JP2001201006A - ボイラ起動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料種や経時変化等に起因した火炉収熱特性
変動によるボイラ起動制御特性への影響を排除するこ
と。 【解決手段】 ボイラ再循環給水ポンプを使用しない変
圧貫流ボイラの起動制御装置において、火炉１への入熱
量及びボイラ各部の状態量によって火炉での熱収支を演
算して得られた火炉収熱量２３と、ボイラ起動時の基本
火炉収熱特性値２７と、を比較し、前記比較した比較結
果に基づいて後部煙道バイパスダンパ１１の開度を制御
するボイラ起動制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧貫流ボイラの起
動制御装置に係わり、特にボイラ再循環ポンプを使用し
ない運用において、火炉の収熱特性変動に対して的確に
対応可能な制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧貫流ボイラの起動制御装置システム
における概略系統を図２に示す。１は火炉、２は水壁、
３は燃料バーナ、４は給水ポンプ（ＢＦＰ）、５は火炉
を通過した流体を蒸気と水に分離する汽水分離器、６は
汽水分離された水が貯水される汽水分離タンク、７は汽
水分離タンク６内のレベル調整用の弁で復水器へと接続
される。８はボイラ再循環ポンプ（ＢＲＰ）、９は節炭
器入口への再循環流量を調整する弁である。１０は節炭
器、１１は後部煙道に設置された節炭器１０等をバイパ
スするための後部煙道バイパスダンパ、１２及び１３は
汽水分離器５で分離された蒸気が過熱される過熱器であ
る。なお、図２でダンパ１１と節炭器１２の間の四角枠
は火炉のおける排ガスの出口壁を表していて、排ガスは
ダンパ１１部分と節炭器１０部分とを通過して排出され
る。

【０００３】変圧貫流ボイラは、起動時の亜臨界圧下に
おいて、水壁２を通過した流体を汽水分離器５により水
と蒸気に汽水分離し、蒸気は過熱器１２へ、また水はボ
イラ再循環ポンプ８によって節炭器１０入口へと循環す
ることで熱損失の少ない起動が可能となる。この時汽水
分離タンク６内の水位は所望のレベルとなるよう調整弁
７にて制御され、オーバフロー分は復水器に戻される。

【０００４】これら再循環運転はボイラが最低貫流負荷
に到達した時点で完了し、以後は汽水分離器５の入口流
体が全て蒸気となって過熱器１２に送られる貫流運転に
移行する。

【０００５】このように確立された起動システムにおい
て、最近では設備合理化の観点から、前述のボイラ再循
環ポンプ８を１台設置あるいは非設置とするような構成
が検討されている。この場合、非設置はもとより１台設
置のケースでも故障時の対応を考慮して、ボイラ再循環
ポンプ８を使用しない起動装置を検討する必要がある。

【０００６】前述したボイラ再循環ポンプを使用しない
起動装置では、汽水分離タンク６からは節炭器へ給水さ
れないので、節炭器１０入口の給水温度が再循環運転の
場合と比較して格段に低い状態に保たれるために、火炉
１出口の流体エンタルピーも低下することとなり、結果
的にボイラ出口蒸発量が不足する状態となる。

【０００７】これを回避する手段としては、火炉１への
燃料投入量を増加させることが有効であるが、ボイラ蒸
発量が少ない状態での大幅な燃料増加は蒸気温度の過上
昇を引き起こすため、通気時のタービン寿命からは問題
がある点を考慮する必要がある。

【０００８】従来技術では、上述したボイラの収熱バラ
ンスの適正化を図るために、ガス側の系統運用を工夫し
ている。具体的には、後部煙道バイパスダンパ１１を全
閉もしくは低開度として節炭器１０での収熱を極力上昇
させるもので、これにより火炉１の入口エンタルピーを
高く維持できることから、火炉１の出口エンタルピーも
上昇し、ボイラ蒸発量の確保に有効な運用方法である。
ここで、後部煙道バイパスダンパ１１の本来の設置目的
は、バイパスガス量の調節によって節炭器１０の出口ガ
ス温度を所望の温度にまで上昇させて、後流側脱硝設備
の早期起動を可能とすることにある。

【０００９】図２に示す従来技術において、１４は節炭
器出口ガス温度状態値、１５は節炭器出口ガス温度設定
値、１６は両者の偏差を計算する減算器、１７はＰＩ制
御器で節炭器出口ガス温度制御のための開度信号を演算
する。一方、１８は発電機出力指令、１９は関数発生器
でプログラムにより開度信号を設定する。２０は上記開
度信号を切り換える切替器である。

【００１０】一般にボイラ再循環ポンプを使用しない起
動では以下の操作を行う。起動時ボイラ蒸発量の確保が
困難な極低負荷の段階までは、後部煙道バイパスダンパ
を全閉あるいは低開度とするプログラムを関数発生器１
９で設定し、切替器２０を経由して後部煙道バイパスダ
ンパ１１を制御する。これ以後ボイラ蒸発量が十分に確
保できる負荷に到達した時点ではＰＩ制御器１７による
節炭器出口ガス温度制御に切り換え、後流側脱硝装置起
動に必要なガス温度まで上昇させる。

【００１１】また、一般に、ボイラの起動時における低
負荷域とは脱硝装置の起動までを云うが、脱硝装置の起
動タイミングも併入時もあれば３０％負荷時もあって様
々である。更に、起動過程といえば、点火から定格負荷
（１００％）到達までを指しており、図２の制御回路に
おける切替器２０では、左入力側は点火から極低負荷
（１５〜３０％程度）まで利用され、これ以降は脱硝装
置起動（３０〜５０％程度）までは右入力側が利用され
る。尚、図１の本発明の加算器２６の左右における入力
は双方とも点火から利用されるものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
ボイラ再循環ポンプを使用しない起動装置では、後部煙
道バイパスダンパを、本来の目的である節炭器出口温度
制御に用いないで、ボイラ蒸発量の確保を最優先として
いる。つまり起動初期の過程で、後部煙道バイパスダン
パを全閉もしくは低開度に維持して、節炭器での収熱を
確保することにより極力ボイラ蒸発量を増大させる起動
装置である。

【００１３】このためボイラ再循環ポンプを使用した起
動と比較して、節炭器出口ガス温度が低い状態で運転さ
れることになって後流側脱硝装置の起動が大幅に遅れる
ことになり、起動時ＮＯｘの排出量が増大傾向となる問
題が生じる。

【００１４】また、上記起動装置では、火炉及び節炭器
での収熱特性を起動試験等の中で把握して、後部煙道バ
イパスダンパの開度特性を調整することとなる。

【００１５】しかし、石炭焚きボイラ等では炭種に応じ
て燃焼特性や伝熱特性に大幅な変動を生じることとな
り、これらに対応した試験を逐次実施して最適な運用方
法を調整することは、時間的にも経済的にも困難な状況
にある。

【００１６】また、更に同一種の石炭においても、その
性状変動や汚れによる経時変化の影響を考慮する必要が
ある。

【００１７】従って、従来の起動装置では、これらの変
動要因に的確に対応することが出来ず、後部煙道バイパ
スダンパの適切な開度調整が行われないために、安定か
つ最適な起動制御特性の確保及び脱硝設備の早期稼働に
よる環境保全性の確保が損なわれる。

【００１８】本発明では、ボイラ再循環給水ポンプを使
用しない変圧貫流ボイラの起動装置において、ボイラの
状態量から火炉での熱収支を演算し、火炉収熱量の推定
結果をもとに、後部煙道バイパスダンパへの開度信号を
修正することで、燃料種や経時変化等に起因した火炉収
熱特性変動による起動制御特性への影響を極力低減する
とともに、更に、後流側脱硝装置の早期起動を可能とす
ることを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成を採用する。

【００２０】ボイラ再循環給水ポンプを使用しない変圧
貫流ボイラの起動制御装置において、火炉への入熱量及
びボイラ各部の状態量によって火炉での熱収支を演算し
て得られた火炉収熱量と、ボイラ起動時の基本火炉収熱
特性値と、を比較し、前記比較した比較結果に基づいて
後部煙道バイパスダンパの開度を制御するボイラ起動制
御装置。

【００２１】また、前記ボイラ起動制御装置において、
節炭器出口ガス温度の検出値とその設定値との偏差を前
記比較結果に加算して節炭器出口ガス温度を上昇させる
ように前記後部煙道バイパスダンパの開度を制御するボ
イラ起動制御装置。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るボイラ起
動制御装置について図１を用いて以下説明する。図１は
本実施形態の起動制御装置の一例で、ボイラ再循環給水
ポンプを非設置とした場合を示すものである。

【００２３】本発明のそもそもの特徴は、ボイラ後流側
に設けられた脱硝装置の早期稼働と節炭器での熱回収促
進によるボイラ蒸発量確保という相反する事象の最適制
御方法に関するものであり、炭種変動や火炉汚れ等の運
転環境の変動にも対応可能とするものである。

【００２４】図１において、試運転調整等で得られた火
炉の基本収熱特性２７に対して、燃料炭の性状変動等の
要因で燃焼及び伝熱特性が変動した場合は、ボイラ各部
状態量２２の変化を捉えて、火炉収熱演算回路２３での
演算結果と比較する。減算器２４で得られた偏差をＰＩ
制御器２５により、基本収熱特性２７と一致するよう後
部煙道バイパスダンパ開度の修正信号を作成する。この
際、起動中においてボイラ負荷は予め決まった変化率で
上昇していくので、これに応じてボイラ状態量及び火炉
収熱量も変動し、従って、同様に火炉収熱設定値もこれ
ら起動過程において変動するため、この値は試運転調整
時のボイラ状態を基に各種運転データから決定されるも
のである。

【００２５】ここで、節炭器出口ガス温度制御について
は、Ｐ制御器２１による補正信号を加算器２６で加算演
算することによって、火炉収熱量に影響を及ぼさない範
囲内で（制御器２５からの信号と制御器２１からの信号
との加算割合を加算器で適宜に処理すれば良い）節炭器
出口ガス温度が上昇するように後部煙道バイパスダンパ
開度を開方向に補正する。

【００２６】以上の構成から、燃料炭の性状変動等で火
炉収熱量が低減した場合では、後部煙道バイパスダンパ
開度信号が閉方向となって、上記火炉収熱を増大させる
方向に後部煙道バイパスダンパ１１が動作するため、ボ
イラ蒸発量が低下する事態を回避できる。

【００２７】また逆に、火炉収熱量が増大した場合で
は、後部煙道バイパスダンパ開度信号を開方向として、
節炭器出口ガス温度を上昇させる方向に後部煙道バイパ
スダンパ１１が動作するため、脱硝装置の早期起動が可
能となる。即ち、図１のおける加算器２６の右入力側の
信号系統は、従来技術の系統と同一のものであり、その
技術的意義は脱硝装置の早期稼働を可能とするために排
ガス温度の上昇を図るものである（この操作により、ボ
イラ排ガスが節炭器をバイパスすることで排ガス温度の
低下を回避できる）。

【００２８】以上説明したように、本発明の実施形態
は、火炉における燃料及び空気流量信号等による入熱量
とボイラ各部の流量、圧力及び温度等の状態信号（状態
信号はボイラ各部の圧力、温度及び流量の外に燃料流量
及び空気流量なども含まれる）とから火炉での熱収支を
演算して得られた火炉収熱量と、既に試運転等の調整で
設定済みの基本収熱特性とを比較して、ボイラ状態の変
化を推定し、これをもとに後部煙道バイパスダンパ開度
の信号を演算、修正することにより、達成される。一般
に石炭焚きボイラ等の調整においては、燃料に利用する
炭種を複数のグループに分けて、これらグループの代表
的な炭種について調整試験を実施し、ベースとなる基本
特性を設定する手法が用いられている。

【００２９】本実施形態は、上述した調整過程で得られ
る起動時の火炉収熱特性を基本プログラムとして設定
し、これを火炉収熱演算回路の結果で補正することで適
正な火炉収熱量となるように後部煙道バイパスダンパ開
度の修正信号を作成することにある。

【００３０】本発明の他の実施形態を図３に示す。本実
施形態では、火炉収熱の基本特性を予測モデルにより演
算、推定するものである。即ち、適宜の時点でのボイラ
各部の状態量２２等から火炉の収熱量の予測演算を行っ
て、火炉収熱量予測値２８を設定する。そして、燃料炭
の性状変動等の要因で燃焼及び伝熱特性が変動した場合
は、ボイラ各部状態量２２の変化を捉えこれに基づく火
炉収熱演算回路２３での演算結果と、前記火炉収熱量予
測設定値２８と、を比較して、適正な火炉収熱量となる
ようにダンパ１１の開度を制御する。

【００３１】この際、火炉収熱予測２８は、火炉モデル
等を用いた演算による設定値であり、シミュレーション
技術を用いる。即ち、図１の実施形態が過去の運転実績
を基にダンパ開度を設定するのに対して、この予測モデ
ルでは実機の収熱特性が不要であって、適切なダンパ開
度を先行制御に活用できるものである。火炉収熱予測２
８は図３ではボイラ状態量２２が代表して入力パラメー
タとなっているが、当該予測２８は、ボイラ状態量の外
に炭種及び各種石炭性状データを入力パラメータとする
ものである。

【００３２】また、節炭器出口ガス温度制御（１４，１
５，１６，２１）についても加算器２６で加算補正して
節炭器出口ガス温度を上昇することができる。

【００３３】この実施形態の効果は、調整された実機の
収熱特性が不要なだけでなく、起動時の最適な収熱特性
を得ることが出来るため、先行制御によって適切なダン
パ開度を調整可能となる。

【００３４】また燃料炭種の変動等においても予測モデ
ルでは的確に対応可能な点が挙げられる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、ボイラ再循環ポンプを
使用しない変圧貫流ボイラの起動において、ボイラの状
態量から火炉での熱収支を演算し、火炉収熱量の推定結
果をもとに後部煙道バイパスダンパへの開度信号を修正
することで、燃料種や経時変化等に起因した火炉収熱特
性変動による起動制御特性への影響を極力排除でき、常
に安定した制御性を確保できる優れた効果を有する。

【００３６】また、ボイラの安定起動を損なわない範囲
内で、節炭器出口ガス温度制御を考慮した後部煙道バイ
パスダンパ運用とすることで、後流側脱硝装置の早期起
動を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るボイラ起動制御装置の
一例を示す構成図である。

【図２】従来技術のボイラ起動制御装置の一例を示す構
成図である。

【図３】本発明の他の実施形態に係るボイラ起動制御装
置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 火炉 ２ 水壁 ３ 燃料バーナ ４ ボイラ給水ポンプ ５ 汽水分離器 ６ 汽水分離タンク ７ 分離タンク水位調整弁 １０ 節炭器 １１ 後部煙道バイパスダンパ １２，１３ 過熱器 １４ 節炭器出口ガス温度 １５ ガス温度設定値 １６，２４ 減算器 ２１ Ｐ制御器 ２２ ボイラ各部状態量 ２３ 火炉収熱演算 ２５ ＰＩ制御器 ２６ 加算器 ２７ 火炉収熱量設定 ２８ 火炉収熱量予測演算

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ再循環給水ポンプを使用しない変
   圧貫流ボイラの起動制御装置において、 火炉への入熱量及びボイラ各部の状態量によって火炉で
   の熱収支を演算して得られた火炉収熱量と、ボイラ起動
   時の基本火炉収熱特性値と、を比較し、 前記比較した比較結果に基づいて後部煙道バイパスダン
   パの開度を制御することを特徴とするボイラ起動制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のボイラ起動制御装置に
   おいて、 節炭器出口ガス温度の検出値とその設定値との偏差を前
   記比較結果に加算して節炭器出口ガス温度を上昇させる
   ように前記後部煙道バイパスダンパの開度を制御するこ
   とを特徴とするボイラ起動制御装置。