JP2000146178A - 循環流動層ボイラ特性解析方法 - Google Patents
循環流動層ボイラ特性解析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 灰循環系が主要な要素となる循環流動層ボイ
ラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑な流動層を保持し中温
サイクロンを用いた循環流動層ボイラについてもより正
確な動特性解析ができる循環流動層ボイラ特性解析装置
を提供する。 【解決手段】 流動層を保持し中温サイクロンを有する
循環流動層ボイラにおいて、ボイラ炉外に排出された未
燃分を含む灰が中温サイクロンで捕集されて再度炉内に
投入されるまでの経路における無駄時間と遅れを表す灰
循環動特性式、あるいは循環灰中の未燃分の量情報を取
り込んで解析する。なお、エネルギーバランスに伝熱面
を通過する灰流量に対し累乗数として指数ｎを作用させ
た式を用いて、指数ｎを調整することにより解析対象ボ
イラの特性に合わせるようにすることが好ましい。
ラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑な流動層を保持し中温
サイクロンを用いた循環流動層ボイラについてもより正
確な動特性解析ができる循環流動層ボイラ特性解析装置
を提供する。 【解決手段】 流動層を保持し中温サイクロンを有する
循環流動層ボイラにおいて、ボイラ炉外に排出された未
燃分を含む灰が中温サイクロンで捕集されて再度炉内に
投入されるまでの経路における無駄時間と遅れを表す灰
循環動特性式、あるいは循環灰中の未燃分の量情報を取
り込んで解析する。なお、エネルギーバランスに伝熱面
を通過する灰流量に対し累乗数として指数ｎを作用させ
た式を用いて、指数ｎを調整することにより解析対象ボ
イラの特性に合わせるようにすることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、循環流動層ボイラ
の動特性を解析する特性解析装置に関し、特に中温サイ
クロンを有する循環流動層ボイラに用いる特性解析装置
に関する。
の動特性を解析する特性解析装置に関し、特に中温サイ
クロンを有する循環流動層ボイラに用いる特性解析装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、石油資源の枯渇や生活水準の向
上、人口の増加などによる電力需要量の増加に伴い、炭
種の多様化と公害規制に対応できる石炭燃焼技術とし
て、循環流動層燃焼が注目されている。図１に概要フロ
ーを示した石炭焚循環流動層ボイラは、本発明の動特性
解析装置が特に対象とするもので、流動層を維持するた
めガス流速を比較的低速にしかつ中温サイクロンを実現
したもので、簡単な燃料供給設備と信頼性の高い灰循環
システムを備えることにより、多種燃料対応、高効率燃
焼、低公害燃焼を可能とする優れたボイラである。
上、人口の増加などによる電力需要量の増加に伴い、炭
種の多様化と公害規制に対応できる石炭燃焼技術とし
て、循環流動層燃焼が注目されている。図１に概要フロ
ーを示した石炭焚循環流動層ボイラは、本発明の動特性
解析装置が特に対象とするもので、流動層を維持するた
めガス流速を比較的低速にしかつ中温サイクロンを実現
したもので、簡単な燃料供給設備と信頼性の高い灰循環
システムを備えることにより、多種燃料対応、高効率燃
焼、低公害燃焼を可能とする優れたボイラである。
【０００３】図１により、本発明が対象としたときに特
に効果を現す石炭焚循環流動層ボイラを説明する。炉内
に投入された石炭、石灰石、灰は、炉底部分に維持され
た流動層１で８５０〜１０００℃で１次空気と反応して
燃焼する。流動層１は、従来の循環流動層ボイラと比較
して少量の１次空気流により明確な形で維持されてい
る。本ボイラは流動層１を保持しているため、幅広い燃
料に対応でき、また微粉炭焚ボイラで用いられるような
特別の燃料供給設備を必要としない。
に効果を現す石炭焚循環流動層ボイラを説明する。炉内
に投入された石炭、石灰石、灰は、炉底部分に維持され
た流動層１で８５０〜１０００℃で１次空気と反応して
燃焼する。流動層１は、従来の循環流動層ボイラと比較
して少量の１次空気流により明確な形で維持されてい
る。本ボイラは流動層１を保持しているため、幅広い燃
料に対応でき、また微粉炭焚ボイラで用いられるような
特別の燃料供給設備を必要としない。
【０００４】流動層１で流動化した固形物の一部は流動
層１を飛び出し、フリーボード２において適当な時間滞
留し新しく供給される２次空気あるいは３次空気により
さらに燃焼する。これら灰を含む高温流体はエバポレー
タやスーパーヒータなどの伝熱面３を比較的低速で通過
してドラム水と熱交換しこれを蒸気化する。従来型の循
環流動層ボイラではガス流速が６〜８ｍ／ｓ程度である
が、本発明の対象となる石炭焚循環流動層ボイラでは例
えば４〜５ｍ／ｓ程度であるため、伝熱面の摩耗が少な
くなりより大きな伝熱面を用いることができる。
層１を飛び出し、フリーボード２において適当な時間滞
留し新しく供給される２次空気あるいは３次空気により
さらに燃焼する。これら灰を含む高温流体はエバポレー
タやスーパーヒータなどの伝熱面３を比較的低速で通過
してドラム水と熱交換しこれを蒸気化する。従来型の循
環流動層ボイラではガス流速が６〜８ｍ／ｓ程度である
が、本発明の対象となる石炭焚循環流動層ボイラでは例
えば４〜５ｍ／ｓ程度であるため、伝熱面の摩耗が少な
くなりより大きな伝熱面を用いることができる。
【０００５】灰を含むガス流は、伝熱面３を通過して４
００〜４５０℃の中温に冷却された後、サイクロン４に
導かれる。従来型の循環流動層ボイラは８５０〜９００
℃程度の高温でサイクロンに流入するため石炭の未燃分
がサイクロン中で燃焼して、炉内に戻っても伝熱面にお
ける熱交換に寄与できなくなっていたが、本発明対象の
石炭焚循環流動層ボイラではそのような無駄が少なく、
サイクロン４で捕集された灰には未燃分が相当量残存し
ている。サイクロン４で沈下した灰は降灰管５中に堆積
しサイフォン６に流下して、ここで空気により搬送され
炉内に再投入される。
００〜４５０℃の中温に冷却された後、サイクロン４に
導かれる。従来型の循環流動層ボイラは８５０〜９００
℃程度の高温でサイクロンに流入するため石炭の未燃分
がサイクロン中で燃焼して、炉内に戻っても伝熱面にお
ける熱交換に寄与できなくなっていたが、本発明対象の
石炭焚循環流動層ボイラではそのような無駄が少なく、
サイクロン４で捕集された灰には未燃分が相当量残存し
ている。サイクロン４で沈下した灰は降灰管５中に堆積
しサイフォン６に流下して、ここで空気により搬送され
炉内に再投入される。
【０００６】このような未燃分を大量に含む灰が炉内に
帰還する灰循環系が存在することにより、本ボイラは高
効率燃焼を実現している。また、層温度は低温であり、
石炭の低温燃焼と多段燃焼によって低ＮＯx運転を可能
とする。さらに、灰循環によって低Ｃa／Ｓモル比で高
い炉内脱硫性能を発揮する。なお、サイクロン４を通過
したガス流はガスエアヒータ（ＧＡＨ）で空気流を予熱
した後、電気集塵機やＢＡＧフィルタなど灰捕集装置８
で灰分をほぼ完全に除去して図外の煙突から外気に放出
される。また灰捕集装置８で捕捉された灰は灰搬送機９
により炉内の流動層１に補給される。なお、炉内を循環
する灰の一部を灰捕集装置８、降灰管５、炉底の流動層
１、サイフォン６などから外に排出して、供給される石
炭や石灰石などとの収支を均衡させている。
帰還する灰循環系が存在することにより、本ボイラは高
効率燃焼を実現している。また、層温度は低温であり、
石炭の低温燃焼と多段燃焼によって低ＮＯx運転を可能
とする。さらに、灰循環によって低Ｃa／Ｓモル比で高
い炉内脱硫性能を発揮する。なお、サイクロン４を通過
したガス流はガスエアヒータ（ＧＡＨ）で空気流を予熱
した後、電気集塵機やＢＡＧフィルタなど灰捕集装置８
で灰分をほぼ完全に除去して図外の煙突から外気に放出
される。また灰捕集装置８で捕捉された灰は灰搬送機９
により炉内の流動層１に補給される。なお、炉内を循環
する灰の一部を灰捕集装置８、降灰管５、炉底の流動層
１、サイフォン６などから外に排出して、供給される石
炭や石灰石などとの収支を均衡させている。
【０００７】ボイラプラントの制御システムを構築する
ためには、対象とするボイラの動特性を正確に把握する
必要がある。たとえば従来形式の循環流動層ボイラで
は、循環灰が殆ど燃焼成分を含まない不活性な媒体であ
って高速でシステム内を循環するため、ガス流速が十分
速く、灰の滞留時間が短く、また循環する灰分が炉内に
戻るときには未燃分を無視して良いので、ボイラ運転時
の挙動もそれほど複雑でなく、ボイラシステムの動特性
を把握する上で特別な困難はなかったし、制御系の設計
も比較的容易であった。
ためには、対象とするボイラの動特性を正確に把握する
必要がある。たとえば従来形式の循環流動層ボイラで
は、循環灰が殆ど燃焼成分を含まない不活性な媒体であ
って高速でシステム内を循環するため、ガス流速が十分
速く、灰の滞留時間が短く、また循環する灰分が炉内に
戻るときには未燃分を無視して良いので、ボイラ運転時
の挙動もそれほど複雑でなく、ボイラシステムの動特性
を把握する上で特別な困難はなかったし、制御系の設計
も比較的容易であった。
【０００８】しかし、中温サイクロンを採用して未燃分
を含む灰が循環するようにした循環流動層ボイラでは灰
循環が熱交換における重要な要素となっており、灰の燃
焼によるエネルギバランスへの寄与と灰循環経路中の無
駄時間や遅れ時間が大きい。すなわち、循環する灰はボ
イラ内で流動化して炉外に飛び出し、サイクロンで捕捉
され降灰管中で一旦流動性を失い、再度サイフォンで炉
内に送り込まれ流動化してボイラ装置内を循環する。ま
た、灰には石炭、石灰石、未燃焼成分、燃焼後の灰分な
どが含まれ、循環する灰も一種の燃料と見なければなら
ない。しかも、循環灰は炉内投入量の変化や組成の変化
によって燃焼熱量が変化し、また持ち込み顕熱量も変化
する。
を含む灰が循環するようにした循環流動層ボイラでは灰
循環が熱交換における重要な要素となっており、灰の燃
焼によるエネルギバランスへの寄与と灰循環経路中の無
駄時間や遅れ時間が大きい。すなわち、循環する灰はボ
イラ内で流動化して炉外に飛び出し、サイクロンで捕捉
され降灰管中で一旦流動性を失い、再度サイフォンで炉
内に送り込まれ流動化してボイラ装置内を循環する。ま
た、灰には石炭、石灰石、未燃焼成分、燃焼後の灰分な
どが含まれ、循環する灰も一種の燃料と見なければなら
ない。しかも、循環灰は炉内投入量の変化や組成の変化
によって燃焼熱量が変化し、また持ち込み顕熱量も変化
する。
【０００９】したがって、従来のボイラ特性解析方法に
より流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環流動層
ボイラの動特性解析をすると本ボイラの挙動を正しくシ
ミュレーションをすることができなかった。このため、
このような循環流動層ボイラについて、たとえば制御系
のパラメータ調整を行うときは現場で実機を用いて行わ
なければならず、特に建設後のプラント立ち上げに時間
がかかっていた。また、パラメータ調整には高度な熟練
が必要とされ、熟練者でも短時間で最適な調整値を見出
すことは困難で、工期上のリスク要因にもなっていた。
そこで、より正確にプラントの挙動を推定することがで
きる特性解析装置が求められていた。
より流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環流動層
ボイラの動特性解析をすると本ボイラの挙動を正しくシ
ミュレーションをすることができなかった。このため、
このような循環流動層ボイラについて、たとえば制御系
のパラメータ調整を行うときは現場で実機を用いて行わ
なければならず、特に建設後のプラント立ち上げに時間
がかかっていた。また、パラメータ調整には高度な熟練
が必要とされ、熟練者でも短時間で最適な調整値を見出
すことは困難で、工期上のリスク要因にもなっていた。
そこで、より正確にプラントの挙動を推定することがで
きる特性解析装置が求められていた。
【００１０】
【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、灰循環系が主要な要素となる循環
流動層ボイラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑で解析が困
難だった、流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環
流動層ボイラについてもより正確な動特性解析ができる
循環流動層ボイラ特性解析装置を提供することである。
しようとする課題は、灰循環系が主要な要素となる循環
流動層ボイラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑で解析が困
難だった、流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環
流動層ボイラについてもより正確な動特性解析ができる
循環流動層ボイラ特性解析装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の循環流動層ボイラ特性解析装置は、流動層
を保持し中温サイクロンを有する循環流動層ボイラにお
いて、ボイラ炉外に排出された未燃分を含む灰が中温サ
イクロンで捕集されて再度炉内に投入されるまでの経路
における無駄時間と遅れを表す灰循環動特性式を取り込
んだことを特徴とする。循環灰の無駄時間と遅れ時間を
正当に評価して解析することにより、より正確なシミュ
レーションが可能になり、事前に種々の条件でシミュレ
ーションを行って熟練度を上げたり最適パラメータの推
定を行っておいて現場作業の合理化を図ることができる
ようになった。
め、本発明の循環流動層ボイラ特性解析装置は、流動層
を保持し中温サイクロンを有する循環流動層ボイラにお
いて、ボイラ炉外に排出された未燃分を含む灰が中温サ
イクロンで捕集されて再度炉内に投入されるまでの経路
における無駄時間と遅れを表す灰循環動特性式を取り込
んだことを特徴とする。循環灰の無駄時間と遅れ時間を
正当に評価して解析することにより、より正確なシミュ
レーションが可能になり、事前に種々の条件でシミュレ
ーションを行って熟練度を上げたり最適パラメータの推
定を行っておいて現場作業の合理化を図ることができる
ようになった。
【００１２】また、循環灰中の未燃分の量情報を取り込
んで解析することにより、よりいっそう正確なシミュレ
ーションが可能になる。さらにエネルギーバランスに伝
熱面を通過する灰の流量と温度を変数として取り込ん
で、灰の顕熱を考慮したより正確な動特性推定ができ
る。なお、伝熱面を通過する灰流量に対し累乗数として
指数ｎを作用させた式を用いれば、指数ｎを調整するこ
とにより解析対象ボイラの特性に合わせることができる
ので、各種のボイラに対して基本的には同じ式表現を用
いて対応することができる。特に、水・蒸気熱交換器に
おける対流伝熱に伝熱面へ持ち込む灰の流量のｎ乗と灰
温度の積と伝熱面から持ち出される灰の流量のｎ乗と灰
温度の積との差の項を加えて動特性を解析することが好
ましい。
んで解析することにより、よりいっそう正確なシミュレ
ーションが可能になる。さらにエネルギーバランスに伝
熱面を通過する灰の流量と温度を変数として取り込ん
で、灰の顕熱を考慮したより正確な動特性推定ができ
る。なお、伝熱面を通過する灰流量に対し累乗数として
指数ｎを作用させた式を用いれば、指数ｎを調整するこ
とにより解析対象ボイラの特性に合わせることができる
ので、各種のボイラに対して基本的には同じ式表現を用
いて対応することができる。特に、水・蒸気熱交換器に
おける対流伝熱に伝熱面へ持ち込む灰の流量のｎ乗と灰
温度の積と伝熱面から持ち出される灰の流量のｎ乗と灰
温度の積との差の項を加えて動特性を解析することが好
ましい。
【００１３】さらに、流動層を保持し中温サイクロンを
有する循環流動層ボイラにおいて、流動層、フリーボー
ド、水・蒸気熱交換器、灰循環系の各ブロックに分割し
て集中定数系としての熱収支および物質収支を表し、そ
の後相互関係を統合して動特性を解析するようにしたこ
とにより、比較的容易に求まるブロック毎の収支に基づ
いて全体の挙動を推定するようにすることができた。
有する循環流動層ボイラにおいて、流動層、フリーボー
ド、水・蒸気熱交換器、灰循環系の各ブロックに分割し
て集中定数系としての熱収支および物質収支を表し、そ
の後相互関係を統合して動特性を解析するようにしたこ
とにより、比較的容易に求まるブロック毎の収支に基づ
いて全体の挙動を推定するようにすることができた。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、１実施例について表した図
面と数式モデルを用いて本発明の循環流動層特性解析装
置を説明する。本発明は、リサイクル灰の成分変化と燃
料燃焼後の灰のマスバランス変化を反映したエネルギー
バランス式を取り込むことにより、循環流動層ボイラの
動特性をより正確に解析できるようにしたものである。
面と数式モデルを用いて本発明の循環流動層特性解析装
置を説明する。本発明は、リサイクル灰の成分変化と燃
料燃焼後の灰のマスバランス変化を反映したエネルギー
バランス式を取り込むことにより、循環流動層ボイラの
動特性をより正確に解析できるようにしたものである。
【００１５】
【実施例】図２は、対象とする循環流動層ボイラを流動
層、フリーボード、灰循環系、水・蒸気系の４個のブロ
ックに分割して表したシミュレータモデル構成図であ
る。対象循環流動層ボイラの動特性を知るためには、各
ブロックにおける石炭、石灰石、灰の燃焼状態を正しく
推定して、その燃焼状態変化が水・蒸気系に与える影響
を評価することが必要である。
層、フリーボード、灰循環系、水・蒸気系の４個のブロ
ックに分割して表したシミュレータモデル構成図であ
る。対象循環流動層ボイラの動特性を知るためには、各
ブロックにおける石炭、石灰石、灰の燃焼状態を正しく
推定して、その燃焼状態変化が水・蒸気系に与える影響
を評価することが必要である。
【００１６】本循環流動層ボイラでは、流動層燃焼部と
フリーボード燃焼部の両方で石炭と灰中未燃分の燃焼が
行われるので、それぞれで燃焼する割合をモデルに取り
込んでいる。また、モデル構築を容易にするため各ブロ
ックを集中定数系で近似し、各ブロックから飛び出す灰
とガスは出口における状態で代表している。さらに、ブ
ロック毎に石炭と灰中の未燃分を考慮することで、より
正しいシミュレーションを可能とした。
フリーボード燃焼部の両方で石炭と灰中未燃分の燃焼が
行われるので、それぞれで燃焼する割合をモデルに取り
込んでいる。また、モデル構築を容易にするため各ブロ
ックを集中定数系で近似し、各ブロックから飛び出す灰
とガスは出口における状態で代表している。さらに、ブ
ロック毎に石炭と灰中の未燃分を考慮することで、より
正しいシミュレーションを可能とした。
【００１７】１．流動層ブロック 流動層には、系内に新たに導入される石炭と石灰石と共
に、灰循環系からの灰が供給される。また、予熱された
１次空気を床下から噴出させて流動層を保持しながら流
動層に投入された可燃成分の一部を燃焼させる。この燃
焼熱により石灰石が反応して炉内脱硫が行われる。流動
層内で発生したガスと灰は流動層の温度を保ちながら一
部が流動層を飛び出しフリーボード燃焼部へ移動する。
なお、灰の一部が炉外に排出されて循環流動層ボイラ全
体の物質収支を均衡させている。
に、灰循環系からの灰が供給される。また、予熱された
１次空気を床下から噴出させて流動層を保持しながら流
動層に投入された可燃成分の一部を燃焼させる。この燃
焼熱により石灰石が反応して炉内脱硫が行われる。流動
層内で発生したガスと灰は流動層の温度を保ちながら一
部が流動層を飛び出しフリーボード燃焼部へ移動する。
なお、灰の一部が炉外に排出されて循環流動層ボイラ全
体の物質収支を均衡させている。
【００１８】流動層ブロックにおける熱収支と物質収支
は下の式により表すことができる。 d/dt（ＣB・ＷB・ＴB）＝ＱINB−ＱOUTB （１） d/dt（ＷB）＝ＡB＋ＡROFB−ＡRB−ＢMO （２） ここで、 ＱINB＝ＱA1＋ＱCB＋ＱR＋ＱCI＋ＱCR＋ＱCAI （３） ＱOUTB＝ＱGB＋ＱBO＋ＱCA＋ＱMO＋ＱWO （４）
は下の式により表すことができる。 d/dt（ＣB・ＷB・ＴB）＝ＱINB−ＱOUTB （１） d/dt（ＷB）＝ＡB＋ＡROFB−ＡRB−ＢMO （２） ここで、 ＱINB＝ＱA1＋ＱCB＋ＱR＋ＱCI＋ＱCR＋ＱCAI （３） ＱOUTB＝ＱGB＋ＱBO＋ＱCA＋ＱMO＋ＱWO （４）
【００１９】なお、d/dt（Ｘ）はＸの時間微分を表し、
ＣBは流動物質比熱、ＷBは流動物質重量、ＴBは流動層
温度、ＡBは流動層で発生する灰量、ＡROFBはフリーボ
ードから落下してくる灰量、ＡRBは流動層から飛び出す
灰量、ＢMOは流動層から抜き出す灰量、ＱA1は１次空気
が持ち込む顕熱、ＱCBは流動層内における石炭燃焼熱、
ＱRは灰の燃焼熱、ＱCI、ＱCR、ＱCAIはそれぞれ石炭、
灰、石灰石の持ち込み顕燃、ＱGB、ＱBO、ＱMOはそれぞ
れ流動層ガス、流動層飛び出し灰、流動物質の持ち出し
顕熱、ＱCAは石灰石の反応吸収熱、ＱWOは周辺の炉壁伝
熱を表す。
ＣBは流動物質比熱、ＷBは流動物質重量、ＴBは流動層
温度、ＡBは流動層で発生する灰量、ＡROFBはフリーボ
ードから落下してくる灰量、ＡRBは流動層から飛び出す
灰量、ＢMOは流動層から抜き出す灰量、ＱA1は１次空気
が持ち込む顕熱、ＱCBは流動層内における石炭燃焼熱、
ＱRは灰の燃焼熱、ＱCI、ＱCR、ＱCAIはそれぞれ石炭、
灰、石灰石の持ち込み顕燃、ＱGB、ＱBO、ＱMOはそれぞ
れ流動層ガス、流動層飛び出し灰、流動物質の持ち出し
顕熱、ＱCAは石灰石の反応吸収熱、ＱWOは周辺の炉壁伝
熱を表す。
【００２０】２．フリーボードブロック フリーボードには予熱された２次空気と３次空気が供給
されていて、流動層から飛び出して流入したガスと灰と
共に系内に導入された石炭の一部が燃焼する。また、灰
循環系からも灰が供給される。フリーボード燃焼部で発
生したガスと灰はやがて全量が伝熱面へ移動して熱交換
する。
されていて、流動層から飛び出して流入したガスと灰と
共に系内に導入された石炭の一部が燃焼する。また、灰
循環系からも灰が供給される。フリーボード燃焼部で発
生したガスと灰はやがて全量が伝熱面へ移動して熱交換
する。
【００２１】フリーボードブロックにおける熱収支は下
の式により表すことができる。 d/dt（ＣBR・ＷＡROF・ＴF）＝ＱINF−ＱOUTF （５） ここで、 ＱINF＝ＱA23＋ＱCBF＋ＱRF＋ＱCIF＋ＱCRF＋ＱGB＋ＱBO （６） ＱOUTF＝ＱGGF＋ＱFO＋ＱWOF （７）
の式により表すことができる。 d/dt（ＣBR・ＷＡROF・ＴF）＝ＱINF−ＱOUTF （５） ここで、 ＱINF＝ＱA23＋ＱCBF＋ＱRF＋ＱCIF＋ＱCRF＋ＱGB＋ＱBO （６） ＱOUTF＝ＱGGF＋ＱFO＋ＱWOF （７）
【００２２】なお、ＣBRは灰の比熱、ＷＡROFはフリー
ボードに滞留する灰の重量、ＴFはフリーボード温度、
ＱA23は２次空気と３次空気が持ち込む顕熱、ＱCBFはフ
リーボードにおける石炭の燃焼熱、ＱRFは灰の燃焼熱、
ＱCIF、ＱCRFはそれぞれ石炭、灰の持ち込み顕燃、Ｑ
GGF、ＱFOはフリーボードにおけるガスと飛び出し灰の
持ち出し顕熱、ＱWOFはフリーボードの炉壁伝熱を表
す。
ボードに滞留する灰の重量、ＴFはフリーボード温度、
ＱA23は２次空気と３次空気が持ち込む顕熱、ＱCBFはフ
リーボードにおける石炭の燃焼熱、ＱRFは灰の燃焼熱、
ＱCIF、ＱCRFはそれぞれ石炭、灰の持ち込み顕燃、Ｑ
GGF、ＱFOはフリーボードにおけるガスと飛び出し灰の
持ち出し顕熱、ＱWOFはフリーボードの炉壁伝熱を表
す。
【００２３】３．水・蒸気系ブロック 水・蒸気系には水が供給され、フリーボードから供給さ
れる加熱されたガスと灰と熱交換して蒸気となって需要
先に送り出される。ガスと灰は熱交換した後でサイクロ
ンに流れていく。なお、ドラムに貯留する水は炉壁水管
を介して流動層やフリーボード部分の熱を吸収して予熱
される。ここで対象とした流動層を保持し中温サイクロ
ンを用いる循環流動層ボイラでは、燃焼ガスに加えて伝
熱面を通り過ぎる循環灰も水・蒸気系における熱交換媒
体として勘定に入れる必要がある。伝熱面にはスーパー
ヒータとエバポレータ等があるが、ボイラに設置される
スーパーヒータやエバポレータ等の伝熱面それぞれに対
し１個の配管の集中定数系として扱って実用上の精度が
確保できる。
れる加熱されたガスと灰と熱交換して蒸気となって需要
先に送り出される。ガスと灰は熱交換した後でサイクロ
ンに流れていく。なお、ドラムに貯留する水は炉壁水管
を介して流動層やフリーボード部分の熱を吸収して予熱
される。ここで対象とした流動層を保持し中温サイクロ
ンを用いる循環流動層ボイラでは、燃焼ガスに加えて伝
熱面を通り過ぎる循環灰も水・蒸気系における熱交換媒
体として勘定に入れる必要がある。伝熱面にはスーパー
ヒータとエバポレータ等があるが、ボイラに設置される
スーパーヒータやエバポレータ等の伝熱面それぞれに対
し１個の配管の集中定数系として扱って実用上の精度が
確保できる。
【００２４】すなわち、伝熱面の熱収支は、水・蒸気の
持ち込み熱と持ち出し熱、ガスと灰の持ち込み熱と持ち
出し熱の収支とし、伝熱配管出口における水・蒸気温度
は伝熱配管温度と等しいとし、ガスの滞留時間が灰の滞
留時間と比較すると十分短いことから伝熱面前後のガス
の時間遅れを無視している。また、伝熱面において、燃
焼ガスと灰の持ち込み顕熱と持ち出し顕熱の差は、輻射
伝熱と対流伝熱による伝熱量としている。なお、輻射伝
熱と対流伝熱の式には、対象プロセスの特徴を盛り込む
ために、それぞれ灰の流量に関する項を取り込んであ
る。
持ち込み熱と持ち出し熱、ガスと灰の持ち込み熱と持ち
出し熱の収支とし、伝熱配管出口における水・蒸気温度
は伝熱配管温度と等しいとし、ガスの滞留時間が灰の滞
留時間と比較すると十分短いことから伝熱面前後のガス
の時間遅れを無視している。また、伝熱面において、燃
焼ガスと灰の持ち込み顕熱と持ち出し顕熱の差は、輻射
伝熱と対流伝熱による伝熱量としている。なお、輻射伝
熱と対流伝熱の式には、対象プロセスの特徴を盛り込む
ために、それぞれ灰の流量に関する項を取り込んであ
る。
【００２５】このような条件の下で水・蒸気系ブロック
におけるエネルギーバランスを下の式で表現する。これ
らは説明の単純化のため、全ての伝熱面を図３に示すよ
うな１個の集中定数系として扱った場合の式である。実
際のシミュレータでは、スーパーヒータ、エバポレータ
など毎にそれぞれ伝熱面に対して上の条件に基づいた数
式モデルを使用することが好ましい。 ＣMＷM・d/dt（ＴSO）＝ＣPG（ＴHI−ＴHO）ＧGF ＋ＣBR（ＴHIＡRF−ＴHOＡRE）＋ＧGS（ＨI−ＨO） （８） なお、 ＣPG（ＴHI−ＴHO）ＧGF＋ＣBR（ＴHIＡRF−ＴHOＡRE） ＝Ｋ1(ＧGF 0.6(ＴHI−ＴSO))＋Ｋ2(ＡRF nＴHI−ＡRE nＴSO) ＋Ｋ3(((ＴHI＋273.15）/100)4−((ＴSO＋273.15）/100)4) （９）
におけるエネルギーバランスを下の式で表現する。これ
らは説明の単純化のため、全ての伝熱面を図３に示すよ
うな１個の集中定数系として扱った場合の式である。実
際のシミュレータでは、スーパーヒータ、エバポレータ
など毎にそれぞれ伝熱面に対して上の条件に基づいた数
式モデルを使用することが好ましい。 ＣMＷM・d/dt（ＴSO）＝ＣPG（ＴHI−ＴHO）ＧGF ＋ＣBR（ＴHIＡRF−ＴHOＡRE）＋ＧGS（ＨI−ＨO） （８） なお、 ＣPG（ＴHI−ＴHO）ＧGF＋ＣBR（ＴHIＡRF−ＴHOＡRE） ＝Ｋ1(ＧGF 0.6(ＴHI−ＴSO))＋Ｋ2(ＡRF nＴHI−ＡRE nＴSO) ＋Ｋ3(((ＴHI＋273.15）/100)4−((ＴSO＋273.15）/100)4) （９）
【００２６】ここで、ＣM、ＣPG、ＣBRはそれぞれ伝熱
配管、ガス、灰の比熱、ＷMは伝熱面重量、ＴSOは伝熱
面出口の水・蒸気温度、ＴHI、ＴHOはそれぞれ伝熱面持
ち込みガス温度と持ち出しガス温度、ＡRFはフリーボー
ドから飛び出す灰の量、ＡREはボイラ炉外飛び出し灰
量、ＧGFはフリーボードで発生するガス量、ＧGSは水・
蒸気流量、ＨI、ＨOはそれぞれ伝熱配管入口と出口の水
・蒸気エンタルピ、Ｋ1、Ｋ2はそれぞれ伝熱面ガス側と
灰側の対流伝熱係数、Ｋ3は伝熱面の輻射伝熱係数、ｎ
は灰対流伝熱調整パラメータである。
配管、ガス、灰の比熱、ＷMは伝熱面重量、ＴSOは伝熱
面出口の水・蒸気温度、ＴHI、ＴHOはそれぞれ伝熱面持
ち込みガス温度と持ち出しガス温度、ＡRFはフリーボー
ドから飛び出す灰の量、ＡREはボイラ炉外飛び出し灰
量、ＧGFはフリーボードで発生するガス量、ＧGSは水・
蒸気流量、ＨI、ＨOはそれぞれ伝熱配管入口と出口の水
・蒸気エンタルピ、Ｋ1、Ｋ2はそれぞれ伝熱面ガス側と
灰側の対流伝熱係数、Ｋ3は伝熱面の輻射伝熱係数、ｎ
は灰対流伝熱調整パラメータである。
【００２７】上記（８）式は伝熱面蒸気式であって、伝
熱面において「燃焼ガスと灰が持ち込む顕熱と持ち出す
顕熱の差」に「輻射伝熱と対流伝熱」を加えた値により
熱交換器保有温度すなわち水・蒸気温度が変化すること
を意味する。また（９）は伝熱面熱交換式であって、対
流伝熱は「ガスの持ち込み温度と持ち出し温度の差にガ
ス流量の０．６乗を掛けた値」と「伝熱面への灰持ち込
み量のｎ乗と灰持ち込み温度の積と伝熱面からの灰持ち
出し量のｎ乗と灰持ち出し温度の積の差」を加えた値に
比例することを意味し、輻射伝熱はガス持ち込み温度の
４乗と伝熱配管出口の水・蒸気温度の４乗の差に比例す
ることを意味する。
熱面において「燃焼ガスと灰が持ち込む顕熱と持ち出す
顕熱の差」に「輻射伝熱と対流伝熱」を加えた値により
熱交換器保有温度すなわち水・蒸気温度が変化すること
を意味する。また（９）は伝熱面熱交換式であって、対
流伝熱は「ガスの持ち込み温度と持ち出し温度の差にガ
ス流量の０．６乗を掛けた値」と「伝熱面への灰持ち込
み量のｎ乗と灰持ち込み温度の積と伝熱面からの灰持ち
出し量のｎ乗と灰持ち出し温度の積の差」を加えた値に
比例することを意味し、輻射伝熱はガス持ち込み温度の
４乗と伝熱配管出口の水・蒸気温度の４乗の差に比例す
ることを意味する。
【００２８】したがって、伝熱面への入力エネルギが求
まれば、（８）（９）式より伝熱配管出口の水・蒸気温
度と持ち出しガス温度が推定できる。また、これらの式
により、灰量が変化したときには、伝熱配管出口の水・
蒸気温度と伝熱面持ち出しガス温度に直接反映させるこ
とができる。なお、（９）式における累乗係数ｎは灰の
対流伝熱の状態を反映するパラメータで、この値を変更
することにより灰量変化に対する循環流動層ボイラの応
答特性が変化するので、実機の特性にモデルを適合させ
て動特性解析を正確に行うための重要な指標となる。ま
た、ガス流量ＧGFの累乗数には、一般に使用される値で
ある０．６を用いた。
まれば、（８）（９）式より伝熱配管出口の水・蒸気温
度と持ち出しガス温度が推定できる。また、これらの式
により、灰量が変化したときには、伝熱配管出口の水・
蒸気温度と伝熱面持ち出しガス温度に直接反映させるこ
とができる。なお、（９）式における累乗係数ｎは灰の
対流伝熱の状態を反映するパラメータで、この値を変更
することにより灰量変化に対する循環流動層ボイラの応
答特性が変化するので、実機の特性にモデルを適合させ
て動特性解析を正確に行うための重要な指標となる。ま
た、ガス流量ＧGFの累乗数には、一般に使用される値で
ある０．６を用いた。
【００２９】４．灰循環系ブロック 伝熱部出口ガス温度を持ったボイラ炉外排出ガスと灰の
うち、灰はサイクロンで分離捕集されて降灰管中に蓄積
される。降灰管内の灰はサイフォン下から吹き込まれる
空気により排出されて炉内へ再投入される。このよう
に、灰は降灰管で一旦貯留され放熱するため、これを考
慮に入れて熱収支・物質収支を組み立てることが好まし
い。また、燃料供給量が変化すると、燃焼の結果発生す
る灰量や灰成分も変化するので、炉内へ再投入されると
きの灰の灰分比すなわち灰中の不燃成分の比と低位発熱
量の変化を取り込むことが好ましい。なお、灰はフリー
ボード部や伝熱面で滞留し伝熱係数等の特性を変化させ
ることにも注意しなければならない。
うち、灰はサイクロンで分離捕集されて降灰管中に蓄積
される。降灰管内の灰はサイフォン下から吹き込まれる
空気により排出されて炉内へ再投入される。このよう
に、灰は降灰管で一旦貯留され放熱するため、これを考
慮に入れて熱収支・物質収支を組み立てることが好まし
い。また、燃料供給量が変化すると、燃焼の結果発生す
る灰量や灰成分も変化するので、炉内へ再投入されると
きの灰の灰分比すなわち灰中の不燃成分の比と低位発熱
量の変化を取り込むことが好ましい。なお、灰はフリー
ボード部や伝熱面で滞留し伝熱係数等の特性を変化させ
ることにも注意しなければならない。
【００３０】灰の循環では、フリーボード部、伝熱面、
サイクロン、降灰管、サイフォンを通過する間に時間遅
れが生じ、とくに降灰管では既に堆積している灰が炉内
に投入される間の無駄時間が生じて、動特性解析を難し
くしている。なお、サイクロンでは捕集しきれなかった
灰はガスエアヒータで冷却された後で灰捕集装置で捕捉
され、必要に応じて灰搬送機でリサイクル灰として炉内
に再投入される。灰搬送機で再投入される灰も時間遅れ
を考慮して扱うことが好ましいが、灰中の未燃成分につ
いては全体としての量が少ないため演算上省略しても問
題が生じない。
サイクロン、降灰管、サイフォンを通過する間に時間遅
れが生じ、とくに降灰管では既に堆積している灰が炉内
に投入される間の無駄時間が生じて、動特性解析を難し
くしている。なお、サイクロンでは捕集しきれなかった
灰はガスエアヒータで冷却された後で灰捕集装置で捕捉
され、必要に応じて灰搬送機でリサイクル灰として炉内
に再投入される。灰搬送機で再投入される灰も時間遅れ
を考慮して扱うことが好ましいが、灰中の未燃成分につ
いては全体としての量が少ないため演算上省略しても問
題が生じない。
【００３１】本循環流動層ボイラでは燃焼が行われる領
域が流動層とフリーボードに別れており、かつ伝熱面で
灰により行われる熱交換を考慮するため、炉内で発生す
る灰をシミュレーションするためのモデルは、流動層飛
び出し灰、フリーボード飛び出し灰、ボイラ炉外飛び出
し灰の３つについて作成する。また、未燃分量について
も、石炭の未燃成分と灰に含まれる未燃成分とを区別し
て算出するようにした。上記の条件に基づいて導出した
灰の平衡式を以下に示す。 ＡRB＝ＡRO＋ＧCU＋ＡRU （１０） ＡRF＝ＡROF＋ＧCUF＋ＡRUF （１１） ＡRE＝ＡRES＋ＧCUF＋ＡRUF （１２） ＡRC＝ＡCYC＋ＧCUF＋ＡRUF （１３）
域が流動層とフリーボードに別れており、かつ伝熱面で
灰により行われる熱交換を考慮するため、炉内で発生す
る灰をシミュレーションするためのモデルは、流動層飛
び出し灰、フリーボード飛び出し灰、ボイラ炉外飛び出
し灰の３つについて作成する。また、未燃分量について
も、石炭の未燃成分と灰に含まれる未燃成分とを区別し
て算出するようにした。上記の条件に基づいて導出した
灰の平衡式を以下に示す。 ＡRB＝ＡRO＋ＧCU＋ＡRU （１０） ＡRF＝ＡROF＋ＧCUF＋ＡRUF （１１） ＡRE＝ＡRES＋ＧCUF＋ＡRUF （１２） ＡRC＝ＡCYC＋ＧCUF＋ＡRUF （１３）
【００３２】ただし、 ＡRO＝f1(ＡRH，ＧC，ＡRI，ＣA） （１４） ＧCU＝f2(ＧC） （１５） ＡRU＝f3(ＡRH，ＡRI） （１６） ＡROF＝g1(ＡRH，ＧC，ＡRI，ＣA，ＡRO） （１７） ＧCUF＝g2(ＧC，ＧCU） （１８） ＡRUF＝g3(ＡRH，ＡRI，ＡRU） （１９） ＡRES＝ＡROFの時間遅れ （２０） ＡCYC＝ＡRES・ＣCYC （２１） であり、また灰捕集装置におけるリサイクル灰量ＡRIB
は ＡRIB＝ＡRES・(１−ＣCYC）の時間遅れ （２２） で表される。
は ＡRIB＝ＡRES・(１−ＣCYC）の時間遅れ （２２） で表される。
【００３３】ここで、ＡRBは流動層から飛び出す灰の
量、ＡROは流動層飛び出し灰の中の灰分量、ＧCUは流動
層飛び出し灰中の石炭未燃分量、ＡRUは流動層飛び出し
灰中の未燃分量、ＡRFはフリーボードから飛び出す灰の
量、ＡROFはフリーボード飛び出し灰中の灰分量、ＧCUF
はフリーボード飛び出し灰中の石炭未燃分量、ＡRUFは
フリーボード飛び出し灰中の未燃分量、ＡREはボイラ炉
外に飛び出す灰の量、Ａ RESはボイラ炉外に飛び出す灰
中の灰分量、ＡRCはサイクロンで捕集される灰の量、Ａ
CYCはサイクロン捕集灰中の灰分量、ＡRHは炉内へ投入
されるリサイクル灰中の灰分比、ＧCは石炭供給量、Ａ
RIはサイクロンを介してリサイクルする灰量、ＣAはＣa
化合物供給量、ＣCYCはサイクロンの捕集効率、ｆj、ｇ
j（j＝１，２，３）はそれぞれ灰／未燃分導出関数であ
る。
量、ＡROは流動層飛び出し灰の中の灰分量、ＧCUは流動
層飛び出し灰中の石炭未燃分量、ＡRUは流動層飛び出し
灰中の未燃分量、ＡRFはフリーボードから飛び出す灰の
量、ＡROFはフリーボード飛び出し灰中の灰分量、ＧCUF
はフリーボード飛び出し灰中の石炭未燃分量、ＡRUFは
フリーボード飛び出し灰中の未燃分量、ＡREはボイラ炉
外に飛び出す灰の量、Ａ RESはボイラ炉外に飛び出す灰
中の灰分量、ＡRCはサイクロンで捕集される灰の量、Ａ
CYCはサイクロン捕集灰中の灰分量、ＡRHは炉内へ投入
されるリサイクル灰中の灰分比、ＧCは石炭供給量、Ａ
RIはサイクロンを介してリサイクルする灰量、ＣAはＣa
化合物供給量、ＣCYCはサイクロンの捕集効率、ｆj、ｇ
j（j＝１，２，３）はそれぞれ灰／未燃分導出関数であ
る。
【００３４】さらに、本実施例の特性解析装置では、灰
循環系を下の式で表現する。 d/dt（ＣBR・ＷSYP・ＴR）＝ＱINS−ＱOUTS （２３） d/dt（ＷSYP）＝ＡRC−ＡRI−ＣBMO （２４） （２４）式は降灰管およびサイフォン内の灰重量変化を
表現した式である。また、降灰管における無駄時間dela
yは、 delay＝ＷSYP／（ＡRI＋ＣBMO） （２５） で表される。
循環系を下の式で表現する。 d/dt（ＣBR・ＷSYP・ＴR）＝ＱINS−ＱOUTS （２３） d/dt（ＷSYP）＝ＡRC−ＡRI−ＣBMO （２４） （２４）式は降灰管およびサイフォン内の灰重量変化を
表現した式である。また、降灰管における無駄時間dela
yは、 delay＝ＷSYP／（ＡRI＋ＣBMO） （２５） で表される。
【００３５】ここで、 ＱINS＝ＱAC （２６） ＱOUTS＝ＱAS＋ＱSMO＋ＱSYP （２７） また、ＷSYPは降灰管およびサイフォンに滞留する灰の
重量、ＴRは降灰管およびサイフォン管内の灰温度、Ｃ
BMOは降灰管から外部に投棄される灰量、ＱACはサイク
ロン捕集灰の持ち出し顕熱、ＱASはサイフォンから炉内
に投入される灰の持ち出し顕熱、ＱSMOは降灰管から投
棄される灰の持ち出し顕熱、ＱSYPは降灰管の放熱損で
ある。
重量、ＴRは降灰管およびサイフォン管内の灰温度、Ｃ
BMOは降灰管から外部に投棄される灰量、ＱACはサイク
ロン捕集灰の持ち出し顕熱、ＱASはサイフォンから炉内
に投入される灰の持ち出し顕熱、ＱSMOは降灰管から投
棄される灰の持ち出し顕熱、ＱSYPは降灰管の放熱損で
ある。
【００３６】さらに、灰中の灰分比ＡRHと灰の低位発熱
量ＨURは、 ＡRH＝ｈ(ＡRC）＝ＡCYC／（ＡCYC＋ＧCUF＋ＡRUF）の時間遅れ（２８） ＨUR＝ｉ(ＡRH）＝ＨUC（１−ＡRH） （２９） で求められる。ここで、hは灰中の灰分比導出関数、iは
灰低位発熱量導出関数、ＨUCは石炭の低位発熱量を表
す。
量ＨURは、 ＡRH＝ｈ(ＡRC）＝ＡCYC／（ＡCYC＋ＧCUF＋ＡRUF）の時間遅れ（２８） ＨUR＝ｉ(ＡRH）＝ＨUC（１−ＡRH） （２９） で求められる。ここで、hは灰中の灰分比導出関数、iは
灰低位発熱量導出関数、ＨUCは石炭の低位発熱量を表
す。
【００３７】このように、ボイラ炉外飛び出し灰中灰分
量ＡRESはフリーボードからボイラ炉外飛び出しまでの
１次遅れ時定数を考慮し、灰捕集装置からのリサイクル
灰量ＡRIBはサイクロンからガスエアヒータ、灰捕集装
置、灰搬送機を経てボイラ炉までの無駄時間と１次遅れ
時定数を考慮した。これらの数値は適用するボイラ個体
毎に対応した適当な値を見出して設定する。また、灰中
灰分比ＡRHには降灰管の無駄時間delayと１次遅れ時定
数を考慮する。灰中灰分比ＡRHの１次遅れ時定数はサイ
フォン下から空気を吹き込み炉内に投入するまでの時間
であり、やはり対象とする炉毎に適当な値を見出して設
定する。
量ＡRESはフリーボードからボイラ炉外飛び出しまでの
１次遅れ時定数を考慮し、灰捕集装置からのリサイクル
灰量ＡRIBはサイクロンからガスエアヒータ、灰捕集装
置、灰搬送機を経てボイラ炉までの無駄時間と１次遅れ
時定数を考慮した。これらの数値は適用するボイラ個体
毎に対応した適当な値を見出して設定する。また、灰中
灰分比ＡRHには降灰管の無駄時間delayと１次遅れ時定
数を考慮する。灰中灰分比ＡRHの１次遅れ時定数はサイ
フォン下から空気を吹き込み炉内に投入するまでの時間
であり、やはり対象とする炉毎に適当な値を見出して設
定する。
【００３８】排ガスは、流動層とフリーボードで石炭と
灰が燃焼することにより発生し、灰捕集装置を通って図
外の煙突から外気に排出される。流動層における排ガス
発生量ＧGBとフリーボードにおける排ガス発生量Ｇ
GFは、石炭と灰の理論空気量と理論ガス量を用い、下の
式から導出することができる。 ＧGB＝ＧA1＋(ＶOC−ＡoC)ＫCＮCＧC＋(ＶOR−ＡoR)ＫRＮRＡRI （２８） ＧGF＝ＧGB＋ＧA23＋(ＶOC−ＡoC)（１−ＫC）ＮCＧC ＋(ＶOR−ＡoR)（１−ＫR）ＮRＡRI （２９）
灰が燃焼することにより発生し、灰捕集装置を通って図
外の煙突から外気に排出される。流動層における排ガス
発生量ＧGBとフリーボードにおける排ガス発生量Ｇ
GFは、石炭と灰の理論空気量と理論ガス量を用い、下の
式から導出することができる。 ＧGB＝ＧA1＋(ＶOC−ＡoC)ＫCＮCＧC＋(ＶOR−ＡoR)ＫRＮRＡRI （２８） ＧGF＝ＧGB＋ＧA23＋(ＶOC−ＡoC)（１−ＫC）ＮCＧC ＋(ＶOR−ＡoR)（１−ＫR）ＮRＡRI （２９）
【００３９】ここで、ＧA1は１次燃焼流動用空気量、Ｖ
OCは石炭燃焼理論ガス量、ＡoCは石炭燃焼理論空気量、
ＫCは流動層内石炭燃焼率、ＮCは石炭燃焼効率、ＧCは
炉内投入石炭量、ＶORは灰燃焼理論ガス量、ＡoRは灰燃
焼理論空気量、ＫRは流動層内灰燃焼率、ＮRは灰燃焼効
率、ＡRIはサイフォンに捕集された灰の炉内投入量、Ｇ
A23は２，３次燃焼流動用空気量である。
OCは石炭燃焼理論ガス量、ＡoCは石炭燃焼理論空気量、
ＫCは流動層内石炭燃焼率、ＮCは石炭燃焼効率、ＧCは
炉内投入石炭量、ＶORは灰燃焼理論ガス量、ＡoRは灰燃
焼理論空気量、ＫRは流動層内灰燃焼率、ＮRは灰燃焼効
率、ＡRIはサイフォンに捕集された灰の炉内投入量、Ｇ
A23は２，３次燃焼流動用空気量である。
【００４０】これら関係式を図２に表示した各ブロック
に組み込んで循環流動層ボイラのシミュレーションを行
った。図４と図５は、リサイクル灰量ＡRIを０分に１０
％増加させて他の変数がどの様に変化するかを見た開ル
ープシミュレーションである。図４は、上からリサイク
ル灰量ＡRI、サイクロン捕集灰量ＡRC、リサイクル灰中
灰分比ＡRH、リサイクル灰低位発熱量ＨURの変化を示
す。
に組み込んで循環流動層ボイラのシミュレーションを行
った。図４と図５は、リサイクル灰量ＡRIを０分に１０
％増加させて他の変数がどの様に変化するかを見た開ル
ープシミュレーションである。図４は、上からリサイク
ル灰量ＡRI、サイクロン捕集灰量ＡRC、リサイクル灰中
灰分比ＡRH、リサイクル灰低位発熱量ＨURの変化を示
す。
【００４１】リサイクル灰量ＡRIが増加するとサイクロ
ン捕集灰量ＡRCがすぐに増加し始める。これに対してリ
サイクル灰中灰分比ＡRHとリサイクル灰低位発熱量ＨUR
は７分ほど無駄時間がある。これは運転前から降灰管内
に充填されていた灰が炉内に投入された後でないと、新
しく堆積した灰が投入されないことを反映したものであ
る。シミュレーション結果には、リサイクル灰を増加さ
せることにより炉内の灰の灰中灰分比ＡRHが増加しリサ
イクル灰低位発熱量ＨURが低下することがはっきりと現
れている。
ン捕集灰量ＡRCがすぐに増加し始める。これに対してリ
サイクル灰中灰分比ＡRHとリサイクル灰低位発熱量ＨUR
は７分ほど無駄時間がある。これは運転前から降灰管内
に充填されていた灰が炉内に投入された後でないと、新
しく堆積した灰が投入されないことを反映したものであ
る。シミュレーション結果には、リサイクル灰を増加さ
せることにより炉内の灰の灰中灰分比ＡRHが増加しリサ
イクル灰低位発熱量ＨURが低下することがはっきりと現
れている。
【００４２】図５は、上から流動層温度ＴB、フリーボ
ードガス温度ＴF、ボイラ出口ガス温度ＴESC、主蒸気温
度ＴS2の変化を示すグラフである。ここでは、灰対流伝
熱調整パラメータｎを０．６、１．２、１．８と変えた
場合を比較して示した。灰対流伝熱調整パラメータｎを
大きくすると灰による対流伝熱効果を大きく評価するこ
とになるので、ボイラ出口ガス温度ＴESCは低下し、そ
の結果主蒸気温度ＴS2が低下する。また、ボイラ出口ガ
ス温度ＴESCが低下するため、リサイクル灰の温度も低
下し流動層温度ＴBとフリーボードガス温度ＴFも低下す
る。このように灰対流伝熱調整パラメータｎを変更する
ことによりボイラ特性が大きく変化するので、実際の循
環流動層ボイラについて測定した特性に適合するように
灰対流伝熱調整パラメータｎを選択することによって、
より正確にシミュレーションすることができるようにな
る。
ードガス温度ＴF、ボイラ出口ガス温度ＴESC、主蒸気温
度ＴS2の変化を示すグラフである。ここでは、灰対流伝
熱調整パラメータｎを０．６、１．２、１．８と変えた
場合を比較して示した。灰対流伝熱調整パラメータｎを
大きくすると灰による対流伝熱効果を大きく評価するこ
とになるので、ボイラ出口ガス温度ＴESCは低下し、そ
の結果主蒸気温度ＴS2が低下する。また、ボイラ出口ガ
ス温度ＴESCが低下するため、リサイクル灰の温度も低
下し流動層温度ＴBとフリーボードガス温度ＴFも低下す
る。このように灰対流伝熱調整パラメータｎを変更する
ことによりボイラ特性が大きく変化するので、実際の循
環流動層ボイラについて測定した特性に適合するように
灰対流伝熱調整パラメータｎを選択することによって、
より正確にシミュレーションすることができるようにな
る。
【００４３】図６は、さらに制御系を組み込んで循環流
動層ボイラの閉ループシミュレーションを行った結果を
示すチャートである。主蒸気圧力、主蒸気温度、ドラム
レベル、層温度の制御をＰＩＤ制御器により実施したも
ので、外乱として０分に減圧弁開度ＡＶを１０％増加さ
せる操作を与えた。図６は、左側上からそれぞれ主蒸気
圧力、主蒸気温度、ドラムレベル、層温度の変化を表す
グラフを示し、右側上からそれぞれボイラマスター、減
圧弁開度、主蒸気流量、石炭投入量の変化を示す。減圧
弁を開くと、ＰＩＤ制御器の働きにより、新しい水準に
適合するようにボイラマスター、主蒸気流量、石炭投入
量等の入力変数を変化させて、主蒸気圧力、主蒸気温
度、ドラムレベル、層温度を設定値に保持しようとす
る。このシミュレーションではほぼ２０分で整定したこ
とがわかる。
動層ボイラの閉ループシミュレーションを行った結果を
示すチャートである。主蒸気圧力、主蒸気温度、ドラム
レベル、層温度の制御をＰＩＤ制御器により実施したも
ので、外乱として０分に減圧弁開度ＡＶを１０％増加さ
せる操作を与えた。図６は、左側上からそれぞれ主蒸気
圧力、主蒸気温度、ドラムレベル、層温度の変化を表す
グラフを示し、右側上からそれぞれボイラマスター、減
圧弁開度、主蒸気流量、石炭投入量の変化を示す。減圧
弁を開くと、ＰＩＤ制御器の働きにより、新しい水準に
適合するようにボイラマスター、主蒸気流量、石炭投入
量等の入力変数を変化させて、主蒸気圧力、主蒸気温
度、ドラムレベル、層温度を設定値に保持しようとす
る。このシミュレーションではほぼ２０分で整定したこ
とがわかる。
【００４４】シミュレーションに使用するモデルが正確
であれば、各パラメータの値を選択して適用することに
より、制御系の最適設計や制御パラメータ調整、制御性
能の確認などを実機の運転なしに行うことができる。従
来、ボイラプラントを建設するときは実機完成後に現場
で実機を使って制御パラメータの設定調整を行う必要が
あり、この工期の最終段階で熟練と手間と時間を要求さ
れる作業の合理化は強い要請を受けていた。
であれば、各パラメータの値を選択して適用することに
より、制御系の最適設計や制御パラメータ調整、制御性
能の確認などを実機の運転なしに行うことができる。従
来、ボイラプラントを建設するときは実機完成後に現場
で実機を使って制御パラメータの設定調整を行う必要が
あり、この工期の最終段階で熟練と手間と時間を要求さ
れる作業の合理化は強い要請を受けていた。
【００４５】本シミュレータシステムを用いることによ
り、実機完成前に制御性能を予測することが可能とな
り、現地調整の手間と時間を節約することができ、また
工期短縮の効果も大きい。なお、上記実施例の説明で
は、本発明のボイラ特性解析装置を適用することにより
特に大きな効果が期待される中温サイクロンを用い流動
層をしっかり保持した循環流動層ボイラに適用する場合
を取り上げたが、本発明の装置は従来法である程度の精
度が得られるようなプラントに対して適用する場合にも
シミュレーションの精度が上がり大きな効用があること
はいうまでもない。
り、実機完成前に制御性能を予測することが可能とな
り、現地調整の手間と時間を節約することができ、また
工期短縮の効果も大きい。なお、上記実施例の説明で
は、本発明のボイラ特性解析装置を適用することにより
特に大きな効果が期待される中温サイクロンを用い流動
層をしっかり保持した循環流動層ボイラに適用する場合
を取り上げたが、本発明の装置は従来法である程度の精
度が得られるようなプラントに対して適用する場合にも
シミュレーションの精度が上がり大きな効用があること
はいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の循環流動層
ボイラ動特性解析装置は、流動層を保持し中温サイクロ
ンを用いた循環流動層ボイラにおける灰循環の動特性解
析が可能となり、そのようなボイラの制御系構築や制御
パラメータ最適調整あるいは操作員の運転訓練などに利
用することができる。
ボイラ動特性解析装置は、流動層を保持し中温サイクロ
ンを用いた循環流動層ボイラにおける灰循環の動特性解
析が可能となり、そのようなボイラの制御系構築や制御
パラメータ最適調整あるいは操作員の運転訓練などに利
用することができる。
【図１】本発明の動特性解析装置が対象とする循環流動
層ボイラの例を表すフロー図である。
層ボイラの例を表すフロー図である。
【図２】本発明の動特性解析装置を用いたシミュレータ
の構成例を表すブロック図である。
の構成例を表すブロック図である。
【図３】本発明の動特性解析装置において前提とする条
件を説明するエネルギー収支概念図である。
件を説明するエネルギー収支概念図である。
【図４】本発明の動特性解析装置の１実施例におけるシ
ミュレーション結果を表す線図である。
ミュレーション結果を表す線図である。
【図５】本実施例における別のシミュレーション結果を
表す線図である。
表す線図である。
【図６】本実施例の動特性解析装置を用いた制御のシミ
ュレーション結果を表す線図である。
ュレーション結果を表す線図である。
ｎ 灰対流伝熱調整パラメータ ＡＲＢ 流動層飛出し灰量 ＡＲＦ フリーボード飛出し灰量 ＡＲＥ ボイラ炉外飛出し灰量 ＡＲＣ サイクロン捕集灰量 ＡＲＩ リサイクル灰量 ＡＲＩＢ 灰捕集装置リサイクル灰量 ＡＲＨ リサイクル灰中灰分比 ＧＡＨ ガスエアヒータ ＨＵＲ リサイクル灰低位発熱量 ＴＢ 流動層温度 ＴＦ フリーボードガス温度 ＴＥＳＣ ボイラ出口ガス温度 ＴＳ２ 主蒸気温度
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年７月２２日（１９９９．７．２
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 循環流動層ボイラ特性解析方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、循環流動層ボイラ
の動特性を解析する特性解析方法に関し、特に中温サイ
クロンを有する循環流動層ボイラに用いる特性解析方法
に関する。
の動特性を解析する特性解析方法に関し、特に中温サイ
クロンを有する循環流動層ボイラに用いる特性解析方法
に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【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、灰循環系が主要な要素となる循環
流動層ボイラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑で解析が困
難だった、流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環
流動層ボイラについてもより正確な動特性解析ができる
循環流動層ボイラ特性解析方法を提供することである。
しようとする課題は、灰循環系が主要な要素となる循環
流動層ボイラ、特に循環灰の熱的挙動が複雑で解析が困
難だった、流動層を保持し中温サイクロンを用いた循環
流動層ボイラについてもより正確な動特性解析ができる
循環流動層ボイラ特性解析方法を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の循環流動層ボイラ特性解析方法は、流動層
を保持し中温サイクロンを有する循環流動層ボイラにお
いて、ボイラ炉外に排出された未燃分を含む灰が中温サ
イクロンで捕集されて再度炉内に投入されるまでの経路
における無駄時間と遅れを表す灰循環動特性式を取り込
んだことを特徴とする。循環灰の無駄時間と遅れ時間を
正当に評価して解析することにより、より正確なシミュ
レーションが可能になり、事前に種々の条件でシミュレ
ーションを行って熟練度を上げたり最適パラメータの推
定を行っておいて現場作業の合理化を図ることができる
ようになった。
め、本発明の循環流動層ボイラ特性解析方法は、流動層
を保持し中温サイクロンを有する循環流動層ボイラにお
いて、ボイラ炉外に排出された未燃分を含む灰が中温サ
イクロンで捕集されて再度炉内に投入されるまでの経路
における無駄時間と遅れを表す灰循環動特性式を取り込
んだことを特徴とする。循環灰の無駄時間と遅れ時間を
正当に評価して解析することにより、より正確なシミュ
レーションが可能になり、事前に種々の条件でシミュレ
ーションを行って熟練度を上げたり最適パラメータの推
定を行っておいて現場作業の合理化を図ることができる
ようになった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、１実施例について表した図
面と数式モデルを用いて本発明の循環流動層特性解析方
法を説明する。本発明は、リサイクル灰の成分変化と燃
料燃焼後の灰のマスバランス変化を反映したエネルギー
バランス式を取り込むことにより、循環流動層ボイラの
動特性をより正確に解析できるようにしたものである。
面と数式モデルを用いて本発明の循環流動層特性解析方
法を説明する。本発明は、リサイクル灰の成分変化と燃
料燃焼後の灰のマスバランス変化を反映したエネルギー
バランス式を取り込むことにより、循環流動層ボイラの
動特性をより正確に解析できるようにしたものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】
【発明の効果】 以上説明した通り、本発明の循環流動
層ボイラ動特性解析方法によれば、流動層を保持し中温
サイクロンを用いた循環流動層ボイラにおける灰循環の
動特性解析が可能となり、そのようなボイラの制御系構
築や制御パラメータ最適調整あるいは操作員の運転訓練
などに利用することができる。
層ボイラ動特性解析方法によれば、流動層を保持し中温
サイクロンを用いた循環流動層ボイラにおける灰循環の
動特性解析が可能となり、そのようなボイラの制御系構
築や制御パラメータ最適調整あるいは操作員の運転訓練
などに利用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動特性解析方法が対象とする循環流動
層ボイラの例を表すフロー図である。
層ボイラの例を表すフロー図である。
【図２】本発明の動特性解析方法を用いたシミュレータ
の構成例を表すブロック図である。
の構成例を表すブロック図である。
【図３】本発明の動特性解析方法において前提とする条
件を説明するエネルギー収支概念図である。
件を説明するエネルギー収支概念図である。
【図４】本発明の動特性解析方法の１実施例におけるシ
ミュレーション結果を表す線図である。
ミュレーション結果を表す線図である。
【図５】本実施例における別のシミュレーション結果を
表す線図である。
表す線図である。
【図６】本実施例の動特性解析方法を用いた制御のシミ
ュレーション結果を表す線図である。
ュレーション結果を表す線図である。
【符号の説明】 ｎ 灰対流伝熱調整パラメータ ＡＲＢ 流動層飛出し灰量 ＡＲＦ フリーボード飛出し灰量 ＡＲＥ ボイラ炉外飛出し灰量 ＡＲＣ サイクロン捕集灰量 ＡＲＩ リサイクル灰量 ＡＲＩＢ 灰捕集装置リサイクル灰量 ＡＲＨ リサイクル灰中灰分比 ＧＡＨ ガスエアヒータ ＨＵＲ リサイクル灰低位発熱量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真鍋 賢 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 宮本 裕一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 林 正人 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 小谷野 馨 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 Ｆターム(参考） 3K068 NA00 PA00
Claims (6)
- 【請求項１】 中温サイクロンを有する循環流動層ボイ
ラにおいて、ボイラ炉外に排出された未燃分を含む灰が
中温サイクロンで捕集されて再度炉内に投入されるまで
の経路における無駄時間と遅れを表す灰循環動特性式を
取り込んだことを特徴とする循環流動層ボイラ特性解析
装置。 - 【請求項２】 前記灰中の未燃分の量情報を取り込んで
解析することを特徴とする請求項１記載の循環流動層ボ
イラ特性解析装置。 - 【請求項３】 さらにエネルギーバランスに伝熱面を通
過する灰の流量と温度を変数として取り込んだことを特
徴とする請求項１または２記載の循環流動層ボイラ特性
解析装置。 - 【請求項４】 前記灰の流量に対し累乗数として指数ｎ
を作用させた式を用いて、指数ｎを調整することにより
解析対象ボイラの特性に合わせるようにしたことを特徴
とする請求項３記載の循環流動層ボイラ特性解析装置。 - 【請求項５】 水・蒸気熱交換器における対流伝熱に伝
熱面へ持ち込む灰の流量のｎ乗と灰温度の積と伝熱面か
ら持ち出される灰の流量のｎ乗と灰温度の積との差の項
を加えて動特性を解析することを特徴とする請求項４記
載の循環流動層ボイラ特性解析装置。 - 【請求項６】 中温サイクロンを有する循環流動層ボイ
ラにおいて、流動層、フリーボード、水・蒸気熱交換
器、灰循環系の各ブロックに分割して集中定数系として
の熱収支および物質収支を表し、その後相互関係を統合
して動特性を解析することを特徴とする請求項１から５
のいずれかに記載の循環流動層ボイラ特性解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31420098A JP2980317B1 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 循環流動層ボイラ特性解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31420098A JP2980317B1 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 循環流動層ボイラ特性解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2980317B1 JP2980317B1 (ja) | 1999-11-22 |
| JP2000146178A true JP2000146178A (ja) | 2000-05-26 |
Family
ID=18050482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31420098A Expired - Lifetime JP2980317B1 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 循環流動層ボイラ特性解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980317B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263747A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の性能予測解析方法及び性能予測解析システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111853763B (zh) * | 2020-06-08 | 2023-06-06 | 山鹰华南纸业有限公司 | 一种循环流化床锅炉返料循环灰补给方法 |
-
1998
- 1998-11-05 JP JP31420098A patent/JP2980317B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263747A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の性能予測解析方法及び性能予測解析システム |
| JP4710689B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2011-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の性能予測解析方法及び性能予測解析システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2980317B1 (ja) | 1999-11-22 |
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