JP6946060B2 - 石炭焚ボイラの制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明が適用される発電プラントの全体構成図である。本実施形態に係る発電プラント100は、石炭焚ボイラ(以下、ボイラと略記する)1から排出された燃焼排ガス(以下、排ガスと略記する)が流れる排ガス系統100aと、ボイラ1が生成する蒸気が流れる蒸気系統100bと、復水器109によって復水された水が流れる給水系統100cと、ボイラ1の燃料となる微粉炭をボイラ1に供給する微粉炭機2と、を備えている。
ボイラ1は、微粉炭を燃焼して熱を回収する。図1に示すように、ボイラ1は、微粉炭を燃焼させる火炉3、並びに節炭器(図示せず)、蒸発器5及び過熱器6等の熱交換器が内部に搭載され、それらの周囲を伝熱性の壁で囲んだ筐体構造を有している。
微粉炭機2は、図示しないが、石炭(原炭)を供給する給炭管と、石炭を粉砕するための粉砕用テーブルと、粉砕用テーブル上に配置された粉砕用ローラと、生成された微粉炭の粒度を分級するミル分級機と、微粉炭を搬送する送炭管と、を備える。
燃焼用空気は空気ダンパ60,61の開度を調整することによって、ボイラ1または微粉炭機2に供給する流量(空気量)が調整される。一次空気の流量は空気ダンパ60によって制御され、二次空気の流量は空気ダンパ61によって制御される。これら空気ダンパ60,61は制御装置20からのダンパ開度指令に従って、それぞれの開度が制御されている。空気予熱器104を介して排ガスとの熱交換により加熱された燃焼用空気と、空気予熱器104を介さずに導入された燃焼用空気とが混合され、混合された燃焼用空気が一次空気として微粉炭機2に供給される。この一次空気によって、微粉炭機2内で微粉砕した石炭の乾燥が行われる。また、燃焼用空気は空気予熱器104を介して排ガスと熱交換されて加熱され、加熱された燃焼用空気が二次空気としてボイラ1に供給される。
発電プラント100には様々なセンサが設けられているが、その中で代表的なセンサ、計測器について説明する。給水温度センサ41は火炉3の入口の給水温度を検出するものであり、給水圧力センサ42は火炉3の入口の給水圧力を検出するものである。蒸気温度センサ43は火炉3の出口の蒸気温度を検出するものであり、蒸気圧力センサ44は火炉3の出口の蒸気圧力を検出するものである。また、給炭量計50は微粉炭機2入口の石炭の供給量を計測するものであり、一次空気出口温度センサ51は微粉炭機2の出口の一次空気温度を検出するものであり、一次空気入口温度センサ54は微粉炭機2の入口の一次空気温度を検出するものである。また、酸素濃度計52はボイラ1の出口の排ガスの酸素濃度を計測するものであり、NOx濃度計53はボイラ1の出口の排ガスのNOx量(濃度)を計測するものである。これらの各種センサや計測器は、図1に破線で示すように、制御装置20と電気的に接続されている。
次に、本発明の実施形態に係る制御装置20について説明する。制御装置20は、ボイラ1の排ガス出口における酸素濃度の目標値を設定し、設定した酸素濃度になるように空気ダンパ60,61の開度を演算し、空気ダンパ60,61にダンパ開度指令を出力する。空気ダンパ60,61の開度を調整することで、燃焼用空気量(一次空気及び二次空気の流量)が所望の値に制御される。すなわち、空気過剰率が所望の値に制御される。
プラント効率(送電端)=(電気出力−動力損失)/(ボイラ出熱/ボイラ効率) ・・・(1)
また、ボイラ効率は、式(2)で算出される。
ボイラ効率=1−(排ガス損失+未燃損失+・・・・+その他の損失)
・・・(2)
2 微粉炭機
3 火炉
20 制御装置
21 排ガス損失算出部
22 未燃損失算出部
23 動力損失算出部
24 プラント効率算出部
25 酸素濃度目標値設定部
26 火炉熱吸収量算出部
27 燃料比算出部
27a 第1燃料比算出部
27b 第2燃料比算出部
28 石炭含有水分算出部
29 石炭性状推定部
30 空気ダンパ開度指令部
41 給水温度センサ
42 給水圧力センサ
43 蒸気温度センサ
44 蒸気圧力センサ
50 給炭量計
51 一次空気出口温度センサ
52 酸素濃度計
53 NOx濃度計
54 一次空気入口温度センサ
60,61 空気ダンパ
100 発電プラント
Claims (3)
- 発電プラントに用いられる石炭焚ボイラの火炉に供給する燃焼用空気の流量を制御する石炭焚ボイラの制御装置において、
前記火炉に供給される石炭の性状に応じた排ガス損失を算出する排ガス損失算出部と、
前記石炭の性状に応じた未燃損失を算出する未燃損失算出部と、
前記石炭の性状に応じた動力損失を算出する動力損失算出部と、
前記排ガス損失算出部、前記未燃損失算出部、及び前記動力損失算出部でそれぞれ算出された前記排ガス損失、前記未燃損失、及び前記動力損失を少なくとも用いてプラント効率を算出するプラント効率算出部と、
前記プラント効率算出部にて算出された前記プラント効率に基づき、前記石炭焚ボイラのボイラ効率が最も良い条件になるか否かにかかわらず前記プラント効率が最高となるように前記石炭焚ボイラの出口における排ガス中の酸素濃度の目標値を設定する酸素濃度目標値設定部と、を含み、
前記排ガス中の酸素濃度が前記酸素濃度目標値設定部にて設定された前記酸素濃度の目標値になるように前記燃焼用空気の流量を制御すると共に、
前記石炭焚ボイラの制御装置は、
前記火炉の入口の給水温度を検出する給水温度センサからの給水温度データと、
前記火炉の入口の給水圧力を検出する給水圧力センサからの給水圧力データと、
前記火炉の出口の蒸気温度を検出する蒸気温度センサからの蒸気温度データと、
前記火炉の出口の蒸気圧力を検出する蒸気圧力センサからの蒸気圧力データと、
前記火炉に微粉炭を供給する微粉炭機の入口の一次空気温度を検出する一次空気入口温度センサからの一次空気入口温度データと、
前記微粉炭機の出口の一次空気温度を検出する一次空気出口温度センサからの一次空気出口温度データと、
前記石炭焚ボイラの出口における前記排ガス中に含まれるNOx濃度を計測するNOx濃度計からのNOx濃度データと、
前記微粉炭機の入口の石炭の給炭量を計測する給炭量計からの給炭量データと、を入力し、
前記給水温度データ、前記給水圧力データ、前記蒸気温度データ、及び前記蒸気圧力データに基づき前記火炉の熱吸収量を算出する火炉熱吸収量算出部と、
前記火炉熱吸収量算出部にて算出された前記火炉の熱吸収量、及び前記NOx濃度のうちの少なくとも一方に基づき、固定炭素を揮発分で除した値として定義される燃料比を算出する燃料比算出部と、
前記一次空気入口温度データ及び前記一次空気出口温度データに基づき、前記微粉炭機に供給される石炭の含有水分を算出する石炭含有水分算出部と、
前記給炭量データ、前記燃料比算出部で算出された前記燃料比、及び前記石炭含有水分算出部にて算出された前記石炭の含有水分に基づき、前記石炭の性状を推定する石炭性状推定部と、をさらに含み、
前記排ガス損失算出部、前記未燃損失算出部、及び前記動力損失算出部は、前記石炭性状推定部にて推定された前記石炭の性状に応じて、それぞれ前記排ガス損失、前記未燃損失、及び前記動力損失を算出することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。 - 請求項1において、
前記酸素濃度の目標値は、段階的な値に予め設定されており、
前記酸素濃度目標値設定部は、前記プラント効率算出部にて算出された前記プラント効率が最高となる前記値を前記酸素濃度の目標値に設定することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。 - 請求項1または2において、
前記燃料比算出部は、
前記火炉熱吸収量算出部にて算出された前記火炉の熱吸収量に基づき第1燃料比を算出する第1燃料比算出部と、
前記NOx濃度に基づき第2燃料比を算出する第2燃料比算出部と、を含み、
前記燃料比算出部は、前記第1燃料比及び前記第2燃料比から前記燃料比を算出することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。
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