JPH01111109A

JPH01111109A - 流動床ボイラの制御方法

Info

Publication number: JPH01111109A
Application number: JP14984888A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Idei; 安正出井; Satoshi Orisaki; 折崎　聡
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1989-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPH0625602B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は石炭等の流動燃焼を行う流動床ボイラの制御方
法に関するものであり、詳しくは負荷変動に迅速に追従
で詮る流動床ボイラの制御方法に関するものである。

［従来の技術］流動床ボイラは、よく知られているように、流動室内に
燃料を連続的に供給すると共に、分散板を通して該流動
室内に空気を供給し、燃料の燃焼と流動媒体の流動とを
行い、該流動室内に配設された伝熱管にて熱交換させる
ものである。この流動床ボイラにおいては、従来、伝熱
管は流動床内に埋没するようにその設置高さや流動媒体
の充填量が設定されている。

［発明が解決しようとする課題］上述の如く、従来の流動床ボイラでは伝熱管が流動床内
に埋没しており、流動層伝熱の特徴として空気流速が下
がっても総括伝熱係数は下がらない領域で運転するとこ
ろから、ボイラ負荷が低下した場合に燃料供給量及び空
気供給量を減少させて燃料の燃焼熱を低下させても、伝
熱係数と伝熱面積が殆ど低下しない。従って、熱交換量
が多く、流動床の温度が急激に低下し、運転不能に陥る
ことがある。

また、ボイラ負荷の増大に対応して燃料供給量を増大さ
せた場合にあっても、流動床ボイラで扱っている固体燃
料は微粉炭等よりも粒径が大きく、燃焼速度が小さいた
め、応答性が悪い。

この対策として、流動床を幾つかのセルに分け、負荷に
応じて幾つかのセルをスランプ状態として対応する方法
がある。しかしながら、この方法は、制御の上からも非
常に複雑であり、また負荷変動が願繁に起こる場合には
充分には対応できないという問題がある。

これに対し、本出願人よりボイラ負荷の変動に対応して
燃料供給量及び空気供給量を変化させることにより流動
床高さが変化された際に、流動床内に埋没する伝熱管の
本数を変化させるように、伝熱管の設置高さ或いは流動
媒体の充填量を設定する制御方法が提案されている（特
願昭６１−１９９５３２号）。この方法では、ボイラ負
荷変動に対応して流動床高さが変化された際に、流動床
に埋没する伝熱管の本数が変化する。例えば、負荷の減
少に対応して空気と燃料の供給量を減少させると、流動
床高さが低下し、該流動床に埋没する伝熱管の本数が減
少する。逆に、負荷が増大し、これに対応して空気と燃
料との供給量を増大させた場合には、流動床高さが高く
なり、該流動床に埋没する伝熱管本数が増大する。その
ため、ボイラ負荷の増減に対応して伝熱面積が変化する
ことになり、流動床から伝熱管に伝えられる紀伝熱量が
該負荷の増減に対応して増減されることになり、流動床
温度の変動幅が著しく小さくなる。

しかしながら、その後の検討により、この方法では次の
問題があることが認められた。即ち、負荷増大に対応し
て空気量を多くして流動床高さを大きくした場合、空気
が過剰となってＮＯｘ発生量が多くなる。また、逆に負
荷減少に対応して空気量を少なくして流動床高さを小さ
くした場合、ＳＯｘが発生し易くなる。（石灰石による
脱硫方式の場合、その脱硫反応は主としてとなるのであるが、空気量が少ないと０２が不足し、上
記脱硫反応が進行しにくくなるのである。）このようなことから、特願昭ｆｉｌ　−１９９５３２号
のボイラにおいても、固体燃料の燃焼に合わせて空気量
を制御せざるを得す、それだけ負荷応答性が悪くなって
いた。

［課題を解決するための手段］請求項（１）の流動床ボイラの制御方法は、ボイラ負荷
の変動に対応して、燃料供給量を負荷変動前の供給量Ｆ
Ｏから負荷変動後の供給量Ｆｌに変化させてボイラ出力
の制御を行なうに際し、まず上記Ｆ、とＦＯとの差より
も大なる燃料供給量変化とし、次に上記Ｆ＋とＦＯとの
差よりも小なる燃料供給量変化とし、その後燃料供給量
をＦ＋に変化させるようにしたものである。

請求項（２）の流動床ボイラの制御方法は、請求項（１
）の制御方法において、燃料供給量の過剰量Ｓ１又はＴ
２と不足量Ｓ２又はＴ１との差△Ｓ又は△Ｔ即ちＳＩ　
　Ｓ２又はＴｌ−７２が、燃料供給量ＦＯで安定状態に
あるときの炉内滞留固体燃料量と、燃料供給量Ｆ＋で安
定状態にあるときの炉内滞留固体燃料量との差にほぼ等
しくなるようにするものである。

また、請求項（３）の流動床ボイラの制御方法は、請求
項（１）の制御方法において、燃料供給量の過剰量Ｓ１
又はＴ２と、不足量Ｓ２又はＴｌとをほぼ等しくなるよ
うにするものである。

［作用］例えば、本発明方法に従ってボイラ負荷増大時の制御を
なすには、まず変動後の負荷に対応する供給量Ｆ、より
も過剰に燃料を供給する。これにより、ボイラ出力は急
速に上昇する。次いで、−旦、上記Ｆ＋よりも少なくな
るように燃料を供給する。これにより、ボイラ出力の過
大な増大が防止される。その後、燃料供給量がＦｌとさ
れ、変動後の負荷に対応したボイラ出力が維持される。

ボイラ負荷が低下したときも、同様にまずＦ。

を下回るように燃料供給量が減少され、次に該供給量は
Ｆ＋を上回る量まで回復された後Ｆ１とされる。これに
より、同様にして急速な出力減少を行なうことができる
。

請求項（２）の態様では、供給量を例えばＦ。

からＦＯよりも大きなＦｌに変化させるときに、第２図
に示した燃料の過剰量Ｓ、つまりＦ＋を上回って供給さ
れた燃料の量が不足量３２つまりＦ、を下回る燃料の不
足量よりも△Ｓだけ多くなるようにしている。この△Ｓ
は、供給量Ｆ１の条件下でボイラが安定して運転されて
いるときの炉内滞留固体燃料量Ｃ＋と、供給量Ｆ、で安
定してボイラが運転されているときの炉内滞留固体燃料
量ＣＯとの差に等しい。

また、請求項（２）では、供給量をＦｏからＦｏよりも
少ないＦｌに変化させるときに、第３図に示した燃料不
足量Ｔ＋が過剰量Ｔ２よりも上記の量△Ｓだけ大きくな
るようにする。

これらの請求項（２）の制御方法によると、燃料供給量
をＦｏからＦ＋に切り替えた後において、このＦ＋の燃
料供給量の条件下でより早期に、安定して燃料が燃焼す
る状態に到達する。

請求項（３）の態様においては、上記の過剰量Ｓ＋と不
足量Ｓ２．不足量ＴＩと過剰量Ｔ２をそれぞれほぼ等し
くするようにボイラが運転される。

このような請求項（１）〜（３）の制御方法によれば、
流動床ボイラの負荷変動に対し極めて迅速に追従するこ
とができる。また、窒素酸化物ＮＯｘ及び硫黄酸化物Ｓ
Ｏｘの発生量も少ない。

［実施例］以下図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る流動床ボイラの制御方法
を説明するための流動床ボイラの系統図である。

符号１０はボイラ炉体であり、その内部の底部には分散
板１２が該ボイラ内部を横断するように設置され、空気
室１４が区画形成されている。この空気室１４には１次
空気の供給管１６を介して押込送風機１７が接続されて
いる。分散板１２の上方は流動室であり、多数の伝熱管
１８が設置されている。本実施例では、伝熱管１８は高
さ方向に多段になるように設置されている。符号２０は
後述する給炭系からの燃料（本実施例においては粒状炭
）の供給管であり、分散板１２の直上に均一に供給する
ように複数本配設されている。

伝熱管１８上方のフリーボード部には２次空気の供給管
２２が接続されている。２次空気供給管２２の更に上方
には、分散板２４がボイラ炉体内部を横断するように設
置され、その上方に脱硫室を形成している。符号２６は
バンカー２７から石灰石やドロマイト等の脱硫剤（本実
施例では石灰石）を供給するための配管であり、符号２
８は脱硫反応後の石灰石を排出するための排出管である
。また、符号３０は廃熱ボイラであり、伝熱管３２が配
設されている。この伝熱管３２へはスチームドラム３４
が配管３６．３８を介して接続されており、配管３６の
途中には循環ポンプ４０が設けられている。該ポンプ４
０の吐出側は配管４２を介して前記伝熱管１８の一端に
接続され、該伝熱管１８の他端は配管４４を介してスチ
ームドラム３４に接続されている。該スチームドラム３
４には蒸気取出管４５が接続されると共に、給水ポンプ
４６及び配管４７を介して軟水が導入可能とされている
。符号４８は廃熱ボイラ３０に接続されたバグハウスで
あり、その下流側には８引ファン５０が配置されている
。

給炭系５２は、石炭バンカー５４、横型ロータリーバル
ブ５６、計量コンベア５８、ハンマクラッシャ６０、ス
プリッタ６２を備えており、前記供給管２０から例えば
空気搬送等により粒状炭が炉体１０に供給される。

かかる構成において、分散板１２上方の流動室内には流
動媒体が充填され、供給管２０から供給される粒状炭が
空気室１４を通って供給される１次空気によって燃焼し
、流動床Ｂを形成する。燃焼ガスは、その後２次空気の
供給を受けた後、脱硫流動床Ｂ′内に入り脱硫される。

次いで、廃熱ボイラ３０で熱交換した後、バグハウス４
８で集塵処理され、大気中へ放出される。

次に計装について第４図を参照して説明する。

なお、第４図は制御ブロック図である。

１次及び２次空気供給管１６．２２には流量検出計７０
．７２とフローコントロールバルブ７４．７６が設けら
れ、炉体１０内には炉内０２濃度の検出センサ７８が設
けられている。石炭の供給管２０には流量計８０とフロ
ーコントロールバルブ８２が設けられ、給水管４７には
流量計８４及びフローコントロールバルブ８６が設けら
れている。蒸気の取出管４５には流量計８８とフローコ
ントロールバルブ９０が設けられ、スチームドラム３４
には圧力計９２と水位計９４が設けられている。

各流量計７０．７２．８０．８４．８８の信号は調節器
ＲＩ＃Ｒ６に入力されている。圧力計９２と水位計９４
の信号は調節器Ｒ６、Ｒ７に入力されている。

スチーム量とドラム圧の検出信号及び炉内ｏ２の検出信
号は、調節器Ｒ３に人力され、ボイラ負荷に対応した石
炭量Ｆ、からＦ＋になるように石炭供給量設定信号が調
節器Ｒ３より出力される。

同時に、スチーム量とドラム圧の検出信号は石炭供給量
演算回路９６に入力され、ボイラ負荷の変化に対応した
所定の石炭供給量変化カーブが演算され、上記石炭供給
量設定信号に加算され、バルブ８２の制御を行なう。

なお、スチーム量とドラム圧の検出信号と石炭量の検出
信号及び炉内０２の検出信号は調節器Ｒ１％Ｒ２に入力
され、バルブ７４．７６の制御が行なわれる。また、ス
チーム量の検出信号とトラムレベルの検出信号が調節器
Ｒ４に入力され、バルブ８６の制御が行われる。

この流動床ボイラにおいては、負荷変動に対応して石炭
及び空気は次の如く制御される。

負荷が増大した場合には、第２図の如く目標とする負荷
に対応した石炭供給量Ｆ＋よりも多量に石炭を増加させ
る。一般に、粒状石炭は燃焼速度が小さいから、石炭量
を増加しても燃焼熱量の増大は緩慢である。しかし、本
発明では、石炭増加を過剰とすることにより、この緩慢
な燃焼熱量増大を補う。また、その後、石炭供給量を前
記Ｆ＋を下回るように絞り込み、この過剰供給の影響を
打ち消し、しかる後、増大した負荷に対応した石炭供給
量Ｆ、に戻す。また、負荷の増大に追従して空気量を変
化させる。こうすることにより、ボイラ出力を急速に増
大させ、負荷増加に迅速に追従させ得る。そして、本発
明の場合、負荷の増減に対応して空気量を増減させるよ
うにできるから、空気量の急激な変化にもかかわらず炉
内０２濃度の変動が小さい。そのためＮＯｘ発生量が増
大せず、脱硫反応も安定したものとなる。

また、負荷が低下した場合には、まず石炭供給量を目標
とする負荷に対応した供給量Ｆ１よりも少なくなるよう
に過剰に減少させる。これにより、ボイラ出力が迅速に
低下を開始する。その後、この過剰な減少を補うように
、上記供給量Ｆｌを上回る供給量とした後、該供給量Ｆ
＋とする。こうすることにより、ボイラ出力は迅速に低
下される。

この流動床ボイラにおいて、請求項（２）の制御方法に
従って石炭供給量をＦＯからＦｏよりも多いＦｌに変化
させる場合、第２図の時刻１＋からｔ２の間の過剰供給
時の供給量を進み遅れ演算ＦＸＩで計算し、出力する。

そして、時刻ｔ２からｔ３の間の不足供給時の供給量を
進み遅れ演算ＦＸ２で計算し、出力する。無駄時間演算
ＦＸ３で計算された時間だけ遅れて、ＳＬとＳ２との差
△Ｓの信号が出力される。第６図はこの制御方式で出力
される燃料供給量Ｆの経時変化の一例を示すグラフであ
る。

このとき、進み遅れ演算ＦＸＩ、ＦＸ２のＰとＱ及び無
駄時間の値を炭種等の違いに応じて調整することができ
る。Ｐの値はピークの高さを変える変数であり、Ｑの値
はピークの裾野の長さを変える変数である。

Ｓ、とＳ２の差△Ｓを、ＦＯでバランスしたときベット
内に存在する石炭量ＣＯと、Ｆ、でバランスしたときベ
ツド内に存在する石炭量Ｃ＋の差に等しくすることによ
り、安定状態に早期になるようにすることができる。

第３図のように燃料供給量をＦＯからＦＯよりも小さい
Ｆ’＋に変化させるときも、ＦＸｌ、ＦＸ２によりｔＩ
からｔ２の間の不足供給量とｔ２からｔ３の間の過剰供
給量が演算される。そして、ＦＸ３で計算された時間だ
け遅れて、ＴＩとＴ２との差△Ｓの信号が出力される。

このような制御システムにおいて、燃料供給量の所定の
供給量カーブを得る演算式として、伝達関数が、演算と、ムダ時間演算を行う。例えばＦＸＩのＰ；１０
、Ｑ＝３でＦＸ２（７）Ｐ−７、Ｑ＝３とした場合の、
コンピュータによる燃料供給量の制御信号の出力例を第
５図に示す。負荷上昇のステップ人力信号を入れたとき
、供給量設定信号が目標とする石炭量よりも多量に増加
し、その後目標値よりも減少して目標になっている動包
が分かる。

このような動きをすることによって、実際に燃焼する石
炭量が負荷上昇の入力信号にほぼ等しくなるように制御
することが可能となる。

なお、上記実施例ではＳ＋とＳ２）ＴＩとＴ２がそれぞ
れΔＳ、Δτずつ異なっているが、本発明では、Ｓ＋と
Ｓ　２　、Ｔ　ＩとＴ２をそれぞれ等しくしても良い。

本発明では、流動床Ｂの高さがボイラ負荷の変動に対応
して変えられた際に該流動床Ｂへの埋没本数が変化する
ように伝熱管１８の設置高さ及び流動媒体の充填量が設
定しても良い。例えば、ボイラ負荷が最大になった場合
にはこれに対応して粒状炭供給量及び１次空気供給量が
最大とされ、全ての伝熱管１８が該流動床Ｂに埋没する
。また、中間の負荷状態にあっては、それに見合って粒
状炭供給量及び１次空気供給量が減少され、流動床Ｂの
高さは低下し、伝熱管１８のうち最上段のものが流動床
Ｂから露出する。更に、最低負荷状態になったときには
、粒状炭供給量及び１次空気供給量が最低量まで減少さ
れ、流動床Ｂの高さはさらに低下する。これにより最上
段及び中段の伝熱管１８が流動床Ｂから露出し、最下段
の伝熱管１８のみが流動床Ｂに埋没することになる。こ
のように、流動床ボイラの負荷変動に対応して流動床高
さが変動すると、該流動床に埋没する伝熱管１８の本数
が増減し、伝熱面積が増減する。

従って、流動床Ｂから伝熱管１８に伝えられる総熱量が
負荷の増減に対応して増減することになり、−層迅速な
出力制御が可能になると共に、流動床Ｂの温度の変動幅
が著しく小さくなる。そして、従来のようにボイラ負荷
が低下した場合においても多量の熱交換がなされて流動
床温度が急激に低下するという事態が回避され、低負荷
状態においても安定したボイラの運転を行うことが可能
である。

なお、上記実施例では燃料として粒状炭を採用している
が、石炭以外の各種可燃性物質をも原料とできる。

［発明の効果］以上の通り、請求項（１）〜（３）の流動床ボイラの制
御方法によれば、流動床ボイラの負荷変動に対し極めて
迅速に追従することができる。また、窒素酸化物及び硫
黄酸化物の発生量も少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する流動床ボイラの図、第
２図および第３図はそれぞれ制御例を示すグラフである
。第４図は制御システムのブロック図、第５図はコンピ
ュータによる石炭量制御信号の演算例を示すグラフ、第
６図は制御例を示すグラフである。１２・・・分散板、１４・・・空気室、１６・・・１次
空気供給管、　１８・・・伝熱管、２０・・・燃料供給
管、　　　Ｂ・・・流動床。時間時間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボイラ負荷の変動に対応して、燃料供給量を負荷
変動前の供給量Ｆ＿０から負荷変動後の供給量Ｆ＿１に
変化させてボイラ出力の制御を行なうに際し、まず上記
Ｆ＿１とＦ＿０との差よりも大なる燃料供給量変化とし
、次に上記Ｆ＿１とＦ＿０との差よりも小なる燃料供給
量変化とし、その後燃料供給量をＦ＿１にすることを特
徴とする流動床ボイラの制御方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載の制御方法において、
燃料供給量の過剰量Ｓ＿１又はＴ＿２と不足量Ｓ＿２又
はＴ＿１との差△Ｓ又は△Ｔ即ちＳ＿１−Ｓ＿２又はＴ
＿１−Ｔ＿２が、燃料供給量Ｆ＿０で安定状態にあると
きの炉内滞留固体燃料量と、燃料供給量Ｆ＿１で安定状
態にあるときの炉内滞留固体燃料量との差にほぼ等しく
なるようにすることを特徴とする流動床ボイラの制御方
法。
（３）特許請求の範囲第１項記載の制御方法において、
燃料供給量の過剰量Ｓ＿１又はＴ＿２と、不足量Ｓ＿２
又はＴ＿１とをほぼ等しくなるようにすることを特徴と
する流動床ボイラの制御方法。