JPH07229601A - 加圧流動床ボイラの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧流動床ボイラにおいて、排ガスＯ₂ 偏差
が大きくなった場合に、石炭供給量の値を保持し、石炭
供給量による排ガスＯ₂ への悪影響をなくして、排ガス
Ｏ₂ 偏差を小さく抑えること。 【構成】 排ガスＯ₂ を制御するためにコンプレッサ静
翼開度指令を出力する制御系と、流動床温度を制御する
ために石炭供給量指令を出力する制御系に、排ガスＯ₂
の偏差が或る値以上になった場合に石炭供給量指令信号
の上／下指令をブロックする機能を追設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば燃料を流動床燃
焼させ、流動床内に配された伝熱管により蒸気を生成し
て蒸気タービンを駆動するとともに、燃焼ガスによって
ガスタービンを駆動する方式の加圧流動床ボイラ等にお
ける制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、加圧流動床ボイラを備えたガス
タービン・蒸気タービン複合発電プラントの一例を示す
系統図である。

【０００３】加圧流動床ボイラにおいては、コンプレッ
サ（１）によって６〜 20 気圧に加圧された燃焼用空気
を容量の大きな圧力容器（２）を介してボイラ（３）内
に供給し、燃料である粗粉砕石炭とその灰分、脱硫剤で
ある石灰石などの流動材と共に流動床（４）を形成し
て、加圧空気による高密度の流動燃焼を行なう。燃焼に
より発生したＳＯ_x は、脱硫剤によって吸収除去され
る。また燃焼温度が 850℃程度と低いのでＮＯ_x の発生
は抑制される。

【０００４】発生した高密度の熱は、流動床（４）内に
配されて高い伝熱特性を持つ伝熱管（５）により回収さ
れ、生成した水蒸気が蒸気タービン（６）と発電機
（７）を駆動する。蒸気タービン（６）を出た蒸気はコ
ンデンサ（８）で凝縮して復水となり、ボイラ（３）に
戻る。ボイラ（３）の排ガスは高温高圧条件下で集塵装
置（９）により高性能集塵される。除塵後の排ガスがガ
スタービン（１０）を駆動し、ガスタービン（１０）は
燃焼用空気コンプレッサ（１）と発電機（１１）を駆動
する。ガスタービン出口排ガスは、脱硝装置（１２）で
排出規制値以下にＮＯ_x を低減し、熱交換器（１３）で
熱回収した後に煙突（１４）から排出される。

【０００５】上記のような加圧流動床ボイラには次のよ
うな長所がある。 １） ガスタービンとの組合せによる複合発電方式が可
能であり、高い発電効率が得られる。 ２） 加圧によるコンパクト化に加えて、熱伝達の良好
な流動床内にほとんどの伝熱面を配置することにより、
従来の微粉炭火力に比較して設置スペースを低減でき
る。 ３） 流動媒体として石灰石を使用することにより、石
炭を燃焼しながら脱硫（炉内脱硫）することができるた
め、排煙脱硫装置が不要となる。

【０００６】次にこのような加圧流動床ボイラにおける
従来の制御系を説明する。まず図３は従来の排ガスＯ₂
制御系を示す図である。これは流動床ボイラ内で燃焼し
たガス中のＯ₂ 成分が設定値になるよう、燃焼用空気の
供給量を制御するものであり、加圧流動床ボイラの場合
には、排ガスＯ₂ を計測してコンプレッサの静翼開度を
操作する。すなわち図３に示される排ガスＯ₂ 制御系
は、排ガスのフィードバック信号から燃焼空気流量の設
定値信号を作り、実空気流量との偏差に制御器を置くカ
スケード制御となっている。

【０００７】これを個々の要素ごとに説明すると、まず
ボイラ入力指令（２１）を入力とする関数発生器（２
２）から必要な空気流量（２３）が出力される。一方、
排ガスＯ₂ の計測値（２４）と、上記ボイラ入力指令
（２１）を入力とする関数発生器（２５）から出力され
る排ガスＯ₂ 設定値（２６）とを入力とする減算器（２
７）は、これらの偏差（２８）を出力し、制御器（２
９）の入力信号とする。制御器（２９）は例えば比例−
積分コントローラであり、空気流量の補正信号（３０）
を出力する。この補正信号（３０）は、上記関数発生器
（２２）から出力された必要空気流量を表わす信号（２
３）と加算器（３１）において加算され、空気流量の設
定値信号（３２）となる。この空気流量設定値信号（３
２）は、計測された全空気量（３３）とともに減算器
（３４）の入力信号となり、減算器（３４）は空気流量
偏差を表わす出力信号（３５）を制御器（３６）へ与え
る。この制御器（３６）は、例えば比例−積分コントロ
ーラとすることができる。一方、ボイラ入力指令（２
１）は微分器（３７）にも入力される。この微分器（３
７）の出力信号（３８）は、制御器（３９）の入力信号
となる。この制御器（３９）は例えば比例コントローラ
とすることができ、ボイラ入力指令（２１）の微分信号
（３８）を入力してボイラ入力加速信号（４０）を出力
する。このボイラ入力加速信号（４０）は、上記制御器
（３６）の出力側に設けられた加算器（４２）へ入力さ
れ、燃焼空気量を表わすコンプレッサ可変静翼指令（４
３）を出力する。

【０００８】次に図４は石炭供給量を制御する従来の制
御系を示す図である。ボイラ入力指令（２１）を入力と
する関数発生器（５１）から必要な石炭供給量（５２）
が出力される。また、流動床温度の計測値（５３）と流
動床温度設定値（５４）とを入力とする減算器（５５）
はこれらの偏差（５６）を出力し、制御器（５７）の入
力信号とする。制御器（５７）はたとえば比例−積分コ
ントローラであり、石炭供給量の補正信号（５８）を出
力する。一方、ボイラ入力指令（２１）は微分器（３
７）に入力され、微分器（３７）の出力信号（３８）が
制御器（３９）の入力信号となる。制御器（３９）はた
とえば比例コントローラとすることができ、ボイラ入力
指令（２１）の微分信号（３８）を入力してボイラ入力
加速信号（４０）を出力する。関数発生器（５１）の出
力である必要石炭供給量信号（５２）と制御器（５７）
の出力である石炭供給量補正信号（５８）と制御器（３
９）の出力であるボイラ入力加速信号（４０）とは、加
算器（５９）により加算されて上下限リミッタ（６１）
の入力信号となり、この上下リミッタ（６１）の出力信
号が石炭供給量指令（６２）となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】加圧流動床ボイラの前
記従来の制御装置においては、排ガスＯ₂ 制御について
以下のような問題点があった。すなわち、 １） 排ガスＯ₂ 制御は、コンプレッサ可変静翼開度で
制御している。ところが流動床燃焼炉に燃焼用空気を流
入させる前に容量の大きな圧力容器が存在する。このた
め、燃焼空気量を操作するためには、まず圧力容器内の
空気量を操作し、圧力容器と流動床内の圧力差によって
供給することが必要となるが、圧力容器という容積が大
きいバッファの為に、遅れが非常に大きかった。 ２） 上記１）の状況の中で、石炭供給量は全く別の制
御量（流動床温度）を操作している。したがって、排ガ
スＯ₂ はこの影響を大きく受けることになり、コンプレ
ッサの静翼開度のみでは制御が難かしかった。

【００１０】本発明は、上記事情にかんがみてなされた
もので、石炭供給量制御において排ガスＯ₂ の偏差を考
慮し、排ガスＯ₂ の応答性を改善した制御装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、排ガス中のＯ₂ が設定範囲内と
なるよう空気供給量を制御するとともに、流動床温度が
設定範囲内となるよう燃料供給量を制御する加圧流動床
ボイラの制御装置において、排ガス中のＯ₂ の偏差が所
定値以上になった時、燃料供給量指令信号の上下指令を
ブロックするようにしたことを特徴とする加圧流動床ボ
イラの制御装置を提案するものである。

【００１２】

【作用】上記解決手段によれば、排ガスＯ₂ の偏差が所
定値以上に大きくなった場合に、燃料供給量指令信号は
排ガスＯ₂ の偏差を更に大きくするような動きをブロッ
クされ、空気供給量の増減による排ガスＯ₂ の制御が可
能となる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す制御系統図で
ある。図中前記図３および図４に示した従来のものと同
一の要素については、冗長になるのを避けるため、同一
の符号を付けて詳細な説明は省略する。

【００１４】本実施例によれば、まずボイラ入力指令
（２１）を入力とする関数発生器（２５）の出力である
排ガスＯ₂ 設定値（２６）と、排ガスＯ₂ の計測値（２
４）との偏差が、減算器（２７）により求められる。減
算器（２７）の出力信号（排ガスＯ₂ 偏差）（２８）
は、絶対値回路（７１）の入力となり、排ガスＯ₂ の絶
対値偏差信号（７２）が出力される。この排ガスＯ₂ 絶
対値偏差信号（７２）は、更に関数発生器（７３）に入
力され、トラッキングビット信号（７４）が出力され
る。トラッキングビット信号（７４）は、ある偏差以上
でオン（＝１），それ以外ではオフ（＝０）の値をと
る。

【００１５】制御器（７５）は、トラッキング機能付き
の比例−積分コントローラであり、トラッキングビット
信号（７４）がオフの場合には減算器（５５）の出力信
号（５６）を、オンの場合には減算器（７６）の出力信
号をそれぞれ入力とし、石炭供給量の補正信号（５８）
を出力する。

【００１６】減算器（７６）は、スイッチ回路（７７）
の切換えによる石炭供給量の変動が起こらないようにす
るためのもので、石炭供給量指令信号（６２）から関数
発生器（５１）の出力信号である必要石炭供給量（５
２）とボイラ入力加速信号（４０）とを減算する。

【００１７】また、スイッチ回路（７７）は、トラッキ
ングビット信号（７４）がオフの状態では、ａ接点に接
続されて加算器（５９）の出力信号を選択し、オンの状
態の時には、ｂ接点に接続されて石炭供給量指令信号
（６２）を選択する。これによって、排ガスＯ₂ の偏差
が或る値以上に大きくなった場合には、トラッキングビ
ット信号がオンとなりスイッチ回路が働いて、現状の石
炭供給量を保持し、偏差信号が小さくなれば、流動床温
度制御が再び作動する。したがって、排ガスＯ₂偏差信
号が大きい場合には流動床温度の制御性を幾分犠牲にす
るものの、排ガスＯ₂ 偏差を小さく抑えることができ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明においては、排ガスＯ₂ 偏差が大
きくなった場合に、石炭供給量の値を保持し、石炭供給
量による排ガスＯ₂ への悪影響をなくすことにより、排
ガスＯ ₂ 偏差を小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る石炭供給量制御
の制御系統図である。

【図２】図２は加圧流動床ボイラを備えたガスタービン
・蒸気タービン複合発電プラントの一例を示す系統図で
ある。

【図３】図３は加圧流動床ボイラにおける従来の燃焼空
気流量制御の一例を示す制御系統図である。

【図４】図４は加圧流動床ボイラにおける従来の石炭供
給量制御の一例を示す制御系統図である。

【符号の説明】

（１） コンプレッサ （２） 圧力容器 （３） ボイラ （４） 流動床 （５） 伝熱管 （６） 蒸気タービン （７） 発電機 （８） コンデンサ （９） 集塵装置 （１０） ガスタービン （１１） 発電機 （１２） 脱硝装置 （１３） 熱交換器 （１４） 煙突 （２１） ボイラ入力指令 （２２） 関数発生器 （２３） 必要空気流量 （２４） 排ガスＯ₂ 計測値 （２５） 関数発生器 （２６） 排ガスＯ₂ 設定値 （２７） 減算器 （２８） 排ガスＯ₂ 偏差 （２９） 制御器 （３０） 空気流量補正信号 （３１） 加算器 （３２） 空気流量設定値信号 （３３） 全空気流量 （３４） 減算器 （３５） 空気流量偏差 （３６） 制御器 （３７） 微分器 （３８） 入力指令の微分信号 （３９） 制御器 （４０） ボイラ入力加速信号 （４２） 加算器 （４３） コンプレッサ可変静翼指令 （５１） 関数発生器 （５２） 必要石炭供給量 （５３） 流動床温度計測値 （５４） 流動床温度設定値 （５５） 減算器 （５６） 流動床温度偏差 （５７） 制御器 （５８） 石炭供給量補正信号 （５９） 加算器 （６１） 上下限リミッタ （６２） 石炭供給量指令 （７１） 絶対値回路 （７２） 排ガスＯ₂ 絶対値偏差信号 （７３） 関数発生器 （７４） トラッキングビット信号 （７５） 制御器 （７６） 減算器 （７７） スイッチ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス中のＯ₂ が設定範囲内となるよう
   空気供給量を制御するとともに、流動床温度が設定範囲
   内となるよう燃料供給量を制御する加圧流動床ボイラの
   制御装置において、排ガス中のＯ₂ の偏差が所定値以上
   になった時、燃料供給量指令信号の上下指令をブロック
   するようにしたことを特徴とする加圧流動床ボイラの制
   御装置。