JP2011021758A

JP2011021758A - ボイラの燃料投入量補正方法

Info

Publication number: JP2011021758A
Application number: JP2009164319A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Nakao; 展行中尾; Akihiro Sakauchi; 章裕坂内; Koji Yamamoto; 晃司山本
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、燃料の発熱量の変化に対して、的確かつ簡易に燃料投入量の補正を行うことができるボイラの燃料投入量補正方法を提供する。
【解決手段】発熱量補正演算装置３で、運転中の燃料投入量から求めた予測主蒸気流量Ｆａと実際の主蒸気流量Ｆｂとの比Ｆａ／Ｆｂから発熱量補正値Ｙを求め、主蒸気圧力制御装置１から出力される燃料投入量指令Ｍｏに前記発熱量補正値Ｙを乗ずることにより燃料投入量の補正を行うことを特徴とするボイラの燃料投入量補正方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、広くは燃料焚きボイラの主蒸気圧力制御方法に関し、特に燃料の単位発熱量の変化に対する燃料投入量の補正方法に関する。

燃料投入量（または燃料流量）の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいては、投入する燃料の単位質量あたりの発熱量（単位発熱量）が変化すると同じ量の燃料を投入しても発生する蒸気量が変化する。

ちなみに、単位発熱量の変化は、単一燃料のボイラの場合は燃料の性状や含有水分等の変化により生じ、また多種類の燃料を混合して燃焼するボイラの場合は前記に加えて、投入する燃料の比率（燃料投入量比率）の変化によっても生じる。

ボイラの燃焼制御においては、燃料の発熱量（投入発熱量）に応じた燃焼空気量を燃焼室内に供給することが必要であるが、従来の燃焼制御では、予め燃料の単位発熱量の基準値（基準単位発熱量）を定めておき、燃料投入量に応じて燃焼空気量を決定していた。すなわち、基準単位発熱量と燃料投入量の積を投入発熱量としていた。

しかし、上記の燃焼制御では、燃料の実際の単位発熱量が基準単位発熱量から変化すると、燃料投入量が同じでも投入発熱量が変化し、投入発熱量に対する燃焼空気の供給量にズレが生じて燃焼状態が適正でなくなる等の不具合が生じる。

これに対して、特許文献１には、燃料制御装置を有する石炭焚ボイラにおいて、燃料の発熱量の変化が生じても、投入発熱量と燃焼空気量の関係が適正になるように、実ボイラ運転状態におけるボイラ出熱、ボイラ効率及び燃料流量から燃料の実効発熱量を算出し、これと燃料制御装置の調整時に使用した燃料の発熱量との比を求め、この比を燃料制御装置からの燃料投入量指令に乗ずることにより燃料投入量の補正を行うという技術が記載されている。

特開平０６−３３７１１２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、実効発熱量の算出にボイラ出熱、ボイラ効率を求めているが、ボイラ出熱の演算にボイラ入口給水温度、圧力、流量、ボイラ出口蒸気温度、圧力、流量、ボイラスプレー水温度、圧力、流量を使用し、また、ボイラ効率の演算には上記に加えてボイラ出口排ガス温度、大気温度、燃料性状分析値、燃料流量を使用しており、多くの変数を使用して複雑な演算を行う必要がある。また、各プロセス値の測定誤差、時間遅れ、各演算に含まれる誤差等の影響により、求められる発熱量に誤差が生じる可能性がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、燃料の発熱量の変化に対して、的確かつ簡易に燃料投入量の補正を行うことができるボイラの燃料投入量補正方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、運転中の燃料投入量から求めた予測主蒸気流量と実際の主蒸気流量との比から補正値を求め、上記主蒸気圧力制御装置から出力される燃料投入量指令に前記補正値を乗ずることにより燃料投入量の補正を行うことを特徴とするボイラの燃料投入量補正方法。

［２］前記燃料焚きボイラは、多種類の燃料を混合して燃焼するボイラであることを特徴とする前記［１］に記載のボイラの燃料投入量補正方法。

本発明によれば、燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、燃料の発熱量の変化に対して、的確かつ簡易に燃料投入量の補正を行うことができる。その結果、投入発熱量と燃焼空気量の関係を適正に維持できるようになり、ボイラを自動で安定的に燃焼させることが可能となる。

本発明の実施形態１（単一燃料ボイラ）における主蒸気圧力制御装置及び発熱量補正演算装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２（多種類燃料ボイラ）における発熱量補正演算装置のブロック図である。本発明の実施例１における燃料投入量補正制御を示すグラフである。

本発明の実施形態を以下に説明する。

本発明の実施形態では、燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、投入する燃料の発熱量の変化による主蒸気流量の変化に基づいて発熱量補正演算装置が発熱量補正値を演算し、その発熱量補正値を用いて燃料投入量を補正するようにしている。

（実施形態１）
本発明の実施形態１は、単一燃料のボイラの場合である。

図１は、本発明の実施形態１における主蒸気圧力制御装置１と発熱量補正演算装置３（３Ａ）の構成を示すブロック図である。

図１において、主蒸気圧力制御装置１は主蒸気圧力Ｐｓｏを目標圧力（主蒸気圧力設定値）に保つように、減算器９と比例積分微分演算器２によって比例積分微分制御を行い、得られた燃料投入量指令（燃料供給量指令）Ｍｏを出力するようになっている。

一方、発熱量補正演算装置３Ａは、発熱量補正演算を行って、発熱量補正値Ｙを演算する。その発熱量補正演算は以下の手順で行われる。

まず、運転中の燃料投入量Ｗａの現在値に基準単位発熱量Ｑａを乗算器８で乗じて発熱量を算出し、それを発熱量から主蒸気流量を予測する関数４の入力とし、その関数４の出力を燃料投入量から求めた主蒸気流量予測値Ｆａとする。ここで、基準単位発熱量Ｑａは予めオフラインで測定した燃料の単位質量あたりの発熱量とする。関数４は燃料の単位発熱量が基準単位発熱量であった場合の投入発熱量に対する主蒸気流量であり、理論値を調整時に測定した実績で修正した値を用いる。

一方、ボイラ出口の蒸気減温器後（温度圧力補正後）の主蒸気流量Ｆｓから減温器スプレー水流量Ｆｗを減算器９で減じた値を主蒸気流量現在値Ｆｂとする。

次に、前述の主蒸気流量予測値Ｆａを除算器５により主蒸気流量現在値Ｆｂで除し（Ｆａ／Ｆｂ）、一次遅れ演算器（あるいは移動平均演算器）６による平滑化処理を行って、発熱量補正値Ｙとする。

ここで、燃料発熱量補正値Ｙが１より大きい場合は現在の燃料発熱量（単位発熱量）が基準発熱量（基準単位発熱量）よりも小さいことを示し、燃料発熱量補正値Ｙが１より小さい場合は現在の燃料発熱量（単位発熱量）が基準発熱量（基準単位発熱量）よりも大きいことを示す。

そして、その発熱量補正値Ｙを乗算器８において前記の燃料供給量指令値Ｍｏに乗じて燃料供給量指令値を補正し、それを燃料供給量指令値Ｍとして燃料供給量制御装置７に出力する。

この燃料供給量指令値Ｍに基づいて、燃料供給量制御装置７は燃料供給装置（図示せず）に燃料供給量を指示する。一方、燃焼空気量等の諸量は熱量補正値Ｙを乗ずる前の燃料供給量指令値Ｍｏに基づいて決定される。すなわち、燃料の単位発熱量の変動に関わらず、常に投入発熱量に応じた値となる。

なお、燃料発熱量補正値Ｙを求める際に、前述のように、一次遅れ演算器（あるいは移動平均演算器）６による平滑化処理を行っているのは、主蒸気圧力制御との干渉を防止するためである。

このようにして、この実施形態１においては、単一燃料のボイラの場合に、燃料の単位発熱量の変化に対して、的確かつ簡易に燃料供給量（燃料投入量）の補正を行うことができる。その結果、投入発熱量と燃焼空気量の関係を適正に維持できるようになり、ボイラを自動で安定的に燃焼させることが可能となる。

なお、実際は燃料投入量に対する主蒸気流量は燃料の単位発熱量によってのみで決まるものではなく、ボイラの燃焼状態や伝熱効率等の様々な要因により変化するが、燃料の発熱量（投入発熱量）に対する燃焼空気供給量のズレを補正し、ボイラの燃焼状態を安定させる目的においては上記の方法でも十分な効果が得られる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、多種類の燃料を混合して燃焼するボイラの場合である。

この実施形態２においても、基本的には図１に示した実施形態１におけるブロック図と同様であるが、発熱量補正演算装置３が実施形態１の発熱量補正演算装置３Ａと異なっている。

図２は、実施形態２における発熱量補正演算装置３Ｂを示すブロック図である。なお、ここでは、混焼する燃料を燃料ｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）としている。

図２に示すように、発熱量補正演算装置３Ｂは、以下の手順で発熱量補正演算を行って、発熱量補正値Ｙを演算する。

まず、運転中の各燃料ｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）の燃料投入量Ｗｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）の現在値にそれぞれの基準単位発熱量Ｑｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）を乗算器８で乗じて各燃料ｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）の発熱量を算出する。

そして、各燃料ｆ（ｆ＝１，２，・・・，ｎ）の発熱量を加算器１０で合算して、合計発熱量Σ（Ｑｆ×Ｗｆ）：ｆ＝１，２，・・・，ｎを求める。

求めた合計発熱量を関数４の入力とし、その関数４の出力を燃料投入量から求めた主蒸気流量予測値Ｆａとする。

一方、ボイラ出口の蒸気減温器後（温度圧力補正後）の主蒸気流量Ｆｓｏから減温器スプレー水流量Ｆｗｓを減算器９で減じた値を主蒸気流量現在値Ｆｂとする。

次に、前述の主蒸気流量予測値Ｆａを除算器５により主蒸気流量現在値Ｆｂで除し、一次遅れ演算器（あるいは移動平均演算器）６による平滑化処理を行って、発熱量補正値Ｙとする。

その後の手順は、図１に示した実施形態１と同様であり、その発熱量補正値Ｙを主蒸気圧力制御装置１で算出した燃料供給量指令値Ｍｏに乗算器８で乗じて燃料供給量指令値を補正し、それを燃料供給量指令値Ｍとして燃料供給量制御装置７に出力する。

このようにして、この実施形態２においては、多種類の燃料を混合して燃焼するボイラの場合に、燃料の合計発熱量の変化に対して、的確かつ簡易に燃料供給量（燃料投入量）の補正を行うことができる。その結果、投入発熱量と燃焼空気量の関係を適正に維持できるようになり、ボイラを自動で安定的に燃焼させることが可能となる。

本発明の実施例１を以下に示す。

この実施例１では、単位発熱量が大きく異なる二種類の燃料である木質チップと石炭を混合して燃焼するボイラにおいて、上記の本発明の実施形態２に基づいて、発熱量補正値を求めて、燃料投入量の補正を行っている状態で、燃料投入量比率（木質チップと石炭の投入量比率）を変更させて、燃焼状態の変化状況を観察した。図３にその際の燃焼状態の変化状況を示す。

図３において、主蒸気流量、すなわちボイラ負荷ほぼ一定の状態で、木質チップと石炭の投入量比率を変更したところ、発熱量補正値Ｙが減少している。これは燃料投入量比率の変更により基準発熱量に対する実際の発熱量が増加した結果であるが、この発熱量補正値Ｙの調整（減少）により、主蒸気圧力制御装置１からの燃料投入量指令Ｍｏの平均値は投入量比率の変更の前後で変化していない。これにより、ボイラ負荷と主蒸気圧力制御装置１からの燃料投入量指令Ｍｏの関係が常に一定となり、燃料投入量指令Ｍｏによって決定される燃焼空気量等の諸量と投入発熱量との関係を一定に維持することができている。

１主蒸気圧力制御装置
２比例積分微分演算器
３発熱量補正演算装置
３Ａ発熱量補正演算装置（単一燃料）
３Ｂ発熱量補正演算装置（多種類燃料）
４燃料発熱量から主蒸気流量予測値を求める関数
５除算器
６一次遅れ演算器（あるいは移動平均演算器）
７燃料供給量制御装置
８乗算器
９減算器
１０加算器

Claims

燃料投入量の調整により主蒸気圧力を制御する主蒸気圧力制御装置を有する燃料焚きボイラにおいて、運転中の燃料投入量から求めた予測主蒸気流量と実際の主蒸気流量との比から補正値を求め、上記主蒸気圧力制御装置から出力される燃料投入量指令に前記補正値を乗ずることにより燃料投入量の補正を行うことを特徴とするボイラの燃料投入量補正方法。
前記燃料焚きボイラは、多種類の燃料を混合して燃焼するボイラであることを特徴とする請求項１に記載のボイラの燃料投入量補正方法。