JPH1122903A - 流動床ボイラ制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発器と過熱器が異なる流動床ベッドに収納
されかつ過熱器側に減温器を備えた流動床ボイラにおい
て、層温度の運用範囲内に大きな運転余裕を持ち、良好
な出力制御が可能な給炭量比率制御方法と制御装置を提
供する。 【解決手段】 第１の流動床ベッドと第２の流動床ベッ
ドに供給する合計供給熱量に基づいてボイラ出力を制御
すると共に、減温器の入口と出口での温度差もしくは減
温器注水流量偏差を減少させるように合計供給熱量を各
流動床に配分する比率を調整して蒸気の過熱度を制御す
る。さらに、減温器の出入口温度差偏差もしくは注水流
量偏差が所定の範囲内である限り第１ベッドと第２ベッ
ドの層温度差が減少するように給炭量比率配分するよう
にすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電で用いる
流動床ボイラの制御方法と装置に関し、特に第１ベッド
層内に蒸発器、第２ベッド層内に過熱器を有し、過熱器
の中間に注水減温器を有して、注水量を調節することに
よりボイラ出口蒸気温度を一定に保つようにした２段ベ
ッド流動床ボイラにおいて、各ベッドに対する供給熱量
配分を制御する制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電に用いられる流動床ボイラは、
石灰石等の流動媒体を多孔板からなる分散板の上に載せ
て下から適当な流速範囲の空気流を供給して流動媒体を
安定した沸騰状態にして流動床とし、この流動床を加熱
して粗粉砕した石炭を若干の石灰石と共に連続的に供給
することにより効率よく燃焼するようにしたボイラであ
る。ボイラの流動床中に水や蒸気が通る熱交換器を挿入
し、また、燃焼ガスが流通する空塔部にも熱交換器を設
けて、収熱に利用する。流動床ボイラは、粒径の大きな
石炭でも浮遊させて燃焼できること、層媒体が流動化し
ているため伝熱面との間の伝熱係数が大きく伝熱管を層
内に内挿できるためコンパクトな空間で大量の入熱が可
能なこと、石灰石等を流動媒体にすると炉内同時脱硫が
できることなどの利点がある。

【０００３】流動床ボイラには多段の流動床を形成し
て、設置面積を有効に利用するようにしたものがある。
本発明の対象とする流動床ボイラは、例えば、図５に概
略を示すように、主燃焼炉に上下２段の流動床ベッドを
備えて、蒸発器ＥＶＡＰを上段ベッドの流動床層内に設
置し、過熱器ＳＨを下段ベッドの層内に収納したもので
ある。詳細には、さらに、再燃焼炉の水冷壁や流動床ベ
ッドに節炭器ＥＣＯや蒸発器ＥＶＡＰを収納し、主燃焼
炉の炉壁にも水冷管を設備し、また空塔部には節炭器Ｅ
ＣＯと過熱器１ＳＨが設備されていて、全体として発生
熱を有効に収熱して効率の高いボイラを構成している。
なお、高圧タービンからの蒸気を再過熱する再熱器ＲＨ
も空塔部や下段ベッドに収納されている。

【０００４】図６は、給水が流動床ボイラにより所定の
圧力と温度をもった蒸気を発生する過程を表したフロー
シートである。蒸気ドラムは主燃焼炉や再燃焼炉の水冷
壁に埋め込んだ多数の水管と上段ベッドの蒸発器と再燃
焼炉ベッドの蒸発器に連結されている。蒸気ドラム中の
水は蒸発器等を自然循環して加熱され蒸気ドラム内で蒸
発する。蒸気ドラムの水位は、図中の給水ポンプから供
給する給水の流量制御により一定に保持される。給水は
空塔部に設けられた節炭器ＥＣＯで加熱されてから蒸気
ドラムにそそぎ込まれる。蒸気ドラムで発生した蒸気は
気水分離されたのち、空塔部の過熱器１ＳＨと下段ベッ
ドの過熱器２ＳＨ、ＦＳＨで過熱されて過熱蒸気とな
る。過熱器２ＳＨと過熱器ＦＳＨの間に減温器が設けら
れていて、分岐された給水を過熱蒸気に注水して所定の
蒸気温度にしてから、蒸気を高圧タービンに送出するよ
うにする。

【０００５】なお、流動床において石炭を低温で燃焼さ
せるとイオウ酸化物が多量に発生し、高温で燃焼させる
と窒素酸化物が多量に発生する。そこで、大気汚染を防
止して環境を保全するため燃焼温度には厳しい制限範囲
が設けられている。一般的には約７６０〜８６０℃の間
で運用するものとされている。したがって、流動床の面
積が一定の場合は、下限温度から上限温度の間に負荷変
動範囲が限られることになり、負荷変化要求に広く対応
することができない。一方、流動床ボイラは、流動状態
でなくなると殆ど熱の伝達がなくなる特徴を有する。

【０００６】このため、火力発電に用いる流動床ボイラ
は、流動床の下から流動化用空気を供給する多数の供給
ノズルをセルと呼ばれる複数の群に分割して、セル毎に
起動停止を行うことにより流動部分の面積を変化させる
ようにしてある。そして、同じ流動床面積で下限温度か
ら上限温度まで石炭燃焼温度を変化させて対応できる負
荷の範囲を越える出力要求があるときは、流動化した稼
働セルを増減して対処する。上段と下段の流動床ベッド
は、例えば、流動床の起動点火に用いるＳセル、それに
隣接するＡセル、さらに順に流動化した流動床に隣り合
わせるＢセル、Ｃセル、Ｄセル、Ｅセルと６分割されて
いる。

【０００７】これらの結果として、流動床ボイラの運転
可能範囲内における出力と層温度の関係すなわち静特性
は図７の上段に示したような鋸型の特性を示す。図７
は、負荷を横軸に層温度を縦軸にし、稼働するセルの組
み合わせをパラメータとして、２段ベッド式流動床ボイ
ラの代表的な静特性の例を表したものである。なお、上
下２段のベッドは面積等が異なるため、セルの大きさに
差異があり給炭量や負荷に対する静特性を等しくするこ
とはできない。図中、太い実線で表したものが上段ベッ
ドにおける静特性曲線、太い点線が下段ベッドにおける
静特性曲線である。炭種や流動状態など、稼働環境が変
わればこれら静特性は変化し曲線の位置や傾きが若干変
化することはいうまでもない。なお、図７の下段に表し
た曲線は、その条件下で必要な過熱度を得るために必要
な注水量を蒸気流量に対する比率で示したものである。

【０００８】このように流動床ボイラは鋸型特性を有す
るため、連続運転している最中にセル切換が行われると
大きな外乱となり、安定した制御が困難になる。そこ
で、通常の連続運転中には、セル構成を変化することな
く、給炭量の調整、すなわち層温度を調整することによ
り出力制御できるようにすることが好ましい。したがっ
て、例えば定格に対して１００％、７５％、５０％、４
０％の負荷等、最大負荷と最小負荷の間の予め決めた負
荷率を有する定点付近における運転を目標とし、層温度
許容範囲内であって限界温度までは十分余裕がある温度
で安定制御が行えるようにセルの面積や組み合わせが決
められている。また、発電プラントの発電量すなわち負
荷の要求は、上記の予め決めた負荷率を有する定点付近
における運転を目標とするのが普通である。

【０００９】図中、最も右に描かれた曲線Ｓ−ＥはＳセ
ルからＥセルまで全部のセルを稼働させるときのボイラ
出力と層温度の関係を示す。流動床内の熱伝達は極めて
良好なので、流動している稼働セル同士の間では同じ層
温度を示す。最低燃焼温度から石炭供給量を増加してい
くにつれて燃焼温度が上がり、出力が上昇して蒸気発生
量が増加する。発生した蒸気量が大きくなれば同じ過熱
度を維持するために過熱器の出力が大きくならなければ
ならない。このように、上下段の流動床における燃焼温
度を調整することにより、蒸気ドラムにおける蒸気圧と
ボイラ出口における蒸気温度を所定の値に維持しなが
ら、発生する蒸気量が発電タービンにおける消費と見合
う量となるように制御する。

【００１０】最高限界温度まで運転が可能であるが、定
格値における予め最適化された運転条件である上段流動
床のＵ１００点および下段流動床のＬ１００点における
温度は運転余裕を見込んで最高限界温度より若干低くな
るように設計されている。出力偏差がある場合は、この
特性曲線に沿って給炭量を調節することにより層温度を
調整することで解消することができる。なお、蒸気の過
熱度に目標値との偏差があるときは、直列に接続された
過熱器の間に設けられた減温器への注水量を加減して解
消する。

【００１１】曲線Ｓ−Ｅの左に描いた曲線Ｓ−Ｄは上記
のセル組み合わせからＥセルを停止してＳセルからＤセ
ルを稼働させるときの特性曲線で、例えば、この線上の
Ｕ７５とＬ７５で運転すると、定格に対して７５％の負
荷に対応することができる。さらに左に描いた曲線Ｓ−
ＣはＳセルからＣセルまでを稼働させたときの特性曲線
で、この曲線上に５０％負荷率の動作点Ｕ５０とＬ５０
および運用最低負荷である４０％負荷率の動作点Ｕ４０
とＬ４０が存在している。最も左に描いた曲線Ｓ−Ｂは
ＳセルとＡセルとＢセルを稼働させた場合であるが、最
低負荷に対する出力が不足するので、通常このセル構成
では運転を行わない。

【００１２】上に説明したように、火力発電に使用する
２段ベッド式の流動床ボイラでは、負荷率に対応する最
適な運転条件は各段毎に異なる。この運転条件は炭種等
の環境条件によっても異なり、シミュレーションや実測
により予め決めなければならない。そこで、従来技術で
は、安定運転が求められる負荷状態に対応して、蒸発器
を有する上段と過熱器を有する下段のそれぞれについ
て、予め求めたボイラの静特性に従って決められる稼働
セル数や燃焼温度を達成するため予め定めた給炭量にな
るように上下の両段に投入する給炭量の割合を変更する
制御を行い、併せて減温器への注水制御によって最終的
な蒸気過熱度調整を行うのが普通であった。

【００１３】すなわち、上下段の給炭配分は予め設定さ
れた関数に従い設定され、計画とのずれが生ずると、注
水量またはこれと密接に関連する減温器の出入口におけ
る温度差が所定の値になるように給炭配分比率を補正す
る方法によっていた。蒸気過熱度を減温器の注水量によ
って厳密に制御するようにすると、上下段の流動床への
給炭量の配分は層温度運用から規制される値から逸脱す
ることがある。流動床の層温度は層内に投入する給炭量
を増やせば上昇する特性を有しているが、上下段の給炭
量をそれぞれの静特性に基づいて注水量を厳密に調整す
ると、どちらかの流動床ベッドについて燃焼温度管理限
界近くにおける窮屈な運転をしなければならない場合が
起こりやすい。

【００１４】したがって、ボイラマスタすなわちボイラ
負荷指令の増減に対して上下段の給炭量が共に上記制約
にかからないように良好に応答するためには、上下段の
層温度が層温度運用範囲の境界に対して十分な余裕をも
っていなければならない。さらに上下段の層温度は同じ
外乱に対して同じ方向に操作されることになるから、上
下段の層温度が互いに近似した値を保持することが好ま
しい。このように、上下段の層温度が互いに近似した値
を保持するようにすれば、ボイラ負荷増減指令に対して
十分幅広く応答できることとなり、プラントの運用特性
が向上することになる。したがって、上下段給炭比率制
御の主たる目的は適切な過熱度の維持に置くが、従たる
目的を上下段層温度の近似化に置くようにすることが好
ましい。従来、上下段給炭比率制御により蒸気過熱度の
維持と層温度の近似化を同時に達成しようとする技術的
思想はなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、蒸発器と過熱器が異なる流動床ベ
ッドに収納されている流動床ボイラを対象として、層温
度が運用範囲内に大きな運転余裕を持っていて、良好な
出力制御が可能になる給炭量比率制御方法と制御装置を
提供するところにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の流動床ボイラ制御方法は、蒸発器と過熱器
を異なる流動床ベッドに収納しかつ過熱器側に減温器を
備えた流動床ボイラを対象として、第１の流動床ベッド
と第２の流動床ベッドに供給する合計供給熱量に基づい
てボイラ出力を制御すると共に、減温器の入口と出口で
の温度差偏差もしくは減温器注水流量偏差を減少させる
ように合計供給熱量を各流動床に配分する比率を調整し
て蒸気の過熱度を制御することを特徴とする。

【００１７】さらに、減温器の入口と出口での温度差偏
差もしくは減温器注水流量偏差が所定の範囲内である限
り第１ベッドと第２ベッドの層温度差が減少するように
給炭量比率配分するようにすることが好ましい。なお、
炭種毎に負荷要求量とベッド毎の供給熱量の関係を求め
た静特性に基づいて上記供給熱量および配分比率の調整
を行うようにすることができる。

【００１８】さらに、本発明の流動床ボイラ制御装置
は、第１ベッド層内に蒸発器をまた第２ベッド層内に過
熱器をそれぞれ収納し、過熱器側に設けた減温器の注水
流量を調整することによりボイラ出口における蒸気温度
を一定に保つようにした２段ベッド流動床ボイラを対象
とし、ボイラ負荷をボイラマスタ信号として設定する手
段と、ボイラマスタ信号を第１および第２ベッドの供給
熱量設定として配分設定する手段と、第１ベッドへの供
給熱量の偏差信号に基づいて第１ベッド給炭量供給指令
を発信する蒸発部供給熱量調節手段と、第２ベッドへの
供給熱量の偏差信号に基づいて第２ベッド給炭量供給指
令を発信する過熱部熱量供給熱量調節手段とを具備し、
その供給熱量配分設定手段が、減温器注水流量または減
温器出入口温度差の偏差信号に不感帯処理またはギャッ
プゲイン処理を施して得られる信号と、第１ベッドと第
２ベッドの層温度の差に基づいた信号とを入力し、これ
らの和に対応する第１ベッドと第２ベッドの供給熱量配
分指令を出力することを特徴とする。なお、炭種毎に負
荷要求量とベッド毎の供給熱量の関係を求めた静特性に
基づいて供給熱量および配分比率の調整を行うようにす
ることが好ましい。

【００１９】また、本発明第２の流動床ボイラ制御装置
は、ボイラ静特性から決まる過熱器注水流量設定値また
は減温器出入口温度差設定値と実測値との差に対し、不
感帯演算又はギャップゲイン演算を行う手段と、上下段
の層温度信号の差の信号に対し関数演算を施す手段と、
これら２つの演算処理を行った偏差信号を加算して組み
合わせ偏差とする手段と、この組み合わせ偏差信号に対
して調節動作を行わせる手段と、この調節出力をもって
上下段の供給熱量設定の配分を修正する手段を具備する
ことを特徴とする。

【００２０】本発明の流動床ボイラ制御方法および制御
装置は、過熱器注水流量は予め決められた適切な値があ
るが、最適値には幅があるため必ずしも制御目標値を１
点に定める必要はなく、ある領域内に入っていれば運用
上の支障はないことに着目して想到したものである。こ
の注水流量許容範囲を裕度と呼べば、注水量がこの裕度
のなかに収まることを条件として、上下段の層温度が相
互にできるだけ近似するように上下段給炭量比率を選択
することにより、蒸気量と蒸気温度の制御可能範囲を拡
大して良好な制御結果を取得しようとするものである。

【００２１】本発明の流動床ボイラ制御方法は、第１の
流動床ベッドと第２の流動床ベッドに供給する合計供給
熱量に基づいてボイラ出力を制御すると共に、減温器の
入口と出口での温度差偏差を減少させるように合計供給
熱量を各流動床に配分する比率を調整して蒸気の過熱度
を制御するので、全体の蒸気発生量を規制した上で、蒸
気の過熱度を減温器での減温度を指標とした給炭量の配
分により制御することになる。

【００２２】この制御方法によれば、減温器での制御を
上記裕度内に納めるという条件を満たしさえすれば、そ
の中で上下段流動床ベッドの層温度をより近似させるよ
うに操業することができ、このため層温度が設計値から
決められる各流動床ベッドの最適値の平均値に近づき温
度規制値までの余裕が大きくなる。したがって、従来の
ように各流動床毎に予め決められた給炭量供給をして蒸
発量と層温度の管理をし蒸気過熱度を減温器注水流量で
厳格に管理する場合と比較して、流動床ベッドの制御幅
が拡大し外乱を抑制する能力が向上する効果がある。な
お、減温器出入口温度差の代わりに減温器注水流量の設
計値からの偏差を利用しても同じ効果があることはいう
までもない。

【００２３】さらに、減温器の出入口温度差偏差もしく
は注水流量偏差が所定の範囲内である限り第１ベッドと
第２ベッドの層温度差が減少するように給炭量比率配分
するようにしたときは、減温器出入口温度差偏差や注水
流量偏差が大きく蒸気過熱度が所望の値から大きく逸脱
している場合は、より直接的に蒸気温度を制御して応答
性がよい減温器の作用を十分に働かせる一方、出入口温
度差や注水量が前記の裕度内にある時には層温度を均一
化するような制御を行ってセル構成を変更しないで制御
できる安定制御可能範囲を拡大することができる。

【００２４】なお、層温度を制御するために実際に操作
できる操作変数は給炭量であるが、蒸気量や蒸気温度は
層温度の影響を受け、給炭してから層温度が変わるまで
の遅れが大きい。従って、上記の制御変数を決める段階
で予測的な演算を行う必要があり、ボイラの静特性を取
り込んで制御を行っている。しかし、ボイラ静特性は条
件により変化し、特に石炭の種類による変化が大きいの
で、炭種毎に負荷要求量とベッド毎の供給熱量の関係を
表す静特性を予め調べておいて、石炭の種類が変わると
きにはそれに対応する静特性に基づいて上記供給熱量お
よび配分比率の調整を行うようにすることが好ましい。

【００２５】また、本発明の流動床ボイラ制御方法にお
ける上下段比率制御は、上下段の熱量を静特性に基づい
た適切なバランスに維持するための制御である。したが
って負荷変化指令等で層温度を変更している場合など非
定常時には、当該制御がかえって外乱要因となる場合が
ある。そこで、第１ベッドと第２ベッドの層温度差の変
化率が所定の値以上であるときは層温度差に基づいた制
御動作を停止するようにすることが好ましい。

【００２６】さらに、本発明の流動床ボイラ制御装置で
は、供給熱量配分設定手段が、減温器注水流量または減
温器出入口温度差を基準値と比較して得た偏差信号に不
感帯処理またはギャップゲイン処理を施して得られる信
号と、第１ベッドと第２ベッドの層温度の差に基づいた
信号とを入力し、これらの和に対応してボイラマスタ信
号を第１および第２ベッドに配分し、供給熱量配分指令
を出力する。

【００２７】したがって、第１ベッドと第２ベッドへの
供給熱量配分は、減温器の注水流量偏差等が予め決めた
不感帯幅より大きいときには注水流量等の偏差と第１ベ
ッドと第２ベッドの層温度差がいずれも小さくなるよう
に給炭量の配分を調整するが、注水流量偏差等が不感帯
幅より小さくなると、層温度差が小さくなるように供給
熱量を分配する。このため、注水流量等が所定の範囲内
にあってプロセス上の問題が少ないときには、上下段の
層温度差は解消されて上限温度あるいは下限温度までの
余裕が大きくなり、結果として外乱に対する補償幅が大
きくなる。

【００２８】なお、炭種毎に負荷要求量とベッド毎の供
給熱量の関係を求めた静特性に基づいて供給熱量および
配分比率の調整を行うようにすれば、石炭の種類や配合
が変化した場合にも正しい相関関係に基づいた制御を達
成することができる。

【００２９】また、本発明第２の流動床ボイラ制御装置
では、過熱器注水流量または減温器出入口温度差の偏差
に対し、不感帯演算又はギャップゲイン演算を行い、上
下段の層温度信号の差の信号に対し関数演算を施し、こ
れら２つの演算処理を行った偏差信号を加算して組み合
わせ偏差として、この組み合わせ偏差信号に対して調節
動作を行わせて、この調節出力をもって上下段の供給熱
量設定の配分を修正するようにする。従って、過熱器注
水流量偏差等が小さいうちは偏差出力はゼロないしは微
量となり、制御偏差入力は上下段の層温度を均一化する
方向に上下段供給熱量設定配分を修正する。さらにこの
修正動作により過熱器注水流量等が変動し、不感帯演算
等の処理後の信号と上下段層温度の偏差信号が等量とな
って相殺され組み合わせ偏差がゼロとなったポイントで
平衡状態となる。

【００３０】これにより適切な過熱器注水流量を確保し
ながら上下段の層温度をできるだけ歩み寄らせることが
できる。その結果蒸気温度制御の制御状況を損なうこと
なく、ボイラ負荷調整幅を可能な限り確保するという、
流動床ボイラにとって望ましい運転状況を実現すること
ができるようになる。なお、蒸発器と過熱器はどちらの
流動床ベッドに収納しても本発明の制御方法と装置を適
用できることはいうまでもない。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る流動床ボイラ
制御方法と装置を、図面を用い実施例に基づいて詳細に
説明する。本発明の対象とする流動床ボイラは、主燃焼
炉が上段と下段に分かれて設置されており、上段流動層
内には蒸発器が配置され、下段流動層内には過熱器およ
び再熱器が配置されている。従って、ボイラマスタから
のボイラ入熱指令は主燃焼炉上段と下段に分配され、ボ
イラ出力は蒸発器が設置されている上段流動床への給炭
量ではなく合計給炭量で決定され、過熱度は合計給炭量
に対する下段給炭量の割合で決定されることになる。図
１は上下段への給炭量とボイラ出力および過熱度の関係
を図に表したブロック図である。上段への給炭量と下段
への給炭量を加えた合計給炭量がボイラ出力を決定し、
合計給炭量で下段給炭量を割った値が過熱度を決定す
る。

【００３２】ここでは、合計給炭量に対する下段給炭量
の割合を上下段比率という。なお、実際は層温度により
燃焼効率が異なるため、給炭量でなく燃焼効率を加味し
た供給熱量を用いている。上下段比率は蒸気の過熱度す
なわち蒸気温度を支配するものであり、各負荷に対応す
る静特性から決められる。静特性とは給炭量や供給熱量
に対応して決定する流動層温度や蒸気圧力・温度の関係
をいい、ボイラにおける燃焼条件によって変化し、特に
石炭の種類による差異が大きい。上下段比率制御はこの
静特性に基づいてボイラ入熱デマンドを上段と下段に振
り分ける制御である。

【００３３】必要とされる負荷に対するボイラ入力デマ
ンドすなわち合計供給熱量の要求は炭種に関わらず一定
であるが、ボイラ静特性がボイラ負荷およびセル構成毎
にまた炭種毎に変化するから、上下段比率は負荷、セル
構成、炭種が変わる毎に変化するので、上下段比率制御
はこれらを勘案した回路により実施される。なお、従来
は過熱器の間に挿入された減温器への注水量により過熱
度の調整を行ってきた。流動床ベッドに対する供給熱量
バランスが変動すると、過熱度が変化し減温器制御に伴
って注水流量が変化する。従って、注水流量を指標とし
て供給熱量バランスを監視し、上下段比率を調整するよ
うにしてもよい。しかし、この方法は負荷の大きさを考
慮に入れた補正が必要であり、また低流量域における流
量計の誤差が大きい欠点がある。

【００３４】図２は本実施例における流動床ボイラの主
要な制御回路を表示したフローシートである。図６に表
示した従来の制御フローに付け加える部分を太線で表す
ことにより理解を容易にしてある。本実施例において用
いられる上下段比率制御は減温器の入口と出口の温度差
偏差と上段と下段の層温度の差を取り込んで処理し、そ
の情報に従って従来の給炭制御装置で発生する指令を変
成するものである。本発明の制御方法は、上下段合計の
供給熱量により出力制御を行い、さらに上下段比率によ
り過熱度制御を行う場合に、上段と下段の層温度をでき
るだけ近づけるようにすると共に、このために生ずる過
熱度の偏差を減温器注水流量を加減して解消するように
したものである。ただし、注水流量あるいは注水により
生ずる減温器出入口間の温度差をある適当な管理帯内に
維持するための対策が必要とされる。

【００３５】図３は、流動床ボイラの静特性と必要な過
熱度を得るために必要な注水量を表した図７に、７５％
負荷で操業するときの運転状態を記入した図面である。
減温器の注水流量あるいは入口と出口における温度差
は、静特性を示す曲線Ａに対して斜線で示したような多
少の偏差を許容することができ、その裕度により上段の
層温度Ｕ７５と下段の層温度Ｌ７５を近似させるような
運転が可能になる。

【００３６】図４は、本実施例の流動床ボイラ制御装置
のうち上下段比率制御回路の部分を表すブロック図であ
る。ボイラ入力デマンドＢＩＤを入力し、熱量に変換す
る第１関数変換器ＦＧ１を通して合計ボイラ入熱デマン
ドを作成する。次にこの入熱デマンドを下段の静特性を
記憶した第２関数変換器ＦＧ２に通して下段マスタ入熱
デマンドのベース信号を作成する。乗算器ＭＬＴで下段
マスタ入熱デマンド信号に上下段比率制御回路で設定さ
れる上下段比率を乗じて、下段マスタ入熱デマンド信号
とする。上段マスタ入熱デマンド信号は、第１減算器Ｓ
ＵＢ１で合計ボイラ入熱デマンドから下段マスタ入熱デ
マンドを差し引いて算出する。ここで第２関数変換器Ｆ
Ｇ２は、負荷に対するセル構成を加味した静特性に基づ
き下段供給熱量を算出するもので、炭種により静特性が
異なるため炭種別に用意した複数の関数変換器を切り換
えて使用するようにしている。

【００３７】上下段比率制御回路は、ボイラマスタベー
ス信号を入力して第３関数変換器ＦＧ３で減温幅設定値
を求め、第２減算器ＳＵＢ２で実測された減温器減温幅
と比較して、減温幅偏差信号とする。減温幅は第２過熱
器２ＳＨの出口における蒸気温度と最終過熱器ＦＳＨの
入口における蒸気温度の差として得ることができる。減
温器における減温幅は上下段熱量のバランスを代表する
指標となっている。運転条件に従った適切な減温幅設定
値は上下段の熱量配分との関係でボイラ静特性として決
まるため、第３関数変換器ＦＧ３は第２関数変換器ＦＧ
２と同様に炭種別に作成された複数の対照表を記憶して
いて状況に合わせて切り換えて使用するようにされてい
る。

【００３８】減温幅偏差信号は、入力がゼロ付近ではゲ
インが小さく、入力がたとえば５％と、ある程度大きく
なるとゲインも大きくなる不感帯回路ＧＡＰに入力さ
れ、不感帯演算を施された後に加算器ＡＤＤに送られ
る。また、上段と下段の層温度の差信号が取り込まれ
て、第４関数変換器ＦＧ４で適当な処理を受けた後、加
算器ＡＤＤに送られる。加算器ＡＤＤは上記の減温幅偏
差信号と層温度差信号を加えて上下段比率制御調節器Ｐ
Ｉの入力とする。上下段比率制御調節器ＰＩは上記組合
せ偏差入力に対し比例積分動作演算を行い、出力を前記
の乗算器ＭＬＴに入力して下段マスタ入熱デマンド信号
を変成する。

【００３９】本実施例の流動床ボイラ制御装置によれ
ば、上下段の層温度の差と減温器出入口温度差とを上下
段比率制御回路にフィードバックして各段の層温度制御
を行うので、上下段の層温度は同じ値になろうとする。
しかも、減温器における温度差については不感帯演算を
施すので、温度差偏差が不感帯内にある状態では減温器
出入口温度差偏差の調整を行わないで、その分、上下段
の層温度をより強力に均一化しようとする力が働く。こ
のため、層温度の均一化がより容易に達成される。

【００４０】なお、上下段熱量のバランス状態は蒸気に
所定の過熱度を持たせるときのスプレ流量に現れるた
め、減温器出入口温度差の代わりにこれを指標として上
下段給炭量比率制御を行うことも可能である。ただし、
スプレ流量を制御対象とする場合は、負荷に対する相対
値評価に基づいて補正する回路を必要とすること、また
流量は特に低流量領域における計測精度が低いこと、な
どの対策が必要となる。また、上では説明の簡約のため
減温器が１個だけ有する場合について記載したが、複数
の減温器を備える場合も同じ作用効果が期待できる。な
お、複数の機台を用いる場合には、温度差等は機台毎に
測定した値を平均して使用してもよい。

【００４１】なお、流動床ベッドは複数のセルに分割さ
れているが、層温度も平均値を用いて演算してよい。層
温度バランス制御では、負荷整定後にも急激な修正を行
わないことが好ましく、徐々に上下段比率を調整補正す
るようにしたい。そこで、上下段層温度の差が大きい場
合は温度偏差幅を制限し、またゲイン調整を併用するよ
うにすることが好ましい。

【００４２】また、負荷変化時等には上下段比率制御が
かえって外乱になることがある。そこで、層温度の変化
率を監視し、層温度が安定した状態でのみ上下段比率制
御を作動させるようにしてもよい。なお、炭種毎に変化
する静特性に対処するため回路上で切換る場合について
説明したが、記憶装置を用いて切り換えてもよく、また
直接静特性表を書き換えるようにしてもよい。静特性を
運転中に測定して自動的に書き換えることもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、この発明によ
れば、上下段の層温度を互いに近い値に管理することに
より、蒸気温度の制御性を損なうことなく、ボイラの負
荷変化調整幅を可能な限り大きくすることができ、プラ
ントの安定運転や運用性能の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流動床ボイラ制御方法における上下段
比率制御の概念を表したブロック図である。

【図２】本実施例における流動床ボイラの主要な制御回
路を表示したフローシートである。

【図３】本実施例による運転状態を静特性のグラフ上に
表した図面である。

【図４】本実施例の流動床ボイラ制御装置のうち上下段
比率制御回路の部分を表すブロック図である。

【図５】本発明が対象とする流動床ボイラを表した図面
である。

【図６】従来の流動床ボイラ制御方法のフローシートで
ある。

【図７】流動床ボイラの運転可能範囲内における静特性
を表した図面である。

【符号の説明】

ＡＤＤ 加算器 ＦＧ 関数変換器 ＧＡＰ 不感帯演算器 ＭＬＴ 乗算器 ＰＩ 調節器 ＳＵＢ 減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591195031 開発電気株式会社 東京都千代田区九段北４丁目２番５号 (72)発明者 角田 善正 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 神代 俊昌 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 笹津 浩司 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 伊藤 俊郎 東京都江東区南砂２丁目11番１号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 笠井 透 東京都中央区築地６丁目19番20号 株式会 社技術綜研内 (72)発明者 北村 宗靖 東京都千代田区九段北４丁目２番５号 開 発電気株式会社内 (72)発明者 藤田 克己 東京都千代田区九段北４丁目２番５号 開 発電気株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のベッド層内に蒸発器をまた第２の
   ベッド層内に過熱器を収納し過熱器側に減温器を備えた
   流動床ボイラを対象として、 第１ベッドと第２ベッドに供給する合計供給熱量に基づ
   いてボイラ出力を制御すると共に、 前記減温器の入口と出口での温度差偏差を減少させるよ
   うに合計供給熱量のうち第２ベッドに配分する比率を調
   整して蒸気の過熱度を制御することを特徴とする流動床
   ボイラ制御方法。
2. 【請求項２】 さらに、前記減温器の入口と出口での温
   度差偏差が所定の範囲内である限り第１ベッドと第２ベ
   ッドの層温度差が減少するように給炭量比率配分するこ
   とを特徴とする請求項１記載の流動床ボイラ制御方法。
3. 【請求項３】 炭種毎に負荷要求量とベッド毎の供給熱
   量の関係を求めた静特性に基づいて上記供給熱量および
   配分比率の調整を行うことを特徴とする請求項１または
   ２記載の流動床ボイラ制御方法。
4. 【請求項４】 第１ベッドもしくは第２ベッドの層温度
   の変化率が所定の値以上であるときは層温度差に基づい
   た制御動作を停止することを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれかに記載の流動床ボイラ制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の流
   動床ボイラ制御方法において、前記減温器の入口と出口
   の温度差の代わりに減温器への注水流量偏差を用いるこ
   とを特徴とする流動床ボイラ制御方法。
6. 【請求項６】 第１ベッド層内に蒸発器をまた第２ベッ
   ド層内に過熱器をそれぞれ収納し、過熱器側に設けた減
   温器の注水流量を調整することによりボイラ出口におけ
   る蒸気温度を一定に保つようにした２段ベッド流動床ボ
   イラにおいて、 ボイラ負荷をボイラマスタ信号として設定する手段と、 ボイラマスタ信号を第１および第２ベッドの供給熱量設
   定として配分設定する手段と、 第１ベッドへの供給熱量の偏差信号に基づいて第１ベッ
   ド給炭量供給指令を発信する蒸発部供給熱量調節手段
   と、 第２ベッドへの供給熱量の偏差信号に基づいて第２ベッ
   ド給炭量供給指令を発信する過熱部熱量供給熱量調節手
   段とを具備し、 前記供給熱量配分設定手段が、減温器注水流量または減
   温器出入口温度差の偏差信号に不感帯処理またはギャッ
   プゲイン処理を施して得られる信号と、第１ベッドと第
   ２ベッドの層温度の差に基づいた信号とを入力し、これ
   らの和に対応する第１ベッドと第２ベッドの供給熱量配
   分指令を出力することを特徴とする流動床ボイラ制御装
   置。
7. 【請求項７】 炭種毎に負荷要求量とベッド毎の供給熱
   量の関係を求めた静特性に基づいて上記供給熱量および
   配分比率の調整を行うことを特徴とする請求項５記載の
   流動床ボイラ制御装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記第１ベッドと第２ベッドの
   層温度の変化率を検出し所定の値より大きいときに前記
   層温度差に基づく信号を所定の値に切り換える手段を備
   えることを特徴とする請求項５または６に記載の流動床
   ボイラ制御装置。
9. 【請求項９】 第１ベッド層内に蒸発器をまた第２ベッ
   ド層内に過熱器をそれぞれ収納し、過熱器側に設けた減
   温器の注水流量を調整することによりボイラ出口におけ
   る蒸気温度を一定に保つようにした２段ベッド流動床ボ
   イラを対象とする制御装置であって、 ボイラ静特性から決まる過熱器注水流量設定値または減
   温器出入り口温度差設定値と実測値との差に対し、不感
   帯演算又はギャップゲイン演算を行う手段と、 上下段の層温度信号の差の信号に対し関数演算を施す手
   段と、 これら２つの演算処理を行った偏差信号を加算して組み
   合わせ偏差信号とする手段と、 この組み合わせ偏差信号に対して調節動作を行わせる手
   段と、 この調節出力をもって上下段の供給熱量設定の配分を修
   正する手段を具備することを特徴とする流動床ボイラ制
   御装置。