JPH01266401A - 石炭焚きボイラの出力制御方法 - 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〕 本発明はボイラ自動制御に係り、特に石炭焚き発電プラ
ントの自動周波数制御（以後ＡＦＣという）において、
発電プラントの基準負荷と石炭ミル運転台数を基にＡＦ
Ｃ変化幅を適正に制御して発電プラントの安定運転を実
現するに好適な石炭焚きボイラの出力制御方法に関する
。

〔従来の技術〕

石炭焚き発電プラントでは燃料供給装置として石炭ミル
が複数台設置されており、負荷要求量に応じて必要な台
数の石炭ミルが運転される。ところで、電力の需要は時
々刻々変化するため供給側の発電力と要求側の需要電力
とは完全に平衡をとることはできない、そのため周波数
は基準周波数との間に偏差が生じる。この偏差を中央給
電指令所で検出して緊急に必要な電力を算出し、この必
要電力を調整分として各発電所に分配してＡＦＣ指令信
号を発し、各発電所はＡＦＣ指令信号により発電量の調
整を行っている。

従来１石炭焚き発電プラントは、連続的に燃料供給量を
調整できる重油焚き、ガス焚き発電プラントに比べて燃
料系統の応答が遅く、更に５台から７台もの石炭ミルを
順次に起動、停止させて必要な燃料量を確保する必要が
あり、このように操作側に劣ることから、主にベースロ
ード用火力として使用されており、負荷変動の即応性を
要求される中間負荷運用には不向きであった。このため
石炭焚き発電プラントに対するＡＦＣ運転のニーズも少
く、又ＡＦＣ運転を行なうにしても、ＡＦＣ変化幅は、
各種プラント機器の運転状態を考慮して決められる運転
員の手動設定値に対して、基準負荷の関数により設定さ
れる最大許容幅で制限する程度のものであり、特に上述
した石炭焚きプラントの燃料系の特異性、すなわち複数
台の石炭ミルの起動、停止により生ずる燃料系統の不連
続性に対する考慮はされていなかった。

しかるに、近年は制御技術が向上したことにより、前記
燃料系統の応答遅れも改善されるようになったので、中
間負荷運用指向、すなわち高負荷変化率運転を行ないな
がらＡ　ＦＣ運転を行なって電力系統の安定に寄与する
とともに、安定な電力供給を行なうことが強く望まれる
ようになってきた。これに伴って、石炭焚きプラントの
特徴から負荷変化中に石炭ミルの追加投入あるいは停止
を適切なタイミングで行なうことが必要になるが、石炭
ミルの場合予めウオーミングを行なう必要や、停止後に
石炭ミル内の残炭をパージする必要などがあり、このウ
オーミングやパージを考慮した上でそれぞれの石炭ミル
の起動、停止を計画的に管理する必要があり、適切なタ
イミングでの投入。

停止は非常に緻密なスケジュール管理が要求される。

もし、このタイミングを逸した場合には、運転中の石炭
ミルの負荷、すなわちミル石炭粉砕量が適切な範囲を逸
脱してしまう。特にＡＦＣ運用を行なっている場合には
、中央給電指令所からのＡＦＧ指令自体が火力発電プラ
ントの運転状態に関係なく、電力系統の需要の変動によ
って不意に与えられるものであるため、石炭ミル負荷の
適正範囲からの逸脱が更に大きくなることもあり、ひい
ては、石炭焚きボイラへの燃料供給量の過不足が生じて
蒸気温度や蒸気圧力の変動を招き、電力の安定供給が難
しくなる。

以下、従来方式の石炭焚きプラントの制御について第４
図および第５図を参照しながら詳細に説明する。

第４図は石炭焚き火力プラントの概略構成を示す図であ
る。

ボイラ制御装置５０１には、中央給電指令所から発電プ
ラントに要求する負荷指令であるユニット負荷指令信号
１０１とＡＦＣ指令信号１０２および中央操作ｇ１５０
４から運転員によって、各種プラント機器の運転状態、
休止等を考慮して与えられる信号およびプラントの運転
に必要な各種データが与えられる。ボイラ制御装置５０
１は、ボイラ５０５の入力量である給水、燃料、空気を
制御してタービン５０６に導く蒸気の温度・圧力を規定
値に維持する。発電機５０７はタービン５０６により駆
動され、給水は給水ポンプ５０８により、そして空気は
押込通風機５０９により、ボイラ５０５に供給される。

燃料系統は貯炭槽５１１、給炭機５１２、石炭ミル５１
０などが複数組設置され、それぞれ給炭機５１２から供
給された石炭がミル５１０内部で粉砕されたのちに、−
次通風機５１３により供給される空気によって搬送管５
１４を通じてバーナへ送られ燃焼する。

ここで、石炭焚きプラントの特徴は、給水、空気が連続
的に操作可能であるのに対し、燃料系統のみが、５台か
ら７台の複数の石炭ミルから構成され、これらを負荷要
求に見合って順次不連続的な起動、停止をしなければな
らない点にあり、これが石炭焚きプラントを安定に運転
する上での大きな支障となっている。

第５図に、石炭焚きボイラ制御装置に用いられる公知の
ＡＦＣ制御方法の一例を示す。

第５図において、中央給電指令所から受信するユニット
基準負荷指令信号１０１と定検等のため発電所単独で設
定器１０３で設定した負荷指令信号のいずれかを切替器
１０４で選択し、変化率制限器１０５を通して発電プラ
ントの基準負荷信号１０６を作成する。なお、通常の状
態では、基準負荷信号１０６としてユニット基準負荷指
令信号１０１が選択される。一方、中央指令所から受信
したＡＦＣ指令信号１０２は、高信号選択器１１２と低
信号選択器１１３により各々下限値１１０と上限値１１
１と比較されて変化幅を制限され、次に変化率制限器１
１５を通してＡＦＣ指令信号に対応するＡＦＣ信号１１
６が作成され、前記の基準負荷信号１０６に加算されて
発電量指令１１７が作成される。

ここで、前記のＡＦＣ下限値１１０と上限値１１１は、
各種プラント機器の運転状態、休止等を考慮して設定器
１０７で運転員が手動設定した値と、基準負荷信号１０
６から関数発生器１１４ｆで一律の割合で決められた最
大許容変化＠１１４とのいずれか低い値を低信号選択器
１０８で選び。

それぞれ負の値、正の値として求められる。ここで、極
性反転器１０９は、低信号選択器１０８で求めた値に負
信号を与えて下限値１１０を作成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の従来方法は１石炭焚きボイラの特徴である燃料供
給系統の特異性、すなわち複数台のミルを負荷指令に応
じて投入・停止するという不連続性と、ミルの石炭粉砕
能力が一定範囲に限定されるという点が考慮されていな
いため、ミルの石炭粉砕能力の余裕が少ない時点でＡＦ
Ｃ信号が重畳された場合には、負荷要求に対して燃料の
過不足が生じて、蒸気温度や圧力の変動を招き電力の安
定供給が困難になるという問題があった。

従来方法における問題点について第６図、第７図を用い
て以下に説明する。

第６図は、石炭ミルの石炭粉砕特性を示した図である。

石炭ミルの石炭粉砕量を示すミル負荷は、一般には石炭
ミル単体の能力により決まる上限値と、逆火防止のため
の一次空気流量により決まる下限値との運用可能範囲間
で運用する必要がある。

また、石炭ミルは起動してからミル負荷下限値に達する
までにウオーミングのためのミル起動操作領域があって
、これが、石炭ミルによる燃料供給量の不連続性を生ず
る原因となる。そしてミル負荷下限値に達すれば、石炭
ミルは自動追従して運転されることになる。

第７図は、第６図のミル負荷の運用可能範囲を基に、ユ
ニットの負荷指令に応じて石炭ミルを順次追加していっ
た時の燃料供給量の最大値と最小値の関係を示したもの
であり、燃料供給量の最大値と最小値は、それぞれ、石
炭ミルを投入する毎にパッチ的に増加する。逆に、石炭
ミルを停止した場合にはそれぞれバッチ的に減少する。

通常はユニット基準負荷指令信号に対して決められたタ
イミングで石炭ミルを投入、あるいは停止してゆくため
、ＡＦＣ指令信号を重畳しない時には個々の石炭ミル負
荷は所定の運用可能範囲内に保たれており、ユニット基
準負荷指令信号に応じた燃料量を安定してボイラへ供給
することが出来る。

ここで、ＡＦＣ指令信号がユニット基準負荷指令信号に
重畳された時には、燃料供給能力←余裕が少ない所で燃
料不足や、逆に燃料過剰な状態が発生するという問題が
ある。さらに、ユニットの負荷変化率を上げるにつれて
石炭ミルの投入、停止タイミングのずれが生じ易くなる
ため、前記の燃料過不足が発生する確率も高くなる。

本発明の目的は１石炭焚きプラントの中間負荷運用にお
いて、ＡＦＣ運用時にも燃料の過不足の生じない安定し
た運転を実現できる石炭焚きボイラの出力制御方法を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、中央給電指令所から発電ユニットに対し給
電計画に従って負荷を指令するユニット基準負荷指令信
号と電力需要の変化に伴って緊急の調整負荷を指令する
自動周波数制御指令信号とにより制御される発電ユニッ
トの石炭焚きボイラの出力制御方法において、前記ユニ
ット基準負荷指令信号と該ユニット基準負荷指令信号に
対応して燃料を供給する石炭ミルの自動運転台数とをパ
ラメータとして前記石炭焚きボイラの許容負荷変化量を
求め、該許容負荷変化量以内に前記自動周波数制御指令
ｆｆｉ号により指令される調整負荷に応じて出力を制御
することを特徴とする石炭焚きボイラの出力制御方法に
より達成される。

そして、前記ユニット基準負荷を基準レベルとした前記
許容負荷変化量の振幅は、該許容負荷変化量の増加量と
減少量の内の小さい方の値により決定するのがよい。

〔作用〕

発電プラントがＡＦＣ運用で運転されている場合には、
中央給電指令所からのＡＦＣ指令は、発電プラントの運
転状態に関係なく、電力系統の需要の変動によって与え
られ、短時間で発電プラントの供給電力量の増減を要求
する。

この時、発電プラント側では、ユニット基準負荷と石炭
焚きボイラに燃料を供給する石炭ミルの運転台数をパラ
メータとして求めた発電プラン１への許容負荷変化量内
で中央給電指令所からＡＦＣ信号で要求する調整負荷に
応じて、燃料、空気、給水を自動的に増減して石炭焚き
ボイラに供給する。

また、前記発電プラントの許容負荷変化量の振幅を該許
容負荷変化量の増加量と減少量の内の小さい方の値によ
り決定すればその許容負荷変化量の振幅内で、中央給電
指令所からＡＦＣ信号で要求する調整負荷に応じて、燃
料、空気、給水を自動的に増減して石炭焚きボイラに供
給する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図、第２図および第３図を
用いて説明する。

第１図は本実例の石炭焚きボイラの制御方法を示す図、
第２図は石炭焚きボイラの基準負荷と石炭ミルの自動運
転台数に対応する最大、最小の許容負荷設定値との関係
を示す図、第３図は石炭ミルの自動運転台数と石炭焚き
ボイラのＡＦＣ許容負荷量との関係を示す図である。

第１図に示した制御方法は、前記第５図で説明した従来
の制御方法に、第１図において破線で囲んだＡＦＣ幅制
御回路１２９を追加したものである。したがって第５図
で説明した一部を省略してＡＦＣ幅制御回路１２９を主
として説明する。ＡＦＣ幅制限回路１２９においては信
号発生器１１８には、−台の石炭ミル自動運転台数に相
当する信号が設定されており、一番目からｎ番目までの
石炭ミルが自動運転状態になると各々１１９から１２０
までのｎ台の切替器は信号発生器１１８の信号を選択す
る。この信号は加算器１２１で加算され石炭ミル自動運
転台数１２２が作成される。

次に関数発生器１２３ｆと１２４ｆは、それぞれ石炭ミ
ル自動運転台数によって定まる最大、および最小の石炭
ミルの許容負荷１２３，１２４を設定するものであり、
これは第２図において鎖線で示す様に、ミル単体の仕様
から決まる最大、および最小許容負荷に対して若干の余
裕を含んだ設定とし、ミル単体の不連続性を有する特性
変化に対しても対応できる最大許容負荷設定値１２３、
最小許容負荷設定値［２４としている。

第１図において、関数発生器１２３ｆ、１２４ｆにより
設定された石炭ミルの最大、および最小許容負荷設定値
１２３，１２４は、ＡＦＣ信号１１６が重畳される前の
基準負荷信号１０６とそれぞれ比較され、その差はそれ
ぞれ正方向Ａ　Ｆ　Ｃ１限制御値１２５、負方向ＡＦＣ
幅制幅値限値６として求められ、プラントの安全面から
低信号選択器１２７を通してより厳しい側すなわちその
差が小さい方のＡＦＣ幅制幅値限値択し、Ａ　Ｆ　Ｃｌ
ｉ４制限信号１２８が作成される。ＡＦＣ幅制限信号１
２８と設定器１０７による手動設定信号、および関数発
生器１１４ｆにて作成される制限信号１１４の内で最小
のものが低信号選択器１０８で選ばれてＡＦＣ指令信号
の変化幅を制限する。

本ＡＦＣ制限回路１２９により作成されるＡＦＣ幅制限
信号１２８と石炭ミル自動運転台数との関係は第２図、
第３図の如くなる。

なお、正方向ＡＦＣＩｌｌｉ制限値１２５は、最大許容
負荷設定値１２３から基準負荷信号１０６の値を差し引
いた値であって、それは中央給電指令所からのＡＦＣ指
令信号に応する石炭焚きボイラの許容負荷変化量の増加
量に該当し、そして負方向ＡＦＣ＠制限値１２６は、基
準負荷信号１０６の値から最小許容負荷設定値１２４を
差し引いた値であってＡＦＣ指令信号に応する石炭焚き
ボイラの許容負荷変化量の減少量に該当する。またＡＦ
Ｃ＠制限信号１２８の値は、前記ＡＦＣ指令信号に応す
る石炭焚きボイラの許容負荷変化量の振幅を決めるもの
である。

第２図において、石炭焚きボイラの最大許容負荷１２３
Ｍは、自動運転される石炭ミルの仕様上の最大能力によ
り供給できる最大燃料供給量を示し、石炭ミルの自動運
転台数が増す毎に階段状に増加する。また、その最小許
容負荷１２４Ｌは燃料系統における逆火防止に最低限必
要な一次空気量により決まる石炭ミルの最小燃料供給量
を示し、石炭ミルの自動運転台数が増す毎に階段状に増
加する。

石炭焚きボイラの最大許容負荷設定値１２３は、石炭ミ
ルの起動時のウオーミングや、停止時の残炭のパージに
起因する燃料供給の不連続性を考慮した石炭ミルの最大
許容燃料供給量を示す値であって、前記最大許容負荷１
２３Ｍより供給燃料の不連続性の分だけ小さな値となっ
ている。そして最小許容負荷設定値１２４は、石炭ミル
の燃料供給の不連続性を考慮して増加した分だけ前記最
小許容負荷１２４Ｌより大きな値となっている。そして
、最大許容負荷設定値１２３．最小許容負荷設定値１２
４はいずれも石炭ミルの自動台数が増す毎に階段上に増
加する。

ここで、石炭ミルが１台追加運転された場合の最大許容
負荷設定値１２３と基準負荷１０６との差を見ると、そ
の差すなわち増加可能な燃料供給量は、石炭ミルが負荷
下限値で運転されている時に最大で、基準負荷が上昇す
るにつれて小さくなり、石炭ミルが負荷上限値で運転さ
れている時に最小となる。

一方、石炭ミルが１台追加運転された場合の基準負荷１
０６と最小許容負荷設定値１２４との差を見ると、その
差すなわち減少可能な燃料供給量は、石炭ミルが負荷下
限値で運転されている時に最小で、基準負荷１０６が上
昇するにつれて大きくなり、石炭ミルが負荷上限値で運
転されている時に最大となる。そして石炭ミルが負荷上
限値と負荷下限値の中間値で運転されている時に、増加
可能な燃料供給量と減少可能な燃料供給量は等しくなる
。

石炭焚きボイラの基準負荷１０６すなわち通常は中央給
電指令所からの指令によるユニット基準負荷であるが、
この連続的に変化する基準負荷１０６が最大許容負荷設
定値１２３と最小許容負荷設定値１２４の間で平均的に
中間値をとるように、石炭ミルはその負荷と運転台数に
ついて制御される。

第３図は、基準負荷で運転される石炭焚きボイラが中央
給電所からのＡＦＣ指令に対してどの程度負荷の増減を
許容するかを示す図である。この図において、許容増加
量１２５と許容減少量１２６は、それぞれ前記第２図に
おいて最大許容負荷設定値１２３から基準負荷１０６を
差し引いて、また最小許容負荷設定値１２４から基準負
荷１０６を差し引いて求めたものである。本実施例の石
炭焚きボイラの出力制御方法においては、ＡＦＣ許容負
荷量の変化幅１２８は、基準負荷に対する許容増加量１
２５と許容減少量１２６のいずれか小さい方の値により
決定されるので、基準負荷に対する正方向のＡＦＣ許容
負荷量は石炭ミル自動運転台数が増すに従い曲折しなが
ら増加し、逆に負方向のＡＦＣ許容負荷量は正方向のＡ
Ｆ’Ｃ許容負荷量とは対称に減少する。

このようにして中央給電指令所からのＡＦＣ指令信号に
応じて、石炭焚きボイラの出力を制御することにより、
若炭焚きボイラへの燃料、空気、給水を供給量を制御し
て、燃料の過不足のない石炭焚きボイラの運転をするこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、中央給電所からのユニット基準負荷指
令信号とそれに対応する石炭ミルの自動運転台数をパラ
メータとして石炭焚きボイラの許容負荷変化量を求め、
その許容負荷変化量以内で中央給電所からの自動周波数
制御指令信号で指令される調整負荷に応じて石炭焚きボ
イラの出力を制御することにより、自動周波数制御運転
時にも燃料供給量の過不足を発生させることなく、安定
運転を行うことができ、石炭焚きボイラの中間負荷運用
ができるという効果がある。

また、前記許容負荷変化量の振幅をその許容負荷変化量
の増加量と減少量の内の小さい方の値により決定するこ
とにより、自動周波数制御運用を行いながらより高負荷
変化率で石炭焚きボイラを運転しても、燃料供給量の過
不足が発生させることなく安定運転を行うことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の石炭焚きボイラの制御方法を
示す図、第２図は石炭焚きボイラの基準負荷と石炭ミル
の自動運転台数に対応する最大。 最小の許容負荷設定値との関係を示す図、第３図は石炭
ミルの自動運転台数と石炭焚きボイラのＡＦＣ許容負荷
量との関係を示す図、第４図は石炭焚き火力プラントの
概略構成を示す図、第５図は石炭焚きボイラにおける従
来のＡＦＣ制御方法の一例、第６図は石炭ミルの石炭粉
砕能力特性を示す図、第７図は石炭焚きボイラにおける
従来のＡＦＣ制御方法の問題点を示す図である。 １０１・・・ユニット基準負荷指令信号、１０２・・・
自動周波数制御指令信号、１２２・・・石炭ミル自動運
転台数、１２５・・・許容負荷変化量の増加量、１２６
・・・許容負荷変化量の減少量、１２８・・・許容負荷
変化量の振幅。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央給電指令所から発電ユニットに対し給電計画に
   従って負荷を指令するユニット基準負荷指令信号と電力
   需要の変化に伴って緊急の調整負荷を指令する自動周波
   数制御指令信号とにより制御される発電ユニットの石炭
   焚きボイラの出力制御方法において、前記ユニット基準
   負荷指令信号と該ユニット基準負荷指令に対応して燃料
   を供給する石炭ミルの自動運転台数とをパラメータとし
   て前記石炭焚きボイラの許容負荷変化量を求め、該許容
   負荷変化量以内で前記自動周波数制御指令信号により指
   令される調整負荷に応じて出力を制御することを特徴と
   する石炭焚きボイラの出力制御方法。 ２、前記ユニット基準負荷を基準レベルとした前記許容
   負荷変化量の振巾は、該許容負荷変化量の増加量と減少
   量の内の小さい方の値により決定されることを特徴とす
   る請求項１記載の石炭焚きボイラの出力制御方法。