JPH09196311A - 加圧流動層ボイラ適応制御装置と方法 - Google Patents
加圧流動層ボイラ適応制御装置と方法Info
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Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭種の変動によって燃焼効率が大きく変化す
る場合または負荷が変動する場合などにおいて、ボイラ
の蒸気温度が計画時の許容値に入るように制御が可能な
加圧流動層ボイラの適応制御装置と方法を提供するこ
と。 【解決手段】 負荷要求１３０９に対応したボイラ火炉
の流動層温度設定値１３１６に対して燃料供給量を操作
することにより、流動層温度１３１５を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御に関し、排ガス温度１３１９お
よび各熱交換器のエンタルピ・ピックアップ１３２４の
計測値に基づき適応制御設備１３２０内で燃焼効率の推
定及びこれに対応した補正係数１３２１を演算し、これ
を乗算器１３２２で燃料流量先行値１３１７に乗じて適
応先行値１３２３を構成する。適応先行値１３２３と層
温偏差１３０６ｃのフィードバック調節量１３０８ｃ及
び層高偏差１３０６ｂのフィードバック調節量１３０８
ｄの総和が再熱器ベッドＣＷＰ流量指令１３１８なる。
る場合または負荷が変動する場合などにおいて、ボイラ
の蒸気温度が計画時の許容値に入るように制御が可能な
加圧流動層ボイラの適応制御装置と方法を提供するこ
と。 【解決手段】 負荷要求１３０９に対応したボイラ火炉
の流動層温度設定値１３１６に対して燃料供給量を操作
することにより、流動層温度１３１５を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御に関し、排ガス温度１３１９お
よび各熱交換器のエンタルピ・ピックアップ１３２４の
計測値に基づき適応制御設備１３２０内で燃焼効率の推
定及びこれに対応した補正係数１３２１を演算し、これ
を乗算器１３２２で燃料流量先行値１３１７に乗じて適
応先行値１３２３を構成する。適応先行値１３２３と層
温偏差１３０６ｃのフィードバック調節量１３０８ｃ及
び層高偏差１３０６ｂのフィードバック調節量１３０８
ｄの総和が再熱器ベッドＣＷＰ流量指令１３１８なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加圧流動層ボイラ
の適応制御装置と方法に係わる。
の適応制御装置と方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】本発明になる加圧流動層ボイラ適応制御
装置を適用する加圧流動層ボイラについて、水・蒸気系
の流れを図３で、また流動層温度（以下、層温というこ
とがある。）、蒸気温度および流動層高（以下、層高と
いうことがある。）の制御の従来技術を図４で説明す
る。
装置を適用する加圧流動層ボイラについて、水・蒸気系
の流れを図３で、また流動層温度（以下、層温というこ
とがある。）、蒸気温度および流動層高（以下、層高と
いうことがある。）の制御の従来技術を図４で説明す
る。
【０００３】図３に本発明になる制御装置を適用する加
圧流動層ボイラの水・蒸気フローを示す。ボイラは主と
して加熱器を収納する火炉１０１と、主として再熱器を
収納する火炉２０１とのツイン・ベッド構成となる。給
水加熱器（図示せず）からポンプ（図示せず）によっ
て、昇圧された水は火炉２０１内の一次水壁２０２を経
由して、火炉１０１に導入され、その二次水壁１０２、
一次蒸発器１０３において蒸気となり、火炉１０１から
出て気水分離器１０４において水と蒸気が分離され、蒸
気は再び火炉１０１内の一次過熱器１０５に導入され、
過熱された後、分岐配管中を流れて火炉２０１に導かれ
る。
圧流動層ボイラの水・蒸気フローを示す。ボイラは主と
して加熱器を収納する火炉１０１と、主として再熱器を
収納する火炉２０１とのツイン・ベッド構成となる。給
水加熱器（図示せず）からポンプ（図示せず）によっ
て、昇圧された水は火炉２０１内の一次水壁２０２を経
由して、火炉１０１に導入され、その二次水壁１０２、
一次蒸発器１０３において蒸気となり、火炉１０１から
出て気水分離器１０４において水と蒸気が分離され、蒸
気は再び火炉１０１内の一次過熱器１０５に導入され、
過熱された後、分岐配管中を流れて火炉２０１に導かれ
る。
【０００４】火炉２０１内では分岐流はそれぞれ二次過
熱器２０３ａ及び二次過熱器２０３ｂで過熱され、それ
ぞれ第一段スプレー２０４ａ及び第一段スプレー２０４
ｂで減温された後、三次過熱器２０５ａ及び三次過熱器
２０５ｂでそれぞれ過熱された後、火炉２０１から出て
合流し、その後再び分岐して火炉１０１に戻る。
熱器２０３ａ及び二次過熱器２０３ｂで過熱され、それ
ぞれ第一段スプレー２０４ａ及び第一段スプレー２０４
ｂで減温された後、三次過熱器２０５ａ及び三次過熱器
２０５ｂでそれぞれ過熱された後、火炉２０１から出て
合流し、その後再び分岐して火炉１０１に戻る。
【０００５】火炉１０１に導入された蒸気は再び分岐さ
れ、それぞれの分岐流は火炉１０１では第二段スプレー
１０６ａ及び第二段スプレー１０６ｂで減温された後、
四次過熱器１０７ａ及び四次過熱器１０７ｂでそれぞれ
過熱され、火炉１０１を出て合流し、主蒸気管２１１を
経て高圧タービン２１２に至る。高圧タービン２１２で
仕事をした蒸気は、負荷変動時及び非常時に作動する再
熱器スプレー２１３において負荷降下時もしくは非常時
には減温され、低温再熱配管２１４を経た後に分岐流と
なり、それぞれの流れは火炉２０１に導かれる。火炉２
０１では分岐流はそれぞれ再熱器２０６ａ及び再熱器２
０６ｂで加熱され、その後、火炉２０１の外に出て合流
し、高温再熱管２１６で再熱され後、中低圧タービン２
１７を経て復水器（図示せず）に戻る。
れ、それぞれの分岐流は火炉１０１では第二段スプレー
１０６ａ及び第二段スプレー１０６ｂで減温された後、
四次過熱器１０７ａ及び四次過熱器１０７ｂでそれぞれ
過熱され、火炉１０１を出て合流し、主蒸気管２１１を
経て高圧タービン２１２に至る。高圧タービン２１２で
仕事をした蒸気は、負荷変動時及び非常時に作動する再
熱器スプレー２１３において負荷降下時もしくは非常時
には減温され、低温再熱配管２１４を経た後に分岐流と
なり、それぞれの流れは火炉２０１に導かれる。火炉２
０１では分岐流はそれぞれ再熱器２０６ａ及び再熱器２
０６ｂで加熱され、その後、火炉２０１の外に出て合流
し、高温再熱管２１６で再熱され後、中低圧タービン２
１７を経て復水器（図示せず）に戻る。
【０００６】次に火炉２０１を例にして、従来技術の加
圧流動層ボイラの流動層温度、再熱蒸気温度の制御及び
流動層高制御方法を図４により説明する。流動層温度は
主として燃料流量により制御し、再熱蒸気温度は主とし
て流動層高により制御する。
圧流動層ボイラの流動層温度、再熱蒸気温度の制御及び
流動層高制御方法を図４により説明する。流動層温度は
主として燃料流量により制御し、再熱蒸気温度は主とし
て流動層高により制御する。
【０００７】まず流動層温度については、層温１３１５
と、ボイラマスタ（ＢＩＤ）１３０９から関数１３０３
ｃにより決まる層温設定値１３１６とを減算器１３０５
ｃで比較し、その偏差１３０６ｃを調節器１３０７ｃに
導き、操作信号１３０８ｃを作る。ボイラマスタ１３０
９からは関数１３０３ｄにより燃料流量先行値１３１７
が形成されており、この先行値１３１７に層温の偏差１
３０６ｃをフィードバックした操作信号１３０８ｃを加
算器１３１１ｂで加算し、これらに更に層高変動時に層
温１３１５を安定化させるために、実際の層高１３１３
と層高設定値１３１２との偏差１３０６ｂを減算器１３
０５ｂで作り、これを調節器１３０７ｄでフィードバッ
クし、この操作信号１３０８ｄを加算して、図３に示す
再熱器側火炉２０１への再熱器ベッドＣＷＰ流量指令
（ＢＦＲＤ）１３１８を設定する。すなわち層温１３１
５についてはこれが層温設定値１３１６に追従するよう
にＣＷＰ流量を操作する。
と、ボイラマスタ（ＢＩＤ）１３０９から関数１３０３
ｃにより決まる層温設定値１３１６とを減算器１３０５
ｃで比較し、その偏差１３０６ｃを調節器１３０７ｃに
導き、操作信号１３０８ｃを作る。ボイラマスタ１３０
９からは関数１３０３ｄにより燃料流量先行値１３１７
が形成されており、この先行値１３１７に層温の偏差１
３０６ｃをフィードバックした操作信号１３０８ｃを加
算器１３１１ｂで加算し、これらに更に層高変動時に層
温１３１５を安定化させるために、実際の層高１３１３
と層高設定値１３１２との偏差１３０６ｂを減算器１３
０５ｂで作り、これを調節器１３０７ｄでフィードバッ
クし、この操作信号１３０８ｄを加算して、図３に示す
再熱器側火炉２０１への再熱器ベッドＣＷＰ流量指令
（ＢＦＲＤ）１３１８を設定する。すなわち層温１３１
５についてはこれが層温設定値１３１６に追従するよう
にＣＷＰ流量を操作する。
【０００８】次に再熱蒸気温度１３０１については、そ
の実測値と負荷要求信号（ＭＷＢ）１３０２に基づき関
数発生器１３０３ａで決まる再熱蒸気温度設定値との偏
差１３０６ａを減算器１３０５ａで作り、これを調節器
１３０７ａに導き、操作信号１３０８ａを作り、これを
ボイラマスタ１３０９から関数１３０３ｂで決まる層高
先行値１３１０と加算器１３１１ａにおいて加算して層
高設定値１３１２を作る。この層高設定値１３１２に層
高１３１３を追従させることで、再熱蒸気用の伝熱管の
流動層内へ浸漬する面積を保持し、再熱蒸気温度１３０
１を設定値に追従させる。
の実測値と負荷要求信号（ＭＷＢ）１３０２に基づき関
数発生器１３０３ａで決まる再熱蒸気温度設定値との偏
差１３０６ａを減算器１３０５ａで作り、これを調節器
１３０７ａに導き、操作信号１３０８ａを作り、これを
ボイラマスタ１３０９から関数１３０３ｂで決まる層高
先行値１３１０と加算器１３１１ａにおいて加算して層
高設定値１３１２を作る。この層高設定値１３１２に層
高１３１３を追従させることで、再熱蒸気用の伝熱管の
流動層内へ浸漬する面積を保持し、再熱蒸気温度１３０
１を設定値に追従させる。
【０００９】層高１３１３については以上のように、こ
れを再熱蒸気のエンタルピ・ピックアップが設定値に追
従するように設定された層高設定値１３１２に追従させ
るか、これと層高設定値との偏差１３０６ｂを調節器１
３０７ｂでフィードバックし、これを層高制御設備１３
１４に入力することで行う。
れを再熱蒸気のエンタルピ・ピックアップが設定値に追
従するように設定された層高設定値１３１２に追従させ
るか、これと層高設定値との偏差１３０６ｂを調節器１
３０７ｂでフィードバックし、これを層高制御設備１３
１４に入力することで行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では火炉
１０１、２０１での燃焼効率の現時点での値が推定され
ない。すなわち計画値である燃焼効率（η）が、例えば
９９．５％と仮定されて燃料供給量を設定するので、計
画値より燃焼効率が高い場合には蒸気温度が高すぎる結
果となり、また計画値より燃焼効率が低い場合には蒸気
温度が低すぎる結果となり、この外乱によりプラントの
効率が確保されないという問題があった。
１０１、２０１での燃焼効率の現時点での値が推定され
ない。すなわち計画値である燃焼効率（η）が、例えば
９９．５％と仮定されて燃料供給量を設定するので、計
画値より燃焼効率が高い場合には蒸気温度が高すぎる結
果となり、また計画値より燃焼効率が低い場合には蒸気
温度が低すぎる結果となり、この外乱によりプラントの
効率が確保されないという問題があった。
【００１１】すなわち従来技術の層温制御では、操作量
である燃料流量は主として先行値１３１７と層温偏差の
フィードバック１３０８ｃの和で与えられる。ここで先
行値１３１７は燃焼効率が、例えば９９．５％と計画平
均値に固定した上で算出されている。従って供給炭の炭
種が変わり燃焼効率が刻々変動する場合は、結果として
層温が低くなる（燃焼効率が計画平均値より小のとき）
かあるいは高くなる（燃焼効率が計画平均値より大のと
き）。
である燃料流量は主として先行値１３１７と層温偏差の
フィードバック１３０８ｃの和で与えられる。ここで先
行値１３１７は燃焼効率が、例えば９９．５％と計画平
均値に固定した上で算出されている。従って供給炭の炭
種が変わり燃焼効率が刻々変動する場合は、結果として
層温が低くなる（燃焼効率が計画平均値より小のとき）
かあるいは高くなる（燃焼効率が計画平均値より大のと
き）。
【００１２】燃焼効率が９９．５％から、例えばボイラ
として保証するべき最低値９８．８％に下がるとすれ
ば、流動層温度は１３℃程度変化する。これは層温偏差
のフィードバック１３０８ｃが変動することで吸収され
る。しかしフィードバック１３０８ｃを作る調節器１３
０７ｃでは比例定数あるいは積分時間は粉砕石炭と水か
らなるペースト状燃料（ＣＷＰ）中の水分の計画値を基
にして調節、固定されているものであり、ボイラの静定
状態においても燃焼効率が大きく変化する場合はこの外
乱を吸収しきれず、層温あるいは最終的には蒸気温度が
変動し、計画時に許容値に入らないという問題があっ
た。
として保証するべき最低値９８．８％に下がるとすれ
ば、流動層温度は１３℃程度変化する。これは層温偏差
のフィードバック１３０８ｃが変動することで吸収され
る。しかしフィードバック１３０８ｃを作る調節器１３
０７ｃでは比例定数あるいは積分時間は粉砕石炭と水か
らなるペースト状燃料（ＣＷＰ）中の水分の計画値を基
にして調節、固定されているものであり、ボイラの静定
状態においても燃焼効率が大きく変化する場合はこの外
乱を吸収しきれず、層温あるいは最終的には蒸気温度が
変動し、計画時に許容値に入らないという問題があっ
た。
【００１３】また、負荷上昇時または負荷下降時の過渡
時にあっては上述の比例定数あるいは積分時間は主とし
て１００％負荷の計画値を基に調節、固定されていて本
来過渡時での外乱を吸収しにくいものである。また、負
荷変動時は層高が変化し、燃料（チャー）の層内滞留時
間、従って燃焼効率は大きく変動する。このように負荷
変動時には、層温あるいは最終的には蒸気温度が変動
し、計画時の許容値に入らないという問題があった。
時にあっては上述の比例定数あるいは積分時間は主とし
て１００％負荷の計画値を基に調節、固定されていて本
来過渡時での外乱を吸収しにくいものである。また、負
荷変動時は層高が変化し、燃料（チャー）の層内滞留時
間、従って燃焼効率は大きく変動する。このように負荷
変動時には、層温あるいは最終的には蒸気温度が変動
し、計画時の許容値に入らないという問題があった。
【００１４】本発明の課題はボイラの静定状態において
燃焼効率が大きく変化する場合または負荷が変動してい
る場合などにおいて、ボイラの蒸気温度が計画時の許容
値に入るように制御が可能な加圧流動層ボイラの適応制
御装置と方法を提供することである。
燃焼効率が大きく変化する場合または負荷が変動してい
る場合などにおいて、ボイラの蒸気温度が計画時の許容
値に入るように制御が可能な加圧流動層ボイラの適応制
御装置と方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は次の構成
によって達成される。すなわち、ボイラ火炉の熱交換器
を浸漬させた流動層の負荷要求に対応した温度設定値に
対して、燃料供給量を操作することにより、流動層温度
を定値追従させる加圧流動層ボイラの制御装置におい
て、燃料供給量、熱交換器での水・蒸気エンタルピ・ピ
ックアップ量および排ガス温度の各計測手段と該計測手
段による各計測値を用いて、流動層内での燃焼効率を推
定する燃焼効率推定手段を備えた加圧流動層ボイラ適応
制御装置である。
によって達成される。すなわち、ボイラ火炉の熱交換器
を浸漬させた流動層の負荷要求に対応した温度設定値に
対して、燃料供給量を操作することにより、流動層温度
を定値追従させる加圧流動層ボイラの制御装置におい
て、燃料供給量、熱交換器での水・蒸気エンタルピ・ピ
ックアップ量および排ガス温度の各計測手段と該計測手
段による各計測値を用いて、流動層内での燃焼効率を推
定する燃焼効率推定手段を備えた加圧流動層ボイラ適応
制御装置である。
【００１６】本発明の加圧流動層ボイラ適応制御装置で
は、燃焼効率推定手段での燃焼効率推定値に対応して、
ボイラ火炉に投入すべき燃料流量を補正する手段を備え
た構成とすることができる。
は、燃焼効率推定手段での燃焼効率推定値に対応して、
ボイラ火炉に投入すべき燃料流量を補正する手段を備え
た構成とすることができる。
【００１７】燃料流量を補正する手段としては燃焼効率
推定手段での燃焼効率推定値に対応して算出される必要
投入燃料流量値に補正係数を乗ずる乗算器などを用い
る。
推定手段での燃焼効率推定値に対応して算出される必要
投入燃料流量値に補正係数を乗ずる乗算器などを用い
る。
【００１８】本発明の課題は次の構成によって達成され
る。すなわち、ボイラ火炉の熱交換器を浸漬させた流動
層の負荷要求に対応した温度設定値に対して、燃料供給
量を操作することにより、流動層温度を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御方法において、燃料供給量、熱
交換器での水・蒸気エンタルピ・ピックアップ量および
排ガス温度の各計測値を用いて流動層内での燃焼効率を
推定して、これに応じた燃料供給量を求める加圧流動層
ボイラ適応制御方法である。
る。すなわち、ボイラ火炉の熱交換器を浸漬させた流動
層の負荷要求に対応した温度設定値に対して、燃料供給
量を操作することにより、流動層温度を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御方法において、燃料供給量、熱
交換器での水・蒸気エンタルピ・ピックアップ量および
排ガス温度の各計測値を用いて流動層内での燃焼効率を
推定して、これに応じた燃料供給量を求める加圧流動層
ボイラ適応制御方法である。
【００１９】本発明により、例えば炭種の変動によって
層内での燃焼効率が変動する場合であっても、或いは負
荷変動時であって層高が変化する事により燃料の層内滞
留時間が変わる事などに起因して燃焼効率が変化する場
合であっても、燃焼効率に応じてＣＷＰ燃料流量を微調
整でき、これにより流動層への入熱量が一定に保持でき
るので、燃焼効率の大小による層温、層高、蒸気温度の
揺動は抑制され、プラントの高効率な運転が可能とな
る。
層内での燃焼効率が変動する場合であっても、或いは負
荷変動時であって層高が変化する事により燃料の層内滞
留時間が変わる事などに起因して燃焼効率が変化する場
合であっても、燃焼効率に応じてＣＷＰ燃料流量を微調
整でき、これにより流動層への入熱量が一定に保持でき
るので、燃焼効率の大小による層温、層高、蒸気温度の
揺動は抑制され、プラントの高効率な運転が可能とな
る。
【００２０】上記のように本発明では、ボイラ火炉の排
ガス温度及び熱交換器における水・蒸気のエンタルピ・
ピックアップを計測し、この計測値から燃焼効率を推定
し、この推定値を用いて燃料の必要投入量を決める。こ
れにより、燃焼効率がオンライン／リアルタイムでは測
定されず、例えば炭種に応じて時々刻々変動する燃焼効
率の場合であっても、あるいは負荷変動時であって層高
が変化する事による時々刻々変動する燃焼効率の場合で
あっても、流動層への投入熱量を一定にキープする様な
ＣＷＰ燃料流量補正が常にかかるので、炭種の差あるい
は層高変化による燃焼効率の変動による、層温、層高、
蒸気温度の変動は抑制され、プラントを高効率で運転で
きる。
ガス温度及び熱交換器における水・蒸気のエンタルピ・
ピックアップを計測し、この計測値から燃焼効率を推定
し、この推定値を用いて燃料の必要投入量を決める。こ
れにより、燃焼効率がオンライン／リアルタイムでは測
定されず、例えば炭種に応じて時々刻々変動する燃焼効
率の場合であっても、あるいは負荷変動時であって層高
が変化する事による時々刻々変動する燃焼効率の場合で
あっても、流動層への投入熱量を一定にキープする様な
ＣＷＰ燃料流量補正が常にかかるので、炭種の差あるい
は層高変化による燃焼効率の変動による、層温、層高、
蒸気温度の変動は抑制され、プラントを高効率で運転で
きる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明になる加圧流動層ボ
イラ適応制御装置についてその一実施例を図面を用いて
説明する。図１にボイラ火炉とＣＷＰ燃料供給系の概略
図を示す。ＣＷＰ供給系３０１で混練製造されたＣＷＰ
はＣＷＰポンプ３０３による駆動力によってボイラ火炉
２０１中の流動層３０４に投入される。ＣＷＰは層３０
４内で燃焼し、その燃焼による発熱で空気分散板３１０
から流入する流動化空気３０５が昇温され、燃焼排ガス
３０６となってボイラ火炉２０１外に出され、脱塵装置
３０７を経てガスタービン３０８を駆動する。
イラ適応制御装置についてその一実施例を図面を用いて
説明する。図１にボイラ火炉とＣＷＰ燃料供給系の概略
図を示す。ＣＷＰ供給系３０１で混練製造されたＣＷＰ
はＣＷＰポンプ３０３による駆動力によってボイラ火炉
２０１中の流動層３０４に投入される。ＣＷＰは層３０
４内で燃焼し、その燃焼による発熱で空気分散板３１０
から流入する流動化空気３０５が昇温され、燃焼排ガス
３０６となってボイラ火炉２０１外に出され、脱塵装置
３０７を経てガスタービン３０８を駆動する。
【００２２】燃焼排ガス３０６の温度は温度計３０９に
より計測され、計測信号３１１および各熱交換器のエン
タルピックアップ３１４はＣＷＰ燃料流量補正信号計算
装置３１２に入力される。熱交換器としては一次水壁２
０２、二次過熱器２０３、三次過熱器２０５、再熱器２
０６がそれぞれ設けられている。高圧タービン２１２で
仕事をした後、再熱器２０６で加熱された蒸気は中低圧
タービン２１７に送られる。
より計測され、計測信号３１１および各熱交換器のエン
タルピックアップ３１４はＣＷＰ燃料流量補正信号計算
装置３１２に入力される。熱交換器としては一次水壁２
０２、二次過熱器２０３、三次過熱器２０５、再熱器２
０６がそれぞれ設けられている。高圧タービン２１２で
仕事をした後、再熱器２０６で加熱された蒸気は中低圧
タービン２１７に送られる。
【００２３】計測信号３１１および各熱交換器のエンタ
ルピ・ピックアップ３１４と一次水壁２０２、二次過熱
器２０３、三次過熱器２０５、再熱器２０６の熱交換器
信号が入力されるＣＷＰ燃料流量補正信号計算装置３１
２ではボイラマスタから与えられているＣＷＰ燃料流量
を時々刻々変動する燃焼効率に応じて補正する補正信号
３１３が計算され、この信号によりＣＷＰポンプ３０３
の制御がなされ、時々刻々燃焼効率が変動しても、これ
に相応したＣＷＰ燃料を供給し、層温、層高、蒸気温度
が変動せず、設定値に追従できるようにする。
ルピ・ピックアップ３１４と一次水壁２０２、二次過熱
器２０３、三次過熱器２０５、再熱器２０６の熱交換器
信号が入力されるＣＷＰ燃料流量補正信号計算装置３１
２ではボイラマスタから与えられているＣＷＰ燃料流量
を時々刻々変動する燃焼効率に応じて補正する補正信号
３１３が計算され、この信号によりＣＷＰポンプ３０３
の制御がなされ、時々刻々燃焼効率が変動しても、これ
に相応したＣＷＰ燃料を供給し、層温、層高、蒸気温度
が変動せず、設定値に追従できるようにする。
【００２４】次に本実施例の層温、再熱蒸気温度の制御
および層高制御ブロック図を図２に示す。再熱器ベッド
ＣＷＰ流量指令１３１８により、流動層温度１３１５が
層温設定値１３１６に追従するように制御が行われ、ま
た層高設定値１３１２により再熱蒸気温度１３０１が層
温設定値１３１６に追従するように制御が行われる。ま
た、層高制御設備１３１４により層高１３１３が層高設
定値１３１２に追従するように制御が行われる。このう
ち再熱器ベッドＣＷＰ流量指令１３１８を与えるに際
し、本実施例では排ガス温度１３１９および各熱交換器
のエンタルピ・ピックアップ１３２４を計測し、これを
適応制御設備１３２０に入力して、この適応制御設備１
３２０内で燃焼効率の推定及びこれに対応した補正係数
１３２１を演算し、これを乗算器１３２２で燃料流量先
行値１３１７に乗じて適応先行値１３２３を構成する。
適応先行値１３２３と層温偏差１３０６ｃのフィードバ
ック調節量１３０８ｃ及び層高偏差１３０６ｂのフィー
ドバック調節量１３０８ｄの総和が再熱器ベッドＣＷＰ
流量指令（ＢＦＲＤ）１３１８なる。
および層高制御ブロック図を図２に示す。再熱器ベッド
ＣＷＰ流量指令１３１８により、流動層温度１３１５が
層温設定値１３１６に追従するように制御が行われ、ま
た層高設定値１３１２により再熱蒸気温度１３０１が層
温設定値１３１６に追従するように制御が行われる。ま
た、層高制御設備１３１４により層高１３１３が層高設
定値１３１２に追従するように制御が行われる。このう
ち再熱器ベッドＣＷＰ流量指令１３１８を与えるに際
し、本実施例では排ガス温度１３１９および各熱交換器
のエンタルピ・ピックアップ１３２４を計測し、これを
適応制御設備１３２０に入力して、この適応制御設備１
３２０内で燃焼効率の推定及びこれに対応した補正係数
１３２１を演算し、これを乗算器１３２２で燃料流量先
行値１３１７に乗じて適応先行値１３２３を構成する。
適応先行値１３２３と層温偏差１３０６ｃのフィードバ
ック調節量１３０８ｃ及び層高偏差１３０６ｂのフィー
ドバック調節量１３０８ｄの総和が再熱器ベッドＣＷＰ
流量指令（ＢＦＲＤ）１３１８なる。
【００２５】次に適応制御設備１３２０とこれから出力
される補正係数１３２１の内容を数式により説明する。
そのために、状態変数（層温に相当）、状態変数を操作
する操作変数（燃料流量に相当）及びこれらの時間変化
を支配する時間微分方程式によって、時間微分方程式が
時間的に変動するパラメータ（燃料ＣＷＰ中水分量に相
当）を含む場合の適応操作変数を計算する方法を説明す
る。状態変数をＸ（複数個あるので、これはベクトル表
示されたものとする。）、操作変数をｕ（これもベクト
ル表示されたものとする。）及び時間的に変動するパラ
メータをαと記し、これらを支配する時間微分方程式は
次の数式１のようになる。
される補正係数１３２１の内容を数式により説明する。
そのために、状態変数（層温に相当）、状態変数を操作
する操作変数（燃料流量に相当）及びこれらの時間変化
を支配する時間微分方程式によって、時間微分方程式が
時間的に変動するパラメータ（燃料ＣＷＰ中水分量に相
当）を含む場合の適応操作変数を計算する方法を説明す
る。状態変数をＸ（複数個あるので、これはベクトル表
示されたものとする。）、操作変数をｕ（これもベクト
ル表示されたものとする。）及び時間的に変動するパラ
メータをαと記し、これらを支配する時間微分方程式は
次の数式１のようになる。
【数１】
【００２６】ここでＯ(ｔ)（これもベクトル表示された
ものとする。）は出力指令に相当する運転条件である。
上式で状態変数Ｘ（ｔ）が設定値Ｘsv（ｔ）（これもベ
クトル表示されたものとする。）に等しいとして、下記
の数式２を得る。
ものとする。）は出力指令に相当する運転条件である。
上式で状態変数Ｘ（ｔ）が設定値Ｘsv（ｔ）（これもベ
クトル表示されたものとする。）に等しいとして、下記
の数式２を得る。
【数２】
【００２７】さらに、過渡変化の程度を示すＸsv（ｔ）
の微分値を無視する近似により、数式３が得られる。
の微分値を無視する近似により、数式３が得られる。
【数３】
【００２８】これから、状態変数Ｘと操作変数ｕの個数
が等しい場合は、特殊な場合を除けば逆算ができて、次
の数式４
が等しい場合は、特殊な場合を除けば逆算ができて、次
の数式４
【数４】 と解ける。本式で与えられる操作変数ｕ（ｔ）（これを
パラメータα（ｔ）の時間変化に適応するという意味で
適応操作量と呼ぶ）を用いて上記時間微分方程式で規定
される体系を制御すれば、過渡変化（Ｘsv（ｔ）の微分
値あるいはＸ（ｔ）の微分値）を無視する限りの近似に
おいて、状態変数Ｘ（ｔ）を設定値ＸSV（ｔ）に時々刻
々追従させることができる。
パラメータα（ｔ）の時間変化に適応するという意味で
適応操作量と呼ぶ）を用いて上記時間微分方程式で規定
される体系を制御すれば、過渡変化（Ｘsv（ｔ）の微分
値あるいはＸ（ｔ）の微分値）を無視する限りの近似に
おいて、状態変数Ｘ（ｔ）を設定値ＸSV（ｔ）に時々刻
々追従させることができる。
【００２９】以上の一般論を加圧流動層ボイラの燃料流
量の適応先行値１３２３を求める場合に適応する。はじ
めに蒸気エンタルピ、伝熱管メタル温度、層温、ガス温
度および層内燃焼量の時間変化を規定する微分方程式を
示す。ここで、上記の物理量をすべて集中定数系で扱
う。
量の適応先行値１３２３を求める場合に適応する。はじ
めに蒸気エンタルピ、伝熱管メタル温度、層温、ガス温
度および層内燃焼量の時間変化を規定する微分方程式を
示す。ここで、上記の物理量をすべて集中定数系で扱
う。
【００３０】ボイラ火炉の再熱器側の火炉２０１には一
次水壁２０２、二次過熱器２０３、三次過熱器２０５お
よび再熱器２０６が設置されている。これらの熱交換器
のうち全負荷（１００％）では、一次水壁２０２以外の
全伝熱管は流動層に浸漬するように流動層の層高は約
４．５ｍ以上に設定され、部分負荷（≧３０％）では、
層高は約１．５ｍ以上に設定され、全熱交換器について
その一部は層内に浸漬され、また残りの一部はガス中に
さらされることになる。さらに、起動時には一次水壁２
０２以外の全伝熱管はガス中にさらされる。
次水壁２０２、二次過熱器２０３、三次過熱器２０５お
よび再熱器２０６が設置されている。これらの熱交換器
のうち全負荷（１００％）では、一次水壁２０２以外の
全伝熱管は流動層に浸漬するように流動層の層高は約
４．５ｍ以上に設定され、部分負荷（≧３０％）では、
層高は約１．５ｍ以上に設定され、全熱交換器について
その一部は層内に浸漬され、また残りの一部はガス中に
さらされることになる。さらに、起動時には一次水壁２
０２以外の全伝熱管はガス中にさらされる。
【００３１】以上のように図３に示すレイアウトの内の
部分負荷（３０〜１００％）で、熱交換器の一部は流動
層内に浸漬され、残りはガス中にさらされる場合が数式
で説明するに際してのモデル記述として最も一般的にな
るので、この場合のモデル説明をする。
部分負荷（３０〜１００％）で、熱交換器の一部は流動
層内に浸漬され、残りはガス中にさらされる場合が数式
で説明するに際してのモデル記述として最も一般的にな
るので、この場合のモデル説明をする。
【００３２】まず、水・蒸気側、伝熱管メタル、流動層
およびガスのエネルギーバランスから次の数式５〜数式
８を導くことができる。（水・蒸気）
およびガスのエネルギーバランスから次の数式５〜数式
８を導くことができる。（水・蒸気）
【数５】 （伝熱管メタル）
【数６】 （層）
【数７】 （ガス）
【数８】
【００３３】ここで、
【数９】
【００３４】この中で、層内燃焼量Ｇfpあるいは水分投
入量ＧH2Oは次の数式１０で表わすことができる。
入量ＧH2Oは次の数式１０で表わすことができる。
【数１０】 ここで、ηは層内燃焼効率（−）、ＧCWP、ＧFUELは各
ＣＷＰおよびＣＷＰ中の石炭の流量（ｋｇ／ｓ）であ
り、γはＣＷＰ含有水分率（−）である。
ＣＷＰおよびＣＷＰ中の石炭の流量（ｋｇ／ｓ）であ
り、γはＣＷＰ含有水分率（−）である。
【００３５】以上数式（１）I、（２）I、（３）および
（４）式からボイラ火炉／層およびガス全体についての
エネルギーバランス式として数式１１を得る。
（４）式からボイラ火炉／層およびガス全体についての
エネルギーバランス式として数式１１を得る。
【数１１】
【００３６】これに式（５）ａ〜（５）ｃを適用して、
ＣＷＰ流量ＧCWPとＣＷＰ中の水分比率γとを使って数
式１２が成立する。
ＣＷＰ流量ＧCWPとＣＷＰ中の水分比率γとを使って数
式１２が成立する。
【数１２】 左辺に示す火炉への投入顕熱量
【数１３】 と燃焼による発熱量Ｈuη（１−γ）ＧCWPとが、右辺に
示すエンタルピ・ピックアップの総量
示すエンタルピ・ピックアップの総量
【数１４】 とＣＷＰ中水分の蒸発熱ｑevapγＧCWPおよび排ガスエ
ネルギに変換される。
ネルギに変換される。
【００３７】層内燃焼効率ηは数式（６）から、
【数１５】 と計算され、これを現時点での計測量
【数１６】 を使って計算したという意味でηtと右肩に時刻ｔを付
す事で示す。
す事で示す。
【００３８】この層内燃焼効率の推定値ηtを既知量と
して設定値（右肩に０と記す。）
して設定値（右肩に０と記す。）
【数１７】 を与えるための必要なＣＷＰ流量（ＧCWP）reg.（右肩
のｒｅｇ．は必要値（required）であることを示す。）
は、やはり式（６）でηをηt、また他の量は設定値
（右肩に０と記す。）であるとして数式１８のように求
められている。
のｒｅｇ．は必要値（required）であることを示す。）
は、やはり式（６）でηをηt、また他の量は設定値
（右肩に０と記す。）であるとして数式１８のように求
められている。
【数１８】
【００３９】一方、ボイラマスタからは層内燃焼効率η
が設計計画値（η）0（たとえば層高４ｍであれば０．
９８（＝９８％）等）の条件下で式（８）のηtを
（η）0と置き換えた数式１９
が設計計画値（η）0（たとえば層高４ｍであれば０．
９８（＝９８％）等）の条件下で式（８）のηtを
（η）0と置き換えた数式１９
【００４０】
【数１９】 が先行値として与えられており、式（８）を式（９）か
らの補正した数式２０
らの補正した数式２０
【数２０】 の形に書き直すことで、適応制御設備１３２０から出力
される補正係数１３２１が求められる。
される補正係数１３２１が求められる。
【００４１】なお、燃焼効率ηが変動する場合の層温変
動幅を具体的に説明する。バランス式から下記の数式２
１が導ける。
動幅を具体的に説明する。バランス式から下記の数式２
１が導ける。
【数２１】
【００４２】ここで
【数２２】 である。
【００４３】以上の総和をとると、
【数２３】 であり、１００％負荷を想定して式（１１）の左辺の最
後の項で表現されるガスから伝熱管への熱吸収量を無視
すると層温ＴBを次の数式２４で計算できる。
後の項で表現されるガスから伝熱管への熱吸収量を無視
すると層温ＴBを次の数式２４で計算できる。
【数２４】
【００４４】燃焼効率ηはＧfp＝ηＧFUELにおいて表わ
れるから、式（１２）からηの変動に対するＴBの変動
が −ＫδＴB＋ＨｕδηＧFUEL＝０ から δＴB＝（ＨｕＧFUEL／Ｋ）δη と求まる。１００％負荷で具体的に計算すると、
れるから、式（１２）からηの変動に対するＴBの変動
が −ＫδＴB＋ＨｕδηＧFUEL＝０ から δＴB＝（ＨｕＧFUEL／Ｋ）δη と求まる。１００％負荷で具体的に計算すると、
【００４５】 Ｋ＝ＣASHＧLIME＋ＣgＧgt＋ＣASHＧUBC＋ＣH20ＧH20 ＝０．３５＊５．６×１０-4＋０．２７＊１２３．９＋０＋１＊２．９ ＝３６．４ｋｃａｌ／℃ｓ ＧFUEL＝１０．３ｋｇ／ｓ Ｈｕ＝６５００ｋｃａｌ／ｋｇ を代入すると δＴB＝（ＨｕＧFUEL／Ｋ）δη ＝｛（６５００×１０．３）／３６．４｝×δη ＝１８３９．３℃×δη。
【００４６】以上の計算結果から、たとえば平均値とし
てη＝９９．５％を想定し、これから最低レベルη＝９
９．８％に変動（δη＝０．７％）とすれば δＴB＝１８３９．３℃×０．７ ＝１２．９℃ の変動となる。
てη＝９９．５％を想定し、これから最低レベルη＝９
９．８％に変動（δη＝０．７％）とすれば δＴB＝１８３９．３℃×０．７ ＝１２．９℃ の変動となる。
【００４７】以上のように、本発明によれば、ボイラ火
炉の排ガス温度および熱交換器における水・蒸気のエン
タルピ・ピックアップを計測し、この計測値から燃焼効
率を推定し、この推定値を用いて燃料の必要投入量を決
める。これにより、燃焼効率がオンライン（リアルタイ
ム）では測定されず、炭種に応じて燃焼効率が時々刻々
変動する場合、あるいは負荷変動時であって層高が変化
することにより燃料の層内滞留時間が変化して燃焼効率
が時々刻々変動する場合に、流動層への投入熱量を一定
にキープするようなＣＷＰ燃料流量補正が常にかかるの
で、炭種の差あるいは層高変化による燃焼効率変動に起
因する層温、層高、蒸気温度の変動は抑制され、プラン
トを高効率で運転できるという効果がある。
炉の排ガス温度および熱交換器における水・蒸気のエン
タルピ・ピックアップを計測し、この計測値から燃焼効
率を推定し、この推定値を用いて燃料の必要投入量を決
める。これにより、燃焼効率がオンライン（リアルタイ
ム）では測定されず、炭種に応じて燃焼効率が時々刻々
変動する場合、あるいは負荷変動時であって層高が変化
することにより燃料の層内滞留時間が変化して燃焼効率
が時々刻々変動する場合に、流動層への投入熱量を一定
にキープするようなＣＷＰ燃料流量補正が常にかかるの
で、炭種の差あるいは層高変化による燃焼効率変動に起
因する層温、層高、蒸気温度の変動は抑制され、プラン
トを高効率で運転できるという効果がある。
【図１】 本発明の加圧流動層ボイラ火炉へのＣＷＰ燃
料の供給システムを説明する図である。
料の供給システムを説明する図である。
【図２】 本発明の加圧流動層ボイラの層温、層高、お
よび再熱蒸気温度制御システムを示す図である。
よび再熱蒸気温度制御システムを示す図である。
【図３】 加圧流動層ボイラの水・蒸気系の流れを示す
図である。
図である。
【図４】 従来技術になる層温、層高、および再熱蒸気
温度制御システムを示す図である。
温度制御システムを示す図である。
１０１、２０１ 火炉 １０２、２０２
一次水壁 １０３ 一次蒸発器 １０４ 気水分
離器 １０５ 一次過熱器 １０６ 第二段
スプレー １０７ 四次過熱器 ２０２ 一次水
壁 ２０３ 二次過熱器 ２０４ 水スプ
レー ２０５ 三次過熱器 ２０６ 再熱器 ２１１ 主蒸気管 ２１２ 高圧タ
ービン ２１３ 再熱器スプレー ２１４ 低温再
熱配管 ２１６ 高温再熱管 ２１７ 中低圧
タービン ３０１ ＣＷＰ供給系 ３０３ ＣＷＰ
ポンプ ３０４ 流動層 ３０５ 流動化
空気 ３０６ 燃焼排ガス ３０７ 脱塵装
置 ３０８ ガスタービン ３０９ 温度計 ３１０ 空気分散板 ３１１ 計測信
号 ３１２ ＣＷＰ燃料流量補正信号計算装置 ３１３ ＣＷＰ燃焼流量を燃焼効率に応じて補正する補
正信号 ３１４ 各熱交換器のエンタルピックアップ １３０１ 再熱蒸気温度 １３０６ａ 再
熱蒸気温度偏差 １３０６ｂ 流動層高偏差 １３０６ｃ 流
動層温度偏差 １３０８ フィードバック調節量 １３１２ 流動
層高設定値 １３１３ 流動層高 １３１４ 層高
制御設備 １３１５ 流動層温度 １３１６ 層温
設定値 １３１７ 燃料流量先行値 １３１８ 再熱器ベッドＣＷＰ流量指令 １３１９ 排ガス温度 １３２０ 適応
制御設備 １３２１ 燃焼効率の対応した補正係数 １３２２ 乗算器 １３２３ 適応
先行値 １３２４ 各熱交換器のエンタルピ・ピックアップ
一次水壁 １０３ 一次蒸発器 １０４ 気水分
離器 １０５ 一次過熱器 １０６ 第二段
スプレー １０７ 四次過熱器 ２０２ 一次水
壁 ２０３ 二次過熱器 ２０４ 水スプ
レー ２０５ 三次過熱器 ２０６ 再熱器 ２１１ 主蒸気管 ２１２ 高圧タ
ービン ２１３ 再熱器スプレー ２１４ 低温再
熱配管 ２１６ 高温再熱管 ２１７ 中低圧
タービン ３０１ ＣＷＰ供給系 ３０３ ＣＷＰ
ポンプ ３０４ 流動層 ３０５ 流動化
空気 ３０６ 燃焼排ガス ３０７ 脱塵装
置 ３０８ ガスタービン ３０９ 温度計 ３１０ 空気分散板 ３１１ 計測信
号 ３１２ ＣＷＰ燃料流量補正信号計算装置 ３１３ ＣＷＰ燃焼流量を燃焼効率に応じて補正する補
正信号 ３１４ 各熱交換器のエンタルピックアップ １３０１ 再熱蒸気温度 １３０６ａ 再
熱蒸気温度偏差 １３０６ｂ 流動層高偏差 １３０６ｃ 流
動層温度偏差 １３０８ フィードバック調節量 １３１２ 流動
層高設定値 １３１３ 流動層高 １３１４ 層高
制御設備 １３１５ 流動層温度 １３１６ 層温
設定値 １３１７ 燃料流量先行値 １３１８ 再熱器ベッドＣＷＰ流量指令 １３１９ 排ガス温度 １３２０ 適応
制御設備 １３２１ 燃焼効率の対応した補正係数 １３２２ 乗算器 １３２３ 適応
先行値 １３２４ 各熱交換器のエンタルピ・ピックアップ
Claims (7)
- 【請求項１】 ボイラ火炉の熱交換器を浸漬させた流動
層の負荷要求に対応した温度設定値に対して、燃料供給
量を操作することにより、流動層温度を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御装置において、 燃料供給量、熱交換器での水・蒸気エンタルピ・ピック
アップ量および排ガス温度の各計測手段と該計測手段に
よる各計測値を用いて、流動層内での燃焼効率を推定す
る燃焼効率推定手段を備えたことを特徴とする加圧流動
層ボイラ適応制御装置。 - 【請求項２】 燃焼効率推定手段での燃焼効率推定値に
対応して、ボイラ火炉に投入すべき燃料流量を補正する
手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の加圧流動
層ボイラ適応制御装置。 - 【請求項３】 燃料流量を補正する手段は、燃焼効率推
定手段での燃焼効率推定値に対応して算出される必要投
入燃料流量値に補正係数を乗ずる乗算器であることを特
徴とする請求項１または２記載の加圧流動層ボイラ適応
制御装置。 - 【請求項４】 ボイラ火炉の熱交換器を浸漬させた流動
層の負荷要求に対応した温度設定値に対して、燃料供給
量を操作することにより、流動層温度を定値追従させる
加圧流動層ボイラの制御方法において、 燃料供給量、熱交換器での水・蒸気エンタルピ・ピック
アップ量および排ガス温度の各計測値を用いて流動層内
での燃焼効率を推定して、これに応じた燃料供給量を求
めることを特徴とする加圧流動層ボイラ適応制御方法。 - 【請求項５】 燃料供給量、熱交換器での水・蒸気エン
タルピ・ピックアップ量および排ガス温度の各計測値を
用いて流動層内での燃焼効率を推定し、該推定値に対応
して、ボイラ火炉に投入すべき燃料流量を補正すること
を特徴とする請求項４記載の加圧流動層ボイラ適応制御
方法。 - 【請求項６】 燃料流量、熱交換器の水・蒸気エンタル
ピ・ピックアップ量および排ガス温度の各計測値を用い
て推定計算した流動層内での燃焼効率をパラメータとし
て必要燃料流量を算出し、燃料流量値が前記算出値に一
致するように、ボイラマスタから関数により計算される
値に補正係数を乗ずることを特徴とする請求項４または
５記載の加圧流動層ボイラ適応制御方法。 - 【請求項７】 ボイラ火炉の排ガス温度及び熱交換器で
の水・蒸気エンタルピ・ピックアップを計測し、この計
測値から現時点の燃焼効率を推定し、この推定された燃
焼効率に対し前記排ガス温度と前記エンタルピ・ピック
アップが計画値と合うように燃料供給量を計算し、この
計算値に燃料供給量が一致するように燃料供給量を補正
することを特徴とする加圧流動層ボイラ適応制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP936696A JPH09196311A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 加圧流動層ボイラ適応制御装置と方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP936696A JPH09196311A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 加圧流動層ボイラ適応制御装置と方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196311A true JPH09196311A (ja) | 1997-07-29 |
Family
ID=11718486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP936696A Pending JPH09196311A (ja) | 1996-01-23 | 1996-01-23 | 加圧流動層ボイラ適応制御装置と方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196311A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114626777A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-06-14 | 华能国际电力股份有限公司日照电厂 | 一种生物质耦合发电送料车辆管理控制系统 |
-
1996
- 1996-01-23 JP JP936696A patent/JPH09196311A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114626777A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-06-14 | 华能国际电力股份有限公司日照电厂 | 一种生物质耦合发电送料车辆管理控制系统 |
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