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JPS6112170B2 - - Google Patents
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JPS6112170B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6112170B2
JPS6112170B2 JP1758579A JP1758579A JPS6112170B2 JP S6112170 B2 JPS6112170 B2 JP S6112170B2 JP 1758579 A JP1758579 A JP 1758579A JP 1758579 A JP1758579 A JP 1758579A JP S6112170 B2 JPS6112170 B2 JP S6112170B2
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JP
Japan
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combustion
furnace
vibration
air ratio
combustion state
Prior art date
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Application number
JP1758579A
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Japanese (ja)
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JPS55110823A (en
Inventor
Keiichi Ootani
Kotaro Morimoto
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Priority to JP1758579A priority Critical patent/JPS55110823A/en
Priority to GB7912551A priority patent/GB2042221B/en
Priority to CA000325416A priority patent/CA1149905A/en
Priority to DE19792914792 priority patent/DE2914792C2/en
Priority to FR7909211A priority patent/FR2449249A1/en
Publication of JPS55110823A publication Critical patent/JPS55110823A/en
Publication of JPS6112170B2 publication Critical patent/JPS6112170B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/16Systems for controlling combustion using noise-sensitive detectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各種工業炉の燃焼管理における助燃
剤の制御、さらに詳しくは、燃焼時に発生する炉
内圧力振動もしくは炉内圧力に重畳する微小圧力
振動パターンに基づいて、空気量等の助燃剤を制
御する、燃焼炉における空気比率制御方法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides control of combustion improvers in the combustion management of various industrial furnaces, more specifically, based on the pressure oscillations in the furnace that occur during combustion or the minute pressure oscillation patterns superimposed on the pressure in the furnace, The present invention relates to an air ratio control method in a combustion furnace, which controls combustion improver such as air amount.

一般に、省エネルギーや公害防止の観点から、
燃焼炉の燃焼状態を的確に判定し、適正条件によ
る燃焼を維持することは非常に重要な問題であ
る。
Generally, from the perspective of energy saving and pollution prevention,
Accurately determining the combustion state of a combustion furnace and maintaining combustion under appropriate conditions are very important issues.

上記燃焼炉の燃焼状態に影響を及ぼす因子は、
炉特性、バーナ特性、操業因子など、その詳細は
広範多岐にわたるが、特に燃焼管理制御上、助燃
剤である空気比率の制御は大きなウエイトを占め
ている。
The factors that affect the combustion state of the above combustion furnace are:
Details such as furnace characteristics, burner characteristics, operational factors, etc. are wide-ranging, but control of the air ratio, which is a combustion improver, plays a particularly important role in combustion management control.

ところで、従来での空気比率の制御は、燃焼排
ガス中のO2濃度やスモーク量の測定あるいは燃
焼状態の肉眼観察等によつて、燃焼量に対する所
定の空気比率を予じめ定め、一定に設定した条件
下で操業をしている。
By the way, conventional air ratio control involves predetermining a predetermined air ratio to the combustion amount by measuring the O 2 concentration in the combustion exhaust gas and the amount of smoke, or visually observing the combustion state, and then setting it constant. The company operates under such conditions.

しかし、実炉では燃焼量がたえず変動するこ
と、また、炉圧、バーナ汚れの状態、燃焼用空気
の漏風率など経時的に変化する要因によつて燃焼
状態はたえず変動している。さらに、同一の燃焼
量時でも炉温、アトマイズ量(液体燃料の霧化
量)、バーナ先端位置などによつても燃焼状態は
変動するので、最適な燃焼状態を維持することは
不可能である。
However, in an actual furnace, the amount of combustion constantly fluctuates, and the combustion state constantly changes due to factors that change over time, such as the furnace pressure, the state of burner dirt, and the leakage rate of combustion air. Furthermore, even when the combustion amount is the same, the combustion condition varies depending on factors such as the furnace temperature, the amount of atomization (the amount of atomized liquid fuel), and the position of the burner tip, so it is impossible to maintain the optimal combustion condition. .

これらの変動因子に対しては、その範囲が特に
異常でない限り、燃焼状態の変化は空気比率の制
御によつて最適燃焼状態を維持することが可能で
あるが、そのためには空気比率を、時々刻々変化
する燃焼状態に合わせて正確に制御する必要があ
る。
Regarding these variable factors, unless the range is particularly abnormal, it is possible to maintain the optimum combustion state by controlling the air ratio. It is necessary to accurately control the combustion conditions according to the ever-changing combustion conditions.

そこで従来では、予じめ燃料流量と空気比率と
の最適な相関を求め、燃料流量に合わせて空気比
率を変更してゆく第1の方法や燃焼排ガス中の
O2濃度の連続測定により、O2濃度が一定となる
ように空気量または空気比率設定器を制御する第
2の方法、さらに、燃焼炉内あるいは煙道で
CO、CO2あるいはスモーク量等の燃焼生成物の
量を測定し、それぞれの量あるいは比率などによ
つて空気量あるいは空気比率設定器を制御する第
3の方法が提案されている。
Therefore, in the past, the first method was to find the optimal correlation between the fuel flow rate and the air ratio in advance and change the air ratio according to the fuel flow rate.
The second method is to control the air amount or air ratio setting device so that the O 2 concentration is constant by continuous measurement of the O 2 concentration.
A third method has been proposed in which the amount of combustion products such as CO, CO 2 or smoke is measured and the air amount or air ratio setter is controlled based on the amount or ratio of each.

しかしながら、第1の方法では、予じめ相関を
求めたバーナ条件、燃焼条件、操業条件が僅かで
もくずれると、正確に空気比率を制御しても全く
意味がない。
However, in the first method, if the burner conditions, combustion conditions, and operating conditions whose correlations have been determined in advance are even slightly disturbed, even if the air ratio is accurately controlled, there is no point at all.

第2の方法では、燃焼量の低下時は、炉床負荷
が低下するため最大燃焼時よりはO2濃度が低く
てよく、炉温の変化でも燃焼状態は変化するの
で、O2濃度が一定である必要がないことに関連
して、バーナの汚れ、バーナ位置、アトマイズ量
などの変動が生じた場合、O2濃度が一定でも他
の条件の変動で燃焼状態が大幅に変わるので、ス
モークが発生したり、逆に、最適燃焼状態に対し
てO2が過剰の状態も起こり得る。また、この方
法では、燃焼排ガスの分析上、ガスサンプリング
を、通常は煙道で行なつており、この場合、外部
からの侵入空気の影響で、燃焼状態を十分に反映
できないことがある。
In the second method, when the combustion amount decreases, the hearth load decreases, so the O 2 concentration may be lower than during maximum combustion, and since the combustion state changes even when the furnace temperature changes, the O 2 concentration remains constant. Related to the fact that it does not need to be the same, if there is a change in burner dirt, burner position, atomization amount, etc., even if the O 2 concentration is constant, the combustion state will change significantly due to changes in other conditions, so smoke will not occur. or, conversely, a situation in which O 2 is in excess relative to optimal combustion conditions. Furthermore, in this method, gas sampling is usually performed in the flue for analysis of combustion exhaust gas, and in this case, the combustion state may not be sufficiently reflected due to the influence of air entering from the outside.

第3の方法では、第2の方法と同様の問題のほ
かに、COやスモーク量のような不完全燃焼時に
発生するものを制御用信号源として用いることで
完全燃焼の下限限界での制御に近く、サンプリン
グ位置の決定や応答性などがとくに重要なフアク
ターとなつて、これらを誤まるとスモーク等の発
生が頻発するようになる。
In the third method, in addition to the same problems as the second method, it is possible to control at the lower limit of complete combustion by using things that occur during incomplete combustion, such as CO and smoke amount, as a control signal source. In the near future, sampling position determination and responsiveness will become particularly important factors, and if these are incorrect, smoke and other problems will occur frequently.

上記各方法は、要するに、燃焼状態を直接測定
するものではなく、実炉のような広範な変動因子
がある場合にはいずれも問題がある。
In short, each of the above methods does not directly measure the combustion state, and all of them have problems when there are wide varying factors such as in an actual furnace.

ところで、本願の出願人は、特願昭52−122229
号(発明の名称「燃焼状態判定方法」)におい
て、燃焼試験炉を用い、種々の燃焼条件下におけ
る燃焼状態について詳細な観察と検討を重ねたと
ころ、炉内圧力に重畳するおゝむね20mm(水柱)
以下の微小圧力振動が、燃焼状態の変動に応じて
一定の変化を呈するという事実を発見し、更に研
究を続けた結果、炉内の燃焼の緩急、火炎の長
さ、火炎性状(透明炎、輝炎など)、スモーク量
等の燃焼状態が、炉内微小圧力振動パターンに明
確に反映していること、また該微小圧力振動信号
を変換して得られるパワースペクトル密度分布を
燃焼状態の判断指標として実用上有効に使用し得
ることを見出し、かかる新規知見に基づいて、各
種工業用燃焼炉で気体、液体等各種燃料を用いて
燃焼を行うにあたり、炉内圧力取出しプローブに
より炉内圧力に重複する微小圧力振動を検出し、
その微小圧力振動信号を変換して得られるパワー
スペクトル密度分布などで示される振動パターン
を判断指標として用いることにより燃焼状態の適
格な定量的判断を行うことを可能とした「燃焼状
態判定方法」を提案した。
By the way, the applicant of this application filed the patent application No. 52-122229.
No. 2 (invention title: ``Method for determining combustion state''), using a combustion test furnace, detailed observations and studies were made on the combustion state under various combustion conditions, and it was found that approximately 20 mm ( water column)
After discovering the fact that the following minute pressure oscillations exhibit certain changes according to fluctuations in combustion conditions, and continuing research, we discovered the slowness and speed of combustion in the furnace, the length of the flame, and the flame properties (transparent flame, The combustion state, such as bright flame, smoke amount, etc., is clearly reflected in the minute pressure vibration pattern in the furnace, and the power spectrum density distribution obtained by converting the minute pressure vibration signal is used as an indicator for determining the combustion state. Based on this new knowledge, when performing combustion using various fuels such as gas and liquid in various industrial combustion furnaces, the furnace pressure can be overlapped with the furnace pressure using the furnace pressure extraction probe. detects minute pressure vibrations,
We have developed a ``combustion state judgment method'' that makes it possible to make an appropriate quantitative judgment of the combustion state by using the vibration pattern shown by the power spectrum density distribution etc. obtained by converting the minute pressure vibration signal as a judgment index. Proposed.

本発明は、かかる「燃焼状態判定方法」を利用
して、燃焼状態の時々刻々の変化を測定しつつ空
気比率を正確に制御して、最適燃焼状態を維持す
ることを可能とした燃焼炉における空気比率制御
方法を新規に提供するものである。
The present invention utilizes the "combustion state determination method" to provide a combustion furnace that can accurately control the air ratio while measuring momentary changes in the combustion state to maintain an optimal combustion state. This provides a new air ratio control method.

このため、本発明に係る第1の発明は、各種工
業炉において燃焼を行なう場合に、炉内振動を検
出してその波形解析を行ない、目的とする燃焼状
態における振動波形と各燃焼状態における振動波
形とを比較し、その信号に基づいて各燃焼状態に
おける空気比率を変化させるようにしたことを特
徴とする燃焼炉における空気比率制御方法であ
る。
For this reason, the first invention according to the present invention detects vibrations in the furnace and analyzes their waveforms when combustion is performed in various industrial furnaces. This is an air ratio control method in a combustion furnace, characterized in that the air ratio in each combustion state is changed based on the signal compared with the waveform.

本発明に係る第2の発明は、第1の発明に関し
て、炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が
変化する場合にそれに対応してエネルギー密度が
変化する特定周波数帯域を検出し、そのヒートサ
イクルのうちの目的とする燃焼状態における炉内
圧力振動の前記周波数帯域での最大エネルギーレ
ベルを設定値とし、各燃焼状態における前記周波
数帯域のエネルギーレベルと前記設定値との偏差
に応じて空気比率を変化させるようにしたことを
特徴とする燃焼炉における空気比率制御方法であ
る。
A second invention according to the present invention, in relation to the first invention, detects at least a specific frequency band in which the energy density changes when the combustion state changes in the furnace pressure vibration, and detects the heat cycle. The maximum energy level in the frequency band of the furnace pressure oscillation in the desired combustion state is set as the set value, and the air ratio is set according to the deviation between the energy level in the frequency band in each combustion state and the set value. This is a method for controlling the air ratio in a combustion furnace, characterized in that the air ratio is changed.

本発明に係る第3の発明は、第1の発明に関し
て、炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が
変化する場合にそれに対応して振動エネルギー密
度が変化する特定周波数帯域を検出し、全振動エ
ネルギーと特定周波数帯域の振動エネルギーの比
を指標として、最適燃焼時の振動エネルギー比を
設定値とし、各燃焼状態における前記振動エネル
ギー比と前記設定値との偏差に応じて空気比率を
変化させるようにしたことを特徴とする燃焼炉に
おける空気比率制御方法である。
A third invention according to the present invention, in relation to the first invention, detects at least a specific frequency band in which the vibration energy density changes in response to a change in the combustion state when the combustion state changes, and detects the total vibration. Using the ratio of energy and vibration energy in a specific frequency band as an index, the vibration energy ratio during optimal combustion is set as a set value, and the air ratio is changed according to the deviation between the vibration energy ratio and the set value in each combustion state. This is an air ratio control method in a combustion furnace, characterized by the following.

以下、本発明の実施例を添附図面に従つて詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図に燃焼炉1における空気比率制御装置を
示す。燃焼炉1には、燃焼用バーナ2、炉内温度
検出器3および炉内圧力サンプリングプローブ4
を備え、燃焼排ガス用の煙道21を設けている。
FIG. 1 shows an air ratio control device in a combustion furnace 1. The combustion furnace 1 includes a combustion burner 2, an in-furnace temperature detector 3, and an in-furnace pressure sampling probe 4.
A flue 21 for combustion exhaust gas is provided.

温度設定調節器5は、予じめ所望の炉内温度設
定値が設定されており、上記温度検出器3で測定
された測定値と上記設定値とを比較し、その偏差
に応じて出力信号を発生する。
The temperature setting regulator 5 has a desired furnace temperature set value set in advance, compares the measured value measured by the temperature detector 3 with the set value, and outputs an output signal according to the deviation. occurs.

燃料流量調節器7は、制限器6を介して温度設
定調節器5からの出力信号を受け、その信号に対
応する流量設定値を設定し、かつ配管10に設置
された燃料流量検出器13の測定信号と上記流量
設定値とを比較し、偏差に応じた制御信号を流量
調節弁12に与える。上記制限器6は炉温の異常
な上昇、下降および大幅な変動が生じた場合に一
時的に燃料制御を停止させるためのものである。
The fuel flow regulator 7 receives the output signal from the temperature setting regulator 5 via the restrictor 6, sets a flow rate setting value corresponding to the signal, and controls the fuel flow rate detector 13 installed in the pipe 10. The measured signal and the flow rate set value are compared, and a control signal corresponding to the deviation is given to the flow rate regulating valve 12. The restrictor 6 is used to temporarily stop fuel control in the event of an abnormal rise, fall, or significant fluctuation in the furnace temperature.

連続自動可変型比率設定器8は、燃料流量と空
気流量の比率を設定するもので、燃料の種類、炉
形式、バーナ条件およびその他の操業条件で決定
するものである。即ち、温度設定調節器5からの
信号で、あらかじめ設定した比率により空気量を
設定し、空気量調節器9に制御信号を与え、該空
気量調節器9は、配管11に配置された空気流量
検出器15により流量を測定しつつ、上記比率設
定器8からの信号との偏差に応じて空気流量調節
弁14に制御信号を与える。
The continuously automatic variable ratio setter 8 sets the ratio between the fuel flow rate and the air flow rate, and is determined based on the type of fuel, furnace type, burner conditions, and other operating conditions. That is, the air volume is set according to a preset ratio using a signal from the temperature setting controller 5, and a control signal is given to the air volume controller 9, which controls the air flow rate arranged in the pipe 11. While measuring the flow rate with the detector 15, a control signal is given to the air flow control valve 14 according to the deviation from the signal from the ratio setting device 8.

一方、燃焼微圧振動測定系統は、炉内圧力サン
プリングプローブ4によつて炉内圧力が微圧振動
検出器16に導かれ、増幅器17で炉内圧力の絶
対値とそれに重畳する燃焼微圧振動成分に分離、
かつ増幅され、周波数解析器18に送られる。
On the other hand, in the combustion micro-pressure vibration measurement system, the in-furnace pressure is guided to the micro-pressure vibration detector 16 by the in-furnace pressure sampling probe 4, and an amplifier 17 detects the absolute value of the in-furnace pressure and the combustion micro-pressure vibration superimposed thereon. Separated into components,
The signal is then amplified and sent to the frequency analyzer 18.

該周波数解析器18では、振動の周波数のエネ
ルギー分布を求め、予じめ設定した代表の周波数
あるいは周波数帯域(後述)のエネルギーレベル
を出力信号として出す。
The frequency analyzer 18 determines the energy distribution of vibration frequencies and outputs the energy level of a preset representative frequency or frequency band (described later) as an output signal.

この解析結果の信号は、振動エネルギー調節器
19に入り、予じめ設定した周波数あるいは周波
数帯域のエネルギーレベル(後述)の値と比較
し、その偏差信号に応じて上記比率設定器8に制
限器20を介して補正の信号を与え、燃料流量に
対する空気流量の比率を修正する。
The signal resulting from this analysis enters the vibration energy adjuster 19 and is compared with the value of the energy level (described later) of a preset frequency or frequency band. A correction signal is provided via 20 to modify the ratio of air flow to fuel flow.

上記制限器20は、周波数エネルギーあるいは
検出系統で異常な値を検出した場合でも制御系に
与える外乱を最小限に抑制するための装置で、上
記制限器6と同様の働きをする。
The limiter 20 is a device for minimizing disturbance to the control system even when an abnormal value is detected in the frequency energy or the detection system, and functions similarly to the limiter 6.

上記系統において、燃焼微圧振動の測定場所
は、振動伝播範囲であれば、燃焼炉内、エアース
ロート内、バーナタイル内あるいは煙道21等の
いずれでもよいが、燃焼状態を適格に測定するに
は、燃焼炉1内での測定が最も好ましい。
In the above system, combustion micro-pressure vibrations can be measured at any location within the combustion furnace, air throat, burner tile, flue 21, etc. as long as the vibration propagation range is within the vibration propagation range. is most preferably measured within the combustion furnace 1.

上記微圧振動検出器16は、水柱−50〜+50mm
の圧力に十分感知するもので、周波数は0〜500
Hz位までかあるいはそれ以上まで検出可能なもの
が望ましく、ストレインゲージを応用した微圧変
換器あるいは水晶変換器等により圧力振動を電気
信号にアナログ変換するものが望ましい。
The above-mentioned micro-pressure vibration detector 16 has a water column of -50 to +50 mm.
It is fully sensitive to pressure, and the frequency is 0 to 500.
It is preferable to use a device that can detect up to about Hz or higher, and it is preferable to use a micro-pressure transducer using a strain gauge or a crystal transducer to convert pressure vibrations into analog electrical signals.

微圧振動を制御信号とする場合、炉内圧力の絶
対値に微圧振動が重畳した状態で用いてもよい
が、微圧振動検出器16等のドリフトを考慮する
と、炉内圧力に重畳する微圧振動成分のみを分離
してとり出す方が、制御信号として安定性が良
い。
When using micro-pressure vibration as a control signal, it may be used in a state where the micro-pressure vibration is superimposed on the absolute value of the furnace pressure, but when considering the drift of the micro-pressure vibration detector 16 etc., the micro-pressure vibration is superimposed on the furnace pressure. Separating and extracting only the micro-pressure vibration component provides better stability as a control signal.

また、制御信号とする微圧振動の周波数帯域
は、0〜500Hz位まであるいはそれ以上の範囲全
体を対象としてもよいが、増幅器17あるいは周
波数解析器18にローパスフイルターあるいはバ
ンドパスフイルターを組入れて、特定の周波数あ
るいは周波数帯域に限定して、そのエネルギーレ
ベルにより制御してもよい。
Further, the frequency band of the micro-pressure vibration used as the control signal may cover the entire range from 0 to 500 Hz or more, but a low-pass filter or a band-pass filter may be incorporated into the amplifier 17 or the frequency analyzer 18. It may be limited to a specific frequency or frequency band and controlled by its energy level.

上記周波数解析器18は、振動分析器を用いれ
ばよいが、リアルタイムで解析できることが望ま
しく、トラツキングフイルタを使用したTF振動
分析器、FFT(FAST FOURIER TRANS−
FORM)式デジタル振動分析器、あるいはオク
ターブバンド型分析器等を採用することができ
る。該振動分析器により微圧振動のパターンが判
別できるような解析処理を行ない、制御信号源と
すればよく、パワースペクトルを求めることはそ
の一例である。
As the frequency analyzer 18, a vibration analyzer may be used, but it is desirable to be able to perform analysis in real time.
FORM) type digital vibration analyzer or octave band type analyzer can be adopted. The vibration analyzer may perform analysis processing to determine the pattern of micro-pressure vibration and use it as a control signal source, and obtaining a power spectrum is one example of this.

周波数解析結果の信号の用い方として、最適燃
焼状態における特定周波数帯域の最大エネルギー
レベルGと、各燃焼状態における前記最大エネル
ギーレベルFとを比較して、最大エネルギーレベ
ルについてG−F=0となるように空気比率を制
御する方法の他に、縦軸にエネルギー密度、横軸
に周波数fをとつた第2図aに示す如く、最適燃
焼状態における特定周波数帯域Sの振動エネルギ
ー∫(b)(a)G(f)dfと、各燃焼状態における特定周

数帯域Sの振動エネルギー∫(b)(a)F(f)dfとを比

して、∫(b)(a)G(f)df−∫(b)(a)F(f)df=0
となるよう
に制御する方法、また、第2図bに示す如く、燃
焼状態を反映する特定周波数帯域Sの振動エネル
ギー∫SF(f)dfと、全周波数範囲における全振動
エネルギー∫ F(f)dfとの比をとり、この比が最
適燃焼状態における比、即ち∫SG(f)df/∫
(f)dfと等しくなるように制御する方法、あるいは
第2図cに示す如く、燃焼状態を反映する特定周
波数帯域Sの最大エネルギーレベルbと他の領域
の周波数の最大エネルギーレベルaの比b/aを
とり、これの比が最適燃焼状態における比と等し
くなるように制御する方法が適宜に採用できる。
How to use the signal of the frequency analysis result is to compare the maximum energy level G of a specific frequency band in the optimal combustion state with the maximum energy level F in each combustion state, and for the maximum energy level, GF = 0. In addition to the method of controlling the air ratio, as shown in Figure 2a, where the vertical axis is the energy density and the horizontal axis is the frequency f, the vibration energy ∫ f (b) of a specific frequency band S in the optimal combustion state is Comparing f (a)G(f)df and vibration energy ∫ f (b) f (a)F(f)df in the specific frequency band S in each combustion state, ∫ f (b) f (a )G(f)df−∫ f (b) f (a)F(f)df=0
Also, as shown in Figure 2b, the vibration energy in a specific frequency band S that reflects the combustion state ∫ S F(f)df and the total vibration energy in the entire frequency range ∫ 0 F (f)df and this ratio is the ratio in the optimal combustion state, that is, ∫ S G(f)df/∫ 0 G
(f) A method of controlling to be equal to df, or a ratio b of the maximum energy level b of a specific frequency band S reflecting the combustion state to the maximum energy level a of frequencies in other regions, as shown in Fig. 2 c. /a and control the ratio so that it is equal to the ratio in the optimum combustion state can be adopted as appropriate.

第1図の構成例では、微圧振動信号を上記比率
設定器8を介して空気量の制御をするようになつ
ているが、微圧振動信号で直接空気量を制御する
ことも可能である。この場合の着火時には、空気
量を手動で所要量に設定し、燃焼状態が安定した
後に微圧振動信号による制御へ移行する方式が望
ましい。
In the configuration example shown in FIG. 1, the amount of air is controlled using the micro-pressure vibration signal through the ratio setting device 8, but it is also possible to directly control the amount of air using the micro-pressure vibration signal. . At the time of ignition in this case, it is desirable to manually set the amount of air to the required amount, and then shift to control using a micro-pressure vibration signal after the combustion state has stabilized.

助燃剤としては、一般の燃焼設備では、通常、
空気が使用されているが、この他に、空気に酸素
を添加して高O2濃度にしたもの、あるいは純酸
素の場合、さらに燃焼用空気と同等の作用のあ
る、例えば燃焼ガスにO2を添加した場合でも適
用可能である。
As a combustion aid, in general combustion equipment,
Air is used, but in addition to this, oxygen is added to air to make it have a high O 2 concentration, or in the case of pure oxygen, it is also possible to add O 2 to the combustion gas, which has the same effect as combustion air. It is also applicable when adding .

つぎに、試験炉における振動特性調査の試験結
果について述べる。
Next, we will discuss the test results of the vibration characteristics investigation in the test furnace.

燃焼炉で空気量を正確に制御して最適燃焼状態
を維持することは、前述した如く、省エネルギー
面の燃料原単位の節減あるいは公害防止面の
NOx抑制という両面で重要な問題である。
As mentioned above, accurately controlling the amount of air in a combustion furnace to maintain optimal combustion conditions is effective in reducing energy consumption and preventing pollution.
This is an important issue in terms of NOx suppression.

すなわち、過大な空気量は火炎温度の低下や排
ガス損失の増大をもたらし、熱効率上多大な損害
を招き、NOx面においてもO2分圧の増大はNOx
生成が増加する方向である。逆に過小な空気量で
はCOやスモークの発生をともない、アフターバ
ーニング等の原因となつて安全上あるいは公害上
の問題を生ずるようになる。
In other words, an excessive amount of air lowers the flame temperature and increases exhaust gas loss, causing great damage to thermal efficiency.
The direction is that the generation will increase. On the other hand, if the amount of air is too small, CO and smoke will be generated, causing afterburning and the like, resulting in safety and pollution problems.

以上の問題を背景に試験炉で空気比率と燃焼状
態の調査を実施した。
With the above problems as a background, we conducted an investigation of the air ratio and combustion state in a test furnace.

第3図は、1m〓×4mLの試験炉において重
油燃焼量40×104Kcal/Hで、空気比率を1.05、
1.20、1.40、1.90の4段階で変化させた時の微圧
振動波形と周波数解析結果(バワースペクトル)
の一例で、微圧振動波形は、縦軸に振動圧力(mm
H2O)、横軸に時間(秒)をとり、周波数解析結
果は、縦軸にエネルギー密度E、D(V2)、横軸
に周波数f(Hz)をとつている。なお、添附の参
考写真にそれぞれの場合における燃焼状態を示
す。
Figure 3 shows a 1 m × 4 m L test furnace with heavy oil combustion amount of 40 × 10 4 Kcal/H, air ratio of 1.05,
Micropressure vibration waveform and frequency analysis results (power spectrum) when changed in 4 steps of 1.20, 1.40, and 1.90
In one example, the micro-pressure vibration waveform has vibration pressure (mm
H 2 O), time (seconds) is plotted on the horizontal axis, energy density E, D (V 2 ) is plotted on the vertical axis, and frequency f (Hz) is plotted on the horizontal axis for the frequency analysis results. The attached reference photos show the combustion conditions in each case.

空気比率が低い場合は、微圧振動の主成分は低
周波数側にあり、空気比率の増大とともにその主
成分は高い周波数側へと移行する傾向を示してい
る。なお、周波数解析結果は0〜45Hzの範囲で代
表して示した。即ち、燃焼が急激に進行し、シヤ
ープな短炎になるほで周波数成分は高くなる。
When the air ratio is low, the main component of micropressure vibration is on the low frequency side, and as the air ratio increases, the main component tends to shift to the high frequency side. Note that the frequency analysis results are shown representatively in the range of 0 to 45 Hz. That is, as combustion progresses rapidly and becomes a sharp and short flame, the frequency components become higher.

空気比率に対するNOx濃度は、縦軸にNOx
(PPM)O211%換算値、横軸に空気比(−)をと
つた第4図に示すように、通常の範囲では空気比
率の増大とともにNOxは増加する傾向を示して
いる。言い換えると、周波数成分が高くなると
NOx濃度は増加するので、NOx対策の指標とな
る。
The NOx concentration relative to the air ratio is shown on the vertical axis.
As shown in FIG. 4, which shows the (PPM) O 2 11% equivalent value and the air ratio (-) on the horizontal axis, NOx tends to increase as the air ratio increases in the normal range. In other words, as the frequency component increases
Since NOx concentration increases, it serves as an indicator for NOx countermeasures.

一方、他の条件で空気比率と火炎からの熱流束
(単位面積・単位時間当りの火炎からの放熱量、
Kcal/m2・H)を調査した結果を、縦軸に火炎から
の熱流束(Kcal/m2・H)×104を、横軸に炉長
(mm)をとつた第5図に示す。
On the other hand, under other conditions, the air ratio and the heat flux from the flame (the amount of heat released from the flame per unit area/unit time,
The results of the investigation are shown in Figure 5, where the vertical axis is the heat flux from the flame (Kcal/ m 2 H) × 10 4 and the horizontal axis is the furnace length (mm). .

これによれば、空気比率の低下で火炎からの熱
流束は増大する傾向がある。
According to this, the heat flux from the flame tends to increase as the air ratio decreases.

しかし、ある値よりも低下しすぎると火炎後半
での熱流束はやや増加するが、火炎前半での低下
が大きく、全体では悪くなる傾向を示している。
However, if the heat flux decreases below a certain value, the heat flux in the second half of the flame increases slightly, but the decrease in the first half of the flame is large, and the overall tendency is to worsen.

これは、スモークの発生が著しくなる場合であ
り、スモークが排出する限界まで空気比率を低下
する方が、燃料原単位面あるいはNOx面でよい
ことが明らかとなつた。ただし、スモークが発生
する限界はバーナ構造によつて異なることは言う
までもない。
This is a case where the generation of smoke becomes significant, and it has become clear that lowering the air ratio to the limit where smoke is emitted is better in terms of fuel consumption and NOx. However, it goes without saying that the limit for smoke generation varies depending on the burner structure.

これを微圧振動で考えると、高い周波数成分を
抑え低い周波数成分が主体となる時の燃焼状態
で、いわゆる緩慢な燃焼状態を実現することであ
る。
Thinking of this in terms of micro-pressure vibration, it means suppressing high frequency components and achieving a so-called slow combustion state, which is a combustion state in which low frequency components are the main component.

急激な燃焼状態から緩慢な燃焼状態に移行する
場合の微圧振動の特徴は、高い周波数を主体にし
た振動成分から低い振動成分を主体にしたパター
ンに変ることのほかに、比較的高い周波数水準
100Hz以上の帯域で、急激な燃焼時に現われ、緩
慢燃焼時に消滅する振動成分がある。微圧振動で
燃焼状態を判別する場合、周波数の移行状態を見
る方法と特定周波数帯域のエネルギーレベルによ
る判定方法が考えられる。
The characteristics of the micro-pressure vibration when transitioning from a rapid combustion state to a slow combustion state are that the pattern changes from a vibration component mainly consisting of high frequencies to a pattern mainly consisting of low vibration components, as well as a pattern that changes from a relatively high frequency level to a pattern mainly consisting of low vibration components.
In the band above 100Hz, there is a vibrational component that appears during rapid combustion and disappears during slow combustion. When determining the combustion state using micro-pressure vibrations, two methods are possible: one that looks at the frequency transition state, and the other that uses the energy level of a specific frequency band.

つぎに具体的に実施例について説明する。 Next, examples will be specifically described.

第6図に、本方法、装置を実施した均熱炉の概
略構造を示す。
FIG. 6 shows a schematic structure of a soaking furnace in which the present method and apparatus were implemented.

炉容は、6600L×2650W×3875Hで、1チヤージ
の装入量は約84トン、燃焼量は重油で最水400/
H、1ヒートサイクルは平均約5時間の均熱炉で
ある。
The furnace capacity is 6,600 L x 2,650 W x 3,875 H , the charging amount per charge is approximately 84 tons, and the combustion amount is heavy oil with a maximum water content of 400/kg.
H, one heat cycle is an average soaking oven of about 5 hours.

本実施例における燃焼微圧振動の測定および制
御装置は、第1図に述べたものと同様であるが、
とくに燃焼微圧振動測定系統の構成を第7図に示
した。個々の説明は第1図のものと重複するので
省略するが、波形解析結果について検討を加える
ため増幅器17にペン書きオシログラフ22を組
込んで波形が記録できるようにし、さらに、周波
数解析器18に記録装置23を組込んだ点が異な
る。
The combustion micro-pressure oscillation measurement and control device in this example is the same as that described in FIG.
In particular, the configuration of the combustion micro-pressure vibration measurement system is shown in Figure 7. The individual explanations will be omitted as they overlap with those in FIG. 1, but in order to examine the waveform analysis results, a pen-written oscillograph 22 is installed in the amplifier 17 so that the waveform can be recorded, and a frequency analyzer 18 is installed. The difference is that a recording device 23 is incorporated into the second embodiment.

本実施に先立つて、まず、炉特性を含んだ振動
の発生状況を調査した。この炉の従来の空気比率
は一定に設定する方式で、1.45に設定していた。
Prior to this implementation, we first investigated the occurrence of vibrations, including the furnace characteristics. Conventionally, the air ratio of this furnace was set at a constant value, and was set at 1.45.

まず、最大燃焼時に排ガス中のO2濃度やスモ
ーク量の測定あるいは燃焼状態の肉眼観察等によ
つて、最適に考える空気比率を設定した。
First, the optimal air ratio was determined by measuring the O 2 concentration in the exhaust gas and the amount of smoke during maximum combustion, or by visually observing the combustion state.

燃焼量が最大の場合が炉に対する負荷が最も高
く、火炎は大きく長炎で燃焼状態は緩慢となりス
モークが発生しやすいために、通常は最大燃焼時
の条件で空気比率を設定している。
When the combustion amount is maximum, the load on the furnace is the highest, the flame is large and long, the combustion state is slow, and smoke is likely to occur, so the air ratio is usually set under the conditions of maximum combustion.

従来の空気比率の設定では、燃焼状態の変動を
見込んで安全係数を高目にとり、比較的設定を高
くする傾向があつたが、本実施例の場合には、燃
焼状態に見合つた空気比率の制御が可能であり、
安全係数を小さくして空気比率は1.4に設定し
た。なお、実際の空気比率は、排ガス組成から
1.2程度である。
When setting the air ratio in the past, there was a tendency to set the safety factor relatively high in anticipation of fluctuations in the combustion state, but in the case of this example, the air ratio was adjusted to match the combustion state. can be controlled,
The air ratio was set to 1.4 by reducing the safety factor. The actual air ratio is determined from the exhaust gas composition.
It is about 1.2.

そして、この一定の空気比率設定条件のもと
に、1ヒートサイクルにわたつて微圧振動の発生
状況を調査したのが第2図と同様の第8図であ
り、燃焼量の7水準について、微圧振動波形と周
波数解析結果(パワースペクトル)を対比して示
している。なお、この測定例は、実炉設備上の制
約条件があつて、エアースロート内でバーナ先端
位置から400mmスロート内に入つた位置での結果
である。
Figure 8, which is similar to Figure 2, investigates the occurrence of micro-pressure oscillations over one heat cycle under this constant air ratio setting condition, and for seven levels of combustion amount. The micro-pressure vibration waveform and frequency analysis results (power spectrum) are shown in comparison. Note that this measurement example is a result at a position within the air throat 400 mm from the burner tip position due to constraints on actual furnace equipment.

これによると、燃料噴射直後の燃焼の最も激し
い部分、あるいは送風上にもともとある振動成分
をひろつて、非常に激しい振動が検出されてい
る。周波数解析結果でみると、100Hz以上の周波
数成分を含んでおり、微圧振動波形では判別でき
ない(ペン書きオシログラフ22で追従できる周
波数は60〜80Hzまで)。
According to this, extremely strong vibrations have been detected in the most intense part of combustion immediately after fuel injection, or in vibration components that originally exist on the air. According to the frequency analysis results, it contains frequency components of 100 Hz or more, which cannot be determined from the micro-pressure vibration waveform (the frequency that can be tracked by the pen-written oscillograph 22 is 60 to 80 Hz).

周波数解析結果によると、燃焼量の低下にとも
なつて100Hz以上の振動成分が次第に多くなるの
が特徴である。
According to the frequency analysis results, a characteristic feature is that vibration components of 100Hz or higher gradually increase as the combustion amount decreases.

この振動パターンから推定すると、燃焼量の低
下にともなつて燃焼状態が緩慢から急激な状態に
移行していることが考えられる。火炎の肉眼観察
で最大燃焼時には緩慢に燃焼していたが、燃焼量
の低下とともに急激な状態となり、シヤープな短
炎が形成されていることが認められた。この理由
は、燃焼量の低下による侵入空気量の増大や制御
系統の誤差による燃焼空気量の増大、さらに重油
霧化媒体の量が一定であるため燃焼量低下時には
相対的な割合が増加した形となつていることなど
が考えられる。なお、霧化媒体の量は、通常、最
もスモークが発生しやすい条件、すなわち、最大
燃焼量を基準に定めている。
Estimating from this vibration pattern, it is considered that the combustion state is transitioning from a slow state to a rapid state as the combustion amount decreases. Visual observation of the flame showed that it was burning slowly at maximum combustion, but as the amount of combustion decreased, it became more rapid and a sharp, short flame was formed. The reasons for this are an increase in the amount of intruding air due to a decrease in combustion rate, an increase in the amount of combustion air due to errors in the control system, and an increase in the relative proportion when the rate of combustion decreases because the amount of heavy oil atomization medium is constant. It is possible that this is the case. Note that the amount of the atomizing medium is usually determined based on the conditions where smoke is most likely to occur, that is, the maximum combustion amount.

以上のように、最大燃焼時に最適に設定した一
定の空気比率では、燃焼量の変動にともなつて燃
焼性そのものも変動し、それが振動パターンにも
表われている(とくに100Hz〜200Hzの範囲)。
As described above, at a constant air ratio that is optimally set at maximum combustion, the combustibility itself changes as the combustion amount changes, and this is also reflected in the vibration pattern (especially in the 100Hz to 200Hz range). ).

そこで、周波数解析器18に内蔵されているバ
ンドパスフイルターの範囲を、下限100Hz、上限
200Hzにセツトして、この範囲のみの周波数成分
をとり出すようにした。
Therefore, the range of the bandpass filter built into the frequency analyzer 18 is set to 100Hz as a lower limit and 100Hz as an upper limit.
I set it to 200Hz and extracted frequency components only in this range.

この範囲で最大燃焼時(最適に調整した条件)
の最大エネルギーは、0.2×10-3(V2)であること
から、この値を振動エネルギー調節器19に設定
した。なお、この値以下ではスモークが発生す
る。
Maximum combustion in this range (optimally adjusted conditions)
Since the maximum energy of is 0.2×10 −3 (V 2 ), this value was set in the vibration energy regulator 19. Note that smoke occurs below this value.

設定周波数帯域のエネルギーレベルが設定値よ
りも高くなれば、その偏差に応じて空気比率低下
の信号を出し、低くなれば空気比率を高くするよ
うになつている。
If the energy level of the set frequency band becomes higher than the set value, a signal is issued to lower the air ratio according to the deviation, and if it becomes lower, the air ratio is increased.

このようにして、振動エネルギー調節器19に
代表周波数帯域のエネルギーレベルを与えれば、
以後は燃焼量だけでなく、他の因子が変動しても
燃焼状態に見合つて絶えず最適な空気比率が確保
できるように自動制御が行なわれる。
In this way, if the energy level of the representative frequency band is given to the vibration energy regulator 19,
Thereafter, automatic control is performed to constantly ensure the optimum air ratio in accordance with the combustion state, even if not only the combustion amount but other factors change.

上記のごとく、特定周波数帯域の最大エネルギ
ーレベルを指標とした空気比率制御を実施した場
合の振動の測定解析結果を第9図に示す。
As mentioned above, FIG. 9 shows the measurement and analysis results of vibration when air ratio control is performed using the maximum energy level of a specific frequency band as an index.

同図から明らかなように特定周波数帯域内の最
大エネルギーレベルは燃焼量が変動しても0.2×
10-3(V2)の一定な値になつており、当初設定し
た最適燃焼状態が維持されていることがわかる。
As is clear from the figure, the maximum energy level within a specific frequency band is 0.2×
It becomes a constant value of 10 -3 (V 2 ), and it can be seen that the optimal combustion state set at the beginning is maintained.

上記事項について補足すると、微圧振動パター
ンを燃焼状態の指標とするためには、それを一義
的に表わす必要があるが、上述のエネルギーレベ
ルはあくまでその1例である。
To supplement the above matter, in order to use the micro-pressure vibration pattern as an index of the combustion state, it is necessary to express it uniquely, and the above-mentioned energy level is just one example.

実炉等においては、測定条件によつてターンダ
ウンとともに微圧振動のトータルエネルギーが減
衰する場合もある。
In actual furnaces, the total energy of micro-pressure vibrations may be attenuated with turndown depending on the measurement conditions.

このような場合に単純に特定周波数のエネルギ
ーレベルだけの増減を燃焼状態の指標とするのは
当然問題となる。
In such a case, it would naturally be problematic to simply use an increase or decrease in the energy level of a specific frequency as an indicator of the combustion state.

この条件でも、ターンダウンで燃焼性が急激な
方向に向う時は、振動の全エネルギーレベルは低
下しても相対的に100Hz以上の微圧振動エネルギ
ーは増大する傾向があるので、次のような微圧振
動エネルギー比を用いれば、微圧振動パターンと
燃焼状態が一義的に表わせることになる。
Even under these conditions, when the combustibility changes sharply during turndown, even though the total vibration energy level decreases, the micro-pressure vibration energy above 100Hz tends to increase relatively. If the micro-pressure vibration energy ratio is used, the micro-pressure vibration pattern and the combustion state can be uniquely expressed.

微圧振動の全体のエネルギーをET、100Hz以上
(燃焼性が変化する場合、微圧振動に差の出る領
域)の微圧振動エネルギーをEH、そのエネルギ
ー比をREとして、 RE=EH/ETで定義する。(RE=0〜1.0)R
Eの値が大きくなることは、燃焼性が急激に向う
ことを示すものであり、REが小さくなれば、緩
慢燃焼側に向つていることになる。
Let E T be the total energy of micro-pressure vibrations, E H be the energy of micro-pressure vibrations above 100Hz (a region where there is a difference in micro-pressure vibrations when combustibility changes), and R E be the energy ratio, R E = Defined as E H / ET . (R E = 0 to 1.0) R
An increase in the value of E indicates that the combustibility is rapidly increasing, and a decrease in R E indicates that the combustion is toward the slow combustion side.

第8図の結果を含めて、振動による空気比率制
御前の数ヒートサイクルにわたる微圧振動の測定
結果をREで整理したものを、縦軸にエネルギー
比RE=EH/ET、横軸に重油流量(/H)をと
り、第10図に示す。
Including the results in Figure 8, the measurement results of micro-pressure vibrations over several heat cycles before air ratio control by vibration are organized by R E , and the vertical axis is the energy ratio R E =E H /E T , and the horizontal axis is the energy ratio R E =E H /E T . Figure 10 shows the heavy oil flow rate (/H) on the axis.

微圧振動による制御前では、図から明らかなよ
うに、ターンダウンとともにREの値が大きくな
り、燃焼性が急激に向つたことを示している。
As is clear from the figure, before the control using micro-pressure vibration, the value of R E increases with turndown, indicating that the combustibility improves rapidly.

最大燃焼時のエネルギー比のレベルは約0.3で
あることから(最大燃焼時に最適燃焼に調整)、
振動エネルギー調節器19に0.3を設定し(上述
のエネルギーレベル0.2×10-3(V2)と電気的に同
値)、これにより空気比率を制御した場合の結果
についてREで整理したものを第10図と同様の
第11図に示す。
Since the energy ratio level at maximum combustion is approximately 0.3 (adjusted to optimal combustion at maximum combustion),
The vibration energy regulator 19 is set to 0.3 (electrically equivalent to the energy level 0.2×10 -3 (V 2 ) mentioned above), and the air ratio is controlled using this setting. The results are summarized in R E. It is shown in FIG. 11 which is similar to FIG.

エネルギー比は、ほぼ0.3のレベルにあり、最
大燃焼時の燃焼状態が、全燃焼域にわたつて維持
されていることがわかる。
The energy ratio is approximately at a level of 0.3, indicating that the combustion state at maximum combustion is maintained throughout the entire combustion range.

この場合の振動測定結果を第8図と同様の第1
2図に示す。図から全燃焼域にわたつて、特に
100Hz以上の微圧振動が小さくなつていることが
わかる。
The vibration measurement results in this case are shown in Figure 1 as shown in Figure 8.
Shown in Figure 2. The figure shows that over the entire combustion range, especially
It can be seen that the micro-pressure vibrations above 100Hz are becoming smaller.

以上のように、微圧振動の全エネルギーに対す
る特定周波数帯域のエネルギー比をパラメータと
すれば、ターンダウン等によつて振動の絶対レベ
ルが変動しても燃焼状態の判定が可能となる。
As described above, if the energy ratio of a specific frequency band to the total energy of micro-pressure vibration is used as a parameter, the combustion state can be determined even if the absolute level of vibration changes due to turndown or the like.

第13図に微圧振動により空気比率を自動制御
した操業結果の経時変化を従来操業時のデータと
対比して示す。縦軸は炉温(℃)と重油流量
(/H)、排ガスO2(%)と空気比率設定、横軸
は時間(H)である。
Figure 13 shows the changes over time in the results of an operation in which the air ratio was automatically controlled by micro-pressure vibrations, in comparison with data from conventional operations. The vertical axis shows furnace temperature (°C), heavy oil flow rate (/H), exhaust gas O 2 (%) and air ratio setting, and the horizontal axis shows time (H).

この結果から、空気比率は燃焼量および炉温の
変動とともに変化しており、それにともなつて排
ガス中のO2濃度も低下している。
The results show that the air ratio changes with fluctuations in combustion amount and furnace temperature, and the O 2 concentration in the exhaust gas decreases accordingly.

すなわち、最大燃焼時でも、炉温の上昇ととも
に燃焼性は向上するので空気比率は徐々に低下
し、燃焼量が低下し、燃焼性が向上すればその比
率は低下する傾向を示している。
That is, even during maximum combustion, the air ratio gradually decreases because the combustibility improves as the furnace temperature rises, and the amount of combustion decreases.As the combustibility improves, the ratio tends to decrease.

この場合は、炉に対する負荷率が低下してお
り、空気比率は大幅に低下してもスモークの排出
は認められなかつた。なお、微圧振動パターンの
指標として、先の最大エネルギーレベルを用いて
も、また振動エネルギー比を用いてもほゞ同様の
結果が得られた。
In this case, the load factor on the furnace was reduced, and no smoke was observed even though the air ratio was significantly reduced. Note that almost the same results were obtained whether the maximum energy level or the vibration energy ratio was used as an index of the micropressure vibration pattern.

上記の方法、装置を採用することにより、従来
から熱管理を実施し比較的燃料原単位が低い水準
の均熱炉であつたが、さらに10%の燃料節約がで
きた。
By adopting the above method and equipment, we were able to save an additional 10% on fuel, which was previously a soaking furnace with heat management and relatively low fuel consumption.

以上の説明からも明らかなように、本発明は、
基本的には、炉内圧力振動の波形解析を行ない、
最適燃焼状態における振動波形と、時々刻々変化
する各燃焼状態における振動波形とを比較しつつ
その測定信号に基づいて各燃焼状態における空気
比率を変化させるようにしたものであるから、空
気比率の自動制御で、燃焼状態が補正できる範囲
であれば、どのような因子が変動してもたえず最
適な燃焼状態を確保することができる。
As is clear from the above explanation, the present invention
Basically, we perform waveform analysis of pressure vibration inside the furnace.
The system compares the vibration waveform in the optimum combustion state with the vibration waveform in each combustion state, which changes from moment to moment, and changes the air ratio in each combustion state based on the measured signal, making it possible to automatically adjust the air ratio. As long as the combustion state can be corrected through control, an optimal combustion state can be maintained no matter what factors change.

また、測定方式は一定なガス量等を必要とせ
ず、単純な圧力導管でよく、ガス分析方式による
ものとは異なつていて、メンテナンス等が非常に
簡単で実用性にすぐれている。
Furthermore, the measurement method does not require a constant amount of gas, and a simple pressure conduit is sufficient, which is different from the gas analysis method, and maintenance is extremely simple and practical.

さらに信号源は圧力振動であり、検出器までの
応答性はガス分析方式に比べてはるかに早く、ま
た波形解析についてもリアルタイム方式で同時解
析ができるので、全体的な応答性に関してもガス
分析方式よりも早く、最適燃焼状態に迅速に補正
することができる。
Furthermore, since the signal source is pressure vibration, the response to the detector is much faster than that of the gas analysis method, and waveform analysis can be performed simultaneously in real time, so the overall response is much faster than that of the gas analysis method. It is possible to quickly correct the combustion condition to the optimum state.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は空気比率制御装置の構成図、第2図
a、第2図bおよび第2図cは周波数解析方法の
例を夫々示すグラフ、第3図は空気比率と微圧振
動、パワースペクトルの関係を示すチヤート、第
4図は空気比とNOxの関係を示すグラフ、第5
図は空気比率と火炎からの熱流束の関係を示すグ
ラフ、第6図は均熱炉の概略図、第7図は空気比
率制御装置の実施部分構成図、第8図は1ヒート
サイクルの微圧振動とパワースペクトルを示すチ
ヤート、第9図は微圧振動制御時のパワースペク
トルを示すチヤート、第10図は振動による制御
前の振動エネルギー比を示すグラフ、第11図は
振動による制御後のエネルギー比を示すグラフ、
第12図は振動による制御時の振動波形とパワー
スペクトルを示すチヤート、第13図は操業因子
の経時変化を示すグラフである。 1……燃焼炉、2……燃焼用バーナ、3……炉
内温度検出器、4……炉内圧力サンプリングプロ
ーグ、5……温度設定調節器、6……制限器、7
……燃料流量調節器、8……連続自動可変型比率
設定器、9……空気量調節器、10……燃料配管
ライン、11……燃焼用空気配管ライン、12…
…燃料流量調節弁、13……燃料流量検出器、1
4……空気流量調節弁、15……空気流量検出
器、16……検出器、17……増幅器、18……
周波数解析器、19……振動エネルギー調節器、
20……制限器、21……煙道、22……ペン書
きオシログラフ、23……記録装置、24……均
熱炉、25……炉ブタ、26……バーナタイル。
Figure 1 is a configuration diagram of the air ratio control device, Figures 2a, 2b, and 2c are graphs showing examples of frequency analysis methods, and Figure 3 is the air ratio, micropressure vibration, and power spectrum. Figure 4 is a chart showing the relationship between air ratio and NOx. Figure 5 is a graph showing the relationship between air ratio and NOx.
The figure is a graph showing the relationship between the air ratio and the heat flux from the flame, Figure 6 is a schematic diagram of a soaking furnace, Figure 7 is a partial configuration diagram of the air ratio control device, and Figure 8 is a diagram showing the details of one heat cycle. Chart showing pressure vibration and power spectrum, Figure 9 is a chart showing power spectrum during micro-pressure vibration control, Figure 10 is a graph showing vibration energy ratio before vibration control, Figure 11 is after vibration control. Graph showing energy ratio,
FIG. 12 is a chart showing vibration waveforms and power spectra during vibration control, and FIG. 13 is a graph showing changes over time in operating factors. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Combustion furnace, 2... Combustion burner, 3... Furnace temperature detector, 4... Furnace pressure sampling probe, 5... Temperature setting regulator, 6... Limiter, 7
...Fuel flow rate regulator, 8...Continuously automatic variable ratio setter, 9...Air amount regulator, 10...Fuel piping line, 11...Combustion air piping line, 12...
...Fuel flow rate control valve, 13...Fuel flow rate detector, 1
4...Air flow rate control valve, 15...Air flow rate detector, 16...Detector, 17...Amplifier, 18...
Frequency analyzer, 19... Vibration energy regulator,
20... Restrictor, 21... Flue, 22... Pen writing oscillograph, 23... Recording device, 24... Soaking furnace, 25... Furnace pig, 26... Burner tile.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
内圧力振動を検出してその波形解析を行ない、目
的とする燃焼状態の振動波形に対応する、あらか
じめ定めた周波数分布や周波数のエネルギー分布
(強さの分布)あるいは、特定の周波数帯域の振
動エネルギー等を設定値とし、各燃焼状態の振動
波形に対応するそれらの値とを比較し、その信号
に基づいて各燃焼状態における空気比率を変化さ
せるようにしたことを特徴とする燃焼炉における
空気比率制御方法。 2 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
内圧力振動を検出し、その信号に基いて空気比率
を制御する方法であつて、 炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が変
化する場合にそれに対応して振動エネルギー密度
が変化する特定周波数帯域を検出し、その中の最
大エネルギーレベルを指標として、目的とする燃
焼状態における炉内圧力振動の前記周波数帯域で
の振動エネルギーレベルの最大値を設定値とし、
各燃焼状態における前記周波数帯域のエネルギー
レベルの最大値と前記設定値との偏差に応じて空
気比率を変化させるようにしたことを特徴とする
燃焼炉における空気比率制御方法。 3 各種工業炉において燃焼を行なう場合に、炉
内圧力振動を検出し、その信号に基いて空気比率
を制御する方法であつて、 炉内圧力振動のうち少なくとも、燃焼状態が変
化する場合にそれに対応して振動エネルギー密度
が変化する特定周波数帯域を検出し、全振動エネ
ルギーと特定周波数帯域の振動エネルギーの比を
指標として、最適燃焼時の振動エネルギー比を設
定値とし、各燃焼状態における前記振動エネルギ
ー比と前記設定値との偏差に応じて空気比率を変
化させるようにしたことを特徴とする燃焼炉にお
ける空気比率制御方法。
[Scope of Claims] 1. When combustion is performed in various industrial furnaces, pressure vibrations in the furnace are detected and their waveforms are analyzed, and a predetermined frequency distribution or frequency corresponding to the vibration waveform of the desired combustion state is determined. The energy distribution (strength distribution) or the vibration energy of a specific frequency band is set as a set value, and those values corresponding to the vibration waveform of each combustion state are compared, and based on that signal, the An air ratio control method in a combustion furnace, characterized by changing the air ratio. 2. A method of detecting pressure fluctuations in the furnace and controlling the air ratio based on the signals when combustion is carried out in various industrial furnaces, which detects at least one of the pressure fluctuations in the furnace when the combustion state changes. A specific frequency band in which the vibration energy density changes correspondingly is detected, and using the maximum energy level within that frequency band as an index, the maximum value of the vibration energy level in the frequency band of the furnace pressure vibration in the desired combustion state is set. value,
An air ratio control method in a combustion furnace, characterized in that the air ratio is changed according to the deviation between the maximum energy level of the frequency band and the set value in each combustion state. 3. A method of detecting pressure fluctuations in the furnace and controlling the air ratio based on the signals when combustion is carried out in various industrial furnaces, which detects at least one of the pressure fluctuations in the furnace when the combustion state changes. A specific frequency band in which the vibration energy density changes correspondingly is detected, and using the ratio of the total vibration energy to the vibration energy of the specific frequency band as an index, the vibration energy ratio during optimal combustion is set as a set value, and the vibration in each combustion state is A method for controlling an air ratio in a combustion furnace, characterized in that the air ratio is changed according to a deviation between an energy ratio and the set value.
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