JP4901236B2 - ボイラユニットの運転制御システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のミルを稼働させてボイラに微粉炭を供給するプラントにおいて、ボイラへの給炭量を制御して所望のボイラ出力を得るためのボイラユニットの運転制御システムに関し、特に発熱量、含有水分量等が異なる複数の炭種からなる微粉炭を用いる場合に、効率よくボイラを稼働させることができるようにしたボイラユニットの運転制御システムに関する。

発電プラントのようにボイラを有する設備では、複数のミルを稼働させてボイラに微粉炭を供給し、所望のボイラ出力を得ている。従来より、ミルの運転台数に応じて最適なボイラ出力を得ることができるようにした技術が種々開示されている。

例えば、特開２０００−１３０７４１号公報「石炭焚火力発電プラントの出力制御方法及び装置」（特許文献１）に、プラント運転時に、その時点におけるミルの運転台数で取り得る出力上限を求めることにより、無理に出力指令を引き上げることを未然に防止するとともに、制御の安定化を図り得るようにした技術が記載されている。

この特許文献１の「石炭焚火力発電プラントの出力制御方法及び装置」は、石炭種によるミルの負荷や、その時点でのミルの運転台数等を考慮した上で、実質的なミルの全体容量に基づく出力上限が、プラントにおいて予め定められている出力上限値よりも低い場合には、実質的なミルの全体容量に基づく出力上限を実際の出力上限として設定するようにしたものである。

また、特開２０００−２５７８０２号公報「石炭／油混焼運転中におけるミルトリップ時のボイラ出力指令算出方法及び装置」（特許文献２）に、石炭／油混焼運転中にミルトリップ（ミルのトリップ）が発生した際、燃焼中の油バーナの使用本数を考慮することにより、ボイラ負荷降下を必要最小限に抑制し得るようにした技術が記載されている。

この特許文献２に記載されている「石炭／油混焼運転中におけるミルトリップ時のボイラ出力指令算出方法及び装置」は、ミル運転台数に対し、油バーナ使用本数に基づくミル換算台数を加算して模擬ミル運転台数を求め、ミルトリップ時には、その時点でホールドした模擬ミル運転台数によってミルトリップ後の模擬ミル運転台数を割ることにより制限係数を求め、該制限係数を、ミルトリップ時点でホールドしたボイラ出力指令に対して掛けることによりボイラ負荷制限値を求め、該ボイラ負荷制限値をボイラ出力指令として出力するようにしたものである。

特開２０００−１３０７４１号公報 特開２０００−２５７８０２号公報

ところで、ボイラおよびその付属設備を安全かつ効率的に運転するために、ボイラに微粉炭を供給するためのミルの運転台数に応じて、ボイラの最大負荷が定められている。したがって、稼働中のミルのうちの1台がトリップした場合には、通常運転中よりもボイラの最大負荷を下げて運転を続行する必要があった。

しかしながら、多炭種に対応したボイラでは、炭種毎に発熱量や含有水分量等が異なるため、一律にボイラの最大負荷を下げたのでは、効率よい運転を行うことができるとは言い難かった。
この点、上述した特許文献１および特許文献２に記載された技術では、燃料として供給する炭種の特性を考慮して、ミルを含めたボイラユニットの制御を行っていないため、ボイラの能力を最大限活用していなかった。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、燃料として供給される炭種の特性に応じてミルの駆動を制御することにより、安全性を損なうことなくボイラの能力を最大限引き出すことができるボイラユニットの運転制御システムを提供することを目的とする。

本発明のボイラユニットの運転制御システムは、上述した課題を解決するために提案されたもので、以下の特徴点を備えている。
すなわち、本発明のボイラユニットの運転制御システムは、
複数のミルを稼働させてボイラに微粉炭を供給するプラントにおいて、最適なボイラ出力を得るためのボイラユニットの制御システムであって、
前記ミルに供給される炭種の原炭水分に対するミルの容量補正値（ｆＭ）、粉砕性指数に対するミルの容量補正値（ｆＨ）、微粉度に対するミルの容量補正値（ｆＦ）をデータベース化して格納した補正値データベースと、現在供給されている炭種の特性データを入力する特性データ入力手段と、前記補正値データベースを参照し、現在供給されている炭種の特性に応じて許容される最大給炭量となるように、前記ミルへの給炭量を制御する給炭量制御手段と、前記ミルから前記ボイラへ供給される微粉炭量に応じて最適なボイラ出力となるように、前記ボイラの出力制御を行うボイラ出力制御手段とを備え、前記給炭量制御手段は、複数のミルのいずれか１台がトリップした際に、その時点におけるボイラの最大出力を得ることができるように、前記ミルへの給炭量を所定の微粉度を達成できる上限値として制御することを特徴とするものである。

また、前記ボイラユニットの運転制御システムにおいて、前記給炭量制御手段は、複数のミルのうち、所望のボイラ出力を得るために必要な台数のミルのみを稼働させることが好ましい。

また、前記ボイラユニットの運転制御システムにおいて、前記ミルは、運転可能な給炭量の最大値が設定されており、前記給炭量制御手段は、現在供給されている炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができる給炭量または前記運転可能な給炭量の最大値のうちのいずれか低い値を上限として、前記ミルへの給炭量を制御することが好ましい。

本発明のボイラユニットの運転制御システムによれば、現在供給されている炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができるようにミルの給炭量を制御することにより、ボイラの能力を最大限引き出すことが可能となる。したがって、このようなボイラユニットの運転制御システムを用いた発電プラントでは、必要以上に発電出力を抑制することなく、電力需要に応じて当該発電プラントの発電能力を十分に発揮することが可能となる。

また、複数のミルのいずれか１台がトリップした際に、稼働可能な残余のミルを稼働して、その時点におけるボイラの最大出力を得ることができるようにミルの給炭量を制御することにより、不必要な負荷抑制を防止してボイラユニットを効率的に運転することが可能となる。

また、所望のボイラ出力を得るために必要な台数のミルのみを稼働させるにより、ボイラを効率的に運転することが可能となる。

また、現在供給されている炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができる給炭量または運転可能な給炭量の最大値のうちのいずれか低い値を上限として、ミルの駆動制御を行うことにより、安全性を損なうことなくボイラの能力を最大限引き出すことが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るボイラユニットの運転制御システムの実施形態を説明する。
本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムは、例えば、複数のミルを稼働させてボイラに微粉炭を供給する発電プラントに適用されるもので、特に多炭種に対応したボイラを備えた発電プラントにおいて、ミルへの給炭量を制御することにより、炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができるようにしたものである。
このようなボイラユニットの運転制御システムは、複数のミルのいずれか１台がトリップした際に、ボイラの負荷を必要以上に抑制することなく、発電プラントの発電能力を十分に発揮させる際に、好適に用いることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムの概略構成を示すブロック図、図２は、補正値データベースの構成を示す説明図である。また、図３は本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムを適用するボイラユニットの一部を示す概略構成図である。なお、図３では、ボイラユニットを構成する機器のうち、特に本実施形態の説明に必要なミルおよびボイラのみについて示している。

本実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムを適用するボイラユニットは、図３に示すように、ボイラ１０へ燃料である微粉炭を粉砕して供給するためのミル２０を備えている。

ミル２０の上方には、バンカ３０が配設されており、ミル２０内には、石炭を粉砕するためのテーブル２１およびローラ２２と、微粉炭を分級して所望の粒径とするための回転式分級器２３が配設されている。また、ミル２０には、原燃料である石炭内に混入した異物を回収するためのパイライトホッパ４０と、微粉炭をボイラ１０の火炉１１内へ移送するための押込送風機５０が接続されている。

このミル２０は、バンカ３０から原燃料である石炭の供給を受けて、テーブル２１とローラ２２との間に石炭を噛み込ませ、ローラ２２をテーブル２１に押し付けながらテーブル２１を回転させることにより、石炭を粉砕して微粉炭を製造する。また、回転式分級器２３の回転速度を調整することにより微粉炭を所望の粒径とすることができる。

ミル２０で製造された微粉炭は、押込送風機５０から供給される燃焼空気とともにボイラ１０の火炉１１に供給されて燃焼し、火炉１１、過熱器および再熱器により水を加熱して蒸気を発生させる。発生した蒸気はタービンに送出されてタービンを回転させるとともに、タービンと同軸に接続された発電機を駆動して発電が行われる。タービンを回転させた後の蒸気は、復水器により水に戻され、再び火炉に供給される。

なお、図３にはバンカ３０およびミル２０を１機のみ示しているが、本実施例に係るボイラユニットは合計６機のバンカ３０およびミル２０を備えている。そして、通常の運転状態では５機のミル２０を稼働させて発電を行い、点検時や異常発生時に、予備のミル２０を稼働させて発電を行うようになっている。

ミル２０およびその付属機器には、ミル２０の運転状況を監視するための機器類が取り付けられている。図示しないが、機器類は、テーブル２１およびローラ２２等を駆動させるための駆動部への負荷電流を測定するための電流計、ミル２０へ供給される空気量を測定するための流量計、ミル２０の出口温度を計測するための温度計、テーブル２１の上下位置を測定するための位置測定器、ローラ２２の押付油圧を測定するための油圧計、回転式分級器２３の回転速度を測定するための回転計等からなる。

図示しないが、これらの機器類は中央制御室に設けられたコンピュータに接続されており、各機器類における測定値が、パネル表示器や液晶表示器等の表示装置により表示されるようになっている。

本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システム１００は、図１に示すように、補正値データベース１１０、特性データ入力手段１２０、給炭量制御手段１３０、およびボイラ出力制御手段１４０を備えている。なお、実施例１のボイラユニットの運転制御システム１００を構成する各手段は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の機能を有するコンピュータシステムおよびその周辺機器を含んで構成されており、ＣＰＵ等がアプリケーションプログラムに従って動作することにより各手段としての機能を発揮するようになっている。

補正値データベース１１０は、ミルに供給される炭種の特性と給炭量補正値との関係を格納したデータベースであり、例えばコンピュータシステムを構成するハードディスク記憶装置等の大容量記憶手段を含んで構成される。
この補正値データベース１１０は、図２に示すように、原炭水分に対するミルの容量補正値（ｆＭ）、粉砕性指数に対するミルの容量補正値（ｆＨ）、微粉度に対するミルの容量補正値（ｆＦ）をデータベース化して格納したものである。

特性データ入力手段１２０は、現在供給されている炭種の特性データを入力するための手段であり、例えばコンピュータシステムを構成するキーボードやポインティングデバイス等を含んで構成される。

給炭量制御手段１３０は、補正値データベース１１０を参照し、現在供給されている炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができるように、ミルへの給炭量を制御するための手段であり、アプリケーションプログラムに従って動作するコンピュータシステムの機能により実現される。

ボイラ出力制御手段１４０は、ミルからボイラへ供給される微粉炭量に応じて最適なボイラ出力となるように、ボイラの出力制御を行うための手段であり、アプリケーションプログラムに従って動作するコンピュータシステムの機能により実現される。

次に、出力１０００ＭＷの発電プラントにおいて、通常運転時に５台のミルを稼働してボイラに微粉炭を供給するボイラユニットで１台のミルがトリップし、残った４台のミルを用いて微粉炭を供給する場合を想定して、ボイラユニットの運転制御について説明する。

発明者は、このような発電プラントにおけるボイラユニットの運転制御について種々の考察を行った。
このような発電プラントにおいて、回転式分級器（以下、ＭＲＳと略記する）の回転数は、給炭量７０ｔ／ｈを境界として８０ｒｐｍから５０ｒｐｍまで急激に減少する。ＭＲＳの回転数が低下することで、ミル電流およびテーブル差圧は減少するが、ボイラユニットの稼働に必要な微粉度８０％を達成できないため、過去の試験データから給炭量７８ｔ／ｈ以上は出力できないことが判明した。また、本発明の実施形態に係る発電プラントのボイラは多炭種に対応できるように、ミルの電流値等の状態量変化に応じてミル加圧装置の油圧やミルＭＲＳの回転数を変化させることができるため、どのような炭種であっても給炭量７８ｔ／ｈ以下では、２００＃通過微粉炭度が８０％を下回ることがないと判断できる。したがって、給炭量７８ｔ／ｈを上限として、負荷上昇することが可能である。

また、一次空気量は給炭量が８３ｔ／ｈとなった時に上限となることが判明しているため、空気流量の制御域である給炭量８３ｔ／ｈを上限とする必要がある。
さらに、４台のミルを稼働した際に負荷上昇を行うときは、ＡＬＲ運転（自動負荷制御装置を用いた運転）のため急激な負荷変動を考慮する必要はないが、余裕を持たせて１０００ＭＷ出力時の全給炭量の８５％（ＥＣＲ：Economical Continuous Rating）を制限値とすることが好ましい。したがって、ミル最大容量の８５％が現炭種における運転可能給炭量となる。

上述した考察に基づいて、本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システム１００における制御手順を説明する。図４は、本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システム１００を用いた制御手順を示すフローチャートである。
本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システム１００を用いてボイラユニットの運転制御を行う手順は、運転可能給炭量を求める工程、給炭量の条件を判断する工程、負荷上昇を開始し、所定の条件が達成されると負荷上昇を終了する工程に大別される。

具体的は、図４に示すように、現在、ミルに供給されている炭種の特定データを入力する（Ｓ１）。続いて、補正値データベース１１０を参照してミルの最大容量Ｍを求める（Ｓ２）。なお、ミルの最大容量Ｍは、以下の式（１）に基づいて求めることができる。
Ｍ＝Ｍ_０×ｆＨ×ｆＭ×ｆＦ ・・・ （１）
ただし、
Ｍ：ミルの最大容量
Ｍ_０：ミルの容量基準値
ｆＨ：粉砕性指数に対するミルの容量補正値
ｆＭ：原炭水分に対するミルの容量補正値
ｆＦ：微粉度に対するミルの容量補正値

続いて、ミルの給炭量Ｗを演算する（Ｓ３）。なお、ミルの給炭量Ｗは、以下の式（２）に基づいて求めることができる。
Ｗ＝Ｍ×８５％ ・・・ （２）
ただし、
Ｗ：給炭量
Ｍ：ミルの最大容量
以上の処理（Ｓ１〜Ｓ３）により運転可能給炭量を求める。

続いて、求めた給炭量Ｗが、所定の微粉度を達成できる上限値未満であるか否かを判断する（Ｓ４）。なお、所定の微粉度を達成できる給炭量の上限値は、例えば７８ｔ／ｈである。
ここで、給炭量Ｗが所定の微粉度を達成できる上限値（７８ｔ／ｈ）未満である場合には、給炭量Ｗをそのまま給炭量の上限値として設定する（Ｓ５）。一方、給炭量Ｗが所定の微粉度を達成できる上限値（７８ｔ／ｈ）以上である場合には、給炭量Ｗが所定の微粉度を達成できる上限値（７８ｔ／ｈ）を給炭量の上限値として設定する（Ｓ６）。
以上の処理（Ｓ４〜Ｓ６）により給炭量の条件を判断する。

続いて、ボイラ出力を所定値（例えば１００ＭＷ）ずつ徐々に上昇させる（Ｓ７）。そして、給炭量が所定の微粉度を達成できる上限値（７８ｔ／ｈ）に達するか（Ｓ８）、あるいは、ミルを適正に運転可能な緒元を超えると（Ｓ９）、負荷上昇を完了する（Ｓ１０）。なお、ミルを適正に運転可能な緒元は、例えば、ミル電流の電流値が９０Ａ未満、またはテーブル差圧が３．８ＫＰａ未満である。

上述したボイラユニットの運転制御手順では、５台のうち１台のミルがトリップしても、残りの４台のミルを稼働したままの状態でボイラユニットを運転した場合を説明したが、同様の制御手順を用いることにより、複数のミルのうち、所望のボイラ出力を得るために必要な台数のミルのみを稼働させることが可能である。すなわち、上述した例では、最大出力１０００ＭＷの発電プラントにおいて、１台のミルがトリップした際に、８５０ＭＷの出力を確保することを目的としてボイラユニットの運転制御を行っているが、通常運転時においても、８５０ＭＷの出力を確保するためには、５台ではなく４台のミルを稼働させればよいことになる。

なお、上述した緒元は一例であり、ボイラユニットの規模や運転状況等に応じて、適宜変更して実施できることは勿論である。

本発明は、主として発電プラントに用いられるボイラユニットの運転制御を行うことにより、ボイラを効率よく運転する際に使用することができるが、発熱量、含有水分量等が異なる複数の炭種からなる微粉炭を用いるボイラユニットであれば、どのようなボイラユニットに対しても適用することができる。

本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムに用いる補正値データベースの構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムを適用するボイラユニットの一部を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るボイラユニットの運転制御システムを用いた制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ボイラ
１１ 火炉
２０ ミル
２１ テーブル
２２ ローラ
２３ 回転式分級器
３０ バンカ
４０ パイライトホッパ
５０ 押込送風機
１００ 運転制御システム
１１０ 補正値データベース
１２０ 特性データ入力手段
１３０ 給炭量制御手段
１４０ ボイラ出力制御手段

Claims (3)

1. 複数のミルを稼働させてボイラに微粉炭を供給するプラントにおいて、最適なボイラ出力を得るためのボイラユニットの制御システムであって、
   前記ミルに供給される炭種の原炭水分に対するミルの容量補正値（ｆＭ）、粉砕性指数に対するミルの容量補正値（ｆＨ）、微粉度に対するミルの容量補正値（ｆＦ）をデータベース化して格納した補正値データベースと、
   現在供給されている炭種の特性データを入力する特性データ入力手段と、
   前記補正値データベースを参照し、現在供給されている炭種の特性に応じて許容される最大給炭量となるように、前記ミルへの給炭量を制御する給炭量制御手段と、
   前記ミルから前記ボイラへ供給される微粉炭量に応じて最適なボイラ出力となるように、前記ボイラの出力制御を行うボイラ出力制御手段とを備え、
   前記給炭量制御手段は、複数のミルのいずれか１台がトリップした際に、その時点におけるボイラの最大出力を得ることができるように、前記ミルへの給炭量を所定の微粉度を達成できる上限値として制御することを特徴とするボイラユニットの運転制御システム。
   
2. 前記給炭量制御手段は、複数のミルのうち、所望のボイラ出力を得るために必要な台数のミルのみを稼働させることを特徴とする請求項１に記載のボイラユニットの運転制御システム。
3. 前記ミルは、運転可能な給炭量の最大値が設定されており、
   前記給炭量制御手段は、現在供給されている炭種の特性に応じて最適なボイラ出力を得ることができる給炭量または前記運転可能な給炭量の最大値のうちのいずれか低い値を上限として、前記ミルへの給炭量を制御することを特徴とする請求項１、２のうちのいずれか１項に記載のボイラユニットの運転制御システム。

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