JP2956265B2 - ボイラの燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラの燃焼方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気再燃型コンバインドサイクル
を使用したボイラ設備が実用化されている。

【０００３】前記排気再燃焼型コンバインドサイクルを
使用したボイラ設備では、熱回収の効率面から、ユニッ
ト負荷（ガスタービン負荷とボイラ負荷の合計）に対し
ガスタービン負荷を極力高くして運転するので、ボイラ
負荷が低負荷の場合には、ボイラの燃焼用酸素は、ガス
タービンからの排ガス（ガスタービン排ガス）中の酸素
量で十分である。

【０００４】しかし、ユニット負荷が高負荷になると、
ガスタービン排ガス中の酸素量では、ボイラの燃焼用酸
素量が不足する場合があり、ボイラの燃焼用酸素を補う
には、別途通風機が必要となる。

【０００５】ところが、ガスタービンは負荷が同じでも
ガスタービンに吸入される大気の温度によりガスタービ
ン吸入空気量が変り、ガスタービン排ガス中の酸素量が
変るので、通風機によりボイラへ空気を補給する場合、
大気温度によって通風機から送給される空気流量を調整
する必要がある。

【０００６】又、通風機による空気流量を大気温度によ
って調整しても、ボイラ排ガス中の酸素濃度が適正な値
に保持されないこともあるので、ボイラでの良好な燃焼
を保持するには、ボイラ排ガス中の酸素濃度を適正に保
持するよう通風機から送給される空気流量を調整する必
要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
では排気再燃型コンバインドサイクルを使用したボイラ
設備において、通風機によりボイラへ供給される空気流
量を大気温度やボイラ排ガス中の酸素濃度により調整す
ることは特に考慮されておらず、最適の燃焼状態を得る
ことが困難であるという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ユニット負荷
が所定の値より低い場合はガスタービン排ガスを燃焼用
ガスとしてボイラへ送給し、ユニット負荷が所定の値よ
り高い場合はガスタービン排ガス及び空気を燃焼用ガス
としてボイラへ送給するボイラの燃焼方法において、ユ
ニット負荷に対応してボイラへ送給する空気の流量を、
大気温度及びボイラ排ガス中の酸素濃度に対応して調整
するものである。

【０００９】

【作用】燃焼用ガスとしてガスタービン排ガスと共にボ
イラへ送給される空気の流量は、ユニット負荷に対応し
て制御されるが、その際大気温度及びボイラ排ガス中の
酸素濃度に対応して調整されるため、ボイラは最適の燃
焼状態を保持できる。

【００１０】

【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。

【００１１】図１は本発明の一実施例で、１は発電機２
を駆動するようにしたガスタービン、３はボイラ、４は
ガスタービン１からガスタービン排ガスＧ₁を燃焼用ガ
スとしてボイラ３へ送給するダクト、５はガスタービン
１に並列に接続された通風機、６は大気（空気）Ａをダ
クト４を介しボイラ３へ送給し得るよう、通風機５とダ
クト４を接続するダクト、７はボイラ排ガスを後処理工
程へ送給するダクトである。

【００１２】又、８は通風機５の入側に接続され通風機
５へ吸引される空気Ａの温度（大気温度）Ｔ℃を検出す
るための温度検出器、９はダクト７に接続されボイラ排
ガスＧ₂中の酸素濃度Ｘ₁（％）を検出するための酸素濃
度検出器、１０はユニット負荷Ｕに対応した通風機５の
空気流量（通風機空気流量）Ｑ₀（ｍ³／ｈｒ）を求め、
出力する関数発生器、１１はユニット負荷Ｕに対応した
ダクト７中のボイラ排ガスＧ₂の酸素濃度Ｘ₀（％）を求
め、出力する関数発生器、１２は温度検出器８からの大
気温度Ｔに対応した空気流量修正係数Ｋ₁を求め、出力
する関数発生器、１３は関数発生器１０からの通風機空
気流量Ｑ₀と関数発生器１２からの空気流量修正係数Ｋ₁
を掛け、通風機修正空気流量Ｑ₁（ｍ³／ｈｒ）を求め、
出力する掛算機である。

【００１３】更に、１４は酸素濃度検出器９からの酸素
濃度Ｘ₁と関数発生器１１からのユニット負荷Ｕに対応
した酸素濃度Ｘ₀の偏差（酸素濃度偏差）ΔＸ（％）を
求め、出力する減算器、１５は減算器１４からの酸素濃
度偏差ΔＸに対応した空気流量修正係数Ｋ₂を出力する
関数発生器、１６は掛算器１３からの通風機修正空気流
量Ｑ₁に関数発生器１５からの空気流量修正係数Ｋ₂を掛
けて通風機修正空気流量Ｑ₂（ｍ³／ｈｒ）を求め、出力
する掛算器、１７は通風機修正空気流量Ｑ₂に対応した
通風機回転数Ｎ（ｒｐｍ）を求め、通風機５の駆動装置
１８に指令を与える関数発生器である。

【００１４】各関数発生器１０，１１，１２，１５，１
７には、理論計算や試運転時に得たデータをもとに予め
決定された関数Ｆ₁（ｘ）、Ｆ₂（ｘ）、Ｆ₃（ｘ）、Ｆ₄
（ｘ）、Ｆ₅（ｘ）（図２〜図６参照）が夫々入力され
ている。

【００１５】次に本発明の作動について図２〜図６をも
参照しつつ説明する。

【００１６】ボイラ運転時には、ユニット負荷Ｕが所定
の値より低い場合は、ガスタービン１からのガスタービ
ン排ガスＧ₁のみが、又ユニット負荷Ｕが所定の値より
高い場合は、ガスタービン１からのガスタービン排ガス
Ｇ₁及び通風機５からの空気Ａがボイラ３へ送給され、
燃料の燃焼が行われる。又燃料が燃焼して得られたガス
はボイラ３で水や蒸気を加熱したうえボイラ排ガスＧ₂
としてボイラ３から排出され、後工程へ送られる。

【００１７】又ボイラ運転時には、ユニット負荷Ｕは関
数発生器１０，１１に与えられ、関数発生器１０からは
ユニット負荷Ｕに対応した通風機空気流量Ｑ₀（図２参
照）が出力されて掛算器１３に与えられ、関数発生器１
１からはユニット負荷Ｕに対応した、ボイラ排ガスＧ₂
中の酸素濃度Ｘ₀（図３参照）が出力されて減算器１４
に与えられている。

【００１８】更に通風機５入側の大気温度Ｔは、温度検
出器８で検出されて関数発生器１２に与えられ、関数発
生器１２からは、通風機入側の大気温度Ｔに対応した空
気流量修正係数Ｋ₁（図４参照）が出力されて掛算器１
３に与えられ、ボイラ３から排出されてダクト７を流れ
るボイラ排ガスＧ₂中の酸素濃度Ｘ₁は酸素温度検出器９
で検出されて減算器１４に与えられ、減算器１４では、
酸素濃度偏差ΔＸ（＝Ｘ₀−Ｘ₁）が求められて関数発生
器１５に与えられ、関数発生器１５からは、酸素濃度偏
差ΔＸに対応した空気流量修正係数Ｋ₂（図５参照）が
出力されて掛算器１６に与えられている。なお、空気流
量修正係数Ｋ₁は基準となる空気温度の場合、１とする
と制御が容易である。

【００１９】而して、図２に示すように、ユニット負荷
ＵがＵ₀よりも低い場合には、通風機空気流量Ｑ₀は零で
あるため、掛算器１３から掛算器１６へ出力される通風
機修正空気流量Ｑ₁は零であり、従って掛算器１６から
関数発生器１７へ出力される通風機修正空気流量Ｑ₂も
零となる。このため関数発生器１７から通風機５の駆動
装置１８に与えられる通風機回転数Ｎは零となり、通風
機５は停止している。

【００２０】従って、通風機５が停止している場合は、
ガスタービン１からのガスタービン排ガスＧ₁のみが燃
焼用ガスとしてボイラ３へ送給され、ガスタービン排ガ
スＧ₁中の未燃の酸素により燃料の燃焼が行われる。

【００２１】ユニット負荷Ｕが図２のＵ₀よりも高い場
合は、ボイラ３での燃料の燃焼に必要な酸素は、ガスタ
ービン排ガスＧ₁中の酸素だけでは不足することにな
る。このため、関数発生器１０から掛算器１３へは、ユ
ニット負荷Ｕに対応した通風機空気流量Ｑ₀（＞０）が
与えられ、掛算器１３では、関数発生器１２からの空気
流量修正係数Ｋ₁が通風機空気流量Ｑ₀に掛けられて通風
機修正空気流量Ｑ₁（＝Ｋ₁Ｑ₀）が求められ、掛算器１
６へ与えられる。掛算器１３で空気流量修正係数Ｋ₁を
掛けることにより、通風機空気流量Ｑ₀は、大気温度Ｔ
に対応した流量に修正される。

【００２２】掛算器１６では、掛算器１３からの通風機
修正空気流量Ｑ₁に関数発生器１５からの空気流量修正
係数Ｋ₂が掛けられて通風機修正空気流量Ｑ₂（＝Ｋ
₂Ｑ₁）が求められる。通風機修正空気流量Ｑ₂は、ユニ
ット負荷Ｕに対応して求められた通風機空気流量Ｑ₀を
大気温度Ｔ及びボイラ排ガスＧ₂中の酸素濃度Ｘ₁をもと
に修正したものである。

【００２３】掛算器１６で求められた通風機修正空気流
量Ｑ₂は出力されて関数発生器１７へ与えられ、関数発
生器１７からは、通風機修正空気流量Ｑ₂に対応した通
風機回転数Ｎ（＞０）が出力されて駆動装置１８に与え
られ、駆動装置１８が駆動されて通風機５は所定の回転
数で回転する。このため、空気Ａは通風機５によりダク
ト６，４を介してボイラ３へ送給され、ガスタービン１
から送給されたガスタービン排ガスＧ₁中の酸素と共に
燃焼に供される。

【００２４】例えば、通風機５入側の大気温度Ｔが基準
の大気温度よりも高く、ボイラ排ガス中の酸素濃度Ｘ₁
がユニット負荷Ｕから定まる酸素濃度Ｘ₀よりも低い場
合は、ボイラ３へ導入される酸素量が燃焼に必要な酸素
量よりも少ないから、通風機５は回転数が増加するよう
制御され、通風機５入側の大気温度Ｔが基準の空気温度
よりも低く、ボイラ排ガス中の酸素濃度Ｘ₁がユニット
負荷Ｕから定まる酸素濃度Ｘ₀よりも高い場合は、ボイ
ラ３へ導入される酸素量が燃焼に必要な酸素量よりも多
いから、通風機５は回転数が減少するよう制御される。

【００２５】又、通風機５入側の大気温度Ｔが基準の空
気温度よりも高く、ボイラ排ガス中の酸素濃度Ｘ₁がユ
ニット負荷Ｕから定まる酸素濃度Ｘ₀よりも高い場合、
及び通風機５入側の大気温度Ｔが基準の空気温度よりも
低く、ボイラ排ガス中の酸素濃度Ｘ₁がユニット負荷Ｕ
から定まる酸素濃度Ｘ₀よりも低い場合は、通風機５の
回転数は増加若しくは減少するように制御されるが、大
気温度Ｔがどの程度基準の温度に対し高いか低いか、又
酸素濃度Ｘ₁がユニット負荷Ｕに対応した酸素濃度Ｘ₀に
対してどの程度高いか低いかにより所定の回転数に制御
される。

【００２６】上述のように、通風機５によりボイラ３へ
送給される空気流量を通風機５入側の大気温度Ｔ及びボ
イラ排ガスＧ₂中の酸素濃度Ｘ₁により調整するようにし
たため、ボイラ３における燃料の燃焼を最適に行うこと
が可能となる。

【００２７】なお、本発明の実施例では、ユニット負荷
が低い場合は通風機を停止させる場合について説明した
が、停止させず駆動し、最低流量の空気をボイラへ送給
し得るようにしても良いこと、通風機の回転数を制御す
るかわりに、通風機入側又は出側にダンパを設け、ダン
パの開度を調整するようにしても実施できること、酸素
濃度はボイラの節炭器よりも下流ならどこで検出するよ
うにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。

【００２８】

【発明の効果】本発明のボイラの燃焼方法によれば、ボ
イラへ送給される空気の流量を、大気温度及びボイラ排
ガス中の酸素濃度により調整するため、ボイラでの燃料
の燃焼を最適な状態にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボイラの燃焼方法に用いる制御ブロッ
ク図である。

【図２】本発明のボイラの燃焼方法におけるユニット負
荷と通風機空気流量の関係を表わすグラフである。

【図３】本発明のボイラの燃焼方法におけるユニット負
荷と酸素濃度の関係を表わすグラフである。

【図４】本発明のボイラの燃焼方法における通風機入側
の大気温度と空気流量修正係数の関係を表わすグラフで
ある。

【図５】本発明のボイラの燃焼方法における酸素濃度偏
差と空気流量修正係数の関係を表わすグラフである。

【図６】本発明のボイラの燃焼方法における通風機修正
空気流量と通風機回転数の関係を表わすグラフである。

【符号の説明】

３ ボイラ Ｑ₀ 通風機空気流量（空気の流量） Ｕ ユニット負荷 Ｔ 大気温度 Ｘ₁ 酸素濃度 Ｇ₁ ガスタービン排ガス Ｇ₂ ボイラ排ガス Ａ 大気（空気）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユニット負荷が所定の値より低い場合は
   ガスタービン排ガスを燃焼用ガスとしてボイラへ送給
   し、ユニット負荷が所定の値より高い場合はガスタービ
   ン排ガス及び空気を燃焼用ガスとしてボイラへ送給する
   ボイラの燃焼方法において、ユニット負荷に対応してボ
   イラへ送給する空気の流量を、大気温度及びボイラ排ガ
   ス中の酸素濃度に対応して調整することを特徴とするボ
   イラの燃焼方法。