JPH04110504A - 石炭燃焼装置の最低負荷制御装置 - 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、石炭燃焼装置に係り、特に燃料比および石炭
粉砕性（水分）の異る多種炭を同一ボイラで燃焼させる
時の火炉保護（失火→爆発）およびボイラトリップを防
止するのに好適な制御装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料として多種炭を同一火炉で微粉状で浮遊燃焼させる
ボイラ等で負荷変化運転中の負荷降下のときの石炭専焼
最低負荷は、次の条件を満足させるように取を及われで
いる。すなわち。

（１）火炉的雰囲気温度が微粉炭の自燃する温度として
十分高い温度である。

（２）微粉炭機出口温！か露点（約６０°Ｃ）Ｌフ。

上確保できるような微粉炭機入口空気温度である。

（３）火炎検知器によってバーナ失火や吹き飛び状況ご
検知し、失火信号によってユニットトリラフに至らない
。

これらの条件を満たすため、従来では燃料比２０以下の
一般炭で負荷３５〜４０″３もが経験的な最低負荷とし
て取扱われてきた。

一方、近年の電力需給バランスの落差、とりわけ原子力
発電の普及に伴って、過去負荷変化幅が大きく取れない
とされて来た石炭火力においても夜間や週末には、最低
負荷を石炭燃焼で１５〜２０％迄下げたいニーズが極め
て強く求められている。更に、我国の石炭火力の状況は
、燃焼供給源の危険分散の観点から数多くの産炭地から
輸入した石炭を使用しており、準機容量を大型化し且つ
負荷変動幅を広げる意図で計画されている。またボイラ
運転中の炭種は、鉱物運搬船の大きさとの関連から月や
週によってめまぐるしく変化する度合が増加しており、
信頼性向上の要求も高くなって全ての操作を自動化され
つつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１０図は従来の微粉炭燃焼システムにおける原炭中揮
発分とボイラ最低負荷の関係について実績値〈図中Ｏ印
）をグラフ化したものである。

バーナパターン、石炭／空気（Ｃ／Ａ）比、微粉粒度が
ほぼ一定の場合は、石炭中に含まれる揮発分、すなわち
安定燃焼を形成する着火温度によって最低負荷は影響を
受ける。特に揮発分が３０％以下の炭ではその影響度が
極めて大きい。また火力で使用される石炭は、そのほと
んどが海外産であり、揮発分も２０〜３５％程度に分布
している。

このような状況において、日々の運転条件に最低負荷迄
下げる運転で火炉爆発などの不安定なことは許されず火
炉保護上大きな問題となっていた。

第１１図〜第１４図は石炭の着火及び保炎性についての
基礎実験の結果を示す。第１３図および第１４図に示さ
れるように石炭燃料比が小さいほど、つまり燃料中揮発
分が多いほど、バーナ噴出口下流距ＩＩＺ　、／Ｄの小
さい所から△Ｎｏ、、△ＣＯ２か計測されており、着火
点が噴出口に近いことを示している。この点については
第１０図と対比で考慮する時理解か容易となる。

第１１図は着火保炎性に与える微粉粒度の影響を、第１
２図は微粉噴出流速の影響について炉内雰囲気温度が十
分高い条件下で調整された結果を示すものである。着火
保炎性は微粉粒度が低下（粒大化）し、噴出速度が高く
なった時に不安定化しやすいことが判る。この燃焼の不
安定さは、人による炉内観察や火炎検知器で検知してお
り、検知された時点ではミルトリップに至ることが多く
処置としては遅かった。

一方、実機の燃焼装置に於て前記燃料性状は、多種炭を
同一火炉で取扱っている上に、微粉炭装置の動力コスト
、イニシャルコスト、スペースなどの経済性から微粉粒
度を必ずしも上げられない理由が存在している。とりわ
け石炭の粉砕性（Ｈｃ　ｆｆ　）は炭種によって異なる
。そのため、粉砕性の劣る石炭では、粒度低下はやむを
得ないものとして受は取られている。さらに、バーナ部
からの微粉の噴出速度に関しても、流速を低下させた時
に微粉炭管内での堆積や逆火の防止の観点から最低流速
が抑えられている。またユニットの負荷変化率、すなわ
ち動特性を確保する為に、最低流速で１５．３ｍ　、／
’　ｓ　：最高で２１〜２５ｍ／ｓ程度が採用されてい
る。このような背景から多種炭を取扱う火力において、
ユニットが作動し得る燃焼条件の下限値を下げる、いわ
ゆる最低負荷の切下げ運転は、安全上の大きな問題とな
っていた。

本発明の目的は、石炭性状とバーナパターンにより自動
的に最低負荷を炭種毎に決定し、負荷降下過程でこの負
荷に到達したときはこれと最低負荷として負荷下げをス
トップさせ、安全を確保させた石炭燃焼装置の最低負荷
制御装置を提供することである。

また他の目的は、より低い負荷まで下げるために予め規
定された負荷値をキック信号として燃焼用空気温度、ｍ
粉炭粒度、微粉濃度、燃焼用空気の旋回／力のいずれか
を調節して燃焼の安定範囲を拡大させた石炭燃焼装置の
最低負荷制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するなめ、本発明の石炭燃焼装置の最
低負荷制御装置は原炭中の燃料比、粉砕性および灰分水
分の異なる多種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉におい
て、石炭専焼における負荷降下運転中に、原炭中の燃料
比、粉砕性、灰分、水分を基に最低負荷を求める手段と
、最低負荷を使用中のバーナパターンにより補正する手
段と、補正後の最低負荷が予め記憶された必要最低負荷
制限値に達したとき自動的にミニマムストップを掛ける
手段とと具備するものである。

また運転中のミルに相当するバーナ入口補助空気予熱器
を備え、予め規定された負荷値以下で生かして燃焼用空
気温度を高め、一方負荷上昇時には上記負荷値を超７−
た時点で自動カットする燃焼用空気温度制御手段か設け
られている。

また運転中のミルに相当するミル出口分離器または回転
分級器、およびミル内の粉砕力を高める加圧装置を備え
、負Ｗｒ降下時に予め規定された負荷値以下で分離器の
ベーン開度を絞りまたは回転分級器の回転数の増加もし
くは加圧装置の加圧力を大きくして微粉炭粒度を上げ、
一方負荷上昇時には上記負荷値を超えた時点で元に戻す
黴粉炭粒度制暉手段が設けられている。

また微粉炭粒度制御手段は分離器または回転分級器およ
び加圧装置を併せて行われている。

またミルの微粉炭管に超微粉炭を供給する超微粉ビンと
備え、負荷降下時の予め規定された負荷値以下で低負荷
域運転中のミルの微粉炭管に超微粉炭をバイアス状に供
給する微粉濃度制御手段が設けられている。

更に燃料空気を旋回させるバーナエアレジスタを備え、
負荷降下時に予め規定された負荷値以下で上記エアレジ
スタの開度を絞って旋回力を増加させるエアレジスタ制
御手段が設けられている。

〔作　用〕

燃焼用空気温度を上昇させることにより、バーナ下流に
おける微粉炭粒子の温度上昇を助け、よって着火時間が
短縮できる。この事によって最低負荷低下時に炉内雰囲
気温度が下がるのをカバーできる。

微粉炭粒度の低下、すなわち微粉炭粒径を小さくするこ
とにより重量当りの表面積が大きくなる。

炉内雰囲気温度か低下した時、燃料表面積が大きくなる
ことは粒子温度上昇と早めることになり着火時間が短縮
でき、最低負荷切下けに寄与てきる。

また微粉濃度の高濃度化は燃料重量当たりの空気量か少
なくなるため、１紋粉炭粒子温度が早まることになり着
火時間が短縮でき、最低負荷切下げに寄与できる。

更に燃料空気の旋回力を強くすることによって、再循環
ガス（熱ガス）が燃料噴出ノズル近くまで戻り、従って
微粉炭の粒子温度の上昇が早まり結果として着火保炎性
が高まる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例企図面により説明する。

第１図は原炭中の燃料比および粉砕性、灰汁水分をイン
プットして炭種別の最低負荷を求め、この最低負荷と現
在使用しているミルバーナを照合させて、予め経験的に
決められた制限値と照きさせ、自動的にミニマムスト・
ツブを制併上で掛けるための演算ブロック線図である。

ミル負荷率は原炭分析の結果からコンピュータにより算
出する。

先ず計測した原炭中の揮発分、水分、灰分、ＨＧＩを入
力する（ステップ１００）。ステップ１１０において、
ＨＧＩに１．１で対応したミル容量の補正係数ｆ０、ま
たステップ゛１２０では灰分、水分から発熱量を求める
。そして、ミル基準容量Ｑ、にミル容量および微粒度に
よる補正係数ｆ、、ｆｒを乗じて微粉炭機出口容量Ｑを
求める（ステップ１３０）。

一方ステップ１２０で求めた発熱量を基に、タービン定
格時の燃料消費量ｑ＋に負荷率を乗じて負荷に対する燃
料消費量ｑｖ’を求める（ステップ１４０）。次いで使
用中のミル台数ｎが判断され（ステップ１５０）　、各
ミルの負荷率がｇ’／＜Ｑｎ）によって算出される（ス
テップ１６０）、ミル負荷率が決まｈは、負荷率と微粉
炭粒度およびミル出力の微粉炭に対する一次空気量信号
）１度は決まる（ステ・Ｉ）１７０）。この結果とイン
プットされた燃料比（固定炭素７・′揮発分）（ステ・
ツブ１８０）とから、最低負荷をほぼ決定することかで
きる（ステップ１９０）。

ミルバーナについてはどのバーナを使っているがかもう
一つの大きな制限となる。そこて、使用中のバーナパタ
ーンか判断され（ステ・／）２００　）、この結果最下
段のバーナをもつバーナパターンである場合は補正係数
１で最低負荷と補正する。

方最下段のバーナを持たないバーナパターンの場合には
第４図より求めた補正係数に基ついて最低負荷を補正す
る（ステップ２２０）。具体的には火炉に配置されたバ
ーナのうち、最も炉底に近い下段バーナを使用する場合
は、炉底からの再循環ガスによって雰囲気温度が低くな
る為、上段を使う場合に比べ最低負荷は高くなる。

第２図は使用バーナに応じて最低負荷に補正を加えるた
めの制御図が示されている。

原炭中の揮発分、水分、灰分、Ｆ（ＧＩをテータヘース
として現在運転中のバンカの原炭性状を測定し、データ
ヘースと比較を行い第３図に示す石炭量、−法楽気量の
ミニマムストップレベルを演算する。尚、図中のＡ、Ｂ
は原炭性状によりミニマムストップレベルが変わる幅を
示している。更に燃焼中バーナのバーナレベルによりミ
ニマムストップレベル補正量を第４図により決定し、こ
れらを演算してミニマムストップ値を求める。

給炭機１３，１次空気ダンパ１４の制弾は燃焼指令１と
フィードバック信号の石炭量２を減算器４で減算し、そ
の信号を基に調節計５により給炭機１３．１次空気ダン
パ１４の要求信号を作成する。この要求信号は選択器６
．自動−手動切替器１１を介して給炭［１３に与えられ
る。一方要求信号は特性演算器７で一次空気量信号を作
成した後、−法楽気量３を減算器８で減算し、選択器１
０、自動−手動切替器１２を介して一法楽気ダンバ１４
に与えられる。演算装置１５にて演算されたミニマムス
トップ値に基づく信号を選択器６に与えることにより燃
焼保護に必要な下限値が設定される。

第５図（ｉ補助空気予熱器２８を設置した石炭燃焼系統
が示されている。ボイラ２０は炉底近くから上方に複数
段にバーナ２１が配置され、二のバーナにはミル２２か
ら送炭管２３を介して微粉炭が供給され、またバーナ周
囲に設けられた風箱２４には空気予熱器２５て温められ
燃焼用空気が送られて燃焼か行われる。空気予熱器２５
は押込通風機２６により送られた空気を蒸気式空気予熱
器２７て温めた後の空気を更に温めて燃焼空気ラインを
通して風箱２４に送る。燃焼空気ラインには置所降下運
転中に予め規定された置所＠以下で燃焼用空気を更に温
める補助空気予熱器２８が設置されている。また−次通
風１ｉｌｉ２９はミルに一次空気を送るもので、この−
法楽気は空気予熱器２５で温められた熱空気とそのまま
の冷空気を夫々タクト３０３１によりミル２２に供給さ
れる。熱空気ダクト３０には熱空気ダンパ３２が設けら
れ、冷空気ダクト３１には冷空気ダンパ３３が設けられ
ており、更に上記両ダクトとミルと３接続する共通ダク
トには一次空気量を調節する一次空気ダンパ３４か設け
られている。ミル２２にはハシカ３５内の石炭か給炭機
３ｂにより供給される。

本実施例は石炭専焼ての運用負荷を極力低くすることを
目的として運用上の最低負荷に到達する迄、すなわち負
荷降下操作中に負荷規定値（最低負荷率α）以下となっ
たとき、第６図に示す補助空気予熱器２８を入りとして
石炭燃焼に必要な熱空気温度を確保するものである。尚
、大切のタイミングは炭種性状により補正を行う。すな
わち、炭種で高水分の炭の場合は負荷降下と共に空気予
熱器２５の出口温度が低下し、ミルでの乾燥ができなく
なるとミルの出炭特性が悪くなる。そのため、ミルへの
空気温度を確保するように補助空気予熱器を早く入りと
する。逆に低水分の炭の場合は遅い入りにする。

第７図はローラ加圧装置５５１回転分級器や分離器ベー
ン５６の制御回路を示す。本実施例は給炭量信号４Ｌ　
４３を特性演算器４５．４６によりローラ加圧設定信号
および回転分級器設定信号含作成し、減算器４つ、５０
、調節計５］　５２によりローラ加圧または回転分級器
の回転数を変えるように制御するものである。ここて、
ローラ加圧設定および回転分級器設定は演算装置４０に
より炭種性状、ミル負荷率及び負荷増加、減少信号を演
算して、バイアス信号として加算器４７４８で加圧設定
信号および回転分級器設定信号に加算する。

第８図は微粉濃度を変える構成が示されている。

本実施例は負荷降下中に規定負荷値以下となったときに
、演算装置６０により炭種粒状等を演算して超微粉バン
カ６１の出口に設置されたロータリバルブ６２の回転数
をバイアス器６３により調節し微粉炭管２３の微粉濃度
の上昇を図るものである。

第９図はバーナエアレジスタ７８の制御回路を示す。本
実施例は給炭量信号７１を特性演算器７３によりエアレ
ジスタ開度設定信号を作成し減算器７５．調節計７６に
よりエアレジスタ開度を調節するものである。ここで、
エアレジスタ開度設定は演算装置７０でエアレジスタ開
度設定信号により炭種性状等を演［してバイアス信号と
して加算器７４に加算する。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明によれは、微粉炭厚焼に於いて最
低負荷を運転実施の際、多種炭での最低負荷の決定を人
の勘や、火炎検知器からの信号のみで行わず、原炭分析
値に基づきミル負荷率をペースとして、コンピュータで
の実績値比較で下限値が決定できるので、多種炭対応と
して信頼性の高い運転が可能となる。

また、従来では火炎検知器の信号により、ミルトリップ
、ユニットトリップ等の問題を生じていたが、このよう
なトラブルも少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る石炭燃焼装置の最低負荷ＩＩＩ御
装置の演算ブロック図、第２図は使用バーナに応じて最
低負荷を補正する制御ブロック図、第３図はミル負荷率
に対する石炭量、−法楽気量の関係を示す図、第４図は
バーナレベルとミニマムストップレベル は補助空気予熱器と設置した石炭燃焼系統図、第６図は
補助空気予熱器の起動，・停止を説明する図、第７図は
＠粉炭粒度を制御するブロック図、第８図は微粉濃度を
制御するブロック図、第９図は燃料用空気の旋回力を制
御するブロック図、第１０図は原炭中揮発分とボイラ最
低負荷の関係を示す図、第１１図は粒径に対するＺ／Ｄ
とＮＯ，の関係を示す図、第１２区は噴出速度に対する
Ｚ／ＤとＮ　Ｏ　ｘの関係を示す図、第１３図は燃料比
に対するＺ／Ｄと△Ｎ０２の関係を示す図、第１４図は
燃料比に対するＺ／Ｄと△Ｃ　Ｏ　２の間係を示す図で
ある。 出願人　バブコック日立株式会社 代理人　弁理士　松永孝Ｒ（ほか１名）第 図 ミル負荷率（％） 第 図 バーナレベル 第 図 （炭種性状判定） 第 図 門 １次通風器 第 図 第 図 開度計 第 １゜ 図 ボイラ最低負荷（％）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）原炭中の燃料比、粉砕性および灰分、水分の異な
   る多種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉において、石炭
   専焼における負荷降下運転中に、原炭中の燃料比、粉砕
   性、灰分、水分を基に最低負荷を求める手段と、最低負
   荷を使用中のバーナパターンにより補正する手段と、補
   正後の最低負荷が予め記憶された必要最低負荷制限値に
   達したとき自動的にミニマムストップを掛ける手段とを
   具備する最低負荷制御装置。
2. （２）原炭中の燃料比、粉砕性、灰分、水分の異なる多
   種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉において、運転中の
   ミルに相当するバーナ入口補助空気予熱器を備え、予め
   規定された負荷値以下で生かして燃焼用空気温度を高め
   、一方負荷上昇時には上記負荷値を超えた時点で自動カ
   ットする燃焼用空気温度制御手段が設けられた最低負荷
   制御装置。
3. （３）原炭中の燃料比、粉砕性、灰分、水分の異なる多
   種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉において、運転中の
   ミルに相当するミル出口分離器または回転分級器、およ
   びミル内の粉砕力を高める加圧装置を備え、負荷降下時
   に予め規定された負荷値以下で分離器のベーン開度を絞
   りまたは回転分級器の回転数の増加もしくは加圧装置の
   加圧力を大きくして微粉炭粒度を上げ、一方負荷上昇時
   には上記負荷値を超えた時点で元に戻す微粉炭粒度制御
   手段が設けられた最低負荷制御装置。
4. （４）微粉炭粒度制御手段は分離器または回転分級器お
   よび加圧装置を併せて行われることを特徴とする請求項
   ３記載の最低負荷制御装置。
5. （５）原炭中の燃料比、粉砕性、灰分、水分の異なる多
   種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉において、ミルの微
   粉炭管に超微粉炭を供給する超微粉ビンを備え、負荷降
   下時の予め規定された負荷値以下で低負荷域運転中のミ
   ルの微粉炭管に超微粉炭をバイアス状に供給する微粉濃
   度制御手段が設けられた最低負荷制御装置。
6. （６）原炭中の燃料比、粉砕性、灰分、水分の異なる多
   種炭を同一火炉で燃焼させる燃焼炉において、燃料空気
   を旋回させるバーナエアレジスタを備え、負荷降下時に
   予め規定された負荷値以下で上記エアレジスタの開度を
   絞って旋回力を増加させるエアレジスタ制御手段が設け
   られた最低負荷制御装置。
7. （７）請求項２〜６記載の制御を組合わせた最低負荷制
   御装置。