JP2021021554A - Boiler control device, boiler system, power generation plant, and boiler control method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ボイラの制御装置、ボイラシステム、発電プラント、及びボイラの制御方法に関する。 The present disclosure relates to a boiler control device, a boiler system, a power plant, and a boiler control method.
太陽光の集光熱(太陽熱)によって熱媒を加熱し、それをボイラの給水の加熱に利用する発電プラントが知られている。このような発電プラントは、ボイラの燃料消費量及び二酸化炭素排出量を低減できる点で有利である。しかしながら、このような構成では、太陽の日射量の変化によって、太陽熱からの熱媒の受熱量が変動し、ボイラの給水の温度が変動する。発電プラントでは、構成機器の寿命やボイラから生成される蒸気の安定性を確保するために、このような給水の温度変動による影響を抑えることが必要である。 A power plant is known in which a heat medium is heated by the condensed heat of sunlight (solar heat) and used for heating the feed water of a boiler. Such a power plant is advantageous in that it can reduce the fuel consumption and carbon dioxide emissions of the boiler. However, in such a configuration, the amount of heat received by the heat medium from the solar heat fluctuates due to the change in the amount of solar radiation, and the temperature of the feed water of the boiler fluctuates. In a power plant, it is necessary to suppress the influence of such temperature fluctuations of water supply in order to ensure the life of constituent equipment and the stability of steam generated from the boiler.
特許文献1は、燃焼ガスによって給水を加熱するボイラと、太陽熱によって太陽光集熱(CSP:Concentrating Solar Power)で給水を加熱してCSP蒸気を発生させるCSP装置とを備える太陽熱と燃料ボイラの複合発電システムを開示している。このシステムでは、CSP蒸気を分岐してボイラの入口と出口に供給し、それらの供給の割合を調整することによって蒸気タービンの入口蒸気温度(主蒸気温度)を調整している。また、このシステムは、日射強度とCSP蒸気温度に応じて、CSP蒸気の供給の割合を制御して、主蒸気温度を調整している。
特許文献1が開示する構成では、太陽熱からの受熱量が変動した場合、CSP蒸気の供給の割合が制御される。しかし、このような制御は、太陽熱からの受熱量の変動に対してボイラへ供給する燃料流量を制御するものではない。
In the configuration disclosed in
なお、特許文献1には、主蒸気温度に基づいて燃料流量を制御することが示唆されている。このような構成によれば、太陽熱からの受熱量の変動によって主蒸気温度が変動した場合、ボイラへ供給する燃料流量を増減させるように燃料流量が制御される。
In addition,
しかし、太陽熱からの受熱量が変動してから主蒸気温度が変動するまでの時間差があるため、太陽熱からの受熱量の変動に対するボイラへ供給する燃料流量の制御の追従性の理由により、適切に燃料流量を制御できない虞がある。例えば、太陽熱からの受熱量が急激に増加しても、燃料流量を減少させる制御が遅延して、ボイラの燃料消費を十分に低減させることができない虞がある。 However, since there is a time lag between the fluctuation of the amount of heat received from the solar heat and the fluctuation of the main steam temperature, it is appropriate because of the followability of the control of the fuel flow rate supplied to the boiler to the fluctuation of the amount of heat received from the solar heat. There is a risk that the fuel flow rate cannot be controlled. For example, even if the amount of heat received from solar heat increases sharply, the control for reducing the fuel flow rate may be delayed, and the fuel consumption of the boiler may not be sufficiently reduced.
また、主蒸気温度を許容範囲内に調整できる構成であっても、その上流側の熱交換器において蒸気温度又は給水温度が熱交換器の仕様としての許容範囲内に調整されていない虞がある。すなわち、主蒸気温度に基づいてボイラへ供給する燃料流量を制御する構成では、ボイラ内の温度分布を十分に適正化できない虞がある。 Further, even if the main steam temperature can be adjusted within the permissible range, there is a possibility that the steam temperature or the water supply temperature of the heat exchanger on the upstream side is not adjusted within the permissible range as the specifications of the heat exchanger. .. That is, in the configuration in which the fuel flow rate supplied to the boiler is controlled based on the main steam temperature, the temperature distribution in the boiler may not be sufficiently optimized.
上述の事情に鑑みて、本開示は、太陽熱など外部からの変動する熱の受熱量に対してより適切にボイラへ供給する燃料流量を制御することが可能なボイラの制御装置等を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present disclosure provides a boiler control device and the like capable of more appropriately controlling the fuel flow rate supplied to the boiler with respect to the amount of heat received from the outside such as solar heat. With the goal.
本開示に係るボイラの制御装置は、
給水から蒸気を生成するボイラの制御装置であって、
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得する第1制御信号取得部と、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するように構成された受熱量情報取得部と、
前記受熱量情報取得部が取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するように構成された補正信号取得部と、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するように構成された燃料流量指令部と、
を備える。
The boiler control device according to the present disclosure is
A boiler control device that produces steam from water supply.
The first control signal for acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition for the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler. Acquisition department and
A heat receiving amount information acquisition unit configured to acquire heat receiving amount information regarding the heat receiving amount of fluctuating heat from the outside,
A correction signal acquisition unit configured to convert the heat reception amount indicated by the heat reception amount information acquired by the heat reception amount information acquisition unit into the fuel flow rate and acquire a correction signal for correcting the first control signal. ,
A fuel flow rate command unit configured to output a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
To be equipped.
本開示に係るボイラシステムは、
上記ボイラの制御装置と、
外部からの変動する熱を受熱する熱媒が循環するための熱媒循環流路と、
節炭器と一次過熱器と二次過熱器とを含み、前記熱媒と熱交換した給水を、燃料の燃焼によって加熱することによって蒸気を生成するボイラと、
を備える。
The boiler system related to this disclosure is
With the above boiler control device
A heat medium circulation flow path for circulating a heat medium that receives fluctuating heat from the outside,
A boiler that includes an economizer, a primary superheater, and a secondary superheater, and generates steam by heating the water supply that has exchanged heat with the heat medium by burning fuel.
To be equipped.
本開示に係る発電プラントは、
上記のボイラシステムと、
前記ボイラシステムが生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに連結され、前記蒸気タービンの回転に応じて発電を行う発電機と、
を備える。
The power plant according to this disclosure is
With the above boiler system,
A steam turbine that is rotationally driven by the steam generated by the boiler system,
A generator connected to the steam turbine and generating electricity according to the rotation of the steam turbine.
To be equipped.
本開示に係るボイラの制御方法は、
給水から蒸気を生成するボイラの制御方法であって、
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得するステップと、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するステップと、
取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するステップと、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するステップと、
を備える。
The boiler control method according to the present disclosure is described.
It is a control method of a boiler that generates steam from water supply.
The step of acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition, and the step of acquiring the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler.
The step of acquiring heat reception amount information regarding the heat reception amount of fluctuating heat from the outside, and
A step of converting the heat receiving amount indicated by the acquired heat receiving amount information into the fuel flow rate and acquiring a correction signal for correcting the first control signal.
A step of outputting a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
To be equipped.
本開示によれば、太陽熱など外部からの変動する熱の受熱量に対してより適切にボイラへ供給する燃料流量を制御することが可能なボイラの制御装置等を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a boiler control device and the like capable of more appropriately controlling the flow rate of fuel supplied to the boiler with respect to the amount of heat received that fluctuates from the outside such as solar heat.
以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
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。
Hereinafter, some embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the invention, but are merely explanatory examples. ..
For example, expressions that represent relative or absolute arrangements such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric" or "coaxial" are exact. Not only does it represent such an arrangement, but it also represents a state of relative displacement with tolerances or angles and distances to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "same", "equal", and "homogeneous" that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the state of existence.
For example, an expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or chamfering within a range in which the same effect can be obtained. The shape including the part and the like shall also be represented.
On the other hand, the expressions "equipped", "equipped", "equipped", "included", or "have" one component are not exclusive expressions that exclude the existence of other components.
(ボイラシステムの概略構成)
以下、一実施形態に係るボイラシステム1の概略構成について説明する。本実施形態では外部からの変動する熱を受熱する一例として、集光した太陽光による太陽熱を受熱するボイラシステム1について説明する。図1は、一実施形態に係るボイラシステム1の概略構成図である。この図は、ボイラシステム1の燃焼ガスの系統を示し、給水系統、蒸気系統、太陽熱を受熱する熱媒の循環流路等の構成は省略されている。これらの構成については後述する。
(Outline configuration of boiler system)
Hereinafter, a schematic configuration of the
図1に示すように、ボイラシステム1は、蒸気を生成する石炭焚きボイラ(ボイラ)10と、ボイラ10を制御するボイラの制御装置100とを備える。本実施形態のボイラ10は、石炭(炭素含有固体燃料)を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉燃料を燃焼バーナ21,22,23,24,25により燃焼させる石炭焚き(微粉炭焚き)ボイラ10である。本実施形態のボイラ10は、燃焼により発生した熱を回収して給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成する。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものである。
As shown in FIG. 1, the
ボイラ10は、火炉11と燃焼装置12と煙道13を有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉11を構成する火炉壁(伝熱管)は、複数の蒸発管とこれらを接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換することにより火炉壁の温度上昇を抑制している。
The boiler 10 has a
燃焼装置12は、火炉11を構成する火炉壁の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ(例えば燃焼バーナ21,22,23,24,25)を備えている。例えば燃焼バーナ21,22,23,24,25は、火炉11の周方向に沿って均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉11の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。
The
各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭供給管26,27,28,29,30を介して複数の粉砕機(ミル)31,32,33,34,35に連結されている。この粉砕機31,32,33,34,35は、図示しないが、例えばハウジング内に回転テーブルが駆動回転可能に支持され、この回転テーブルの上方に複数のローラが回転テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。石炭が複数のローラと回転テーブルとの間に投入されると、ここで所定の微粉炭の大きさに粉砕され、搬送用ガス(一次空気、酸化性ガス)により図示しない分級機に搬送されて所定サイズ内に分級された微粉燃料を微粉炭供給管26,27,28,29,30から燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。
Each
また、火炉11は、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置に風箱36を備えている。風箱36には空気ダクト37の一端部が連結されている。空気ダクト37の他端部には、押込通風機(FDF:Forced Draft Fan)38が設けられている。
Further, the
煙道13は、火炉11の鉛直方向上部に連結されている。煙道13には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、一次過熱器43、二次過熱器42、三次過熱器41、再熱器44,45、節炭器46,47が設けられており、火炉11での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。
The
煙道13は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排ガスとして排出されるガスダクト48が連結されている。ガスダクト48は、空気ダクト37との間にエアヒータ(空気予熱器)49が設けられ、空気ダクト37を流れる空気と、ガスダクト48を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
The
また、煙道13は、エアヒータ49より上流側の位置に脱硝装置50が設けられている。脱硝装置50は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道13内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を促進させる。これにより、燃焼ガス中の窒素酸化物が除去又は低減される。そして、煙道13に連結されるガスダクト48は、エアヒータ49より下流側の位置に煤塵処理装置(電気集塵機、脱硫装置)51、誘引通風機(IDF:Induced Draft Fan)52などが設けられ、下流端部に煙突53が設けられている。
Further, the
一方、複数の粉砕機31,32,33,34,35が駆動すると、生成された微粉燃料が搬送用ガスと共に微粉炭供給管26,27,28,29,30を通して燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。また、ボイラ10から排出された排ガスとエアヒータ49で熱交換することで、加熱された燃焼用空気(酸化性ガス)が空気ダクト37から風箱36を介して各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。すると、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉燃料と搬送用ガス(一次空気、酸化性ガス)とが混合した微粉燃料混合気を火炉11に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉11に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。火炉11内の下部で火炎が生じ、燃焼ガスがこの火炉11内を上昇し、煙道13に排出される。
On the other hand, when a plurality of
酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。なお、酸化性ガスは、空気よりも酸素割合が多いものであってもよいし、少ないものであってもよく、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。 Air is used as the oxidizing gas in this embodiment. The oxidizing gas may have a higher oxygen ratio than air or a lower oxygen ratio than air, and can be used by optimizing the flow rate of the fuel.
その後、燃焼ガスは、煙道13に配置される一次過熱器43、二次過熱器42、三次過熱器41、再熱器44,45、節炭器46,47で熱交換した後、脱硝装置50により窒素酸化物が還元除去されて排ガスとなり、煤塵処理装置51で粒子状物質が除去されると共に硫黄分が除去された後、煙突53から大気中に排出される。
After that, the combustion gas is heat-exchanged by the
なお、煙道13には、節炭器46,47をバイパスするバイパス流路55が設けられている。バイパス流路55にはダンパ56が設けられている。ダンパ56は、ボイラの制御装置100によってその開度が制御される。ダンパ56の開度に応じて、煙道13内の燃焼ガスの一部が節炭器46,47をバイパスし、脱硝装置50に向かう。ボイラの制御装置100は、ダンパ56の開度制御だけではなく、ボイラ10に供給する燃料流量も制御する。例えば、ボイラの制御装置100は、図示しない石炭供給装置により複数の粉砕機31,32,33,34,35に供給される石炭の流量を制御して、燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される微粉燃料の流量を制御する。なお、燃料流量の制御方法は、このような例に限られない。
The
次に、一実施形態として、熱交換器として煙道13に設けられた、一次過熱器43、二次過熱器42、三次過熱器41、再熱器44,45、節炭器46,47について詳細に説明する。図2は、一実施形態に係る発電プラント2の概略構成図である。図2は、ボイラ10の熱交換器と、蒸気系統及び給水系統とを概略的に示している。なお、図2は、煙道13内の各熱交換器(一次過熱器43、二次過熱器42、三次過熱器41、再熱器44,45、節炭器46,47)の位置を正確に示しているものではない。
Next, as one embodiment, the
図2に示すように、発電プラント2は、ボイラシステム1と、ボイラシステム1が生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン61と、蒸気タービン61に連結され、蒸気タービン61の回転に応じて発電を行う発電機3と、を備える。また、ボイラシステム1は、熱媒が循環するための熱媒循環流路L6をさらに備える。熱媒循環流路L6には、集光した太陽光による太陽熱を受熱するための受熱部81と、熱媒を循環させるための循環ポンプ82とが設けられる。受熱部81で加熱された熱媒は、煙道13に流入する給水を熱交換器83へとバイパスさせることで、熱交換器83を介して給水へ伝熱して熱交換を行う。ボイラ10は、熱媒と熱交換した給水を、燃料の燃焼によって加熱することによって蒸気を生成する。すなわち、ボイラ10は、太陽熱を利用して蒸気を生成する。
As shown in FIG. 2, the
煙道13は、内部に燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路60が設けられており、この燃焼ガス通路60に、三次過熱器41、二次過熱器42、一次過熱器43、再熱器44,45、節炭器46,47が配置されている。なお、三次過熱器41,二次過熱器42,一次過熱器43は、ヘッダを介して直列に設けられてもよいが、図2では、このヘッダを省略している。
The
ボイラ10で生成した蒸気により運転される蒸気タービン61は、例えば、高圧タービン62と低圧タービン63とから構成されている。なお、蒸気タービン61は、さらに中圧タービンを含み、後述する再熱器44,45からの蒸気が中圧タービンに流入したのちに低圧タービン63に流入することとしてもよい。ここでは中圧タービンの有無を合わせて便宜上、低圧タービン63と記載する。
The
低圧タービン63は、復水器64が連結されており、低圧タービン63を駆動した蒸気がこの復水器64で冷却水(例えば、海水)により冷却されて復水となる。復水器64は、給水ラインL1を介して第1節炭器47の入口ヘッダ65に連結されている。入口ヘッダ65は、燃焼ガス通路60に設けられる。給水ラインL1には、燃焼ガス通路60の外側において給水ポンプ66が設けられており、給水ラインL1の給水は給水ポンプで昇圧された後に、開閉弁85と開閉弁84を用いて給水の全量をバイパスさせて熱交換器83へ通過させることが出来る。熱交換器83で加熱された給水は再び給水ラインL1へ戻り、入口ヘッダ65へと供給される。なお、給水ラインL1の開閉弁85の上流には図示しない給水ヒータが設けられていて、蒸気タービン61からの抽気した蒸気で給水を加熱してもよい。。第2節炭器46は、第1節炭器47の上方に配置され、各節炭器46,47の間には中間ヘッダ67が設けられている。第2節炭器46の上部には出口ヘッダ68が連結され、出口ヘッダ68は、燃焼ガス通路60の外側に配置される。
A
ここで、ボイラ10が亜臨界圧蒸気を生成するドラム型ボイラである場合について説明する。この場合、出口ヘッダ68は、給水ラインL2を介して燃焼ガス通路60の外側に配置される蒸気ドラム69(汽水分離器)に連結されている。蒸気ドラム69は、火炉壁の各伝熱管(図示略)に連結されると共に、一次過熱器43に連結される。一次過熱器43、二次過熱器42、及び三次過熱器41は、蒸気ラインL3を介して高圧タービン62に連結される。そして、高圧タービン62は、蒸気ラインL4を介して第1再熱器45の入口ヘッダ70に連結されている。入口ヘッダ70は、燃焼ガス通路60に設けられ、第1再熱器45は、中間ヘッダ71を介して第2再熱器44に連結される。第2再熱器44の上部には出口ヘッダ72が連結され、中間ヘッダ71及び出口ヘッダ72は、燃焼ガス通路60の外側に配置される。そして、出口ヘッダ72は、蒸気ラインL5を介して低圧タービン63に連結される。出口ヘッダ72から供給される蒸気は、低圧タービン63を回転駆動する。
Here, a case where the boiler 10 is a drum type boiler that generates subcritical pressure steam will be described. In this case, the
そのため、燃焼ガスが煙道13の燃焼ガス通路60を流れるとき、この燃焼ガスは、三次過熱器41、二次過熱器42、一次過熱器43、再熱器44,45、節炭器46,47の順に熱回収される。一方、給水ポンプ66から供給された水は、節炭器47,46によって予熱された後、蒸気ドラム69に供給され、図示しない火炉壁の各伝熱管に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム69に戻される。
Therefore, when the combustion gas flows through the
蒸気ドラム69の飽和蒸気は、一次過熱器43、二次過熱器42、及び三次過熱器41に導入され、燃焼ガスによって過熱される。一次過熱器43、二次過熱器42、及び三次過熱器41で生成された過熱蒸気は、高圧タービン62に供給され、高圧タービン62を回転駆動する。高圧タービン62から排出された蒸気は、再熱器45,44に導入されて再度過熱された後、低圧タービン63に供給され、低圧タービン63を回転駆動する。蒸気タービン61の回転軸には、発電機3が接続されており、発電が行われる。低圧タービン63から排出された蒸気は、復水器64で冷却されることで復水となり、再び、節炭器47、46に送られる。
The saturated steam of the
ここで、ボイラ10が亜臨界圧蒸気または超臨界圧蒸気を生成する貫流型ボイラの場合(図示略)について説明する。なお、上記のドラム型ボイラの場合と共通する構成要素には同一符号を付して説明する。貫流型ボイラでは、節炭器と汽水分離器69との間に炉壁管が設けられており、炉壁管は、火炉11を取り囲むように設けられた複数の伝熱管により構成される。給水ポンプ66から供給された水は節炭器46、47を経由して炉壁管内を通過する際に、火炉11内の火炎から輻射を受けて加熱される。炉壁管を通過することによって加熱された給水は、汽水分離器69へと導かれる。汽水分離器69にて分離された蒸気は一次過熱器43へと供給され、汽水分離器69にて分離されたドレン水は、ドレン水配管を介して復水器64へと導かれる。
Here, the case where the boiler 10 is a once-through boiler that produces subcritical pressure steam or supercritical pressure steam (not shown) will be described. The components common to the case of the drum type boiler described above will be described with the same reference numerals. In the once-through boiler, a furnace wall tube is provided between the economizer and the
燃焼ガスと熱交換することによって各過熱器(一次過熱器43、二次過熱器42、及び三次過熱器41)で過熱された蒸気は、主蒸気管を通り高圧タービン62へと導かれて高圧タービン62を回転駆動する。高圧タービン62から排出された蒸気は、再熱器に導入されて再度過熱された後、低圧タービン63に供給され、低圧タービン63を回転駆動する。蒸気タービン61の回転軸には、発電機3が接続されており、発電が行われる。低圧タービン63から排出された蒸気は、復水器64で冷却されることで復水となり、再び、節炭器46、47に送られる。
The steam superheated by each superheater (
(各種センサの配置)
以下、発電システム2に設けたボイラの制御装置100の制御に必要な計測を行うための各種センサの配置について説明する。図1に示す位置P1には、エアヒータ49の出口ガス温度を計測する温度センサが配置される。温度センサは熱電対などを使用することができる。
(Arrangement of various sensors)
Hereinafter, arrangement of various sensors for performing measurements necessary for controlling the
図2に示す給水ポンプ66の出口より下流側から、熱交換器83に給水をバイパスする開閉弁85を閉に、開閉弁84を開とすることで給水を熱交換器83へとバイパスしたラインの位置P2には、太陽熱を受熱する熱媒と熱交換した後の給水の温度を計測する温度センサが配置される。位置P3には、太陽熱を受熱する熱媒と熱交換する前の給水の温度を計測する温度センサが配置される。また、位置P2、P3のいずれかには、給水の流量を計測する流量センサや給水の圧力を計測する圧力センサが配置されてもよい。ただし、熱交換器83へとバイパスした給水の流量や圧力は、同一の計測値が得られる場所であれば位置P2、P3と別の場所で計測されてもよい。圧力センサは、省略されてもよいし、流量センサは位置P2、P3のいずれか一方の位置のみに配置されてもよい。また、位置P2、P3ではなく、例えば、開閉弁85を流量調整弁として、給水の一部のみを熱交換器83に給水をバイパスするようにする場合は、給水ラインL1からバイパス合流後の位置P12と、開閉弁85を挟んで給水ラインL1からバイパス分岐前の位置P13と、に上記のセンサが設けられてもよい。
A line that bypasses the water supply to the
位置P4には、節炭器46の出口給水温度を計測する温度センサが配置される。位置P5には、汽水分離器69の入口蒸気温度を計測する温度センサが配置される。位置P6には、二次過熱器42の出口蒸気温度を計測する温度センサが配置される。
At the position P4, a temperature sensor for measuring the outlet water supply temperature of the
(ボイラの制御装置の燃料流量制御に関する構成)
以下、一実施形態に係るボイラの制御装置100の概略構成について説明する。図3は、一実施形態に係るボイラの制御装置100の燃料流量制御に関する構成を示すブロック図である。
(Configuration related to fuel flow control of boiler control device)
Hereinafter, a schematic configuration of the
なお、ボイラの制御装置100は、電気回路から構成されてもよいし、コンピュータから構成されてもよい。ボイラの制御装置100は、コンピュータから構成される場合、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の記憶装置と、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサとを備え、プロセッサが、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、その機能を実現する。
The
図3に示すように、ボイラの制御装置100は、制御に必要な各種情報を取得する情報取得部110と、ボイラ10へ供給する燃料の燃料流量の第1制御信号を取得する第1制御信号取得部120と、受熱量情報を取得するように構成された受熱量情報取得部130と、給水が太陽熱を受熱した熱媒から熱交換器83で伝熱を得ることによる燃料流量を補正制御するための補正信号を取得するように構成された補正信号取得部140と、燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するように構成された燃料流量指令部150と、先行燃料流量を制御するための第3制御信号を補正する補正部160とを備える。なお、後述するように、ボイラの制御装置100は、さらに、ダンパ56の開度を制御する開度制御部170(図7参照)を備えていてもよい。
As shown in FIG. 3, the
制御に必要な各種情報は、上述した発電システム2に配置された各種センサの計測値に関する情報、ボイラ負荷(ボイラシステム1の定格蒸気量に対する発生蒸気量の割合)に関する情報、発電機出力(発電機3の発電電力)に関する情報等である。受熱量情報は、太陽熱を受熱する熱媒との熱交換で給水が受熱した受熱量に関する情報である。補正信号は、受熱量情報取得部130が取得した受熱量情報が示す受熱量を燃料流量に換算し、第1制御信号を補正するための信号である。なお、この補正信号は第1制御信号の補正に使用されるため、補正部160による第3制御信号の補正とは区別される。
Various information required for control includes information on the measured values of various sensors arranged in the
情報取得部110は、制御に必要な各種情報として、発電機出力目標指令、一以上の蒸気温度の偏差、ボイラ負荷(現状のボイラ負荷)及び目標ボイラ負荷に関する情報、受熱量の算出に必要なセンサ情報(例えば、給水の圧力、流量、温度差等の計測値)を取得する。
The
一以上の蒸気温度の偏差は、例えば、二次過熱器出口蒸気温度の設定値と実測値の偏差、及び、汽水分離器入口蒸気温度の設定値と実測値の偏差である。これらの偏差の何れか一方が選択されてもよい。 The deviation of one or more steam temperatures is, for example, the deviation between the set value and the measured value of the steam temperature at the outlet of the secondary superheater, and the deviation between the set value and the measured value of the steam temperature at the inlet of the steam separator. One of these deviations may be selected.
まず、情報取得部110が取得した発電機出力目標指令と一以上の蒸気温度の偏差は第1制御信号取得部120に入力される。第1制御信号取得部120は、入力された発電機出力目標指令に基づいて、ボイラ10へ供給するベース燃料流量を示すベース燃料流量信号を生成する。また、第1制御信号取得部120は、入力された一以上の蒸気温度の偏差に基づいて第2制御信号を生成する。第2制御信号は、一以上の蒸気温度の偏差に基づいて、ベース燃料流量信号を補正するための信号である。
First, the deviation between the generator output target command acquired by the
第2制御信号は、一以上の蒸気温度の偏差に応じて、例えば、ベース燃料の10%〜20%程度をベース燃料に対する最大補正量とするように生成される。一以上の蒸気温度の偏差が発生する要因として、例えば、石炭の熱量変化、ボイラ伝熱面への灰の付着による熱伝導効率の変化が挙げられる。なお、通常は、受熱量の変動によっても一以上の蒸気温度の偏差が発生し得る。しかし、本実施形態に係るボイラ10では、ボイラの制御装置100が受熱量情報に基づく制御を行うため、その影響は小さくなると考えられる。第1制御信号取得部120は、生成したベース燃料流量信号と第2制御信号とを比較器121に入力して偏差を取得する。
The second control signal is generated so that, for example, about 10% to 20% of the base fuel is set as the maximum correction amount with respect to the base fuel according to the deviation of one or more steam temperatures. Factors that cause a deviation of one or more steam temperatures include, for example, a change in the calorific value of coal and a change in heat conduction efficiency due to the adhesion of ash to the heat transfer surface of the boiler. Normally, a deviation of one or more steam temperatures may occur due to fluctuations in the amount of heat received. However, in the boiler 10 according to the present embodiment, since the
情報取得部110が取得したボイラ負荷及び目標ボイラ負荷に関する情報は、第1制御信号取得部120に入力される。ボイラ負荷は、例えば蒸気ラインL3の図示しない圧力、温度差等の計測器の値、および給水ラインL1の図示しない流量計の値などから算定することが出来る。
The information regarding the boiler load and the target boiler load acquired by the
第1制御信号取得部120は、ボイラ負荷に関する信号を関数発生器124に入力し、ボイラ負荷に関する信号から取得したボイラ負荷変化率を関数発生器125に入力し、関数発生器124、125の出力を乗算器127に入力して乗算値を取得する。第1制御信号取得部120は、ボイラ負荷変化開始時のボイラ負荷に関する信号から負荷変化開始時の負荷を取得して、その負荷変化開始時の負荷と目標ボイラ負荷に関する信号とを比較器123に入力して、ボイラ負荷変化幅を取得する。第1制御信号取得部120は、ボイラ負荷変化幅を関数発生器126に入力する。関数発生器126の出力信号と乗算器127の出力信号とは、乗算器128に入力される。この乗算器128の出力信号が、ボイラ負荷状況に応じた第3制御信号として取得される。
The first control
なお、第3制御信号は、ボイラ負荷に対する燃料流量をベース燃料流量から一時的に変更して出力することで、燃料流量制御の応答性(速応性)を良くするための信号であり、先行燃料流量制御に用いられる。そのため、この信号によって、定常的な燃料流量制御におけるベース燃料流量の最大値を超えるような燃料流量を示す燃料流量指令が一時的に出力されることがある。 The third control signal is a signal for improving the responsiveness (quick response) of the fuel flow rate control by temporarily changing the fuel flow rate with respect to the boiler load from the base fuel flow rate and outputting it. Used for flow control. Therefore, this signal may temporarily output a fuel flow rate command indicating a fuel flow rate that exceeds the maximum value of the base fuel flow rate in steady fuel flow rate control.
情報取得部110が取得したボイラ負荷及び目標ボイラ負荷に関する情報は、第1制御信号取得部120の補正部160に入力される。補正部160は、ボイラ負荷に関する信号を関数発生器164に入力し、ボイラ負荷に関する信号から取得したボイラ負荷変化率を関数発生器165に入力し、関数発生器164、165の出力を乗算器167に入力して乗算値を取得する。補正部160は、ボイラ負荷変化開始時のボイラ負荷に関する信号と目標ボイラ負荷に関する信号とを比較器163に入力して、偏差を取得し、その偏差を関数発生器166に入力する。関数発生器166の出力信号と乗算器167の出力信号とは、乗算器168に入力される。
The information regarding the boiler load and the target boiler load acquired by the
ここで、補正部160の関数発生器164,165,166は、第3制御信号を取得するための関数発生器124,125,126とは異なる関数である。乗算器168に入力される信号は、燃料流量を燃料流量制御の応答性(速応性)を良くする先行燃料流量制御ための第3制御信号を補正するための信号であり、先行燃料流量補正制御に用いられる。
Here, the
情報取得部110が取得した受熱量の算出に必要なセンサ情報は、受熱量情報取得部130に入力される。受熱量情報取得部130は、それらのセンサ情報に基づいて受熱量を算出する。
The sensor information necessary for calculating the heat reception amount acquired by the
具体的には、受熱量情報取得部130は、太陽熱を受熱する熱媒と熱交換する前後位置(熱交換器83の前後位置)における給水の温度差(図2に示す例では位置P2における給水温度と位置P3における給水温度の温度差)を取得し、その温度差と、流量センサから取得した給水の流量と、給水の圧力から得られる比熱とに基づいて、受熱量を算出する。例えば、受熱量情報取得部130は、位置P2、P3のそれぞれに設けられた温度センサの計測値から給水温度の温度差を取得して、それに給水の比熱を乗じて、その値を比エンタルピーの変化量として算出する。さらに、受熱量情報取得部130は、その値に流量センサから取得した給水の流量を乗じて、その値を受熱量として算出する。
Specifically, the heat receiving amount
なお、給水の流量と圧力は、通常は、熱媒と熱交換する前後位置(熱交換器83の前後位置)でほとんど変化しないため、一定とみなして一つの流量センサで計測されてもよい。しかし、給水ラインL1から熱交換器83にバイパスされる給水の流量が給水ラインL1の一部であるように開閉弁85を流量調整弁とする構成である場合、熱交換器83へのバイパスする流量を流量センサから取得して、バイパスした熱交換器83への前後の位置P3,P2の温度センサと流量センサから比エンタルピーと流量との乗算値を求めて、それらの差分を熱交換器83による給水の受熱量として算出してもよい。開閉弁85を挟んで給水ラインL1からバイパス分岐前に位置P13を、給水ラインL1からバイパス合流後に位置P12を設けて、位置P13、P12の温度差にもとづく比エンタルピーと給水ラインL1の全流量との乗算値を求めて、それらの差分を熱交換器83による給水の受熱量として算出してもよい。
Since the flow rate and pressure of the water supply usually hardly change at the front-rear position (the front-rear position of the heat exchanger 83) where heat is exchanged with the heat medium, it may be regarded as constant and measured by one flow rate sensor. However, when the on-off
本実施形態の変形例として、太陽熱の受熱効率を向上するために、熱媒循環流路L6で熱媒の循環流量の制御が必要な場合がある。このときには、太陽熱受熱情報の取得にあたって、熱媒の流量が受熱部81の前後位置で変化するような構成である場合、前後位置のそれぞれの流量を流量センサから取得して、受熱部81の前後位置のそれぞれについて温度センサと流量センサから比エンタルピーと流量との乗算値を求めて、それらの差分を受熱部81の太陽熱受熱量として算出して、熱媒循環流路L6で熱媒の循環流量を制御してもよい。また、圧力の変化も考慮して、太陽熱受熱量が算出されてもよい。例えば、受熱量情報取得部130は、熱媒と熱交換する前後位置における給水の圧力の計測値をそれぞれ圧力センサから取得して、それらの計測値を加味して前後位置における比エンタルピーのそれぞれを算出し、より正確に比エンタルピー差を算出するように構成されてもよい。また、例えば、熱媒が相変化する場合などでは潜熱分の吸熱量を評価する必要があり、受熱量情報取得部130は、太陽熱を受熱する受熱部81の前後位置における熱媒の圧力の計測値をそれぞれ圧力センサから取得して、それらの計測値を加味して前後位置におけるエンタルピーのそれぞれを算出し、より正確にエンタルピー差を算出して、熱媒循環流路L6で熱媒の循環流量を制御するように構成されてもよい。
As a modification of this embodiment, in order to improve the heat receiving efficiency of solar heat, it may be necessary to control the circulation flow rate of the heat medium in the heat medium circulation flow path L6. At this time, when the solar heat receiving information is acquired, if the flow rate of the heat medium changes at the front and rear positions of the
受熱量情報取得部130が算出した受熱量を示す受熱量情報は、補正部160に入力される。補正部160は、受熱量情報から監視部位(熱交換器83)での受熱増加量を算出し、それを燃料流量に換算する。補正部160は、受熱増加量を燃料流量に換算した結果を示す信号と乗算器168の出力信号とを、乗算器169に入力する。乗算器169の出力信号は、第3制御信号である乗算器128の出力信号と共に、比較器129に入力される。これにより、第3制御信号を補正部160によって補正する先行燃料流量補正制御に用いることが可能となる。
The heat receiving amount information indicating the heat receiving amount calculated by the heat receiving amount
ここで、補正部160の補正条件を説明する。補正部160は、ボイラ負荷変化開始時のボイラ負荷の実測値と、ボイラ負荷の変化率と、ボイラ負荷の変化幅とが所定条件を満たした場合に、所定条件を満たさない場合よりも先行燃料流量として指令する第3制御信号による燃料流量を減少させるように、第3制御信号を補正部160による先行燃料流量補正制御により補正するように構成される。所定条件は、例えば、火炉出口蒸気温度と一次過熱器出口蒸気温度との少なくとも一方において熱交換器の材質や構造などの仕様としての許容上限温度に対する裕度が基準値以下となるボイラ負荷に関する諸値(ボイラ負荷の値、ボイラ負荷の変化率、ボイラ負荷の変化幅など)の条件である。
Here, the correction conditions of the
所定条件を満たすか否かを判別するための構成として、例えば、補正部160の関数発生器164、165、166は、例えばボイラ負荷が増加する場合には、蒸気温度又は給水温度が熱交換器の仕様としての許容上限温度に対する裕度が基準値以下で、かつボイラ負荷変化率とボイラ負荷変化幅が所定値より大きい場合にのみ乗算器169から燃料流量を減少させる信号が出力されるように関数が設定される。すなわち、所定条件を満たさない場合には、補正部160の補正による先行燃料流量として指令する燃料流量への先行燃料流量補正制御による減少量はゼロとなるように関数が設定される。
As a configuration for determining whether or not a predetermined condition is satisfied, for example, the
また、補正部160は、受熱量情報が示す受熱量に基づいて、第3制御信号の先行燃料流量として指令する燃料流量への先行燃料流量補正制御による補正における燃料流量の減少量を決定するように構成される。例えば、補正部160は、受熱量情報が示す受熱量に係数を乗じた値(例えば、シミュレーションや実機試験などにより事前に設定した係数であり、その一例としては監視部位(熱交換器83)の受熱増加量の0.6倍など)を燃料流量に換算し、それを燃料流量の減少量として決定するように構成されてもよい。
Further, the
第1制御信号取得部120は、比較器121の出力信号と比較器129の出力信号とを加算器122に入力し、加算器122の出力信号を第1制御信号として取得する。受熱量情報取得部130が算出した受熱量を示す受熱量情報は、補正部160だけでなく、補正信号取得部140にも入力される。なお、先行燃料流量補正制御信号である乗算器168の出力信号と、第3制御信号である乗算器128の出力信号を比較器129に入力する演算は、第1制御信号取得部120内の演算として実施せずに、補正信号取得部140内の演算として実施して加算器122に入力し、加算器122の出力信号を第1制御信号としてもよい。
The first control
補正信号取得部140は、入力された受熱量情報が示す受熱量を燃料流量に換算し、その換算結果に基づいて第1制御信号を補正するための補正信号とその遅れ要素を取得する。補正信号取得部140は、その補正信号に遅れ要素を付加した信号を出力して、その遅れ要素に対応する時間は現状の燃料流量を補正せずに保持する。
The correction
遅れ要素は、例えば、受熱部81の受熱量の変化に対する節炭器46、47の保有熱量によって節炭器46、47の出口給水温度の変化までの時定数を有する一次遅れ要素であり、受熱部81の受熱量の変化に対する先行燃料流量の補正開始を遅延させて、ボイラ負荷に対する受熱量変化が落ち着くまでの時間を考慮するものである。この場合、節炭器46,47の出口給水温度の変化の時定数は、例えば、0〜600秒に設定される。遅れ要素に対応する時定数は、例えば、シミュレーションや実機試験などにより事前に設定したものであり、例えば遅れ要素が不要となるボイラ負荷変化では、0秒としても良い。なお、遅れ要素は、このような一次遅れ要素に限られず、補正信号に無駄時間(遅延時間)を追加するものであってもよいし、二次遅れ要素であってもよい。
The delay element is, for example, a primary delay element having a time constant until the outlet water supply temperature of the
補正信号取得部140の出力信号(遅れ要素が付加された補正信号)と、加算器122の出力信号(第1制御信号)とは、比較器145に入力される。比較器145の出力信号は、燃料流量指令部150に入力される。すなわち、燃料流量指令部150は、第1制御信号と、遅れ要素が付加された補正信号とに基づいて、燃料流量指令を出力する。
The output signal of the correction signal acquisition unit 140 (correction signal to which a delay element is added) and the output signal of the adder 122 (first control signal) are input to the
(ボイラの制御装置の燃料流量制御の意義)
以下、上述したボイラの制御装置100による燃料流量制御の意義について説明する。ここで、比較例に係るボイラの制御装置について説明する。だたし、詳細な構成の図示は省略する。比較例に係るボイラは、太陽熱を受熱した熱媒からバイパスされた給水へと熱交換する熱交換器と、節炭器と、火炉と、一次過熱器、二次過熱器及び三次過熱器とを備える。比較例に係るボイラの制御装置は、主蒸気温度が基準値高温を超える場合には、給水温度又は蒸気温度が熱交換器の仕様としての許容上限温度に達しないように、熱交換器から節炭器に向かう給水の一部を分岐して一次過熱器出口及び二次過熱器出口に供給する。このような給水のバイパス供給は、スプレイ水として作用し、一次過熱器出口及び二次過熱器出口の蒸気温度を低下させる。
(Significance of fuel flow control of boiler control device)
Hereinafter, the significance of fuel flow rate control by the
図4は、比較例に係るボイラ内の温度分布を説明するための概念図である。この図は、上流側から下流側に向かうに連れて変化する給水温度又は蒸気温度の温度分布を示している。図4に示す例では、上述したように、スプレイ水として作用する給水のバイパス供給によって、一次過熱器出口温度と二次過熱器出口温度は低下している。この図は、給水温度又は蒸気温度の温度分布について、破線で示した受熱量(太陽熱から受熱する熱媒との熱交換によって受熱した受熱量)がある場合と実線で示した太陽熱からの受熱量がない場合とを区別可能なグラフ形式で示している。これらの両方を比較すると、受熱量が変動しても、下流側における二次過熱器出口での蒸気温度の変動が抑制されていることがわかる。これは、主蒸気温度に基づいてスプレイ水の制御を行っているためである。しかし、比較例に係るボイラでは、節炭器出口温度と、火炉出口温度と、一次過熱器出口温度とに着目すると、受熱量の増加によって、これらの温度は増加してしまうことがわかる。そのため、これらの温度が熱交換器としての許容上限温度に達してしまう虞がある。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the temperature distribution in the boiler according to the comparative example. This figure shows the temperature distribution of the water supply temperature or steam temperature that changes from the upstream side to the downstream side. In the example shown in FIG. 4, as described above, the primary superheater outlet temperature and the secondary superheater outlet temperature are lowered by the bypass supply of the supply water acting as spray water. In this figure, regarding the temperature distribution of water supply temperature or steam temperature, there is a case where there is a heat receiving amount (heat receiving amount by heat exchange with a heat medium that receives heat from solar heat) and a heat receiving amount from solar heat shown by a solid line. It is shown in a graph format that can be distinguished from the case without. Comparing both of these, it can be seen that even if the amount of heat received fluctuates, the fluctuation of the steam temperature at the outlet of the secondary superheater on the downstream side is suppressed. This is because the spray water is controlled based on the main steam temperature. However, in the boiler according to the comparative example, focusing on the economizer outlet temperature, the fireplace outlet temperature, and the primary superheater outlet temperature, it can be seen that these temperatures increase as the amount of heat received increases. Therefore, these temperatures may reach the allowable upper limit temperature as a heat exchanger.
これに対し、上記したボイラの制御装置100では、乗算器128で得た先行燃料流量として指令する第3制御信号と、補正部160と乗算器128で得た燃料流量指令へ燃料流量の減少量となる先行燃料流量補正信号を加算器122で演算させて、受熱量情報取得部130で得た受熱量に応じた補正信号を比較器145で演算することで、燃料流量指令が出力され、燃料流量を適切に制御する。そのため、一次過熱器出口温度よりも上流側の温度も制御される。そのため、受熱量の変動に対してボイラ10内の温度分布(例えば、節炭器46、47の入口から一次過熱器43の出口までの温度分布)をより適正化することができ、これらの温度分布が熱交換器の仕様としての許容上限温度に達することを抑制できる。また、受熱量の変化が多い場合には、ボイラ10へ供給する先行燃料流量から燃料流量をより適切に減少させるため、ボイラの燃料消費量を低減させることができる。
On the other hand, in the
図5は、一実施形態に係るボイラの制御装置100の負荷状況に応じた先行燃料流量制御に用いられる第3制御信号に対しての補正部160による補正について説明するための図であり、ボイラ10の蒸気温度(一次過熱器43の出口温度)の時間的な推移を示す概念図である。まず、受熱量の急激な低下に対して発電機出力を維持するようにボイラ負荷を急激に増加させる場合や、発電機3の急な出力要求の変化(目標ボイラ負荷の急な増加)が発生した場合には、ボイラ負荷の増加に対して燃料流量制御の応答性(速応性)を良くするために、ボイラ10へ供給する燃料流量を先行投入する先行燃料流量制御が実施される。
FIG. 5 is a diagram for explaining correction by the
ここで、図5に示すように、第3制御信号の補正がない場合、実線で示すように、ボイラ負荷を急激に増加させた場合、ボイラ10の一次過熱器43の出口の蒸気温度は、熱交換器の仕様としての許容上限温度に近づき、許容上限温度に達する場合があることが判明した。これに対し、ボイラの制御装置100によれば、所定条件(ボイラ負荷の値、ボイラ負荷の変化率、ボイラ負荷の変化幅などの諸条件)を満たす場合には、第3制御信号による先行投入する燃料流量が減少するように補正部160による先行燃料流量補正制御による補正が行われる。これにより、受熱量が急減少した際の急なボイラ負荷増加や、発電機3の急な出力要求の変化(目標ボイラ負荷の急増加)が発生した際などで、ボイラ負荷を急激に増加させた場合においても、破線で示すように、蒸気温度の熱交換器の仕様としての許容上限温度に対する裕度を、実線で示した第3制御信号の補正部160による補正がない場合よりも増加させることができる。
Here, as shown in FIG. 5, when the third control signal is not corrected, and as shown by the solid line, when the boiler load is rapidly increased, the steam temperature at the outlet of the
図6は、一実施形態に係るボイラの制御装置100の第3制御信号の補正について説明するための図であり、ボイラ10の燃料流量の時間的な推移を示す概念図である。この図は、太陽熱の受熱量が急激に低下した際の急なボイラ負荷増加の際や、発電機3の急な出力要求の変化(目標ボイラ負荷の急な増加)が発生した場合の燃料流量の推移を示している。実線は、目標ボイラ負荷に応じたベース燃料流量である。これに対し、ボイラ負荷を増加する際に燃料流量制御の応答性(速応性)を良くするために、第3制御信号によりベース燃料流量よりも大きな燃料流量を先行投入するが、ボイラ負荷状況に応じた燃料流量の加算後の補正がない場合は、一点鎖線で示すようにベース燃料流量よりも大きな燃料流量で投入する時間も長くなり、一時的にオーバーシュートした後にベース燃料流量の整定値に落ち着く。
FIG. 6 is a diagram for explaining the correction of the third control signal of the
しかし、燃料流量のオーバーシュートしている部分の燃料流量が大きいと、上述したように例えば一次過熱器43の出口の蒸気温度は、熱交換器の仕様としての許容上限温度に近づき、許容上限温度に達する場合があるなど、ボイラ10内の温度分布の適正化の観点で好ましくない場合がある。この点、ボイラの制御装置100によれば、所定条件(ボイラ負荷の値、ボイラ負荷の変化率、ボイラ負荷の変化幅などの諸条件)を満たした場合には、第3制御信号は、補正部160による先行燃料補正制御により燃料流量指令の燃料流量が減少するように補正される。その結果、図示破線のように、オーバーシュートしている部分の先行燃料流量が低減される。これにより、ボイラ10へ供給する先行燃料流量から燃料消費量を適切に低減することが可能となる。特に、太陽熱から受熱した熱媒からバイパスされた給水へ熱交換器83で伝熱した給水の受熱量の変化が大きいほど、先行燃料流量から燃料消費量の低減量をより適切に調整して、ボイラ10への燃料供給量の低減量を大きくすることができる。
However, if the fuel flow rate of the overshooting portion of the fuel flow rate is large, for example, the steam temperature at the outlet of the
(ボイラの制御装置のダンパの開度制御に関する構成)
以下、ボイラの制御装置100のダンパ56の開度制御に関する構成について説明する。図7は、一実施形態に係るボイラの制御装置100のダンパ56の開度制御に関する構成を示すブロック図である。
(Configuration related to damper opening control of boiler control device)
Hereinafter, a configuration relating to opening degree control of the
図7に示すように、ボイラの制御装置100は、情報取得部110と、ダンパ56の開度を制御する開度制御部170とを備える。ボイラ負荷を増加させる際に、燃料流量制御の応答性(速応性)を良くするために、前述の第3制御信号から補正部160による先行燃料補正制御により、先行燃料流量として指令する燃料流量指令へ燃料流量が減少するように補正する。この補正により、一次過熱器43の出口の蒸気温度を、熱交換器の仕様としての許容上限温度から低下させる効果がある。しかしながら、この効果が不十分で、一次過熱器43の出口の蒸気温度の低下が不足する場合には、開度制御部170によるダンパ56の開度の制御を実施する。補正部160による先行燃料補正制御を使用せずに開度制御部170によるダンパ56の開度の制御を実施しても良い。
As shown in FIG. 7, the
情報取得部110は、ダンパ56の開度制御に必要な各種情報を取得する。ダンパ56の開度制御に必要な各種情報は、例えば、各々の温度センサから取得した、節炭器46、47の出口給水温度に関する情報、エアヒータ49の出口ガス温度の目標温度に対する偏差、脱硝装置50の入口ガス温度の目標温度に対する偏差を示す情報等を含む。なお、節炭器46、47の出口給水温度という表現は、節炭器47の出口給水温度を意味する。すなわち、1つの節炭器だけを備えるボイラ10では、その節炭器の出口給水温度を用いてダンパ56の開度を制御すればよく、複数の節炭器(例えば、節炭器46、47)を備えるボイラ10では、それらの節炭器のうち、特に高温になりやすい節炭器(例えば、節炭器47)の出口給水温度に基づいてダンパ56の開度を制御すればよい。
The
まず、情報取得部110が取得した節炭器46、47の出口給水温度に関する情報は、開度制御部170の比較器171、172に入力される。比較器171は、第1設定温度と節炭器46、47の出口給水温度とを比較して偏差を出力する。第1設定温度は、例えば、節炭器46、47の出口給水温度の飽和蒸気温度より裕度として5℃〜10℃だけ低い値に設定され、節炭器46、47でのスチーミング化を抑制する。
First, the information regarding the outlet water supply temperature of the
比較器171の出力信号は、PI制御部173に入力される。PI制御部173は、比較器171の出力信号とダンパ56の開度のフィードバック信号とに基づいて比例積分制御(PI制御)を行う。また、節炭器46、47の出口給水温度の飽和蒸気温度に対する裕度として、一例として飽和蒸気温度より10℃だけ低い値が設定され、温度差10℃以上をトラッキング条件としてPI制御部173がトラッキングされており、ダンパ56の開度のPI制御の実施要否を判断する。なお、節炭器46、47において熱交換器としての仕様から給水がスチーミングを発生して気化されないようにすることが好ましい。そのため、裕度は、節炭器46、47の出口給水温度が飽和蒸気温度以上とならないための出口給水温度と飽和蒸気温度との差分であることは言うまでもない。
The output signal of the
スイッチング部175は、裕度が10℃以上であるか否かに応じてスイッチングを行う。スイッチング部175は、裕度が10℃以上である場合には、節炭器出口ダンパ開度を関数発生器176に入力した結果を出力するが、裕度が10℃未満となった場合には、PI制御部173の出力信号を出力して裕度が10℃未満とならないようダンパ56の開度を制御するように構成される。節炭器出口ダンパ(不図示)は、節炭器46、47をバイパスするためのダンパ56とは別物であり、節炭器46、47の下流に設置され、バイパス流路55との流量分配と差圧調整(バイパス流路と本流路の圧損係数が異なるため)に使用される。上記のように、温度の裕度が十分であれば、ダンパ56は、節炭器出口ダンパの開度に対するプログラム開度に設定される。
The
比較器172は、第2設定温度と節炭器46、47の出口給水温度とを比較して偏差を出力する。第2設定温度は、例えば、節炭器46、47の飽和蒸気温度より15℃だけ低い値に設定される。すなわち、第2設定温度は第1設定温度よりも低い温度に設定される。これは、後述するように、裕度減少率(裕度の減少速度)が大きいなどで、飽和蒸気温度に達する虞が大きい場合に裕度を大きくして確実に節炭器46、47のスチーミング化を抑制するためである。
The comparator 172 compares the second set temperature with the outlet water supply temperatures of the
また、節炭器46、47の出口給水温度を用いてダンパ56の開度を制御した場合に、ボイラシステム1の煙道13およびガスダクト48内の燃焼ガス温度が、節炭器46、47より下流側の機器での規定温度に達してしまう虞があり、ダンパ56の開度を出来るだけ必要以上に開けないよう最低開度にすることが好ましい。下流側の機器での規定温度に達してしまう場合があるものとして、脱硝装置50やエアヒータ49などがある。
Further, when the opening degree of the
そのため、エアヒータ49の出口ガス温度と脱硝装置50の入口ガス温度との少なくとも一方が監視される。図7では、一例として、エアヒータ49の出口ガス温度と脱硝装置50の入口ガス温度との両方を監視する場合を示している。ダンパ開度引き上げ時のエアヒータ49の出口ガス温度と脱硝装置50の入口ガス温度とでは、温度変化幅に倍以上の差があるため、各ガス温度偏差を同等にするために脱硝装置50の偏差を2倍に設定する必要がある。そのため、エアヒータ49の出口ガスの温度偏差と脱硝装置50の入口ガスの温度偏差の偏差の2倍とのうち大きい方の値を切替器179が選択し、それをAND回路に入力する。
Therefore, at least one of the outlet gas temperature of the
比較器172の出力信号は、比例制御を行うP制御部174に入力される。P制御部174の出力信号は、スイッチング部177に入力される。スイッチング部177は、切替器179が選択した温度偏差と、裕度減少率(裕度の減少速度)が基準値以上であるか否かと、裕度が基準値(例えば15℃)以下であるか否かと、のAND条件に基づいてスイッチングを行う。例えば、スイッチング部177は、裕度が15℃以下で、裕度の減少速度が基準値以上で、温度偏差が基準値以上である場合には、ダンパ56の開度の補正量としてP制御部174の出力信号を出力する。一方、そうでない場合には、スイッチング部177は、ダンパ開度の補正量を0%で初期設定しておくことでゼロを出力する。
The output signal of the comparator 172 is input to the
加算器178には、スイッチング部175、177の出力信号が入力され、それらの加算結果をダンパ56の最低開度として出力する。すなわち、節炭器46、47の給水出口温度が飽和蒸気温度に達する虞が高い場合には、ダンパ56の最低開度が大きくなるように制御される。そうでない場合には、脱硝装置50やエアヒータ49の温度を調整するための最低開度において、ダンパ56の開度が制御される。
The output signals of the switching
なお、開度制御部170は、節炭器46、47の出口給水温度と飽和蒸気温度との差と、節炭器46、47の出口給水温度と飽和蒸気温度との差の減少速度とに基づいて、ダンパ56の開度を制御すればよい。また、開度制御部170は、エアヒータ49の出口ガス温度又は脱硝装置50の入口ガス温度に基づいてダンパ56の開度を最低開度になるよう制御してもよい。
The opening
例えば、開度制御部170は、節炭器46、47の出口給水温度と飽和蒸気温度との差が基準値以下であること、節炭器46、47の出口給水温度と飽和蒸気温度との差の減少速度が基準値以上であること、エアヒータ49の出口ガス温度又は脱硝装置50の入口ガス温度が基準値以上であることとの何れか一つの条件を満たす場合に、ダンパ56の開度を大きくして節炭器46、47のスチーミング化を抑制するとともに、ダンパ56の開度を必要以上に開けずに最低開度にするように制御してもよい。エアヒータ49の出口温度も加味して脱硝装置50やエアヒータ49の規定温度未満になるようダンパ56の開度を制御する場合、脱硝装置50の反応温度の確保とエアヒータ49の腐食の抑制を図ることができる。
For example, in the opening
(ボイラの制御装置のダンパ開度制御の意義)
以下、ボイラ10のボイラ負荷を減少させる際の、上述したボイラの制御装置100によるダンパ開度制御の意義について説明する。図8は、一実施形態に係るボイラの制御装置100のダンパの開度制御について説明するための図であり、太陽熱からの受熱量が急増加した際の急なボイラ負荷減少や、発電機3の急な出力要求の変化(目標ボイラ負荷の急減少)が発生した際などで、ボイラ負荷を急激に減少させた場合の、ボイラ負荷の減少に伴う節炭器46、47の出口給水温度の時間的な推移を示す概念図である。
(Significance of damper opening control of boiler control device)
Hereinafter, the significance of the damper opening degree control by the
図8に示すように、ボイラ10のボイラ負荷が減少すると、給水圧力が低下することで、破線で示した飽和蒸気温度も低下する。受熱量によって節炭器46,47の出口給水温度が例えば定格運転などのボイラ負荷が高い運転により高温になっている状態からボイラ負荷が減少する場合、節炭器46,47の保有熱によりその給水温度の低下は遅くなり、飽和蒸気温度の低下速度の方が速くなる。そのため、上述したダンパ56の開度制御を行わない場合には、実線で示すように時間の遅れを伴って節炭器46,47の出口給水温度が低下する。このため、節炭器46,47の出口給水温度の飽和蒸気温度に対する裕度が小さくなってしまい、節炭器46、47の出口や内部で蒸気が発生してしまう虞がある。
As shown in FIG. 8, when the boiler load of the boiler 10 decreases, the water supply pressure decreases, so that the saturated steam temperature shown by the broken line also decreases. When the boiler load decreases from the state where the outlet water supply temperature of the
これに対し、点線で示すようにダンパ56の開度制御を行う場合には、ダンパ56の開度を大きくして、節炭器46、47に流入する高温ガスの一部を分岐して節炭器46、47をバイパスするように誘導するため、節炭器46、47の給水温度が速やかに低下する。その結果、節炭器46,47の出口給水温度の飽和蒸気温度に対する裕度が増加する。
On the other hand, when the opening degree of the
一方、ボイラ負荷を減少させる際に、前述の第3制御信号により、燃料流量制御の応答性(速応性)を良くして、先行燃料流量として指令する燃料流量指令へ燃料流量を適切に補正して減少することができるが、ボイラ10への燃料流量の低減により節炭器46,47の出口給水温度を低下させるために時間を要してしまう。これに比べて、ダンパ56の開度制御は、直接的に節炭器46,47の出口給水温度を低下させるために高い応答性や高い温度低減効果を得ることが出来る。従い、ボイラ負荷を減少する際は、節炭器46,47の出口でのスチーミング化抑制にダンパ56の開度制御を優先して実施しても良い。
On the other hand, when reducing the boiler load, the responsiveness (quick response) of the fuel flow rate control is improved by the above-mentioned third control signal, and the fuel flow rate is appropriately corrected to the fuel flow rate command commanded as the preceding fuel flow rate. However, it takes time to lower the outlet water supply temperature of the
(制御処理の流れ)
以下、ボイラの制御装置100が実行する制御処理の具体例を説明する。ここでは、燃料流量制御に関する処理について説明するが、制御処理は、ダンパ56の開度制御の処理を組み合わせた処理に変形されてもよい。図9は、一実施形態に係るボイラの制御装置100が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
(Flow of control processing)
Hereinafter, a specific example of the control process executed by the
図9に示すように、ボイラの制御装置100は、発電機出力目標指令に基づいてベース燃料流量信号を取得する(ステップS1)。ボイラの制御装置100は、一以上の蒸気温度偏差に基づいて第2制御信号を取得する(ステップS2)。ボイラの制御装置100は、ボイラ負荷状況に基づいて先行燃料流量制御を行う第3制御信号を取得する(ステップS3)。ここで、ボイラの制御装置100は、所定条件(ボイラ負荷の値、ボイラ負荷の変化率、ボイラ負荷の変化幅など)を満たすか否かを判別する(ステップS4)。この判別は、例えば、図3に示す関数発生器164,165,166において所定条件を満たさない場合には補正量がゼロで、所定条件を満たす場合には補正量がゼロでないように関数が設定されることによって実現されてもよいし、ソフトウェアによる演算処理によって実現されてもよい。
As shown in FIG. 9, the
ここで、所定条件を満たすと判別した場合(ステップS4;Yes)、ボイラの制御装置100は、第3制御信号を先行燃料流量補正制御により補正する(ステップS5)。一方、所定条件を満たさないと判別した場合(ステップS4;No)、ボイラの制御装置100は、ステップS5の処理をスキップする。
Here, when it is determined that the predetermined condition is satisfied (step S4; Yes), the
次に、ボイラの制御装置100は、ベース燃料流量信号、第2制御信号、及び第3制御信号(先行燃料流量補正制御により補正の判断済)に基づいて第1制御信号を取得する(ステップS6)。ボイラの制御装置100は、給水への伝熱量を示す受熱量情報を取得する(ステップS7)。ボイラの制御装置100は、受熱量情報が示す受熱量を燃料流量に換算し、補正信号を取得する(ステップS8)。ボイラの制御装置100は、第1制御信号と、遅れ要素を付加した補正信号とに基づいて燃料流量指令を出力する(ステップS9)。
Next, the
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes a modification of the above-described embodiment and a combination of these embodiments as appropriate.
(変形例)
例えば、ボイラの制御装置100が実行する制御処理の各々の処理の順序は、図9に示す例に限られず、適宜変更可能である。また、一部の処理が省略されてもよい。
(Modification example)
For example, the order of each of the control processes executed by the
上述した幾つかの実施形態に係るボイラの制御装置100は、上記処理の全て或いは一部をソフトウェアによって実現する構成としてもよい。この場合、ボイラの制御装置100は、CPU又はGPU等のプロセッサ、RAM、ROM等の記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備える。
The
そして、プロセッサが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工及び演算処理を実行することにより、上述したボイラの制御装置100と同様の処理を実現させる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。また、このようなプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
Then, the processor reads the program recorded in the storage medium and executes information processing and arithmetic processing to realize the same processing as the
上述した実施形態では、外部からの変動する熱の受熱する一例として、集光した太陽光による太陽熱としたが、これに限定するものではない。外部からの変動する熱としては、工場排熱や、燃料組成や燃料量の変動する副生ガスの燃焼熱や排気熱、燃料組成や燃料量の変動するバイオマス燃料の燃焼熱や排気熱なども使用することが出来る。 In the above-described embodiment, as an example of receiving heat fluctuating from the outside, solar heat generated by condensed sunlight is used, but the present invention is not limited to this. The heat that fluctuates from the outside includes factory exhaust heat, combustion heat and exhaust heat of by-product gas that fluctuates fuel composition and fuel amount, and combustion heat and exhaust heat of biomass fuel that fluctuates fuel composition and fuel amount. Can be used.
また、上述した実施形態では、ボイラを石炭焚きボイラ10としたが、固体燃料としては、バイオマス燃料や石油精製時に発生するPC(石油コークス:Petroleum Coke)燃料、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。また、燃料は固体燃料に限らず、ボイラは重質油などの液体燃料を使用するボイラであってもよい。更には、燃料として気体燃料(副生ガスなど)も使用することができる。そして、ボイラはこれらの燃料の混焼焚きにも適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the boiler is a coal-fired boiler 10, but the solid fuel is a boiler that uses biomass fuel, PC (Petroleum Coke) fuel generated during petroleum refining, petroleum residue, or the like. You may. Further, the fuel is not limited to solid fuel, and the boiler may be a boiler that uses liquid fuel such as heavy oil. Furthermore, gaseous fuel (by-product gas, etc.) can also be used as the fuel. And the boiler can also be applied to the co-firing of these fuels.
(まとめ)
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(Summary)
The contents described in each of the above embodiments are grasped as follows, for example.
(1)本開示の一実施形態に係るボイラの制御装置(100)は、
給水から蒸気を生成するボイラの制御装置(100)であって、
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得する第1制御信号取得部(120)と、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するように構成された受熱量情報取得部(130)と、
前記受熱量情報取得部(130)が取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するように構成された補正信号取得部(140)と、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するように構成された燃料流量指令部(150)と、
を備える。
(1) The boiler control device (100) according to the embodiment of the present disclosure is
A boiler control device (100) that generates steam from water supply.
The first control signal for acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition for the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler. Acquisition department (120) and
A heat receiving amount information acquisition unit (130) configured to acquire heat receiving amount information regarding the heat receiving amount of fluctuating heat from the outside, and
A correction signal configured to convert the heat reception amount indicated by the heat reception amount information acquired by the heat reception amount information acquisition unit (130) into the fuel flow rate and acquire a correction signal for correcting the first control signal. Acquisition department (140) and
A fuel flow rate command unit (150) configured to output a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
To be equipped.
上記(1)に記載の構成によれば、出力目標指令及びボイラ負荷状況に基づいて生成された第1制御信号に対して、外部からの変動する熱からの受熱量を燃料流量に換算した補正信号によって補正し、燃料流量を制御するための燃料流量指令が出力される。そのため、外部からの変動する熱からの受熱量の変動に対してより適切に燃料流量を制御することが可能となる。これにより、ボイラ(10)の運用条件を満たすように制御することが可能となるとともに、例えば、太陽熱などの外部からの変動する熱からの受熱量に応じて、ボイラ(10)へ供給する燃料流量を低減して燃料消費量を低減させることができる。また、第1制御信号を補正により受熱量の変動に対してボイラ(10)内の温度分布(例えば、節炭器(46,47)の入口から一次過熱器(43)の出口までの温度分布)をより適正化することができる。 According to the configuration described in (1) above, the first control signal generated based on the output target command and the boiler load condition is corrected by converting the amount of heat received from the fluctuating heat from the outside into the fuel flow rate. A fuel flow rate command for correcting the fuel flow rate by a signal is output. Therefore, it is possible to control the fuel flow rate more appropriately with respect to fluctuations in the amount of heat received from fluctuating heat from the outside. This makes it possible to control the boiler (10) so as to satisfy the operating conditions, and also to supply fuel to the boiler (10) according to the amount of heat received from externally fluctuating heat such as solar heat. The flow rate can be reduced to reduce fuel consumption. Further, the temperature distribution in the boiler (10) (for example, the temperature distribution from the inlet of the economizer (46,47) to the outlet of the primary superheater (43)) with respect to the fluctuation of the amount of heat received by correcting the first control signal. ) Can be more optimized.
また、本願発明者が鋭意検討した結果、受熱量の変化に対して、直ちに燃料流量を制御する場合、適切な制御ができないことが判明した。受熱量が変化するタイミングと、その変化によってボイラ(10)内の温度分布が変化するタイミングとの間には時間差がある。これは、例えば、ボイラ(10)に設けられる熱交換器の保有熱によるものである。このような条件下、受熱量が変化するタイミングに合わせて燃料流量を制御する場合、制御のタイミングが早すぎて適切な制御ができなくなるものと考えられる。 In addition, as a result of diligent studies by the inventor of the present application, it has been found that when the fuel flow rate is immediately controlled in response to a change in the amount of heat received, appropriate control cannot be performed. There is a time lag between the timing at which the amount of heat received changes and the timing at which the temperature distribution in the boiler (10) changes due to the change. This is due to, for example, the heat possessed by the heat exchanger provided in the boiler (10). Under such conditions, when the fuel flow rate is controlled according to the timing when the heat receiving amount changes, it is considered that the control timing is too early and appropriate control cannot be performed.
この点、上記(1)に記載の構成によれば、補正信号に遅れ要素を付加しているため、受熱量に対する燃料流量の制御のタイミングを調整することが可能となるため、適切な燃料流量の制御を行うことが可能となる。 In this regard, according to the configuration described in (1) above, since a delay element is added to the correction signal, it is possible to adjust the timing of controlling the fuel flow rate with respect to the amount of heat received, and therefore an appropriate fuel flow rate. Can be controlled.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載の構成において、
前記遅れ要素は、前記受熱量の変化に対する節炭器(46,47)の出口給水温度の変化の時定数を有する一次遅れ要素である。
(2) In some embodiments, in the configuration described in (1) above,
The delay element is a primary delay element having a time constant of change in the outlet water supply temperature of the economizer (46, 47) with respect to the change in the amount of heat received.
上記(2)に記載の構成によれば、節炭器(46,47)の出口給水温度が熱交換器の仕様としての許容範囲から逸脱する可能性を低減できる。また、節炭器(46,47)の出口給水温度をより適正化することにより、より下流側の位置における温度(例えば、一次過熱器(43)における出口蒸気温度)も付随的に適正化することができる。 According to the configuration described in (2) above, it is possible to reduce the possibility that the outlet water supply temperature of the economizer (46, 47) deviates from the allowable range as the specifications of the heat exchanger. In addition, by further optimizing the outlet water supply temperature of the economizers (46, 47), the temperature at a position further downstream (for example, the outlet steam temperature in the primary superheater (43)) is also optionally optimized. be able to.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載の構成において、
前記第1制御信号取得部(120)は、前記ベース燃料流量信号をさらに一以上の蒸気温度の偏差に基づいて生成される第2制御信号に基づいて、前記第1制御信号を生成する。
(3) In some embodiments, in the configuration described in (1) or (2) above,
The first control signal acquisition unit (120) further generates the first control signal based on the second control signal generated based on the deviation of one or more steam temperatures from the base fuel flow rate signal.
上記(3)に記載の構成によれば、第1制御信号が一以上の蒸気温度の偏差に基づいて生成され、その第1制御信号及び補正信号に基づいて燃料流量指令が生成される。そのため、ボイラ(10)の運用条件をより満たすように制御することが可能となる。 According to the configuration described in (3) above, the first control signal is generated based on the deviation of one or more steam temperatures, and the fuel flow rate command is generated based on the first control signal and the correction signal. Therefore, it is possible to control the boiler (10) so as to more satisfy the operating conditions.
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載の構成において、
前記第1制御信号取得部(120)は、ボイラ負荷の実測値と、ボイラ負荷の変化率と、ボイラ負荷の変化幅とが所定条件を満たした場合に、前記所定条件を満たさない場合よりも前記燃料流量を減少させるように前記第3制御信号を補正する補正部(160)を含む。
(4) In some embodiments, in the configuration described in (3) above,
When the measured value of the boiler load, the rate of change of the boiler load, and the change width of the boiler load satisfy the predetermined conditions, the first control signal acquisition unit (120) is more than the case where the predetermined conditions are not satisfied. A correction unit (160) that corrects the third control signal so as to reduce the fuel flow rate is included.
上記(4)に記載の構成によれば、所定条件(ボイラ負荷の値、ボイラ負荷の変化率、ボイラ負荷の変化幅などの諸条件)を満たした場合には、ボイラ負荷状況に応じた第3制御信号が所定条件を満たさない場合よりも先行燃料流量補正制御により先行燃料流量を減少させるように補正される。これにより、先行燃料流量を減少させるように第3制御信号に対する補正が実行されるため、ボイラ(10)へ供給する先行燃料流量から燃料流量をより適切に減少させるため、燃料消費量を低減することが可能となる。 According to the configuration described in (4) above, when the predetermined conditions (conditions such as the value of the boiler load, the change rate of the boiler load, the change width of the boiler load, etc.) are satisfied, the first condition according to the boiler load condition is met. 3 The control signal is corrected so as to reduce the preceding fuel flow rate by the preceding fuel flow rate correction control as compared with the case where the predetermined condition is not satisfied. As a result, the correction for the third control signal is executed so as to reduce the preceding fuel flow rate, so that the fuel flow rate is more appropriately reduced from the preceding fuel flow rate supplied to the boiler (10), and thus the fuel consumption is reduced. It becomes possible.
また、ボイラ負荷の変動に対して、ボイラ(10)内の温度分布をより適正化することが可能となる。例えば、ボイラ負荷増加時に、火炉出口蒸気温度又は一次過熱器出口蒸気温度が熱交換器の仕様に応じた許容上限温度を超える虞を低減させることが可能となる。例えば、ボイラ負荷減少時に、節炭器出口給水温度を低下させ、節炭器の出口給水温度が飽和蒸気温度に達する虞を低減させることが可能となる。 In addition, the temperature distribution in the boiler (10) can be more optimized with respect to fluctuations in the boiler load. For example, when the boiler load is increased, it is possible to reduce the possibility that the steam temperature at the outlet of the fireplace or the steam temperature at the outlet of the primary superheater exceeds the allowable upper limit temperature according to the specifications of the heat exchanger. For example, when the boiler load is reduced, the outlet water supply temperature of the economizer can be lowered, and the possibility that the outlet water supply temperature of the economizer reaches the saturated steam temperature can be reduced.
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)に記載の構成において、
前記補正部(160)は、前記受熱量情報が示す受熱量に基づいて、前記第3制御信号の補正における前記燃料流量の減少量を決定する。
(5) In some embodiments, in the configuration described in (4) above,
The correction unit (160) determines the amount of decrease in the fuel flow rate in the correction of the third control signal based on the heat reception amount indicated by the heat reception amount information.
上記(5)に記載の構成によれば、外部からの変動する熱からの受熱量に基づいて、燃料流量の減少量が決定されるため、より適切に燃料流量を制御することができる。 According to the configuration described in (5) above, the amount of decrease in the fuel flow rate is determined based on the amount of heat received from the fluctuating heat from the outside, so that the fuel flow rate can be controlled more appropriately.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れか一つに記載の構成において、
前記節炭器(46、47)をバイパスするためのバイパス流路(55)に設けられたダンパ(56)の開度を制御する開度制御部(170)を備え、
前記開度制御部(170)は、前記節炭器の出口給水温度と飽和蒸気温度との差と、前記節炭器の前記出口給水温度と前記飽和蒸気温度との差の減少速度とに基づいて、前記ダンパの開度を制御する。
(6) In some embodiments, in the configuration described in any one of (1) to (5) above,
An opening control unit (170) for controlling the opening degree of the damper (56) provided in the bypass flow path (55) for bypassing the economizers (46, 47) is provided.
The opening degree control unit (170) is based on the difference between the outlet water supply temperature of the economizer and the saturated steam temperature and the reduction rate of the difference between the outlet water supply temperature of the economizer and the saturated steam temperature. The opening degree of the damper is controlled.
上記(6)に記載の構成によれば、節炭器の出口給水温度と飽和蒸気温度との差と、その差の減少速度とに基づいて、バイパス流路(55)に設けられたダンパ(56)の開度が制御される。ダンパ(56)の開度を大きくするように制御した場合、バイパス流路(55)に流入する高温ガスが増加し、節炭器(46、47)に流入する高温ガスが減少するため、節炭器(46、47)の出口給水温度が低下する。そのため、節炭器(46、47)の出口給水温度が飽和蒸気温度に達してスチーミング化する虞を低減させることが可能となる。 According to the configuration described in (6) above, the damper (55) provided in the bypass flow path (55) is based on the difference between the outlet water supply temperature of the economizer and the saturated steam temperature and the reduction rate of the difference. The opening degree of 56) is controlled. When the damper (56) is controlled to increase the opening degree, the high temperature gas flowing into the bypass flow path (55) increases and the high temperature gas flowing into the economizers (46, 47) decreases. The outlet water supply temperature of the economizers (46, 47) decreases. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the outlet water supply temperature of the economizers (46, 47) reaches the saturated steam temperature and becomes steaming.
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れか一つに記載の構成において、
前記受熱量情報取得部(130)は、前記外部からの変動する熱を受熱する熱媒から前記給水へ伝熱を得る位置の前後位置における給水の温度差及び流量に基づいて、前記受熱量を算出する。
(7) In some embodiments, in the configuration described in any one of (1) to (6) above,
The heat receiving amount information acquisition unit (130) determines the heat receiving amount based on the temperature difference and the flow rate of the water supply at the positions before and after the position where heat is transferred from the heat medium that receives fluctuating heat from the outside to the water supply. calculate.
上記(7)に記載の構成によれば、外部からの変動する熱を受熱する熱媒から給水へと熱交換器で伝熱する位置の前後位置における給水の状態を比較して、受熱量を直接的に算出するため、より正確に受熱量を算出することができる。 According to the configuration described in (7) above, the amount of heat received is determined by comparing the state of water supply before and after the position where the heat exchanger transfers heat from the heat medium that receives fluctuating heat from the outside to the water supply. Since it is calculated directly, the amount of heat received can be calculated more accurately.
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れか一つに記載の構成において、前記外部からの変動する熱は、太陽光を集光した太陽熱である。 (8) In some embodiments, in the configuration according to any one of (1) to (7) above, the fluctuating heat from the outside is the solar heat that condenses sunlight.
上記(8)に記載の構成によれば、太陽光を集光した太陽熱を利用するボイラ(10)においても、ボイラ(10)へ供給する燃料流量を適切に制御することができる。 According to the configuration described in (8) above, even in the boiler (10) that utilizes the solar heat that condenses sunlight, the fuel flow rate supplied to the boiler (10) can be appropriately controlled.
(9)本開示の一実施形態に係るボイラシステム(1)は、
上記(1)乃至(8)の何れか一つに記載のボイラの制御装置(100)と、
外部からの変動する熱を受熱する熱媒が循環するための熱媒循環流路(L6)から前記給水に伝熱する熱交換器(83)と、
節炭器(46,47)と一次過熱器(43)と二次過熱器(42)とを含み、前記熱媒と熱交換した給水を、燃料の燃焼によって加熱することによって蒸気を生成するボイラ(10)と、
を備える。
(9) The boiler system (1) according to the embodiment of the present disclosure is
The boiler control device (100) according to any one of (1) to (8) above, and
A heat exchanger (83) that transfers heat from a heat medium circulation flow path (L6) for circulating a heat medium that receives fluctuating heat from the outside to the water supply.
A boiler that includes an economizer (46,47), a primary superheater (43), and a secondary superheater (42), and generates steam by heating the water supply that has exchanged heat with the heat medium by burning fuel. (10) and
To be equipped.
上記(9)に記載の構成によれば、外部からの変動する熱の受熱量の変動に対してより適切に燃料流量を制御することが可能なボイラシステム(1)が提供される。 According to the configuration described in (9) above, a boiler system (1) capable of more appropriately controlling the fuel flow rate with respect to fluctuations in the amount of heat received from the outside is provided.
(10)本開示の一実施形態に係る発電プラント(2)は、
上記(9)に記載のボイラシステム(1)と、
前記ボイラシステム(1)が生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン(61)と、
前記蒸気タービン(61)に連結され、前記蒸気タービン(61)の回転に応じて発電を行う発電機(3)と、
を備える。
(10) The power plant (2) according to the embodiment of the present disclosure is
The boiler system (1) described in (9) above and
A steam turbine (61) that is rotationally driven by the steam generated by the boiler system (1), and
A generator (3) connected to the steam turbine (61) and generating electricity according to the rotation of the steam turbine (61).
To be equipped.
上記(10)に記載の構成によれば、外部からの変動する熱からの受熱量の変動に対してより適切に燃料流量を制御することが可能な発電プラント(2)が提供される。 According to the configuration described in (10) above, there is provided a power plant (2) capable of more appropriately controlling the fuel flow rate with respect to fluctuations in the amount of heat received from fluctuating heat from the outside.
(11)本開示の一実施形態に係るボイラの制御方法は、
給水から蒸気を生成するボイラの制御方法であって、
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得するステップと、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するステップと、
取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するステップと、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するステップと、
を備える。
(11) The boiler control method according to the embodiment of the present disclosure is described.
It is a control method of a boiler that generates steam from water supply.
The step of acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition, and the step of acquiring the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler.
The step of acquiring heat reception amount information regarding the heat reception amount of fluctuating heat from the outside, and
A step of converting the heat receiving amount indicated by the acquired heat receiving amount information into the fuel flow rate and acquiring a correction signal for correcting the first control signal.
A step of outputting a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
To be equipped.
上記(11)に記載の方法によれば、ボイラ(10)の運用条件を満たすように制御することが可能となるとともに、外部からの変動する熱からの受熱量の変動に対してより適切に燃料流量を制御することが可能となる。 According to the method described in (11) above, it is possible to control the boiler (10) so as to satisfy the operating conditions, and more appropriately with respect to fluctuations in the amount of heat received from fluctuating heat from the outside. It becomes possible to control the fuel flow rate.
1 ボイラシステム
2 発電プラント
3 発電機
10 石炭焚きボイラ(ボイラ)
11 火炉
12 燃焼装置
13 煙道
21,22,23,24,25 燃焼バーナ
26,27,28,29,30 微粉炭供給管
31,32,33,34,35 粉砕機
36 風箱
37 空気ダクト
38 押込通風機(FDF)
41 三次過熱器(熱交換器)
42 二次過熱器(熱交換器)
43 一次過熱器(熱交換器)
44 第2再熱器(熱交換器)
45 第1再熱器(熱交換器)
46 第2節炭器(熱交換器)
47 第1節炭器(熱交換器)
48 ガスダクト
49 エアヒータ(空気予熱器)
50 脱硝装置
51 煤塵処理装置
52 誘引通風機(IDF)
53 煙突
55 バイパス流路
56 ダンパ
60 燃焼ガス通路
61 蒸気タービン
62 高圧タービン
63 低圧タービン
64 復水器
65 入口ヘッダ
66 給水ポンプ
67 中間ヘッダ
68 出口ヘッダ
69 蒸気ドラム(汽水分離器)
70 入口ヘッダ
72 出口ヘッダ
81 受熱部
82 循環ポンプ
83 熱交換器
100 ボイラの制御装置
110 情報取得部
120 第1制御信号取得部
121,123,129,145,163,171,172 比較器
122,178 加算器
124,125,126,164,165,166,176 関数発生器
127,128,167,168,169 乗算器
130 受熱量情報取得部
140 補正信号取得部
150 燃料流量指令部
160 補正部
170 開度制御部
173 PI制御部
174 P制御部
175,177 スイッチング部
179 切替器
L1,L2 給水ライン
L3,L4,L5 蒸気ライン
L6 熱媒循環流路
1
11
41 Tertiary superheater (heat exchanger)
42 Secondary superheater (heat exchanger)
43 Primary superheater (heat exchanger)
44 Second reheater (heat exchanger)
45 First reheater (heat exchanger)
46
47
48
50
53
70
Claims (11)
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得する第1制御信号取得部と、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するように構成された受熱量情報取得部と、
前記受熱量情報取得部が取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するように構成された補正信号取得部と、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するように構成された燃料流量指令部と、
を備えるボイラの制御装置。 A boiler control device that produces steam from water supply.
The first control signal for acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition for the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler. Acquisition department and
A heat receiving amount information acquisition unit configured to acquire heat receiving amount information regarding the heat receiving amount of fluctuating heat from the outside,
A correction signal acquisition unit configured to convert the heat reception amount indicated by the heat reception amount information acquired by the heat reception amount information acquisition unit into the fuel flow rate and acquire a correction signal for correcting the first control signal. ,
A fuel flow rate command unit configured to output a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
Boiler control device.
請求項1に記載のボイラの制御装置。 The boiler control device according to claim 1, wherein the delay element is a primary delay element having a time constant of a change in the outlet water supply temperature of the economizer with respect to the change in the amount of heat received.
請求項1又は2に記載のボイラの制御装置。 The first control signal acquisition unit generates the first control signal based on the second control signal which further generates the base fuel flow rate signal based on the deviation of one or more steam temperatures. Boiler control device described in.
請求項3に記載のボイラの制御装置。 When the measured value of the boiler load, the rate of change of the boiler load, and the range of change of the boiler load satisfy the predetermined conditions, the first control signal acquisition unit performs the fuel flow rate more than when the predetermined conditions are not satisfied. The boiler control device according to claim 3, further comprising a correction unit that corrects the third control signal so as to reduce.
請求項4に記載のボイラの制御装置。 The boiler control device according to claim 4, wherein the correction unit determines the amount of decrease in the fuel flow rate in the correction of the third control signal based on the heat reception amount indicated by the heat reception amount information.
前記開度制御部は、前記節炭器の出口給水温度と飽和蒸気温度との差と、前記節炭器の前記出口給水温度と前記飽和蒸気温度との差の減少速度とに基づいて前記ダンパの開度を制御する
請求項1乃至5の何れか一項に記載のボイラの制御装置。 An opening control unit for controlling the opening of a damper provided in the bypass flow path for bypassing the economizer is provided.
The opening degree control unit is based on the difference between the outlet water supply temperature of the economizer and the saturated steam temperature and the reduction rate of the difference between the outlet water supply temperature of the economizer and the saturated steam temperature. The boiler control device according to any one of claims 1 to 5, which controls the opening degree of the boiler.
請求項1乃至6の何れか一項に記載のボイラの制御装置。 The heat receiving amount information acquisition unit calculates the heat receiving amount based on the temperature difference and the flow rate of the water supply at the positions before and after the position where heat is transferred from the heat medium that receives fluctuating heat from the outside to the water supply. The boiler control device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至7の何れか一項に記載のボイラの制御装置。 The boiler control device according to any one of claims 1 to 7, wherein the fluctuating heat from the outside is solar heat that condenses sunlight.
外部からの変動する熱を受熱する熱媒が循環するための熱媒循環流路から前記給水に伝熱する熱交換器と、
節炭器と一次過熱器と二次過熱器とを含み、前記熱媒と熱交換した給水を、燃料の燃焼によって加熱することによって蒸気を生成するボイラと、
を備えるボイラシステム。 The boiler control device according to any one of claims 1 to 8.
A heat exchanger that transfers heat to the water supply from a heat medium circulation flow path for circulating a heat medium that receives fluctuating heat from the outside.
A boiler that includes an economizer, a primary superheater, and a secondary superheater, and generates steam by heating the water supply that has exchanged heat with the heat medium by burning fuel.
Boiler system with.
前記ボイラシステムが生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンに連結され、前記蒸気タービンの回転に応じて発電を行う発電機と、
を備える発電プラント。 The boiler system according to claim 9 and
A steam turbine that is rotationally driven by the steam generated by the boiler system,
A generator connected to the steam turbine and generating electricity according to the rotation of the steam turbine.
Power plant equipped with.
ボイラへ供給する燃料の燃料流量を出力目標指令に基づいて生成されるベース燃料流量信号とボイラ負荷状況に応じた第3制御信号とに基づいて生成する第1制御信号を取得するステップと、
外部からの変動する熱の受熱量に関する受熱量情報を取得するステップと、
取得した前記受熱量情報が示す受熱量を前記燃料流量に換算し、前記第1制御信号を補正するための補正信号を取得するステップと、
前記第1制御信号と、遅れ要素が付加された前記補正信号とに基づいて、前記燃料流量を制御するための燃料流量指令を出力するステップと、
を備えるボイラの制御方法。 It is a control method of a boiler that generates steam from water supply.
The step of acquiring the first control signal generated based on the base fuel flow rate signal generated based on the output target command and the third control signal according to the boiler load condition, and the step of acquiring the fuel flow rate of the fuel supplied to the boiler.
The step of acquiring heat reception amount information regarding the heat reception amount of fluctuating heat from the outside, and
A step of converting the heat receiving amount indicated by the acquired heat receiving amount information into the fuel flow rate and acquiring a correction signal for correcting the first control signal.
A step of outputting a fuel flow rate command for controlling the fuel flow rate based on the first control signal and the correction signal to which a delay element is added.
Boiler control method.
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