動することになる。

以上説明した実施例においては、光パワー遮断装置20
を光ガイド18の途中に設けたが、本発明はこれに限られ
るものではなく、光パワー受光部13および光パワー検出
部16の内部に設けて実施することもできる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成したバーナの燃焼制
御装置であるから、周波数レンジおよびパワースペクト
ラムレンジが各燃焼器ごとに異なってもその影響を受け
ることなく、かつ電源ノイズの影響も受けずに安定した
燃焼制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は第１図の
ものの作動を説明するためのフローチャート図、第３図
ないし第７図は第１図のものの作動を説明するためのグ
ラフ、第８図ないし第16図は従来の燃焼制御装置の作動
を説明するためのグラフである。 １……炉 ２……バーナ ７……流量調節弁 11……流量調節器 12……火炎 13……光パワー受光部 14……周波数解析器 15……光パワー振動調節器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉のバーナーが発する火炎の光パワーを検
   知して光パワー信号を出力する光パワー受光部と、該光
   パワー受光部が出力した光パワー信号の周波数を解析し
   て光スペクトラム信号を出力する周波数解析器と、光パ
   ワー受光部と周波数解析器との間に設けられ、光パワー
   受光部からの光パワー信号を周期的に遮断する遮断部
   と、周波数解析器の光パワー信号非遮断時の出力信号か
   ら光パワー信号遮断時に記憶された出力信号のノイズを
   除去し、その信号と予め記憶した最適燃焼状態の光スペ
   クトラム信号と比較してバーナーへの空気流量の補正係
   数を算出する光パワー振動調節器と、該光パワー振動調
   節器によって算出された補正係数に基づいてバーナーへ
   の空気の流量を調節する空気流量調節器とを備えたこと
   を特徴とするバーナーの燃焼制御装置。