JP2019138517A - 燃焼炉の灰着量制御条件決定装置、燃焼システム、および灰付着量制御条件決定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する灰着量制御条件決定装置であって、
前記燃焼炉内における燃料の燃焼により生じる灰の灰成分を取得する灰成分取得部と、
前記灰成分取得部によって取得された前記灰成分に基づいて、前記灰の付着性を示す灰付着性指標値を算出する灰付着性指標値算出部と、
前記灰付着性指標値に基づいて、前記指令値を決定する指令値決定部と、を備える。
前記灰成分取得部は、
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃料成分の計測値である燃焼前燃料成分を取得する燃焼前燃料成分取得部と、
前記燃焼前燃料成分に基づいて、前記燃焼前燃料を燃焼させた場合に生じる前記灰の灰成分の予測結果である灰成分予測結果を算出する灰成分予測部と、を有する。
上記(2)の構成によれば、例えばレーザ誘起ブレークダウン法(LIBS法)などを用いて計測することにより得られる、バーナに供給される燃料(燃焼前燃料)の成分(燃焼前燃料成分)に基づいて、燃焼前燃料が実際に燃焼された場合に生じる灰の灰成分を予測する。これによって、灰成分の予測結果に基づいて、灰付着性指標値を算出することができ、灰付着量制御パラメータの指令値を決定することができる。
前記灰成分予測部は、前記燃焼前燃料の前記燃焼前燃料成分と、前記燃焼前燃料成分を有する前記燃焼前燃料の燃焼により生じた前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分と、前記燃焼前燃料を燃焼した際の燃焼条件とを対応付けた複数のデータで構成される教師データを機械学習することにより作成された灰成分予測モデルを用いて、前記燃焼前燃料成分から前記灰成分予測結果を算出する。
上記(3)の構成によれば、機械学習を通して作成した予測モデルを用いて、燃焼前燃料成分から灰成分を予測する。これによって、燃焼前燃料から生じることになる灰の灰成分を迅速かつ精度よく予測することができる。
前記灰付着量制御手段は、前記煙道に設置される熱交換器に付着する灰を噴射により除去するための除灰装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記除灰装置の噴射頻度または噴射圧力の少なくとも一方を含む。
上記(4)の構成によれば、灰付着性指標値に基づいて除灰装置の噴射頻度や噴射圧力(灰付着量制御パラメータ)を決定することにより、除灰装置の適切な運転を行うことができる。
前記灰付着量制御手段は、前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナから前記炉内に供給される前記空気の空気量を制御する空気量制御手段を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記空気量制御手段から前記バーナに供給される空気量を制御するための空気比パラメータを含む。
上記(5)の構成によれば、灰付着性指標値に基づいて、空気比パラメータ(灰付着量制御パラメータP)を決定する。これによって、燃焼前燃料成分における灰成分や実灰成分におけるNa、K等の灰形成元素の量が多く、灰付着(スラッギング)が厳しいと判定される場合などには、空気比を上げることにより灰の融点を上げることによって、灰付着を抑制することができる。
前記灰付着量制御手段は、灰付着抑制用の添加剤を供給する添加剤供給装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記添加剤供給装置から前記燃焼炉内に供給される添加剤量を含む。
上記(6)の構成によれば、灰付着性指標値に基づいて、添加剤量(灰付着量制御パラメータP)を決定する。これによって、燃焼前燃料成分における灰成分や実灰成分における灰形成元素の量に適した添加剤量を適切に決定することができる。
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃焼により生じた前記煙道の前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分であって、前記煙道における第1位置における第1実灰成分、および前記第1位置よりも下流側に位置する第2位置における第2実灰成分との各々における少なくとも一部の灰形成元素の濃度に基づいて、前記灰形成元素の揮発量を算出する揮発量算出部と、
前記灰形成元素の揮発量に基づいて、前記指令値を調整する揮発量調整部と、をさらに備える。
前記煙道に設置される熱交換器によって生成される蒸気の蒸気温度、または、前記煙道を流れる排ガスの排ガス温度の少なくとも一方を含む運転状態の監視結果を取得する運転状態取得部と、
前記運転状態の監視結果に基づいて、前記指令値を調整する運転状態調整部と、をさらに備える。
前記灰の硬さを取得する灰硬度取得部と、
前記灰の硬さに基づいて、前記指令値を調整する灰硬度調整部と、をさらに備える。
燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する請求項1〜9のいずれか1項に記載の灰着量制御条件決定装置と、
前記灰成分をリアルタイムに計測可能な計測装置と、
前記灰着量制御条件決定装置によって決定された前記灰付着量制御パラメータの指令値に基づいて制御される運転される灰付着量制御手段と、を備える。
上記(10)の構成によれば、上記(1)〜(9)と同様の効果を奏する。LIBS法を用いて得られる灰成分は、燃焼炉の運転中にリアルタイムに計測することが可能であり、燃焼炉の運用開始後において燃焼炉の運転中に燃料性状が計画から変化するような場合が生じても、実際に使用される燃料性状に基づいて、灰付着量制御パラメータの指令値を決定することができる。よって、灰付着による熱交換器の伝熱面などの汚れを誘発する低品位な石炭や、バイオマス使用時においても、燃料性状に応じて、除灰装置の適正な運転を行うことができる。
燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する灰着量制御条件決定方法であって、
前記燃焼炉内における燃料の燃焼により生じる灰の灰成分を取得する灰成分取得ステップと、
前記灰成分取得ステップによって取得された前記灰成分に基づいて、前記灰の付着性を示す灰付着性指標値を算出する灰付着性指標値算出ステップと、
前記灰付着性指標値に基づいて、前記指令値を決定する指令値決定ステップと、を備える。
前記灰成分取得ステップは、
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃料成分の計測値である燃焼前燃料成分を取得する燃焼前燃料成分取得ステップと、
前記燃焼前燃料成分に基づいて、前記燃焼前燃料を燃焼させた場合に生じる前記灰の灰成分の予測結果である灰成分予測結果を算出する灰成分予測ステップと、を含む。
上記(12)の構成によれば、上記(2)と同様の効果を奏する。
前記灰成分予測ステップは、前記燃焼前燃料の前記燃焼前燃料成分と、前記燃焼前燃料成分を有する前記燃焼前燃料の燃焼により生じた前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分と、前記燃焼前燃料を燃焼した際の燃焼条件とを対応付けた複数のデータで構成される教師データを機械学習することにより作成された灰成分予測モデルを用いて、前記燃焼前燃料成分から前記灰成分予測結果を算出する。
上記(13)の構成によれば、上記(3)と同様の効果を奏する。
前記灰付着量制御手段は、前記煙道に設置される熱交換器に付着する灰を噴射により除去するための除灰装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記除灰装置の噴射頻度または噴射圧力の少なくとも一方を含む。
上記(14)の構成によれば、上記(4)と同様の効果を奏する。
前記灰付着量制御手段は、前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナから前記炉内に供給される前記空気の空気量を制御する空気量制御手段を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記空気量制御手段から前記バーナに供給される空気量を制御するための空気比パラメータを含む。
上記(15)の構成によれば、上記(5)と同様の効果を奏する。
前記灰付着量制御手段は、灰付着抑制用の添加剤を供給する添加剤供給装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記添加剤供給装置から前記燃焼炉内に供給される添加剤量を含む。
上記(16)の構成によれば、上記(6)と同様の効果を奏する。
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃焼により生じた前記煙道の前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分であって、前記煙道における第1位置における第1実灰成分、および前記第1位置よりも下流側に位置する第2位置における第2実灰成分との各々における少なくとも一部の灰形成元素の濃度に基づいて、前記灰形成元素の揮発量を算出する揮発量算出ステップと、
前記灰形成元素の揮発量に基づいて、前記指令値を調整する揮発量調整ステップと、をさらに備える。
上記(17)の構成によれば、上記(7)と同様の効果を奏する。
前記煙道に設置される熱交換器によって生成される蒸気の蒸気温度、または、前記煙道を流れる排ガスの排ガス温度の少なくとも一方を含む運転状態の監視結果を取得する運転状態取得ステップと、
前記運転状態の監視結果に基づいて、前記指令値を調整する運転状態調整ステップと、をさらに備える。
上記(18)の構成によれば、上記(8)と同様の効果を奏する。
前記灰の硬さを取得する灰硬度取得ステップと、
前記灰の硬さに基づいて、前記指令値を調整する灰硬度調整ステップと、をさらに備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1に示すように、燃焼炉8の灰着量制御条件決定装置1は、灰成分取得部2と、灰付着性指標値算出部3と、指令値決定部4と、を備える。灰着量制御条件決定装置1はコンピュータで構成されており、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリ、外部記憶装置などの記憶装置m、通信インタフェースなどを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム(灰付着量制御条件決定プログラム)の命令に従ってCPUが動作(データの演算など)することで、上記の各機能部を実現する。灰着量制御条件決定装置1が備える上記の各機能部について、それぞれ説明する。
幾つかの実施形態では、図1に示すように、灰成分取得部2は、上述した燃焼前燃料成分Fcを取得する燃焼前燃料成分取得部21と、燃焼前燃料成分Fcに基づいて、燃焼前燃料Fを燃焼させた場合に生じる灰の灰成分の予測結果である灰成分予測結果Ceを算出する灰成分予測部22と、を有する。つまり、灰成分取得部2は、灰成分予測結果Ceを灰成分Cとして取得する。図1に示す実施形態では、LIBS装置12によって計測値が得られる度に、計測された燃焼前燃料成分Fcが燃焼前燃料成分取得部21に入力されるようになっている。
幾つかの実施形態では、上述したように、灰付着量制御手段9は、煙道75に設置される熱交換器(伝熱管群82)に付着する灰を噴射により除去するための、スートブロワやウォールデスラッガなどの除灰装置91を含んでも良い。この場合、灰付着量制御パラメータPは、除灰装置91の噴射頻度または噴射圧力の少なくとも一方を含む。
図7のステップ順に、灰着量制御条件決定方法を説明する。
他の幾つかの実施形態では、指令値調整ステップ(S4)は、上述した蒸気温度Tsまたは排ガス温度Teの少なくとも一方を含む運転状態の監視結果を取得する運転状態取得ステップ(図6のS61参照)と、運転状態の監視結果に基づいて、灰付着量制御パラメータPの指令値Pvを調整する運転状態調整ステップ(図6のS62〜S64参照)と、を有していても良い。
その他の幾つかの実施形態では、指令値調整ステップ(S4)は、上述した実灰成分Crを取得する実灰成分取得ステップと、灰成分予測結果Ceまたは実灰成分Crの少なくとも一方に基づいて、添加剤量を調整する添加剤量調整ステップと、を有していても良い。その他の幾つかの実施形態では、付着部に付着する灰の硬さHを取得する灰硬度取得ステップと、灰の硬さHに基づいて、灰付着量制御パラメータPを調整する灰硬度調整ステップと、を有していても良い。
m 記憶装置
12 LIBS装置
2 灰成分取得部
21 前燃料成分取得部
22 灰成分予測部
3 灰付着性指標値算出部
4 指令値決定部
42 空気比指令値決定部
5 調整値決定部
51 揮発量算出部
52 揮発量調整部
53 運転状態取得部
54 運転状態調整部
55 実灰成分取得部
56 添加剤量決定部
57 灰硬度取得部
58 決定部
7 燃焼システム
7c 灰付着量制御装置
71 石炭貯蔵設備
72 石炭ホッパ
73 石炭供給装置
74 ミル装置
75 煙道
75p 排ガス配管部
76 脱硝装置
77 空気予熱器
78 電気集塵器
8 燃焼炉
8f 燃焼室
81 バーナ
82 伝熱管群
82e エコノマイザ
83 風箱
85 AAポート
9 灰付着量制御手段
91 除灰装置
92 風箱ダンパ(空気量制御手段)
93 添加剤供給装置
93a AA量調整バルブ
B 灰付着性指標
Bv 灰付着性指標値
C 灰成分(灰組成)
Ce 灰成分予測結果
Cr 実灰成分
Cra 第1実灰成分
Crb 第2実灰成分
M 灰成分予測モデル
P 灰付着量制御パラメータ
Pv 灰付着量制御パラメータの指令値
A 外気
A1 一次空気
A2 二次空気
G 排ガス
F 燃焼前燃料
Fc 燃焼前燃料成分
L 空気供給管
L1 搬送用空気供給管
L2 燃焼用空気供給管
Lf 微粉燃料管
Claims (19)
- 燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する灰着量制御条件決定装置であって、
前記燃焼炉内における燃料の燃焼により生じる灰の灰成分を取得する灰成分取得部と、
前記灰成分取得部によって取得された前記灰成分に基づいて、前記灰の付着性を示す灰付着性指標値を算出する灰付着性指標値算出部と、
前記灰付着性指標値に基づいて、前記指令値を決定する指令値決定部と、を備えることを特徴とする燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記灰成分取得部は、
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃料成分の計測値である燃焼前燃料成分を取得する燃焼前燃料成分取得部と、
前記燃焼前燃料成分に基づいて、前記燃焼前燃料を燃焼させた場合に生じる前記灰の灰成分の予測結果である灰成分予測結果を算出する灰成分予測部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記灰成分予測部は、前記燃焼前燃料の前記燃焼前燃料成分と、前記燃焼前燃料成分を有する前記燃焼前燃料の燃焼により生じた前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分と、前記燃焼前燃料を燃焼した際の燃焼条件とを対応付けた複数のデータで構成される教師データを機械学習することにより作成された灰成分予測モデルを用いて、前記燃焼前燃料成分から前記灰成分予測結果を算出することを特徴とする請求項2に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。
- 前記灰付着量制御手段は、前記煙道に設置される熱交換器に付着する灰を噴射により除去するための除灰装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記除灰装置の噴射頻度または噴射圧力の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記灰付着量制御手段は、前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナから前記炉内に供給される前記空気の空気量を制御する空気量制御手段を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記空気量制御手段から前記バーナに供給される空気量を制御するための空気比パラメータを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記灰付着量制御手段は、灰付着抑制用の添加剤を供給する添加剤供給装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記添加剤供給装置から前記燃焼炉内に供給される添加剤量を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃焼により生じた前記煙道の前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分であって、前記煙道における第1位置における第1実灰成分、および前記第1位置よりも下流側に位置する第2位置における第2実灰成分との各々における少なくとも一部の灰形成元素の濃度に基づいて、前記灰形成元素の揮発量を算出する揮発量算出部と、
前記灰形成元素の揮発量に基づいて、前記指令値を調整する揮発量調整部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記煙道に設置される熱交換器によって生成される蒸気の蒸気温度、または、前記煙道を流れる排ガスの排ガス温度の少なくとも一方を含む運転状態の監視結果を取得する運転状態取得部と、
前記運転状態の監視結果に基づいて、前記指令値を調整する運転状態調整部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 前記灰の硬さを取得する灰硬度取得部と、
前記灰の硬さに基づいて、前記指令値を調整する灰硬度調整部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定装置。 - 燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する請求項1〜9のいずれか1項に記載の灰着量制御条件決定装置と、
前記灰成分をリアルタイムに計測可能な計測装置と、
前記灰着量制御条件決定装置によって決定された前記灰付着量制御パラメータの指令値に基づいて制御される運転される灰付着量制御手段と、を備えることを特徴とする燃焼システム。 - 燃焼炉内または前記燃焼炉内に連通する煙道において付着する灰の付着量を制御するための灰付着量制御手段の灰付着量制御パラメータの指令値を決定する灰着量制御条件決定方法であって、
前記燃焼炉内における燃料の燃焼により生じる灰の灰成分を取得する灰成分取得ステップと、
前記灰成分取得ステップによって取得された前記灰成分に基づいて、前記灰の付着性を示す灰付着性指標値を算出する灰付着性指標値算出ステップと、
前記灰付着性指標値に基づいて、前記指令値を決定する指令値決定ステップと、を備えることを特徴とする燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記灰成分取得ステップは、
前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃料成分の計測値である燃焼前燃料成分を取得する燃焼前燃料成分取得ステップと、
前記燃焼前燃料成分に基づいて、前記燃焼前燃料を燃焼させた場合に生じる前記灰の灰成分の予測結果である灰成分予測結果を算出する灰成分予測ステップと、を含むことを特徴とする請求項11に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記灰成分予測ステップは、前記燃焼前燃料の前記燃焼前燃料成分と、前記燃焼前燃料成分を有する前記燃焼前燃料の燃焼により生じた前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分と、前記燃焼前燃料を燃焼した際の燃焼条件とを対応付けた複数のデータで構成される教師データを機械学習することにより作成された灰成分予測モデルを用いて、前記燃焼前燃料成分から前記灰成分予測結果を算出することを特徴とする請求項12に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。
- 前記灰付着量制御手段は、前記煙道に設置される熱交換器に付着する灰を噴射により除去するための除灰装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記除灰装置の噴射頻度または噴射圧力の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記灰付着量制御手段は、前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナから前記炉内に供給される前記空気の空気量を制御する空気量制御手段を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記空気量制御手段から前記バーナに供給される空気量を制御するための空気比パラメータを含むことを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記灰付着量制御手段は、灰付着抑制用の添加剤を供給する添加剤供給装置を含み、
前記灰付着量制御パラメータは、前記添加剤供給装置から前記燃焼炉内に供給される添加剤量を含むことを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記燃焼炉内に前記燃料及び空気を供給するバーナに供給される前記燃料である燃焼前燃料の燃焼により生じた前記煙道の前記灰である実灰を計測することにより得られる前記灰成分である実灰成分であって、前記煙道における第1位置における第1実灰成分、および前記第1位置よりも下流側に位置する第2位置における第2実灰成分との各々における少なくとも一部の灰形成元素の濃度に基づいて、前記灰形成元素の揮発量を算出する揮発量算出ステップと、
前記灰形成元素の揮発量に基づいて、前記指令値を調整する揮発量調整ステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項11〜16のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記煙道に設置される熱交換器によって生成される蒸気の蒸気温度、または、前記煙道を流れる排ガスの排ガス温度の少なくとも一方を含む運転状態の監視結果を取得する運転状態取得ステップと、
前記運転状態の監視結果に基づいて、前記指令値を調整する運転状態調整ステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項11〜17のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。 - 前記灰の硬さを取得する灰硬度取得ステップと、
前記灰の硬さに基づいて、前記指令値を調整する灰硬度調整ステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項11〜18のいずれか1項に記載の燃焼炉の灰着量制御条件決定方法。
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