JPH0454844B2

JPH0454844B2 -

Info

Publication number: JPH0454844B2
Application number: JP22378885A
Authority: JP
Inventors: Tatsujiro Ishida; Shigeyoshi Kawano
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-10-09
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1992-09-01
Also published as: JPS6284219A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、例えばボイラ装置や分解改質炉など
に付設されるスートブロワの制御装置に係り、前
記装置の機能を健全に維持するためにスートブロ
ワの起動個所を決定する演算器を備えたスートブ
ロワ制御装置に関する。

〔発明の背景〕

通常のボイラ装置は、火炉水壁部およびそれに
接続したガス通路内に過熱器、再熱器、節炭器な
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つて加熱される
ようになつている。

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
伴つて火炉出口の燃焼ガス温度が上昇したり、過
熱器の蒸気の昇温、昇圧度が低下するのに伴つて
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し
なければならなかつたり、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
などの種々のトラブルを生じる。

そのため適切な時期に、蒸気を噴射媒体とする
スートブロワを起動させて、熱交換器の伝熱面に
付着している灰や煤などを除去する必要がある。

従来、スートブロワ起動個所の決定およびその
タイミングは、各熱交換器の伝熱面における汚れ
状態を推算し、その汚れの大きさをCRTで画面
表示して、汚れの程度が大きな個所に対して運転
員がスートブロワ起動指令を出していた。

ところがこのようなスートブロワ制御装置で
は、次のような問題点がある。

(1) 運転員が常時CRTの画面を監視しなければ
ならないから、運転員の作業能率が悪い。

(2) 本来、スートブロワは、蒸気温度が不安定に
なることを防ぐために起動するものであつて、
伝熱面の汚れの程度のみで起動されるべきもの
ではない。つまり、蒸気温度が不安定になり、
かつ、伝熱面の汚れの程度が大きい時のみスー
トブロワを起動させるべきである。従来の制御
装置はこの点に関する機能を備えておらず、た
だ単に汚れ程度のみで起動判断を行なつてい
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、スートブロワを付設している装置の蒸気温
度が不安定になることなく、しかも効率の良いス
ートブロワ制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、熱交換
器の伝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
ブロワ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
よつてスートブロワの起動優先度を演算するボイ
ラ状態優先度演算器と、前記汚れ状態優先度演算
器から出力される汚れ状態優先度と、前記ボイラ
状態優先度演算器から出力されるボイラ状態優先
度に基づいて優先度を演算する優先度演算器と、
その優先度のうち高い方をスートブロワ起動優先
度とするスートブロワ起動個所決定演算器とを備
えていることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例を図とともに説明する。第
８図は実施例に係るスートブロワ制御装置を備え
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によつて生じた
圧力差により熱交換器群すなわち火炉水壁部１
２、過熱器３、再熱器４、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機２１から微粉炭機９に
供給され、その後微粉炭管１３、バーナ風箱８を
通つてバーナ１５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、微粉炭機９を経て微粉炭を同伴してバーナ１
５に供給される。

再循環ガスは、通風機１４により再循環ガス煙
道２６を通りホツパー２５から火炉２に入る。再
循環ガス量は、再循環ガス流量調節弁２４によつ
て制御される。

被加熱流体である水は、給水ポンプ６により節
炭器５に送られ、さらに火炉水壁部１２、過熱器
３を通ることにより吸熱し昇温して、高温、高圧
の蒸気となり主蒸気管１８を通つて系外の高圧タ
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、低圧となつた
蒸気は、低温再熱蒸気管１９を通つて再熱器４に
入り吸熱し、再び高温、高圧となり、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。なお、過熱器３内での蒸気温度を制御す
る必要がある場合は、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
効率を向上するため、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。

また、火炉出口２２でのガス温度が高すぎる場
合には、過熱器３の材質、寿命に悪影響を与える
ので、再循環ガス流量調節弁２４を閉じて再循環
ガス量を少なくする。

さらにボイラ出口１６でのガス温度が規定値よ
り高ければ、ボイラ効率が低くなつていることを
示す。

前述のスプレー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
によるガス量の比、すなわち再循環ガス量比をと
る）、火炉出口２２のガス温度、ボイラ出口１６
のガス温度をこの実施例ではボイラ運転状態と定
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
のように火炉水壁部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ともに、ボイラの運転
状態が不健全になる。前述の付着した灰や媒など
を吹きはらうため、各熱交換器に対応してスート
ブロワ２７が配置されているが、第８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
ブロワ２７のみ図で示している。

次にスートブロワ制御装置について説明する。
燃焼ガスの性状を把握のため、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、ホツパー
２５に供給する燃焼ガス量を測定するために再循
環ガス煙道２６にはガス流量計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の給水系統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
給水流量計４０と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温度計と圧力計が設け
られているが、図面の簡略のために第８図では節
炭器５に関係するものだけ図示した。すなわち、
節炭器５の入口側には入口温度計３６と圧力計３
７が、また出口側にも出口温度計３８と圧力計３
９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計４２が設けら
れ、さらに微粉炭の燃焼性状を把握するための石
炭性状設定器４６が石炭供給経路上に配置されて
いる。

第２図に示すように、スートブロワ制御部本体
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３８、圧力計３９、スプ
レー用給水流量計４０、スプレー用給水温度計４
１、給炭量計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からの設定信号がそれ
ぞれ入力されるようになつている。

次にスートブロワ制御部本体１００の概略構成
について第１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と汚れ状態優
先度設定器１０３とが一対になつて、汚れ状態優
先度演算器１０４に信号入力されるようになつて
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とが一対になつて、ボイラ
状態優先度演算器１０６に信号入力されるように
なつている。前記汚れ状態優先度演算器１０４
は、伝熱面の汚れ状態の点から判断してスートブ
ロワ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
状態の点から判断してスートブロワの起動優先度
を演算する機能を有している。

さらに前記汚れ状態優先度演算器１０４とボイ
ラ状態優先度演算器１０６との信号入力によりミ
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ワの起動個
所を決定するスートブロワ起動個所決定演算器１
０８を備えている。

スートブロワ制御部本体１００（スートブロワ
起動個所決定演算器１０８）からの駆動信号はス
ートブロワ駆動装置２９に入力され、それによつ
て選択されたスートブロワ２７が起動する仕組に
なつている。

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いて火炉水
壁部１２、過熱器３、再熱器４および節炭器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、 Kf＝Uc／Us (1) ここで、 Kf；汚れ状態指数 Uc；現状熱貫流率 Us；基準状態熱貫流率さらに、Ucは下式により求められる。

Uc＝Ａ・Δt／Ｑ (2) ここで、Ａ；熱交換器の伝熱面積Ｑ；吸熱量 Δt；対数平均温度差伝熱面積Ａは設計データにより求められる。

吸熱量Ｑは、Ｆ×Ｈ（Tsi，Psi）＋Ｑ＝Ｈ（Tso，Pso）×Ｆ (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
イツクスｉ，ｏは入口側、出口側を示す。

対数平均温度Δtは、向流の場合で、 Δt＝（Tgi−Tso）−Tgo−Tsi）／In（Tgi−Tso／Tgo−
Tsi） (4) ここで、 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。

Tgi＝Tgo＋Ｑ／Wg・Cpg (5) ここで、 Cpg；ガス比熱（定数） Wg；ガス流量ガス温度計３０で測定値を節炭器５の出口ガス
温度Tgoとし、前記(3)式により求められた節炭器
５の吸熱量Ｑと、ガス流量Wgにより、節炭器５
の入口ガス温度Tgi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できる。

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、給炭量計４２による供給石炭量およ
び石炭性状設定器４６からの信号に基いて演算さ
れる。なお、このガス流量の具体的な測定方法
は、日本工業規格の「陸用ボイラの熱勘定方式」
（JIS Ｂ 8222）に詳述されているので、ここで
はその説明を省略する。

前記(1)式のUsは下記により求められる。

Ds＝ｆ（Tg、Ts、Vg、Vs） (6) 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
基いて求められた火炉出口２２のガス温度、ガス
温度計３０によるボイラ出口１６のガス温度、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（＝主蒸気量）
の比、給炭量計４２、石炭性状設定器４６、空気
流量計３３、乾式温度計４４ならびに湿球温度計
４５からの信号に基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（再
循環ガス量比）、および全検出器からの信号によ
り算出されるボイラ効率を演算・収集する。

なお、入出熱法によるボイラ効率は、下記によ
つて求められる。

ボイラ効率＝有効出熱／入熱合計×100 (7) このボイラ効率の算出については、日本工業規
格の「陸用ボイラの熱勘定方式」（JIS Ｂ 8222）
に詳述されているので、ここではその説明を省略
する。

汚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、設定できるようになつてい
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ワ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３図とともに説明
する。同図ａは火炉水壁部１２の特性図、同図ｂ
は過熱器３の特性図、同図ｃ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（勾配）および
上下限値は、熱交換器および運転状態によつて異
なり、シミレーシヨンや運転員の経験などによつ
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１０１よりの信号Kjfと、汚れ状態優先度設
定器１０３に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４図で、
図示のKflおよびKfuは汚れ状態指数の下限値な
らびに上限値、Yl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 Kf^jK^jflの場合はY^j＝Y^jｌ K^jfl＜Kf^jK^jfuの場合はY^j＝α^jKf^j＋β^j Kf^j＞K^jfuの場合はY^j＝Y^jｕとなる。なおｊは、熱交換器の種類をあらわす。

ボイラ状態優先度設定器１０５では、ボイラ状
態の不健全度に応じて０から１までの間の数値を
算出・設定できるようになつている。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
態からみてスートブロワ起動優先度のチエツク機
能を意味する。

本実施例では主蒸気量に対する過熱器スプレー
量比、節炭器出口ガス量に対する再循環ガス量の
比、および火炉出口のガス温度をボイラ状態と定
義する。

この過熱器スプレー量比は火炉水壁部での吸熱
量の上昇と過熱器での吸熱量の低下、再循環ガス
量比は火炉水壁部での吸熱量の低下、再熱器での
吸熱量の上昇に関係する。

これら各検出値、算出値とスートブロワ起動優
先度との関係を示すのが第５図で、同図ａはスプ
レー量比によるボイラ状態とスートブロワ起動優
先度との関係を示す特性図で、第３図ａに示す火
炉水壁部の汚れ状態指数と汚れ状態優先度との特
性と関係している。第５図ｂはスプレー量比によ
るボイラ状態とスートブロワ起動優先度との関係
を示す特性図で、第３図ｂに示す過熱器汚れ状態
指数と汚れ状態優先度との特性と関係している。

第５図ｃは再循環ガス量比によるボイラ状態と
スートブロワ起動優先度との関係を示す特性図
で、第３図ｃに示す再熱器汚れ状態指数と汚れ状
態優先度との特性と関係している。第５図ｄは再
循環ガス量比によるボイラ状態とスートブロワ起
動優先度との関係を示す特性図で、第３図ｄに示
す節炭器汚れ状態指数と汚れ状態優先度との特性
と関係している。

つまり、第５図ａに示すように、スプレー量比
がスプレー基準値よりも大きい場合は、火炉水壁
部１２に関与する量となり、第５図ａの関数を用
いる。

スプレー量比が第５図ｂに示す様に、スプレー
基準値よりも小さい場合は、過熱器３に関与する
量となり、第５図ｂの関数を用いる。

また、再循環ガス量比が第５図ｃに示す様に、
再循環ガス量基準値よりも大きい場合は、再熱器
４に関与する量となり、第５図ｃの関数を用い
る。

再循環ガス量比が第５図ｄに示す様に、再循環
ガス量基準値よりも小さい場合は、火炉水壁部１
２に関与する量となり、第５図ｄの関数を用い
る。

ボイラ状態優先度演算器１０６では、ボイラ状
態演算器１０２からのボイラ状態Zjと、ボイラ状
態優先度設定器１０５からの関数によりボイラ状
態優先度Xjを演算する。

この場合、火炉水壁部１２に関与するボイラ状
態が２通りボイラ状態優先度設定器１０５で設定
されるが、スプレー量比がスプレー基準値よりも
大きく、再循環ガス量比が再循環ガス基準値より
も小さい場合は、ボイラ状態優先度演算器１０６
で演算される２通りのスートブロワ起動優先度の
うち、値の大きい方がボイラ状態火炉スートブロ
ワ起動優先度とする。

なお、過熱器３、再熱器４については各々１通
りのスートブロワ起動優先度が得られるが、節炭
器５については本実施例では定義しない。

合成状態優先度演算器１０７では、汚れ状態優
先度演算器１０４およ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とを乗じて合成優
先度を演算し、この合成優先度の内大きい優先度
をスートブロワ起動優先度にする。

第６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、図中の●印は汚れ状態
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、〇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２０１は火炉
汚れ状態優先度、〇印の２０２は火炉出口ガス温
度優先度で、両者とも火炉水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２０
３は過熱器汚れ状態優先度、〇印の２０４はスプ
レー流量比優先度で、両者とも過熱器に関係する
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、〇印の２０６は
再循環ガス量比優先度で、両者とも再熱器に関係
するからその項目の同一線上に示されている。●
印の２０７は節炭器汚れ状態優先度を示してい
る。

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とが乗算され、その結果、
合成優先度２０８から２１１の内最も高い優先度
が自動的に選択される。すなわち第６図の場合に
は過熱器の合成優先度２０９が選択されることに
なる。

スートブロワ起動個所決定演算器１０８では、
ボイラ状態演算器１０２からのボイラ効率信号
と、合成状態優先度演算器１０７からの信号によ
り、スートブロワ起動個所を決定する。

すなわち、ボイラ効率が予め設定されている値
よりも低くなつた時、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ワ起動個所と決定す
る。この様子を示すのが第７図で、第６図に示す
ように合成状態優先度の比較結果、第７図に＊印
のついた合成優先度２０９が選択され、過熱器に
対応している図示していないスートブロワが駆動
して、過熱器３の伝熱面が清浄される。

このように複数の熱交換器のうちから最もスー
トブロワを稼動する必要のある１つの熱交換器を
選定して伝熱面の清浄を行なつたのち、再び各検
出器からデータを収集して同様のプロセスでスー
トブロワ稼動個所を選定する。

また、第６図に示すように合成状態優先度の演
算結果で各熱交換器毎に高い優先度のものをそれ
ぞれ選択して、その選択されたもののうち優先度
の高い順にスートブロワを稼動し、その後再び各
検出器からデータを収集して同様のプロセスでス
ートブロワ稼動個所を選定することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は前述の構成になつており、合成優先度
の高い伝熱面から清掃されるので効率よくスート
ブロワの制御ができ、しかも蒸気温度が不安定に
なることがなく、清掃のために使用される蒸気量
を最小限におさえることができる。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明の実施例を説明するためのも
ので、第１図はスートブロワ制御装置のブロツク
図、第２図はスートブロワ制御本体のブロツク
図、第３図ａ，ｂ，ｃ，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との関係を示す特
性図、第４図は汚れ状態優先度の算出を図式化し
た説明図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄは各検出値、算
出値とスートブロワ起動優先度との関係を示す特
性図、第６図は合成状態優先度演算器による演算
結果の１例を示す説明図、第７図はスートブロワ
起動個所決定演算器による演算結果の１例を示す
説明図、第８図は実施例に係るスートブロワ制御
装置を備えたボイラ装置の概略構成図である。１…ボイラ装置、３…過熱器、４…再熱器、５
…節炭器、２７…スートブロワ、３０…ガス温
度、３１…酸素濃度計、３３…空気流量計、３４
…ガス流量計、３５…給水流量計、３６…温度
計、３７…圧力計、３８…温度計、３９…圧力
計、４０…スプレー用給水流量計、４１…スプレ
ー用給水温度計、４２…給炭量計、４３…低温再
熱蒸気圧力計、４４…乾球温度計、４５…湿球温
度計、４６…石炭性状設定器、１００…スートブ
ロワ制御部本体、１０１…汚れ状態演算器、１０
２…ボイラ状態演算器、１０３…汚れ状態優先度
設定器、１０４…汚れ状態優先度演算器、１０５
…ボイラ状態優先度設定器、１０６…ボイラ状態
優先度演算器、１０７…合成状態優先度演算器、
１０８…スートブロワ起動個所決定演算器、２０
８，２０９，２１０，２１１…合成優先度。

Claims

【特許請求の範囲】１熱交換器の伝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
つてスートブロワの起動優先度演算する汚れ状態
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
スートブロワの起動優先度を演算するボイラ状態
優先度演算器と、前記汚れ状態優先度演算器から出力される汚れ
状態優先度と、前記ボイラ状態優先度演算器から
出力されるボイラ状態優先度とに基づいて優先度
を演算する優先度演算器と、その優先度のうち高い方をスートブロワ起動優
先度とするスートブロワ起動個所決定演算器とを
備えていることを特徴とするスートブロワの制御
装置。