JP2002257301A

JP2002257301A - 再熱器ガスダンパの開度変化を利用した火炉パス出口温度制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2002257301A
Application number: JP2001058279A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Ito; 岳彦伊藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力計と多数の温度計を設けることなく、既
存の信号を用いた簡単な回路構成により火炉パス出口温
度を略一定に制御し、ボイラ全体の蒸気温度を安定させ
る。【解決手段】基準信号２６から得た火炉パス出口基準
温度２９に基づいて火炉パス出口温度を設定する火炉パ
ス出口温度指令回路２７を備え、且つ基準信号２６を第
１の関数発生器４６により変換して求めた再熱器ガスダ
ンパ開度指令信号４７と再熱器ガスダンパの開度信号４
８とを引算して開度偏差信号５０を求める引算器４９
と、開度偏差信号５０を変換して不感帯補正後開度偏差
信号５２を求める第２の関数発生器５１と、信号５２を
積分して温度補正信号５７を求める積分器５６と、信号
５７を火炉パス出口基準温度２９に加算する加算器５８
とを有する火炉パス出口温度補正演算回路４５を備え
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、再熱器ガスダンパ
の開度変化を利用した火炉パス出口温度制御方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５はボイラの一例を表わすものであっ
て、１は火炉１ａと後部伝熱部１ｂとを有するボイラ本
体、２はボイラ本体１の火炉１ａ内へ燃料を噴射して燃
焼させるバーナ、３は一次過熱器、４は二次過熱器、５
は三次過熱器、６は最終過熱器、７は一次再熱器、８は
二次再熱器、９は節炭器であり、バーナ２からボイラ本
体１の火炉１ａ内へ燃料を噴射して燃焼させることによ
り、燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスを流通さ
せ、二次過熱器４、三次過熱器５、最終過熱器６、二次
再熱器８、一次過熱器３、一次再熱器７及び節炭器９と
熱交換させ、熱交換した後の排ガスを排ガスダクト１０
へ流出させ、下流側に設けられた脱硝、脱硫等の排煙処
理装置（図示せず）で窒素酸化物や硫黄酸化物等を除去
した後、大気へ放出するようになっている。

【０００３】前記後部伝熱部１ｂにおける一次再熱器７
側と一次過熱器３側の節炭器９の下部には、再熱器ガス
ダンパ２３が設けられており、該再熱器ガスダンパ２３
によって一次再熱器７側を流通する燃焼ガスと、一次過
熱器３側を流通する燃焼ガスの流量と、を制御するよう
にしている。

【０００４】一方、図６は前述のボイラの給水・蒸気系
統を表わすものであり、ボイラ給水は、燃料が燃焼され
るボイラ本体１の火炉１ａ（図５）の炉壁にて形成され
る蒸発器１１で加熱され、ノーズ部１２を経て、汽水分
離器１３で水と蒸気に分離され、該汽水分離器１３で水
と分離された蒸気は、ボイラ本体１の天井並びに後部伝
熱部周壁１４を通過し、一次過熱器３、二次過熱器４、
三次過熱器５及び最終過熱器６で過熱され、高圧タービ
ン１５へ導かれ、該高圧タービン１５が駆動されて発電
が行われる。前記高圧タービン１５を駆動した後の蒸気
は、一次再熱器７及び二次再熱器８へ導かれ、該一次再
熱器７及び二次再熱器８で再熱された後、中・低圧ター
ビン１６へ導入され、該中・低圧タービン１６が駆動さ
れて発電が行われる。前記中・低圧タービン１６を駆動
した後の蒸気は、復水器１７へ導かれてボイラ給水に戻
され、該ボイラ給水は、復水脱塩装置１８と低圧給水加
熱器１９と脱気器２０とを経由し、給水ポンプ２１によ
り高圧給水加熱器２２を介して節炭器９へ圧送され、該
節炭器９で加熱され、前記蒸発器１１へ送給され、循環
されるようになっている。

【０００５】図６に示すように、ボイラの高圧タービン
１５に供給する過熱蒸気の温度は、例えば二次過熱器４
と三次過熱器５と最終過熱器６の各入口に設けたスプレ
４０，４１，４２により水噴射することによって主に制
御される。

【０００６】又、中・低圧タービン１６に供給する再熱
蒸気の温度は、図５に示すように、節炭器９の下部に設
けた再熱器ガスダンパ２３の開度を、再熱蒸気温度制御
装置２４により制御して、一次再熱器７側を流通する燃
焼ガスの流量を調節することによって主に制御される。
即ち、ボイラの種々の制御を行う自動プラント制御装置
に備えられる前記再熱蒸気温度制御装置２４は、ＭＷＤ
（メガワットディマンド）又はＢＩＤ（ボイラインプッ
トディマンド）等のボイラ制御の基準となる基準信号２
６から再熱器ガスダンパ開度指令信号２５を求め、この
再熱器ガスダンパ開度指令信号２５によって前記再熱器
ガスダンパ２３の開度を制御し、一次再熱器７を通過す
る燃焼ガス流量をコントロールして再熱蒸気の温度を制
御している。

【０００７】一方、前記ボイラの火炉パス出口、即ち図
６のノーズ部１２の出口は、火炉パスでの加熱によって
水が蒸気になって導出される箇所であり、従って、この
火炉パス出口（ノーズ部１２の出口）の温度は、火炉１
ａがどの程度の加熱度を維持しているかを見る重要な指
標となっている。

【０００８】ところで、石炭焚ボイラの場合、燃料とし
ての石炭の種類が変わることによって、火炉１ａの収熱
が変化することが知られている。例えば火炉収熱の低い
石炭の場合には後部伝熱部１ｂ側の収熱が増加する。
又、火炉収熱が高い石炭の場合には後部伝熱部１ｂ側の
収熱が低下する。又、燃焼に伴って発生する灰が火炉１
ａの炉壁内面に付着した場合には火炉１ａの伝熱が低下
することによって火炉１ａ側の収熱が低下する。

【０００９】このように、石炭種類の変化、或いは火炉
１ａへの灰の付着等により火炉収熱が変化すると、火炉
パス出口温度が変動することになる。一方、火炉収熱が
変化すると、再熱蒸気温度を制御している再熱器ガスダ
ンパ２３はその開度が変化するが、この開度変化による
再熱蒸気温度の制御効果の発現はゆっくりしていて時間
遅れがあり、このために再熱器ガスダンパ２３は過度に
動いてしまう傾向があり、このために再び開度を修正す
る制御が行われることになるが、この再熱器ガスダンパ
２３の開度の変動に伴って過熱器スプレ４０，４１，４
２の水噴射量も変化する。従って、前記火炉パス出口温
度が変化すると、ボイラ全体の蒸気温度が不安定になる
という問題がある。

【００１０】図７は、前記自動プラント制御装置に備え
られる従来の火炉パス出口温度指令回路２７の一例を示
したものであり、該火炉パス出口温度指令回路２７は、
前記ＭＷＤ又はＢＩＤ等のボイラ制御の基準となる基準
信号２６から関数発生器２８によって火炉パス出口基準
温度２９を得ている。前記関数発生器２８は、図８に示
すように、基準信号２６の入力に対して関数Ｆ3（ｘ）
のような火炉パス出口基準温度２９を出力する。この火
炉パス出口基準温度２９は、水燃比蒸気温度制御回路３
０に出力されて、火炉パス出口温度を一定に保持するよ
うに、ボイラ給水量に対する燃料供給量の増減を制御す
る。

【００１１】一方、火炉１ａの収熱が増減する変化が生
じた場合に、前記したように基準信号２６から関数発生
器２８により得た火炉パス出口基準温度２９によって火
炉パス出口温度を制御するのみでは、火炉１ａと、それ
以後の過熱器３，４，５，６、再熱器７，８、及び節炭
器９を含む後部伝熱部１ｂ側との収熱が変化することに
よって再熱器ガスダンパ２３の開度、及び過熱器スプレ
４０，４１，４２の水噴射量が大きく変化することにな
り、よってボイラ全体の蒸気温度が不安定になる。

【００１２】このようなボイラ制御の不安定を解消する
ために、従来、図７に示す火炉パス出口温度補正装置３
７を設けることが提案された。この火炉パス出口温度補
正装置３７は、多炭種対応制御装置３７Ａ（ＣＡＰＳ）
を用いている。

【００１３】上記多炭種対応制御装置３７Ａを用いるた
めには、まず図６に示すように、節炭器９の入口に圧力
計３８と温度計３９を設け、又、蒸発器１１の入口、ノ
ーズ部１２の出口にも温度計３９を設ける。更に、一次
過熱器３の入口、一次過熱器３の出口にスプレ４０を有
している場合には該スプレ４０の前後、二次過熱器４の
出口にスプレ４１を有している場合には該スプレ４１の
前後、三次過熱器５の出口にスプレ４２を有している場
合には該スプレ４２の前後、及び最終過熱器６の出口の
夫々にも温度計３９を設ける。

【００１４】そして、前記圧力計３８からの検出圧力と
各温度計３９，３９・・・による検出温度を、大型の演
算容量をもつ多炭種対応制御装置３７Ａに入力すること
により、ボイラの各伝熱部におけるエンタルピを演算す
ることによって火炉１ａの収熱を求め、更に、この火炉
１ａの収熱の変化に基づいた温度補正信号４３を演算に
より求めて出力するようにしている。

【００１５】上記多炭種対応制御装置３７Ａからの温度
補正信号４３は、加算器４４にて前記火炉パス出口温度
指令回路２７の火炉パス出口基準温度２９に加算するよ
うにしている。

【００１６】上記図７に示した火炉パス出口温度補正装
置３７では、多炭種対応制御装置３７Ａによって火炉１
ａの収熱を演算することにより求め、この火炉１ａの収
熱の変化に応じて求めた温度補正信号４３を火炉パス出
口基準温度２９に加算するようにしているので、火炉１
ａの収熱の変化が考慮された火炉パス出口温度指令３１
を水燃比蒸気温度制御回路３０に出力できる。これによ
り、火炉パス出口温度が略一定に保持されるように、ボ
イラ給水量に対する燃料供給量の増減が自動的に制御さ
れる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した火炉
パス出口温度補正装置３７は、多炭種対応制御装置３７
Ａを用いているために、圧力計３８と多数の温度計３
９，３９・・・を設置する必要があり、更に、これらの
圧力計３８と多数の温度計３９，３９・・・による検出
温度から火炉１ａの収熱を演算するための大容量の演算
装置が必要があり、よって設備コストが増加するという
問題がある。

【００１８】又、圧力計３８と多数の温度計３９，３９
・・・を設置するために、既存のボイラに適用する際に
は圧力計３８と多数の温度計３９，３９・・・を取付け
るための工数が多大となり、又、取付けのための設置ス
ペースを確保することも大変であるといった問題を有す
る。

【００１９】本発明は、斯かる実情に鑑み、圧力計と多
数の温度計を設けることなしに、既存の信号を用いた簡
単な構成にて、火炉収熱が変化しても火炉パス出口温度
を略一定に制御してボイラ全体の蒸気温度を安定させる
ようにした再熱器ガスダンパの開度変化を利用した火炉
パス出口温度制御方法及び装置を提供しようとするもの
である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、基準信号から
得た火炉パス出口基準温度により火炉パス出口温度を設
定する際に、基準信号を変換して求めた再熱器ガスダン
パ開度指令信号と火炉収熱の変動指標としての再熱器ガ
スダンパの開度信号との偏差から温度補正信号を求め、
この温度補正信号により前記火炉パス出口基準温度を補
正することを特徴とする再熱器ガスダンパの開度変化を
利用した火炉パス出口温度制御方法、に係るものであ
る。

【００２１】本発明は、基準信号から得た火炉パス出口
基準温度に基づいて火炉パス出口温度を設定する火炉パ
ス出口温度指令回路と、基準信号を第１の関数発生器に
より変換して求めた再熱器ガスダンパ開度指令信号と再
熱器ガスダンパの開度信号とを引算して開度偏差信号を
求める引算器と、該引算器からの開度偏差信号を変換し
て不感帯補正後開度偏差信号を求める第２の関数発生器
と、第２の関数発生器からの不感帯補正後開度偏差信号
を積分して温度補正信号を求める積分器と、該積分器か
らの温度補正信号を前記火炉パス出口温度指令回路の火
炉パス出口基準温度に加算する加算器と、を有する火炉
パス出口温度補正演算回路とを備えたことを特徴とする
再熱器ガスダンパの開度変化を利用した火炉パス出口温
度制御装置、に係るものである。

【００２２】上記手段において、火炉パス出口温度補正
演算回路における引算器の下流に、負荷変化中は０％信
号を出力する切替器を備えていてもよい。

【００２３】上記手段によれば、再熱器ガスダンパの開
度信号の変化を火炉収熱の変動指標として捉え、再熱器
ガスダンパの開度信号の変化に基づいて火炉パス出口温
度指令回路の火炉パス出口基準温度を補正したので、従
来の自動プラント制御装置において使用している通常の
基準信号及び開度信号を利用して温度補正信号を得るこ
とができ、よって、従来の多炭種対応制御装置（ＣＡＰ
Ｓ）を用いた火炉パス出口温度補正装置のように、圧力
計や多数の温度計を設置する必要がなく、しかも検出圧
力と検出温度から火炉収熱を演算するための大容量の演
算装置も必要とせずに、簡単な回路構成のみによって、
火炉パス出口温度を略一定に制御し、ボイラ全体の蒸気
温度を安定させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。

【００２５】図１は本発明の火炉パス出口温度制御方法
を実施する装置の形態の一例であって、図中、図７と同
一の符号を付した部分には同一の符号を付して詳細な説
明は省略し、以下では本発明の特徴部分についてのみ詳
述する。

【００２６】従来から火炉１ａの収熱が変化すると、そ
れに追随するように再熱器ガスダンパ２３の開度が基準
値から増減するように変化することが知られている。即
ち、図２に示すように、火炉収熱が増加すると、後部伝
熱部１ｂの収熱が低下するために再熱器ガスダンパ開度
は増加し、又、火炉収熱が低下すると、後部伝熱部１ｂ
の収熱が増加するために再熱器ガスダンパ開度は減少す
る。

【００２７】従って、本発明者は、再熱器ガスダンパ２
３の現状開度が基準開度に対して偏差（ズレ）を生じる
ことは火炉１ａの収熱が変化していることを表わしてい
るという点に着目し、再熱器ガスダンパ２３の開度の変
化を指標として、火炉パス出口温度指令回路２７の火炉
パス出口基準温度２９を補正する火炉パス出口温度補正
演算回路４５を構成した。

【００２８】図１に示す火炉パス出口温度補正演算回路
４５は、ＭＷＤ又はＢＩＤからなる基準信号２６を第１
の関数発生器４６に入力して変換することにより再熱器
ガスダンパ開度指令信号４７を求めている。この第１の
関数発生器４６は、図３に示すように、基準信号２６の
入力に対して関数Ｆ1（ｘ）のような再熱器ガスダンパ
開度指令信号４７を出力するようになっている。尚、こ
の再熱器ガスダンパ開度指令信号４７には、図５の再熱
蒸気温度制御装置２４による再熱器ガスダンパ開度指令
信号２５を用いてもよい。

【００２９】前記再熱器ガスダンパ開度指令信号４７
と、火炉収熱の変化指標としての再熱器ガスダンパ２３
の開度信号４８を引算器４９に入力して引算し、開度偏
差信号５０を求める。前記開度信号４８は、従来から再
熱器ガスダンパ２３に備えている開度発信器からの検出
信号を用いてもよく、又、再熱器ガスダンパ２３の開度
を制御する図５の再熱器ガスダンパ開度指令信号２５の
末端の信号を用いるようにしてもよい。この時、再熱器
ガスダンパ２３が複数備えられている場合の開度信号４
８は平均開度とする。

【００３０】前記引算器４９からの開度偏差信号５０
は、第２の関数発生器５１に入力することにより不感帯
補正後開度偏差信号５２に変換される。この第２の関数
発生器５１は、図４に示すように、開度偏差信号５０の
入力に対して関数Ｆ2（ｘ）のような所要の不感帯とゲ
インとを有する不感帯補正後開度偏差信号５２を出力す
るようになっている。不感帯補正後開度偏差信号５２の
不感帯は、下流の火炉パス出口温度指令回路２７等に備
えられる図示しない比例積分器が微小な制御を繰返さな
いようにするためである。

【００３１】前記第２の関数発生器５１からの不感帯補
正後開度偏差信号５２は切替器５３に入力する。切替器
５３は、負荷が変化したときの負荷変化中５４の信号が
入力されると、前記不感帯補正後開度偏差信号５２を遮
断して０％信号５５を出力するように切替えを行う。即
ち、負荷変化中は補正を行わないようにしている。

【００３２】切替器５３を経た前記不感帯補正後開度偏
差信号５２は、積分器５６で積分されることにより温度
補正信号５７となる。

【００３３】上記積分器５６で得られた温度補正信号５
７は、前記火炉パス出口温度指令回路２７の火炉パス出
口基準温度２９に、加算器５８を介して加算する。

【００３４】次に、上記図示例の作動を説明する。

【００３５】再熱器ガスダンパ２３の開度信号４８を火
炉収熱の変動指標として引算器４９に入力すると共に、
ＭＷＤ又はＢＩＤの基準信号２６を第１の関数発生器４
６に入力し変換して求めた再熱器ガスダンパ開度指令信
号４７を引算器４９に入力して引算することにより、開
度偏差信号５０を得る。

【００３６】引算器４９からの開度偏差信号５０は、第
２の関数発生器５１に入力されて不感帯補正後開度偏差
信号５２に変換される。更に、この第２の関数発生器５
１からの不感帯補正後開度偏差信号５２は、切替器５３
を介し積分器５６に入力されて積分されることにより、
温度補正信号５７となる。積分器５６からの温度補正信
号５７は、前記火炉パス出口温度指令回路２７の火炉パ
ス出口基準温度２９に、加算器５８を介して加算され
る。

【００３７】上記により、火炉パス出口基準温度２９
が、再熱器ガスダンパ２３の開度変化、即ち、火炉１ａ
の収熱が考慮された状態に補正され、その補正された火
炉パス出口温度指令３１が水燃比蒸気温度制御回路３０
に出力される。

【００３８】従って、再熱器ガスダンパ２３の開度変化
を火炉収熱の変動指標として火炉パス出口基準温度２９
を補正するので、火炉収熱の変化によって再熱器ガスダ
ンパ２３の開度が過度に変化する前に、火炉収熱の変化
を検知して火炉パス出口基準温度２９を補正し、火炉パ
ス出口温度を略一定に制御するので、再熱器ガスダンパ
２３の過度の変動が押えられ、過熱器スプレ４０，４
１，４２の水噴射量が安定し、ボイラ全体の蒸気温度が
安定することになる。

【００３９】又、ボイラの負荷変化時は、負荷変化中５
４の信号によって切替器５３が０％信号５５を積分器５
６に出力するように切替わり、従って負荷変化時の水燃
比蒸気温度制御回路３０の制御は、火炉パス出口基準温
度２９のみによって行われる。

【００４０】上記したように、前記火炉パス出口温度補
正演算回路４５では、従来の自動プラント制御装置にお
いて使用している通常の基準信号２６及び開度信号４８
を利用して温度補正信号５７を得るようにしたので、従
来の多炭種対応制御装置（ＣＡＰＳ）を用いた火炉パス
出口温度補正装置のように、圧力計や多数の温度計を設
置する必要がなく、しかも検出圧力と検出温度から火炉
収熱を演算するための大容量の演算装置を必要とせず
に、簡単な回路構成のみによって、火炉収熱が変動して
も火炉パス出口温度を略一定に制御し、ボイラ全体の蒸
気温度を安定させることができる。

【００４１】尚、本発明は上述の図示例にのみ限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の再熱器ガ
スダンパの開度変化を利用した火炉パス出口温度制御方
法及び装置によれば、再熱器ガスダンパの開度信号の変
化を火炉収熱の変動指標として捉え、再熱器ガスダンパ
の開度信号の変化に基づいて火炉パス出口温度指令回路
の火炉パス出口基準温度を補正するようにしたので、従
来の自動プラント制御装置において使用している通常の
基準信号及び開度信号を利用して温度補正信号を得るこ
とができ、よって、従来の多炭種対応制御装置（ＣＡＰ
Ｓ）を用いた火炉パス出口温度補正装置のように、圧力
計や多数の温度計を設置する必要がなく、しかも検出圧
力と検出温度から火炉収熱を演算するための大容量の演
算装置も必要とせずに、簡単な回路構成のみによって、
火炉パス出口温度を略一定に制御してボイラ全体の蒸気
温度を安定させることができるという優れた効果を奏し
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す制御ブロッ
ク図である。

【図２】火炉収熱と再熱器ガスダンパ開度との関係を概
略的に示した線図である。

【図３】図１に示す第１の関数発生器に入力された関数
を表わす線図である。

【図４】図１に示す第２の関数発生器に入力された関数
を表わす線図である。

【図５】一般的なボイラの一例を表わす全体概要構成図
である。

【図６】図５に示されるボイラの給水・蒸気系統を表わ
す概要構成図である。

【図７】自動プラント制御装置に備えられる従来の火炉
パス出口温度指令回路の一例を示す制御ブロック図であ
る。

【図８】図７に示す関数発生器に入力された関数を表わ
す線図である。

【符号の説明】

２３再熱器ガスダンパ２６基準信号２７火炉パス出口温度指令回路２９火炉パス出口基準温度４５火炉パス出口温度補正演算回路４６第１の関数発生器４７再熱器ガスダンパ開度指令信号４８開度信号４９引算器５０開度偏差信号５１第２の関数発生器５２不感帯補正後開度偏差信号５３切替器５４負荷変化中５５０％信号５６積分器５７温度補正信号５８加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準信号から得た火炉パス出口基準温度
により火炉パス出口温度を設定する際に、基準信号を変
換して求めた再熱器ガスダンパ開度指令信号と火炉収熱
の変動指標としての再熱器ガスダンパの開度信号との偏
差から温度補正信号を求め、この温度補正信号により前
記火炉パス出口基準温度を補正することを特徴とする再
熱器ガスダンパの開度変化を利用した火炉パス出口温度
制御方法。
【請求項２】基準信号から得た火炉パス出口基準温度
に基づいて火炉パス出口温度を設定する火炉パス出口温
度指令回路と、基準信号を第１の関数発生器により変換して求めた再熱
器ガスダンパ開度指令信号と再熱器ガスダンパの開度信
号とを引算して開度偏差信号を求める引算器と、該引算
器からの開度偏差信号を変換して不感帯補正後開度偏差
信号を求める第２の関数発生器と、第２の関数発生器か
らの不感帯補正後開度偏差信号を積分して温度補正信号
を求める積分器と、該積分器からの温度補正信号を前記
火炉パス出口温度指令回路の火炉パス出口基準温度に加
算する加算器と、を有する火炉パス出口温度補正演算回
路とを備えたことを特徴とする再熱器ガスダンパの開度
変化を利用した火炉パス出口温度制御装置。
【請求項３】火炉パス出口温度補正演算回路における
引算器の下流に、負荷変化中は０％信号を出力する切替
器を備えている請求項２記載の再熱器ガスダンパの開度
変化を利用した火炉パス出口温度制御装置。