JPH045885B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は石炭焚ボイラの蒸気温度制御方法に係
り、特に石炭焚ボイラ排ガス中のNOXを最適値
に保つとともに、多種の石炭燃料に対して負荷変
化時の再熱蒸気温度の変動を最小限に抑えるため
の制御方法に関する。

〔発明の背景〕

ボイラ排ガス中の窒素酸化物NOXの量に関し
ては、公害規制のために制限値がある。この値を
守る方法として、バーナに供給する燃焼空気量の
過剰率を制御し、NOX量の制御を行う方法が採
用されている。また、ボイラの火炉内に燃焼後の
排ガスを再循環させ火炉の燃焼温度を低くし、
NOXの発生反応を抑える方法も併用されている。
石炭燃料は、燃料炭の窒素含有量が他の燃料に比
べて多いので、燃焼温度の制御のみではNOX量
の低減が十分ではなく、前者の方法が特に有効で
ある。

第１図を参照してNOX量の制御を説明する。

図において１はボイラ、２〜５はボイラ１内に
設けられた水管であり、これら水管には図示しな
い給水ポンプから給水が行われる。水管２と５は
高圧タービンへの主蒸気を発生させる過熱器（ス
ーパーヒータSH）であり、水管３と４は中低圧
タービンへの再熱蒸気を発生させる再熱器（レヒ
ータRH）である。６Ａ〜Ｃは石炭ミルバーナで
あり、図示しない石炭ミルから供給される微粉炭
を燃焼させる。風道７は図示しない強制送風機
（FDF）が供給する燃焼用空気を火炉に導くもの
である。８Ａ〜Ｃは各バーナの燃焼用空気の流量
を調節し空燃比制御を行うウインドボツクス入口
ダンパである。NOポート９はバーナ段の上部か
ら空気を注入し排ガスを完全燃焼させるためにあ
る。１０はそのNOポートのダンパであり、１１
はボイラ内に設けられた仕切り板である。RH側
分配ダンパ１２およびSH側分配ダンパ１３は開
度を調整して１次RH４および１次SH５の通過
ガス量〓制御する。１４は排ガス中のNOX濃度
検出器である。１５は燃焼排ガスを火炉に再循環
させるためのガス再循環フアンであり、１６はそ
のガス再循環量の制御を行う火炉入口ダンパであ
る。

NOXの制御は次の如く行う。６Ｃの最下段バ
ーナに対してはO₂過剰率が１以下となるように
８Ｇのウインドボツクス入口ダンパにより燃焼空
気量を調整し、還元性物質を生成させる。６Ｂの
中段バーナに対してはO₂過剰率がほぼ１となる
ように８Ｂのウインドボツクス入口ダンパを調整
し、燃料中の窒素分を放出させる。上段バーナ６
Ａに対しては十分O₂が過剰になるようにウイン
ドボツクス入口ダンパ８Ａにより調整し、還元完
全燃焼を行う。さらに、NOポート９から残りの
空気量を注入して完全燃焼を実現し未燃分を低減
させる。

第２図にNOポートダンパ１０の制御回路を示
す。図中２１はユニツトの負荷要求値であり、２
２は関数発生器、２３はNOポートダンパの駆動
装置である。２２の関数発生器の設定は第３図に
示す如くなる。従来のNOポートダンパ１０の制
御は上記の如くプログラム制御であり、単一炭種
に対してはそのプログラムが負荷要求値から一義
的に定められており、その限りでは有効である。

ところで、１台のボイラで多種の石炭を使用す
る場合には、石炭中の窒素の含有量，粉砕性，燃
焼性が異なり、NOX発生量も異なるので、NO
ポートダンパのプログラムも第４図に示す如く炭
種によつて異なつてくる。

このように、NOXの発生状況が異なるという
ことは、炭種によつてボイラ内の燃焼状態、各熱
交換器の熱配分が変わることを示している。

そこで、負荷変化時の蒸気温度制御性も炭種に
よつて大きく異なり、特に再熱蒸気温度の制御性
が著しく低下し、第５図に示す如く、炭種によつ
ては再熱蒸気温度の偏差量が大きくなる問題があ
る。

再熱蒸気温度の制御方法は２種類ある。１つ
は、第１図のRH側分配ダンパ１２、SH側分配
ダンパ１３により１次RH４と１次SH５を通過
するガス流量の分配比を変えて１次RH４での熱
吸収量を増減させ、再熱蒸気温度を制御するもの
である。他は、第１図の火炉入口ダンパ１６によ
り火炉底部から注入するガス再循環量を増減さ
せ、火炉内の燃焼温度を変え、火炉での熱吸収量
を変化させることによりRHでの熱吸収を調整す
るものである。

第６図に従来の再熱蒸気温度制御系の例を示
す。１７は再熱蒸気温度、６１は再熱蒸気温度の
設定器であり、これらの信号は比較器６２で比較
される。比較器６２からの再熱蒸気温度偏差信号
の一方は比例演算器６３に入力される。一方、既
述の負荷要求値２１は関数発生器６４により火炉
入口ダンパ１６の先行信号となり、加算器６５で
比例演算器６３の出力と加算され、火炉入口ダン
パコントロールドライブ６６の指令信号となる。

比較器６２からの再熱蒸気温度偏差信号の他方
は比例積分器６７に入力され、その出力は負荷要
求値２１をもとにして関数発生器６８が作る分配
ダンパ先行信号と加算器６９で加算され、RH側
分配ダンパコントロールドライブ７０の指令信号
となる。また、この信号は信号反転器７１により
逆特性となり、SH側分配ダンパコントロールド
ライブ７２の指令信号となる。

この従来の制御方式では負荷変化時に炭種によ
つてはボイラ特性が変化するため、大きな再熱蒸
気温度偏差が生じる問題があつた。

使うことが予想されるすべての炭種についてプ
ログラムを何本も用意しておいて切換えることも
一応は考えられるが、次々に変わる性質に細かく
対応することは現実に不可能であるし、今後どの
ような炭種が供給されるかわからない現状では、
根本的にプログラムをどのように組めばよいかわ
からない状態である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、炭種によつて変わるボイラの
再熱蒸気温度特性を補正して炭種に拘わらず最適
な再熱蒸気温度制御性が得られる石炭焚ボイラの
蒸気温度制御方法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、排ガス中のNOX値を規定値に保つ
べく種々の炭種によつて変わるNOポートダンパ
の開度からボイラの燃焼状態を推定し、再熱蒸気
温度の動的先行制御の量を調節することにより負
荷変化時の再熱蒸気温度の変動を最小限に抑える
ことを特徴とする。

すなわち、NOポートダンパの開度は、排ガス
中のNOX量を制御するためにバーナ上部から注
入する空気量を調節するが、この空気量により火
炎の長さが変わり、燃焼温度も変わる。

NOポートから注入する空気量が多ければ、バ
ーナ段に供給される空気量が少なく不完全燃焼の
ため火炎温度が低く、かつバーナ上段で完全燃焼
するため火炎が長く延びる。従つて、火炉での熱
吸収が少なく、再熱器での熱吸収量が多い状態と
なる。

逆に、NOポートダンパから注入される空気量
の少ない炭種では、火炎が短かく燃焼温度が高い
ため、火炉での熱吸収量が多く、再熱器での熱吸
収が少ない燃焼状態にある。

ところで、NOポートダンパの開度と負荷変化
時の再熱蒸気温度の偏差との関係をみると、第
４，第５図に示すように、NOポートダンパの開
度が大きい炭種ほど大きな偏差が発生している。
これはNOポートダンパの開度が大きいほど再熱
器の熱吸収量が多いためと考えられる。

そこで、負荷変化時にNOポートダンパの開度
に応じて再熱蒸気温度制御系に動的先行補償をす
ることにより再熱蒸気温度の変動を抑えることが
できる。

以上が種々の炭種に対して負荷変化時に再熱蒸
気温度の変動が最小限に抑えられる本発明の動的
先行補償制御の基本原理である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第７〜９図を参照して
説明する。

第７図は本発明の蒸気温度制御系のブロツク図
である。１４は前述の排ガス中NOX濃度検出器、
８１はNOXの制御設定器、８２は加算器、８３
は比例積分器、８４は関数発生器、８５は加算
器、８６はNOポートダンパコントロールドライ
ブである。８７は負荷要求値の変化率とNOポー
トダンパ開度から分配ダンパへ与える動的先行信
号演算回路、８８は加算器である。

第６図の従来例と第７図の本発明の制御系とを
比較すれば、NOX濃度検出器１４の出力が設定
器８１の出力とともに取り込まれ、NOポートダ
ンパと両分配ダンパの制御に使われている本発明
の特徴が明らかであろう。

第８図は第７図の制御系の動作を示すフローチ
ヤートである。ステツプ１０１は必要信号の取り
込みである。ステツプ１０２でNOXの設定値８
１とNOX濃度１４を加算器８２により比較し、
比例積分器８３で比例積分演算を行う。ステツプ
１０３で負荷要求値２１をもとに関数発生器８４
で作つたNOポートダンパの先行信号と比例積分
器８３の出力を加算器８５で加算する。ステツプ
１０４ではステツプ１０３で得られたNOポート
ダンパの開度指令を出力する。ステツプ１０５で
は負荷要求値２１の変化率とNOポートダンパの
開度により第９図に示すような分配ダンパの動的
先行制御信号を演算する。ここで動的先行信号は
増負荷で負、減負荷で正とし、負荷変化率大、
NOポート開度大で各々絶対値を大きくする。ス
テツプ１０６においては負荷要求値２１から分配
ダンパの静的先行信号を計算する。ステツプ１０
７では再熱蒸気温度１７とその設定値６１とを比
較器６２で比較して比例積分器６７で比例積分演
算を行う。ステツプ１０８では加算器８８で演算
回路８７の動的先行信号、関数発生器６８の静的
先行信号、比例積分器６７の演算出力を加算す
る。ステツプ１０９ではRH側分配ダンパの開度
指令を出力する一方、SH側分配ダンパに逆極性
の開度指令を出力する。

この実施例によれば、NOポートの開度からボ
イラの燃焼状態を推定して、種々の炭種に対応し
た動的先行信号を再熱蒸気温度制御系に加え、負
荷変化時の再熱蒸気温度変化を最小限に抑えるこ
とができる効果がある。

上記実施例では、動的先行信号を分配ダンパに
加えたが、火炉入口ダンパに加えることも可能で
あり、また両方に加えることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、炭種によつて変わるボイラの
再熱蒸気温度特性を補正して、炭種に拘わらず最
適な再熱蒸気温度制御性が得られる石炭焚ボイラ
蒸気温度制御方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラの全体構成図、第２図は従来の
NOボートダンパ制御回路図、第３図はNOポー
トダンパプログラム図、第４図は炭種によるNO
ポートダンパプログラムの変化を示す図、第５図
は炭種による負荷変化時の再熱蒸気温度の変動を
示す図、第６図は従来の再熱蒸気温度制御系のブ
ロツク図、第７図は本発明による制御系のブロツ
ク図、第８図は第７図の制御系の動作を示すフロ
ーチヤート、第９図は本発明の動的先行信号の波
形を示す図である。 １０……NOポートダンパ、１２……RH側分
配ダンパ、１３……SH側分配ダンパ、１６……
火炉入口ダンパ、１４……排ガス中NOX濃度検
出器、１７……再熱蒸気温度検出器、８７……動
的先行信号演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷要求値により蒸気温度を制御する石炭焚
   ボイラの蒸気温度制御方法において、石炭焚ボイ
   ラ排ガス中のNOX濃度を制御するNOポートダ
   ンパの開度と負荷要求値変化率の大きさとに応じ
   て再熱蒸気制御系に対する動的先行信号を求め再
   熱蒸気制御系のダンパを調整し、通過排ガス量を
   制御することを特徴とする石炭焚ボイラの蒸気温
   度制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、再熱蒸気制
   御系のダンパが分配ダンパであることを特徴とす
   る石炭焚ボイラの蒸気温度制御方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、再熱蒸気制
   御系のダンパが火炉入口ダンパであることを特徴
   とする石炭焚ボイラの蒸気温度制御方法。 ４ 特許請求の範囲第１項において、再熱蒸気制
   御系のダンパが分配ダンパと火炉入口ダンパであ
   ることを特徴とする石炭焚ボイラの蒸気温度制御
   方法。