JP2000249331A

JP2000249331A - ボイラ制御装置

Info

Publication number: JP2000249331A
Application number: JP11051628A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Gondo; 宏権藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭性状の違いに起因するガス温度分布の変
動を防止し、ボイラの制御調整期間の短縮化やボイラ設
計の最適化が図れるボイラ装置を提供すること。【解決手段】ボイラプラントデータ１からの測定値に
基づいて火炉熱吸収割合演算器２で現状のボイラの運転
状態における火炉熱吸収割合を演算し、偏差演算器５に
より現在値と各負荷での火炉熱吸収割合目標値からの偏
差を求める。偏差演算器５で求めた偏差からＰＩ演算器
６にて比例積分制御を行い、自動手動切替器７を経由し
インバータ８の周波数を制御することにより、回転分級
機モータ９の回転数を変えてミル出炭時の微粉粒度を調
整する。これにより、例えば火炉熱吸収割合が最適値よ
りも高い場合は、微粉炭ミルからの出炭粒度が高過ぎる
（細か過ぎる）ため、この場合は微粉炭ミルに備えられ
る回転分級機モータの回転数を下げ、微粉炭ミルからの
出炭粒度が低くなるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ制御装置に係
り、特に、微粉炭焚きボイラにおいて石炭性状の変化に
対する制御特性を最適化するのに好適なボイラ制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭焚きボイラで燃焼する石炭は、石
炭産地により石炭性状が大幅に異なっており、広範囲の
石炭を燃焼させ微粉炭焚きボイラを安定に制御する対策
が重要な課題となってる。石炭性状の中で燃焼特性に特
に重要である成分は、石炭を構成する揮発成分と固定炭
成分であり、本性状は以下の（１）式にて一般に燃料比
として定義されている。燃料比＝固定炭素重量／揮発成分重量……（１）ここで、揮発成分は、燃焼速度が早くバーナ近辺で燃焼
するため、火炉内のガス温度が高くなり、火炉壁にて流
体に吸熱される割合が多くなる。一方、固定炭素成分
は、燃焼速度が遅く火炉上部または後段で燃焼するた
め、過熱器側のガス温度が高くなり、過熱器や蒸発器で
の熱吸収割合が多くなる。したがって、燃料比の低い石
炭の場合、火炉側での熱吸収割合が増えて火炉内ガス温
度が高くなり、その反対に燃料比の高い石炭の場合、火
炉後段での熱吸収割合が増えて火炉出口ガス温度が高く
なる。

【０００３】このように燃料比の違いに起因してボイラ
内のガス温度分布が大幅に異なるため、ボイラの伝熱面
積設計を最適化することや、流体側の温度制御が非常に
困難となる。特に、低負荷時の効率が良い変圧ベンソン
型のボイラでは、気水分離用ドラムがなく蒸発管中で気
水分離を行うため、蒸発管出口温度を飽和温度以上に保
つ必要があり、また、タービンを回すためのボイラ出口
温度である過熱器出口温度もタービン側の制約から一定
とする必要があり、このように蒸気側の入口温度と出口
温度が一定となることから、蒸気圧力条件により多少異
なるとはいえ蒸気側の温度分布はほぼ決定されてしま
う。このような理由から一般的には、石炭の燃料比やボ
イラ負荷によりガス温度分布が変動した場合は、火炉側
と過熱器側へのスプレー水の給水流量配分を変えること
により、蒸気側の温度分布が一定に保たれるように制御
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の制御方法においては、燃料比が低い場合やボイ
ラ負荷が低い場合、火炉熱吸収割合が多くなって火炉側
の給水量が増加するため、過熱器側のスプレー量が制御
下限近くとなり、その反対に燃料比が高い場合やボイラ
負荷が高い場合、火炉熱吸収割合が少なくなって過熱器
側への給水量が増加するため、過熱器側のスプレー量が
制御上限近くとなり、いずれの場合も制御裕度がなくな
るという問題があった。また、制御特性を確認するため
に数種類の燃料比で試運転を行う必要があり、試運転期
間が増加するという問題があった。さらに、ボイラ内の
ガス温度分布が大きく異なるため、ボイラ各部の構造材
料やサイズ等を最適化することが困難で、設計的に余裕
を持たせる必要があり、ボイラのトータルコストが高騰
するという問題もあった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の実情に鑑みてな
されたもので、その目的は、異なる石炭性状を有する石
炭の燃焼時も火炉内のガス温度分布を一定に保ち、ボイ
ラの制御調整期間を短縮すると共に、ボイラ設計を最適
化して安価なボイラ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述したように、石炭の
燃料比は燃焼速度と密接な関連があり、燃料比の低い石
炭は燃焼速度が早く、燃料比の高い石炭は燃焼速度が遅
い。しかし、燃焼速度は石炭の微粉粒度にも関連があ
り、同一燃料比の石炭でも微粉粒度が小さい場合は、石
炭内の揮発成分が早く空気と混合されて燃焼速度が早く
なり、見かけ上の燃料比が低下する。反対に、同一燃料
比の石炭でも微粉粒度が大きい場合は、揮発成分が緩や
かに空気と混合されて燃焼速度が遅くなり、見かけ上の
燃料比が上昇する。

【０００７】本発明は、このような現象に着目し、微粉
炭ミルからの出炭粒度を制御することにより、石炭の見
かけ上の燃料比を制御して火炉内のガス温度分布を一定
に保つようにした。このように構成すると、石炭の見か
け上の燃料比が最適に制御されるため、石炭性状の違い
に拘らず火炉内のガス温度分布を一定に保つことがで
き、ボイラの制御調整期間の短縮化やボイラ設計の裕度
向上等が図れる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のボイラ制御装置では、石
炭を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備え、この微粉炭ミ
ルで粉砕された微粉炭をバーナに供給して燃焼させる微
粉炭焚きボイラにおいて、ボイラ火炉熱吸収割合を測定
する検出手段と、この検出手段により測定された火炉熱
吸収割合が一定になるように前記微粉炭ミルからの出炭
粒度を制御する補正手段とを設けた。

【０００９】また、本発明のボイラ制御装置では、石炭
を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備え、この微粉炭ミル
で粉砕された微粉炭をバーナに供給して燃焼させる微粉
炭焚きボイラにおいて、ボイラ火炉出口ガス温度を測定
する検出手段と、この検出手段により測定された火炉出
口ガス温度が一定になるように前記微粉炭ミルからの出
炭粒度を制御する補正手段とを設けた。

【００１０】また、本発明のボイラ制御装置では、石炭
を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備え、この微粉炭ミル
で粉砕された微粉炭をバーナに供給して燃焼させる微粉
炭焚きボイラにおいて、石炭性状を測定する検出手段
と、この検出手段により測定された石炭性状に応じて前
記微粉炭ミルからの出炭粒度を制御する補正手段とを設
けた。この場合において、前記検出手段は石炭中の揮発
成分と固定炭素成分の割合を測定することが好ましい。

【００１１】また、上記の構成において、前記微粉炭ミ
ル内に遠心力を用いた微粉粒度選択装置に設け、前記補
正手段がこの微粉粒度選択装置の回転数を制御すること
により、所定の微粉粒度のみを選択的に出炭することが
好ましく、さらに、ミル空気流量とミル差圧を測定する
検出手段を設け、前記補正手段がこの検出手段からの測
定値に基づいて石炭粉砕用加圧力を補正することが好ま
しい。

【００１２】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は第１実施例に係るボイラ制御装置のブロック図で
あり、同図において、１はボイラプラントデータ、２は
火炉熱吸収割合演算器、３はボイラ負荷指令（ＭＷ
Ｄ）、４は関数発生器、５は偏差演算器、６はＰＩ演算
器、７は自動手動切替器、８はインバータ、９は回転分
級器モータである。

【００１３】図１に示すように、ボイラプラントデータ
１により火炉入口給水流量、火炉入口給水圧力、火炉入
口給水温度、火炉出口流体圧力、火炉出口温度の値を測
定し、これらの測定値に基づいて火炉熱吸収割合演算器
２で現状のボイラの運転状態における火炉熱吸収割合を
演算する。また、ボイラ負荷指令３から各負荷での火炉
熱吸収割合目標値を関数発生器４にて求め、偏差演算器
５により現在値と各負荷での目標値からの偏差を求め
る。図２に示すように、この関数発生器４には各負荷に
おけるボイラ運転時に最適な蒸気条件となる火炉熱吸収
割合のカーブが設定されており、上記の偏差演算により
現状の運転状況が最適な運転に対してどの程度ずれてい
るかを計算することができる。ここで、現状の運転状況
における火炉熱吸収割合が最適値に対してずれている場
合、例えば火炉熱吸収割合が最適値よりも高い場合は、
微粉炭ミルからの出炭粒度が高過ぎる（細か過ぎる）た
め、この場合は微粉炭ミルに備えられる回転分級機モー
タの回転数を下げ、微粉炭ミルからの出炭粒度が低くな
るように制御する。すなわち、偏差演算器５で求めた偏
差からＰＩ演算器６にて比例積分制御を行い、自動手動
切替器７を経由しインバータ８の周波数を制御すること
により、回転分級機モータ９の回転数を変えてミル出炭
時の微粉粒度を調整する。

【００１４】図３に示すように、本実施例で採用される
微粉炭ミルは、ハウジングの下部に配置されたターンテ
ーブル１０と、ターンテーブル１０の円周方向へ等分す
る位置に配置された複数のローラ１１と、各ローラ１１
の上方へ配置された回転分級機１２等を備えており、タ
ーンテーブル１０は図示せぬモータを駆動源として回転
するようになっている。ハウジング内に供給された石炭
は、回転するターンテーブル１０とそれに伴って回転す
るローラ１１との間で粉砕され、搬送空気によってハウ
ジング内を上昇して回転分級機１２で所定粒度に調整さ
れた後、微粉炭ミルから石炭されてボイラへ供給され
る。回転分級機１２は遠心力によって所定以下の微粉粒
度のみを出炭し、回転分級機１２を通過しなかった所定
粒度よりも大きな石炭は、ターンテーブル１０の上へ自
重により落下し、ハウジング内へ供給されたばかりの石
炭と共に再度粉砕される。回転分級機１２の回転数は前
記回転分級機モータ９によって制御され、回転分級機１
２の回転数を早めれば、細かい微粉粒度の石炭を出炭す
ることができ、回転分級機１２の回転数を低下させれ
ば、より大きい微粉粒度の石炭を出炭することができ
る。

【００１５】このように構成された第１実施例によれ
ば、火炉内のガス温度分布の変動を火炉熱吸収割合にて
算出し、これを最適な蒸気条件となる火炉熱吸収割合と
比較して微粉炭ミルの回転分級機の回転を自動調整する
ため、石炭性状の違いに拘らず火炉内のガス温度分布を
一定に保つことができ、最適な蒸気条件で自動運転する
ことが可能になる。

【００１６】なお、上記第１実施例では、微粉炭ミルか
らの出炭粒度を回転分級機の回転数のみで制御している
が、回転分級機をある程度以上に高速回転した場合、タ
ーンテーブルとローラ間での粉砕能力が追いつかなくな
り、比較的荒い微粉が回転分級機を通過してしまうおそ
れがある。すなわち、微粉炭ミルの実際の粉砕能力は一
定であるため、微粉炭ミルの出炭量が大きくなったと
き、換言すると搬送空気流量大または保有炭大（差圧
大）となったとき、粉砕能力が追従しきれなくなるおそ
れがある。

【００１７】図４に示す第２実施例ではこの点が考慮さ
れており、同図において、１３はミル加圧力指令、１
４，１５は加算器、１６は減算器、１７は自動手動切替
器、１８はアンプ、１９はミル加圧力引加用油ポンプ、
２０はミル空気流量測定信号、２１はミル差圧測定信
号、２２はミル電流測定信号、２３，２４，２５は関数
発性器である。

【００１８】図４に示すように、本実施例では、ミル加
圧力（標準設定）指令値１３に対して以下の３点の補正
をかけている。１点目の補正はミル空気流量測定信号２
０から関数発生器２３にて求めた加圧力増加値であり、
図５（ａ）に示すように、関数発性器２３には一定値以
上の空気流量に対する補正値のカーブが設定されてい
る。２点目の補正はミル差圧測定信号２１から関数発生
器２４にて求めた加圧力増加値であり、図５（ｂ）に示
すように、関数発性器２４には一定値以上の差圧に対す
る補正値のカーブが設定されている。なお、これら加圧
力増加値はミル加圧力指令値１３に対してそれぞれ加算
器１４，１５で加算される。３点目の補正はミル電流測
定信号２２から関数発生器２５にて求めた減補正加圧力
値であり、図５（ｃ）に示すように、関数発性器２５に
は一定値以上の電流に対する補正値のカーブが設定され
ており、この減補正加圧力値はミル加圧力指令値１３に
対して減算器１６で減算される。そして、このようにミ
ル加圧力指令値１３に対して３点の補正をかけた後に、
自動手動切替器１９を経由してポンプ動作用のアンプ１
８にて電流電圧増幅し、ローラに加圧力を付与するため
のミル加圧力引加用ポンプ１９を駆動するようになって
いる。

【００１９】このように構成された第２実施例によれ
ば、ローラの加圧力にも補正をかけているため、出炭量
大つまりミル空気流量大またはミル差圧大となったと
き、ローラの加圧力を増大して粉砕能力を向上させるこ
とができ、出炭粒度の制御範囲が広がるという利点を有
する。しかも、ミル電流値を検出してローラの加圧力に
インタロックをかけているため、ローラの加圧力が過度
に増大することを防止できる。

【００２０】前述した第１実施例では、火炉熱吸収割合
を検出後に回転分級機の回転数を現在値から変化させて
いるため、レートの早い負荷変化時の火炉熱吸収割合変
化についていけないというおそれがある。図６に示す第
３実施例ではこの点が考慮されており、併せて、微粉粒
度低下時の環境値での制約条件であるＮｏｘ、未然分、
ＣＯ値についても考慮されている。

【００２１】図６において、図１に示す第１実施例に追
加した制御要素は、圧力計２６、流量計２７、温度計２
８、加算器２９，３１、減算器３０、関数発生器３２、
ミル差圧信号３３、関数発生器３４，３６、ミル電流信
号３５、加算器３７、ボイラＮｏｘ測定器３８、ボイラ
未然分測定器４０、ボイラＣＯ測定器４２、関数発生器
３９，４１，４３、加算器４４である。

【００２２】図６に示すように、本実施例では、火炉熱
吸収割合演算器２にボイラプラントデータ１とは別に圧
力計２６、流量計２７、温度計２８等を用いた測定値が
取り込まれるようになっている。これら圧力計２６と流
量計２７および温度計２８による測定値は、火炉熱吸収
割合演算器２がボイラプラントデータ１以外のデータを
用いて火炉熱吸収割合を演算する場合に用いられ、例え
ば石炭性状をオンラインで測定した場合のデータであ
る。ただし、前述した第１実施例と同様に、ボイラプラ
ントデータ１のみを用いて火炉熱吸収割合を演算するこ
とも可能であり、あるいはボイラプラントデータ１と圧
力計２６、流量計２７、温度計２８等のデータを併用し
て火炉熱吸収割合を演算することも可能である。

【００２３】このように火炉熱吸収割合演算器２で現状
のボイラの運転状態における火炉熱吸収割合を演算し、
ボイラ負荷指令３から各負荷での火炉熱吸収割合目標値
を関数発生器４にて求め、偏差演算器５により現在値と
各負荷での目標値からの偏差を求める。偏差演算器５で
求めた偏差からＰＩ演算器６により補正値を算出し、こ
の補正値に対して環境規制値からのインタロックとミル
運転状態からのインタロックとをそれぞれ補正する。前
者の環境規制値からのインタロックについては、Ｎｏｘ
測定器３８より関数発生器３９にて補正値を、未然分測
定器４０より関数発生器４１にて補正値を、ＣＯ測定器
４２より関数発生器４３にて補正値をそれぞれ算出し、
これら補正値を加算器４４にて加算した後、ＰＩ演算器
６の後段の加算器２９にて補正を行う。また、後者のミ
ル運転状態からのインタロックについては、ミル差圧信
号３３より関数発生器３４にて補正値を、ミル電流信号
３５より関数発生器３６にて補正値をそれぞれ算出し、
これら補正値を加算器３７にて加算した後、加算器２９
の後段の減算器３０にて補正を行う。

【００２４】このようにして火炉熱吸収割合を補正する
のに必要な回転分級機回転数が算出されるが、この算出
値に基づいて回転分級機モータ９の回転数を決定するの
ではなく、減算器３０の後段の加算器３１において回転
数制御値が算出される。すなわち、ボイラ負荷指令３よ
り関数発生器３２にて各負荷での回転分級機の基準目標
値が求められ、この基準目標値が先行値として加算器３
１に与えらることにより、負荷変化時の特性が改善され
るようになっている。そして、加算器３１にて算出した
回転数制御値を自動手動切替器７を経由してインバータ
８にて制御動力信号に変換し、回転分級機モータ９の回
転数を制御することにより、ミル出炭時の微粉粒度を調
整し、火炉のガス温度分布を一定に制御する。

【００２５】前述した第１ないし第３実施例では、火炉
熱吸収割合を算出して微粉粒度を制御する場合について
説明したが、火炉熱吸収割合の代わりに火炉出口ガス温
度を算出して微粉粒度を制御するようにしても良く、そ
の一例を図７に示す第４実施例により説明する。

【００２６】図７において、図６に示す第３実施例と相
違する点は、火炉出口ガス温度を温度計４５にて測定
し、温度計４５からの測定値とボイラ負荷指令３から関
数発生器２９にて算出した最適の温度目標値との偏差を
偏差演算機５にて直接求めたことにあり、それ以外は基
本的に同じである。火炉出口ガス温度は１０００℃以上
あり、通常の熱電対温度計では測定できないため、後段
のガス温度から推定して求めても良く、あるいは音の伝
達速度がガス温度により異なる現象を用いた温度計等を
用いて測定しても良い。また、火炉のガス流れが一様で
ないことや、燃焼自体が揺らぎの性質を有する等の理由
により、ボイラ火炉内のガス温度は場所や時間によって
変動が激しいため、火炉出口ガス温度を測定するに際し
ては複数の測定点の平均を取る等の処理が必要である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２８】微粉炭ミルからの出炭粒度を制御すること
により、石炭の見かけ上の燃料比を制御して火炉内のガ
ス温度分布を最適化したため、石炭性状の違いに拘らず
火炉内のガス温度分布を一定に保つことができ、ボイラ
の制御調整期間の短縮化やボイラ設計の裕度向上等を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るボイラ制御装置のブロック図
である。

【図２】関数発生器に設定された火炉熱吸収割合の説明
図である。

【図３】微粉炭ミルの構成図である。

【図４】第２実施例に係るボイラ制御装置のブロック図
である。

【図５】関数発生器に設定された補正値の説明図であ
る。

【図６】第３実施例に係るボイラ制御装置のブロック図
である。

【図７】第４実施例に係るボイラ制御装置のブロック図
である。

【符号の説明】

１ボイラプラントデータ２火炉熱吸収割合演算器３ボイラ負荷指令４，２３，２４，２５，３２，３４，３６，３９，４
１，４３関数発生器５偏差演算器６ＰＩ演算器７，１７自動手動切替器８インバータ９回転分級器モータ１０ターンテーブル１１ローラ１２回転分級機１３ミル加圧力指令１４，１５，２９，３１，３７，４４加算器１６，３０減算器１８アンプ１９ミル加圧力引加用油ポンプ２０ミル空気流量測定信号２１ミル差圧測定信号２２ミル電流測定信号２６圧力計２７流量計２８，４５温度計３３ミル差圧信号３５ミル電流信号３８ボイラＮｏｘ測定器４０ボイラ未然分測定器４２ボイラＣＯ測定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備
え、この微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナに供給
して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、ボイラ火炉熱吸収割合を測定する検出手段と、この検出
手段により測定された火炉熱吸収割合が一定になるよう
に前記微粉炭ミルからの出炭粒度を制御する補正手段と
を設けたことを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項２】石炭を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備
え、この微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナに供給
して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、ボイラ火炉出口ガス温度を測定する検出手段と、この検
出手段により測定された火炉出口ガス温度が一定になる
ように前記微粉炭ミルからの出炭粒度を制御する補正手
段とを設けたことを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項３】石炭を微粉炭に粉砕する微粉炭ミルを備
え、この微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナに供給
して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、石炭性状を測定する検出手段と、この検出手段により測
定された石炭性状に応じて前記微粉炭ミルからの出炭粒
度を制御する補正手段とを設けたことを特徴とするボイ
ラ制御装置。
【請求項４】請求項３の記載において、前記検出手段
は石炭中の揮発成分と固定炭素成分の割合を測定するこ
とを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかの記載にお
いて、前記微粉炭ミル内に遠心力を用いた微粉粒度選択
装置に設け、前記補正手段がこの微粉粒度選択装置の回
転数を制御することにより、所定の微粉粒度のみを選択
的に出炭することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項６】請求項５の記載において、ミル空気流量
とミル差圧を測定する検出手段を設け、前記補正手段が
この検出手段からの測定値に基づいて石炭粉砕用加圧力
を補正することを特徴とするボイラ制御装置。