JP2003161430A - 石炭焚きボイラシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭水分率が極端に高い石炭にも対応できる
石炭焚きボイラシステムの制御方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 微粉炭機（１０）に投入された石炭の水
分率が極端に高く熱空気制御弁（７３）を全開、冷空気
制御弁（７４）を全閉にしても微粉炭機の出口の温度が
低く火炉（３０）に送給する微粉炭の水分率が高いと推
定される場合、空気加熱器（６０）を通る排気ガスの温
度を高めて熱空気の温度を高める。脱硝装置入口排気ガ
ス温度の要求値を高くすると、脱硝装置入口排気ガス温
度を要求値に近づけるべく第１排気ガス制御弁（４２）
は開度を小さく、第２排気ガス制御弁（４３）は開度を
大きくするように作動し、水加熱器（４０）で奪われる
熱量が減り、その結果、空気加熱器を通る排気ガスの温
度が高くなり、熱空気の温度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭焚きボイラシス
テムの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な、石炭焚きボイラシステムにお
いては、石炭はミルと言われる微粉炭機で粉砕されて微
粉炭にされる。微粉炭機で生成された微粉炭は微粉炭機
に送給される空気によって火炉（ボイラ）に送給され、
火炉で燃焼され、その燃焼ガスによって水を蒸気化し、
この蒸気がタービン等に送られて動力等を得るようにさ
れている。

【０００３】ここで、微粉炭機に送給される空気は、微
粉炭を火炉に送るだけでなく、微粉炭管での詰まりなど
により火炉の燃焼ガス温度がばらつかないように火炉に
送られる微粉炭の水分を調整する作用もしている。そこ
で、微粉炭機に送給される空気は、空気加熱器で加熱さ
れた熱空気と、空気加熱器を経由しない冷空気を混合し
た空気とされている。そして、熱空気の供給量と冷空気
の供給量をそれぞれ熱空気制御弁と冷空気制御弁で調整
し、微粉炭機の出口の温度が所定の範囲にあるようにし
ている。

【０００４】このような方法では、熱空気制御弁の開度
を全開にし、冷空気制御弁の開度を全閉にした場合に微
粉炭機に送給される空気の温度を最も高くすることがで
きるが、それ以上には微粉炭機に送給される空気の温度
を高めることはできない。石炭水分率が極端に高い石炭
では、制御余裕度を充分に確保できないという問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は石炭水分率が
極端に高い石炭にも対応できる石炭焚きボイラシステム
の制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、石炭焚きボイラシステムの制御方法であって、石炭
焚きボイラシステムが、微粉炭機で石炭を粉砕して微粉
炭を生成し、空気送給手段で微粉炭機に空気を送給し石
炭を乾燥させると共に、微粉炭機で生成された微粉炭を
火炉に送り出し、火炉で微粉炭機にて生成された微粉炭
を燃焼して、その燃焼熱で火炉壁内に配設された水通路
に供給される水を蒸気化し、火炉からの排気ガスの一部
は水加熱器に導き火炉壁内の水通路に送られる水を加熱
してから、一方、火炉からの排気ガスの残余の部分は水
加熱器をバイパスするバイパス排ガス通路を通ってか
ら、それぞれを合流させ、脱硝装置に導き、該脱硝装置
で排気ガスの脱硝をおこない、空気送給手段で微粉炭機
に送給される空気が、脱硝装置の下流側に配置された空
気加熱器で排気ガスにより加熱され熱空気制御弁で調量
されて送給される熱空気と、加熱されずに冷空気制御弁
で調量されて送給される冷空気と、を含むようにされて
いる石炭焚きボイラシステムであって、熱空気制御弁を
全開にし冷空気弁を全閉にしても、微粉炭機から火炉に
送給される微粉炭の水分率の推定値が所定の値よりも高
い時には、バイパス排ガス通路を通る排気ガスの流量を
増大して微粉炭機に送給される熱空気の温度を上昇せし
めることを特徴とする制御方法が提供される。

【０００７】このような石炭焚きボイラシステムの制御
方法では、熱空気制御弁を全開にし冷空気弁を全閉にし
ても、微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の水分率が
所定の値よりも高い時には、バイパス排ガス通路を通る
排気ガスの流量を増大して熱空気の温度が上昇せしめら
れるので、微粉炭機に導入される熱量が増え微粉炭機か
ら火炉に送給される微粉炭の水分率を下げることができ
る。

【０００８】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の水分
率が所定の値よりも高いことを、微粉炭機の出口温度
と、熱空気制御弁の開度、および、または、冷空気制御
弁の開度に基づき推定することを特徴とする石炭焚きボ
イラシステムの制御方法が提供される。

【０００９】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の水分
率が所定の値よりも高いことを、微粉炭機に投入される
石炭の量、微粉炭機に送給される空気流量、微粉炭機に
送給される空気の温度、微粉炭機の出口温度、に基づき
推定することを特徴とする石炭焚きボイラシステムの制
御方法が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１が本発明が適用される
石炭焚きボイラシステムの全体のハード構成の概略図で
ある。このハード構成は従来から使われているものであ
る。図１において、微粉炭機１０には図示しない適切な
手段、例えば、ホッパーからの落下、により石ころ状の
石炭が投入され、微粉炭機１０は図示しない適切な手
段、例えば、回転刃、により石ころ状の石炭を粉砕して
微粉炭にする。

【００１１】微粉炭機１０には熱空気送給管７１で送給
される熱空気と冷空気送給管７２で送給される冷空気が
直前で混合されて導入される。この混合された空気によ
り微粉炭は乾燥され所定の水分率にされてから、微粉炭
送給管２０を通って火炉３０に送給される。微粉炭機１
０の直下流の微粉炭送給管２０には微粉炭機１０の出口
の微粉炭温度を検出する微粉炭温度センサ１１が付設さ
れている。

【００１２】微粉炭は火炉３０内で燃焼せしめられ、そ
の燃焼ガスにより火炉３０の壁内に設けられた蒸気管３
１に水ポンプ８０から送給される水が加熱されて水蒸気
が生成される。この水蒸気が、例えば、発電タービンに
送られ発電等に使用されるが図示しない。

【００１３】火炉３０から排出される排気ガスは、一部
が水加熱器４０を通して、残余の部分は水加熱器４０を
バイパスするバイパス通路４１を通して、脱硝装置５０
に送られる。水加熱器４０は、熱交換器の一種であっ
て、水ポンプ８０から火炉３０の壁内に設けられた蒸気
管３１に送給される水を排気ガスにより予め加熱するも
のである。水加熱器４０を通す排気ガスの量と、バイパ
ス通路４１を通す排気ガスの量は、第１排気ガス制御弁
４２と第２排気ガス制御弁４３により調整される。

【００１４】上記のバイパス通路４１は、もともと、運
転開始時に脱硝装置５０の暖気を促進するために設けら
れたものである。そのために、脱硝装置５０の直上流に
脱硝装置５０に流入する排気ガスの温度を検出する脱硝
装置入口排気ガス温度センサ５１が配設され、この脱硝
装置入口排気ガス温度が要求温度よりも低いと第２排気
ガス制御弁４３を大きくし、第２排気ガス制御弁４３が
上限開度付近となっても脱硝装置入口排気ガス温度が要
求温度よりも低い場合は、第１排気ガス制御弁４２の開
度を小さくするようにされる。これは従来からおこなわ
れている制御である。

【００１５】脱硝装置５０で脱硝された排気ガスは空気
加熱器６０を通ってから排出される。空気加熱器６０も
一種の熱交換器であって、排気ガスで空気ファン７０か
ら微粉炭機１０に送給される空気の一部を加熱する。加
熱された熱空気は前述のように熱空気送給管７１を介し
て微粉炭機１０に送給される。空気ファン７０から微粉
炭機１０に送給される空気のうち空気加熱器６０を通ら
ないものは、前述のように冷空気として冷空気送給管７
２を介して微粉炭機１０に送給される。

【００１６】空気加熱器６０を通る熱空気の量と空気加
熱器６０を通らない冷空気の量は、熱空気制御弁７３と
冷空気制御弁７４により調整される。熱空気制御弁７３
の開度を大きくし、冷空気制御弁７４の開度を小さくし
た方が微粉炭機１０に送給される空気の温度は高くな
り、微粉炭機１０により多くの熱量を供給できる、そし
て、微粉炭機１０に送給される空気の温度が最も高くな
り、微粉炭機１０に最も多くの熱量を供給できるのは、
熱空気制御弁７３を全開にし、冷空気制御弁７４を全閉
にした場合である。

【００１７】本発明の目的は、微粉炭機１０に投入され
た石炭の水分率が極端に高く、このように熱空気制御弁
７３を全開にし冷空気制御弁７４を全閉にしても、火炉
３０に送給する微粉炭の水分率が高い場合に、空気加熱
器６０を通る排気ガスの温度を高めて熱空気の温度を高
めるというものである。ここで、空気加熱器６０を通る
排気ガスの温度を調整できるのは脱硝器５０の上流に配
置された第１排気ガス制御弁４２と第２排気ガス制御弁
４３であるので、第１排気ガス制御弁４２の開度を小さ
く、第２排気ガス制御弁４３の開度を大きくして空気加
熱器６０を通る排気ガスの温度を高めるのである。

【００１８】このように、第１排気ガス制御弁４２の開
度を小さく、第２排気ガス制御弁４３の開度が大きくす
ると、水加熱器４０で奪われる熱量が小さくなるので脱
硝器５０およびその下流の空気加熱器６０に流れる排気
ガスの温度が高くなる。ここで、前述したように、脱硝
装置入口排気ガス温度が要求温度よりも低いと第２排気
ガス制御弁４３を大きくし、第２排気ガス制御弁４３が
上限開度付近となっても脱硝装置入口排気ガス温度が要
求温度よりも低い場合は、第１排気ガス制御弁４２の開
度を小さくする制御が組み込まれているので、要求温度
を高めることによりこの制御を実行させるのである。

【００１９】この制御はコントロールユニット１００に
よりおこなわれる。コントロールユニット１００には、
入力信号として微粉炭温度センサ１１の検出した微粉炭
温度ＴＭ、脱硝装置入口排気ガス温度センサ５１の検出
した脱硝装置入口排気温度ＴＮが入力される。また、熱
空気制御弁７３の開度ＶＡｈを示す信号、冷空気制御弁
７４の開度ＶＡｃを示す信号も入力される。一方、出力
信号としては、第１排気ガス制御弁４２の開度ＶＧ１と
第２排気ガス制御弁４３の開度ＶＧ２を制御する信号、
あるいは、熱空気制御弁７３の開度ＶＡｈ、冷空気制御
弁７４の開度ＶＡｃを制御する信号がある。

【００２０】図２がコントロールユニット１００がおこ
なう本発明を含む制御のフローチャートであって、ステ
ップ２０１では、微粉炭温度ＴＭ、脱硝装置入口排気温
度ＴＮ、熱空気制御弁７３の開度ＶＡｈ、冷空気制御弁
７４の開度ＶＡｃを読み込みステップ２０２に進む。ス
テップ２０２では、微粉炭温度ＴＭが予め定めた所定の
値ＴＭｎより低いか否かを判定する。これは、石炭が異
常に高い水分を含んでいるかどうかを見極めるためのス
テップである。

【００２１】ステップ２０２で肯定判定された場合、す
なわち石炭が異常に高い水分を含んでいる場合は、ステ
ップ２０３に進み、熱空気制御弁７３の開度ＶＡｈが全
開であるか否かを判定する。あるいは、熱空気制御弁７
３の開度ＶＡｈが全開の時は、冷空気制御弁７４の開度
ＶＡｃは全閉にされるので、冷空気制御弁７４の開度Ｖ
Ａｃが全閉であるかを判定してもよい。

【００２２】ステップ２０３で肯定判定された場合、す
なわち、熱空気制御弁７３と冷空気制御弁７４は微粉炭
機１０に送給される空気を最も高い温度にさせるように
すでに、セットされている場合は、ステップ２０４に進
み脱硝装置入口排気温度ＴＮに予め定めた所定のバイア
ス温度ΔＴＮを加えたものを脱硝装置入口要求排気温度
ＴＮｄとする。

【００２３】ここで、図３の（Ａ）に示すようなマップ
により、脱硝装置入口要求排気温度ＴＮｄに応じて第２
排気ガス制御弁４３の開度ＶＧ２が変化する。そこで、
ステップ２０５で、上記マップに基づき、第２排気ガス
制御弁４３の開度ＶＧ２を、図３の（Ａ）のマップに基
づき、ＶＧ２（ＴＮｄ）に調整し、第２排気ガス制御弁
４３が上限開度付近となっても脱硝装置入口排気ガス温
度が要求温度よりも低い場合は、第１排気ガス制御弁４
２の開度ＶＧ１を図３の（Ｂ）のマップに基づきＶＧ１
（ＴＮｄ）に調整してから、ステップ２０８に進んでリ
ターンする。

【００２４】一方、ステップ２０２で否定判定された場
合は、微粉炭は通常の水分を有しているのであるから、
ステップ２０６に進み、図４に示すマップに基づき、熱
空気制御弁７３の開度ＶＡｈと冷空気制御弁７４の開度
ＶＡｃを制御してからステップ２０８に進んでリターン
する。

【００２５】また、ステップ２０３で否定判定された場
合は、微粉炭機１０の出口の温度は低いが、まだ熱空気
制御弁７３が全開、冷空気制御弁７４が全閉の状態では
無いので、熱空気制御弁７３の開度ＶＡｈを所定開度Δ
ＶＡｈだけ開度を増し、冷空気制御弁７４の開度ＶＡｃ
を所定開度ΔＶＡｃだけ開度を減らしてからステップ２
０８に進んでリターンする。

【００２６】上記のような制御を実行することにより第
１の実施の形態では、極端に水分率の高い石炭が微粉炭
機１０に投入され、熱空気制御弁７３を全開にし冷空気
制御弁７４を全閉にしても、火炉３０に送給する微粉炭
の水分率が高い場合に、空気加熱器６０を通る排気ガス
の温度が高められ、その結果、微粉炭機１０に送給され
る熱空気の温度が高められる。したがって、火炉３０に
送給される微粉炭の水分率を所定の範囲におさめること
ができ、その結果、ボイラの温度を所定範囲に保ち、プ
ラント効率の低下を防止できる。

【００２７】次に、第２の実施の形態について説明す
る。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態のよう
に、微粉炭機１０の出口温度ＴＭと、熱空気制御弁７３
の開度ＶＡｈおよび冷空気制御弁７４の開度ＶＡｃか
ら、火炉３０に送給される微粉炭の水分率が所定の値よ
りも高いことを推定するのではなくて、微粉炭機に投入
される石炭の量Ｗｃ、微粉炭機に送給される空気量Ｗ
ａ、微粉炭機に送給される空気の温度ＴＡ、微粉炭機の
出口温度ＴＭ、に基づいて火炉３０に送給される微粉炭
の水分率を推定する点が異なる。

【００２８】上記の内、微粉炭機１０に投入される石炭
の量ＣＷは、例えば、石炭がホッパから微粉炭機１０に
落下されるのであればホッパの容量から計算でき、微粉
炭機１０に送給される空気量ＡＷは空気ファン７０のイ
ンデックス差圧ＮＰから計算でき、微粉炭機１０に送給
される空気の温度ＴＡは微粉炭機１０への空気の入口に
設けた微粉炭機入口空気温度センサ７５により検出で
き、微粉炭機１０の出口温度ＴＭは第１の実施の形態と
同様に微粉炭温度センサ１１で検出することができる。

【００２９】上記のようなデータから火炉３０に送られ
る微粉炭の水分率ＲＷを計算する。この計算の詳細は省
略するが、基本的には、微粉炭機１０に入る熱量と微粉
炭機１０から出る熱量のバランスから計算をおこなう。

【００３０】図５が、上記の第２の実施の形態の制御の
フローチャートであって、まずステップ５０１におい
て、微粉炭機１０に投入される石炭の量ＣＷ、空気ファ
ン７０のインデックス差圧ＮＰ、微粉炭機１０に送給さ
れる空気の温度ＴＡ、微粉炭機１０の出口温度ＴＭを読
み込み、ステップ５０２では微粉炭機１０に送給される
空気量ＡＷを空気ファン７０のインデックス差圧ＮＰか
ら計算し、ステップ５０３で火炉３０に送給される微粉
炭の水分率ＲＷを計算する。

【００３１】ステップ５０４では、ステップ５０３で計
算した水分率ＲＷが予め定めた所定の値よりも大きいか
否かを判定する。そして、ステップ５０４の判定結果に
もとづき、第１の実施の形態のフローチャートのステッ
プ２０３〜２０８と同一のステップ５０５〜５１０を実
行する。

【００３２】上記のような制御を実行することにより、
この第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様に、
極端に水分率の高い石炭が微粉炭機１０に投入された場
合でも火炉３０に送給される微粉炭の水分率を所定の範
囲におさめることができ、その結果、ボイラの温度を所
定範囲に保ち、プラント効率の低下を防止できる。

【００３３】

【発明の効果】各請求項に記載の発明は、微粉炭機で石
炭を粉砕して微粉炭を生成し、空気送給手段で微粉炭機
に空気を送給し石炭を乾燥させると共に、微粉炭機で生
成された微粉炭を火炉に送り出し、火炉で微粉炭機で生
成された微粉炭を燃焼して、その燃焼熱で火炉壁内に配
設された水通路に供給される水を蒸気化し、火炉からの
排気ガスの一部は水加熱器に導き火炉壁内の水通路に送
られる水を加熱してから、火炉からの排気ガスの残余の
部分は水加熱器をバイパスするバイパス排ガス通路を通
って、脱硝装置に導き、該脱硝装置で排気ガスの脱硝を
おこない、空気送給手段で微粉炭機に送給される空気
が、脱硝装置の下流側に配置された空気加熱器で排気ガ
スにより加熱され熱空気制御弁で調量されて送給される
熱空気と、加熱されずに冷空気制御弁で調量されて送給
される冷空気を含むようにされている石炭焚きボイラシ
ステムの制御方法であるが、熱空気制御弁を全開にし冷
空気弁を全閉にしても、微粉炭機から火炉に送給される
微粉炭の水分率の推定値が所定の値よりも高い時には、
バイパス排ガス通路を通る排気ガスの流量を増大して微
粉炭機に送給される熱空気の温度を上昇せしめるように
されている。

【００３４】したがって、熱空気制御弁を全開にし冷空
気弁を全閉にしても、微粉炭機から火炉に送給される微
粉炭の水分率の推定値が所定の値よりも高い時には、バ
イパス排ガス通路を通る排気ガスの流量を増大して熱空
気の温度が上昇せしめられるので、微粉炭機に導入され
る熱量が増え微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の水
分率を下げることができる。その結果、極端に水分率の
高い石炭が微粉炭機に投入された場合でも火炉に送給さ
れる微粉炭の水分率を所定の範囲におさめることがで
き、ボイラの温度を所定範囲に保ち、プラント効率の低
下を防止できる。

【００３５】あるいは、逆に、極端に水分率の高い石炭
を使用することができるので、原料にばらつきがあって
も問題がおこらず、より安い石炭を使用して運転コスト
を下げることもできる。あるいは、どこの産地の石炭で
も使用できることから、緊急に輸入先を変更した場合で
も問題がおこらない。また、ハード構成的には従来のも
のを使用できるので改造費がかからないのも大きな利点
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される石炭焚きボイラ装置の全体
の構成を概略的に示す図である。

【図２】第１の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。

【図３】（Ａ）第２排気ガス制御弁を制御するためのマ
ップである。 （Ｂ）第１排気ガス制御弁を制御するためのマップであ
る。

【図４】熱空気制御弁と冷空気制御弁の制御するための
マップである。

【図５】第２の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０…微粉炭機 １１…微粉炭機出口温度センサ ２０…微粉炭送給管 ３０…火炉 ３１…蒸気管 ４０…水加熱器 ４１…バイパス通路 ４２…第１排気ガス制御弁 ４３…第２排気ガス制御弁 ５０…脱硝装置 ５１…脱硝装置入口排気ガス温度センサ ６０…空気加熱器 ７０…空気ファン ７１…熱空気送給管 ７２…冷空気送給管 ７３…熱空気制御弁 ７４…冷空気制御弁 ７５…微粉炭機入口空気温度センサ １００…コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K003 EA07 FA01 FB01 FC06 GA06 3K005 AA06 AA10 AB07 AC06 BA01 CA09 DA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭焚きボイラシステムの制御方法であ
   って、 石炭焚きボイラシステムが、 微粉炭機で石炭を粉砕して微粉炭を生成し、 空気送給手段で微粉炭機に空気を送給し石炭を乾燥させ
   ると共に、微粉炭機で生成された微粉炭を火炉に送り出
   し、 火炉で微粉炭機にて生成された微粉炭を燃焼して、その
   燃焼熱で火炉壁内に配設された水通路に供給される水を
   蒸気化し、 火炉からの排気ガスの一部は水加熱器に導き火炉壁内の
   水通路に送られる水を加熱してから、一方、火炉からの
   排気ガスの残余の部分は水加熱器をバイパスするバイパ
   ス排ガス通路を通ってから、それぞれを合流させ、脱硝
   装置に導き、該脱硝装置で排気ガスの脱硝をおこない、 空気送給手段で微粉炭機に送給される空気が、脱硝装置
   の下流側に配置された空気加熱器で排気ガスにより加熱
   され熱空気制御弁で調量されて送給される熱空気と、加
   熱されずに冷空気制御弁で調量されて送給される冷空気
   と、を含むようにされている石炭焚きボイラシステムで
   あって、 熱空気制御弁を全開にし冷空気弁を全閉にしても、微粉
   炭機から火炉に送給される微粉炭の水分率が所定の値よ
   りも高い時には、バイパス排ガス通路を通る排気ガスの
   流量を増大して微粉炭機に送給される熱空気の温度を上
   昇せしめることを特徴とする制御方法。
2. 【請求項２】 微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の
   水分率が所定の値よりも高いことを、微粉炭機の出口温
   度と、熱空気制御弁の開度、および、または、冷空気制
   御弁の開度に基づき推定することを特徴とする請求項１
   に記載の制御方法。
3. 【請求項３】 微粉炭機から火炉に送給される微粉炭の
   水分率が所定の値よりも高いことを、微粉炭機に投入さ
   れる石炭の量、微粉炭機に送給される空気流量、微粉炭
   機に送給される空気の温度、微粉炭機の出口温度、に基
   づき推定することを特徴とする請求項１に記載の制御方
   法。