JP2000199622A - 石炭焚ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用する石炭の種類に関わらず、負荷変化時
に出力を短時間で増減させることができ、かつ過剰な燃
料量を低減することができる石炭焚ボイラを提供するこ
と。 【解決手段】 発電機出力指令値ＭＷＤの変化率を微分
器１０で求め、関数発生器２０出力により、回転分級機
の回転数が速い時ほど、変化率制限器１１の出力を大き
くし、過渡期の燃料量を増加させる指令ＢＩＲの増加割
合α１を大きい値にする。また、発電機出力指令値ＭＷ
Ｄの変化率が一定の場合に保持するＢＩＲの上限値を求
めた後、関数発生器２１出力を乗算器２２により乗算
し、回転分級機の回転数が速い時ほどＢＩＲの上限値を
大きくすると共に、出力が一定になったときに燃料を減
少させる割合−β１を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を微細な粒子
に粉砕して燃料とする石炭焚ボイラに係り、特に燃料比
（固定炭素／揮発分）の異なる多種の石炭を燃料とする
のに好適な石炭焚きボイラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は石炭焚ボイラにおける燃料の供給
経路を示す図である。図で、１は給炭機で、コールフィ
ーダ２に石炭３を供給する。コールフィーダ２は石炭３
を微粉炭機４に供給する。微粉炭機４は、図示しないロ
ーラ及び粉砕テーブルからなる粉砕部により、石炭３を
微細な粒子に粉砕する。粉砕された石炭３の微粒子（以
下、「微粉炭３ａ」という。）は微粉炭機４の内部に配
置された回転分級機５により選別され、所定の粒度より
粗い粒度の微粉炭３ａは搬送用空気によりダクト６を通
ってバーナ７に供給されて燃焼し、所定の粒度よりも細
かい粒度の微粉炭３ａは微粉炭機４の微粉砕部に戻され
て再度粉砕される。

【０００３】バーナ７で燃焼させる石炭３の量（以下、
「燃料量」という。）は出力の大きさによって決まり、
出力をある値にするのに必要な燃料量をその出力の整定
燃料量という。

【０００４】ところで、石炭の種類ごとに、燃料比（燃
焼性を評価する指標で、「固定炭素／揮発分」であ
る。）が異なる。そこで、回転数の違いにより選別でき
る粒度が変わる回転分級機の特性を適切に利用するた
め、予め石炭の種類ごとに回転分級機５の標準回転数を
定めている。すなわち、揮発分が少なく燃焼速度の遅い
高燃料比炭の場合は粒度の細かい微粉炭３ａを選別する
ために高い回転数を、揮発分が多く燃焼速度の速い低燃
料比炭の場合は粒度の粗い微粉炭３ａを選別するために
低い回転数を、それぞれ標準回転数として定めている。
また、石炭の種類ごとに微粉炭機４の最大回転数が定め
られており、石炭の摩擦角に起因する微粉炭機４の過大
な振動発生を予防するようにしている。

【０００５】石炭焚ボイラでは、石炭３を給炭、粉砕、
分級、搬送のプロセスを経てバーナ７に供給するため、
油焚ボイラやガス焚ボイラに比べて燃料の供給に時間が
かかり、出力を直ちに変化させることが難しい。そこ
で、出力変化時には、過渡的に必要以上に燃料量を増減
した制御を行っている。この過剰量を指示する指令値を
ＢＩＲ（Boiler Input Ratio−入力加速指令値）とい
う。以下、発電用の石炭焚ボイラにおける発電量指令Ｍ
ＷＤとＢＩＲの関係について説明する。

【０００６】図４は、従来のＢＩＲを算出する回路構成
を示す図であり、図５は発電量指令値ＭＷＤがＡからＢ
に上昇した後、ＢからＡに下降したときの発電量指令値
ＭＷＤとＢＩＲとの関係を示す図であり、回転分級機５
の回転数はＮ１である。発電量指令値ＭＷＤが増加する
と（時刻Ｔ０）、微分器（ＤＦ）１０によりその変化率
を求め（この場合は増加率ｋ）、変化率制限器（ＲＬ）
１１によりＢＩＲを増加する割合α（投入レート）を決
定する。ＢＩＲが正の場合、ＢＩＲの値に応じてコール
フィーダ２の送り速度および微粉炭機４の回転数を徐々
に増加させる。その結果、出力は徐々に増加する。そし
て、決定した割合αに発電量指令値ＭＷＤの関数発生器
（ＦＧ）１２出力を乗算器１３で乗算してＢＩＲの上限
値Ｍ０を求める。出力の変化幅が大きい場合、ボイラで
発生した熱が蒸気通路等の温度を上昇させるのに費やさ
れて出力値が予定通りに上昇しないことがあるため、求
めた上限値Ｍ０に出力（ボイラ発熱量）の変化率に関す
る関数発生器（ＦＧ）１４出力と出力の変化幅に関する
関数発生器（ＦＧ）１６出力とを、それぞれ乗算器１５
および乗算器１７により乗算して上限値Ｍ１に補正す
る。また、発電量指令値ＭＷＤが一定になった後に燃料
量を減少させる割合−β（カットレート）を決定する。

【０００７】ＢＩＲの値が上限値Ｍ１になったら（時刻
Ｔ１）、ＢＩＲを上限値Ｍ１に保持し、比較１８により
発電量指令値ＭＷＤが一定になるのを待つ。

【０００８】発電量指令値ＭＷＤが一定になったら（時
刻Ｔ２）、加算器１９により、ＢＩＲが０になるまで割
合βで減少させ、コールフィーダ２の送り速度および微
粉炭機４の回転数を徐々に低下させて、燃料量を整定燃
料量に戻す（時刻Ｔ３）。

【０００９】発電量指令値ＭＷＤが減少すると（時刻Ｔ
４）、微分器１０によりその変化率を求め（この場合は
減少率ｋ）、変化率制限器１１によりＢＩＲを増加する
割合α（投入レート）を決定する。図示の場合は割合−
αの増加、すなわち割合αの減少が決定される。ＢＩＲ
が負の場合、ＢＩＲの値に応じてコールフィーダ２の送
り速度および微粉炭機４の回転数を徐々に減少させる結
果、出力は徐々に減少する。そして、決定した割合−α
に発電量指令値ＭＷＤの関数発生器１２出力を乗算器１
３で乗算してＢＩＲの下限値−Ｍ０を求める。出力の変
化幅が大きい場合、蒸気通路等に保有されていた熱が放
出されて出力値が予定通りに下降しないことがあるた
め、求めた下限値−Ｍ０に出力の変化率に関する関数発
生器１４出力と出力の変化幅に関する関数発生器１６出
力とを、それぞれ乗算器１５および乗算器１７により乗
算して下限値−Ｍ１に補正する。また、発電量指令値Ｍ
ＷＤが一定になった後に燃料量を増加させる割合βを決
定する。

【００１０】ＢＩＲの値が下限値−Ｍ１になったら（時
刻Ｔ５）、以後、ＢＩＲを下限値−Ｍ１に保持し、比較
１８により発電量指令値ＭＷＤが一定になるのを待つ。

【００１１】発電量指令値ＭＷＤに一致になったら（時
刻Ｔ６）、加算器１９により、ＢＩＲが０になるまで割
合βで増加させ、コールフィーダ２の送り速度および微
粉炭機４の回転数を徐々に増加させて、燃料量を整定燃
料量に戻す（時刻Ｔ７）。そして、上記の制御により、
燃料比が異なるいずれの種類の石炭を使用している場合
であっても、負荷変動時に出力を安定にすることができ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＢＩＲは出
力が安定になる最小限の量にすることが発電コストの低
減につながる。そこで、本発明者は、微粉炭機４の出炭
特性を見直したところ、下記の結果を得た。

【００１３】図６は、同一種類の石炭を、ＢＩＲを図５
の場合と同一にして、回転分級機５を図５の場合と同じ
回転数Ｎ１と、Ｎ１よりも高回転数の回転数Ｎ２にした
ときのＢＩＲと出炭量との関係を示す図であり、実線は
整定燃料量を示している。回転数Ｎ１の場合の出炭量
は、破線で示すようにＳ、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４を結ぶ値に
なり、回転数Ｎ２の場合の出炭量は、１点鎖線で示すよ
うにＳ、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５を結ぶ値になった。

【００１４】上記の結果から、以下のａ〜ｄが分かっ
た。 ａ．回転数Ｎ１の場合、ＢＩＲが上限値Ｍ１になる時刻
Ｔ１（すなわち、出力が指令値とが略一致する時刻。）
を過ぎても、出炭量は増加する。そして、過剰量が実質
的に一定となる時刻Ｔａにおける出炭量と整定燃料量と
の差Ｖａは、時刻Ｔ１における出炭量Ｌａと整定燃料量
との差Ｖ１（上限値Ｍ１に相当する計画上の過剰量）よ
りも大きい。

【００１５】ｂ．回転数Ｎ２の場合、出炭量の立上りが
緩いため、出炭量Ｌａと整定燃料量との差が上記差Ｖ１
になるのは時刻Ｔｂであり、回転数Ｎ１の場合に比べて
時間がかかる。すなわち、出力に余裕が少ない。

【００１６】ｃ．ＢＩＲを上限値Ｍ１から０に戻す際、
回転数Ｎ２の場合の出炭量の減少は回転数Ｎ１の場合に
比べて緩い。

【００１７】ｄ．なお、図示の場合は微粉炭機４に供給
した石炭の量が同じであるから、出炭量がＬ２になった
時刻Ｔｃ後の出炭量は直線Ｌ２Ｌ３になった。しかし、
出力の変化幅が大きく、供給する石炭の量が多い場合に
は、時刻Ｔｃ以降も上記ＶａとＶ１の比に相当する量の
石炭が過剰に出炭されることが予想され、この場合出炭
量Ｌ３はさらに多くなる。

【００１８】本発明は、このような背景に鑑みてなされ
たもので、その目的は、使用する石炭の種類に関わら
ず、負荷変化時に出力を短時間で増減させることがで
き、かつ過剰な燃料量を低減することができる石炭焚ボ
イラを提供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の手段は、石炭を粉砕する微粉炭機と、回転数
に応じて石炭の粒度を分級する回転分級機を備え、負荷
変化時に火炉へ投入する石炭の供給量を先行的に増減制
御する石炭焚ボイラにおいて、負荷変化時における過渡
的な前記供給量を前記回転分級機の回転数に応じて補正
する制御手段を備えていることを特徴とする。

【００２０】また、第２の手段は、第１の手段における
制御手段が、予め石炭の種類ごとに前記回転分級機の標
準回転数を定めておき、負荷変化時に設定された前記回
転分級機の回転数が前記標準回転数よりも高いときには
補正量を大きく、低いときには補正量を小さくするよう
に制御することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。先ず、ＢＩＲの算出回路を説
明する。図１は本発明の実施の形態に係るＢＩＲを算出
する回路構成を示す図であり、上記図４と同一構成また
は同一機能のものは同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。図において、２０、２１は関数発生器、２２
は乗算器である。従来の場合と同様に、上記発電量指令
値ＭＷＤの変化率を微分器１０により求めたら、変化率
制限器１１によりＢＩＲを増加する割合を決定するが、
このとき、回転分級機５の回転数の関数発生器２０出力
に応じて割合を補正し、割合をα１にする。この割合α
１は回転数が速いときほど大きい値にされる。そして、
割合α１に発電量指令値ＭＷＤの関数発生器１２出力を
乗算器１３で乗算してＢＩＲの上限値Ｍ２を求める。そ
して、従来の場合と同様に求めた上限値Ｍ２に出力の変
化率に関する関数発生器１４出力と出力の変化幅に関す
る関数発生器１６出力とを、それぞれ乗算器１５および
乗算器１７により乗算して上限値Ｍ３に補正する。さら
に、上限値Ｍ３に回転分級機５の回転数の関数発生器２
１出力を乗算器２２により乗算し、上限値Ｍ３を上限値
Ｍ４に補正すると共に、割合−β１を求める。この時、
上限値Ｍ４および割合−β１は回転数が速いときほど大
きい値になる。

【００２２】そして、ＢＩＲの値が上限値Ｍ４になった
ら、以後、ＢＩＲを上限値Ｍ４に保持し、発電量指令値
ＭＷＤが一定になったらＢＩＲが０になるまで割合β１
で減少させる。すなわち、コールフィーダ２の送り速度
および微粉炭機４の回転数を徐々に低下させ、燃料量を
整定燃料量に戻す。

【００２３】また、負荷変化が下降する場合は、上記と
逆の補正を行う。

【００２４】上記したように、本発明では、従来技術に
対し、回転分級機５の回転数により割合および上限値を
α１、β１およびＭ４にする。以下、この効果を図２に
より説明する。図２は石炭の種類および発電量指令値Ｍ
ＷＤが図６の場合と同じ（すなわち、整定燃料量の曲線
が同一）で、回転分級機５の回転数がＮ２である場合の
ＢＩＲと出炭量特性を示す図であり、ＢＩＲ欄における
実線は本発明のＢＩＲを、点線は従来（図６）のＢＩＲ
を、また、出炭量欄における実線は本発明の出炭量を、
２点鎖線は従来の出炭量を、点線は整定燃料量を、それ
ぞれ示している。

【００２５】微粉炭３ａの粒度は石炭３がローラに加圧
される回数に略比例すると考えて良く、粗い粒度の微粉
炭３ａは形成時間が短く、細かい粒度の微粉炭３ａは形
成時間が長い。したがって、燃料量を増加すると共に微
粉炭機４の回転速度を速くすると、少ない加圧回数で形
成される粗い粒度の微粉炭３ａは短時間で増加し、出力
は短時間で増加する。これに対し、細かい粒度の微粉炭
３ａは緩やかに増加するため、出力の増加に時間がかか
る。

【００２６】本発明では、回転分級機５の回転数が速い
ときほど、従来の割合αよりも大きい割合α１にするか
ら、直線ＳＫ１は図６における直線ＳＬ２の傾きよりも
大きく、図６における直線ＳＬ１に近付けられる結果、
出力の上昇が速くなり、短時間で出力に余裕ができる。
したがって、ＢＩＲの最大値Ｍ４をＭ１よりも小さくす
ることができる。この結果、本発明における出炭量と整
定燃料量との差ΔＶは上記差Ｖ１よりも僅かに大きい程
度にすることができ、従来に比べて燃料量を低減するこ
とができる。

【００２７】また、割合β１は割合βよりも大きいか
ら、Ｌ３、Ｋ２、Ｋ３、Ｌ５、Ｌ３で囲まれる燃料量を
低減することができる。

【００２８】回転数Ｎ１の場合も同様に、図６における
直線ＳＬ１の立上りが従来と同等以上の傾きになるか
ら、回転数Ｎ１における最大値Ｍ４は図２に示す最大値
Ｍ４よりも小さくでき、燃料量を低減することができ
る。

【００２９】なお、本発明の場合、図２に斜線を付して
示す初期の燃料量が従来に比べて増加する。しかし、こ
の増加量は削減量に比べて僅かであり、従来に比べて過
渡期の燃料量を低減することができる。

【００３０】また、上記では、回転分級機５の回転数を
過渡期において一定であるとして説明したが、例えば、
出力を大きくする場合、微粉炭の粒度を小さくして燃焼
速度を早めることを目的として、過渡期に回転分級機５
の回転数を変える場合もある。本発明はそのような場合
にも適用することができる。

【００３１】なお、上記では割合α１、β１および値Ｍ
４を総て補正するようにしたが、いずれか１つあるいは
２つを補正するようにしても良い。

【００３２】さらに、上記では負荷が変化する場合につ
いて説明したが、負荷が一定の場合であっても、燃料比
が異なる（すなわち、標準回転数が異なる）石炭を燃料
として切替える場合に適用すると、燃料切替時における
出力変動を小さくすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
石炭を粉砕する微粉炭機と、回転数に応じて石炭の粒度
を分級する回転分級機を備え、負荷変化時に火炉へ投入
する石炭の供給量を先行的に増減制御する石炭焚ボイラ
において、負荷変化時における過渡的な前記供給量を前
記回転分級機の回転数に応じて補正するようにしたか
ら、石炭の燃料比にかかわらず、出力の応答速度を速く
することができ、しかも、負荷変化時における火炉への
燃料投入量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＢＩＲを算出する回
路構成を示す図である。

【図２】本発明におけるＢＩＲと出炭量の関係を示す図
である。

【図３】石炭焚ボイラにおける燃料の供給経路を示す図
である。

【図４】従来のＢＩＲを算出する回路構成を示す図であ
る。

【図５】発電量指令値が変化したときの従来の負荷とＢ
ＩＲとの関係を示す図である。

【図６】回転分級機５の回転数を変えたときの出炭量特
性を示す図である。

【符号の説明】

１０ 微分器 １１ 変化率制限器 ２０、２１ 関数発生器 ２２ 乗算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭を粉砕する微粉炭機と、回転数に応
   じて石炭の粒度を分級する回転分級機を備え、負荷変化
   時に火炉へ投入する石炭の供給量を先行的に増減制御す
   る石炭焚ボイラにおいて、負荷変化時における過渡的な
   前記供給量を前記回転分級機の回転数に応じて補正する
   制御手段を備えていることを特徴とする石炭焚ボイラ。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、予め石炭の種類ごとに
   前記回転分級機の標準回転数を定めておき、負荷変化時
   に設定された前記回転分級機の回転数が前記標準回転数
   よりも高いときには補正量を大きく、低いときには補正
   量を小さくするように制御することを特徴とする請求項
   １記載の石炭焚ボイラ。