JP2012184891A - 石炭焚きボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ燃焼に於いて、ボイラの負荷だけでなく、燃焼パターンを考慮して、より最適なボイラの燃焼制御を行う石炭焚きボイラ装置を提供する。
【解決手段】ボイラ１の炉壁３に複数段に設けられた微粉炭バーナ４、５と、微粉炭バーナ４、５の上方に設けられたオーバエアポート６、７と、微粉炭バーナ４、５に対応して設けられた２次空気調整用ダンパ２１、２２と、ミル８、９に対応して設けられた１次空気調整用ダンパ１６、１７と、２段燃焼用ダンパ２３、２４とを具備し、ボイラの負荷、石炭の性状に対応した燃焼パターン毎に燃焼制御プログラムを設け、燃焼制御プログラムに基づき２次空気調整用ダンパ２１、２２、１次空気調整用ダンパ１６、１７、２段燃焼用ダンパ２３、２４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラバーナの燃焼形態に対応してボイラの燃焼を制御する石炭焚きボイラ装置に関するものである。

石炭焚きボイラでは対向する炉壁にそれぞれ複数段に微粉炭バーナが設けられ、各段の微粉炭バーナにはそれぞれ微粉炭ミルが接続され、微粉炭ミルから微粉炭が供給され、又微粉炭バーナには燃焼用の２次空気が供給され、燃焼に供されている。

又、前記微粉炭バーナの上方には、オーバエアポートが設けられ、オーバエアポートより空気を供給し還元雰囲気で燃焼を行うことで窒素酸化物の発生を抑制している。

特許文献１には、ボイラ負荷が同一でミルの運転台数が異なる場合でも、最適な燃焼空気量を供給できる様に２次空気調整用のダンパ、或はオーバエアポート用のダンパ等、燃焼関係ダンパを制御する石炭焚きボイラの燃焼関係ダンパ制御装置が開示されている。

特開平９−７２５３４号公報

本発明は、ボイラ燃焼に於いて、負荷が同一であった場合でも、或はミルの運転台数が同一であった場合でも、燃焼に供されるバーナの組合せ（燃焼パターン）が異なることがあることを鑑み、更に燃焼パターンを考慮して、より最適なボイラの燃焼制御を行う石炭焚きボイラ装置を提供するものである。

本発明は、ボイラ炉壁に複数段に設けられた微粉炭バーナと、各段それぞれの微粉炭バーナに接続されたミルと、前記微粉炭バーナ群の上方に設けられたオーバエアポートと、前記微粉炭バーナに２次空気を供給する空気路に各微粉炭バーナに対応して設けられた２次空気調整用ダンパと、前記ミルに１次空気を供給する空気路に各ミルに対応して設けられた１次空気調整用ダンパと、前記オーバエアポートに２段燃焼用空気を供給する空気路に設けられた２段燃焼用ダンパと、前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパの開閉、開度を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は、ボイラの負荷、石炭の性状に対応した燃焼パターン毎に燃焼制御プログラムを有し、該燃焼制御プログラムに基づき前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパを制御する石炭焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記制御装置は燃焼パターン選択部を有し、該燃焼パターン選択部は前記制御装置に入力されるボイラの負荷、石炭の性状を含む運転条件に基づき燃焼パターンを選択する石炭焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記燃焼パターン別に、又前記ダンパ別に空気流量のバイアスが設定される石炭焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記燃焼パターンは、微粉炭バーナの保守状態に対応して設定される石炭焚きボイラ装置に係るものである。

本発明によれば、ボイラ炉壁に複数段に設けられた微粉炭バーナと、各段それぞれの微粉炭バーナに接続されたミルと、前記微粉炭バーナ群の上方に設けられたオーバエアポートと、前記微粉炭バーナに２次空気を供給する空気路に各微粉炭バーナに対応して設けられた２次空気調整用ダンパと、前記ミルに１次空気を供給する空気路に各ミルに対応して設けられた１次空気調整用ダンパと、前記オーバエアポートに２段燃焼用空気を供給する空気路に設けられた２段燃焼用ダンパと、前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパの開閉、開度を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は、ボイラの負荷、石炭の性状に対応した燃焼パターン毎に燃焼制御プログラムを有し、該燃焼制御プログラムに基づき前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパを制御するので、ミルの台数のみでなく、燃焼パターンに対応して燃焼を制御するので、どの様な燃焼パターンでも最適な燃焼状態が得られるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る石炭焚きボイラの概略構成図である。 ボイラの負荷率と使用される微粉炭バーナの段数を示す説明図である。 本実施例の燃焼制御装置の概略図である。 本実施例の燃焼制御の機能を示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて本実施例に係るボイラの概略を説明する。

図１中、１はボイラを示し、２は該ボイラ１の火炉を示している。該火炉２の相対向する炉壁３それぞれには、所要段に、例えば３段に微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ及び微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃが設けられている。尚、図示していないが各段毎に所要数の微粉炭バーナ４，５が設けられ、各段の微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ、微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれバーナ群を構成する。

又、前記微粉炭バーナ４，５群の上方にはオーバエアポート６，７が設けられ、各オーバエアポート６，７もそれぞれ水平方向に複数設けられ、それぞれオーバエアポート群を構成する。尚、図示ではオーバエアポートは１段であるが、２段としてもよい。

前記微粉炭バーナ４，５の各段毎に、ミル８ａ，８ｂ，８ｃ及びミル９ａ，９ｂ，９ｃが個別に接続され、該ミル８ａ，８ｂ，８ｃ及びミル９ａ，９ｂ，９ｃは粉砕した微粉炭をそれぞれ独立して前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ及び微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃに供給する様になっている。

又、図１中、１２は１次空気通風機、１３は２次空気通風機であり、前記１次空気通風機１２は、１次空気供給ライン１４を介して前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ、及び前記ミル９ａ，９ｂ，９ｃに微粉炭搬送媒体としての１次空気を送給する様になっている。又、前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ、前記ミル９ａ，９ｂ，９ｃは、それぞれ１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、及び１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して前記１次空気供給ライン１４に接続されている。

前記２次空気通風機１３は、２次空気供給ライン１５を介して前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ、前記微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃに燃焼用空気としての２次空気を送給する様になっている。又前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ、前記微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれ２次空気調整用ダンパ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び２次空気調整用ダンパ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して前記２次空気供給ライン１５に接続されている。

更に前記２次空気供給ライン１５は、前記オーバエアポート６，７に接続され、２段燃焼用空気として２次空気を前記オーバエアポート６，７に送給している。前記オーバエアポート６，７は、それぞれ２段燃焼用ダンパ２３，２４を介して前記２次空気供給ライン１５に接続されている。

前記ボイラ１の煙道２５、前記２次空気供給ライン１５及び前記１次空気供給ライン１４に掛渡ってガス熱交換器２６が設けられており、該ガス熱交換器２６により前記１次空気通風機１２及び前記２次空気通風機１３から送給される空気を排ガスの廃熱を用いて所定の温度に加熱している。

前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ、前記ミル９ａ，９ｂ，９ｃ、前記１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び前記１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、又前記２次空気調整用ダンパ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び前記２次空気調整用ダンパ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、又前記２段燃焼用ダンパ２３，２４はそれぞれ制御装置２９に電気的に接続され、該制御装置２９は、前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃの稼働停止（前記微粉炭バーナ４，５への微粉炭の供給停止）、稼働状態を制御し、前記１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ及び前記１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、又前記２次空気調整用ダンパ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び前記２次空気調整用ダンパ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、又前記２段燃焼用ダンパ２３，２４の開閉、開度調整を所要のタイミングで制御する様になっている。

ここで、上記ボイラの燃焼について概略を説明する。

前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃにより粉砕された微粉炭は、前記１次空気通風機１２が送給する１次空気との混合流となって前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃに送給され、又前記２次空気通風機１３からは燃焼用の２次空気が前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ及び前記微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃに送給され、各バーナに於いて微粉炭の燃焼が行われる。

更に、前記２段燃焼用ダンパ２３，２４から２段燃焼用空気を供給し、２段燃焼させることで微粉炭を、低酸素濃度即ち還元雰囲気で燃焼させ、窒素酸化物の発生を抑制している。

又、燃焼形態に於いて、燃焼開始、燃焼終了時の過渡期には、前記微粉炭バーナの内、１段のみが燃焼に供され、更にボイラの負荷状態に対応して２段或は３段の微粉炭バーナが燃焼に供される。

図２はボイラの負荷率と、負荷率に対応し燃焼に供される微粉炭バーナ４，５の段数の関係を示している。例えば、図示される様に、３０％迄の負荷率に対応して１段の微粉炭バーナ４，５で燃焼され、３０％〜６５％迄の負荷率に対応して２段の微粉炭バーナ４，５で燃焼され、６５％〜１００％迄の負荷率に対応して３段の微粉炭バーナ４，５で燃焼される。

更に、１段、２段の微粉炭バーナ４，５の燃焼では、何処の段が燃焼に供されるかは、石炭の性状、例えば可燃成分の割合、揮発分の割合等によって決定される。即ち、燃え難い石炭であれば、下段の微粉炭バーナ、即ち１段であれば、微粉炭バーナ４ａ，５ａが採用され、２段であれば微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが採用され、燃え易い石炭であれば、上段側の微粉炭バーナ、即ち１段であれば、微粉炭バーナ４ｃ，５ｃが採用され、或は２段であれば微粉炭バーナ４ｃ，４ｂ，５ｃ，５ｂが採用される。尚、複数段で燃焼を行う場合、通常は、上下方向に連続した段の微粉炭バーナが採用される。

又、保守が実行されている状態では、最下段のバーナが保守の対象となっている時は、上側の２段の微粉炭バーナが燃焼に採用され、最上段のバーナが保守の対象となっている時は、下側の２段の微粉炭バーナが燃焼に採用される。又、中間の（２段目の）バーナが保守の対象となっている時は、最上段又は最下段のいずれかが燃焼に採用される。

前記制御装置２９は、ボイラの負荷状態に対応させ、石炭の性状に対応させ、更に保守が行われている場合に対応させ、燃焼に供する微粉炭バーナの段数の選択、組合せの選択（燃焼パターンの選択）を行い、更に選択した組合せによる燃焼パターンで最適な燃焼が得られる様に、前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ及びミル９ａ，９ｂ，９ｃの運転の制御を行い、更に前記１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、前記１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、前記２次空気調整用ダンパ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、前記２次空気調整用ダンパ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び前記２段燃焼用ダンパ２３，２４の開閉の制御及び開度の制御を行う。

尚、前記１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、前記１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、前記ミル８ａ，８ｂ，８ｃ、前記ミル９ａ，９ｂ，９ｃに供給する石炭の量に対応しており、即ち粉砕された微粉炭を搬送する１次空気の流量を調整するものであり、１次空気の流量を調整することで前記微粉炭バーナ４ａ，４ｂ，４ｃ、前記微粉炭バーナ５ａ，５ｂ，５ｃへの微粉炭の供給量が調整される。又、前記微粉炭バーナ４，５へ供給される２次空気の流量と前記１次空気の流量との比は、予め設定されており、１次空気の流量が調整されることで２次空気の流量が連動して調整される。

前記オーバエアポート６，７から噴出される２段燃焼用空気は、下方の微粉炭バーナ４，５からの微粉炭を完全燃焼させるものであり、前記オーバエアポート６，７から噴出される空気量によって燃焼状態が大きく変化する。更に、燃焼状態は、前記微粉炭バーナ４，５の燃焼のパターンによっても影響を受ける。

従って、前記オーバエアポート６，７から噴出される２段燃焼用空気は、ボイラ負荷（バーナに供給される給炭量）に対応して流量調整されると共に前記微粉炭バーナ４，５の燃焼のパターンによっても供給量が異なる。この為、本実施例では燃焼のパターンを加味し、燃焼パターン毎に２段燃焼用空気の流量調整が行われる。

尚、前記１次空気調整用ダンパ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、前記１次空気調整用ダンパ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、前記２次空気調整用ダンパ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、前記２次空気調整用ダンパ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び前記２段燃焼用ダンパ２３，２４については燃焼関係ダンパと総称する。

次に、図３、図４を参照して前記制御装置２９について説明する。

該制御装置２９は、演算部３１、記憶部３２、操作部３３、表示部３４を具備し、該制御装置２９によって燃焼関係ダンパ３５の開閉、開度が制御される。

前記記憶部３２には、各燃焼パターン毎に設けられ、各燃焼パターン毎に、燃焼を制御する燃焼制御プログラム、燃焼条件或は負荷条件に応じて燃焼パターンを選択する燃焼パターン選択プログラムが格納されている。

前記燃焼制御プログラムには、燃焼パターンに対応する前記燃焼関係ダンパ３５の各ダンパの開閉、ボイラ負荷率に対応する開度（１次空気、２次空気の流量及び１次空気と２次空気の比率、２段燃焼用空気の流量）が設定される。又、前記石炭の性状に対応し、燃焼に供する燃焼バーナの位置の設定、ボイラの負荷率に対応する燃焼バーナの数の設定、燃焼バーナの保守時の保守状態に対応して燃焼に供する燃焼バーナの位置が設定される。又、各燃焼パターン毎の制御に必要なデータ、例えばダンパの開度等は、試験運転、シミュレーション等により、予め取得するものとする。

前記燃焼パターン選択プログラムは、前記操作部３３からボイラの負荷率が入力され、或は石炭の性状が入力され、或はボイラ保守の情報が入力された場合、入力された条件、情報に合致した燃焼パターンを選択する。

又、前記操作部３３は、前記燃焼制御プログラムにボイラ運転に必要な設定事項を入力し、又、運転されるボイラ負荷率、投入される石炭の性状、保守時の情報等を入力する。

前記表示部３４には、前記操作部３３から設定事項を入力する場合に、設定事項が表示され、又運転状態等が表示される。

図４は、前記演算部３１を機能的に表示したものであり、図４中、３６，３７，３８，３９は関数発生部を示し、例えば関数発生部３６は前記微粉炭バーナ４，５が全段燃焼に供された場合に前記燃焼関係ダンパ３５の開閉、開口率に関する指令を発するものであり、関数発生部３７は前記微粉炭バーナ４，５の内、下段側の微粉炭バーナ４ａ，４ｂ及び微粉炭バーナ５ａ，５ｂが燃焼に供された場合、前記関数発生部３８は前記微粉炭バーナ４，５の内、上段側の微粉炭バーナ４ｂ，４ｃ及び微粉炭バーナ５ｂ，５ｃが燃焼に供された場合、前記関数発生部３９は前記微粉炭バーナ４，５の内、最下段の微粉炭バーナ４ａ、微粉炭バーナ５ａが燃焼に供された場合に、前記燃焼関係ダンパ３５の開閉、開口率に関する指令、例えば開度指令を発するものである。尚、関数発生部の数は、燃焼パターン毎に設けられるものであり、燃焼に供される微粉炭バーナの組合せ、更に微粉炭バーナの段数によって変更される。

又、図４中、４１，４２，４３は燃焼パターン選択部を示し、該燃焼パターン選択部４１，４２，４３の組合せで、前記関数発生部３６，３７，３８，３９の内どの関数発生部からの指令が出力されるかを選択する。

前記操作部３３よりボイラ負荷率、石炭の性状及び運転指令等の運転開始に必要な情報４５が入力されると、前記演算部３１は、前記情報４５に基づき燃焼パターン選択プログラムにより燃焼パターンを選択し、前記燃焼パターン選択部４１，４２，４３により燃焼パターンに整合する前記関数発生部を選択する。

例えば、前記微粉炭バーナ４，５の下側の２段を燃焼させる場合は、前記燃焼パターン選択部４２は、前記燃焼パターン選択部４３からの信号を遮断すると共に、前記燃焼パターン選択部４１は、前記関数発生部３６からの信号を遮断し、前記関数発生部３７からの信号のみを出力して前記燃焼関係ダンパ３５の制御を実行する。

従って、本実施例によれば、燃焼に供される微粉炭バーナ４，５の段数（即ちミルの台数）のみでなく、位置（燃焼パターン）を考慮した燃焼制御を実行することができる。

特に、前記オーバエアポート６，７の流量制御がボイラ負荷率だけでなく、燃焼に供される微粉炭バーナ４，５の位置に対応して（燃焼パターンに対応して）実行されるので、最適な状態で燃焼させることができ、窒素酸化物の発生を適正に抑制することができる。

又、燃焼パターン別に制御できるので、燃焼パターン特有の制御条件を設定できる。例えば、最下段で燃焼している微粉炭バーナ４，５の位置が変更された場合、前記１次空気調整用ダンパ１６，１７を制御する開度指令にバイアスを加え変化させることで空気配分を適正に保ち燃焼状態を安定させることができる。バイアスを加えられるバーナは最下段、或は最下段に対して上段のバーナ等最適な燃焼状態が得られる様に適宜選択される。

尚、上記実施例に於いて、関数発生部をソフトウェアで構成したが、入力信号に対して所定の関係で信号を出力する様電気回路で構成してもよい。又、燃焼パターン選択部についても電気回路で構成したスイッチング手段としてもよい。

１ ボイラ
２ 火炉
３ 炉壁
４，５ 微粉炭バーナ
６，７ オーバエアポート
８，９ ミル
１６，１７ １次空気調整用ダンパ
２１，２２ ２次空気調整用ダンパ
２３，２４ ２段燃焼用ダンパ
２５ 煙道
２６ ガス熱交換器
２９ 制御装置
３１ 演算部
３３ 操作部
３４ 表示部
３５ 燃焼関係ダンパ
３６ 関数発生部
３７ 関数発生部
３８ 関数発生部
３９ 関数発生部
４１ 燃焼パターン選択部
４２ 燃焼パターン選択部
４３ 燃焼パターン選択部
４５ 情報

Claims (4)

1. ボイラ炉壁に複数段に設けられた微粉炭バーナと、各段それぞれの微粉炭バーナに接続されたミルと、前記微粉炭バーナ群の上方に設けられたオーバエアポートと、前記微粉炭バーナに２次空気を供給する空気路に各微粉炭バーナに対応して設けられた２次空気調整用ダンパと、前記ミルに１次空気を供給する空気路に各ミルに対応して設けられた１次空気調整用ダンパと、前記オーバエアポートに２段燃焼用空気を供給する空気路に設けられた２段燃焼用ダンパと、前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパの開閉、開度を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は、ボイラの負荷、石炭の性状に対応した燃焼パターン毎に燃焼制御プログラムを有し、該燃焼制御プログラムに基づき前記２次空気調整用ダンパ、前記１次空気調整用ダンパ、前記２段燃焼用ダンパを制御することを特徴とする石炭焚きボイラ装置。
2. 前記制御装置は燃焼パターン選択部を有し、該燃焼パターン選択部は前記制御装置に入力されるボイラの負荷、石炭の性状を含む運転条件に基づき燃焼パターンを選択する請求項１の石炭焚きボイラ装置。
3. 前記燃焼パターン別に、又前記ダンパ別に空気流量のバイアスが設定される請求項１又は請求項２の石炭焚きボイラ装置。
4. 前記燃焼パターンは、微粉炭バーナの保守状態に対応して設定される請求項１〜請求項３のいずれかの石炭焚きボイラ装置。

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