JPH0454845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えばボイラ装置や分解改質炉など
に付設されるスートブロワの制御装置に係り、前
記装置の機能を健全に維持するためにスートブロ
ワ起動個所を決定する演算器を備えたスートブロ
ワ制御装置に関する。

〔発明の背景〕

通常のボイラ装置は、火炉水壁部およびそれに
接続したガス通路内に過熱器．再熱器．節炭器な
どの熱交換器が配置されており、これら熱交換器
に供給された水や蒸気などの被加熱流体が、火炉
内で生成した高温の燃焼ガスによつて加熱される
ようになつている。

このボイラ装置を運転していると、前記熱交換
器の伝熱面に灰や煤などが付着．堆積して、伝熱
面における熱交換性能が低下する。さらにそれに
伴つて火炉出口の燃焼ガス温度が上昇したり、過
熱器の蒸気の昇温．昇圧度が低下するのに伴つて
スプレー注入流量が低下したり、再熱器での吸熱
量が不足するため、過度に再循環ガス量を投入し
なければならなかつたり、ボイラ出口ガス温度が
過度に上昇したりしてボイラ状態が不健全になる
などの種々のトラブルを生じる。

そのため適切な時期に、蒸気を噴射媒体とする
スートブロワを起動させて、熱交換器の伝熱面に
付着している灰や煤などを除去する必要がある。

従来、スートブロワ起動個所の決定およびその
タイミングは、各熱交換器の伝熱面における汚れ
状態を推算し、その汚れの大きさをCRTで画面
表示して、汚れの程度が大きな個所に対して運転
員がスートブロワ起動指令を出していた。

ところがこのようなスートブロワ制御装置で
は、次のような問題点がある。

(1) 運転員が常時CRT画面を監視しなければな
らないから、運転員の作業能率が悪い。

(2) 本来、スートブロワは、蒸気温度が許容範囲
外になることを防ぐために起動するものであつ
て、伝熱面の汚れの程度のみで起動されるべき
ものではない。つまり、蒸気温度が許容範囲外
になり、かつ、蒸気温度の低下させた伝熱面の
汚れの程度が大きい時のみスートブロワを起動
させるべきである。従来の制御装置はこの点に
関する機能を備えておらず、ただ単に汚れ程度
のみで起動判断を行なつていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、上記温度を許容範囲外にさせることがな
く、しかも相当な汚れ状態になつた伝熱面に対し
てスートブロワ起動個所を決定するスートブロワ
制御装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、熱交換
器の伝熱面汚れ状態を検知する汚れ状態検知手段
と、熱交換器の蒸気温度を検知する蒸気温度検知
手段と、前記汚れ状態検知手段によつて検知され
た伝熱面の汚れ状態に応じてスートブロワ起動優
先度を決める汚れ状態優先度演算手段と、前記蒸
気温度検知手段によつて検知された蒸気温度に応
じてスートブロワ起動優先度を決める蒸気条件優
先度演算手段と、前記汚れ状態優先度演算手段と
蒸気条件優先度演算手段から出力される優先度に
基づき合成状態優先度を出力する合成状態優先度
演算手段と、この合成状態優先度に基づきスート
ブロワ起動個所を決定するスートブロワ起動個所
決定手段とを備えていることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例を図とともに説明する。第
７図は実施例に係るスートブロワ制御装置を備え
たボイラ装置の概略構成図である。

図中の１はボイラ装置で、火炉２で発生した高
温の燃焼ガスは、誘引通風機１１によつて生じた
圧力差により熱交換器群すなわち火炉水壁部１
２、過熱器３、再熱器４、節炭器５を順次通過
し、熱交換器中の水．蒸気に熱を与え、さらに空
気予熱器７を通過して系外へ排出される。

燃料である石炭は給炭機２１から微粉炭機９に
供給され、その後微粉炭管１３．バーナ風箱８を
通つてバーナ１５で燃焼される。一方、燃焼用空
気は、押込み通風機１０により主風道１７を通
り、微粉炭機９を経て微粉炭を同伴してバーナ１
５に供給される。

再循環ガスは、通風機１４により再循環ガス煙
道２６を通りホツパー２５から火炉に入る。再循
環ガス量は、再循環ガス流量調節弁２４によつて
制御される。

被加熱流体である水は、給水ポンプ６により節
炭器５に送られ、さらに火炉水壁部１２、過熱器
３を通ることにより吸熱し昇温して、高温．高圧
の水蒸気となり主蒸気管１８を通つて系外の高圧
タービン（図示せず）に送られる。

高圧タービンで使用されて低温．低圧となつた
水蒸気は、低温再熱蒸気管１９を通つて再熱器４
に入り吸熱し、再び高温．高圧となり、高温再熱
蒸気管２０で系外の低圧タービン（図示せず）に
送られる。なお、過熱器３内での蒸気温度を制御
する必要がある場合は、スプレー２３により低温
の水が過熱器３の蒸気に注入される。

高温再熱蒸気管２０へ送られる蒸気の温度．圧
力が規定値以下である場合には、再熱器４での伝
熱効率を向上するため、再循環ガス流量調節弁２
４により再循環ガス量を増加させる。

また、火炉出口２２でのガス温度が高すぎる場
合には、過熱器３の材質．寿命に悪影響を与える
ので、再循環ガス流量調節弁２４を閉じて再循環
ガス量を少なくする。

さらにボイラ出口１６でのガス温度が規定値よ
り高ければ、ボイラ効率が低くなつていることを
示す。

前述のスプレー２３により過熱器３に注入され
るスプレー量（一般化するため、スプレー量と主
蒸気量の比、すなわちスプレー比をとる）、再循
環ガス量（一般化するため、再循環ガス量と燃焼
によるガス量の比、すなわち再循環ガス量比をと
る）、火炉出口２２のガス温度．ボイラ出口１６
のガス温度をこの実施例ではボイラ運転状態と定
義する。

このような構成のボイラ装置１において、供給
された微粉炭をバーナ１５で燃焼することによ
り、前述のように火炉水壁部１２．過熱器３．再
熱器４．節炭器５の伝熱面上に灰や煤などが付
着．堆積し、伝熱効率が低下するとともに、ボイ
ラの運転状態が不健全になる。前述の付着した灰
や煤などを吹きはらうため、各熱交換器に対応し
てスートブロワ２７が配置されているが、第７図
では図面の複雑化を避けるため節炭器５に対応し
たスートブロワ２７のみを図示している。

次にスートブロワ制御装置について説明する。
燃焼ガスの性状を把握のため、ボイラ出口１６に
ガス温度計３０および酸素濃度計３１が設けられ
ている。

バーナ１５に供給する燃焼用空気量を測定する
ために主風道１７には空気流量計３３．ホツパー
２５に供給する燃焼ガス量を測定するために再循
環ガス煙道２６にはガス流量計３４．乾球温度計
４４ならびに湿球温度計４５を内蔵した空気状態
測定箱２８がそれぞれ配置されている。

給水ポンプ６の給水系統の出口側には給水流量
計３５が、スプレー２３の入口側にはスプレー用
給水流量計４０とスプレー用給水温度計４１が、
低温再熱蒸気管１９の出口側には流量推定のため
の低温再熱蒸気圧力計４３がそれぞれ配置されて
いる。

また、各熱交換器の入口側と出口側には、水や
蒸気の性状を把握するため温度計と圧力計が設け
られているが、図面の簡略のために第７図では節
炭器５に関係するものだけ図示した。すなわち、
節炭器５の入口側には入口温度計３６と圧力計３
７が、また出口側にも出口温度計３８と圧力計３
９がそれぞれ配置されている。

給炭器２１の出口側には給炭量計４２が設けら
れ、さらに微粉炭の燃焼性状を把握するための石
炭性状設定器４６が石炭供給経路上に配置されて
いる。

第２図に示すように、スートブロワ制御部本体
１００には再循環ガス流量調節弁２４．ガス温度
計３０．酸素濃度計３１．空気流量計３３．ガス
流量計３４．供水流量計３５．入口温度計３６．
圧力計３７．出口温度計３８．圧力計３９．スプ
レー用給水流量計４０．スプレー用給水温度計４
１．給炭量計４２．低温再熱蒸気圧力計４３．乾
球温度計４４．湿球温度計４５などからの検出信
号と、石炭性状設定器４６からの設定信号がそれ
ぞれ入力されるようになつている。

次にスートブロワ制御部本体１００の概略構成
について第１図とともに説明する。同図に示すよ
うに伝熱面の汚れ状態演算器１０１と汚れ状態優
先度設定器１０２とが一対になつて、汚れ状態優
先度演算器１０３に信号入力されるようになつて
いる。また、過熱器３．再熱器４の蒸気温度信号
が蒸気温度手段から、蒸気条件優先度設定器１０
４から蒸気条件優先度演算器１０５に信号入力さ
れるようになつている。前記汚れ状態優先度演算
器１０２は、伝熱面の汚れ状態の点から判断して
スートブロワの起動優先度を演算する機能を有し
ている。一方、蒸気条件優先度演算器１０５は、
過熱器３．再熱器４の蒸気条件から判断してスー
トブロワの起動優先度を演算する機能を有してい
る。

さらに前記汚れ状態優先度演算器１０３と蒸気
条件優先度演算器１０５との信号入力によりミニ
マム型多値論理演算を行う合成状態優先度演算器
１０６と、その演算器１０６と汚れ状態演算器１
０１からの信号によりスートブロワの起動個所を
決定するスートブロワ起動個所決定演算器１０７
を備えている。

スートブロワ制御部本体１００（スートブロワ
起動個所決定演算器１０７）からの駆動信号はス
ートブロワ駆動装置２９に入力され、それによつ
て選択されたスートブロワ２７が起動する仕組に
なつている。

前記汚れ状態演算器１０１は、伝熱面の汚れ状
態を監視する各検出器からの信号に基いて火炉水
壁部１２．過熱器３．再熱器４および節炭器５の
伝熱面汚れ状態を演算する。

伝熱面の汚れ状態を演算するための計算式は、 Kf＝Uc／Us (1) ここで、 Kf；汚れ状態指数 Uc；現状熱貫流率 Us；基準状態熱貫流率 さらに、Ucは下式により求められる。

Uc＝Ａ・Δt／Ｑ (2) ここで、 Ａ；熱交換器の伝熱面積 Ｑ；吸熱量 Δt；対数平均温度差 伝熱面積Ａは設計データにより求められる。

吸熱量Ｑは、 Ｆ×Ｈ（Tsi.Psi）＋Ｑ＝Ｈ（Tso.Pso）×Ｆ (3) により求められる。

ここで、 Ｆ；水・蒸気流量 Ｈ；エンタルピー算出式 Ts，Ps；水・蒸気の温度・圧力であり、サフ
イツクスi.oは入口側．出口側を示す。

対数平均温度差Δtは、向流の場合で、 Δt＝（Tgi−Tso）−（Tso−Tsi）／In（Tgi−Tso／Tgo
−Tsi） (4) ここで、 Tg；ガス温度であり、i.oは入口側．出口側を
示す。

水・蒸気温度Tsi.Tsoは、各熱交換器の出入口
に配置されている温度計で、節炭器５でいえば、
出口温度計３８．入口温度計３６により測定す
る。

ガス温度Tgi.Tgoは、次の計算式により求ま
る。

Tgi＝Tgo＋Ｑ／Wg・Cpg (5) ここで、 Gpg；ガス比熱（定数） Wg；ガス流量 ガス温度計３０での測定値を節炭器５の出口ガ
ス温度Tgoとし、前記(3)式により求められた節炭
器５の吸熱量Ｑと、ガス流量Wgにより、節炭器
５の入口ガス温度Tgiを算出する。同様にこの節
炭器５の入口ガス温度Tgiを再熱器４の出口ガス
温度として、再熱器４の入口ガス温度を算出し、
最終的には過熱器３の入口カス温度、すなわち火
炉出口２２のガス温度を推積することができる。

ガス流量Wgは、ガス流量計３４による再循環
ガス量．空気流量計３３による燃焼用空気量．乾
球温度計４４ならびに湿球温度４５による空気性
状データ．給炭量計４２による供給石炭量および
石炭性状設定器４６からの信号に基いて演算され
る。なおこのガス流量の具体的な測定方法は、日
本工業規格の「陸用ボイラの熱勘定方式」
（JISB8222）に詳述されているので、ここではそ
の説明を省略する。

前記(1)式のUsは下式により求められる。

Ds＝ｆ（Tg.Ts.Vg.Vs） (6) ここで、 Tg；ガス温度 Ts；水、蒸気の温度 Vg；ガス流速 Vs；水・蒸気流速 汚れ状態優先度設定器１０２では、各熱交換器
１２，３，４，５の伝熱面汚れ状態の程度に応じ
て０から１までの間の数値を算出．設定できるよ
うになつている。汚れ状態優先度とは、他の熱交
換器に対する当然熱交換器のスートブロワ起動優
先度を意味する。

各熱交換器におけるスートブロワ起動優先度と
汚れ状態指数との関係について第３図とともに説
明する。同図ａは火炉水壁部１２の特性図、同図
ｂは過熱器３の特性図、同図ｃは再熱器４の特性
図、同図ｄは節炭器５の特性図である。

この図における特性線の傾斜角（勾配）および
上下限値は、熱交換器および運転状態によつて異
なり、シミレーシヨンや運転員の経験などによつ
て設定される。

汚れ状態優先度演算器１０３では、汚れ状態演
算器１０１よりの信号と、汚れ状態優先度設定器
１０２により汚れ状態優先度を算出する。

蒸気条件優先度設定器１０４では過熱器３の出
口蒸気温度、再熱器４の出口蒸気温度の上下限許
容値内外の値に応じて０から１の値を算出する機
能を有している。

つまり、主蒸気温度は過熱器３の吸熱量低下に
よつて下り、火炉水壁部１２の吸熱量低下によつ
て上る。

一方、再熱蒸気温度は再熱器４の吸熱量低下に
よつて下り、火炉水壁部１２、過熱器３の吸熱量
低下によつて上る。

主蒸気温度、再熱蒸気温度とスートブロワ起動
優先度との関係を第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄにより説
明する。

第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて縦軸は蒸気条件
によるスートブロワ起動優先度、横軸は蒸気温度
を示す。

第４図ａに示す様に主蒸気温度が基準値（500
℃）より大である場合には、火炉水壁部１２での
蒸気条件によるスートブロワ起動優先度が大とな
る。

一方、第４図ｂに示す様に主蒸気温度が基準値
500℃より小である場合には、過熱器３での蒸気
条件によるスートブロワ起動優先度が大となる。

第４図ｃに示す様に再熱蒸気温度が基準値
（520℃）より大である場合には、火炉水壁部１
２、または過熱器３での蒸気条件によるスートブ
ロワ起動優先度が大となる。

一方、第４図ｄに示す様に再熱蒸気温度が基準
値（520℃）より小である場合には、再熱器４で
の蒸気条件によるスートブロワ起動優先度が大と
なる。

なお、第４図ａ〜ｄの線の傾斜角および上下限
許容値は設計データおよびシミユレーシヨンによ
つて決定する。

蒸気条件優先度演算器１０５では、本制御装置
外からの信号である主蒸気温度、再熱蒸気温度
と、蒸気条件優先度設定器の関数により、蒸気条
件優先度xjを算出する。

火炉水壁部１２については、第４図ａ，ｃ、過
熱器３については第４図ｂ，ｃの２種の優先度が
発生するので、値の大なる方を当然熱交換器の蒸
気条件優先度とする。

汚れ状態優先度演算器１０３および、蒸気条件
優先度演算器１０５からの信号により、合成状態
優先度演算器１０６では、各熱交換器ｊ毎に汚れ
状態優先度と、蒸気条件優先度の比較を行ない、
小さい方の優先度を選択する。その様子を第５図
に示す。

第５図は合成状態優先度演算器１０６による演
算結果の１例を示す図で、図中の●印は汚れ状態
優先度演算器１０３からそれぞれ出力された汚れ
状態に関する優先度、〇印は蒸気条件優先度演算
器１０５からそれぞれ出力された蒸気条件に関す
る優先度を示しており、●印の２０１は火炉水壁
部汚れ状態優先度．○印の２０２は火炉出口ガス
温度優先度で、両者とも火炉水壁部に関係するか
らその項目の同一線上に示されている。●印の２
０３は過熱器汚れ状態優先度．〇印の２０４はス
プレー流量比優先度で、両者とも過熱器に関係す
るからその項目の同一線上に示されている。●印
の２０５は再熱器汚れ状態優先度．〇印の２０６
は再循環ガス量比優先度で、両者とも再熱器に関
係するからその項目の同一線上に示されている。
●印の２０７は節炭器汚れ状態優先度．〇印の２
０８はボイラ出口ガス温度優先度で、両者とも節
炭器に関係するからその項目の同一線上に示され
ている。

１つの熱交換器に関して伝熱面の汚れ状態優先
度と蒸気条件優先度とが比較され、その結果、低
い方の優先度が自動的に選択される。すなわち第
５図の場合には＊印を付した優先度の方が選択さ
れることになる。

スートブロワ起動個所決定演算器１０７では、
汚れ状態演算器１０１からのボイラ効率信号と、
合成状態優先度演算器１０６からの信号により、
スートブロワ起動個所を決定する。

すなわち、ボイラ効率が予め設定されている値
よりも低くなつた時、合成状態優先度が最も大き
な値を示す個所をスートブロワ起動個所と決定す
る。この様子を示すのが第６図で、第５図に示す
ように合成状態優先度の比較結果、各熱交換器毎
に火炉出口ガス温度優先度２０２．過熱器汚れ状
態優先度２０３．再熱器汚れ状態優先度２０５な
らびに節炭器汚れ状態優先度２０７がそれぞれ選
択されるが、このうちで最も優先度の高い、この
場合は火炉出口ガス温度優先度２０２（第６図の
＊印）が選択される。そしてこの選択結果に基い
て火炉水壁部１２と対応しているスートブロワ２
７が駈動して、伝熱面の清浄が行なわれる。

このように複数の熱交換器のうちから最もスー
トブロワを稼動する必要のある１つの熱交換器を
選定して伝熱面の清浄を行なつたのち、再び各検
出器からデータを収集して同様のプロセスでスー
トブロワ稼動個所を設定する。

また、第５図に示すように合成状態優先度の演
算結果で各熱交換器毎に低い優先度のものをそれ
ぞれ選択して、その選択されたもののうち優先度
の高い順にスートブロワを稼動し、その後再び各
検出器からデータを収集して同様のプロセスでス
ートブロワ稼動個所を選定することもできる。

〔発明の効果〕

(1) ボイラ蒸気温度の安定化 本発明により、蒸気温度の低下を生じ、かつ
伝熱面の汚れの大きい個所を決定するので、ス
ートブロワ起動により伝熱面汚れが除去され、
同時に蒸気温度が安定になる。

伝熱面の汚れが大きくても蒸気温度の基準値
からのずれが大きくない場合にはスートブロワ
は起動されない。単に伝熱面の汚れのみでスー
トブロワを起動する方式では場合によつては吸
熱量が過度に上昇し、蒸気温度が高くなりすぎ
る。

(2) スートブロワ噴射媒体の使用量の削減 伝熱面の汚れが小さくても蒸気温度が基準値
より大きくずれる場合がある。この場合スート
ブロワを起動しても伝熱面の汚れが小さいので
灰の除去効果はほとんどない。したがつてスー
トブロワ起動は無駄になる。本発明はこのよう
な場合のスートブロワ起動は排除される。した
がつてスートブロワによる噴射媒体の使用量が
削減できる。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明の実施例を説明するためのも
ので、第１図はスートブロワ制御装置のブロツク
図、第２図はスートブロワ制御本体のブロツク
図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは各熱交換器における
スートブロワ起動優先度と汚れ状態指数との関係
を示す特性図、第４図は主蒸気温度、再熱蒸気温
度とスートブロワ起動優先度との関係を示す特性
図、第５図は合成状態優先度演算器による演算結
果の１例を示す説明図、第６図はスートブロワ稼
動個所決定演算器による演算結果の１例を示す説
明図、第７図は実施例に係るスートブロワ制御装
置を備えたボイラ装置の概略構成図である。 １……ボイラ装置、３……過熱器、４……再熱
器、５……節炭器、２７……スートブロワ、３０
……ガス温度、３１……酸素濃度計、３３……空
気流量計、３４……ガス流量計、３５……給水流
量計、３６……入口温度計、３７……圧力計、３
８……出口温度計、３９……圧力計、４０……ス
プレー用給水流量計、４１……スプレー用給水温
度計、４２……給炭量計、４３……低温再熱蒸気
圧力計、４４……乾球温度計、４５……湿球温度
計、４６……石炭性状設定器、１００……スート
ブロワ制御部本体、１０１……汚れ状態演算器、
１０２……汚れ状態優先度設定器、１０３……汚
れ状態優先度演算器、１０４……蒸気条件優先度
設定器、１０５……蒸気条件優先度演算器、１０
６……合成状態優先度演算器、１０８……スート
ブロワ稼動個所決定演算器、２０１……火炉汚れ
状態優先度、２０２……火炉出口ガス温度優先
度、２０３……過熱器汚れ状態優先度、２０４…
…スプレー流量比優先度、２０５……再熱器汚れ
状態優先度、２０６……再循環ガス量比優先度、
２０７……節炭器汚れ状態優先度、２０８……ボ
イラ出口ガス温度優先度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱交換器の伝熱面汚れ状態を検知する汚れ状
   態検知手段と、熱交換器の蒸気温度を検知する蒸
   気温度検知手段と、前記汚れ状態検知手段によつ
   て検知された伝熱面の汚れ状態に応じてスートブ
   ロワ起動優先度を決める汚れ状態優先度演算手段
   と、前記蒸気温度検知手段によつて検知された蒸
   気温度に応じてスートブロワ起動優先度を決める
   蒸気条件優先度演算手段と、前記汚れ状態優先度
   演算手段と蒸気条件優先度演算手段から出力され
   る優先度に基づき合成状態優先度を出力する合成
   状態優先度演算手段と、この合成状態優先度に基
   づきスートブロワ起動個所を決定するスートブロ
   ワ起動個所決定手段とを備えていることを特徴と
   するスートブロワ制御装置。