JP2678196B2 - 再熱蒸気温度制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火力発電プラントの蒸気温度制御に係り、特
に、ボイラの再熱蒸気温度制御方法および装置に関す
る。

〔従来の技術〕 従来、火力発電用ボイラの再熱蒸気温度制御方式では
「700MW石炭火力発電所総合ディジタル制御システム
（火力原子力発電vol.36,No.1′85.1）」に記載されて
いるように、再熱蒸気温度を先行制御する先行制御指令
は、ボイラ入力指令信号をパラメータとして燃料種別毎
に、火炉ホッパ入口ダンパや分配ダンパの開度があらか
じめ関数設定され、オペレータが燃料種別を切り替える
度に、新しい燃料種別に対応した関数に切り替え、これ
を元に作成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、負荷変化時の燃料の種類に
よる燃焼特性の違いに対して、上記固定関数設定では、
例えば燃料の湿り度に対する調整が不充分な場合、先行
制御信号の不適合により、再熱蒸気温度のオーバシュー
ト（負荷増加時）またはアンダシュート（負荷減少時）
が発生する。また、燃料の種類ごとに関数設定が必要な
上、燃料を切り替えるごとに関数の切換え操作が必要と
なり、運転者の負担が大きい。さらに、燃料の性状によ
る調整を充分行っても、調整時と実際の運転時との火炉
の状態の相違により、調整時と異なる特性を示すことが
ある。

本発明の課題は、運転者の負担が少く、燃料または火
炉の燃焼状態が変化しても再熱蒸気温度を安定かつ良好
に制御するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、ボイラに再熱器を備えた火力発電プラ
ントの再熱蒸気温度制御方法において、火炉内部の垂直
軸方向の温度分布を検出し、火炉の構造と運用条件とに
基づいて予め定められた火炉内部の垂直軸方向の基準と
なる温度分布と前記検出された温度分布との温度偏差を
算出し、該算出された温度偏差を１変数とする関数に基
づいて操作端を制御することにより達成される。

上記の課題は、また、ボイラに再熱器を備えた火力発
電プラントの再熱蒸気温度制御方法において、火炉内部
の垂直軸方向の温度分布を検出する手順と、火炉の構造
と運用条件とに基づいて予め定められた火炉内部の垂直
軸方向の基準となる温度分布と前記検出された温度分布
との温度偏差を算出する手順と、該算出された温度偏差
を１変数とする関数に基づいて操作端に対する先行制御
信号を生成する手順と、要求されるボイラ負荷に基づい
て定められる設定信号と検出された再熱蒸気温度との偏
差を算出する手順と、該偏差に基づいて操作端に対する
制御信号を生成する手順と、該制御信号と前記先行制御
信号とに基づいて操作端の操作量を指示する操作信号を
出力する手順と、を備えていることを特徴とする再熱蒸
気温度制御方法によっても達成される。

上記の課題は、また、火炉内の垂直軸方向の複数個所
の燃焼火炎画像を画素ごとに画像の輝度に応じた数値を
持つディジタル信号に変換して２次元輝度画像とし、該
２次元輝度画像を燃焼火炎温度に変換し、該燃焼火炎温
度に基づいて火炉内部の垂直軸方向の温度分布の検出が
行われることを特徴とする請求項１または２に記載の再
熱蒸気温度制御方法によっても達成される。

上記の課題はさらに、操作端が、火炉ホッパ入口ダン
パおよびガス分配ダンパである請求項１または２に記載
の再熱蒸気温度制御方法や、温度偏差が、火炉の垂直軸
方向の各段バーナ位置およびNOポート位置について算出
される請求項１または２に記載の再熱蒸気温度制御方
法、温度偏差を１変数とする関数が、ファジー推論に基
づくメンバシップ関数である請求項１乃至５のいずれか
に記載の再熱蒸気温度制御方法によっても達成される。

上記の課題は、また、火炉垂直軸方向に複数段配置さ
れたバーナと、該火炉で生成された燃焼ガスにより加熱
される再熱器と、火炉への燃焼ガスの循環量を制御する
ダンパと、バーナへの燃焼ガス供給量を制御するダンパ
と、を備えたボイラの、再熱蒸気温度を制御する再熱蒸
気温度制御装置に、火炉内の垂直軸方向の温度分布を検
出する手段と、予め設定された基準となる温度分布と前
記検出された温度分布との温度偏差を算出し、該温度偏
差を一変数とする関数とに基づいて前記ダンパに対する
先行制御信号を生成する手段と、を備えることによって
も達成される。

上記の課題は、また、火炉垂直軸方向に複数段配置さ
れたバーナと、該火炉で生成された燃焼ガスにより加熱
される再熱器と、火炉への燃焼ガスの循環量を制御する
ダンパと、バーナへの燃焼ガス供給量を制御するダンパ
と、を備えたボイラの、再熱蒸気温度を制御する再熱蒸
気温度制御装置に、火炉内の燃焼火炎画像を光学画像と
して出力する光学画像出力手段と、該光学画像を火炎の
輝度を含む電気信号に変換する光電変換手段と、該電気
信号に基づいて火炉垂直軸方向の温度分布を検出する温
度分布検出手段と、予め設定された基準となる温度分布
と前記検出された温度分布との温度偏差を算出し、該温
度偏差を１変数とする関数とに基づいて前記ダンパに対
する先行制御信号を生成する先行制御指令演算部と、検
出される再熱蒸気温度とボイラに要求される負荷から定
まる再熱蒸気設定温度との偏差を算出する偏差演算手段
と、該偏差に基づいて前記ダンパに対する制御信号を生
成する制御演算部と、該制御信号と前記先行制御信号と
に基づいて前記ダンパに対する操作信号を生成する信号
演算部と、備えることによっても達成される。

上記の課題は、また、先行制御指令演算部に、先行制
御信号を表示する表示手段が接続されている請求項８に
記載の再熱蒸気温度制御装置によっても達成される。

〔作用〕

火炉内の垂直軸方向（燃焼ガス流れ方向）の温度分布
は、火炉における輻射伝熱の量と、対流による伝熱の量
に大きく影響する。火炉内の前記温度分布が変化する
と、前記輻射伝熱と対流伝熱の量も変化し、この変化は
炉の形状や燃料の種類、空気量、燃料量、ボイラ負荷、
過熱蒸気温度、再熱蒸気温度等の運用条件等によって定
まる遅れ時間ののち、燃焼ガスによって加熱される再熱
器での再熱蒸気温度を変化させる。

すなわち、ある負荷条件で安定に燃焼している火炉で
は、再熱蒸気温度は安定しており、その時の火炉内の火
炉垂直軸方向温度分布は、炉の形状、運用条件等によっ
て定まる。その状態から燃焼状態が変化して火炉内温度
分布が変化すると、対流伝熱量が変化し、ある遅れ時間
ののち、再熱蒸気温度が変化する。したがって、火炉内
の温度分布を検出し、その変化を監視することによっ
て、その燃焼状態が継続されたとき、再熱蒸気温度がど
のように変化するかが把握される。安定に燃焼が行われ
ている状態での火炉の温度分布と監視時点での火炉の温
度分布の偏差が検出され、この偏差に基づいて、再熱蒸
気温度制御用機器が先行制御信号により操作され、前記
偏差が低減される。これらの操作は、再熱蒸気温度に基
づいて行われるのでなく、火炉内温度分布に基づいて行
われ、現実に再熱蒸気温度が変化する前に、その変化の
発生を防ぐように行われ、再熱蒸気温度の大きい変動が
避けられる。

火炉内温度分布の検出は、光学的な燃焼火炎画像を電
気信号からなる画像に変換し、この画像を信号処理して
行われる。

また、温度分布の変化と、燃焼状態を変化させる機器
の操作量の関係は、ファジイ推論を利用したメンバシッ
プ関数により定義される。

さらに、各時点における再熱蒸気温度と、再熱蒸気温
度設定値との偏差に基づいて上記再熱温度制御あい用機
器の制御信号が生成され、この制御信号と前記先行制御
信号が加算されて操作用信号が生成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。

第１図は、本発明を石炭焚火力プラントに適用した一
実施例を示す。まず、プラントの概要について説明す
る。ボイ１で燃焼させるための石炭は、石炭バンカ２に
貯えられており、フィーダ４および駆動用モータ３によ
りミル５に供給され、粉砕された後、火炉垂直軸方向に
複数段設けられたバーナ６へ送られる。燃焼用空気は、
押込通風機８により空気予熱器９を経て一部はバーナ６
およびNOポート6Aへ送られ、他の一部は、微粉炭搬送用
として１次空気ファン12を経てミル５へ導かれる。ま
た、空気予熱器９には、バイパス系があり、バイパスダ
ンパ10により１次空気の温度が制御される。また、燃焼
に必要な合計空気量はダンパ７で、微粉炭搬送に必要な
空気量は、１次空気ファン入口ダンパ11によりそれぞれ
制御される。一方、復水器13の水は復水系14で脱塩、昇
圧され、給水系15で加熱、脱気かつ昇圧されて節炭器16
に供給される。節炭器16で燃焼ガスによって加熱された
水は、水壁17に供給され、加熱されて蒸気になり、１次
過熱器（SH）18に導かれる。燃焼ガスによって１次過熱
器18で過熱された蒸気は２次過熱器19で更に加熱され、
過熱蒸気が高圧タービン20へ送られる。高圧タービン20
を断熱膨張によって回転させ、発電機22によって発電さ
せた蒸気は抽気されて再熱器（RH）23に導かれて再び加
熱され、再熱蒸気となって低圧タービン21に送られ、タ
ービン21を回転させる。この蒸気は、復水器13に導か
れ、冷却されて水になる。以下上記のサイクルが繰り返
される。一方、ボイラ１で燃焼し、水及び蒸気に熱を与
えた燃焼ガスは、煙突24へ送られ大気に放出されるが、
一部のガスはガス再循環ファン25により火炉ホッパ入口
ダンパ28を経てボイラ１のホッパ部に、他の一部はガス
分配ダンパ26,27を経て、各バーナ及びNOポートに、戻
される。

上述のような石炭火力プラントを負荷要求指令に応じ
て円滑に運転するためには、各種バルブ、ダンパ、モー
タを適切に操作する必要がある。第２図は従来から使用
されている火力プラント自動制御系の概略図を示す。以
下、本図に従ってその機能の概要を説明する。

まず、火力プラントへの負荷（発電機22の出力）要求
信号1000は、主蒸気圧力1100が所定の値（定圧プラント
では一定値、変圧プラントでは負荷に応じた値）になる
ように補正され（主蒸気圧力補償ブロック100）、ボイ
ラ１へのボイラ入力デマンド信号3000となる。このボイ
ラ入力デマンド信号3000は、給水流量1200の設定値とし
て給水流量制御系400へ導かれ、給水流量加減弁25の制
御用として使用される一方、再熱蒸気温度1103の設定値
として再熱蒸気温度制御系700へ導かれ、ガス分配ダン
パ（再熱器側）26とガス分配ダンパ（過熱器側）27及び
火炉ホッパ入口ダンパ28の制御用として使用される。ボ
イラ入力デマンド信号3000は次に主蒸気温度補償ブロッ
ク200へ導かれ主蒸気温度1101が所定値になるように補
正されて燃焼量デマンド信号3100となる。この燃焼量デ
マンド信号3100は、合計石炭燃料流量1201の設定値とし
て燃料流量制御系500へ導かれ、給炭機駆動モータ３の
制御用として使用される一方、空燃比補償ブロック300
で排ガスO₂過剰率1102が所定値になるように補正され、
合計空気流量デマンド信号3200となる。この信号は合計
空気流量202の設定値として空気流量制御系600に導か
れ、FDF入口のダンパ７の制御信号として使用される。

以上が石炭火力プラント自動制御系の概要であり、こ
の他にタービン加減弁制御系や一次空気制御系等がある
が本発明と直接関係がないので省略してある。

以上、発明の実施例のプラントの概要と従来の自動制
御系の機能概要を説明した。

以下、第２図の再熱蒸気温度制御系700に本発明を適
用した再熱蒸気温度制御装置の実施例について第１図を
参照して説明する。本実施例は、光学画像出力手段、光
電変換手段を、燃焼火炎の光学的状態量（火炎の輝度）
を計測して電気信号に変換する装置で構成したもので、
炉壁に装着されたイメージガイド30、該イメージガイド
30と光電変換手段であるテレビカメラ32を接続する光フ
ァイバ31、テレビカメラ32の出力側に接続された画像入
力装置33、該画像入力装置33の出力側に接続された計算
機40、該計算機40の出力側に接続されたプロセス出力装
置35、および前記計算機40の入力側に接続されたプロセ
ス入力装置34を備えている。プロセス出力装置35の出力
側は、プラント機器の操作端に接続され、プロセス入力
装置34の入力側は、プロセス状態量（機器状態量を含
む）の検出端に接続されている。計算機40には更に表示
装置51が接続されている。

以下、上記構成の装置の動作を説明する。火炉内で燃
焼している火炎の燃焼火炎画像50は、光学画像手段であ
るイメージガイド30および光ファイバ31を介してテレビ
カメラ32に導かれ、テレビカメラ32の出力信号すなわち
ビデオ信号となって画像入力装置33に入力される。画像
入力装置33では、ビデオ信号がディジタル信号に変換さ
れ、これが計算機40に入力される。計算機40には、前記
ディジタル信号（燃焼火炎画像50を表わす信号）のほか
に、制御に必要な再熱蒸気温度他のプロセス量36がプロ
セス入力装置34を介して取りこまれる。

計算機40は上記入力信号に基づいて制御演算を実行
し、結果をプロセス出力装置35を介して操作指令として
出力し、ダンパ開度を制御する。

第３図は、第１図に示した実施例の再熱蒸気温度制御
系のブロック図を示す。図に示された計算機40は、入力
側に設けられた画像処理部41と、該画像処理部41の出力
側に接続された温度分布演算部42と、該温度分布演算部
42の出力側に接続された先行制御指令演算部43と、該先
行制御指令演算部43の出力側に互いに並列に接続された
信号演算部である加算器70,71と、該加算器70の出力側
に接続された制限器49と、前記加算器70の入力側に接続
された第１の制御演算部47と、該第１の制御演算部47の
入力側に接続された偏差演算手段である減算器72と、該
減算器72の入力側に接続された再熱蒸気温度設定部46
と、前記減算器72の出力側と前記加算器71の入力側とを
結んで配置された第２の制御演算部48と、を備えてい
る。前記制限器49の出力側及び前記加算器71の出力側
は、プロセス出力装置35の入力側に接続され、該プロセ
ス出力装置35の出力側は、火炉ホッパ入口ダンパ28、ガ
ス分配ダンパ（RH側）26およびガス分配ダンパ（SH側）
27の操作端に接続されている。前記再熱蒸気温度設定部
46の入力側は、前記主蒸気圧力補償ブロック100の出力
側に接続され、前記減算器72の入力側は、プロセス入口
装置34にも接続されている。また、前記画像処理部41の
入力側は、前記画像入力装置33の出力側に接続されてい
る。さらに、イメージガイド30、光ファイバー31、テレ
ビカメラ32および画像入力装置33が先に説明したように
配置されている。

第３図に示された構成の再熱蒸気温度制御系におい
て、バーナ６の燃焼火炎画像50は、光ファイバー束より
なるイメージファイバーを耐熱構造としたイメージガイ
ド30のレンズ系と光ファイバ31を介し、テレビカメラ32
に導かれ、ここでビデオ信号に変換される。この信号は
画像入力装置33でディジタル信号に変換され、画像処理
部41で画素毎に画像の輝度に応じた数値として記憶され
る。すなわち、燃焼火炎画像の各画素の輝度レベルが数
値として画像に対応して全画素について計算され、２次
元ディジタル輝度画像として記憶される。次に温度分布
演算部42では、前記２次元ディジタル輝度画像が、まず
燃焼火炎温度に変換される。燃焼火炎温度は、イメージ
ガイド30とテレビカメラ32により、各段の代表バーナま
たは個々のバーナ毎に伝送される、燃焼火炎画像50ごと
に求められ、これらをもとに、火炉内部の燃焼火炎の温
度分布が温度分布演算部42で求められる。先行制御指令
演算部43は、温度分布演算部42が出力する燃焼火炎温度
分布をもとに、火炉ホッパ入口ダンパ28の先行制御信号
60及びガス分配ダンパ26,27の先行制御信号61を作成
し、出力する。

再熱蒸気温度信号1103は、プロセス入力装置34でディ
ジタル信号62に変換されて減算器72に入力され、ボイラ
入力デマンド信号3000をパラメータとして、再熱蒸気温
度設定部46で決定された設定信号63が同じく減算器72に
入力される。減算器72では、設定信号63からディジタル
信号62に減算されて、偏差信号64が生成され、この偏差
信号64が、前記第１の制御演算部47および第２の制御演
算部48に出力される。第１の制御演算部47では偏差信号
64に基づいて火炉ホッパ入口ダンパ28の制御信号65が生
成されて加算器70に入力され、同時に該加算器70に入力
される前記先行制御信号60に加算されて制御信号67が生
成される。この制御信号67は、ガス再循環ファンモータ
の過負荷防止のための火炉ホッパ入口ダンパ開度の上限
値及び火炉保護のための最小限のガス再循環量確保のた
めの下限値が設定された制限器49を経て、制御信号68と
してプロセス出力装置35に入力される。第２の制御演算
部48では偏差信号64に基づいてガス分配ダンパ26,27の
制御信号66が生成されて加算器71に入力され、同時に該
加算器71に入力される先行制御信号66に加算されて制御
信号69が生成される。この制御信号69は、前記プロセス
出力装置35に入力され、該プロセス出力装置35は該制御
信号69をアナログ信号に変換し、ガス分配ダンパ26,27
の制御信号として出力する。プロセス出力装置35に入力
された前記制御信号68も、プロセス出力装置35でアナロ
グ信号に変換され、火炉ホッパ入口ダンパ28の制御信号
として出力される。ガス分配ダンパ26,27および火炉ホ
ッパ入口ダンパ28の開度は、上述のように、再熱蒸気温
度信号1103と、ボイラ入力デマンド信号3000と、燃焼火
炎画像50に基づいて生成された先行制御信号と、に基づ
いて制御され、再熱蒸気温度が安定に所定の精度に保持
される。

次に、先行制御信号の生成について説明する。第４図
は、火炉内温度分布を示す。曲線〜は第１段バーナ
〜第３段バーナ及びNOポートの各位置での燃焼火炎温度
に基づく火炉水平方向の平均温度の火炉垂直軸方向の温
度分布を下記の条件について、同一図面上に示したもの
である。

曲線…ある燃焼安定状態における基準となる定常温度 分布 曲線…燃焼状態が上記曲線の状態から変化し、温度 分布の山の位置が火炉の下方に大幅に移動し、 曲線との間に大きな偏差が生じた場合の温度 分布 曲線…温度分布の変化の傾向は、曲線と同じである が、温度分布の山の位置のずれと温度偏差が、 曲線ほど大きくない場合の温度分布 曲線…燃焼状態が上記曲線の状態から変化し、温度 分布の山の位置が火炉の上方に大幅に移動し、 曲線との間に大きな偏差が生じた場合の温度 分布 曲線…温度分布の変化の傾向は、曲線と同じである が、温度分布の山の位置のずれと温度偏差が曲 線ほど大きくない場合の温度分布 ΔT₁〜ΔT₄は第１段バーナ〜第３段バーナ及びNOポー
トにおける曲線と他の曲線との温度偏差を示し、第４
図においては該他の曲線として曲線が選ばれている。
温度分布が曲線から曲線のように変化した場合、火
炉での輻射伝熱が大幅に増加し、逆に再熱器への熱吸収
は減少する方向にある。この変化の影響は変化に追随す
る対流の遅れと伝熱遅れのために遅れて生ずる再熱蒸気
温度の低下として現われるが、本実施例においては、変
化の影響が再熱蒸気温度に及ぶ前に、温度偏差ΔT₁〜Δ
T₄に基づく温度分布の変化から上記再熱蒸気温度の低下
が予測される。この予測に伴い、火炉ホッパ入口ダンパ
28の開度を増加させる先行制御信号が出力されてガス再
循環流量が増やされ、温度分布の山を上方に移してバラ
ンスがとれるように先行制御が行われる。一方、火炉ホ
ッパ入口ダンパ28の開度は、前述のように、上下限値が
設定されており、その制御範囲が制限されるため、ガス
分配ダンパ26,27の開度も併せて先行制御され、両者の
開度調整により再熱蒸気温度が制御される。ガス分配ダ
ンパは、再熱蒸気温度が低いとき（再熱蒸気温度を高め
ようとするとき）ガスを沢山流すように開度が増加され
る。

曲線から曲線のように温度分布が変化した場合
は、曲線と温度分布の変化傾向は同じであるが、山の
位置のずれも温度偏差も小さいので、曲線の場合より
もダンパ開度の増加度合は少くて済む。

曲線から曲線のように温度分布が変化した場合
は、曲線の場合と逆に、火炉での輻射伝熱が大幅に減
少し、逆に再熱器への熱吸収は増加する方向にある。そ
してこの変化の影響は、前記曲線の場合と逆に、遅れ
て生ずる再熱蒸気温度の上昇として現われるが、本実施
例においては、変化の影響が再熱蒸気温度に及ぶ前に、
温度偏差ΔT₁〜ΔT₄に表われる温度分布の変化から、上
記再熱蒸気温度の上昇が予測される。この予測に伴い、
火炉ホッパ入口ダンパ28の開度を減少させる先行制御信
号が出力されてガス再循環量が減少され、温度分布の山
を下方に移してバランスがとれるように先行制御が行わ
れる。一方、ガス分配ダンパの開度も合わせて先行制御
され、両者の開度調整により再熱蒸気温度が制御され
る。

曲線から曲線のように温度分布が変化した場合
は、温度分布の変化傾向は曲線と同じであるが、温度
分布の山の位置のずれも温度偏差も小さいので、曲線
の場合よりも上記両ダンパの開度減少の度合は少くて済
む。

上述のように、再熱蒸気温度制御における先行制御信
号は、温度偏差ΔT₁〜ΔT₄のデータを基に決定される
が、この他に定常状態での負荷レベルＬ、この負荷レベ
ルＬからの負荷変化率もΔＬも、再循環ガス量及び再循
環ガス量の変化率を変え、該ガスの熱量を再熱蒸気に伝
達する伝熱性特に関係するため、これらも先行制御信号
生成のためのパラメータに含めて、温度偏差ΔＴを変数
の一部とする次のような関数で求められる。すなわち、
火炉ホッパ入口ダンパ開度の先行制御信号をU₁、ガス分
配ダンパ開度の先行制御信号をU₂とするとU₁,U₂は次の
関数で求めらる。

U₁＝ｆ（ΔT₁,ΔT₂,ΔT₃,ΔT₄,L,ΔＬ） ……（１） U₂＝ｇ（ΔT₁,ΔT₂,ΔT₃,ΔT₄,L,ΔＬ） ……（２） 上記先行制御信号は、ファジィ推論手法によっても生
成可能であり、以下、その実施例を説明する。以下の説
明ではU₁を、温度偏差ΔT₁〜ΔT₄から決定する例につい
て説明するが、ΔT₁,ΔT₂,ΔT₃,ΔT₄をそれぞれx₁,x₂,x
₃,x₄に置き換えて説明する。

第４図で説明して制御アルゴリズムは、ファジィ推論
のルールにより次のように表現される。

ルール1:曲線→に変化した場合の制御ルール IF x₁＝PB,x₂＝PS,x₃＝NB,x₄＝NB THEN U₁＝PB ……（３） ルール2:曲線→に変化した場合の制御ルール IF x₁＝PM,x₂＝PM,x₃＝NM,x₄＝NM THEN U₁＝PM ……（４） ルール3:曲線のまま変化しない場合の制御ルール IF x₁＝ZO,x₂＝ZO,x₃＝ZO,x₄＝ZO THEN U₁＝ZO ……（５） ルール4:曲線→に変化した場合の制御ルール IF x₁＝NM,x₂＝NM,x₃＝NS,x₄＝PM THEN U₁＝NM ……（６） ルール5:曲線→に変化した場合の制御ルール IF x₁＝NB,x₂＝NB,x₃＝NB,x₄＝PB THEN U₁＝NB ……（７） 上記（３）〜（７）式の前件部（IF文）におけるNB,N
M,NS,ZO,PS,PM,PBは、第５図に示すようなメンバシップ
関数を表わす。横軸は曲線からの温度偏差ΔＴを表わ
し、縦軸は、各メンバシップ関数の適合度Ｑ（この例で
は、最大値を１、最小値を０としている）を表わす。

一方、上記（３）〜（７）式の後件部（THEN文）にお
けるNB,NM,NS,ZO,PS,PM,PBは第６図に示されるメンバシ
ップ関数を表わす。第６図の横軸は火炉ホッパ入口ダン
パ開度の変更操作量ΔＭ（開度％）を表わし、縦軸は各
メンバシップ関数の適合度Ｒ（この例では、第５図に合
わせて最大値を１、最小値を０としている）を表わす。
正（＋）のΔＭは開度増加を、負（−）のΔＭは開度の
減少を示す。

第７図は、第５図の曲線のように温度分布が変化し
たときの先行制御信号U₁ ⁰を求める手順を示し、左側前
件部は第５図のメンバシップ関数、右側後件部は第６図
に示すメンバシップ関数で、本図により、この手順を説
明する。まず、温度偏差χ_１〜χ_４の値をルール１の前
件部に適用し、各々に対応するメンバシップ関数に対す
る適合度Ｑを求め、ファジィ論理よりルール１に対する
適合度w₁を次式より求める。

w₁＝min（PB（χ_１）,PS（χ_２）,NB（χ_３）,NB
（χ_４）） ……（８） PB（χ_１）は、メンバシップ関数PBにおいて、横軸の
値がχ_１のときの適合度Ｑを意味し、（８）式のw₁は、
PB（χ_１）,PS（χ_２）,NB（χ_３）,NB（χ_４）の中で
最小の適合度を意味する。また、例えば、0,i₂で横軸と
交わるメンバシップ関数PSに対し、横軸の値が０以下も
しくはi₂以上のときは当該横軸値の対するメンバシップ
関数の適合度はゼロである。本例ではw₁＝PS（χ_２）と
なり、これによりルール１による操作量推論結果U₁ ¹は
最上段右側のPB（χ）の斜線部の重心の横方向位置とし
て求められる。

ルール２についても、ルール１で用いられた同じχ_１
〜χ_４の値により推論演算が行われ、ルール２に適する
適合度w₂は、 w₂＝min（PM（χ_１）,PM（χ_２）,NM（χ_３）,NM
（χ_４）） ……（９） により、w₂＝PM（χ_１）として求められ、これによりル
ール２による操作量推論結果U₁ ²が第７図上から第２段
右側のPM（χ）の斜線部の重心の横方向位置として求め
られる。

ルール３〜５についても、それぞれのルールに対する
適合度w₃,w₄,w₅が w₃＝min（ZO（χ_１）,ZO（χ_２）,ZO（χ_３）,ZO
（χ_４）） ……（10） w₄＝min（NM（χ_１）,NM（χ_２）,NS（χ_３）,PM
（χ_４）） ……（11） w₅＝min（NB（χ_１）,NB（χ_２）,NB（χ_３）,PB
（χ_４）） ……（12） により求められるが、第７図に示す例では、w₃,w₄,w₅が
いずれも０となり、U₁ ³〜U₁ ⁵を規定する第７図右側での
メンバシップ関数の斜線部がない。

ルール１〜５に対する適合度w₁〜w₅が求められ、該適
合度に対する第７図右側のメンバシップ関数の斜線部が
求まると、全ルールを総合した操作量推論結果は求めら
れた斜線部の重心位置の加重平均値として求められる。
具体的には、各ルールに対応して求められた斜線部が第
７図最下段右側に示されるように重ね合わされ、その重
ね合わされた斜線部全体の重心の横方向位置が、全ルー
ルを総合した操作量推論結果である。後件部横軸の数値
は、例えば20％にまず設定しておき、制御の適否を判断
した上で、必要に応じて変えればよい。

第７図の例では、前記操作量推論結果は正の値である
から、これによりダンパ開度を増加させる先行制御信号
U₁60が出される。温度分布演算部42は、火炉内垂直軸方
向温度分布を先行制御指令演算部43に出力し、先行制御
指令演算部43が、ΔT₁〜ΔT₄を算出したのち、第７図に
示された演算を行って先行制御信号60,61を出力する。

第８図は第５図の曲線のように温度分布が変化した
ときの先行制御信号U₁を求める手順を示したもので、第
７図を用いて説明したと同様の手順により推論結果が得
られ、この場合はダンパの開度を減少させる方向の信号
が出される。このときの操作量の絶対値は、温度分布の
変化が曲線の場合よりも小さいため、小さくなってい
ることが分る。

以上、火炉ホッパ入口ダンパ28に対する先行制御信号
60の生成について述べたが、ガス分配ダンパ26,27に対
する先行制御信号61の生成も同様の手順により行われ
る。この場合は、前記ルールの構成及びメンバシップ関
数が、ガス分配ダンパの動作特性に合わせて選定される
のは言うまでもない。

尚、先行制御指令演算部43に接続された表示装置51に
は、先行制御信号が操作端操作量（例えばダンパ開度変
化量％）として表示され、操作量に対し、現在の燃焼状
態が再熱蒸気温度に及ぼす影響に注意を喚起する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火炉の燃焼状態の変化が、火炉温度
分布の変化として検出され、該温度分布の変化に基づい
て再熱蒸気温度制御のための操作端を制御する先行制御
信号が出力されるので、再熱蒸気温度が実際に変動する
前に修正動作をおこすことができ、再熱蒸気温度の変動
を小さくし、プラントの運転を安定に行えるようにする
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例が適用された火力発電プラント
の一例を示す系統図、第２図は従来の火力プラント自動
制御系の例を示すブロック図、第３図は第１図に示され
た実施例の詳細を示すブロック図、第４図は火炉垂直軸
方向の燃焼火炎温度分布を示す概念図、第５図は火炉内
温度の基準温度分布との温度偏差のメンバシップ関数の
例を示す概念図、第６図はダンパ開度操作量のメンバシ
ップ関数の例を示すグラフ、第７図および第８図は、第
５図，第６図に示されるメンバシップ関数を用いてダン
パ開度操作量を求める例を示す説明図である。 １……ボイラ、６……バーナ、23……再熱器、 26,27……ダンパ（ガス分配ダンパ）、 28……ダンパ（火炉ホッパ入口ダンパ）、 30,31……光学画像出力手段、 32……光電変換手段（テレビカメラ）、 42……温度分布検出手段、 43……先行制御指令演算部、 47,48……制御演算部、51……表示手段、 70,71……信号演算部（加算器）、 72……偏差演算手段（減算器）。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラに再熱器を備えた火力発電プラント
   の再熱蒸気温度制御方法において、火炉内部の垂直軸方
   向の温度分布を検出し、火炉の構造と運用条件とに基づ
   いて予め定められた火炉内部の垂直軸方向の基準となる
   温度分布と前記検出された温度分布との温度偏差を算出
   し、該算出された温度偏差を１変数とする関数に基づい
   て操作端が制御されることを特徴とする再熱蒸気温度制
   御方法。
2. 【請求項２】ボイラに再熱器を備えた火力発電プラント
   の再熱蒸気温度制御方法において、火炉内部の垂直軸方
   向の温度分布を検出する手順と、火炉の構造と運用条件
   とに基づいて予め定められた火炉内部の垂直軸方向の基
   準となる温度分布と前記検出された温度分布との温度偏
   差を算出する手順と、該算出された温度偏差を１変数と
   する関数に基づいて操作端に対する先行制御信号を生成
   する手順と、要求されるボイラ負荷に基づいて定められ
   る設定信号と検出された再熱蒸気温度との偏差を算出す
   る手順と、該偏差に基づいて操作端に対する制御信号を
   生成する手順と、該制御信号と前記先行制御信号とに基
   づいて操作端の操作量を指示する操作信号を出力する手
   順と、を備えていることを特徴とする再熱蒸気温度制御
   方法。
3. 【請求項３】火炉内の垂直軸方向の複数個所の燃焼火炎
   画像を画素ごとに画像の輝度に応じた数値を持つディジ
   タル信号に変換して２次元輝度画像とし、該２次元輝度
   画像を燃焼火炎温度に変換し、該燃焼火炎温度に基づい
   て火炉内部の垂直軸方向の温度分布の検出が行われるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の再熱蒸気温度
   制御方法。
4. 【請求項４】操作端が、火炉ホッパ入口ダンパおよびガ
   ス分配ダンパであることを特徴とする請求項１または２
   に記載の再熱蒸気温度制御方法。
5. 【請求項５】温度偏差が、火炉の垂直軸方向の各段バー
   ナ位置およびNOポート位置について算出されることを特
   徴とする請求項１または２に記載の再熱蒸気温度制御方
   法。
6. 【請求項６】温度偏差を１変数とする関数が、ファジー
   推論に基づくメンバシップ関数であることを特徴とする
   請求項１乃至５のいずれかに記載の再熱蒸気温度制御方
   法。
7. 【請求項７】火炉垂直軸方向に複数段配置されたバーナ
   と、該火炉で生成された燃焼ガスにより加熱される再熱
   器と、火炉への燃焼ガスの循環量を制御するダンパと、
   バーナへの燃焼ガス供給量を制御するダンパと、を備え
   たボイラの、再熱蒸気温度を制御する再熱蒸気温度制御
   装置において、火炉内の垂直軸方向の温度分布を検出す
   る手段と、予め設定された基準となる温度分布と前記検
   出された温度分布との温度偏差を算出し、該温度偏差を
   一変数とする関数とに基づいて前記ダンパに対する先行
   制御信号を生成する手段と、を備えたことを特徴とする
   再熱蒸気温度制御装置。
8. 【請求項８】火炉垂直軸方向に複数段配置されたバーナ
   と、該火炉で生成された燃焼ガスにより加熱される再熱
   器と、火炉への燃焼ガスの循環量を制御するダンパと、
   バーナへの燃焼ガス供給量を制御するダンパと、を備え
   たボイラの、再熱蒸気温度を制御する再熱蒸気温度制御
   装置において、火炉内の燃焼火炎画像を光学画像として
   出力する光学画像出力手段と、該光学画像を火炎の輝度
   を含む電気信号に変換する光電変換手段と、該電気信号
   に基づいて火炉垂直軸方向の温度分布を検出する温度分
   布検出手段と、予め設定された基準となる温度分布と前
   記検出された温度分布との温度偏差を算出し、該温度偏
   差を１変数とする関数に基づいて前記ダンパに対する先
   行制御信号を生成する先行制御指令演算部と、検出され
   る再熱蒸気温度とボイラに要求される負荷から定まる再
   熱蒸気設定温度との偏差を算出する偏差演算手段と、該
   偏差に基づいて前記ダンパに対する制御信号を生成する
   制御演算部と、該制御信号と前記先行制御信号とに基づ
   いて前記ダンパに対する操作信号を生成する信号演算部
   と、備えたことを特徴とする再熱蒸気温度制御装置。
9. 【請求項９】先行制御指令演算部に、先行制御信号を表
   示する表示手段が接続されていることを特徴とする請求
   項８に記載の再熱蒸気温度制御装置。