JPH01312314A - スートブロア制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラに設けられたスートブロア制御装置に係
り、特にボイラ排ガス中のＮＯｘを低減させるためにス
ートプロア起動個所を決定する演算器を備えたスートブ
ロア制御装置に関する。

〔従来の技術〕

通常のボイラ装置は、火炉氷壁部およびそれに接続した
ガス通路内に加熱器、再熱器、接炎器などの熱交換器が
配置されており、これら熱交換器に供給された水や水蒸
気などの被加熱流体が、火炉内で生成した高温の燃焼ガ
スによって加熱されるようになっている。このボイラ装
置を運転していると前記熱交換器の伝熱面に灰や煤など
が付着。

堆積して伝熱面における熱交換性能が低下する。

さらにそれに伴って火炉内温度が上昇したり、過熱器の
蒸気の昇温、昇圧度が低下するのに伴ってスプレー注入
流量が低下したり、再熱器での吸熱量が不足するため、
過度に再循環ガス量を投入せねばならなかったり、ボイ
ラ出口ガス温度が過度に上昇したりしてボイラ状態が不
健全になることがある。そのため、適切な個所にストー
ブロアを起動させる目的で、ボイラ状態と伝熱面汚れ状
態を有機的に結合させることにより、ボイラ状態の不健
全性が大きくなり且つ対応する伝熱面の汚れが大きい場
合にストーブロアを起動させる制御方法が提案されてい
る（特開昭６１−３９１６号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、排ガス中のＮＯＸを低減させるスート
ブロア起動法について配慮がされていなかった。

本発明の目的は、窒素の高い燃料を投入した時には、そ
の情報Ｇこより火炉内の温度を抑制するため、火炉・氷
壁部のスートブロア起動優先度を上昇させ、以て、環境
規制の対象であるＮＯｘの発生を低下することにある。

ボイラで発生するＮＯｘ量は、燃料に供される炭種によ
って異なり、１００〜３００　ＰＰＭ程度である。通常
の火炉的燃焼温度で且つ燃料中の窒素骨が通常の量であ
れば発生するＮ　Ｏｘ量の８０％程度は燃料中の窒素骨
により　（ＦｕｅｌＮＯＸ）、２０％程度は空気中の窒
素骨の燃焼による酸化弁（ＴｈｅｒｍａｌＮ　Ｏｘ　）
によるものである。

ＴｈｃｒｍａｌＮ　Ｏｘは火炉内温度が高ければ高いほ
ど多量に発生する。

燃料中の窒素骨が多い場合は発生するＦｕｅｌＮｏｘ量
が多くなるのでトータルとして、ＮＯｘ発生量を抑える
時には、可能な限りＴｈｅｒｍａｌＮＯｘを抑えなけれ
ばならない。したがって、火炉内温度（指数としては火
炉出口温度）を低下させる必要がある。

火炉・氷壁部のスートブロアを起動させれば、火炉・氷
壁部の伝熱面が清浄になるので吸熱量が大となり、結果
として火炉内温度が低下する。但し、他の伝熱面に対す
るスートブロア起動とバランスを保って起動させねばか
えってボイラ効率低下となる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ボイラ状態優先度設定器中の火炉・氷壁部
に対応する火炉出口ガス温度優先度を火炉出口ガス温度
と、燃料中の窒素骨の関数として構成し、入力信号とし
て火炉出口ガス温度と、燃料性状態設定器からの窒素骨
とすることにより達成される。

〔作用〕

火炉出口ガス温度優先度は、火炉出口ガス温度と、燃料
中の窒素骨の関数である。

そして、特性として火炉出口ガス温度が高ければ窩いほ
ど、また燃料中の窒素骨が多ければ多いほど火炉出口ガ
ス温度優先度が高くなるようにする。その結果、燃料中
の窒素骨が増大すれば、他の伝熱面に対する起動要求の
バランスを計算して、火炉・氷壁部に対する起動要求が
多くなる。

したがって、火炉内温度は低下し、Ｔｈｅｒｍａ’ＩＮ
　Ｏｘ発生量が抑制される。

〔発明の実施例〕

第１図は実施例に係るスートブロア制御装置を備えたボ
イラ装置の概略構成図である。図中の１はボイラ装置で
、火炉２で発生した高温の燃焼ガスは、誘引通風機１１
によって生じた圧力差により熱交換機群すなわち火炉・
氷壁部１２．過熱器３、再熱器４２節炭器５を順次通過
し、熱交換器中の水・蒸気に熱を与え、さらに空気予熱
器７を通過して系外へ排出される。

燃料である石炭は給炭器２１から微粉炭器９に供給され
、その後微粉炭管１３．バーナ風箱８を通ってバーナ１
５で燃焼される。一方、燃焼用空気は押込み通風機１０
により主風道１７を通り、微粉炭器９を経て微粉炭を同
伴してバーナ１５に供給される。

再１ノロ環ガスは、通風機１４により再循環ガス煙道２
６を通りホッパー２５から火炉２に入る。

被過熱流体である水は、給水ポンプ６により節炭器５に
送られ、さらに火炉氷壁部１２．過熱器３を通ることに
より吸熱し昇温しで、高温、高圧の蒸気となり、主藤気
管１日を通って系外の高圧タービン（図示せず）に送ら
れる。

高圧タービンで使用されて低温７低圧となった蒸気は、
低温再熱蒸気管１９を通って再熱器４に入り吸熱し、再
び高温になり、高温再熱蒸気管２０で系外の低圧タービ
ン（図示せず）に送られる。

尚、過熱器３内での蒸気温度を制御する必要がある場合
には、スプレー２３により低温の水が過熱器３の蒸気に
注入される。

高温再熱蒸気管２０へ送られる蒸気の温度・圧力が規定
値以下である場合には、再熱器４での伝熱効率を向上さ
せるため、再循環ガス流量調節弁２４により再循環ガス
量を増加させる。

過熱器３の直前の排ガス温度すなわち火炉出口ガス温度
、スプレー２３により過熱器３に注入されるスプレー量
（一般化するためスプレー量と主蒸気量の比、すなわち
スプレー比をとる）、再循環ガス量（一般化するため、
再循環ガス量と燃焼ガス量の比、すなわち再循環ガス量
比をとる）をこの実施例ではボイラ状態と定義する。

このようなボイラ装置１において、供給された微粉炭を
バーナ１５で燃焼することにより、前述のように火炉・
氷壁部１２．過熱器３．再熱器４゜節炭器５の伝熱面上
に灰や煤などが付着、堆積し、伝熱効率が低下すると共
に、ボイラの状態が不健全となる。前述の付着した灰や
煤などを吹き払うため、各熱交換器に対応してスートブ
ロア２７が配置されているが、第１図では図面の複雑化
を避けるため節炭器５に対応したスートブロア２７のみ
図で示している。

次にスートブロア制御装置について説明する。

燃焼ガスの性状把握のため、ボイラ出口１６にガス温度
計３０および酸素濃度計３１が設けられている。

バーナ１５に供給する燃焼用空気量を測定するために主
風道１７には空気流量計３３．ホッパー２５に供給する
再循環ガス量を測定するためにガス流量計３４．乾球温
度計４４ならびに湿球温度計４５を内蔵した空気状態測
定箱２８がそれぞれ配置されている。

給水ポンプ６の出口側には給水流量計３５が、スプレー
２３の入口側にはスプレー用給水温度計４１が、低温再
熱蒸気管１９の出口側には流量推定のための低温再熱蒸
気圧力計４３がそれぞれ配置されている。

また、各熱交換器の入口側と出口側には、水や蒸気の性
状を把握するための温度計と圧力計が設けられでいるが
、図面の簡略のために第１図では節炭器５に関係するも
のだけを示した。すなわち、節炭器５の入口側には入口
温度計３６と圧力計３７が、また出口側にも出口温度計
３８と圧力計３９がそれぞれ配置されている。

給炭器２１の出口側には給炭量針４２が設けられ、さら
には石炭の性状を入力する石炭性状設定器４６が設けら
れている。

第２図に示すように、スートブロア制御部本体１００に
は、再循環ガス流量調節弁２４．ガス温度計３０．酸素
濃度計３１．空気流量計３３．ガス流量計３４．給水流
量計３５．入口温度計３６゜圧力計３７．出口温度計３
８．圧力計３９．スプレー用給水温度計４１．給炭量針
４２．低温再熱蒸気圧力計４３．乾球温度計４４．湿球
温度計４５などからの検出信号と、石炭性状設定器４６
からの信号がそれぞれ入力されるようになっている。

次にスートブロア制御部本体１００の概略構成について
第３図とともに説明する。

同図に示すように伝熱面の汚れ状態演算器１０１と汚れ
状ｇ（ｆ先度設定器１０３とが一対となって汚れ状態優
先度演算器１０４に信号入力されるようになっている。

またボイラ状態演算器１０２とボイラ状態優先度設定器
１０５が一対となってボイラ状Ｇ（Ｉ’先度演算器１０
６に信号入力されるようになっている。

このボイラ状態優先度設定器１０５には、石炭性状設定
器４６からの信号が入力される。

前記汚れ状態優先度演算器１０４は、伝熱面の汚れ状態
の観点から判断してスートブロアの起動優先度を演算す
る機能を有している。

一方、ボイラ状態優先度演算器１０６は、ボイラ状態の
観点から判断してスートブロアの起動優先度を演算する
機能を有している。

さらに前記汚れ状態演算器１０４とボイラ状態優先度演
算器１０６との信号によりミニマム型多値論理演算を行
う合成状態優先度演算器１０７と、その演算器１０７と
ボイラ状態演算器１０２からの信号によりスートブロア
の起動個所を決定するスートブロア起動個所決定演算器
１０８を備えている。

スートブロア制御部本体１００　（スートブロア起動個
所決定演算器１０８）からの駆動信号は、スートブロア
駆動装置２９に入力され、それによって選択されたスー
トブロア２７が起動する仕組みになっている。

前記汚れ状態演算器１０１は、伝熱面の汚れ状態を監視
する各検出器からの信号に基づいて火炉氷壁部１２．過
熱器３．再熱器４及び節炭器５の伝熱面汚れ状態を演算
する。

伝熱面の汚れ状態を演算するための計算式は、Ｋ　ｆ　
＝　Ｕｃ　／Ｕｓ　　　　　　　　（１１ここで、 Ｋｆ：汚れ状態指数 Ｕｃ　：現状熱貫流率 Ｕｓ　：基準状態熱貫流率 である。Ｕｃは、下式より求められる。

Ａ　・　Δ　ｔ ［Ｊ（＝　　　　　　　　　　　　　ｆ２）ここで Ａ：熱交換器の伝熱面積 Ｑ：吸熱量 ΔＬ二対数平均温度差 である。

伝熱面積Ａは設計データにより求められる。

吸熱ｉＱは、 ＦＸｔｌ（Ｔｓｉ、Ｐｓｉ）　＋Ｑ　＝Ｈ（Ｔｓｏ、Ｐ
ｓｏ）　ＸＦ　　（３）により求められる。

ここで、 Ｆ：水・蒸気流量 Ｈ：エンタルピー算出式 Ｔｓ、Ｐｓ：水・蒸気の温度、圧力であり、サフィック
スｉ、ｏは入口側。

出口側を示す。

対数平均温度差Δｔは向流の場合で、 Ｔｇ　：ガス温度であり、ｉ、ｏは入口側、出口側を示
す。

水・蒸気温度Ｔｓｉ、　Ｔｓｏは各熱交換器の出入口に
配置されている温度計で、節炭器５でいえば、出口温度
計３８、入口温度計３６により測定する。

ガス温度Ｔｇｉ、　Ｔｇｏは次の計算式により求まる。

ここで、 Ｃｐｇ：ガス比熱 Ｗｇ　：ガス流量 ガス温度計３０での測定値を節炭器５の出口ガス温度Ｔ
ｇｏとし、前記（３）式により求められた節炭器５の入
口ガス温度Ｔ　ｇ　ｉを算出する。

同様にこの節炭器５の入口ガス温度Ｔｇｉを再熱器４の
出口ガス温度として、再熱器４の入口ガス温度を算出し
、最終的には過熱器３の入口ガス温度すなわち、火炉出
口２２のガス温度を推算することが出来る。

ガス流量Ｗｇは、ガス流量計３４による再循環ガス量、
空気流量計３３による燃焼用空気量、乾球温度計４４な
らびに湿球温度計４５による空気性状データ、給炭器４
２による供給石炭量および石炭性状設定器４６からの信
号に基づいて演算される。

前記（１）のＵｓは下記により求められる。

Ｕｓ　＝　ｆ　　（Ｔｇ、、Ｔｓ、Ｖｇ、Ｖｓ　）　　
　　　　　（６１ここで、 Ｖｇ　：ガス流速 ｖｓ　：水蒸気流速 前記ボイラ状態演算器１０２では、前記（５）式に基づ
いて求められた火炉出口２２のガス温度、ガス温度計３
０によるスプレー用給水流量計４０と、給水流量計３５
からの信号によるスプレー量と給水流量比、給炭置針４
２、石炭性状設定器４６、空気流量計３３、乾球温度計
４４ならびに湿球温度計４５からの信号に基づいて算出
される燃焼ガス量と、ガス流量計３４による再循環ガス
量の比を求める。

ｌηれ状態優先度設定器１０３では、各熱交換器の伝熱
面汚れ状態の程度に応じて０から１までの間の数値を算
出しうるよう設定する。

汚れ状態優先度とは、他の熱交換器に対する当該熱交換
器のスートブロア起動優先度を意味する。

各熱交換器における汚れ状態優先度（ｇ）と、汚れ状態
指数（Ｋｆ）との関係について第４図とともに説明する
。同図（ａｌは火炉氷壁部１２の特性図、同図ｆｂ）は
過熱器３の特性図、同図（Ｃ１は再熱器４の特性図、同
図（ｄ＋は節炭器５の特性図である。

この図における特性線の傾斜角および上下限値は、各熱
交換器および運転状態によって異なり、シミュレーショ
ンや運転員の経験などによって設定される。

汚れ状態優先度演算器１０４では、汚れ状態演算器１０
１よりの信号Ｋｆｊと、汚れ状態優先度設定器１０３で
の特性図より汚れ状態優先度Ｙｊを算出する。

この優先度Ｙの算出を図式化したのが第５図で、図中の
ＫｆβＫｆｕは汚れ状態指数の下限値ならびに上限値、
ＹβおよびＹｕは優先度の下限値およ−び上限値である
。

この図から明らかなように、 となる。

尚、ｊは熱交換器の種類を表す。

ボイラ状１ｍ　（ｌ先度設定器１０５では、ボイラ状態
の不健全度に応じてＯから１までの数値を算出できるよ
うになっている。

ボイラ状態優先度とは、汚れ状態優先度に対してボイラ
状態から見てスートブロア起動優先度のチエツク機能を
意味する。

本実施例では、火炉出口ガス温度を火炉・氷壁部１２の
、スプレー量比を過熱器３の、再循環ガス量比を再熱器
４のボイラ状態と定義する。

各ボイラ状態とスートブロア起動優先度の関係を示すの
が第６図で、同図（ａｌは、火炉出口ガス温度によるボ
イラ状態とスートブロア起動優先度の関係を示す特性図
で、（ｂｌはスプレー量比と、（Ｃ）は再循環ガス量比
との関係を示している。これら（ａ）。

ｆｂ）、　（Ｃ１は各々、火炉氷壁部１２．過熱器３．
再熱器４の汚れに関係している。

そして、石炭性状設定器４６での石炭中の窒素分の信号
により、第６図ｆａ）の横軸の値を変えるものとする。

（ａ）の横軸は、火炉出口ガス温度である。

この温度を窒素分にてスケール変換するものとする。

即ち、 ここで、 Ｔｆ　：火炉出口ガス温度 Ｘ　ニス−ドブロア起動優先度 Ｎ　：現在の石炭中の窒素分 Ｎｓ　：窒素分の基準値 １；！、　　ｕ：下限値及び上限値を示すサフィックス
以上の式により、窒素分が多い場合には、同一の火炉出
口温度Ｔｆでもスートブロア起動優先度が大となる。こ
れら図のα、β、上下限値は、シミュレーションや運転
員の経験によって設定するもので、優先度が高いほどボ
イラ状態が不健全であることを示す。

ボイラ状態優先度演算器１０６では、ボイラ状態演算器
１０２とボイラ状態優先度設定器１０５からの入力によ
ってボイラ状態優先度ＸＪを演算する。演算の実質的内
容は、前述した汚れ状態優先度演算器の場合とほぼ同じ
である。

合成状態優先度演算器１０７では、汚れ状態優先度演算
器１０４及びボイラ状態優先度演算器１０６からの信号
により、各熱交換器ｊ毎に汚れ状態優先度とボイラ状態
優先度を比較し、その小さい方を選択する。

第７図は、合成状態優先度演算器１０７による演算結果
の１例を示す図で、図中は汚れ状態優先度演算器１０４
からそれぞれ出力された汚れ状態に関する優先度、○印
はボイラ状態優先度演算器１０６からそれぞれ出力され
たボイラ状態に関する優先度を示しており、・印の２０
１は火炉汚れ状Ｂ優先度、○印は火炉出口ガス温度での
ボイラ状態優先度で、両者共火炉・氷壁部に関係するか
ら、その項目の同一線上に示されている。・印の２０３
は過熱器汚れ状態優先度、○印の２０４はスプレー量比
でのボイラ状態優先度で、両者共通熱器に関係するから
、その項目の同一線上に示されている。・印の２０５は
再熱器汚れ状態優先度、○印の２０６は、再循環ガス量
比に関するボイラ状態優先度で両者共再熱器に関係する
から、その項目の同一線上に示されている。・印の２０
７は節炭器汚れ状態優先度であり、本実施例では、節炭
器に関する汚れ状態は、特に指定しない。

１つの熱交換器に関して伝熱面の汚れ状態優先度とボイ
ラ状態優先度が比較され、その結果、低い方の優先度が
自動的に選択される。

即ち、第７図の場合には＊印を付した優先度の低い方が
選択されることになる。

スートブロア起動個所決定器１０８では、ボイラ状態演
算器１０２からのボイラ出口ガス温度信号と、合成状ｆ
’Ｊ　（ｌ先度演算器１０７からの信号によりスートブ
ロア起動個所を決定する。

即ち、ボイラ出口ガス温度が予め設定された温度より高
くなった時、合成状態優先度が最も大きな値を示す個所
をスートブロア起動個所と決定する。この様子を示すの
が第８図で、第７図に示すように合成状態優先度の比較
結果、各熱交換器毎に火炉出口ガス温度に関するボイラ
状態優先度２０２、過熱器汚れ状態優先度２０３、再熱
器汚れ状態優先度２０５並びに節炭器汚れ状態優先度２
０７がそれぞれ選択されるが、このうちで最も優先度が
高い、この場合には火炉出口ガス温度優先度２０２が選
択される。そして、この選択結果に基づいて火炉・氷壁
部と対応しているスートブロア２７が駆動して伝熱面の
清浄が行われる。

このように複数の熱交換器のうちから最もスートブロア
を起動する必要のある１つの熱交換器を選定して伝熱面
の清浄を行ったのち、再び各検出器からのデータを収集
して、同様のプロセスにてスートブロア起動個所を選定
する。

〔発明の効果〕

本発明は全体として前述のような構成になっており、最
終的には、ボイラ状態の不健全度は大きく且つ伝熱面の
汚れが大きい個所がボイラ効率が低下した場合（ボイラ
出口ガス温度が高くなった場合）に選定される。

このような個所は汚れが大であるから、不健全度で解消
するためのスートブロア起動効果が大であると言える。

特Ｑこ、ＮＯｘ発生量を抑制するために、石炭中の窒素
分が多い場合には、Ｔ　ｈｅｒｍｃβＮＯｘを低減させ
る目的で火炉出口ガス温度優先度を上昇させるようにし
ている。

これにより、火炉・氷壁部に対するスートブロア起動が
多くなり、火炉・水壁面が清浄にされる頻度が多くなる
。その結果、火炉・氷壁部での吸熱量が大となり火炉内
温度（最終的には火炉出口ガス温度）が低下するので、
ＮＯｘ発生量を抑制しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係るスートブロア制御装置を備えたボ
イラ装置の概略構成図、第２図はスートブロア制御装置
の入出力関係を示す図、第３図はスートブロア制′４′
ｌ’ｄ本体のブロック図、第４図（ａ）。 （ｂ）、　（ｃｌ、　（ｄ）は各熱交換器における汚れ
状態優先度と汚れ状態指数を示す特性図、第５図は汚れ
状態優先度の算出を図式化した説明図、第６図（ａｔ、
　ｆｂ）。 （Ｃ）は各検出値、算出値と、ボイラ状態優先度の関係
を示す特性図、第７図は合成状態優先度演算器による演
算結果の一例を示す説明図、第８図はスートブロア起動
個所決定演算器による演算結果の一例を示す説明図であ
る。 ４６・・・石炭性状設定器、１０４・・・汚れ状態優先
度演算器、１０６・・・ボイラ状態優先度演算器。 第１図 第２図 第４図 第５図 に／Ｊ　　　　　　　　ｋ〜 第６図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（ｂ）（Ｃ） 第７図 部 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱交換器の電熱面汚れ状態を演算する汚れ状態演算器と
   、汚れ状態優先度設定器からの信号によつてスートブロ
   アの起動優先度を演算する汚れ状態優先度演算器と、 熱交換器の運転状態を演算するボイラ状態演算器と、ボ
   イラ状態優先度設定器からの信号によつてスートブロア
   の起動優先度を演算するボイラ状態優先度演算器とを備
   え、 該ボイラ状態優先度演算器と前記汚れ状態優先度演算器
   からの信号によりスートブロアの起動を行うスートブロ
   ア制御装置において、 前記ボイラ状態優先度設定器に信号を出力する燃料性状
   設定器を設けたことを特徴とするスートブロア制御装置
   。