JP2872378B2 - ボイラの火炉出口温度制御装置 - Google Patents

ボイラの火炉出口温度制御装置

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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はボイラの火炉出口温度制御装置に関するもの
である。
[従来の技術] 変圧運転用貫流ボイラでは、火炉の出口温度は重要な
制御対象の1つとなっている。
以下、従来のボイラの火炉出口温度制御装置を第4図
・第5図を用いて説明する。
第4図中、1はボイラ、2はボイラ1の火炉、3は火
炉2に設けられたバーナ、4は火炉2に接続された副側
壁、5は副側壁4に接続された後部伝熱部、6は後部伝
熱部5に接続された排ガスダクト、7は後部伝熱部5に
設けられた節炭器、8は副側壁4及び後部伝熱部5に設
けられた過熱器である。
第5図中、9はボイラ1の水・蒸気流路、10はボイラ
水、11は給水ポンプ、12は蒸気流量調整弁、13はタービ
ン、14はタービン13に接続された発電機、15は水・蒸気
流路9から分岐されたスプレー流路、16は過熱器8内部
に水スプレーを行うスプレー装置、17はスプレー流路15
の途中に設けられたスプレー流量計、18はスプレー流路
15の途中に設けられたスプレー流量調整弁である。
19は発電機出力指令、20は発電機出力指令19をスプレ
ー流量調整弁18制御用のスプレー流量設定値21に変換す
る関数発生器である。
22は発電機出力指令19を火炉出口温度設定値23に変換
する関数発生器である。
24は火炉出口温度設定値23と火炉2出口に設けられた
温度検出器25からの火炉出口温度検出値26との偏差を取
り火炉出口温度偏差値27を求める減算器である。
28は火炉出口温度偏差値27を基に、火炉出口温度設定
値23より火炉出口温度検出値26が大きい場合にはスプレ
ー流量を絞り、火炉出口温度検出値26より火炉出口温度
設定値23が大きい場合にはスプレー流量を増やすように
するためのスプレー流量補正値29を求める比例積分制御
器である。
30は前記スプレー流量設定値21にスプレー流量補正値
29を掛けて補正スプレー流量設定値31とする掛け算器で
ある。
32は補正スプレー流量設定値31とスプレー流量計17か
らのスプレー流量33との偏差を取りスプレー流量偏差値
34を求める減算器である。
35′はスプレー流量偏差値34をスプレー流量補正値35
とするための比例積分制御器である。
第4図においてバーナ3による燃料の燃焼によって発
生した燃焼ガスは、ボイラ1の火炉2、副側壁4、後部
伝熱部5を通って排ガスダクト6から排出され、途中、
火炉2の周壁、過熱器8、節炭器7の内部を流れる水や
蒸気を加熱する。
上記の水や蒸気の加熱の経過を第5図により詳しく説
明すると、給水ポンプ11によりボイラ1の水・蒸気流路
9に供給されたボイラ水10は、節炭器7、火炉2の周
壁、過熱器8の順に通って燃焼ガスによる順次加熱され
る。
一方、水・蒸気流路9からスプレー流路15に分岐した
ボイラ水10は、スプレー装置16から過熱器8内部に噴射
されて、過熱器8出口の蒸気の温度を制御するのに用い
られる。
過熱器8内部の蒸気は最終的に蒸気流量調整弁12によ
り所要量がタービン13に導入され、タービン13を駆動し
て、タービン13と同軸の発電機14に発電を行わせる。
スプレー装置16の制御は以下のようにして行なわれ
る。
発電機出力指令19は関数発生器20により発電器出力指
令19に見合ったスプレー流量設置値21に変換される。
又、発電機出力指令19は関数発生器22により発電機出
力指令19に見合った火炉出口温度設定値23に変換され
る。火炉出口温度設定値23は減算器24により火炉2出口
に設けられた温度検出器25からの火炉出口温度検出値26
との偏差を取られて火炉2の出口温度を一定とするため
のフィードバック制御に必要な火炉出口温度偏差値27と
され、火炉出口温度偏差値27は比例積分制御器28によ
り、火炉出口温度設定値23より火炉出口温度検出値26が
大きい場合にはスプレー流量を絞り、火炉出口温度検出
値26より火炉出口温度設定値23が大きい場合にはスプレ
ー流量を増やすようにするためのスプレー流量補正値29
とされ、掛け算器30により前記スプレー流量設定値21に
スプレー流量補正値29を掛けてスプレー流量設定値21を
スプレー流量補正値29で補正した補正スプレー流量設定
値31を求めるのに用いられる。
そして、補正スプレー流量設定値31は減算器32により
スプレー流量計17からのスプレー流量33との偏差を取ら
れてスプレー収量をフィードバック制御するためのスプ
レー流量偏差値34とされ、スプレー流量偏差値34は比例
積分制御器35′により制御に適した信号となるよう信号
処理されたスプレー流量補正量35とされスプレー流量調
整弁18の開度を調整してスプレー流量を制御するのに用
いられる。
このようにして、火炉2の出口温度が一定となるよう
スプレー流量設定値21を補正した補正スプレー流量設定
値31に基づき、スプレー流量が制御される。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来のボイラの火炉出口温度制御
装置には、以下のような問題があった。
即ち、上記したように発電機出力指令19に基づいて求
めた火炉出口温度設定値23によりスプレー流量設定値21
を補正していく方法では燃料の性状が一定の場合には支
障なく制御を行なうことができるが、性状の異なる燃料
を各種使用する場合、例えば炭種の異なる石炭を各種使
用する場合には、炭種によって火炉2の周壁に付着する
灰分の量が変化したり、石炭中の揮発分と固定炭素との
割合が変って発熱量が変化したりして、ボイラ1全体の
収熱量に対する、節炭器7と火炉2とを合計した収熱量
の割合が変化することから、収熱量の割合が低い場合に
は火炉2の出口温度が火炉出口温度設定値23より低くな
って火炉2の周壁における水や蒸気の加熱度が不足した
り、反対に収熱量の割合が高い場合には火炉2の出口温
度が火炉出口温度設定値23より高くなって火炉2の周壁
における水や蒸気の加熱度が過剰となったり、火炉2の
周壁のメタル温度が上昇したりするという問題が起って
いた。
本発明は上述の実情に鑑み、燃料の性状の変化による
火炉部分の収熱割合の変化に拘らず、火炉の出口温度を
火炉出口温度設定値どうりの温度に保ち得るようにし
た、ボイラの火炉出口温度制御装置を提供することを目
的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、ボイラ1の各部に設けた熱センサ36〜39
と、各熱センサ36〜39からの検出信号40〜43に基づい
て、ボイラ1全体の収熱量に対する、ボイラ1の節炭器
7の収熱量と火炉2の収熱量とを合計した収熱量の割合
を求める演算装置44と、演算装置44からの収熱量の割合
を示す信号46に基づいて火炉出口温度設定値49を求める
演算制御装置48と、火炉出口温度設定値49と火炉出口温
度信号42′との偏差を取り火炉出口温度偏差値27を求め
る減算器24と、火炉出口温度偏差値27を基にスプレー流
量補正値29を求める比例積分制御器28と、スプレー流量
調整弁18を制御するためのスプレー流量設定値47にスプ
レー流量補正値29を掛けて補正スプレー流量設定値31を
求める掛け算器30とを備えたことを特徴とするボイラの
火炉出口温度制御装置にかかるものである。
[作用] 本発明によれば、ボイラ1の各部に設けた熱センサ36
〜39からの検出信号40〜43に基づいて、演算装置44によ
り、ボイラ1全体の収熱量に対する、ボイラ1の節炭器
7と火炉2とを合計した収熱量の割合が求められ、演算
装置44からの収熱量の割合を示す信号46に基づいて演算
制御装置48により火炉出口温度設定値49が求められ、減
算器24により火炉出口温度設定値49と火炉出口温度信号
42′との偏差が取られて火炉出口温度偏差値27が求めら
れ、比例積分制御器28により火炉出口温度偏差値27を基
にスプレー流量補正値29が求められ、掛け算器30により
スプレー流量調整弁18を制御するためのスプレー流量設
定値47にスプレー流量補正量29が掛けられて補正スプレ
ー流量設定値31が求められる。
これにより、燃料の性状により節炭器7及び火炉2の
収熱量の割合が変化しても、火炉2の出口温度が火炉出
口温度設定値49どうりの温度に保たれる。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第1図は本発明の一実施例であり、図中第5図と同一
の部分は同一の符号を付してあるため説明を省略する。
36は水・蒸気流路9の節炭器7入口に設けられた、温
度検出器と圧力検出器を備えて成る熱センサ(以後、温
度検出器と圧力検出器を組合せたものを総称して熱セン
サと呼ぶ)、37は水・蒸気流路9の節炭器7出口と火炉
2入口の間に設けられた熱センサ、38は水・蒸気流路9
の火炉2出口に設けられた熱センサ、39は過熱器8の出
口に設けられた熱センサ、40,41,42,43は熱センサ36,3
7,38,39からの温度と圧力を示す検出信号であり、42′
は熱センサ38の検出信号42の一部を構成する火炉出口温
度信号である。44は検出信号40,41,42,43を入力して、
ボイラ1全体の収熱量に対する、節炭器7と火炉2とを
合計した収熱量の割合を算出する演算装置である。45は
収熱量の割合を示す信号46を入力して発電機出力指令19
に応じたスプレー流量調整弁18制御用のスプレー流量設
定値47を導き出す演算制御装置である。48は収熱量の割
合を示す信号46を入力して発電機出力指令19に応じた火
炉出口温度設定値49を導き出す演算制御装置である。
次に、作動について説明する。
水・蒸気流路9に供給されたボイラ水10が加熱され、
発電が行われる過程については第5図に示すものと同様
である。
バーナ3で燃焼される燃料として性状の異なる燃料を
使用する場合、例えば炭種の異なる石炭を各種使用する
場合には、炭種によって火炉2の周壁に付着する灰分の
量が変化したり、石炭中の揮発分と固定炭素との割合が
変って発熱量が変化したりするので、ボイラ1全体の収
熱量に対する、節炭器7と火炉2とを合計した収熱量の
割合が変化する。
そこで、熱センサ36,37,38,39により、夫々節炭器7
入口、節炭器7出口と火炉2入口の間、火炉2出口、水
・蒸気流路9出口の温度と圧力を検出して、検出信号4
0,41,42,43を演算装置44に入力し、演算装置44により、
各位置に於ける熱量を演算する。そして次に、検出信号
43によって得られた熱量から検出信号40によって得られ
た熱量を減算してボイラ1全体の収熱量を求めると共
に、検出信号41によって得られた熱量から検出信号40に
よって得られた熱量を減算して節炭器7の収熱量を求
め、且つ検出信号42から41を減算して火炉2の収熱量を
求める。更に節炭器7の収熱量と火炉2の収熱量を足し
た合計の収熱量をボイラ1全体の収熱量で割って、ボイ
ラ1全体の収熱量に対する、節炭器7の収熱量と火炉2
の収熱量とを合計した収熱量の割合を計算する。
演算装置44で収熱量の割合が計算されたら、収熱量の
割合を示す信号46を演算制御装置45に入力する。そし
て、演算制御装置45は発電機出力指令19の大きさに応じ
て第2図に示すような収熱量の割合とスプレー流量の関
係を表わす関数を複数備えているので、演算制御装置45
は現在の発電機出力指令19の大きさに応じた関数に基づ
いて、収熱量の割合に対応するスプレー流量を導き出
す。
第2図の関数は、節炭器7と火炉2とを合計した収熱
量を割合が小さい場合には、スプレー流路15側に流す水
の量を多くしてその分だけ節炭器7及び火炉2側に流す
水の量を減らすことにより、節炭器7及び火炉2におけ
る水や蒸気の加熱度を所定の値まで上げるように制御
し、反対に節炭器7と火炉2とを合計した収熱量の割合
が大きい場合には、スプレー流路15側に流す水の量を少
くしてその分だけ節炭器7及び火炉2側に流れる水の量
を増やすことにより、節炭器7及び火炉2における水や
蒸気の加熱度を所定の値まで下げるように制御する必要
があることから、収熱量の割合が上がるに従いスプレー
流量が下がる右下りの曲線となり、具体的な関数は発電
機出力指令19の大きさごとに予め計算或いは実験により
求められて演算装置44に入力されている。
演算制御装置45で、収熱量の割合に対応するスプレー
流量を導き出したら、該スプレー流量をスプレー流量設
定値47として第5図と同様にスプレー流量調整弁18の制
御に用いるようにする。
これにより、スプレー流量調整弁18は、スプレー流量
設定値47に基づいて、節炭器7と火炉2を合計した収熱
量の割合が低い場合には、スプレー流量が多くなり、反
対に節炭器7と火炉2を合計した収熱量の割合が高い場
合にはスプレー流量が少くなるよう制御される。
同時に、収熱量の割合を示す信号46を演算制御装置48
に入力する。演算制御装置48は発電機出力指令19の大き
さに応じて第3図に示すような収熱量の割合と火炉出口
温度の関係を表わす関数を複数備えているので、演算制
御装置48は現在の発電機出力指令19の大きさに応じた関
数に基づいて、収熱量の割合に対応する火炉出口温度を
導き出す。
第3図の関数は、収熱量の割合が上がるに従い火炉出
口温度が上がるので右上がりの曲線となり、具体的な関
数は発電機出力指令19の大きさごとに予め計算或いは実
験により求められて演算制御装置48に入力されている。
演算制御装置48では、収熱量の割合に対応する火炉出
口温度を導き出したら、該火炉出口温度を火炉出口温度
設定値49として第5図と同様にスプレー流量設定値47の
補正に用いるようにする。
このように収熱量の割合に基づいて、火炉出口温度設
定値49を求めスプレー流量調整弁18を制御するためのス
プレー流量設定値47を補正するようにしたことにより、
異なる性状の燃料、特に炭種の異なる石炭を燃料として
使用した場合にも、火炉2の出口温度を常に火炉出口温
度設定値49どうりの温度に保つことができる。
尚、本発明のボイラの火炉出口温度制御装置は、上述
の実施例にのみ限定されるものではなく、燃料は石炭に
限らないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のボイラの火炉出口温度
制御装置によれば、ボイラ1全体の収熱量に対する節炭
器7と火炉2との合計の収熱量の割合を求め、該収熱量
の割合を基に火炉出口温度設定値49を求めて、火炉出口
温度設定値49を基にスプレー流量調整弁18を制御するた
めのスプレー流量設定値47を補正するようにしたので、
性状の異なる燃料を使用した場合でも火炉2の出口温度
を常に火炉出口温度設定値49どうりの温度に保つことが
できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す水・蒸気系統図、第2
図は発電機出力指令が一定の場合における収熱量の割合
とスプレー流量の関係を示す線図、第3図は発電機出力
指令が一定の場合における収熱量の割合と火炉出口温度
の関係を示す線図、第4図は従来例を説明するための一
般的なボイラの概略全体側面図、第5図は従来例の水・
蒸気系統図である。 図中、1はボイラ、2は火炉、7は節炭器、18はスプレ
ー流量調整弁、24は減算器、27は火炉出口温度偏差値、
28は比例積分制御器、29はスプレー流量補正値、30は掛
け算器、31は補正スプレー流量設定値、36〜39は熱セン
サ、40〜43は各熱センサ36〜39からの検出信号、42′は
火炉出口温度信号、44は収熱量の割合を求める演算装
置、46は演算装置44からの収熱量の割合を示す信号、47
はスプレー流量設定値、48は演算制御装置、49は火炉出
口温度設定値を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 伸也 東京都江東区豊洲3丁目2番16号 石川 島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (56)参考文献 特開 昭60−245906(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F22G 5/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ボイラ1の各部に設けた熱センサ36〜39
    と、各熱センサ36〜39からの検出信号40〜43に基づい
    て、ボイラ1全体の収熱量に対する、ボイラ1の節炭器
    7の収熱量と火炉2の収熱量とを合計した収熱量の割合
    を求める演算装置44と、演算装置44からの収熱量の割合
    を示す信号46に基づいて火炉出口温度設定値49を求める
    演算制御装置48と、火炉出口温度設定値49と火炉出口温
    度信号42′との偏差を取り火炉出口温度偏差値27を求め
    る減算器24と、火炉出口温度偏差値27を基にスプレー流
    量補正値29を求める比例積分制御器28と、スプレー流量
    調整弁18を制御するためのスプレー流量設定値47にスプ
    レー流量補正値29を掛けて補正スプレー流量設定値31を
    求める掛け算器30とを備えたことを特徴とするボイラの
    火炉出口温度制御装置。
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