JPH09126436A - 微粉炭燃焼ボイラの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭燃焼ボイラの火炉内水壁管伝熱面が汚れ
たり、原料炭の燃料比が変化しても最適な蒸気温度制御
を行うことができる燃焼制御装置を提供する。 【解決手段】 燃料比の異なる原料炭５６、５７がそれ
ぞれ供給される粉砕機５８、５９を備え、各粉砕機にそ
れぞれ対応するバーナが接続され、対応する粉砕機から
微粉炭の供給を受け、火炉内で燃焼して火炎１５を形成
する微粉炭燃焼ボイラにおいて、火炉出口燃焼ガス温度
の検出値６４、または伝熱動特性モデル４０によって求
めた同温度の算出値が、火炉出口ガス温度設定器４５の
出力値（出口温度設定値）６３に比べて高いときは、粉
砕機出炭量制御装置３９を介して燃料比の低いＸ原料炭
５６の給炭量を増加し、燃料比の高いＹ原料炭５７の給
炭量を減少させ、一方、出口ガス温度の検出値または算
出値が設定値より低いときは上記と反対にＸ原料炭５６
の給炭量を減少し、それに見合って燃料比の高いＹ原料
炭５７の給炭量を増加させる機構を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭燃焼ボイラ
の燃焼制御装置に係り、特に多種多様な石炭に対して
も、常に良好な制御応答性を確保するのに好適な微粉炭
燃焼ボイラの燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は微粉炭製造設備と、当該設備が算
出する微粉炭を燃焼させるボイラ装置、および従来技術
による制御装置を図示したものである。原料炭１を供給
する給炭機２は速度信号３に従って原料炭運搬速度を加
減され、信号３に比例する原料炭を微粉炭製造設備（粉
砕機）１０のホッパ４に与える。原料炭１は電動機５に
より回転され、かつ混合手段をなすターンテーブル６上
に落下し、後述する分級手段による捕集炭１１、１３と
混合され保有炭７となる。保有炭７は、遠心力により粉
砕手段を構成する前述のターンテーブル６の外周とその
上に置かれたローラ８の間に供給され、ローラの圧下力
と回転により粉砕され、ターンテーブル外周を吹上げる
搬送空気９によって粉砕機１０内を上方に搬送され、粗
い粒子１１はこの途中で分離され、残りは分級機のベー
ン１２を通過する際に次に粗い粒子１３が分離され、タ
ーンテーブル６に戻される。粗粉を分離された微粉炭は
搬送空気９とともに微粉炭輸送管１４を経てボイラのバ
ーナ部に搬送され、燃焼により火炎１５を形成する。

【０００３】このようなボイラ装置にあって、給水１６
は給水ポンプ３７からドラム１７に供給され、下降管１
８を下り、水冷壁１９、ライザ２０を通って蒸気とな
り、ドラム１７上部に蓄えられた後、過熱器連絡管２１
を経て過熱器２９により過熱される。過熱器を出た過熱
蒸気に対し、蒸気温度検出器３１の信号と、蒸気温度設
定器３２による蒸気温度目標値（設定）信号３３との偏
差により、比例・積分要素（ＰＩＤ調節器）３５を用い
て注水弁３６の開度を調整し、蒸気減温器３０での注水
による蒸気温度制御を行う。一方、蒸気供給ラインの蒸
気流量は少量の注水弁３６による注水量を除けば大半は
火炉水冷壁１９による蒸発により供給されるから、蒸気
圧力は火炉水冷壁１９の熱吸収量を支配する微粉炭輸送
管１４による燃料供給量を調節して蒸気圧力を制御でき
る。従って、蒸気圧力検出器２２の信号と蒸気圧力設定
信号２４との偏差２６をＰＩＤ調節器２７に与えて給炭
機速度信号３を得る。

【０００４】図２に示すボイラ装置は、原則として蒸気
の需要先の任意の蒸気量の抜出しを前提に運転し、比例
・積分調節要素３５、要素２７を中核とする制御ループ
は、それぞれ蒸気温度、圧力を蒸気量にかかわらず一定
値に保持する制御を行う。該ボイラ制御装置は、ボイラ
や石炭粉砕機に汚れが少なく、石炭性状がほぼ一定であ
れば良好に動作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ボイ
ラの汚れまたは石炭性状の変化があると、後述するよう
に蒸気温度の過渡的変動に対処できない場合が生じると
いう問題があった。図３は、ボイラの制御特性を支配す
るといわれる火炉水冷壁熱吸収量について、石炭の固定
炭素分と揮発分の比を示す燃料比、および火炉水冷壁の
汚れの関係を示している。同一燃料流量の燃焼を行って
も、燃料比や火炉の汚れの増加とともに火炉水冷壁熱吸
収量は減少し、燃焼ガスについて後流側の過熱器の熱吸
収が増加する。このとき火炉出口ガス温度は増加し、同
一燃料量の定常状態では、火炉水冷壁熱吸収量と火炉出
口ガス温度は互いに一方を知れば一意的に他方を求めら
れるから、火炉水冷壁熱吸収量特性は把握の容易な火炉
出口ガス温度特性として取扱われる。

【０００６】以上を前提として、図２のボイラ装置には
次の問題がある。すなわち、石炭の燃料比の変化、火炉
の汚れの進行により、火炉水冷壁１９と過熱器２９の熱
吸収配分が変化する。当該熱吸収バランスの変化につ
き、例えば燃料比増加により、火炉水冷壁１９での熱吸
収が減少、過熱器２９での熱吸収が増加した場合、過熱
器出口蒸気温度上昇防止と水冷壁での蒸発量不足の補充
のため、注水弁３６の開度を増加する必要がある。逆の
場合も含め、該バランス補正は定常的に必要なため、注
水弁３６の開度が全開または全閉近傍で常時運用する事
態となり易い。当該全開、全閉近傍では、注水弁３６の
開度の片側の制御余地が小さく、蒸気温度の過渡的変動
に対処できない場合が生じる。

【０００７】本発明の目的は、燃料比の変化および火炉
の汚れに対しても、最適な制御が可能なボイラ燃焼制御
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。 （１）ボイラ火炉内の複数の位置にそれぞれ微粉炭バー
ナを配置し、該微粉炭バーナは個別またはグループ別で
燃料比の異なる微粉炭が供給される手段を備え、かつ各
々の微粉炭流量の調整手段を備えるとともに、火炉水冷
壁部で発生した蒸気を過熱する過熱器を設けた微粉炭燃
焼ボイラの燃焼制御装置において、火炉出口燃焼ガス温
度計測器の計測値および／または火炉出口ガス温度を算
出する計算モデルによる算出値と、火炉出口ガス温度の
目標値との偏差に応じて、微粉炭バーナを通して供給さ
れるボイラへの燃料比の異なる微粉炭の割合を調整する
手段を設けたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラの燃焼
制御装置。

【０００９】（２）燃料比の異なる原料炭をそれぞれ供
給してこれを粉砕する複数台の粉砕機と、各粉砕機ごと
に接続され燃料比の異なる微粉炭の供給を受けてこれを
ボイラ火炉内で燃焼する複数個の微粉炭バーナと、火炉
水冷壁部で発生した蒸気を過熱する火炉後流域に設けら
れた過熱器とを備えた微粉炭燃焼ボイラの燃焼制御装置
において、火炉出口燃焼ガス温度計測器および／または
該温度計算モデルを設け、前記計測器の計測値および／
または計算モデルによる算出値が該温度目標値に対して
高いとき、燃料比の低い原料炭を粉砕する粉砕機への給
炭量を増加し、燃料比の高い原料炭を粉砕する粉砕機へ
の給炭量を減少する機構と、前記計測器の計測値および
／または計算モデルによる算出値が該温度目標値に対し
て低いとき、燃料比の低い原料炭を粉砕する粉砕機への
給炭量を減少し、燃料比の高い原料炭を粉砕する粉砕機
への給炭量を増加する機構とを設けたことを特徴とする
微粉炭燃焼ボイラの燃焼制御装置。

【００１０】石炭性状の燃料比と火炉出口ガス温度との
間には相関関係があり、燃料比が低いほど揮発分の割合
が高くなるためバーナ火炎の輝度が高くなり、主にバー
ナゾーンでの輻射伝熱量が増加し、火炉水冷壁熱吸収量
は増加し、燃焼ガスについて後流側の過熱器の熱吸収が
減少する。従って、結果としてボイラ出口（過熱器出
口）蒸気温度低または該蒸気圧力高となり、火炉出口ガ
ス温度は低となる。

【００１１】従って、火炉出口ガス温度の計測器および
／または火炉出口ガス温度を算出する伝熱動特性モデル
によって得られた現時点における火炉出口ガス温度と火
炉出口ガス温度目標値との偏差に応じて、ボイラに対す
る燃料比の異なる複数炭種の微粉炭バーナへの投入分配
比率を調整することにより、火炉出口ガス温度を常時目
標値に設定可能なため、常に良好な制御応答性を確保で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すもの
であり、従来技術による図２に示したボイラ装置に本発
明を適用した状況を示している。したがって、図２と共
通の構成部については説明を省略する。本実施例ではＡ
粉砕機５８とＢ粉砕機５９の２つの粉砕機において、Ａ
粉砕機５８には燃料比約１．５のＸ原料炭５６、Ｂ粉砕
機５９には燃料比約２．０のＹ原料炭５７がそれぞれ給
炭され、火炉出口ガス温度制御装置３８に内蔵された伝
熱動特性モデル４０によって得られた現時点における火
炉出口ガス温度と火炉出口ガス温度設定器４５から得ら
れた火炉出口ガス温度目標値６３との偏差に応じて、粉
砕機出炭量制御装置３９を介して、Ａ粉砕機５８への給
炭量とＢ粉砕機５９への給炭量を最適値に制御する構成
としている。

【００１３】現時点における火炉出口ガス温度が目標値
に対して高い場合は、粉砕機出炭量制御装置３９を介し
て、燃料比の低いＸ原料炭５６の給炭量を増加、燃料比
の高いＹ原料炭５７の給炭量を減少させ、結果として火
炉出口ガス温度が目標値となるように最適制御される。
また、火炉出口ガス温度が目標値に対して低い場合は、
Ｘ原料炭の給炭量を減少、Ｙ原料炭の給炭量を増加す
る。従って、石炭性状の経時的な変化またはボイラの汚
れに対しても、火炉出口ガス温度を設定値に制御可能な
ため、収熱特性、蒸気温度特性の偏差が低減でき、高負
荷変化率にも対応できる。

【００１４】なお、火炉出口ガス温度は伝熱動特性モデ
ル４０により求める代わりに、図１に示すように火炉出
口ガス温度検出器６０により直接求め、この検出値６４
と火炉出口ガス温度目標値６３との偏差に応じて前記と
同様の制御を行うこともできる。

【００１５】

【発明の効果】

（１）ボイラからの抜出し蒸気量変化時などに発生す
る、過熱器と火炉水冷壁部の過渡的な熱吸収量のアンバ
ランスによるボイラ出口蒸気温度と、該蒸気圧力の変動
を低減できる。 （２）燃料比の変化、火炉の汚れの進行により、火炉水
冷壁部と過熱器の熱吸収配分が変化し、蒸気温度変動へ
の制御性の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図。

【図２】従来技術を示す図。

【図３】ボイラ火炉の熱吸収量と燃料の燃料比および火
炉内伝熱管の汚れの関係を示す図。

【符号の説明】

１…原料炭、２…給炭機、３…給炭機速度信号、４…ホ
ッパ、５…電動機、６…ターンテーブル、７…保有炭、
８…粉砕手段、９…搬送空気、１０…粉砕機、１２…ベ
ーン、１４…微粉炭輸送管、１５…火炎、１７…ドラ
ム、１８…下降管、１９…水冷壁、２０…ライザ、２１
…過熱器連絡管、２２…蒸気圧力検出器、２３…信号設
定器、２４…蒸気圧力設定信号、２８…火炉出口燃焼ガ
ス、２９…過熱器、３０…減温器、３１…蒸気温度検出
器、３２…蒸気温度設定器、３３…蒸気温度設定信号、
３４…蒸気温度偏差信号、３６…注水流量制御弁、３８
…火炉出口ガス温度制御装置、３９…粉砕機出炭量制御
装置、４０…伝熱動特性モデル、４４…総燃料量指令信
号、４５…火炉出口ガス温度設定器、４６…Ａ粉砕機対
応バーナ微粉炭量指令信号、４７…Ｂ粉砕機対応バーナ
微粉炭量指令信号、４９…粉砕機給炭量指令信号、５３
…信号設定器、５６…Ｘ原料炭、５７…Ｙ原料炭、５８
…Ａ粉砕機、５９…Ｂ粉砕機、６０…火炉出口ガス温度
検出器、６１…信号減算器、６２…火炉出口ガス温度偏
差信号、６３…火炉出口ガス温度設定信号、６４…火炉
出口ガス温度検出信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 晃二 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 深山 幸穂 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ火炉内の複数の位置にそれぞれ微
   粉炭バーナを配置し、該微粉炭バーナは個別またはグル
   ープ別で燃料比の異なる微粉炭が供給される手段を備
   え、かつ各々の微粉炭流量の調整手段を備えるととも
   に、火炉水冷壁部で発生した蒸気を過熱する過熱器を設
   けた微粉炭燃焼ボイラの燃焼制御装置において、火炉出
   口燃焼ガス温度計測器の計測値および／または火炉出口
   ガス温度を算出する計算モデルによる算出値と、火炉出
   口ガス温度の目標値との偏差に応じて、微粉炭バーナを
   通して供給されるボイラへの燃料比の異なる微粉炭の割
   合を調整する手段を設けたことを特徴とする微粉炭燃焼
   ボイラの燃焼制御装置。
2. 【請求項２】 燃料比の異なる原料炭をそれぞれ供給し
   てこれを粉砕する複数台の粉砕機と、各粉砕機ごとに接
   続され燃料比の異なる微粉炭の供給を受けてこれをボイ
   ラ火炉内で燃焼する複数個の微粉炭バーナと、火炉水冷
   壁部で発生した蒸気を過熱する火炉後流域に設けられた
   過熱器とを備えた微粉炭燃焼ボイラの燃焼制御装置にお
   いて、火炉出口燃焼ガス温度計測器および／または該温
   度計算モデルを設け、前記計測器の計測値および／また
   は計算モデルによる算出値が温度目標値に対して高いと
   き、燃料比の低い原料炭を粉砕する粉砕機への給炭量を
   増加し、燃料比の高い原料炭を粉砕する粉砕機への給炭
   量を減少する機構と、前記計測器の計測値および／また
   は計算モデルによる算出値が温度目標値に対して低いと
   き、燃料比の低い原料炭を粉砕する粉砕機への給炭量を
   減少し、燃料比の高い原料炭を粉砕する粉砕機への給炭
   量を増加する機構とを設けたことを特徴とする微粉炭燃
   焼ボイラの燃焼制御装置。