JPH04203708A - 燃焼制御装置 - 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、火力発電プラントのボイラ等の燃焼制御装置
に係り、特に石炭焚き火力プラントの負荷変化中やミル
起動、停止における燃焼及びプラント運転安定に好適な
燃焼制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ボイラ等における燃焼に関しては、燃料投入量
に相応した燃焼用空気を送るのが普通である。

ところが１石炭焚き火力プラントにおいては、ボイラ入
力微粉炭量が測定困難なため、従来より燃焼制御に関し
て種々の方法が考案されて来た。

まず、特公昭３ｇ　−２２７８１号公報によれば１石炭
ミルへ送る１次空気流量によりボイラへ運ばれる石炭量
を測定する方法が、特開昭５７−６２３２３号公報では
、石炭ミル動特性モデルから微粉炭量の予測値を求める
方法が、特開昭５７−１３３３１６号公報では、給炭機
からの石炭投入量と石炭ミル差圧から求めたボイラ入力
微粉炭量を比較し、この差に対応した信号を石炭ミル差
圧から求めたボイラ入力微粉炭量に加算させる方法がそ
れぞれ提案されている。

上述した方法は、いずれも石炭ミルの特性を利用してボ
イラ入力微粉炭量を求めようとしているため、石炭ミル
特性の経時変化や石炭ミルの応答遅れによるボイラ入力
微粉炭量の補償が難しい。

ところが、火力発電所の熟練した運転員は、ボイラ内の
火炎から燃焼状態を判断し、燃料の操作を行うことが知
られている。すなわち、燃焼の最終段階である火炎を解
析すれば、燃料量が推測出来ることを示している。

一方、火炎の画像処理及びその利用法については、近年
急速に実用化されつつあるが、未燃分（灰ｐ　Ｃｏ、Ｓ
Ｏ２，Ｎ０ｘ）の測定及び低減が目的であり、プラント
運転の制御性向上策として用いられた例はない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、石炭ミルの特性のみでボイラ入力微粉
炭量の測定及び制御回路の調整を実施しようとしており
、石炭ミル特性の経時変化や応答遅れの点について完全
に補償することについての配慮はない。

本発明は、この測定困難とされているボイラ入力“微粉
炭量の推測や制御回路の調整を、長年の運転実績を持つ
熟練運転員の経験を基にして実行することができる制御
装置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、ボイラ内の火炎を観測し、これを画像処理
して得た火炎の輝度スペクトラムと、運転員の経験によ
るボイラ入力燃料量との相似則を作成し、この相似則に
基づいた燃料量補正を行うことにより、達成される。ま
た、制御回路の調整についても、運転員の経験による石
炭ミルの応答遅れを考慮した先行バイアス補正や、比例
積分器の比例ゲイン、時定数の逐次調整（オートチュー
ニング）することにより、達成される。

〔作用〕

ボイラ内の火炎は、ボイラ入力燃料量により火炎輝度が
変化する。よって、この火炎輝度をスペクトラム化し、
ボイラ入力燃料量を定量評価することで、直接計測困難
なボイラ入力燃料量を算出することが出来る。また、石
炭ミルは、ボイラ負荷変化による給炭機からの石炭投入
や、１次空気流量の変化に対して、ボイラへ微粉炭を供
給するまでの応答遅れが大きい。よって、この応答遅れ
に対し運転員の経験を生かした先行バイアス補正や制御
回路のオートチューニングを行うので７プラントの安定
した運転が可能となる。

〔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１図において、本発明を石炭焚き火力発電プラントに
適用した場合の全体構成を示す。発電プラントは、ボイ
ラ１．タービン１フ２発電機１８゜給炭機７１石炭ミル
１３．中央操作盤４．燃焼制御袋Ｗ３から構成される。

燃焼制御装置３は、負荷（タービン・発電機）の要求に
より、タービン１７人口の蒸気圧力、温度を規定に保つ
ため、給炭機モータ９の回転数を調整し、石炭ミル１３
への投入石炭量を制御し、さらに１次空気調整ダンバ１
０にて、石炭搬送用空気を調整する。また給水ポンプ１
４と給水流量調整弁２０にて、給水流量を制御し、ター
ビン１７への蒸気流量を調整している。

ここで、石炭ミル１３の機能について説明すると、給炭
機７から供給された粗粒炭を、石炭ミルモータ１２上の
回転テーブル２０と鋼鉄製のボール１９にて、粗粒炭を
粉砕して微粉炭とし、規定粒度まで生成されたものが、
１次空気調整ダンパ１０からの搬送用空気によりボイラ
へ送られ燃焼する。よって、給炭機７から投入された石
炭が、ボイラ内にて燃焼するまでには、通常５〜６分の
遅れがあり、これは石炭ミル１３の状態によっても変わ
ってしまう。すなわち、石炭ミル１３からボイラ１へ入
力される微粉炭量は、給炭機７から投入された石炭量（
この石炭量は計測可能で、検出器は８）とは異なること
より、ボイラ人力微粉炭量の計測は困難とされていた。

そこで、燃焼の最終段階である火炎の状態は、ボイラ入
力微粉炭量により決定されることに着眼して、火炎を画
像処理し、これを定量評価することでボイラ入力微粉炭
量を算出する方式とした。

第１図にて１本実施例の機能を説明すると、火炎をカメ
ラ２で観測し、これをプロセス状態処理部５に入力し、
画像処理部５１にて火炎輝度や火炎温度をスペクトラム
化する。このスペクトラム化されたデータをプラントの
運用実績及び熟練運転員の経験とで相似則を作成し、ス
ペクトラム化されたデータから、ボイラ入力燃料量を導
き出す。

さらに、定量評価部では燃焼安定度も同様にして導き出
し、その結果を中央操作盤４に表示し運転支援を行う。

次に、プロセス制御部６では、プロセス状態処理部５よ
り算出されたボイラ入力燃料量と、現場の検出器より入
力したプロセスデータにより、プロセス量を制御する。

なお、動特性解析部６１は。

プラントの運転実績及び熟練運転員の経験によるプロセ
スに最適な調整ルールを持った解析部で、プロセス制御
部６２に対して先行バイアス信号及び、比例・積分器の
オンラインチューニングを行う機能を持っている。

なお、１６は主蒸気温度検出器、１１は１次空気通風機
を、ＩＳは蒸発管を示している。

第２図には、中央操作盤４に表示するプロセス状態処理
結果の一例を示す。この図では、グラフィック表示器４
１へ、火炎輝度スペクトラム図と火炎安定度をバーグラ
フ表示した例を示した。同様にして、火炎を種々画像処
理することで、プラントの異常診断能の運転支援が可能
となる。

第３図には、定量評価の一例を示す（第１図の５２に相
当する）。本方式は、ニューラルネット（神経回路モデ
ル）を応用したもので、火炎を画像処理した輝度スペク
トラムを入力する入力部５２１と、これをプラントの運
転実績や、熟練運転員の経験によりボイラ入力燃料量及
び火炎安定度などとの相似則を作成するパターン認識部
５２２と、このパターン認識の結果としてボイラ入力燃
料量と火炎安定度の確信度を出力する確信度出力部５２
３及び、ボイラ入力燃料量を算出する出力部５２４より
なる。

また、第４図に、第３図のパターン認識部５２２におけ
る相似則の一例を示す。第４図では相似則として、５つ
のパターンを示したが、パターンは多い方がより確信度
の高い結果が得られる。このことは、熟練した運転員が
豊富な経験を元にプラントを安定に運転していることと
同じ意味を持っている。

第５図に、動特性解析の一例を示す（第１図の６１．６
２に相当する）。本方式は、ファジー推論を適用し、比
例・積分器であるＰＩコントローラ６２１の比例ゲイン
ＫＰ　、積分時定数Ｔｔ　を、プラントの運転実績及び
熟練運転員の経験により調整するものである。すなわち
、目標値Ｓｖが変化すると、プロセス量Ｐｖとの間に加
算器５０により偏差Ｅが生じる。すると、ファジーコン
トローラ６１２は、制御応答波形５０１に示しているよ
うなプロセスの動きに対し、偏差Ｅと減衰比Ｄ（Ｄ＝ｂ
／ａ、ａは１回目、ｂは２回目のオーバーシュート量）
が小さくなるような調整ルール５０２を与えることによ
り、ルールテーブル５０３に基づきＰＩコントローラ５
１の比例ゲインＫｐ、積分時定数Ｔ、の修正を行う。

なお、ファジー推論にてよく使われる記号として調整ル
ール５０２のなかから一例を説明すると、ＩＦ　　Ｅ＝
ＰＢ　　ａｎｄ　　Ｄ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮＫＰ＝ＮＢ、
Ｔｉ＝ＺＯ は、もし、偏差Ｅがｐ　１３　（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｂ
ｉｇ　；■方向に大）減衰率りがＰＢであれば、比例ゲ
インＫｐをＮ　Ｂ　（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｂｉｇ　；○
方向大）、積分時間Ｔ１を２０（Ｚｅｒｏ；修正量なし
）とすることを意味する。修正量の表現として、Ｐ　Ｍ
　（Ｐｏｓｉｔｉνｅ阿１ｄｄｌｅ）　　ｒ　　Ｐ　　
Ｓ　　（Ｐｏｓｉｔｊｖｅ　　Ｓｍａｌｌ）　　、　　
ＮＭ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｍｉｄｄｌｅ）　、　Ｎ　Ｓ
　（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｓｍａｌｌ）が使われる。

第６図には、動特性解析の一例としてファジー推論を適
用した先行バイアス信号作成回路を示す。

この制御応答波形６０１は、石炭焚き火力プラントの給
炭機制御系を示しており、石炭ミル応答遅れによる、Δ
ＭＳＴ　（主蒸気温度偏差）変動をプラント運転実績よ
り求め、先行バイアス信号の調整ルール６０２を作成し
、ルールテーブル６０３により先行バイアス信号Ｆを作
成するものである。

すなわち、調整ルール６０２中の項目Ｈに顕著なように
、主蒸気温度の変動が石炭ミルの応答遅れ及びボイラの
燃焼変化（燃料変化）に対する主蒸気温度の応答遅れ補
償として、制御偏差Ｅが負になろうとしている（ΔＥ＝
ＰＢ）にもかかわらず、先行バイアスを０とすることで
主蒸気温度の落ち込みを抑制することが出来る。

さらに、第７図では、プロセス制御において比較・積分
器を用いないで、直接ファジーコントローラにてプロセ
スを制御する回路の一例を示す。

この制御応答波形７０１も５石炭焚き火力プラントの給
炭機制御系を示しており、石炭ミル応答遅れと、主蒸気
温度変動とを運転実績から求め、調整ルール７０２を作
成し、ルールテーブル７０３によりプロセス操作量ＭＶ
を求める。

第５図、第６図、第７図の説明にて明らかなように、フ
ァジー推論を適用することにより、種々のプロセスに対
し、運転実績や熟練運転員の経験、ノウ・ハウをプラン
ト制御に活用することが出来る。

第８図に、本発明を石炭焚き火力発電プラントの燃焼制
御に適用した一例を示す。

負荷変動などによりボイラの燃焼状態が変化すると、火
炎観測カメラ１２が火炎の状態変動を入力し、プロセス
状態処理部５にてボイラ入力燃料量を算出する。この算
出値と燃料目標値２１を加算器６３にて演算し、偏差信
号を作成する。この偏差信号をＰＩコントローラ６２１
に入力し、偏差信号がＯとなるように比例・積分動作を
行う。

また、ファジーコントローラ６１２は、ＰＩコントロー
ラ６２１の比例ゲイン、積分時定数を燃料目標値及び偏
差信号によりオートチューニングする。さらに、ファジ
ーコントローラ６１１は、ＰＩコントローラ６２１の出
力値に先行バイアス信号を加算器６４により加算し、給
炭機モータ９の指令値を作成する。

なお、給炭機からの供給石炭流量検出器８の信号とプロ
セス状態処理部５からのボイラ入力燃料量とは、偏差検
出器６７により監視し、偏差大にて警報を出力させる。

第９図に、本発明を適用したもう１つの実施例を示す。

負荷変動に伴う火炎の状態変動から、ボイラ入力燃料を
求める方法は、第８図と同様である。第９図では、従来
のＰＩコントローラは用いずにファジーコントローラ６
５にて、直接給炭機モータ指令を作成し、燃焼制御を行
う。さらに、火力発電プラントが最終的には、タービン
１７への蒸気温度を規定値に制御することが目的である
ことにより、温度規定値２２と蒸気温度検出器１６の信
号とを加算器６６にて演算し、この偏差信号もファジー
コントローラ６５へ入力し、給炭機モータ指令信号作成
の要素とする。

第１０図には、プロセス状態処理部５の入力データとし
て、ボイラチューブの温度分布を使用した場合、第１１
図は、ボイラ各部における燃焼ガス中の成分（Ｏ２，Ｃ
○、Ｎ０ｘ）を使用した場合のプロセス状態処理結果の
一例を示す。これ以降の処理（燃焼制御へ活用するため
の定量評価）については、上述した火炎の観測と同様に
して求めることが出来るので、説明を省略する５第１２
図に、本発明の機能フローを示す。

まず、演算ブロック１２１でプラントの燃焼に関連する
プロセスの状態を入力する。次に演算ブロック１２２へ
進み、プロセスの状態をスペクトラム化し、パターン認
識可能なものとする。

次の演算ブロック１２３にて、プラントの運転実績とプ
ロセス状態のスペクトラム化されたものとの相似則を求
め、プロセス量を算出す。

次に演算ブロック１２４にて、ファジー推論を適用した
プロセスの動特性解析を行い、制御回路のオートチュー
ニングや先行バイアス信号を作成する。

最後に演算ブロック１２５にてプロセス制御を行う。

第１３図に石炭焚き火力プラントにおいて、従来の制御
方式による主なプロセスの挙動を示し。

第１４図に本発明を適用した場合のプロセスの挙動を示
す。第１４図から明らかなように、従来のＰＩ制御では
実現出来ないプラントの挙動にマツチングした制御性を
得ることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石炭焚き火力プラントにおいて、測定
困難とされていたボイラ入力微粉炭量を火炎の燃焼状態
から推測し、この算出した微粉炭量にて燃焼制御を行う
ことが出来るのて、プラントの運転の安定化７石炭焚き
火力プラントの中間負荷運転が可能（負荷変化率を重油
並みの５％／分まで向上させる）となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の全体構成図を示す。 第２図は、本発明の実施例の表示方法を示す。 第３図は、本発明の実施例の定量評価方法を示す。 第４図は、本発明の実施例のパターン認識データを示す
。 第５図は、ファジー推論を適用したオートチューニング
の一実施例を示す。 第６図、第７図は１本発明の実施例のファジー推論を適
用した動作性解析法を示す。 第８図、第９図は、本発明の実施例の制御回路を示す。 第１０図、第１１図は、本発明の実施例の表示方向を示
す。 第１２図は、本発明の機能フローを示す。 第１３図は、石炭焚き火力プラントの従来制御方式によ
る主なプロセス挙動を示す。 第１４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。 １・・・ボイラ、３・・燃焼制御装置、５・・・プロセ
ス状態処理部、７・・・石炭ミル、９・・・給炭機モー
タ。　ｒ（ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼火炎を観測するカメラより入力された火炎の燃
   焼状態を表わすデータを処理するプロセス状態処理部と
   、上記プロセス状態処理結果を表示する表示部と、上記
   プロセス状態処理結果及びプロセス量を入力しこれらに
   基づいて燃焼制御を調整するプロセス制御部を有する燃
   焼制御装置において、プロセス状態処理部は火炎の燃焼
   状態からボイラ入力燃料量を算出し、この燃料量により
   プロセスを制御する信号を作成するものであることを特
   徴とするボイラの燃焼制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置において
   、プロセス状態処理部にて算出されたボイラ入力燃料量
   と、検出した燃料量を補正した補正後燃料量と燃料目標
   値との偏差により、プロセス制御部のＰＩコントローラ
   の比例ゲイン、積分時間を逐次修正することを特徴とす
   るボイラの燃焼制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置において
   、プロセス状態処理部にて算出されたボイラ入力燃料量
   と燃料目標値との偏差により、プロセス制御部の出力値
   に先行バイアス補正を行うことを特徴とするボイラの燃
   焼制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置において
   、燃焼状態を観測する手段として、ボイラチューブの温
   度分布を用いてプロセス状態処理することを特徴とする
   ボイラの燃焼制御装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置において
   、燃焼状態を観測する手段として、燃焼ガス中の成分量
   によりプロセス状態処理を行うことを特徴とするボイラ
   の燃焼制御装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置において
   、火炎の画像処理結果及びプロセス制御の適正量を表示
   し、プラントの運転支援を行うことを特徴とするボイラ
   の燃焼制御装置。