JP2014031942A - 加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転員の監視、調整負担を軽減可能な加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量制御装置１００は、負荷指令、燃料流量及び火炉出口酸素濃度に基づき加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量を制御する空燃比マスタ１１０と、加圧流動床ボイラ１０、２０の適正燃焼空気量を算出し、燃焼空気量が前記適正燃焼空気量の範囲内か否かを監視する監視装置１２０と、を含む。空燃比マスタ１１０は、監視装置１２０から燃焼空気量異常信号を受信すると、火炉出口酸素濃度を除外し、負荷指令及び燃料流量に基づき燃焼空気量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置に関する。

加圧流動床複合発電プラントは、加圧流動床ボイラを用い石炭を燃焼させた燃焼熱により蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動するとともに、燃焼ガスでガスタービンを駆動させ発電を行う複合発電プラントである。加圧流動床ボイラは、流動媒体をボイラ内で流動化させ、供給される石炭を流動化させながら燃焼させるため、燃焼温度が約８８０℃と低い。その結果、窒素酸化物の発生が抑制され、さらに流動媒体に石灰石を使用することで、炉内脱硫も同時に行われるなどの長所を有している。

加圧流動床ボイラの燃焼空気は、ガスタービンに連結された空気圧縮機により製造され、圧力容器を経由して火炉に供給される。燃焼空気量の制御は、負荷指令、燃料流量に基づき、さらに火炉出口酸素濃度が所定の酸素濃度となるように空燃比マスタが、空気圧縮機入口案内羽根、空気供給弁を制御することで行う。

燃焼空気の供給に関しては、これまでに幾つかの課題が指摘されている。例えば、圧力容器の容積が大きいために負荷変化時に火炉に流入する空気量の応答が遅れることが指摘されている。これに対しては、燃料分散空気調節弁及び火炉入口弁により補償し、燃料量に最適な空気量を火炉に提供する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また燃焼空気量は、空燃比マスタが燃料スラリ流量指令値に基づき決定するが、燃料スラリ流量指令値と実際の燃料スラリ流量との間には応答のずれがあるため、適正な空気量指令値が得られないことが指摘されている。これに対しては、供給する空気量指令値を、燃料スラリ指令値ではなく実際の燃料スラリ流量に基づいて求める方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−５６８０９号公報 特開平１０−３３２１０９号公報

燃焼空気の供給に関しては、上記以外にも次のような問題がある。燃焼空気量の制御で使用される火炉出口酸素濃度は、火炉出口に設けられた酸素濃度計で検出される。酸素濃度計の設置場所は、高温高圧でかつダスト（ボイラ煤塵）が多い条件下であるため検出管がダストにより閉塞する場合がある。検出管が閉塞し酸素濃度が誤検出されると燃焼空気量が過剰又は不足状態となる。特に燃焼空気量が過剰となると、ダストが増加しガスタービン翼を摩耗し効率低下に至る。

検出管がダストにより閉塞することを防止するために定期的に、検出管をパージする方法もあるが、パージ中は酸素濃度を測定することができず、またパージ操作が検出管の詰まりを誘発する場合もある。酸素濃度計の設置数を増やし、複数点で測定する方法も考えられるが、高温高圧でかつダストが多い条件下で酸素濃度計を複数設置することは、技術的、経済的に困難である。このため現実的には、燃焼空気量の制御は、完全に自動化することが困難であり運転員が介在せざるを得ず、運転員の監視、調整負担が問題となっている。しかしながらこれまでにこのような指摘はなされておらず、解決策が待たれている。

本発明の目的は、運転員の監視、調整負担を軽減可能な加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置を提供することである。

本発明は、負荷指令、燃料流量及び火炉出口酸素濃度に基づき加圧流動床ボイラの燃焼空気量を制御する空燃比制御手段と、加圧流動床ボイラの適正燃焼空気量を算出し、燃焼空気量が前記適正燃焼空気量の範囲内か否かを監視する監視手段と、を含むことを特徴とする加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置である。

本発明によれば、空燃比制御手段が燃焼空気量を制御し、かつ監視手段が、燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲内か否かを監視するので、基本的に燃焼空気量の制御に運転員が介在する必要はなく、運転員の監視、調整負担が軽減される。

本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記監視手段は、予め定める燃料流量、石灰石供給量（石灰石Ｌ／石炭Ｃ）、及び燃料の水分値と空気量との関係式に基づき最適空気量を算出し、該最適空気量に補正空気量を加算し、前記適正燃焼空気量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、前記監視手段は、前記適正燃焼空気量として最適空気量ではなく、最適空気量に補正空気量を加算したものを用いる。ここで使用する補正空気量は、マイナスの空気量であっても、一定の幅を持った空気量であってもよいので補正空気量を適正に設定することで加圧流動床ボイラに適した監視、燃焼空気量の制御を行うことができる。特に、加圧流動床ボイラの運転を通じて得られる補正空気量を使用すれば、その加圧流動床ボイラの実態に適合した監視、燃焼空気量の制御を行うことができる。

また本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記補正空気量は、運転実績から得られた火炉出口部のボイラ煤塵が最も少なくなる過剰空気量であることを特徴とする。

本発明によれば、前記監視手段が前記適正燃焼空気量の算出の際に加算する補正空気量が、運転実績から得られた火炉出口部のボイラ煤塵が最も少なくなる過剰空気量であるので、加圧流動床ボイラが、ボイラ煤塵量が少ない状態で運転されていることを監視することができると共に、火炉出口部のボイラ煤塵量が少ない状態に燃焼空気量を制御することができる。

また本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記監視手段は、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲外であると判断すると、警報手段に警報信号を発信することを特徴とする。

本発明によれば、前記監視手段は、一時的な異常でなく、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲外であるときに警報を発するので、突変のような場合には、警報は発せられず、火炉出口に設置されている酸素濃度計の検出管閉塞に起因したような燃焼空気量の異常を検知することができる。

また本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記監視手段は、前記警報信号を発信した後、さらに燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲外であると判断すると、警報手段に異常を報知する異常信号を発信すると共に前記空燃比制御手段に異常信号を発信し、前記空燃比制御手段は、前記監視手段から前記異常信号を受信すると、火炉出口酸素濃度を除外し、負荷指令及び燃料流量に基づき燃焼空気量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、前記空燃比制御手段は、前記監視手段から燃焼空気量の異常信号を受信すると、火炉出口酸素濃度を除外し、負荷指令及び燃料流量に基づき燃焼空気量を制御するので、燃焼空気量を適正な空気量に戻すことができる。さらに燃焼空気量が異常状態となると監視手段がそれを報知するので、運転員は必要な措置を講じることができる。

また本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記監視手段は、前記警報信号を発信した後、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲内であると判断すると警報信号を解除する一方で、前記異常信号を発信した後は、異常信号を自動的に解除しないことを特徴とする。

本発明によれば、前記監視手段は、警報信号を発信した後、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲内であると判断すると警報信号を解除する。例えば短時間内だけ、火炉出口に設置されている酸素濃度計の検出管が閉塞ぎみでありその後、酸素濃度計の検出管が正常となったような場合には、警報を解除し通常通りの制御を行うので実態にあった運転を行うことができる。一方で、異常信号を発した後は、自動復帰することはないので安全である。

また本発明の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置において、前記監視手段は、前記加圧流動床ボイラの層高変化操作が行われると、層高変化操作開始から層高変化操作終了後所定の時間が経過するまでの間、燃焼空気量が前記適正燃焼空気量の範囲内か否かの監視を停止することを特徴とする。

本発明によれば、火炉の流動状態が変化し火炉内の圧力損失が変化する層高変化操作開始から火炉の流動状態が安定する層高変化操作終了後所定の時間が経過するまでの間は監視操作を停止するので、層高変化操作に起因する警報を回避することができ、加圧流動床ボイラの実態に適合した燃焼空気量の監視、制御を行うことができる。

本発明によれば、加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御時の運転員の監視、調整負担を軽減することができる。また既設の燃焼空気量制御装置にも容易に適用することができる。

本発明の実施の一形態としての加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置１００を備える加圧流動床複合発電プラント１の概略構成を示す図である。 図１の加圧流動床複合発電プラント通常運転時の空燃比マスタ１１０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御要領及び監視装置１２０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の監視要領を示すフローチャートである。 図１の加圧流動床複合発電プラント通常運転時の空燃比マスタ１１０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御要領及び監視装置１２０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の監視要領を示すフローチャートである。 図１の監視装置１２０が適正燃焼空気量を算出する際に使用する最適空気量カーブである。 図１の加圧流動床ボイラ１０、２０の最適空気量カーブで求められる最適空気量、補正空気量、適正燃焼空気量、正常運転時の燃焼空気量の関係を模式的に示す図である。 図１の監視装置１２０が異常信号を発するときの燃焼空気量のパターンを模式的に示す図である。

図１は、本発明の実施の一形態としての加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置１００を備える加圧流動床複合発電プラント１の概略構成を示す図である。

加圧流動床複合発電（ＰＦＢＣ：Pressurized Fluidized Bed combined Cycle）プラント１は、加圧流動床ボイラ１０、２０を用い石炭を燃焼させた燃焼熱により蒸気を発生させ、蒸気タービン（図示省略）を駆動するとともに、燃焼ガスでガスタービン７１を駆動させ発電する複合発電プラントである。

加圧流動床複合発電プラント１は、２基の加圧流動床ボイラ１０、２０を備え、２基の加圧流動床ボイラ１０、２０は、それぞれ圧力容器１２、２２内に火炉１１、２１を備える。火炉１１、２１は、それぞれ流動媒体１３（以下ＢＭと記す場合もある）である石灰石を保有し、火炉１１、２１の底部から燃焼空気が火炉１１、２１内に送り込まれる。これにより流動媒体が流動化し、火炉１１、２１内に流動層が形成される。ここでは２つの火炉を区別するために図面向かって左をＡ火炉、右をＢ火炉とする。

燃焼空気は、燃焼空気供給管３１、３２を通じてそれぞれの圧力容器１２、２２内に供給された後、圧力容器１２、２２と火炉１１、２１とを結ぶ燃焼空気供給管１６、２６を通じて火炉１１、２１に送り込まれる。燃焼空気供給管１６、２６には、火炉１１、２１に供給する空気量を調整する空気流量調整弁１７、２７、空気量を検知する空気流量計１８、２８が設けられている。火炉１１、２１及び圧力容器１２、２２は、燃焼空気により加圧状態に維持されている。

加圧流動床ボイラ１０、２０は、流動層の高さ（層高）を調整するための流動媒体１３を貯留する流動媒体タンク（ＢＭタンク）１９、２９を有する。ＢＭタンク１９、２９の底部には、流動媒体を火炉１１、１２に供給する供給管１４、２４が、頂部には、火炉１１、２１から流動媒体を抜出すための抜出し管１５、２５が接続する。さらにＢＭタンク１９、２９の上部には流動媒体を火炉１１、１２に供給する際に加圧する加圧空気供給管３３、３４が接続する。

火炉１１、２１の底部には、各火炉１１、２１内に析出した塵芥を含む流動媒体１３を排出するための炉底抜出し管（図示省略）が接続し、塵芥を含む流動媒体１３は、炉底抜出し管、及び炉底抜出し管に接続する灰処理ライン（図示省略）を通して灰処理装置（図示省略）へ気流搬送される。

燃料は、所定の粒径に調整された石炭、石灰石及び水からなるＣＷＰとして供給される。ＣＷＰは、所定の粒径に粗粉砕された石炭、微粉炭スラリー、石灰石及び粘度調整用の水が混練機（図示省略）で混練され製造される。製造されたＣＷＰは、ＣＷＰポンプ（図示省略）を介して火炉１１、２１に圧送される。石炭は、火炉１１、２１内で流動化しながら燃焼し、燃焼に伴い発生する硫黄酸化物は、石灰石と反応し石膏となる。

水・蒸気管４１は、２基の加圧流動床ボイラ１０、２０に跨って配設され、給水は、Ｂ火炉２１、Ａ火炉１１で加熱され高圧蒸気となり蒸気タービン（図示省略）に送られる。蒸気タービンには同軸上に発電機（図示省略）が連結されており、蒸気タービンが駆動されることで発電が行われる。蒸気タービンを駆動した蒸気は、復水器（図示省略）で復水とされた後、給水加熱器（図示省略）、給水ポンプ（図示省略）等を経由し、昇圧、加熱され給水として火炉２１へ送られる。

火炉１１、２１で石炭が燃焼し発生する高温高圧の燃焼ガスは、火炉１１、２１の上部に連通接続される燃焼ガス配管５０、５１及び燃焼ガス配管５６を通じてガスタービン７１に送られる。燃焼ガス配管５０、５１の途中には、燃焼ガス中に含まれる煤塵を除去するための１次サイクロン５２、５３及び２次サイクロン５４、５５が設けられており、燃焼ガス配管５０、５１は、２次サイクロン５４、５５の下流側で合流し、１つの燃焼ガス配管５６となる。ガスタービン７１には、１次サイクロン５２、５３及び２次サイクロン５４、５５で煤塵が除去された燃焼ガスが燃焼ガス配管５６を通じて供給される。

燃焼ガス配管５０、５１には、燃焼ガス中の酸素濃度及び硫黄酸化物（ＳＯ_２）濃度を測定する火炉出口酸素濃度計６０、６１、火炉出口ＳＯ_２計６２、６３が、燃焼ガス配管５６にはダスト濃度計６６が設けられている。火炉出口酸素濃度計６０、６１及び火炉出口ＳＯ_２計６２、６３は、１次サイクロン５２、５３の上流側で火炉１１、２１に近い位置に、検出管６４、６５を介して取付けられている。火炉出口酸素濃度計６０、６１、火炉出口ＳＯ_２計６２、６３及びダスト濃度計６６は、運転制御装置９０と接続し、運転制御装置９０にデータを送信する。

ガスタービン７１は、同軸上に燃焼空気を製造するコンプレッサ７２及び発電機７４を連結し、燃焼ガスの供給を受け、コンプレッサ７２及び発電機７４を駆動する。コンプレッサ７２は、空気供給管３０と接続し、圧縮空気を空気供給管３０に接続する燃焼空気供給管３１、３２、加圧空気供給管３３、３４に供給する。コンプレッサ７２は流量を調整するための入口案内翼ＩＧＶ７３を備え、これを調整することで燃焼空気量が増減する。

ガスタービン７１から排気される排ガス（燃焼ガス）は、高温排熱回収ボイラ７５に送られ、ここで熱回収された後に脱硝装置７６で排ガスに含まれる窒素酸化物が除去される。脱硝装置７６の下流にはさらに低温排熱回収ボイラ７７が配置されここで熱回収され、バグフィルター集塵装置７８で除塵された後、煙突７９より大気中へ放散される。

脱硝装置７６の上流側には、脱硝装置入口の排ガス中の酸素濃度を測定する脱硝装置入口酸素濃度計８１、及び窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）濃度を測定する脱硝装置入口ＮＯ_ｘ計８２が、同様に脱硝装置７６の下流側には、脱硝装置出口の排ガス中の酸素濃度を測定する脱硝装置出口酸素濃度計８３、及び窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）濃度を測定する脱硝装置出口ＮＯ_ｘ計８４が設けられている。さらに煙突７９の入口部には、排ガス中の酸素濃度を測定する煙突入口酸素濃度計８５、ＳＯ_ｘ濃度を測定する煙突入口ＳＯ_Ｘ計８６、ＮＯ_ｘ濃度を測定する煙突入口ＮＯ_Ｘ計８７が設置され、排ガスが環境規制値を満足することが確認される。脱硝装置入口酸素濃度計８１等は、運転制御装置９０と接続し、運転制御装置９０にデータを送信する。

運転制御装置９０は、加圧流動床複合発電プラント１の運転を制御する装置であり、火炉出口酸素濃度計６０、６１、脱硝装置入口酸素濃度計８１等のデータ、さらにはＡ火炉１１及びＢ火炉２１、１次サイクロン６２、６３及び２次サイクロン６４、６５を含め各所の温度、圧力データが運転制御装置９０に送られる。運転制御装置９０は、これらデータを含め各検出装置、計測器から送られるデータに基づき予め定める運転手順に従い加圧流動床複合発電プラント１の運転を制御する。

加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御は、燃焼空気量制御装置１００が行う。燃焼空気量制御装置１００は、運転制御装置９０内に一体的に組み込まれている。燃焼空気量制御装置１００は、加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量を所定の空気量に制御する空燃比マスタ１１０と、加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量が適正か否かを監視する監視装置１２０を有する。運転制御装置９０と燃焼空気量制御装置１００とは互いにデータを送受信可能に構成され、燃焼空気量制御装置１００は、燃焼空気量の制御及び監視に必要なデータ、例えば火炉出口酸素濃度等を運転制御装置９０から得る。

燃焼空気量制御装置１００は、コンピュータを用い、制御、監視要領を予めプログラミング化し、インストールしておくことで実現することができる。空燃比マスタ１１０が行う燃焼空気量の制御、監視装置１２０が行う監視手順は、後述の図２及び図３に示す空燃比マスタ１１０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御手順及び監視装置１２０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の監視手順を使用することができる。

通常運転時（負荷固定通常運転時）の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御要領を説明する。図２及び図３は、通常運転時の空燃比マスタ１１０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の制御要領及び監視装置１２０の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量の監視要領を示すフローチャートである。

本実施形態の加圧流動床複合発電プラント１では、２基の加圧流動床ボイラ１０、２０を備えるため空燃比マスタ１１０及び監視装置１２０は、２基の加圧流動床ボイラ１０、２０の燃焼空気量を別々に制御及び監視するが、制御要領及び監視要領は同じである。

空燃比マスタ１１０は、運転制御装置９０から負荷指令、燃料流量及び火炉出口酸素濃度の各データを受け、燃料流量に基づき燃焼空気量を算出し、火炉出口酸素濃度が所定の酸素濃度となるように燃焼空気量を制御する（ステップＡ１）。燃焼空気量の制御は、コンプレッサ７２の入口案内翼ＩＧＶ７３及び燃焼空気供給管１６、２６に設けられた空気流量調整弁１７、２７を調整することで行う。

監視装置１２０は、火炉１１、２１に供給されている燃焼空気量が適正であるかを判定するための適正燃焼空気量を算出し、該適正燃焼空気量と空気流量計１８、２８が検出する燃焼空気量とから燃焼空気量が適正か否か判定する。このとき燃焼空気の温度、圧力データを同時に取り込み、空気流量計１８、２８が検出する燃焼空気量を温度、圧力補正することが好ましい。この点は以降も同様である。適正燃焼空気量は、最適空気量カーブで求められる最適空気量に補正空気量を加算し算出する（ステップＢ１）。

最適空気量カーブを図４に示す。最適空気量カーブは、ＣＷＰ燃料流量と空気流量（最適空気量）との関係を、石灰石と石炭との割合Ｌ／Ｃ（石灰石供給量という）をパラメータとして表したものである。最適空気量は、ＣＷＰに含まれる水分量、ＣＷＰ燃料流量及び石灰石供給量（石灰石Ｌ／石炭Ｃ）の関数として表され、基本的にはＣＷＰ燃料流量に正比例する。

補正空気量は、火炉出口酸素、空気温度、空気圧力の変動等を考慮し、最適空気量カーブから得られる最適空気量に一定の幅を持たせるためのものである。補正空気量は、プラス、マイナスいずれの空気量であってもよく、プラス、マイナス両方の空気量を加算してもよい。補正空気量は、加圧流動床ボイラ１０、２０の実態に適合した監視、燃焼空気量の制御を行う観点から、加圧流動床ボイラ１０、２０の運転を通じて得られたものが好ましい。特に運転実績から得られた火炉出口部のボイラ煤塵が最も少なくなる過剰空気量を使用すれば、ガスタービン７１の保護の点からもより好ましい。

監視装置１２０は、算出した適正燃焼空気量と空気流量計１８、２８が検出する燃焼空気量とを比較し燃焼空気量が適正か否か判定するが、これに先立ち、加圧流動床ボイラ１０、２０が層高変化に伴う流動状態不安定期間か否か判定する。具体的には、加圧流動床ボイラ１０、２０の層高変化操作開始から層高変化操作終了後所定の時間Ｔ_１が経過するまでの間（流動状態不安定期間）に該当しているか否か判定する（ステップＢ２、ステップＢ３）。ここで所定の時間Ｔ_１は、流動状態が安定するに必要な時間である。監視装置１２０は、加圧流動床ボイラ１０、２０が流動状態不安定期間であると判断すると、流動状態不安定期間が終了するまで待機する（ステップＢ３）。

加圧流動床ボイラ１０、２０では層温を制御するために層高調整（変化）操作が行われる。層高調整は、火炉１１、２１内の流動媒体１３をＢＭタンク１９、２９に抜出し、あるいはＢＭタンク１９、２９内の流動媒体１３を火炉１１、２１内に投入することで行われる。

層高変化操作が行われると、火炉１１、２１内の流動状態も変化し、流動状態が不安定となる。流動状態が安定するには、層高変化操作後所定の時間Ｔ_１を要する。火炉の流動状態が不安的になると、燃焼空気が流動層を通過するときの圧力損失も変化するため供給される燃焼空気量にばらつきが生じ易い。これにより燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲外となることもあるので、流動状態不安定期間は、燃焼空気量が適正か否かの判定を一時的に回避する。

本実施形態のように加圧流動床ボイラ１０、２０が２基並列に設置され、１基のコンプレッサ７２から燃焼空気をそれぞれの加圧流動床ボイラ１０、２０に供給する場合には、一方の加圧流動床ボイラ１０（２０）の火炉１１（２１）の圧力損失が変化すると、その影響を受けて他方の加圧流動床ボイラ２０（１０）の燃焼空気量が変化する。このため加圧流動床ボイラ１０、２０が２基並列に設置されている場合には、いずれか一方の加圧流動床ボイラ１０（２０）の層高変化操作を行った場合、その加圧流動床ボイラ１０（２０）の流動状態が安定するまで他の流動床ボイラ２０（１０）の燃焼空気量の監視も中断することが好ましい。

監視装置１２０は、燃焼空気量が所定時間Ｔ_２継続して適正燃焼空気量を逸脱していると判断すると警報装置（図示省略）に警報信号を発する（ステップＢ４、ステップＢ５）。燃焼空気量が適正燃焼空気量を逸脱すると直ちに警報を発するようにしないのは、燃焼空気量の突変を回避するためであり、前記時間Ｔ_２は、加圧流動床ボイラ１０、２０の実態に合せ適宜決定すればよい。

図５は、最適空気量カーブで求められる最適空気量、補正空気量、適正燃焼空気量、正常運転時の燃焼空気量の関係を模式的に示す図である。燃焼空気量は、正常運転時においても火炉出口酸素、空気温度、空気圧力の変動に伴い多少変動するが、これに関しては図５に示すように適正燃焼空気量の範囲内に含まれるように予め適正燃焼空気量の範囲を設定しているので、燃焼空気量が一定の時間Ｔ_２継続して適正燃焼空気量を逸脱することは、何らかのトラブルが発生していることを示す。トラブルとしては火炉出口酸素計６０、６１の異常、特に検出管６４、６５の閉塞の可能性が高い。

火炉出口酸素計の検出管６４、６５が閉塞し、火炉出口酸素が実際の酸素濃度よりも低く検出されると、空燃比マスタ１１０は、火炉出口酸素濃度が目標酸素濃度となるよう燃焼空気量を増加させる。この結果、燃焼空気量が適正燃焼空気量を超えてしまう。一方、火炉出口酸素計の検出管６４、６５が閉塞し、火炉出口酸素が実際の酸素濃度よりも高く検出されると、空燃比マスタ１１０は、火炉出口酸素濃度が目標酸素濃度となるよう燃焼空気量を減少させるため燃焼空気量が適正燃焼空気量を下回る。

監視装置１２０は、警報信号を発した後も引き続き、算出した適正燃焼空気量と空気流量計１８、２８が検出する燃焼空気量とを比較し、燃焼空気量が適正か否か判定する（ステップＢ６、ステップＢ７）。このとき空気流量計１８、２８が検出する燃焼空気量が所定時間Ｔ_３継続して適正燃焼空気量であると判断すると（ステップＢ７）、先に発した警報信号を解除する（ステップＢ８）。

火炉出口酸素計の検出管６４、６５が何らかの原因で一時的に閉塞したような場合、あるいは検出管６４、６５が閉塞気味となった場合、時間が経過すると閉塞が解除される場合もある。このような場合には、以降、火炉出口酸素計６０、６１は正常に機能し、燃焼空気量の制御も正常に行われるので、今まで通りの燃焼空気量の制御を継続させる。

一方、監視装置１２０は、警報信号を発した後、燃焼空気量がさらに所定の時間Ｔ_３継続して適正燃焼空気量でないと判断すると（ステップＢ７）、トラブルは一時的なものではないと判断し異常信号を発する（ステップＢ９）。

燃焼空気量が一定の時間Ｔ_３継続して適正燃焼空気量でないパターンには、図６に示すようなパターンが考えられる。図６（Ａ）は、警報信号を発信した後しばらくの時間Ｔ（Ｔ＜Ｔ_３）は、燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲であったが、その後、燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲外となった場合。図６（Ｂ）は、警報信号を発信した後しばらくの時間Ｔ（Ｔ＜Ｔ_３）は、燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲外であったが、その後、燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲内となった場合。図６（Ｃ）は、警報信号を発信した後、短時間内に燃焼空気量が適正燃焼空気量の範囲内、範囲外を繰り返す場合。図６（Ａ）〜（Ｃ）の場合、いずれもトラブルは一時的なものではないと判断し、異常信号を発する。図６（Ｄ）は、警報信号を解除する場合のパターンである。

異常信号は、警報装置（図示省略）に発信されると共に、空燃比マスタ１１０にも発信される。空燃比マスタ１１０は、監視装置１２０から発信される異常信号を受信すると（ステップＡ２）、火炉出口酸素データを除外し、燃料流量に基づき燃焼空気量を制御する（ステップＡ３）。これは燃焼空気量の異常原因の殆どが、火炉出口酸素計の検出管６４、６５の閉塞によるためである。このように燃焼空気量を制御することで、燃焼空気量を適正な空気量に戻すことができる。負荷指令及び燃料流量に基づく燃焼空気量は、最適な空気量とは言い難いが、少なくとも火炉出口部のボイラ煤塵量が異常に多くなるような状態ではなく、適正な空気量での運転継続は問題なく行うことができる。

燃焼空気量が異常状態となると監視手段１２０がそれを報知するので、運転員は、燃焼空気量制御装置１００を手動に切替え、トラブルの原因究明とその対策、例えば火炉出口酸素濃度計の検出管６４、６５をメンテナンスすればよい。トラブルの原因究明とその対策が終了すれば、以降、所定の操作手順に則り自動運転に復旧させる。

加圧流動床複合発電プラント１には、酸素濃度計が火炉出口以外に脱硝装置７６の前後、煙突入口部に設けられている。脱硝装置７６の前後、煙突入口部に設けられた酸素濃度計が検出する酸素濃度には、リークエアーが含まれるため火炉出口部の酸素濃度と必ずしも一致しないが、燃焼空気量が正常時の火炉出口部の酸素濃度と脱硝装置７６の前後の酸素濃度、異常信号発信時の火炉出口部の酸素濃度と脱硝装置７６の前後の酸素濃度とを比較すれば、火炉出口酸素濃度が異常か否か判断することができる。

監視手段１２０が異常信号を発信した後は、警報信号の場合と異なり、異常信号を自動的に解除しない。異常信号は、原因が取り除かれ、かつ手動でのみ解除可能となる。このように異常信号を発信した後は、空燃比マスタ１１０及び監視装置１２０が自動復帰することはないので安全である。

上記の通り、本実施形態に示す加圧流動床ボイラの燃焼空気量は、燃焼空気量制御装置１００が、制御のみならず監視も行うので基本的に燃焼空気量の制御に運転員が介在する必要はなく、運転員の監視、調整負担が軽減される。

なお本発明に係る加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で種々変更して使用することができる。例えば、上記実施形態では、燃焼空気量制御装置１００が運転制御装置９０内に一体的に組み込まれているが、燃焼空気量制御装置１００と運転制御装置９０とを分離させてもよい。また上記実施形態では、加圧流動床ボイラが２基であったが、加圧流動床ボイラは１基でも３基以上であってもよい。

１ 加圧流動床複合発電プラント
１０、２０ 加圧流動床ボイラ
１１、２１ 火炉
１２、２２ 圧力容器
１６、２６ 燃焼空気供給管
１７、２７ 空気流量調整弁
１８、２８ 空気流量計
３０ 空気供給管
３１、３２ 燃焼空気供給管
５０、５１ 燃焼ガス配管
５６ 燃焼ガス配管
６０、６１ 火炉出口酸素濃度計
６４、６５ 検出管
７１ ガスタービン
７２ コンプレッサ
１００ 燃焼空気量制御装置
１１０ 空燃比マスタ
１２０ 監視装置

Claims (7)

1. 負荷指令、燃料流量及び火炉出口酸素濃度に基づき加圧流動床ボイラの燃焼空気量を制御する空燃比制御手段と、
   加圧流動床ボイラの適正燃焼空気量を算出し、燃焼空気量が前記適正燃焼空気量の範囲内か否かを監視する監視手段と、
   を含むことを特徴とする加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
2. 前記監視手段は、予め定める燃料流量、石灰石供給量（石灰石Ｌ／石炭Ｃ）、及び燃料の水分値と空気量との関係式に基づき最適空気量を算出し、該最適空気量に補正空気量を加算し、前記適正燃焼空気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
3. 前記補正空気量は、運転実績から得られた火炉出口部のボイラ煤塵が最も少なくなる過剰空気量であることを特徴とする請求項２に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
4. 前記監視手段は、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲外であると判断すると、警報手段に警報信号を発信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
5. 前記監視手段は、前記警報信号を発信した後、さらに燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲外であると判断すると、警報手段に異常を報知する異常信号を発信すると共に前記空燃比制御手段に異常信号を発信し、
   前記空燃比制御手段は、前記監視手段から前記異常信号を受信すると、火炉出口酸素濃度を除外し、負荷指令及び燃料流量に基づき燃焼空気量を制御することを特徴とする請求項４に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
6. 前記監視手段は、前記警報信号を発信した後、燃焼空気量が、所定の時間継続して前記適正燃焼空気量の範囲内であると判断すると警報信号を解除する一方で、前記異常信号を発信した後は、異常信号を自動的に解除しないことを特徴とする請求項５に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。
7. 前記監視手段は、前記加圧流動床ボイラの層高変化操作が行われると、層高変化操作開始から層高変化操作終了後所定の時間が経過するまでの間、燃焼空気量が前記適正燃焼空気量の範囲内か否かの監視を停止することを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の加圧流動床ボイラの燃焼空気量制御装置。

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