JPH059681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動層ボイラの負荷増加時の運転方
法に関し、もつと詳しくは流動層内で個別的に空
気・燃料系統が複数設けられ、この空気・燃料系
統に対応して実質的に複数に分割されている層領
域（以下セルと呼ぶ）のうち、ボイラ負荷増加に
応じて起動したいセルを運転させる場合の運転方
法に関する。

流動層が複数のセルに分割され、かつその各セ
ルに対応して複数の供給空気および供給燃料系統
を有する流動層ボイラでは、ボイラの負荷を増大
するに際して負荷増大に伴つて流動層温度も増大
していく。このようなボイラでは安定燃焼を維持
するため、流動層温度には適正な温度範囲が存在
する。そのため既運転のセルを運転状態にしたま
ま負荷を上げると層温度が適正温度範囲の上限値
より上昇してボイラの使用ができなくなる。

そこで複数の供給空気・燃料系統の１つを起動
することにより、流動層内の１つのセルが固定層
状態から流動層状態と移行し隣接する流動してい
るセルの層内物質が前記セルの層内物質と混合し
隣接する流動しているセルの層温度は低下し適正
温度内に入るとともに、起動セルの層温度は上昇
して燃料の着火温度に上昇する。その後燃料空気
を供給していくことによつてボイラ負荷をさらに
上げることが可能となる。

しかしながら現実にはこのようなセルを起動す
る場合には、以下の問題が生じるために従来から
セルの起動を行なうことができなかつた。すなわ
ち、単に停止しているセルを起動すると既運転の
セルが停止中のセルの層内物質と既運転中のセル
の層内物質とが混合されることによつて既運転中
のセルの層温度が低下して消火するおそれがあ
る。さらにまた急激にセルを起動すると伝熱量が
増大し、そのため蒸気管からの蒸気圧力と蒸気温
度とが急増する。換言すれば蒸気の質が劣化す
る。

本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
ボイラ負荷増加時にセル起動にあたつてセルを確
実に着火させて運転させると共に蒸気管から流出
する蒸気の質すなわち蒸気圧力・温度を一定に維
持することが可能であり、換言すればボイラの負
荷追従性能を向上上させることができる流動層ボ
イラの負荷増加時の運転方法を提供することであ
る。

本発明は、複数に分割された流動層２の各領域
であるセル３，４のうち、既運転のセル３は蒸気
の質が一定となるような最適値に供給される空気
流量と燃料流量とが自動制御され、 運転を開始しようとするセル４には、複数の温
度検出器３５を設けて温度を検出し、この運転を
開始しようとするセル４には、空気流量を発生蒸
気の質が低下しないように徐々に増大し、その運
転を開始しようとするセル４に供給される空気が
既運転のセル３の流動状態を乱さず、かつ発生蒸
気の質が低下しないような空気流量の値V3を、
その運転を開始しようとするセル４に設けてある
各温度検出器３５の検出温度のばらつきの状態に
基づいて、決定し、 この運転しようとするセル４の空気流量が、前
記値V3に達した後、着火温度になるまでその空
気流量を前記値V3に保ち続け、流動層２からの
燃焼排ガスのO₂濃度またはNOx濃度が予め定め
る一定値α以上であるとき、既運転セル３の空気
比を減少し、 流動層２からの燃焼排ガスのO₂濃度または
NOx濃度が予め定める一定値α未満になつたと
き、既運転セル３に設けてある温度検出器３４に
よつて検出される層温度の時間変化率dT／dtが
負の或る値以上大きくなつたとき、起動操作を停
止し、 前記時間変化率dT／dtが負の或る値未満であ
るとき、運転を開始しようとするセル４の温度検
出器３５によつて検出される層温度が、層２内の
未燃分が完全に燃焼し尽くすに要する予め定める
時間Ｗ経過しても燃料着火温度未満であるとき、
起動操作を停止し、 運転を開始しようとするセル４の温度検出器３
５によつて検出される前記層温度が、前記予め定
める温度Ｗ以内に燃料着火温度以上になつたとき
には、前記予め定める温度Ｗが完了してから後
に、運転を開始しようとするセル４への燃料供給
を開始し、その燃料供給流量を、前記空気流量の
値V3に見合うまで増加させ、 その燃料供給開始後には、燃焼排ガスのO₂濃
度またはNOx濃度が、前記予め定める一定値α
未満になつたときには、既運転セル３の空気比を
最適値に戻すことを特徴とする流量層ボイラの負
荷増加時の運転方法である。

第１図は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。流動層ボイラ１は流動層２を有する。流動
層２は層物質たとえば石灰石、けい砂などから成
る。この流動層２は２個の空気・燃料系統を有す
るセル３，４が形成される。なお、第２図示のよ
うに少なくとも上方には流動層を有する仕切壁５
によつて複数のセルに分割されるようにしてもよ
い。

セル３には空気供給手段（図示せず）からの燃
焼用１次空気が空気流量調節手段６によつて調節
されてセル３の下方から流路７を介して供給され
る。またセル３には燃料供給手段（図示せず）か
らの燃料たとえば石炭が燃料流量調節手段８によ
つて調節されてセル３の上方または下方から流路
９を介して供給される。もう１つのセル４に関し
てもセル３と同様に空気流量調節手段１０、燃料
流量調節手段１２が設けられ、各調節手段１０，
１２によつて調節された空気および燃料が流路１
１および流路１３を介してそれぞれセルに供給さ
れる。

このようにして流動層２に空気および燃料が供
給されると、流動層２内では燃料が燃焼され、そ
の燃焼排ガスは流路１５から外部に排出される。
流動層２の燃焼エネルギは伝熱管１６を通過する
流体たとえば蒸気によつて吸収され、高温になつ
た蒸気は流路１７を流過してタービンなどの駆動
源に供給される。

流路１７を通過する蒸気の温度は、温度検出器
１８によつて検出され、検出信号は制御回路１９
に送出される。制御回路１９には蒸気温度設定信
号２０が入力されており、蒸気温度が設定値より
も大であるときには弁２１を開放して水をスプレ
ーなどの噴射手段２２に与える。この噴射手段２
２によつて流路１７に水が噴射されて蒸気温度が
冷却される。噴射手段２２から噴射される水の流
量は制御回路１９によつて弁２１を介して制御さ
れており、そのため蒸気温度は常に一定値を維持
することが可能である。

また流路１７を通過する蒸気の圧力および蒸気
流量は、圧力検出器２３および流量検出器２４に
よつて検出され、各検出信号は演算器２５に送出
される。この演算器２５は通常モードでのセル
３，４への供給空気・燃料流量を演算する。すな
わち演算器２５ではボイラ負荷として流量検出器
２４からの信号に対応する供給空気流量と燃料流
量を演算しつつ、圧力検出器２３からの信号の変
動に対応して空気流量と燃料流量とを修正演算す
る。この演算器２５からの演算結果は通常モード
ではライン２６、セル３の起動用演算器２７を介
し、さらにライン２８を経由して空気流量指令信
号が空気流量調節手段６に送出され、またもう１
つのライン２９を経由して燃料流量指令信号が燃
料流量調節手段８に送出される。流量調節手段６
では空気流量指令信号に基づいて空気流量を調整
してセル３に供給し、また流量調節手段８では燃
料流量指令信号に基づいて燃料流量を調整してセ
ル３に供給する。また演算器２５からの信号はラ
イン３０を介してセル起動用演算部３１に送出さ
れ、さらにライン３２を介して空気流量指令信号
が流量調節手段１０に送出される。またライン３
３を介して燃料流量指令信号が流量調節手段１２
に送出される。なお演算器３１はセル４の起動用
の空気・燃料流量を演算するための演算器であ
る。空気流量調節手段１０および燃料流量調節手
段１２では前記信号に基づいて所定流量の空気・
燃料がセル４に供給される。

なお、セル起動用演算器２７，３１は上述の通
常モードでは演算器２５からの信号と同一レベル
の信号をライン２８，２９，３２，３３に送出す
る。

セル３には複数個の温度検出器３４が設けられ
ており、この温度検出器３４の層温度検出信号は
セル３の起動用演算器２７に送出される。またセ
ル４にもセル３と同様に複数個の温度検出器３５
が設けられており、層温度検出信号はセル４の起
動用演算器３１に送出される。

このような構成を有する流動層ボイラ１におい
て本実施例ではセル３が運転状態であり、セル４
が停止状態である場合を想定する。この場合、セ
ル４の起動用演算器３１では蒸気流量検出信号と
蒸気圧力検出信号とセル３の層温度検出信号とに
よつてセル起動開始を判断すると、通常モードに
おける演算器２５の演算出力より切換えて起動用
演算器３１の演算出力として新たな供給空気流量
指令信号と供給燃料流量指令信号を空気流量調節
手段１０および燃料流量調節手段１２にそれぞれ
送出し、この送出された信号に基づいて本発明の
方法に従う所定の空気・燃料流量が流量調節手段
１０，１２によつて調節されてセル４に供給され
る。なお、セル４が運転状態でありセル３が停止
状態であつてセル３をも運転状態にする場合につ
いても同様である。

温度検出器３４の出力は、起動用演算器２７を
介して起動用演算器３１に与えられ、同様に、温
度検出器３５の出力は、起動用演算器３１を介し
て起動用演算器２７に与えられ、これらの各出力
の信号ラインは、第１図において、図示の簡略化
のために省略されている。

第３図はボイラ負荷と層温度の関係を示すグラ
フである。セル４が停止しており、セル３が運転
状態であるときボイラの負荷を上昇すると、層温
度が適正温度範囲の下限値T2から上限値T1へ参
照符ｌ１で示すよう上昇していく。層温度が上限
値T1より大になると、上述したようにボイラの
適正な運転ができなくなるため、層温度が上限値
T1に到達した時に本発明に従うセルの起動方法
によりセル４を運転させて層温度を一旦下限値
T2まで降下させる。さらにセル３，４を運転状
態にして参照符ｌ２で示すようにボイラ負荷をさ
らに増大させることが可能となる。セルを複数個
有する流動層ボイラでは、このように順次セルを
起動していくことによつて所望のボイラ負荷を達
成することが可能となる。

第４図は、本発明に従うボイラ負荷増大時の運
転方法のフローチヤートである。第３図示のよう
にボイラ負荷を50％から100％まで増大させる場
合を想定する。なお、説明の簡略化のため流動層
２は同一容積のセル３とセル４とに分割されてい
るものとする。

セル３が運転中に流量検出器２４によつて蒸気
流量が第３図示のように70％になつたことが示さ
れると、本発明に従つてセル４の起動が開始され
る。なお、本発明に従うセル４の起動方法が操作
されている間、発生蒸気の圧力および温度を一定
値に維持するためにセル３では演算器２５によつ
て空気・燃料流量が自動制御されると共に、前述
した蒸気温度検出器１８によつて温度を検出して
噴射手段２２から蒸気管１７に水を噴射して温度
を低下させ蒸気温度を一定値に維持している。

ステツプｎ１でセル起動条件が充足されると、
セル４の起動用の演算器３１が通常モードにおけ
る演算器２５の出力を起動用の演算出力として新
たな供給空気流量指令信号と供給流量指令信号を
空気流量調節手段１０および燃料流量調節手段１
２に送出する。先ず供給空気が徐々に増加され
る。なお燃料は流量調節手段１２によつて遮断さ
れている。

ステツプｎ３では空気流量がV3か否かが判断
される。ここでV3はセルの流動状態が激しくな
い状態、すなわち流動している他セルからの層物
質が少ない状態になる流量である。指標としては
流動開始速度相当の空気流量の１〜５倍好ましく
は1.5〜2.5倍であり、流動状態では複数個の検出
器３５に示される層温度がほぼ同じ値を示し層物
質が同じ動きをするけれども、このパージ空気流
量では、分離した動きを示し、換言すると、運転
しようとするセル４に設けられた複数の温度計３
５の検出温度は相互に異なつてばらついており、
このような検出温度のばらつきの状態に基づい
て、パージ空気流量を決定する。このパージ空気
流量の値をV3とする。

空気流量がV3であるときにはステツプｎ４ａ
で燃焼排ガスのO₂濃度またはNOx濃度が一定値
α以上であるか否かが判断される。ここでαはた
とえば公害規制濃度である。排ガスのO₂濃度ま
たはNOx濃度がα以上であればステツプｎ４ｂ
においてセル３の空気比を減少する。すなわちセ
ル３の燃料供給流量に対する空気流量を変化させ
て空気比を減少させる。ステツプｎ４ａでα未満
であればステツプｎ５に移り、セル３の層温度の
時間変化率dT／dtが調べられ、dT／dtが負の或
る値以上大きくなつたとき、すなわち負の絶対値
が前記或る値以上大きくなつたとき、ステツプｎ
７に移り、セル４への空気の供給が停止され、起
動操作が停止される。時間変化率dT／dtが前記
負の或る値以上でないときには、すなわち前記負
の或る値未満であるときには、ステツプｎ５から
ステツプｎ６に移る。

ステツプｎ６ではセル４の層温度が燃料着火温
度たとえば450℃に達したか否かが判断される。
セル４の層温度が燃料着火温度未満であればステ
ツプｎ８に移り、時間Ｗ経過後であればステツプ
ｎ９において起動操作が停止される。時間Ｗ完了
前であれば再びステツプｎ４に戻る。ここに時間
Ｗは層内の未燃分が完全に燃焼し尽すに要する時
間であり、たとえば５分程度である。

ステツプｎ１０では時間Ｗ完了か否かが判断さ
れ、時間Ｗ未満であれば再びステツプｎ４に戻
る。時間Ｗ完了しているときにはステツプｎ１１
に移りセル４への燃料供給が開始され、ステツプ
ｎ１２においてセル４への供給燃料流量を空気流
量Ｖ３に見合うまで増加させる。なお、セル４へ
燃料を供給開始した後は排ガスのO₂濃度または
NOx濃度がα未満になつたときはセル３の空気
比を最適値に戻す。

その後ステツプｎ１３において通常モードに切
換えられ、演算器２５の出力によつてセル４は運
転される。このようにしてステツプｎ１４におい
てセル４の起動操作が終了する。

第５図はボイラ負荷変化時の応答波形図であ
る。第５図１のように蒸気流量を50％から100％
へ増加させる場合に停止中のセル４を起動するに
あたつて供給空気流量を第５図５における破線ｌ
１ａで示されるように急激に増加すると、第５図
２の破線ｌ４ａおよび第５図３の破線ｌ５ａで示
されるように蒸気圧力および蒸気温度が急激に増
加変動を生じる。すなわち蒸気の質が劣化する。
そこで上述した本発明によるセルの起動方法によ
つてセル４への供給空気を徐々に増加し、時間Ｗ
完了後に第５図４で示されるようにセル４へ燃料
を供給することによつて、セル４は固定層状態か
ら流動層状態に緩やかに移行していく。そのた
め、伝熱管１６への伝熱量の急激な上昇を避ける
ことができ、第５図２の実線ｌ４および第５図３
の実線ｌ５で示されるように蒸気圧力および蒸気
温度をほぼ一定値に維持することが可能となる。

以上のように本発明によれば、起動しようとす
るセルへの供給空気流量を一定流量値すなわち流
動している他セルからの層物質の移動が少ない状
態となる流量まで徐々に増加することによつて、
起動しようとするセルの燃料着火温度以上に上昇
することができるため該セルの失火を防ぐと共に
着火を確実にすることが可能となる。またセルへ
の供給空気を徐々に増加して運転するようにした
ので、起動セルが固定層状態から流動層状態にゆ
つくりと移行し、層内伝熱管への伝熱量が急激に
増加することが回避され、そのためボイラ発生蒸
気圧力および温度の変動を小さくすることができ
る。換言すれば蒸気の質の劣化が防止される。

すなわち本発明は、複数に分割されている流動
層領域であるセル３，４のうち、ボイラ負荷増加
に応じて、停止しているセル４、すなわち空気お
よび燃料を供給していないセル４に、空気および
燃料を供給して起動するための方法に関するもの
であつて、起動しようとするセル４に隣接する運
転しているセル３、すなわち空気および燃料を供
給しているセルについては、可及的に適性運転範
囲内での運転を継続し、冷却用に特に空気を供給
するものではなく、起動しようとするセル４に空
気を供給するのは、層を流動化状態にするためで
あり、流動化することによつて、隣接する既運転
セル３の層物質が、起動しようとするセル４の層
物質と混合し、これによつて起動しようとしてい
るセル４の層温度が上昇する。こうしてセル４の
円滑な起動が可能になる。

本発明では、この運転を開始しようとするセル
４に複数の温度検出器３５を設けておき、この温
度を検出し、その検出温度のばらつきの状態に基
づいて、運転を開始しようとするセル４に供給す
べき空気流量を、既運転のセルの流動状態を乱さ
ず、かつ発生蒸気の質が低下しないような値に決
定し、したがつて流動層ボイラの負荷増加時の運
転を、自動化して円滑に行うことができるように
なる。

また本発明によれば、運転を開始しようとする
セル４には、複数の温度検出器３５が設けてあ
り、それらの各温度検出器３５の検出温度のばら
つきの状態に基づいて、セル４に供給される空気
の流量の値Ｖ３を決定するようにしており、こう
して運転を開始しようとするセル４の空気流量増
加に伴う状態変化の判断を自動的に行うことがで
きるようになる。

また本発明によれば、既運転セル３の空気比
は、流量層２からの燃焼排ガスのO₂濃度または
NOx濃度が予め定める一定値α以上であるとき、
減少し、その一定値α未満になつたとき、既運転
セル３に設けてある温度検出器３４によつて検出
される層温度の時間変化率dT／dtがその或る値
以上大きくなつたとき、セル４の起動操作を停止
して既運転セル３が消火などすることを防ぐ。

さらに本発明によれば、運転を開始しようとす
るセル４が、いわばスタンバイ完了か否かを判断
するために、既運転セル３に関連する前記時間変
化率dT／dtが負の或る値未満であるとき、その
運転を開始しようとするセル４の温度検出器３５
によつて検出される層温度が、予め定める時間Ｗ
経過しても燃料着火温度未満であるときには起動
操作を停止し、この予め定める時間Ｗは層２の未
燃分が完全に燃焼し尽くすに要する時間に定めら
れており、しかも本発明では、運転を開始しよう
とするセル４の温度検出器３５によつて検出され
る前記層温度が、前記予め定める時間Ｗ以内に燃
料着火温度以上になつたときには、前記予め定め
る時間Ｗは完了してから後に、その運転を開始し
ようとするセル４への燃料供給を開始して、燃料
供給流量を、前記空気流量の値Ｖ３に見合うまで
増加させる。こうしてセル４の安全な起動のいわ
ゆるインタロツクを付加して、自動的な運転の開
始を可能にしている。

さらに前記燃料供給開始後には、燃焼排ガスの
O₂濃度またはNOx濃度が前記予め定める一定値
α未満になつたときには、既運転セル３の空気比
を最適値に戻し、こうして安定した運転の続行を
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第
２図は流動層ボイラ１の他の実施例の簡略図、第
３図はボイラ負荷と層温度の関係を示すグラフ、
第４図は本発明に従うボイラ負荷増加時の運転方
法を示すフローチヤート、第５図はボイラ負荷変
化時の応答波形図である。 １…流動層ボイラ、２…流動層、３，４…セ
ル、６，１０…空気流量調節手段、８，１２…燃
料流量調節手段、１８…蒸気温度検出器、２３…
蒸気圧力検出器、２４…蒸気流量検出器、３４，
３５…層温度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数に分割された流動層２の各領域であるセ
   ル３，４のうち、既運転のセル３は蒸気の質が一
   定となるような最高値に供給される空気流量と燃
   料流量とが自動制御され、 運転を開始しようとするセル４には、複数の温
   度検出器３５を設けて温度を検出し、この運転を
   開始しようとするセル４には、空気流量を発生蒸
   気の質が低下しないように徐々に増大し、その運
   転を開始しようとするセル４に供給される空気が
   既運転のセル３の流動状態を乱さず、かつ発生蒸
   気の質が低下しないような空気流量の値V3を、
   その運転を開始しようとするセル４に設けてある
   各温度検出器３５の検出温度のばらつきの状態に
   基づいて、決定し、 この運転しようとするセル４の空気流量が、前
   記値V3に達した後、着火温度になるまでその空
   気流量を前記値V3に保ち続け、流動層２からの
   燃焼排ガスのO₂濃度またはNOx濃度が予め定め
   る一定値α以上であるとき、既運転セル３の空気
   比を減少し、 流動層２からの燃焼排ガスのO₂濃度または
   NOx濃度が予め定める一定値α未満になつたと
   き、既運転セル３に設けてある温度検出器３４に
   よつて検出される層温度の時間変化率dT／dtが
   負の或る値以上大きくなつたとき、起動操作を停
   止し、 前記時間変化率dT／dtが負の或る値未満であ
   るとき、運転を開始しようとするセル４の温度検
   出器３５によつて検出される層温度が、層２内の
   未燃分が完全に燃焼し尽くすに要する予め定める
   時間Ｗ経過しても燃料着火温度未満であるとき、
   起動操作を停止し、 運転を開始しようとするセル４の温度検出器３
   ５によつて検出される前記層温度が、前記予め定
   める温度Ｗ以内に燃料着火温度以上になつたとき
   には、前記予め定める温度Ｗが完了してから後
   に、運転を開始しようとするセル４への燃料供給
   を開始し、その燃料供給流量を、前記空気流量の
   値V3に見合うまで増加させ、 その燃料供給開始後には、燃焼排ガスのO₂濃
   度またはNOx濃度が、前記予め定める一定値α
   未満になつたときには、既運転セル３の空気比を
   最適値に戻すことを特徴とする流動層ボイラの負
   荷増加時の運転方法。