JP3455389B2 - 外部燃焼式過熱器の制御方法 - Google Patents
外部燃焼式過熱器の制御方法Info
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- JP3455389B2 JP3455389B2 JP07704297A JP7704297A JP3455389B2 JP 3455389 B2 JP3455389 B2 JP 3455389B2 JP 07704297 A JP07704297 A JP 07704297A JP 7704297 A JP7704297 A JP 7704297A JP 3455389 B2 JP3455389 B2 JP 3455389B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部燃焼式過熱器
の制御方法に関し、詳しくは、一次燃焼室に燃料と共に
一次燃焼用空気を供給するとともに、二次燃焼室に二次
燃焼用空気を供給して、燃焼器に供給される燃料を二段
燃焼させながら、蒸気過熱路内の蒸気を過熱して前記蒸
気過熱路出口の過熱蒸気の温度を調整する外部燃焼式過
熱器に関する。
の制御方法に関し、詳しくは、一次燃焼室に燃料と共に
一次燃焼用空気を供給するとともに、二次燃焼室に二次
燃焼用空気を供給して、燃焼器に供給される燃料を二段
燃焼させながら、蒸気過熱路内の蒸気を過熱して前記蒸
気過熱路出口の過熱蒸気の温度を調整する外部燃焼式過
熱器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、外部燃焼式過熱器においては、図
10に示すように、燃焼室1からの燃焼ガス流路に蒸気
過熱路10の接触伝熱部11を配置して、前記燃焼室1
に備えた燃焼器4への燃料供給路5に供給する燃料供給
量を調節する過熱器制御装置Cを設けて、前記燃焼室1
からの燃焼排ガスに接する蒸気過熱路10の接触伝熱部
11を介して焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気を過熱する
ように構成され、前記燃焼室1には燃焼器4に燃料供給
路5からの天然ガス等のガス燃料が供給され、同時に空
気供給路6から燃焼用空気が供給され、前記過熱器制御
装置Cの燃焼用空気調整手段30によって全空気調整弁
30aを調節するように構成してある。そして、燃焼ガ
ス流路出口14から分岐する排ガス循環路15を備え、
循環ブロワ16によって燃焼ガスの一部を循環して、前
記燃焼室1の周壁2に沿って流れる冷却ガスとして冷却
ガス流路22を通じて再び前記燃焼室1に送り込まれる
ようにして、前記周壁を過熱から保護する冷却機構2a
を設けている。
10に示すように、燃焼室1からの燃焼ガス流路に蒸気
過熱路10の接触伝熱部11を配置して、前記燃焼室1
に備えた燃焼器4への燃料供給路5に供給する燃料供給
量を調節する過熱器制御装置Cを設けて、前記燃焼室1
からの燃焼排ガスに接する蒸気過熱路10の接触伝熱部
11を介して焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気を過熱する
ように構成され、前記燃焼室1には燃焼器4に燃料供給
路5からの天然ガス等のガス燃料が供給され、同時に空
気供給路6から燃焼用空気が供給され、前記過熱器制御
装置Cの燃焼用空気調整手段30によって全空気調整弁
30aを調節するように構成してある。そして、燃焼ガ
ス流路出口14から分岐する排ガス循環路15を備え、
循環ブロワ16によって燃焼ガスの一部を循環して、前
記燃焼室1の周壁2に沿って流れる冷却ガスとして冷却
ガス流路22を通じて再び前記燃焼室1に送り込まれる
ようにして、前記周壁を過熱から保護する冷却機構2a
を設けている。
【0003】また、燃焼ガス温度を極力高くする目的
で、空気による火炎の冷却を避けるために過剰空気率を
極力低くし、且つ空気予熱器17で燃焼用空気に排ガス
の熱を回収し、さらに攪拌用ガスとして前記排ガス循環
路15からの循環排ガスの一部を拡散ガス流路23を通
じて一次燃焼室1Aの出口に吹き込んで、前記一次燃焼
室1Aからの未燃ガスを残余の酸素と接触させて完全燃
焼させることを図っている。このために、二次燃焼室1
Bの入口に拡散機構3を設けて、前記拡散ガス流路23
からの循環排ガスによる攪拌効果をさらに高めるように
してある。
で、空気による火炎の冷却を避けるために過剰空気率を
極力低くし、且つ空気予熱器17で燃焼用空気に排ガス
の熱を回収し、さらに攪拌用ガスとして前記排ガス循環
路15からの循環排ガスの一部を拡散ガス流路23を通
じて一次燃焼室1Aの出口に吹き込んで、前記一次燃焼
室1Aからの未燃ガスを残余の酸素と接触させて完全燃
焼させることを図っている。このために、二次燃焼室1
Bの入口に拡散機構3を設けて、前記拡散ガス流路23
からの循環排ガスによる攪拌効果をさらに高めるように
してある。
【0004】さらに、蒸気供給路24を経て廃熱ボイラ
から供給される蒸気量が低下した場合に過熱蒸気温度が
高くなり過ぎることを防止するために、水添加機構13
を構成する水供給機構13Aから蒸気過熱路10の接触
伝熱部11内の蒸気にその乾き度が低下しすぎない範囲
で水を添加し、さらに出口蒸気検出手段21の温度検出
部21aで温度が必要以上に上昇したことを検出する
と、前記水添加機構13の他の構成要素である前記蒸気
過熱路10に備える減温機構13Bから前記蒸気過熱路
10内の蒸気にさらに水を添加して後続の接触伝熱部1
1の出口過熱蒸気温度を低下させるように構成してあ
る。
から供給される蒸気量が低下した場合に過熱蒸気温度が
高くなり過ぎることを防止するために、水添加機構13
を構成する水供給機構13Aから蒸気過熱路10の接触
伝熱部11内の蒸気にその乾き度が低下しすぎない範囲
で水を添加し、さらに出口蒸気検出手段21の温度検出
部21aで温度が必要以上に上昇したことを検出する
と、前記水添加機構13の他の構成要素である前記蒸気
過熱路10に備える減温機構13Bから前記蒸気過熱路
10内の蒸気にさらに水を添加して後続の接触伝熱部1
1の出口過熱蒸気温度を低下させるように構成してあ
る。
【0005】上記過熱器Sにおいては、蒸気供給路24
に配置した入口蒸気検出手段20の温度検出部20aで
検出する廃熱ボイラからの供給蒸気の温度と、流量検出
部20bで検出する供給蒸気量に基づき前記過熱器制御
装置Cに備える燃焼入熱量調整手段31により前記ガス
燃料の供給量を設定し、燃料供給路5に設けられた燃料
調整弁31aを調節して前記設定した供給量に前記ガス
燃料の供給量を制御するようにしてあり、前記燃焼用空
気調整手段30では、前記燃料調整弁31aの調節に連
動して全空気調整弁30aをPID制御して前記燃焼用
空気の供給量を調節している。
に配置した入口蒸気検出手段20の温度検出部20aで
検出する廃熱ボイラからの供給蒸気の温度と、流量検出
部20bで検出する供給蒸気量に基づき前記過熱器制御
装置Cに備える燃焼入熱量調整手段31により前記ガス
燃料の供給量を設定し、燃料供給路5に設けられた燃料
調整弁31aを調節して前記設定した供給量に前記ガス
燃料の供給量を制御するようにしてあり、前記燃焼用空
気調整手段30では、前記燃料調整弁31aの調節に連
動して全空気調整弁30aをPID制御して前記燃焼用
空気の供給量を調節している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の外部燃焼式
過熱器の制御方法においては、蒸気供給路24を経て廃
熱ボイラから供給される蒸気量が低下した場合、即ち、
入口蒸気検出手段20の流量検出部20bで入口蒸気の
流量低下を検出した場合に、蒸気過熱路10内の蒸気が
異常に上昇することがあり、燃焼器4への燃料供給量を
減少すると同時に、過剰空気の供給により燃焼ガス温度
を低下させるようにして対策を講じているが、過剰空気
により燃焼ガスを希釈して冷却しても、炉内の温度が急
激に低下することはないので、炉内の熱輻射の影響で接
触伝熱部11の管路への輻射伝熱が残り、この炉内の熱
輻射による輻射伝熱が制御の応答遅れを招き、異常に上
昇した過熱蒸気温度を急速に低下させることが困難とな
る。また、燃焼ガス温度を低下させることは、熱伝達に
関しては燃料供給量を低下させることと同様の結果を招
き、燃料の効率を低下させることになる。しかも、入口
蒸気の流量に燃焼ガス温度を合わせれば、過熱蒸気の温
度が異常に上昇することは防止できるものの、前記入口
蒸気の流量に見合う入熱量以上の熱量を蒸気過熱路内の
蒸気に伝達することができず、水を蒸気過熱路に添加し
て低下した蒸気量を補うことができないという問題もあ
り、さらに過剰空気を供給することにより排ガス量が増
加し、排ガスの持ち出す顕熱に由来する熱損失の増大を
招くという問題を生ずる。
過熱器の制御方法においては、蒸気供給路24を経て廃
熱ボイラから供給される蒸気量が低下した場合、即ち、
入口蒸気検出手段20の流量検出部20bで入口蒸気の
流量低下を検出した場合に、蒸気過熱路10内の蒸気が
異常に上昇することがあり、燃焼器4への燃料供給量を
減少すると同時に、過剰空気の供給により燃焼ガス温度
を低下させるようにして対策を講じているが、過剰空気
により燃焼ガスを希釈して冷却しても、炉内の温度が急
激に低下することはないので、炉内の熱輻射の影響で接
触伝熱部11の管路への輻射伝熱が残り、この炉内の熱
輻射による輻射伝熱が制御の応答遅れを招き、異常に上
昇した過熱蒸気温度を急速に低下させることが困難とな
る。また、燃焼ガス温度を低下させることは、熱伝達に
関しては燃料供給量を低下させることと同様の結果を招
き、燃料の効率を低下させることになる。しかも、入口
蒸気の流量に燃焼ガス温度を合わせれば、過熱蒸気の温
度が異常に上昇することは防止できるものの、前記入口
蒸気の流量に見合う入熱量以上の熱量を蒸気過熱路内の
蒸気に伝達することができず、水を蒸気過熱路に添加し
て低下した蒸気量を補うことができないという問題もあ
り、さらに過剰空気を供給することにより排ガス量が増
加し、排ガスの持ち出す顕熱に由来する熱損失の増大を
招くという問題を生ずる。
【0007】また、前記出口蒸気検出手段21の温度検
出部21aで温度の必要以上の上昇を検出すると、前記
減温機構13Bから蒸気過熱路10内の蒸気にさらに水
を添加して過熱蒸気温度を低下させるようにしている
が、前記水添加機構13は制御応答が速く、下流側の接
触伝熱部11に供給される蒸気の温度を即時低下させる
が、前記燃料供給量の減少或いは空気過剰率の増加は、
炉内全体に影響を及ぼすとともに、過熱器内の熱的慣性
が大きいことから、前記下流側の接触伝熱部11内の蒸
気の過熱温度に制御応答に遅れを生じやすいので、これ
らの制御動作の整合を図ることが困難であるという問題
を有している。そこで、本発明は、上記の問題点を解決
し、熱効率の低下を招くことを回避しながら、相互に制
御応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部
燃焼式過熱器の制御方法を提供することを目的とする。
出部21aで温度の必要以上の上昇を検出すると、前記
減温機構13Bから蒸気過熱路10内の蒸気にさらに水
を添加して過熱蒸気温度を低下させるようにしている
が、前記水添加機構13は制御応答が速く、下流側の接
触伝熱部11に供給される蒸気の温度を即時低下させる
が、前記燃料供給量の減少或いは空気過剰率の増加は、
炉内全体に影響を及ぼすとともに、過熱器内の熱的慣性
が大きいことから、前記下流側の接触伝熱部11内の蒸
気の過熱温度に制御応答に遅れを生じやすいので、これ
らの制御動作の整合を図ることが困難であるという問題
を有している。そこで、本発明は、上記の問題点を解決
し、熱効率の低下を招くことを回避しながら、相互に制
御応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部
燃焼式過熱器の制御方法を提供することを目的とする。
【0008】
〔第1特徴構成〕上記の目的のための本発明の外部燃焼
式過熱器の制御方法の第1特徴構成は、請求項1に記載
の如く、蒸気過熱路の一部を、一次燃焼室の周壁に沿っ
て配置した輻射伝熱部で構成し、前記蒸気過熱路入口の
蒸気の流量と温度を検出する入口蒸気検出手段と、前記
燃焼器への燃料供給量に対応して所定空気比に燃焼用空
気供給量を設定する燃焼用空気調整手段と、前記蒸気過
熱路出口の蒸気温度を検出する出口蒸気検出手段とを設
けて、前記入口蒸気検出手段の検出結果に基づき前記燃
焼器への燃料供給量を決定するとともに、前記一次燃焼
用空気の供給量を前記燃料供給量に対する理論空気量よ
りも少なくして火炎の輝度を高めながら、前記出口蒸気
検出手段の検出結果に基づき、その検出結果の所定温度
に対する高低に対して、前記燃焼用空気量のうちの前記
一次燃焼用空気の供給量を増減し、前記輻射伝熱部への
輻射伝熱量を調整して、前記蒸気過熱路出口の過熱蒸気
の温度を調整する点にある。 〔第1特徴構成の作用効果〕上記第1特徴構成によれ
ば、熱効率の低下を招くことを回避しながら、蒸気量或
いは蒸気温度の変動に対しての過渡応答に際しての各操
作量の応答速度の差を小さくして、制御応答の整合を図
れるようになる。つまり、一次燃焼室の周壁に配置した
輻射伝熱部への輻射熱伝達は制御応答が速く、例えば蒸
気過熱路内の蒸気に水を添加した場合にもその急速な蒸
気量の変動及び蒸気温度の変動、即ち所要熱量の変動に
対しても、総入熱量は燃料供給量の変化で対応し、蒸気
過熱路出口に至るまでの時間内に対処すればよく、前記
蒸気過熱路出口の温度の変化に対しては、一次燃焼用空
気の供給量を調節して火炎の輝度を変化させることで即
応できるようになる。これは、一次燃焼条件が理論空気
比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を維持
できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しないこと
から、輻射伝熱量は殆ど火炎の輝度の変化に依存して変
化することによるものである。具体的に説明すれば、出
口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が低下した場合に
は、一次空気量を減量すれば、一次空気による火炎の冷
却を抑制する結果、ほぼ同等の燃焼発熱量の減少と相殺
して火炎の温度は変化しないのである。また、逆に、前
記出口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が上昇した場合
には、一次空気量を増量すれば、一次空気による火炎を
さらに冷却するようになる結果、ほぼ同等の燃焼発熱量
の増大と相殺して火炎の温度は変化しないのである。従
って、入熱量の所要入熱量からの偏差を抑制しながら、
出口過熱蒸気温度を制御することが可能になり、燃焼と
熱伝達との間の整合を維持できるようになる。その結
果、熱効率の低下を招くことを避けながら、相互に制御
応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部燃
焼式過熱器の制御が可能となった。
式過熱器の制御方法の第1特徴構成は、請求項1に記載
の如く、蒸気過熱路の一部を、一次燃焼室の周壁に沿っ
て配置した輻射伝熱部で構成し、前記蒸気過熱路入口の
蒸気の流量と温度を検出する入口蒸気検出手段と、前記
燃焼器への燃料供給量に対応して所定空気比に燃焼用空
気供給量を設定する燃焼用空気調整手段と、前記蒸気過
熱路出口の蒸気温度を検出する出口蒸気検出手段とを設
けて、前記入口蒸気検出手段の検出結果に基づき前記燃
焼器への燃料供給量を決定するとともに、前記一次燃焼
用空気の供給量を前記燃料供給量に対する理論空気量よ
りも少なくして火炎の輝度を高めながら、前記出口蒸気
検出手段の検出結果に基づき、その検出結果の所定温度
に対する高低に対して、前記燃焼用空気量のうちの前記
一次燃焼用空気の供給量を増減し、前記輻射伝熱部への
輻射伝熱量を調整して、前記蒸気過熱路出口の過熱蒸気
の温度を調整する点にある。 〔第1特徴構成の作用効果〕上記第1特徴構成によれ
ば、熱効率の低下を招くことを回避しながら、蒸気量或
いは蒸気温度の変動に対しての過渡応答に際しての各操
作量の応答速度の差を小さくして、制御応答の整合を図
れるようになる。つまり、一次燃焼室の周壁に配置した
輻射伝熱部への輻射熱伝達は制御応答が速く、例えば蒸
気過熱路内の蒸気に水を添加した場合にもその急速な蒸
気量の変動及び蒸気温度の変動、即ち所要熱量の変動に
対しても、総入熱量は燃料供給量の変化で対応し、蒸気
過熱路出口に至るまでの時間内に対処すればよく、前記
蒸気過熱路出口の温度の変化に対しては、一次燃焼用空
気の供給量を調節して火炎の輝度を変化させることで即
応できるようになる。これは、一次燃焼条件が理論空気
比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を維持
できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しないこと
から、輻射伝熱量は殆ど火炎の輝度の変化に依存して変
化することによるものである。具体的に説明すれば、出
口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が低下した場合に
は、一次空気量を減量すれば、一次空気による火炎の冷
却を抑制する結果、ほぼ同等の燃焼発熱量の減少と相殺
して火炎の温度は変化しないのである。また、逆に、前
記出口蒸気検出手段で検出する蒸気温度が上昇した場合
には、一次空気量を増量すれば、一次空気による火炎を
さらに冷却するようになる結果、ほぼ同等の燃焼発熱量
の増大と相殺して火炎の温度は変化しないのである。従
って、入熱量の所要入熱量からの偏差を抑制しながら、
出口過熱蒸気温度を制御することが可能になり、燃焼と
熱伝達との間の整合を維持できるようになる。その結
果、熱効率の低下を招くことを避けながら、相互に制御
応答の整合を図り、制御手順の複雑化を招かない外部燃
焼式過熱器の制御が可能となった。
【0009】〔第2特徴構成及び作用効果〕尚、本発明
の外部燃焼式過熱器の制御方法の第2特徴構成は、請求
項2に記載の如く、前記第1特徴構成における燃焼ガス
流路出口の排ガス中の酸素濃度に基づき、前記酸素濃度
の増減に対して、燃焼用空気調整手段の設定量に対して
燃焼用空気供給量を減増するように調整する点にあり、
これによって、出口過熱蒸気温度を所定の温度に維持し
ながら、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度を所定
濃度に維持できるようになる。従って、燃料の完全燃焼
を確実に達成することが可能となり、一酸化炭素の排出
を抑制できるようになる。つまり、上述のように、理論
空気比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を
維持できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しない
ことから、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度の増
減に対して燃焼用空気の量を減増しても蒸気過熱路内の
蒸気への熱伝達量が大きく変化することはなく、排ガス
中の酸素濃度が所定濃度より高い場合に燃焼用空気の供
給量を減少しても、一次空気量を別途制御してあれば出
口過熱蒸気温度の制御に影響を及ぼすような不都合はな
い。従って、燃焼室における燃焼条件を蒸気過熱の制御
に対してほぼ独立して制御できるようになる。その結
果、燃料の熱効率の低下を回避しながら制御手順の複雑
化を招かず、相互に制御応答の整合を図りつつ、燃焼条
件を好適に維持して、排ガス中の一酸化炭素濃度を低減
できる外部燃焼式過熱器の制御が可能となった。
の外部燃焼式過熱器の制御方法の第2特徴構成は、請求
項2に記載の如く、前記第1特徴構成における燃焼ガス
流路出口の排ガス中の酸素濃度に基づき、前記酸素濃度
の増減に対して、燃焼用空気調整手段の設定量に対して
燃焼用空気供給量を減増するように調整する点にあり、
これによって、出口過熱蒸気温度を所定の温度に維持し
ながら、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度を所定
濃度に維持できるようになる。従って、燃料の完全燃焼
を確実に達成することが可能となり、一酸化炭素の排出
を抑制できるようになる。つまり、上述のように、理論
空気比以下の一次空気供給量の場合には、燃料の燃焼を
維持できる範囲内では燃焼火炎の温度が殆ど変化しない
ことから、燃焼ガス流路出口の排ガス中の酸素濃度の増
減に対して燃焼用空気の量を減増しても蒸気過熱路内の
蒸気への熱伝達量が大きく変化することはなく、排ガス
中の酸素濃度が所定濃度より高い場合に燃焼用空気の供
給量を減少しても、一次空気量を別途制御してあれば出
口過熱蒸気温度の制御に影響を及ぼすような不都合はな
い。従って、燃焼室における燃焼条件を蒸気過熱の制御
に対してほぼ独立して制御できるようになる。その結
果、燃料の熱効率の低下を回避しながら制御手順の複雑
化を招かず、相互に制御応答の整合を図りつつ、燃焼条
件を好適に維持して、排ガス中の一酸化炭素濃度を低減
できる外部燃焼式過熱器の制御が可能となった。
【0010】
【発明の実施の形態】上記本発明の外部燃焼式過熱器の
制御方法の実施の形態の一例について、以下に、図面を
参照しながら説明する。尚、前記従来の技術において説
明した要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に
関しては、先の図10に付したと同一の符号を付し、詳
細の説明の一部は省略する。外部燃焼式過熱器Sは、模
式的に図1に示すように、燃焼室1からの燃焼ガス流路
に蒸気過熱路10の接触伝熱部11を配置するととも
に、前記接触伝熱部11の下方に、上下方向姿勢に並設
された輻射伝熱部12を構成する複数の竪型伝熱管12
cを、前記燃焼室1の上下全長にわたって配置してあ
る。前記複数の竪型伝熱管12cには、環状に形成され
前記接触伝熱部11に流路接続された分配管12aから
蒸気が供給され、同様に環状に形成された集合管12b
で前記複数の竪型伝熱管12cの上端部から一括して蒸
気路に過熱蒸気を供給するように構成して竪型輻射伝熱
管群12Aを構成してある。前記分配管12aの蒸気入
口側を前記接触伝熱部11の蒸気出口側に流路接続して
蒸気過熱路10を構成するとともに、前記接触伝熱部1
1の入口に焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気供給路24を
接続し、前記集合管12b出口に発電装置への蒸気路を
接続してある。
制御方法の実施の形態の一例について、以下に、図面を
参照しながら説明する。尚、前記従来の技術において説
明した要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に
関しては、先の図10に付したと同一の符号を付し、詳
細の説明の一部は省略する。外部燃焼式過熱器Sは、模
式的に図1に示すように、燃焼室1からの燃焼ガス流路
に蒸気過熱路10の接触伝熱部11を配置するととも
に、前記接触伝熱部11の下方に、上下方向姿勢に並設
された輻射伝熱部12を構成する複数の竪型伝熱管12
cを、前記燃焼室1の上下全長にわたって配置してあ
る。前記複数の竪型伝熱管12cには、環状に形成され
前記接触伝熱部11に流路接続された分配管12aから
蒸気が供給され、同様に環状に形成された集合管12b
で前記複数の竪型伝熱管12cの上端部から一括して蒸
気路に過熱蒸気を供給するように構成して竪型輻射伝熱
管群12Aを構成してある。前記分配管12aの蒸気入
口側を前記接触伝熱部11の蒸気出口側に流路接続して
蒸気過熱路10を構成するとともに、前記接触伝熱部1
1の入口に焼却炉の廃熱ボイラからの蒸気供給路24を
接続し、前記集合管12b出口に発電装置への蒸気路を
接続してある。
【0011】前記接触伝熱部11は、前記二次燃焼室1
B上方の燃焼ガス流路に、前記燃焼室1からの燃焼ガス
に接触可能に配置してあり、前記竪型伝熱管12cを複
数上下姿勢で前記周壁2に沿って連設配置してあり、前
記分配管12aの蒸気入口側を前記接触伝熱部11の蒸
気出口側に流路接続した蒸気過熱路10に、流路内の蒸
気に水を添加する水添加機構13を配置してある。前記
接触伝熱部11の蒸気入口側が蒸気供給路24に接続さ
れて、蒸気過熱路10の蒸気入口10aとなり、前記集
合管12bの蒸気出口側が蒸気過熱路10の過熱蒸気出
口10bとなる。尚、上記複数の竪型伝熱管12cは、
周壁2の内面と離間して配置してあってもよく、また、
メブレンウォールに形成して、前記周壁2を冷却する蒸
気冷却壁を構成するように配置してあってもよい。
B上方の燃焼ガス流路に、前記燃焼室1からの燃焼ガス
に接触可能に配置してあり、前記竪型伝熱管12cを複
数上下姿勢で前記周壁2に沿って連設配置してあり、前
記分配管12aの蒸気入口側を前記接触伝熱部11の蒸
気出口側に流路接続した蒸気過熱路10に、流路内の蒸
気に水を添加する水添加機構13を配置してある。前記
接触伝熱部11の蒸気入口側が蒸気供給路24に接続さ
れて、蒸気過熱路10の蒸気入口10aとなり、前記集
合管12bの蒸気出口側が蒸気過熱路10の過熱蒸気出
口10bとなる。尚、上記複数の竪型伝熱管12cは、
周壁2の内面と離間して配置してあってもよく、また、
メブレンウォールに形成して、前記周壁2を冷却する蒸
気冷却壁を構成するように配置してあってもよい。
【0012】前記燃焼室1は、通常は燃料を不足空気燃
焼させる一次燃焼室1Aと、その上方に配置した前記一
次燃焼室1Aからの燃焼ガスに二次空気を供給して完全
燃焼させる二次燃焼室1Bとで構成してある。前記一次
燃焼室1Aには、供給される天然ガス等のガス燃料と空
気とを混合して着火し、前記一次燃焼室1A内で燃焼火
炎を形成させる燃焼器4が設けられており、前記燃焼器
4には、燃料供給路5と一次空気路7とが接続されてい
る。前記一次空気路7は、空気供給路6に前記過熱器制
御装置Cに備える輝炎燃焼制御部32によって調節する
一次空気調整弁32aを介して接続されており、前記空
気供給路6の全空気調整弁30aと前記一次空気調整弁
32aとの間から二次空気路8を分岐して、前記一次燃
焼室1Aと前記二次燃焼室1Bとの境界部に二次空気を
供給するように構成してある。こうして燃焼用空気の総
量を、前記決定された所要空気量に合わせて前記全空気
調整弁3aで調節し、前記輝炎燃焼制御部32によって
燃焼火炎を輝炎化するために設定された不足空気比に合
わせて前記一次空気調整弁32aによって一次空気量を
調節するように構成してある。前記空気供給路6には押
込送風機構9から燃焼用空気が供給される。
焼させる一次燃焼室1Aと、その上方に配置した前記一
次燃焼室1Aからの燃焼ガスに二次空気を供給して完全
燃焼させる二次燃焼室1Bとで構成してある。前記一次
燃焼室1Aには、供給される天然ガス等のガス燃料と空
気とを混合して着火し、前記一次燃焼室1A内で燃焼火
炎を形成させる燃焼器4が設けられており、前記燃焼器
4には、燃料供給路5と一次空気路7とが接続されてい
る。前記一次空気路7は、空気供給路6に前記過熱器制
御装置Cに備える輝炎燃焼制御部32によって調節する
一次空気調整弁32aを介して接続されており、前記空
気供給路6の全空気調整弁30aと前記一次空気調整弁
32aとの間から二次空気路8を分岐して、前記一次燃
焼室1Aと前記二次燃焼室1Bとの境界部に二次空気を
供給するように構成してある。こうして燃焼用空気の総
量を、前記決定された所要空気量に合わせて前記全空気
調整弁3aで調節し、前記輝炎燃焼制御部32によって
燃焼火炎を輝炎化するために設定された不足空気比に合
わせて前記一次空気調整弁32aによって一次空気量を
調節するように構成してある。前記空気供給路6には押
込送風機構9から燃焼用空気が供給される。
【0013】前記二次燃焼室1Bの出口部には、燃焼ガ
ス温度を検出する燃焼ガス温度検出手段18を設けてあ
り、燃焼ガス流路出口14に燃焼ガス流路からの排ガス
の温度を検出する温度検出部19aと排ガスの流量を検
出する流量検出部19bとを備える排ガス検出手段19
を設けてある。また、前記蒸気入口10aに入口蒸気の
温度を検出する温度検出部20aと流量を検出する流量
検出部20bとを備えた入口蒸気検出手段20を設け、
前記過熱蒸気出口10bからの出口過熱蒸気の温度を検
出する温度検出部21aを備える出口蒸気検出手段21
を設けてある。そして、前記燃焼ガス温度検出手段18
と前記排ガス検出手段19と前記入口蒸気検出手段20
と前記出口蒸気検出手段21とからの入力に基づいて、
前記燃焼器4への燃料供給量を前記燃料調整弁31aで
調節するように燃焼入熱量調整手段31を前記過熱器制
御装置Cに設けてある。
ス温度を検出する燃焼ガス温度検出手段18を設けてあ
り、燃焼ガス流路出口14に燃焼ガス流路からの排ガス
の温度を検出する温度検出部19aと排ガスの流量を検
出する流量検出部19bとを備える排ガス検出手段19
を設けてある。また、前記蒸気入口10aに入口蒸気の
温度を検出する温度検出部20aと流量を検出する流量
検出部20bとを備えた入口蒸気検出手段20を設け、
前記過熱蒸気出口10bからの出口過熱蒸気の温度を検
出する温度検出部21aを備える出口蒸気検出手段21
を設けてある。そして、前記燃焼ガス温度検出手段18
と前記排ガス検出手段19と前記入口蒸気検出手段20
と前記出口蒸気検出手段21とからの入力に基づいて、
前記燃焼器4への燃料供給量を前記燃料調整弁31aで
調節するように燃焼入熱量調整手段31を前記過熱器制
御装置Cに設けてある。
【0014】前記燃焼制御装置Cは、前記水添加機構1
3を制御するようにも構成してあり、さらに、前記燃焼
器4に供給する燃料供給量に対して、空気の供給量を調
節する燃焼用空気調節手段30を備えており、前記燃焼
用空気調節手段30は、一次空気調整弁32aを調節し
て前記燃焼器4に供給する一次空気量を調整して、一次
燃焼火炎から前記竪型伝熱管12cへの輻射伝熱量を調
整する輝炎燃焼制御部32を備えており、さらに、前記
排ガス検出手段19には、燃焼ガス流路出口14に設け
られた排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度測定手段
19cを備えており、前記燃焼用空気調節手段30で
は、検出した酸素濃度を基に、排ガス中の酸素濃度を所
定濃度に維持するように前記全空気調整弁30aの開度
を再補正するように構成してある。
3を制御するようにも構成してあり、さらに、前記燃焼
器4に供給する燃料供給量に対して、空気の供給量を調
節する燃焼用空気調節手段30を備えており、前記燃焼
用空気調節手段30は、一次空気調整弁32aを調節し
て前記燃焼器4に供給する一次空気量を調整して、一次
燃焼火炎から前記竪型伝熱管12cへの輻射伝熱量を調
整する輝炎燃焼制御部32を備えており、さらに、前記
排ガス検出手段19には、燃焼ガス流路出口14に設け
られた排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度測定手段
19cを備えており、前記燃焼用空気調節手段30で
は、検出した酸素濃度を基に、排ガス中の酸素濃度を所
定濃度に維持するように前記全空気調整弁30aの開度
を再補正するように構成してある。
【0015】前記過熱器制御装置Cによる上述の外部燃
焼式過熱器Sの制御は、例えば図2にブロック流れ図を
示すように、以下のように行われる。先ず、前記過熱器
制御装置Cの燃焼入熱量調整手段31では、入口蒸気検
出手段20の温度検出手段20aで検出した入口蒸気の
温度と、流量検出手段20bで検出した流量の入力を受
けて、蒸気過熱路出口10bの出口蒸気条件を満足する
ための所要熱量を算出し、燃料供給量を設定する。これ
と同時に、設定した燃料供給量を燃焼用空気調節手段2
0に入力して、所定の空気過剰率に対応する燃焼用空気
供給量を初期設定するとともに、設定した燃料供給量
を、前記燃焼用空気調節手段20の輝炎燃焼制御部32
に入力して、予め設定してある不足空気率に対応する一
次空気供給量を初期設定する〈ステップ#1〉。尚、検
出した入口蒸気の流量が少ないときは、所要水添加量を
算出し、水添加機構13から蒸気過熱路10内部の蒸気
への水の添加量を調整する。
焼式過熱器Sの制御は、例えば図2にブロック流れ図を
示すように、以下のように行われる。先ず、前記過熱器
制御装置Cの燃焼入熱量調整手段31では、入口蒸気検
出手段20の温度検出手段20aで検出した入口蒸気の
温度と、流量検出手段20bで検出した流量の入力を受
けて、蒸気過熱路出口10bの出口蒸気条件を満足する
ための所要熱量を算出し、燃料供給量を設定する。これ
と同時に、設定した燃料供給量を燃焼用空気調節手段2
0に入力して、所定の空気過剰率に対応する燃焼用空気
供給量を初期設定するとともに、設定した燃料供給量
を、前記燃焼用空気調節手段20の輝炎燃焼制御部32
に入力して、予め設定してある不足空気率に対応する一
次空気供給量を初期設定する〈ステップ#1〉。尚、検
出した入口蒸気の流量が少ないときは、所要水添加量を
算出し、水添加機構13から蒸気過熱路10内部の蒸気
への水の添加量を調整する。
【0016】次に、燃焼ガス温度検出手段18の検出す
る燃焼室1出口の出口燃焼ガス温度を前記燃焼用空気調
節手段20に入力して、出口燃焼ガス温度を基準燃焼ガ
ス温度(例えば900℃)に維持するように、初期設定
された燃焼用空気供給量を必要に応じて補正設定する
〈ステップ#2〉。
る燃焼室1出口の出口燃焼ガス温度を前記燃焼用空気調
節手段20に入力して、出口燃焼ガス温度を基準燃焼ガ
ス温度(例えば900℃)に維持するように、初期設定
された燃焼用空気供給量を必要に応じて補正設定する
〈ステップ#2〉。
【0017】また、前記燃焼用空気調節手段30の輝炎
燃焼制御部32に出口蒸気検出手段21の温度検出部2
1aで検出した出口過熱蒸気温度を前記輝炎燃焼制御部
32に入力して、出口過熱蒸気温度を設定出口蒸気温度
(例えば500℃)に維持するよう一次燃焼室1Aにお
ける火炎の輝度を調節するために所要の不足空気率を算
出し、設定された一次空気供給量を必要に応じて補正設
定する〈ステップ#3〉。
燃焼制御部32に出口蒸気検出手段21の温度検出部2
1aで検出した出口過熱蒸気温度を前記輝炎燃焼制御部
32に入力して、出口過熱蒸気温度を設定出口蒸気温度
(例えば500℃)に維持するよう一次燃焼室1Aにお
ける火炎の輝度を調節するために所要の不足空気率を算
出し、設定された一次空気供給量を必要に応じて補正設
定する〈ステップ#3〉。
【0018】さらに、燃焼ガス路出口14に設けた酸素
濃度測定手段30bで検出した排ガス中の酸素濃度を前
記燃焼用空気調節手段20に入力して、検出した排ガス
中酸素濃度を所定酸素濃度範囲内に維持するために、必
要に応じて補正された燃焼用空気供給量を必要に応じて
再補正する〈ステップ#4〉。さらに必要があれば、排
ガス検出手段19の温度検出部19aで検出する排ガス
の温度に基づき、設定された燃料供給量及び必要に応じ
て再補正された燃焼用空気供給量をさらに補正設定す
る。
濃度測定手段30bで検出した排ガス中の酸素濃度を前
記燃焼用空気調節手段20に入力して、検出した排ガス
中酸素濃度を所定酸素濃度範囲内に維持するために、必
要に応じて補正された燃焼用空気供給量を必要に応じて
再補正する〈ステップ#4〉。さらに必要があれば、排
ガス検出手段19の温度検出部19aで検出する排ガス
の温度に基づき、設定された燃料供給量及び必要に応じ
て再補正された燃焼用空気供給量をさらに補正設定す
る。
【0019】上記〈ステップ#1〉で設定され、或いは
必要に応じて補正設定された燃料供給量に基づき、前記
燃焼入熱量調整手段31で燃料調整弁31aの開度を調
節する〈ステップ#5〉。
必要に応じて補正設定された燃料供給量に基づき、前記
燃焼入熱量調整手段31で燃料調整弁31aの開度を調
節する〈ステップ#5〉。
【0020】上記〈ステップ#1〉で設定され、或いは
〈ステップ#2〉又は〈ステップ#4〉で必要に応じて
補正設定或いは再補正設定された燃焼用空気供給量に基
づき、前記燃焼用空気調節手段30で全空気調整弁30
aの開度を調節する〈ステップ#6〉。
〈ステップ#2〉又は〈ステップ#4〉で必要に応じて
補正設定或いは再補正設定された燃焼用空気供給量に基
づき、前記燃焼用空気調節手段30で全空気調整弁30
aの開度を調節する〈ステップ#6〉。
【0021】上記〈ステップ#1〉で設定され、或いは
〈ステップ#3〉で必要に応じて補正設定された一次空
気供給量に基づき、前記輝炎燃焼制御部32で一次空気
調整弁32aの開度を調節する〈ステップ#7〉。その
後上記〈ステップ#1〉に戻り、以上の〈ステップ#
1〉から〈ステップ#7〉を繰り返す。尚、前記全空気
調整弁30aの調整は、前記燃焼器4への燃料供給量を
検出する流量計5aの検出結果に基づき比例制御するよ
うにしてある。また、〈ステップ#4〉における燃焼用
空気供給量の補正設定は、燃焼ガス路出口14に設けた
酸素濃度測定手段30bで検出した排ガス中の酸素濃度
に基づき、排ガス中の酸素濃度を7〜9程度に維持し
て、燃料の完全燃焼を図り、排ガス中の一酸化炭素の排
出を抑制するようにしたものである。
〈ステップ#3〉で必要に応じて補正設定された一次空
気供給量に基づき、前記輝炎燃焼制御部32で一次空気
調整弁32aの開度を調節する〈ステップ#7〉。その
後上記〈ステップ#1〉に戻り、以上の〈ステップ#
1〉から〈ステップ#7〉を繰り返す。尚、前記全空気
調整弁30aの調整は、前記燃焼器4への燃料供給量を
検出する流量計5aの検出結果に基づき比例制御するよ
うにしてある。また、〈ステップ#4〉における燃焼用
空気供給量の補正設定は、燃焼ガス路出口14に設けた
酸素濃度測定手段30bで検出した排ガス中の酸素濃度
に基づき、排ガス中の酸素濃度を7〜9程度に維持し
て、燃料の完全燃焼を図り、排ガス中の一酸化炭素の排
出を抑制するようにしたものである。
【0022】上述の構成の外部燃焼式過熱器において
は、前記燃焼制御装置Cによる制御に対する燃焼ガス温
度及び排ガス温度に関しての制御応答特性が改善され、
出口過熱蒸気温度の制御遅れが抑制され、全体の制御の
整合が図れた結果、静定の速い過熱器の制御方法が実現
できた。尚、最終過熱段を竪型輻射伝熱管群12Aで構
成する輻射伝熱部12に形成した結果、水添加機構13
からの水の添加量が過剰になって、前記竪型輻射伝熱管
群12Aに供給される蒸気が湿り蒸気になっても問題な
く過熱蒸気を発生でき、殊に、水分が多くなって分配管
2a内に水が溜まり、竪型伝熱管12cに水位が生じて
も、前記竪型輻射伝熱管群12Aは蒸発管として機能す
るようになり、前記竪型伝熱管12c内の水を蒸発さ
せ、過熱蒸気として集合管12bで回収して過熱蒸気出
口10bから発電装置への蒸気路に供給することが可能
である。しかも、前記竪型伝熱管12cの管路断面積を
他の蒸気流路よりも大きく出来るので、蒸気流速を低下
させることができる結果、単位容積当たりの伝熱量を高
く維持することが可能で、さらに蒸気の湿りに起因する
エロージョンの発生も防止できる。
は、前記燃焼制御装置Cによる制御に対する燃焼ガス温
度及び排ガス温度に関しての制御応答特性が改善され、
出口過熱蒸気温度の制御遅れが抑制され、全体の制御の
整合が図れた結果、静定の速い過熱器の制御方法が実現
できた。尚、最終過熱段を竪型輻射伝熱管群12Aで構
成する輻射伝熱部12に形成した結果、水添加機構13
からの水の添加量が過剰になって、前記竪型輻射伝熱管
群12Aに供給される蒸気が湿り蒸気になっても問題な
く過熱蒸気を発生でき、殊に、水分が多くなって分配管
2a内に水が溜まり、竪型伝熱管12cに水位が生じて
も、前記竪型輻射伝熱管群12Aは蒸発管として機能す
るようになり、前記竪型伝熱管12c内の水を蒸発さ
せ、過熱蒸気として集合管12bで回収して過熱蒸気出
口10bから発電装置への蒸気路に供給することが可能
である。しかも、前記竪型伝熱管12cの管路断面積を
他の蒸気流路よりも大きく出来るので、蒸気流速を低下
させることができる結果、単位容積当たりの伝熱量を高
く維持することが可能で、さらに蒸気の湿りに起因する
エロージョンの発生も防止できる。
【0023】上記図2に示したブロック流れ図の詳細に
ついて説明すると、〈ステップ#1〉の制御量の設定
は、図3に示すように以下の手順で行う。先ず、蒸気過
熱路10の蒸気入口10aに設けた温度検出手段20a
と流量検出手段20bで廃熱ボイラからの蒸気の入口蒸
気温度と入口蒸気流量とを検出する〈ステップ#1−
1〉。次いで、検出した入口蒸気温度と入口蒸気流量と
を燃焼入熱量調整手段31に入力して、蒸気過熱路10
で所定温度にまで入口蒸気を過熱するのに必要とする熱
量を算出し、算出結果に基づき燃焼器4への燃料供給量
を設定する〈ステップ#1−2〉。次いで、前記設定さ
れた燃料供給量を燃焼用空気調節手段30に入力して、
予め設定してある基準空気比に基づき、燃焼用空気供給
量を設定する〈ステップ#1−3〉。同時に、〈ステッ
プ#1−2〉で設定した燃料供給量を輝炎燃焼制御部3
2に入力して、予め設定された設定比率に基づき前記燃
料供給量に対しての一次空気供給量を設定する〈ステッ
プ#1−4〉。以上で、制御量の初期設定を終了する。
ついて説明すると、〈ステップ#1〉の制御量の設定
は、図3に示すように以下の手順で行う。先ず、蒸気過
熱路10の蒸気入口10aに設けた温度検出手段20a
と流量検出手段20bで廃熱ボイラからの蒸気の入口蒸
気温度と入口蒸気流量とを検出する〈ステップ#1−
1〉。次いで、検出した入口蒸気温度と入口蒸気流量と
を燃焼入熱量調整手段31に入力して、蒸気過熱路10
で所定温度にまで入口蒸気を過熱するのに必要とする熱
量を算出し、算出結果に基づき燃焼器4への燃料供給量
を設定する〈ステップ#1−2〉。次いで、前記設定さ
れた燃料供給量を燃焼用空気調節手段30に入力して、
予め設定してある基準空気比に基づき、燃焼用空気供給
量を設定する〈ステップ#1−3〉。同時に、〈ステッ
プ#1−2〉で設定した燃料供給量を輝炎燃焼制御部3
2に入力して、予め設定された設定比率に基づき前記燃
料供給量に対しての一次空気供給量を設定する〈ステッ
プ#1−4〉。以上で、制御量の初期設定を終了する。
【0024】次に、〈ステップ#2〉の燃焼用空気供給
量の補正は、図4に示すように以下の手順で行う。先
ず、燃焼ガス温度検出手段18で二次燃焼室1B出口の
出口燃焼ガス温度を検出し〈ステップ#2−1〉、検出
した燃焼ガスの温度を前記燃焼用空気調節手段30に入
力して、予め設定した基準燃焼ガス温度と比較する〈ス
テップ#2−2〉。前記燃焼用空気調節手段30では、
比較結果に基づき、出口燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガ
ス温度よりも低い場合には、前記〈ステップ#2〉で燃
焼用空気調節手段30の設定した燃焼用空気供給量を減
量補正設定し〈ステップ#2−3.1〉、出口燃焼ガス
温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合には、設定
された燃焼用空気供給量を増量補正設定する〈ステップ
#2−3.2〉。尚、上記増減補正量は、出口燃焼ガス
温度の基準燃焼ガス温度に対する偏差に基づき算定す
る。以上で、燃焼用空気供給量の補正を終了する。
量の補正は、図4に示すように以下の手順で行う。先
ず、燃焼ガス温度検出手段18で二次燃焼室1B出口の
出口燃焼ガス温度を検出し〈ステップ#2−1〉、検出
した燃焼ガスの温度を前記燃焼用空気調節手段30に入
力して、予め設定した基準燃焼ガス温度と比較する〈ス
テップ#2−2〉。前記燃焼用空気調節手段30では、
比較結果に基づき、出口燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガ
ス温度よりも低い場合には、前記〈ステップ#2〉で燃
焼用空気調節手段30の設定した燃焼用空気供給量を減
量補正設定し〈ステップ#2−3.1〉、出口燃焼ガス
温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合には、設定
された燃焼用空気供給量を増量補正設定する〈ステップ
#2−3.2〉。尚、上記増減補正量は、出口燃焼ガス
温度の基準燃焼ガス温度に対する偏差に基づき算定す
る。以上で、燃焼用空気供給量の補正を終了する。
【0025】さらに、〈ステップ#3〉の一次空気供給
量の補正は、図5に示すように以下の手順で行う。先
ず、前記過熱蒸気出口10aに設けた温度検出手段21
aを備える出口蒸気検出手段21で出口過熱蒸気温度を
検出し〈ステップ#3−1〉、検出した出口過熱蒸気温
度を前記燃焼用空気調節手段30に入力して、予め設定
された設定出口蒸気温度と比較する〈ステップ#3−
2〉。前記輝炎燃焼制御手段32では、比較結果に基づ
き、前記輝炎燃焼制御部32で一次燃焼空気の不足率の
所要変化量を算出して、出口過熱蒸気温度が前記設定出
口蒸気温度よりも低い場合には、算出結果に基づき前記
一次空気供給量を減量補正設定し〈ステップ#3−3.
1〉、検出した出口過熱蒸気温度が前記設定出口温度よ
りも高い場合には、算出結果に基づき前記一次空気供給
量を増量補正設定する〈ステップ#3−3.2〉。尚、
上記増減補正量は、出口過熱蒸気温度の前記設定出口温
度に対する偏差に基づき算定する。以上で、一次空気供
給量の補正を終了する。
量の補正は、図5に示すように以下の手順で行う。先
ず、前記過熱蒸気出口10aに設けた温度検出手段21
aを備える出口蒸気検出手段21で出口過熱蒸気温度を
検出し〈ステップ#3−1〉、検出した出口過熱蒸気温
度を前記燃焼用空気調節手段30に入力して、予め設定
された設定出口蒸気温度と比較する〈ステップ#3−
2〉。前記輝炎燃焼制御手段32では、比較結果に基づ
き、前記輝炎燃焼制御部32で一次燃焼空気の不足率の
所要変化量を算出して、出口過熱蒸気温度が前記設定出
口蒸気温度よりも低い場合には、算出結果に基づき前記
一次空気供給量を減量補正設定し〈ステップ#3−3.
1〉、検出した出口過熱蒸気温度が前記設定出口温度よ
りも高い場合には、算出結果に基づき前記一次空気供給
量を増量補正設定する〈ステップ#3−3.2〉。尚、
上記増減補正量は、出口過熱蒸気温度の前記設定出口温
度に対する偏差に基づき算定する。以上で、一次空気供
給量の補正を終了する。
【0026】そして、〈ステップ#4〉の燃焼用空気供
給量の再補正は、図6に示すように以下のような手順で
行う。先ず、過熱器Sの燃焼ガス流路出口14に設けら
れた排ガス検出手段19の酸素濃度測定手段19cで排
ガス中の酸素濃度を検出して〈ステップ#4−1〉、検
出した排ガス中酸素濃度を、供給空気量調整手段31に
入力して、予め設定された所定酸素濃度範囲と比較する
〈ステップ#4−2〉。そして、検出した排ガス中酸素
濃度が前記所定酸素濃度範囲から逸脱する場合には、前
記燃焼用空気調節手段30で燃焼用空気の所要再補正量
を算出する。そして、排ガス中酸素濃度が前記所定酸素
濃度範囲から低濃度側に逸脱する場合には、前記算出結
果に基づき前記〈ステップ#2−3.1〉又は〈ステッ
プ#2−3.2〉で必要に応じて補正を加えた燃焼用空
気供給量を、必要に応じてさらに減少補正設定し〈ステ
ップ#4−3.1〉、前記検出した排ガス中酸素濃度が
前記所定酸素濃度範囲から高濃度側に逸脱する場合に
は、前記算出結果に基づき前記〈ステップ#2−3.
1〉又は〈ステップ#2−3.2〉で補正後の燃焼用空
気供給量をさらに増加補正設定する〈ステップ#4−
3.2〉。以上で、燃焼用空気供給量の再補正を終了す
る。尚、上記再補正量は、排ガス中酸素濃度が前記所定
酸素濃度範囲から逸脱した量に基づき算出するが、前記
〈ステップ#2−3.1〉又は〈ステップ#2−3.
2〉での補正量を超えない範囲で再補正量を決定する。
給量の再補正は、図6に示すように以下のような手順で
行う。先ず、過熱器Sの燃焼ガス流路出口14に設けら
れた排ガス検出手段19の酸素濃度測定手段19cで排
ガス中の酸素濃度を検出して〈ステップ#4−1〉、検
出した排ガス中酸素濃度を、供給空気量調整手段31に
入力して、予め設定された所定酸素濃度範囲と比較する
〈ステップ#4−2〉。そして、検出した排ガス中酸素
濃度が前記所定酸素濃度範囲から逸脱する場合には、前
記燃焼用空気調節手段30で燃焼用空気の所要再補正量
を算出する。そして、排ガス中酸素濃度が前記所定酸素
濃度範囲から低濃度側に逸脱する場合には、前記算出結
果に基づき前記〈ステップ#2−3.1〉又は〈ステッ
プ#2−3.2〉で必要に応じて補正を加えた燃焼用空
気供給量を、必要に応じてさらに減少補正設定し〈ステ
ップ#4−3.1〉、前記検出した排ガス中酸素濃度が
前記所定酸素濃度範囲から高濃度側に逸脱する場合に
は、前記算出結果に基づき前記〈ステップ#2−3.
1〉又は〈ステップ#2−3.2〉で補正後の燃焼用空
気供給量をさらに増加補正設定する〈ステップ#4−
3.2〉。以上で、燃焼用空気供給量の再補正を終了す
る。尚、上記再補正量は、排ガス中酸素濃度が前記所定
酸素濃度範囲から逸脱した量に基づき算出するが、前記
〈ステップ#2−3.1〉又は〈ステップ#2−3.
2〉での補正量を超えない範囲で再補正量を決定する。
【0027】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。 〈1〉上記実施の形態に於いては、前記接触伝熱部11
の下方に、上下方向姿勢に並設された複数の竪型伝熱管
12cを輻射伝熱部12として燃焼室1の上下全長にわ
たって備え、前記複数の竪型伝熱管12cの下端部を分
配管12aで連結するとともに、前記複数の竪型伝熱管
12cの上端部を集合管12bで連結した竪型輻射伝熱
管群12Aで構成した外部燃焼式過熱器Sの制御に本発
明の制御方法を適用した例を示したが、制御対象の過熱
器Sは、上記の構成に限るものではなく、前記竪型伝熱
管12cが一次燃焼室1Aの周壁2のみに配置されてい
てもよく、前記輻射伝熱部12が接触伝熱部11を配置
した燃焼ガス流路をも包囲するように設けられたもので
あってもよく、例えば図7に示すように、2分割された
輻射伝熱部12を備え、各輻射伝熱部12を流路接続す
る蒸気過熱路10に接触伝熱部11を配置したものであ
ってもよい。これらの輻射伝熱部12は、図7に示した
ように、一方の複数の竪型伝熱管12cを一次燃焼室1
Aに配置し、他方の複数の竪型伝熱管12cを二次燃焼
室1Bと前記接触伝熱部11とを囲繞して配置してあっ
てもよいが、一方の複数の竪型伝熱管12cを一次燃焼
室1Aと二次燃焼室1Bとからなる燃焼室1の周壁2に
沿って配置し、他方の複数の竪型伝熱管12cを前記接
触伝熱部11を囲繞して配置したものであってもよく、
一方の輻射伝熱部12の複数の竪型伝熱管12cは前記
一次燃焼室1Aの周壁2に沿って配置され、他方の輻射
伝熱部12の複数の竪型伝熱管12cは前記二次燃焼室
1Bの周壁2に沿って配置されたものであってもよい。
前者或いは図7のように構成すれば、火炉の周壁が全て
蒸気冷却されるようになり、熱損失を低減できる。 〈2〉上記実施の形態に於いては、輻射伝熱部12を竪
型輻射伝熱管群12Aで構成した例を示したが、例えば
図8に示すように、前記輻射伝熱部12は、燃焼室1の
周壁2に沿って、配置された螺旋状の輻射伝熱管から構
成してあってもよく、また燃焼ガス流路をも包囲して配
置された螺旋状の輻射伝熱管から構成してあってもよ
く、さらに、前記螺旋状の輻射伝熱管が複数並設され、
上下を分配管及び集合管で流路接続されたものであって
もよい。また、一次空気路7に備えた一次空気調整弁3
2aに代えて、図8に示したように、二次空気路8に二
次空気調整弁32bを設けて、間接的に一次空気供給量
を制御するようにしてあってもよい。このような構成で
あっても、燃焼火炎からの輻射熱伝達を確実にすること
ができる。こうした構成によっても蒸気過熱路10内の
蒸気に水が添加されて湿り度の高い蒸気となったとして
も充分にこれを蒸発させて過熱することが可能である。
尚、図8には輻射伝熱管の上端部から蒸気を供給し、下
端部を過熱蒸気出口10bとしたが、このように螺旋状
の輻射伝熱管を使用すれば、輻射伝熱部12の入口から
水を含む蒸気が供給されたとしても、螺旋状の輻射伝熱
管内を流下する間に管壁に接触して蒸発するので、前記
過熱蒸気出口10bに凝縮水が至るおそれはない。ま
た、この輻射伝熱管は、二次燃焼室1Bにも配置されて
あってもよく、前記二次燃焼室1B及びその下流側の燃
焼ガス流路を包囲するように配置してあってもよい。こ
のように構成すれば、上記〈1〉の構成と同様に、熱損
失を低減できる。 〈3〉上記実施の形態に於いては、図2における〈ステ
ップ#1〉から〈ステップ#7〉に至る各ステップを順
次実行する例を示したが、例えば基準空気比が適正に設
定されており、且つ、〈ステップ#2〉での補正が適正
範囲内であれば、〈ステップ#4〉を省略しても排ガス
中の酸素濃度、一酸化炭素濃度を適正範囲内に維持する
ことが可能である。従って、前記〈ステップ#4〉は省
略可能である。 〈4〉上記実施の形態に於いては、〈ステップ#2〉に
おいて、図4に示したように、燃焼ガス温度検出手段1
8で二次燃焼室1B出口の出口燃焼ガス温度を検出し
〈ステップ#2−1〉、検出した出口燃焼ガス温度と予
め設定した基準燃焼ガス温度と比較して〈ステップ#2
−2〉、前記燃焼用空気調節手段30で燃焼用空気の所
要再変化量を算出して、検出した出口燃焼ガス温度が前
記基準燃焼ガス温度よりも低い場合には前記燃焼用空気
供給量を減少補正設定し〈ステップ#2−3.1〉、前
記燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合
には、前記算出結果により前記燃焼用空気供給量を増加
補正設定する〈ステップ#2−3.2〉例を示したが、
前記〈ステップ#1〉において同時に燃焼ガス温度を基
準燃焼ガス温度と比較するようにして、前記燃焼用空気
調節手段30で所要燃焼用空気量を算出して、前記〈ス
テップ#2〉を省略してもよい。 〈5〉上記実施の形態に於いては、図2に示した制御手
順で燃焼制御装置Cによって燃焼用空気供給量及び一次
空気量を調節する例を示したが、燃焼火炎からの輻射伝
熱部12への輻射伝熱量の調整を含む制御アルゴリズム
は異なるものであってもよい。例えば、図7に示すよう
に、前記燃焼制御装置Cを燃焼入熱調整手段31及び燃
焼用空気調節手段30並びに輝炎燃焼制御部32を備え
る燃焼入熱量調整手段31としても機能するファジィ制
御ルールを備えた制御手段で構成し、温度検出手段20
aで検出する廃熱ボイラからの蒸気の温度と、流量検出
手段20bで検出する廃熱ボイラからの蒸気の流量と、
燃焼ガス温度検出手段18で検出した二次燃焼後の二次
燃焼室1B出口の出口燃焼ガス温度と、温度検出手段2
1aで検出した出口過熱蒸気温度と、排ガス検出手段1
9の温度検出手段19aで検出した過熱器出口ガス温度
及び酸素濃度測定手段19cで検出した排ガス中の酸素
濃度を入力して、燃焼器4への燃料供給量と、空気供給
路6への燃焼用空気供給量と、一次空気路8への一次空
気供給量とを出力し、燃料調整弁30aの開度と、全空
気調整弁30aの開度と、一次空気調整弁32aの開度
とを同時に調整するようにしてあってもよい。ファジィ
制御ルールはゴミ焼却炉或いは廃熱ボイラ及び外部燃焼
式過熱器等の特性に応じて適宜設定すればよい。 〈6〉上記燃焼制御装置Cをファジィ制御ルールを備え
る制御手段で構成するのに代えて、前記燃焼制御装置C
を、例えば図9に示すようなニューラルネットワークを
備えた計算手段を備えるように構成して、前記ニューラ
ルネットワークの入力層に廃熱ボイラからの入口蒸気温
度と、廃熱ボイラからの入口蒸気流量と、二次燃焼室1
B出口の出口燃焼ガス温度と、出口過熱蒸気温度と、排
ガス中の酸素濃度とを割り付けて、出力層に燃料供給量
と、燃焼用空気供給量と、一次空気供給量とを割り付
け、さらに、入力層に出力層からの燃料供給量と燃焼用
空気供給量とを再入力するようにすれば、前記燃焼制御
装置Cの学習により、最適化された輻射伝熱部12への
輻射伝熱条件を設定することが可能である。
明する。 〈1〉上記実施の形態に於いては、前記接触伝熱部11
の下方に、上下方向姿勢に並設された複数の竪型伝熱管
12cを輻射伝熱部12として燃焼室1の上下全長にわ
たって備え、前記複数の竪型伝熱管12cの下端部を分
配管12aで連結するとともに、前記複数の竪型伝熱管
12cの上端部を集合管12bで連結した竪型輻射伝熱
管群12Aで構成した外部燃焼式過熱器Sの制御に本発
明の制御方法を適用した例を示したが、制御対象の過熱
器Sは、上記の構成に限るものではなく、前記竪型伝熱
管12cが一次燃焼室1Aの周壁2のみに配置されてい
てもよく、前記輻射伝熱部12が接触伝熱部11を配置
した燃焼ガス流路をも包囲するように設けられたもので
あってもよく、例えば図7に示すように、2分割された
輻射伝熱部12を備え、各輻射伝熱部12を流路接続す
る蒸気過熱路10に接触伝熱部11を配置したものであ
ってもよい。これらの輻射伝熱部12は、図7に示した
ように、一方の複数の竪型伝熱管12cを一次燃焼室1
Aに配置し、他方の複数の竪型伝熱管12cを二次燃焼
室1Bと前記接触伝熱部11とを囲繞して配置してあっ
てもよいが、一方の複数の竪型伝熱管12cを一次燃焼
室1Aと二次燃焼室1Bとからなる燃焼室1の周壁2に
沿って配置し、他方の複数の竪型伝熱管12cを前記接
触伝熱部11を囲繞して配置したものであってもよく、
一方の輻射伝熱部12の複数の竪型伝熱管12cは前記
一次燃焼室1Aの周壁2に沿って配置され、他方の輻射
伝熱部12の複数の竪型伝熱管12cは前記二次燃焼室
1Bの周壁2に沿って配置されたものであってもよい。
前者或いは図7のように構成すれば、火炉の周壁が全て
蒸気冷却されるようになり、熱損失を低減できる。 〈2〉上記実施の形態に於いては、輻射伝熱部12を竪
型輻射伝熱管群12Aで構成した例を示したが、例えば
図8に示すように、前記輻射伝熱部12は、燃焼室1の
周壁2に沿って、配置された螺旋状の輻射伝熱管から構
成してあってもよく、また燃焼ガス流路をも包囲して配
置された螺旋状の輻射伝熱管から構成してあってもよ
く、さらに、前記螺旋状の輻射伝熱管が複数並設され、
上下を分配管及び集合管で流路接続されたものであって
もよい。また、一次空気路7に備えた一次空気調整弁3
2aに代えて、図8に示したように、二次空気路8に二
次空気調整弁32bを設けて、間接的に一次空気供給量
を制御するようにしてあってもよい。このような構成で
あっても、燃焼火炎からの輻射熱伝達を確実にすること
ができる。こうした構成によっても蒸気過熱路10内の
蒸気に水が添加されて湿り度の高い蒸気となったとして
も充分にこれを蒸発させて過熱することが可能である。
尚、図8には輻射伝熱管の上端部から蒸気を供給し、下
端部を過熱蒸気出口10bとしたが、このように螺旋状
の輻射伝熱管を使用すれば、輻射伝熱部12の入口から
水を含む蒸気が供給されたとしても、螺旋状の輻射伝熱
管内を流下する間に管壁に接触して蒸発するので、前記
過熱蒸気出口10bに凝縮水が至るおそれはない。ま
た、この輻射伝熱管は、二次燃焼室1Bにも配置されて
あってもよく、前記二次燃焼室1B及びその下流側の燃
焼ガス流路を包囲するように配置してあってもよい。こ
のように構成すれば、上記〈1〉の構成と同様に、熱損
失を低減できる。 〈3〉上記実施の形態に於いては、図2における〈ステ
ップ#1〉から〈ステップ#7〉に至る各ステップを順
次実行する例を示したが、例えば基準空気比が適正に設
定されており、且つ、〈ステップ#2〉での補正が適正
範囲内であれば、〈ステップ#4〉を省略しても排ガス
中の酸素濃度、一酸化炭素濃度を適正範囲内に維持する
ことが可能である。従って、前記〈ステップ#4〉は省
略可能である。 〈4〉上記実施の形態に於いては、〈ステップ#2〉に
おいて、図4に示したように、燃焼ガス温度検出手段1
8で二次燃焼室1B出口の出口燃焼ガス温度を検出し
〈ステップ#2−1〉、検出した出口燃焼ガス温度と予
め設定した基準燃焼ガス温度と比較して〈ステップ#2
−2〉、前記燃焼用空気調節手段30で燃焼用空気の所
要再変化量を算出して、検出した出口燃焼ガス温度が前
記基準燃焼ガス温度よりも低い場合には前記燃焼用空気
供給量を減少補正設定し〈ステップ#2−3.1〉、前
記燃焼ガス温度が前記基準燃焼ガス温度よりも高い場合
には、前記算出結果により前記燃焼用空気供給量を増加
補正設定する〈ステップ#2−3.2〉例を示したが、
前記〈ステップ#1〉において同時に燃焼ガス温度を基
準燃焼ガス温度と比較するようにして、前記燃焼用空気
調節手段30で所要燃焼用空気量を算出して、前記〈ス
テップ#2〉を省略してもよい。 〈5〉上記実施の形態に於いては、図2に示した制御手
順で燃焼制御装置Cによって燃焼用空気供給量及び一次
空気量を調節する例を示したが、燃焼火炎からの輻射伝
熱部12への輻射伝熱量の調整を含む制御アルゴリズム
は異なるものであってもよい。例えば、図7に示すよう
に、前記燃焼制御装置Cを燃焼入熱調整手段31及び燃
焼用空気調節手段30並びに輝炎燃焼制御部32を備え
る燃焼入熱量調整手段31としても機能するファジィ制
御ルールを備えた制御手段で構成し、温度検出手段20
aで検出する廃熱ボイラからの蒸気の温度と、流量検出
手段20bで検出する廃熱ボイラからの蒸気の流量と、
燃焼ガス温度検出手段18で検出した二次燃焼後の二次
燃焼室1B出口の出口燃焼ガス温度と、温度検出手段2
1aで検出した出口過熱蒸気温度と、排ガス検出手段1
9の温度検出手段19aで検出した過熱器出口ガス温度
及び酸素濃度測定手段19cで検出した排ガス中の酸素
濃度を入力して、燃焼器4への燃料供給量と、空気供給
路6への燃焼用空気供給量と、一次空気路8への一次空
気供給量とを出力し、燃料調整弁30aの開度と、全空
気調整弁30aの開度と、一次空気調整弁32aの開度
とを同時に調整するようにしてあってもよい。ファジィ
制御ルールはゴミ焼却炉或いは廃熱ボイラ及び外部燃焼
式過熱器等の特性に応じて適宜設定すればよい。 〈6〉上記燃焼制御装置Cをファジィ制御ルールを備え
る制御手段で構成するのに代えて、前記燃焼制御装置C
を、例えば図9に示すようなニューラルネットワークを
備えた計算手段を備えるように構成して、前記ニューラ
ルネットワークの入力層に廃熱ボイラからの入口蒸気温
度と、廃熱ボイラからの入口蒸気流量と、二次燃焼室1
B出口の出口燃焼ガス温度と、出口過熱蒸気温度と、排
ガス中の酸素濃度とを割り付けて、出力層に燃料供給量
と、燃焼用空気供給量と、一次空気供給量とを割り付
け、さらに、入力層に出力層からの燃料供給量と燃焼用
空気供給量とを再入力するようにすれば、前記燃焼制御
装置Cの学習により、最適化された輻射伝熱部12への
輻射伝熱条件を設定することが可能である。
【0028】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図1】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の一例を示す模式説明図
の一例を示す模式説明図
【図2】本発明の制御方法の制御手順の一例を示すブロ
ック流れ図
ック流れ図
【図3】図2に示したブロック流れ図の部分流れ図
【図4】図2に示したブロック流れ図の部分流れ図
【図5】図2に示したブロック流れ図の部分流れ図
【図6】図2に示したブロック流れ図の部分流れ図
【図7】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の他の例を示す模式説明図
の他の例を示す模式説明図
【図8】本発明の制御方法を適用した外部燃焼式過熱器
の別の例を示す模式説明図
の別の例を示す模式説明図
【図9】制御装置を構成するニューラルネットワークの
一例を示す概念図
一例を示す概念図
【図10】従来の外部燃焼式過熱器の一例を示す模式説
明図
明図
1A 一次燃焼室
1B 二次燃焼室
2 周壁
4 燃焼器
10 蒸気過熱路
12 輻射伝熱部
14 燃焼ガス流路出口
20 入口蒸気検出手段
21 出口蒸気検出手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平4−93564(JP,A)
特開 平7−260105(JP,A)
特開 平4−84081(JP,A)
特開 昭53−39521(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
F22G 1/16
F23G 5/46
Claims (2)
- 【請求項1】 一次燃焼室(1A)に燃料と共に一次燃
焼用空気を供給するとともに、二次燃焼室(1B)に二
次燃焼用空気を供給して、燃焼器(4)に供給される燃
料を二段燃焼させながら、蒸気過熱路(10)内の蒸気
を過熱して前記蒸気過熱路(10)出口の過熱蒸気の温
度を調整する外部燃焼式過熱器の制御方法であって、 前記蒸気過熱路(10)の一部を、前記一次燃焼室(1
A)の周壁(2)に沿って配置した輻射伝熱部(12)
で構成し、 前記蒸気過熱路(10)入口の蒸気の流量と温度を検出
する入口蒸気検出手段(20)と、前記燃焼器(4)へ
の燃料供給量に対応して所定空気比に燃焼用空気供給量
を設定する燃焼用空気調整手段(30)と、前記蒸気過
熱路(10)出口の蒸気温度を検出する出口蒸気検出手
段(21)とを設けて、 前記入口蒸気検出手段(20)の検出結果に基づき前記
燃焼器(4)への燃料供給量を決定するとともに、 前記一次燃焼用空気の供給量を前記燃料供給量に対する
理論空気量よりも少なくして火炎の輝度を高めながら、 前記出口蒸気検出手段(21)の検出結果に基づき、そ
の検出結果の所定温度に対する高低に対して、前記燃焼
用空気量のうちの前記一次燃焼用空気の供給量を増減
し、前記輻射伝熱部(12)への輻射伝熱量を調整し
て、 前記蒸気過熱路(10)出口の過熱蒸気の温度を調整す
る外部燃焼式過熱器の制御方法。 - 【請求項2】 燃焼ガス流路出口(14)の排ガス中の
酸素濃度に基づき、前記酸素濃度の増減に対して、前記
燃焼用空気調整手段(30)の設定量に対して前記燃焼
用空気供給量を減増するように調整する請求項1記載の
外部燃焼式過熱器の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07704297A JP3455389B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 外部燃焼式過熱器の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07704297A JP3455389B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 外部燃焼式過熱器の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10267219A JPH10267219A (ja) | 1998-10-09 |
JP3455389B2 true JP3455389B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=13622729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07704297A Expired - Fee Related JP3455389B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 外部燃焼式過熱器の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3455389B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107975789A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-01 | 无锡博勒能源科技有限公司 | 一种直流低压超高温蒸汽过热装置及控制方法 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP07704297A patent/JP3455389B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10267219A (ja) | 1998-10-09 |
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