JPH09968A - 微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法および装置 - Google Patents

微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法および装置

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JPH09968A
JPH09968A JP7147396A JP14739695A JPH09968A JP H09968 A JPH09968 A JP H09968A JP 7147396 A JP7147396 A JP 7147396A JP 14739695 A JP14739695 A JP 14739695A JP H09968 A JPH09968 A JP H09968A
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康夫 新井
Takeshi Kaneuji
武 金氏
Nozomi Iyama
望 井山
Koji Yamamoto
晃二 山本
Yukio Miyama
幸穂 深山
Shunichi Tsumura
俊一 津村
Takayo Kawase
隆世 川瀬
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標負荷に従って自動制御する微粉炭燃焼ボ
イラ用ミルの制御方法において、ミルウォーミングアッ
プ時間を正確に予測でき負荷追従性のよい制御装置を提
供する。 【構成】 各時刻における目標負荷スケジュールを入力
する負荷入力部1と、入力された負荷スケジュールに従
ってミルへの給炭開始時刻を演算する給炭時刻演算部
と、ミルのウォーミングアップ開始前のミル状態、ウォ
ーミング時にミルに供給される一次空気、周囲温度の時
間経過などのミルプロセスデータを入力するミルプロセ
スデータ入力部3と、入力されたミルプロセスデータに
基づきミルのウォーミング所要時間を算出するミルシミ
ュレーションモデル4と、給炭開始時刻とミルウォーミ
ング時間とによりウォーミング開始時刻を算出するウォ
ーミング時刻演算部5と、給炭開始時刻とミルウォーミ
ング開始時刻に基づきミルを制御する制御部6とを備え
た微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭粉砕用ミルを使用
する微粉炭燃焼ボイラを備えた発電プラントの制御装置
に係り、特にあらかじめ決められた負荷スケジュールど
うりに運用するのに好適な微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制
御方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】まず、微粉炭燃焼ボイラ用ミルのウォー
ミングについて説明する。ミル粉砕能力の確保のために
は、ミル内の乾燥率を確保することが重要であり、この
ため給炭量に対し熱空気と冷空気のバランスをとってミ
ル出口空気温度が設定値(通常80℃)となるよう制御
している。ミル起動時も、石炭投入前にミル出口空気温
度が設定値となるよう暖気運転をしてから、給炭を開始
し、この暖気運転をミルウォーミングという。
【0003】次に、ミルウォーミング時間について説明
する。ミルウォーミングを開始してから、ミル出口空気
温度が設定値まで上昇する時間をミルウォーミング時間
という。この時間はミル停止時間や外気温度、一次空気
流量によって大きく変化し(数分から数10分のオーダ
ー)予測は困難であった。
【0004】次に、ミルウォーミング時刻の決定につい
て述べる。図1に示すように、ボイラ負荷を変化する場
合、ボイラ負荷により必要なミル台数は決まるので、負
荷変化に対応して投入すべきミルに対する必要な給炭開
始時刻(図1のa)は決まってくる。これに対し、 ミルウォーミング時刻(図1b)=給炭開始時刻(図1
a)−ミルウォーミング時間 として、ミルウォーミング時刻を決定しミルウォーミン
グ指令を出さなければならないが、ミルウォーミング時
間の予測が困難であるため、従来の制御装置では、次の
ようにミルウォーミング時間を想定していた。
【0005】方法1)最大必要な時間をミルウォーミン
グ時間としてスケジューリングする。方法2)ミル出口
温度に対する必要なミルウォーミング時間を関数(図
2)として持ちスケジューリングする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ミル
ウォーミングに必要な時間を知ることができないため、
以下の問題が頻発していた。 (1)ウォーミング時間を実際より短く設定(想定)し
た場合、給炭開始時刻になってもウォーミング完了して
いないためスケジュール遅延となる。 (2)ウォーミング時間を実際より長く設定した場合、
ミルウォーミングによる不要な動力(ミル動力および一
次通風機動力)を不必要に消費し所内率が増大してしま
うばかりでなく、高負荷変化時には複数台のミルウォー
ミングを同時に実施することとなり、通常、同時ウォー
ミングはできないため、スケジュールどうりの運用がで
きなくなる。 (3)前述方法1)ではもちろんのこと、方法2)にお
いても、ミルウォーミング時間はミルメタル温度の暖気
にかかる時間と相関が大きいにもかかわらずミル出口空
気温度しか見ていないため誤差が大きく、これらの問題
は解決されていない。
【0007】本発明の目的は、負荷スケジュールどうり
のミルの運用を可能とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制
御方法および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
本願で特許請求する発明は以下のとおりである。 (1)負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼ボイラ用
ミルを制御する方法において、各時刻における目標負荷
スケジュールを入力する工程と、入力された負荷スケジ
ュールにしたがってミルへの給炭開始時刻を演算する工
程と、ミルウォーミング開始前のミル内残炭量、ミルケ
ーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時の
ミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過に
基づいて、ミル内のエネルギバランスについて演算し、
ミル内温度の時間応答が所定の範囲で安定した状態でウ
ォーミング完了としてウォーミング時間を求める工程
と、前記給炭開始時刻とウォーミング時間に基づいてウ
ォーミング開始時刻を演算する工程と、前記給炭開始時
刻とウォーミング開始時刻に基づいてミルの制御を行な
う工程とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用
ミルの制御方法。
【0009】(2)負荷スケジュールに合わせて微粉炭
燃焼ボイラ用ミルを制御する装置において、各時刻にお
ける負荷スケジュールを入力する負荷入力部と、上記負
荷スケジュールに基づきミルへの給炭開始時刻を演算す
る給炭時刻演算部と、ミルウォーミング開始前のミルケ
ーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時の
ミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過な
どのデータをミルシミュレーションモデルに入力するミ
ルプロセス入力部と、上記入力データに基づきミル内温
度が所定範囲に達するまでのミルウォーミング時間を演
算するミルシミュレーションモデル部と、上記給炭開始
時刻とミルウォーミング時間に基づきウォーミング開始
時刻を算出するウォーミング時刻演算部と、前記給炭開
始時刻とミルウォーミング開始時刻に基づきミルを制御
する制御部とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイ
ラ用ミルの制御装置。
【0010】
【作用】ミルウォーミング時間の予測は下記にて行な
う。 1.ミルウォーミング開始前のミルケーシング温度、ミ
ル内温度を初期条件として設定する。 2.ウォーミング時のミルへの一次空気量、同温度の時
間変化を境界条件として仮定する(ミルウォーミング操
作法に応じて仮定する)。 3.ミル内のマスバランス、エネルギバランスの微分方
程式を、上記1.2.で与えた初期条件、境界条件を用
いて解く(時間応答を求める)。 4.上記3.で求めたミル内温度の時間応答が所定の値
を越え、安定した段階でウォーミング完了として、当該
時刻を得る。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図3により説明する。図3
において、1、2、5、6、7は従来の制御装置の構成
要素である。1は入力部であり、オペレータにより負荷
スケジュール(各時刻に対する負荷)を入力する入力表
示装置である。2は給炭時刻演算部であり、ミル給炭開
始時刻を演算する。5はウォーミング時刻演算部であ
り、ミルウォーミング開始時刻を演算する。6はミル制
御部であり、給炭時刻演算部2およびウォーミング時刻
演算部5の指令を受け、ミル関係のダンパ、給炭機等を
制御する部分である。7は石炭粉砕ミルであり、ミルモ
ータコンタクタや、給炭機コンタクタ等ミル本体の電気
接点を含む。3はミルプロセス入力部であり、ミルモデ
ル4の演算に必要なミルプロセスデータの入力装置であ
る。4はミルモデルであり、ミルウォーミング時間を演
算する部である。
【0012】ミルのウォーミング時間予測は、下記にて
行なう。微粉炭製造設備としてのミル出口管路を構成す
る金属の温度をTm 〔℃〕とすると、該金属は微粉炭製
造設備1から搬送される固気二相流から熱伝達率α
i 〔kcal/m2 s℃〕、伝熱面積Ai 〔m2 〕で加
熱され、熱量Q1 〔kcal/s〕を受ける。
【0013】
【数1】
【0014】同様に、温度Te 〔℃〕の周囲に熱量Qe
〔kcal/s〕の熱放散を行ない、この際の熱伝達率
をαe 〔kcal/m2 ℃〕、伝熱面積をAe とすると
【0015】
【数2】
【0016】であって、該金属の質量Wm 〔kg〕、比熱
m 〔kcal/kg℃〕とすれば次の熱収支が成立す
る。
【0017】
【数3】
【0018】微粉炭製造設備ミルにおける熱収支は次の
とおりである。
【0019】
【数4】
【0020】ここで、前出の(1)式、(2)式、
(3)式を考慮すれば、本例の動特性モデルは次式に帰
着できる。
【0021】
【数5】
【0022】
【数6】
【0023】
【数7】
【0024】
【数8】
【0025】以後は簡略化のため、(5)式の形式で議
論を進める。(5)式は、連続系のベクトル微分方程式
であって、これを計算機で解く方法は種々あるが、最も
簡単なのは前進オイラー法である。これは、時刻tk-1
において、ベクトルxk-1 =x(tk-1 )、ベクトルu
k-1 =u(tk-1 )が既知であるとすれば、tk ≒t
k-1 +Δt(Δt〔秒〕後)の状態は次式となる。な
お、入力u(t)は計測できるから、考察の時点以前は
全て既知であるのに対し、ベクトルxk-1 、θk-1は一
般に全成分が計測できるとは限らないが、後述のくり返
し計算により当該仮定は正当化できる。
【0026】
【数9】
【0027】(9)式は漸化式であり、前述したよう
に、微粉炭製造設備1の定常時または停止時の、ベクト
ルxの各成分の把握が容易な時点の値を与えれば、以後
は(9)式を時間の経過と共にくり返し用いることによ
り、前述のベクトルxk-1 は既知であるとの仮定は正当
化できる。(5)式を解く方法はこの他にも、ルンゲ=
クッタ法、パディ近似法、後進オイラー法、台形法等の
種々の手段があるが、これらは複雑さと引き換えに精度
や数値計算の安定性を狙った位置づけにあり、漸化式と
なる点では(9)式と本質的に変わらない。
【0028】以上述べた演算を行なうミルモデル4を使
って図3に示すようにミルの制御を行なう。入力部1か
らオペレータが時刻と目標負荷をキーイン(入力)し、
給炭時刻演算部2ではキーインされた負荷スケジュール
から給炭開始時刻を演算する。ミルプロセス入力部3に
より入力されたミルのプロセスデータからミルモデル4
によりミルウォーミング時間を前述した演算式を使って
計算する。ウォーミング時刻演算部5では給炭開始時刻
とミルウォーミング時間からミルウォーミング開始時刻
を算出する。以上により計算されたミルウォーミング時
刻および給炭開始時刻に基づき、ミル制御部6で必要な
ダンパや給炭器等のミル制御を行なう。
【0029】したがって、具体的にミルのウォーミング
時間を求める手順としては、図4に示すように、ミル停
止時のミル出口温度Toi、ミルケーシング温度Tmiを仮
定し、ウォーミング操作時の一次空気流量Wa 〔kg/
s〕、ミルの周囲温度Te ℃の時間変化を逐次入力しな
がら、(9)式をくり返し算出することにより、ミル出
口温度To 、ケーシング温度Tm の時間変化を予測可能
で、これらの値が所定の値の近傍に安定した時点をもっ
てウォーミング完了とすればよい。
【0030】
【発明の効果】本発明によればミルウォーミング時間を
正確に算出できるので、ボイラプラントの負荷スケジュ
ールに合わせて遅延なくミルおよびボイラの運用ができ
る。また、ミルウォーミングに過剰なエネルギ消費をす
ることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボイラ用ミルにおける給炭開始時刻とウォーミ
ング時間の関係を示す説明図。
【図2】従来技術の説明図。
【図3】本発明の全体構成図。
【図4】ミルウォーミング時間予測の方法を示す図。
【符号の説明】
1…負荷スケジュール入力部、2…給炭時刻演算部、3
…ミルプロセスデータ入力部、4…ミルシミュレーショ
ンモデル、5…ウォーミング時刻演算部、6…ミル制御
部、7…ミル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井山 望 東京都中央区銀座6丁目15番1号 電源開 発株式会社内 (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 (72)発明者 津村 俊一 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 川瀬 隆世 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼
    ボイラ用ミルを制御する方法において、各時刻における
    目標負荷スケジュールを入力する工程と、入力された負
    荷スケジュールにしたがってミルへの給炭開始時刻を演
    算する工程と、ミルウォーミング開始前のミル内残炭
    量、ミルケーシング温度、ミル内温度およびミルウォー
    ミング時のミルへの一次空気量と温度および周囲温度の
    時間経過に基づいて、ミル内のエネルギバランスについ
    て演算し、ミル内温度の時間応答が所定の範囲で安定し
    た状態でウォーミング完了としてウォーミング時間を求
    める工程と、前記給炭開始時刻とウォーミング時間に基
    づいてウォーミング開始時刻を演算する工程と、前記給
    炭開始時刻とウォーミング開始時刻に基づいてミルの制
    御を行なう工程とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼
    ボイラ用ミルの制御方法。
  2. 【請求項2】 負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼
    ボイラ用ミルを制御する装置において、各時刻における
    負荷スケジュールを入力する負荷入力部と、上記負荷ス
    ケジュールに基づきミルへの給炭開始時刻を演算する給
    炭時刻演算部と、ミルウォーミング開始前のミルケーシ
    ング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時のミル
    への一次空気量と温度および周囲温度の時間経過などの
    データをミルシミュレーションモデルに入力するミルプ
    ロセス入力部と、上記入力データに基づきミル内温度が
    所定範囲に達するまでのミルウォーミング時間を演算す
    るミルシミュレーションモデル部と、上記給炭開始時刻
    とミルウォーミング時間に基づきウォーミング開始時刻
    を算出するウォーミング時刻演算部と、前記給炭開始時
    刻とミルウォーミング開始時刻に基づきミルを制御する
    制御部とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用
    ミルの制御装置。
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