JPH01256716A - 起動時のｎｏｘ制御方式 - Google Patents

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〕 本発明は火力発電プラントのボイラ燃焼制御に係り、特
にボイラ起動においても発生窒素酸化物を低減するに好
適な起動時のＮＯＸ制御方式に関する。

〔従来の技術〕

「従来のＮＯＸ制御方式は、特開昭５８−１４５８２０
号に記載のようにボイラの低負荷時での窒素酸化物（以
下ＮＯＸと称す）の発生量を燃焼用２次空気（本発明で
は排ガスと呼んでいる）をある程度、注入させることで
低減させる」となっている。ところが、ボイラの排ガス
中に含まれる０２′ａ度を指標として起動時よりＮＯＸ
値を任意に且つ緻密に制御できるよう配慮されていなか
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ボイラ起動時等の低負荷時において、
ＮＯＸ値を一定に抑制することが可能であった。しかし
ながら、この従来方式においては。

火炉内に注入するガス圧力を燃焼用空気圧力と等しくな
るように調整するためにＮＯＸ値を可変にて制御するこ
とが出来なかった。

そのため、光化学注意報発令等に伴ない緊急Ｎ　ＯＸ値
低減指令が発令された場合等には、過剰空気量を手動操
作することで対応していた。また。

従来のボイラ煙道に設置された外部脱硝装置においては
、ボイラ起動過程では排ガス温度が低いために作動出来
ないといった問題があった。

本発明の目的は、起動時における最低空気流量を維持し
つつ、燃焼用空気流量と排ガス注入流量を調整して排ガ
ス中のＯｚｍ度を低く抑えることにより、起動時の燃焼
安定化を図り、低ＮＯＸ運転を実現すると共に、ＮＯＸ
値を任意に制御可能とすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、火炉出口と、火炉内への再循環煙道と煙突
への排出煙道との分岐点との間である燃焼状態の判別可
能な検出点における０２濃度を指標として火炉内への注
入ガス流量を調整することにより達成される。

〔作用〕

ボイラ起動時に燃焼用空気流量を減少させると共に混合
ガス流量を増加させることにより、起動時に必要な最低
空気流量を体積ベースで維持しつつ、排ガス中のｏ２２
部を抑制することが出来る。

これによって、ボイラ起動時においても安定した燃焼状
態を維持しつつ、ＮＯＸ値も抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第３図において、火力発電プラントの概要を説明する。

火力発電プラントは、ボイラ本体２、高圧タービン３０
６．中圧タービン３０５、発電機３０４により構成され
、ボイラ自動制御装置３０２は、負荷（タービン・発電
機）からの要求、つまり、タービン制御装置３０３が、
タービンガバナ３０８の開度調整を行ない、タービン入
口蒸気を定格の圧力、温度を規定値に保つべく、燃料流
調弁５１により燃料量を、ボイラ給水ポンプ（以下ＢＦ
Ｐと略す）３１０により給水量を、また押込通風機（以
下ＦＤＰと略す）３２により空気量をそれぞれ制御する
。

次に、燃焼ガスの流れについて説明すると、火炉（ボイ
ラ本体２）にて燃焼したガスは、まず火炉壁水管（以下
ＷＷと略す）３１６、ドラム３１７．２次過熱器（以下
２ＳＨと略す）３１９、再熱器（以下ＲＨと略す）３２
１．１次過熱器（以下ＩＳＨと略す）３２４、節炭器（
以下ＥＣ○と略す）３１５を通り、１部は再循環ガスと
してガス再循環ファン（以下ＧＲＦと略す）２３とガス
再循環ファン人口ダンパ（以下ＧＲＦ入ロプロダンパす
）２３によりガス再循環量を調整して、１部は火炉ホッ
パ人ロダンバを介して火炉内へ注入させることにより、
ＷＷ３１６、ドラム３１７．２ＳＨ３１９，ＲＨ３２１
，ｌ５Ｈ３２４゜ＥＣ０３１５での伝熱量調整に使用し
、１部は、ＮＯＸ調整用として混合ガス流量（以下ＧＭ
量と略す）調整ダンパを介して燃焼用空気へ注入され、
残りの燃焼ガスは煙突より大気へ排出させる。

また、水蒸気系について説明すると、中圧タービン３０
５からの排気を復水器３０７により冷却して復水とし、
この水をＲＦ　Ｐ　３１．０により加圧し、給水流調弁
３１３にて給水量を調整した水は、ＥＣ０３１５にて加
熱させ、ＷＷ３１６にて過熱されて蒸気となる。この蒸
気は、ドラム３１７にて飽和蒸気と飽和水に分離され、
ｌ５Ｈ３２４で過熱後、給水の１部をスプレー弁３１１
を介して減温器３２０に注入することにより、蒸気温度
の調整を行なう。さらに、この蒸気は２ＳＨ３１９にて
定格温度まで過熱されて、タービンガバナ３０８を経て
高圧タービン３０６へ送られる。高圧タービン３０６で
仕事を終えた蒸気は、ＧＲＦ入口ダンパ２３を調整する
ことにより、ガス再循環量を調整し、ＲＨ３２１にてガ
ス対流熱を吸収させ、定格温度まで蒸気を再熱されて、
中圧タービン３０５へ送られる。中圧タービン３０５で
仕事を終えた蒸気は、復水器３０７へ送られ、復水され
てボイラ給水用として使用される。

その他の装置として、中央操作盤３０１．空気流量発信
器４２、燃料流量発信器４３、圧力ＥＣＯ出ロガロガス
０２検出器がある。

第４図に、従来の起動時におけるＮＯＸ系の主なプロセ
ス挙動を示す。

本図により、起動時の通風系操作手順を説明すると、ま
ず、点火に先立ち、火炉内の可燃物を火炉より排出する
ため、火炉パージを行なう。火炉パージ風量は、ボイラ
最大定格時の空気流量の２５％とすることが、規格によ
り定められており。

この数値を厳守している。

ところが、点火がら併入を行ないボイラの出力値が２５
％まで上昇する間においては、上記の空気流量を２５％
一定と設定しているため、燃料流量に対して空気流量過
多となり、ＮＯＸ値が２００ＰＰＭを越えてしまう。特
に、水質チエツクを実施する場合には、蒸気温度の上昇
を抑えるため、燃料流量をさらに引き下げる必要があり
、ＮＯＸ値は２５０ＰＰＭにも達することがある。

従来、これらの起動時ＮＯＸ上昇対策としては。

運転員の経験により混合ガス流量調整ダンパを手動操作
し、排ガスを燃焼用空気に注入する一方、バーナの火炎
が逆火しないことを監視しながら、ＦＤＰ入ロベロベー
ンるという難しい操作が必要であった。

ここで、ＮＯＸ生成原理について説明すると、以下の物
理式となる。

（ＮＯＸ）＝ｆ　　Ａｅ’″Ｅ／”（Ｎｚ）（Ｏｘ）’
／２ｄ　ｔ＝Ａ　ｅ−Ｅ／”（Ｎｚ）［０２）　ｔ　ｅ
　　＝（１）なお、〔〕；濃度 Ｅ；見かけの活性化エネルギー（Ｋｃａ　Ｑ　／ｋｇｍ
ａＱ） Ｒ；ガス定数（１，９９Ｋｃａ　Ｑ　／ｋｇｍａ　Ｑ　
／　’Ｋ　）Ｔ；火炎温度（°Ｋ） ｔｅ；高温燃焼域でのガス滞留時間（Ｓ／）である。

（１）式より、ＮＯＸ濃度は、燃焼温度が高く、燃焼域
でのＯ２濃度が高く、さらに高温域での燃焼ガスの滞留
時間が長いほど高くなることが判かる。

そこで、本発明では、起動時においても、Ｏ２濃度を低
くする制御方式により、ＮＯＸ低減を図ることを目的と
した。

第５図に、本発明による起動時のＮＯＸ制御の概要を示
す。

起動時、火炉パージを行なうため、空気流量を２５％と
する。この時点では、空気はフレッシュ空気２５％とな
っており、排ガスは含まれていない。もちろん、ＥＣ○
出ロガロガス０２値気中に含まれている値と等しく２１
％となっている。

次に、点火を行なうと、ＮＯＸ値は一気に３００ＰＰＭ
まで上昇する。この点火と同じタイミングで、トータル
の体積ベースでの空気流量は２５％一定のまま、ＥＣ○
出ロガロガス０２値２％となるように混合ガス流量調整
ダンパを制御する。（ＥＣ○出ロガスｏｚ値１２％の設
定根拠は、燃焼ガス中に含まれる未然分の一酸化炭素（
以下、ＣＯと略す）が、環境規制を越えないための値で
ある。）すなわち、燃焼用空気中に占めるフレッシュ空
気と排ガスの割合を１０％と１５％とすることにより、
ＮＯＸ値を５０〜６０ＰＰＭまで低減することが出来る
。

次に、起動時のＮＯＸ制御方法を実現するためには、起
動時のＥＣＯ出口０２設定プログラムを作成する必要が
ある。これは、第６図に示しているように、従来は２５
％負荷以上において低ｏ２運転を行なう際に、発電機出
力値などの負荷信号をベース信号として、ＥＣ○出ロガ
ロガス０２設定プログラム成することが出来た。しかし
、負荷信号は、本発明のように点火よりボイラ最大出力
値まで一貫したＥＣＯ出ロガロガス０２設定プログラム
成するためのベース信号としては使えない。

そこで、第７図に示したように燃料信号をベース信号と
して使うこととする。これにより、点火から併入まで、
さらには、併入よりボイラ最大出力まで一貫したＥＣＯ
出ロガロガス０２定が可能となる。また、第７図に記載
されているように、ＥＣＯ出ロガロガス０２制御点火か
ら２５％負荷までをＮＯＸ制御のために混合ガス流量調
整弁を制御することに使用し、２５％負荷以上において
は、従来通り空気流量制御のためにＦＤＰ入ロベロベー
ン御することに使用する。

第１図に、本発明を適用した制御回路の一例を示す。１
は、制御装置の範囲を示す。まず、混合ガス流量調整ダ
ンパ２１の制御方法について説明する。燃料流量検出器
４３の信号をベースとして、関数発生器１１０にて、Ｅ
ＣＯ出ロガロガス０２設定プログラム成する。次に、こ
の信号とＥＣ○出ロガスＯｚ検出器４１の信号とを比較
演算器１１１にて演算して、この偏差信号を比例積分器
１１２にて演算し、点火から２５％負荷までの混合ガス
流量調整ダンパ操作信号を作成する。一方、空気流量検
出器４２の信号をベースとして、関数発生器１０７にて
、２５％負荷以上における混合ガス流量調整ダンパ操作
信号を作成する。最後に、信号切替器１０８にて点火か
ら２５％負荷まではＢ側を、２５％負荷以上においては
Ａ側を選択し、混合ガス調整ダンパを操作する。

次に、ＦＤＦ入ロベロベーン２４御方法について説明す
る。発電機出力信号４４をベースに、関数発生器１０１
にて、空気流量設定プログラム信号１０１を作成し、Ｅ
Ｃ○出ロガスｏ２偏差信号である比較演算器１１１の出
力信号を、積分器１０９にて積分演算し、この演算値を
空気流量設定値の補正量として加算器１０２にて演算す
る。

さらに、この信号と空気流量の最低流量を設定した信号
発生器１０６の信号とを、高値選択器１０４にて演算し
て、空気流量がボイラ最大出力時の２５％以下にならな
いようにする。この高値選択器１０４の出力信号と、空
気流量検出器４２の信号とを、比較演算器１０３にて演
算して、この偏差信号を比例積分器１０５で演算し、Ｆ
ＤＰ入ロベロベーン作する。

第８図に、本発明を適用した場合の起動時におけるＮＯ
Ｘ系の主なプロセスの挙動を示す。

本図より明らかなように、点火がらボイラ最大出力時ま
で安定した低ＮＯＸ運転が可能となっていることが判か
る。特に、ＥＣ○出ロガロガス０２定プログラムのベー
ス信号を燃料流量信号としたことにより、水質チエツク
時のＮＯＸ低域についても可能となっている。また、Ｅ
ＣＯ出ロガス０２特性曲線については、従来方式を破線
で示し、本発明の方式を実線で記入し、ＥＣＯ出ロガロ
ガス０２減量を斜線で示している。

第２図に、本発明の機能説明フローを示す。

まず、演算ブロック２０１にて、プラントが起動中かど
うか、通常は２５％負荷以下であれば起動中、２５％負
荷以上であれば起動運転完了と判定する。もし、起動中
であれば、演算ブロック２０２へ進む。

演算ブロック２０２では、空気流量をボイラ最大出力時
の２５％にて制御し、さらに演算ブロック２０３へ進み
、混合ガス流量調整ダンパを、ＥＣＯ出ロガロガス０２
値り制御することで、ＮＯＸ低減を図る。

一方、プラントが起動完了していれば、演算ブロック２
０４へ進み、空気流量はボイラの出力値に見合った空燃
比及びＥＣ○出ロガロガス０２の補正信号により制御し
、さらに、演算ブロック２０５へ進み、混合ガス流量調
整ダンパは、空気流量からのプログラム制御として、燃
焼の安定化とＮＯＸ低減を図る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラントの起動時においても、ＮＯＸ
を５ｏ〜６０ＰＰＭ以下へ抑えることが出来るので、起
動時における運転操作の軽減、及びＮＯＸ環境規制が容
易に達成出来るなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御回路図、第２図は本発
明の機能説明フロー図、第３図は代表的な火力プラント
の構成図、第４図は従来方式による主なプロセスの挙動
を示す図、第５図は本発明の起動時のＮＯＸ制御概要を
示す図、第６図は従来方式のＥＣＯ出ロガロガス０２特
性す図、第７図は本発明によるＥＣＯ出ロガロガス０２
特性す図、第８図は本発明を適用した場合の主なプロセ
スの挙動を示す図である。 ３０２・・・ボイラ自動制御装置、２１・・・混合ガス
流量調整ダンパ、２４・・・ＦＤＦ入ロベロベーン２・
・・空気流量検出器、４１・・・ＥＣＯ出ロガス０２検
出８１圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料を燃焼させて熱量を発生させるバーナ群と、該
   バーナ群に供給する燃焼用空気の流量を調整する空気流
   量調整ダンパと、前記バーナ群により燃料を燃焼させる
   際に発生する排ガスを前記燃焼用空気に混合させてガス
   混合体とし、該排ガス流量と該燃焼用空気流量との比で
   あるガス混合比を該排ガス流量を調節することにより調
   整する混合ガス流量調整ダンパとを具備したボイラの自
   動制御装置において、ボイラ起動時に前記燃焼用空気流
   量を減少させ、前記排ガス流量を増加させることにより
   、ボイラを安全に起動するために必要な最低空気流量を
   前記ガス混合体として体積ベースで確保しつつ、同時に
   前記排ガス中のＯ＿２濃度を低く抑え、低Ｏ＿２運転に
   よる窒素酸化物（以下ＮＯＸと称す）の低減を可能とし
   たことを特徴とする起動時のＮＯＸ制御方式。 ２、特許請求範囲第１項において、前記排ガスと燃焼用
   空気とを前記バーナ群の周辺に設置されたウインドボツ
   クスの手前において混合することにより前記ガス混合体
   をバーナ近傍から火炉内に噴出することによりバーナ火
   炎を保炎して燃焼状態が安定するようにしたことを特徴
   とする起動時のＮＯＸ制御方式。