JPH0522804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石炭焚きボイラ装置において、特に負
荷変化時に増加する窒素酸化物（NO_x）を低減
する窒素酸化物低減装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭焚きボイラ装置は、石炭をミルにより粉砕
し、この粉砕された微粉炭を一次空気によりボイ
ラのバーナまで搬送して燃焼する構造となつてい
る。このような構造を図により説明する。

第４図は従来のボイラ装置における空気投入系
統の系統図である。図で、１はボイラ、２はボイ
ラ１の風箱、３は石炭を粉砕するミルである。４
は加熱された二次空気を昇圧する押込通風フアン
であり、昇圧された二次空気は燃焼用空気として
風箱２に供給される。５は二次空気の流量を調節
する空気流量調整パンダである。６は一次空気を
ミル３に供給する一次空気フアンであり、一次空
気フアン６で供給された一次空気はミル３で粉砕
された微粉炭をボイラ１のバーナに搬送する。搬
送された微粉炭はバーナからボイラ内に投入さ
れ、前記燃焼用空気および当該微粉炭を搬送した
一次空気により燃焼せしめられる。７はミル３へ
供給される一次空気の量を調節するミル入口一次
空気ダンパである。８はボイラ１から排出される
排ガスの一部をボイラ１に戻すためのガス再循環
フアン、９は再循環させる排ガス量を調節する排
ガス混合ダンパである。排ガスは二次空気に混合
されてボイラ１に再循環せしめられる。１０はミ
ル３の入口における一次空気量を検出する空気量
検出器であり、検出した空気量に応じた信号を出
力する。

次に、上記空気流量調整ダンパ５およびミル入
口一次空気ダンパ７の開度を制御する燃焼空気量
制御装置について説明する。第５図は燃焼空気量
制御装置のブロツク図である。図で、５は空気流
量調整ダンパ（（以下、二次空気ダンパという）、
７はミル入口一次空気ダンパ（以下、ミル一次空
気ダンパという）、１０は空気量検出器であり、
いずれも第４図に示されるものと同じである。１
１は発電指令に応じてボイラ負荷要求指令信号を
出力するボイラ負荷要求指令信号発生器、１２は
ボイラ負荷の変化時においてその変化の先行信号
（微分値）を出力する負荷変化時先行信号発生器、
１３は投入される空気の総量（フアン４，６の出
口の空気流量の加算値）に応じた信号を出力する
総空気量信号発生器、１４は排ガス中の酸素の量
を検出する排ガスO₂検出器、１５は図示されな
い給炭機からミル３に搬送される石炭量に応じた
信号を出力する燃料量信号発生器である。１６，
１７は加算器、１８は減算器、１９は比例積分調
節計である。２０は排ガス中の酸素の量を設定す
る排ガスO₂設定器、２１は減算器、２２は比例
積分調節計、２３は切換器、２４は切換器２３を
遮断するための不動作信号発生器である。２５，
２７は減算器、２６，２８は比例積分調節計であ
る。

次に、この制御装置の動作を説明する。まず、
二次空気ダンパ５の開度は次のように制御され
る。即ち、加算器１６において、ボイラ負荷要求
指令信号と負荷変化時先行信号（オーバ／アンダ
フアイアリング信号）とが加算され、それにより
先行的に燃料要求信号が得られる。燃焼用二次空
気はこの燃料要求信号に見合う風量だけ供給され
る必要がある。一方、通常運転時には、排ガス
O₂を適正に制御するため、排ガスO₂検出器１４
で検出された実際の排ガスO₂の量と、設定器２
０により設定された排ガスO₂設定値とが比較さ
れ、減算器２１からは両者の差に応じた排ガス
O₂偏差信号が出力される。その排ガスO₂偏差信
号は比例積分器２２、切換器２３を経て加算器１
７において加算器１６からの燃料要求信号に加算
される。したがつて、加算器１７からの信号は、
排ガスO₂の量をも考慮した空気量要求信号とな
る。なお、負荷変化時に上記排ガスO₂偏差信号
を加算することは、プロセス側への外乱となるた
め、負荷変化時には不動作信号発生器２４から不
動作信号が出力され、切換器２３が切換えられて
排ガスO₂偏差信号がブロツクされる。減算器１
８には加算器１７からの空気量要求信号と総空気
量信号発生器１３からの総空気量信号とが入力さ
れ、両者の差の信号が作られ、この差の信号によ
り二次空気ダンパ５の開度が制御される。

又、ミル一次空気ダンパ７の開度は次のように
制御される。即ち、加算器１６から出力される燃
料要求信号と燃料量信号発生器１５からの信号と
は減算器２５に入力され、両者の差の信号が作ら
れる。この差の信号は比例積分調節計２６を経て
減算器２７に入力され、減算器２７において空気
量検出器１０から出力されるミル３の入口におけ
る実際の一次空気量信号と比較され、両信号の差
の信号が出力される。なお、減算器２５の出力は
不足（又は過剰）石炭量信号となるが、適当な比
例定数を用いることにより、又は適宜特性の関数
発生器を挿入することにより、減算器２７の入力
信号を不足（又は過剰）石炭量に見合つた風量に
応じた信号とすることができる。ミル一次空気ダ
ンパ７の開度は、比例積分調節器２８を経る減算
器２７からの差の信号により制御される。なお、
上記制御装置においては、排ガス混合ダンパ９は
負荷に比例してプログラム制御される構成となつ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような燃焼空気量制御装置において、負荷
変化時、特に負荷上昇時の状態を考えると、ミル
３からの石炭の供給には可成りの遅れがあるた
め、負荷指令信号の上昇以上に燃料量要求信号、
即ち燃焼用空気要求信号を増大させてやる必要が
ある。このため、ボイラ負荷要求指令信号に負荷
変化時先行信号を加算器１６で加算してやる。か
くして、負荷変化時先行信号発生器１２からの先
行信号（オーバフアイアリング信号）により加算
器１６から出力される燃料要求信号が大となり、
これに従つてミル一次空気ダンパ７の開度も大と
なり、一次空気が過剰に供給されて、負荷上昇変
化時に必要とされる燃料の過投入が実施される。
同時に、上述の空気量優先回路の機能により燃料
要求信号に応じて二次空気ダンパ５の開度が大と
なり、前記増大した一次空気により搬送される増
大した燃料量に見合う空気量以上の二次空気量が
供給され、二次空気の過剰投入が生じる。ところ
で、周知のように、燃焼のための空気（一次空気
と二次空気）が過剰に投入されるとバーナでの酸
素濃度が過剰となつて排ガス中のNO_xが増大す
る。したがつて、結局、上記燃焼空気量制御装置
にあつては、負荷変化時に排ガス中のNO_xが増
大するという欠点がある。この欠点を除くため、
燃焼空気が少なくて済む、より優れたバーナを用
いたり、脱硝装置を大型化することが考えられる
が、コストが増大して好ましくない。

本発明の目的は、上記の欠点を除き、負荷変化
時におけるボイラ排ガス中のNO_xを、バーナや
脱硝装置を変更することなく低減することができ
るNO_x低減装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、ボイラ
と、このボイラに微粉炭を供給するミルと、前記
微粉炭を前記ボイラまで搬送するために前記ミル
に空気を供給する空気供給部とを備えたものにお
いて、負荷変化時前記ボイラからの排ガスを前記
空気供給部に混入させる排ガス混入手段と、前記
ボイラの負荷要求指令に応じたボイラ負荷要求指
令信号に基づいて前記ミルへの空気の供給量を制
御する第１の制御手段と、前記ボイラ負荷要求指
令信号および負荷変化時に実際の負荷変化に先行
して出力される負荷変化時先行信号に基づいて前
記ミルへの空気と排ガスとの混合ガスの量を制御
する第２の制御手段と、前記第１の制御手段の制
御により供給される供給量と前記第２の制御手段
の制御により供給される供給量との差に応じて前
記排ガス混入手段で混入される排ガス量を制御す
る第３の制御手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

負荷変化時、特に負荷増加時、第２の制御手段
により、負荷増加に先立つてこれを加味した増大
混合ガス量が供給されようとするが、第１の制御
手段の制御により供給される空気量はボイラ負荷
に応じた量となるので、ミルへの供給量は不足す
る。しかし、第３の制御手段により当該供給量の
不足に見合つた排ガスが混入されて不足分が解消
され、しかも、このような排ガスを混入すること
によりNO_xを低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る空気投入系統
の系統図である。図で、第４図に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。２９
はガス再循環フアン８の出口と一次空気フアン６
の出口との間に設けられた排ガス通路、３０は排
ガス通路２９に介在して排ガス圧力を昇圧する排
ガス昇圧フアン、３１は排ガス通路２９における
排ガス昇圧フアン３０の出口側に設けられた一次
空気排ガス混合ダンパである。３２は一次空気フ
アン６の入口側に設けられた一次空気フアン入口
ダンパ、３３は一次空気フアン６の出口側に設け
られた一次空気フアン出口圧力検出器である。一
次空気フアン出口圧力検出器３３は検出した圧力
に応じた信号を出力する。

本実施例においては、上記のように排ガス通路
２９を設け、ボイラ負荷変化時に一次空気排ガス
混合ダンパ３１を開いて排ガスを一次空気に混入
して搬送用空気として使用するものである。即
ち、ボイラ負荷変化時における前述の一次空気過
剰投入分を排ガスで代替させ、これによりNO_x
の増大を防止するものである。なお、排ガス昇圧
フアン３０は低い排ガス圧力を高い一次空気圧力
に昇圧するために設けられる。

第２図は第１図に示す各ダンパの制御装置のブ
ロツク図である。図で、第１図および第５図に示
す部分と同一部分では同一符号を付して説明を省
略する。３５，３７はそれぞれ所定の特性を有す
る関数発生器、３６は加算器、３９は１次空気フ
アン出口圧力設定器、４０は減算器、４１は比例
積分調節計である。

次に、上記制御装置の動作について説明する。
総空気量信号発生器１３から出力される総空気量
信号は関数発生器３５に入力されてこれに応じた
排ガス流量信号が作られる。加算器３６は関数発
生器３５からの排ガス流量信号に負荷変化時先行
信号発生器１２からの先行信号を加算して補正
し、この補正された排ガス流量信号に応じて排ガ
ス混合ダンパ９を制御する。従来においては、排
ガス混合ダンパ９は関数発生器３５の出力により
制御されていたが、本実施例のように負荷変化時
における先行信号を加算することにより、一層積
極的に排ガスの燃焼空気に対する混合量を増加さ
せ、燃焼空気のO₂分圧を下げてNO_x低減に寄与
する。

ボイラ負荷要求指令信号発生器１１からの信号
は関数発生器３７に入力され、この関数発生器３
７はボイラ負荷相当の空気量信号を出力する。し
たがつて、一次空気フアン入口ダンパ３２はボイ
ラ負荷に見合つた開度に制御される。ところで、
負荷変化時において、減算器２５から出力される
燃料量要求信号は先行信号により、ボイラ負荷要
求指令により指令される量以上に増加するが、本
実施例においては、一次空気は負荷要求指令に基
づくプログラムで制御されるのであるから、上記
のように燃料量要求信号が過剰増大しても、一次
空気フアン入口ダンパ３２は負荷要求指令信号に
よる開度以上に開かれることなく、一次空気の量
もそれ以上に増加することはない。

一方、負荷変化時には、規定負荷に相当する燃
料量以上の燃料を過剰投入することが必要とな
り、微粉炭の過投入が必須となるので、微粉炭搬
送用の媒体（一次空気）は増大した燃料量要求信
号に見合つて増加させる必要があり、このため、
第２図および第５図に示すようなミル一次空気ダ
ンパ７の制御が行なわれ、その開度を増大させ
る。

以上のことから、本実施例の上記制御装置にお
いては、負荷変化時、一次空気フアン入口ダンパ
３２は負荷要求指令信号にしたがつて制御されて
ボイラ負荷相当の空気量を供給し、又、ミル一次
空気ダンパ７は増大した燃料量要求信号にしたが
つて制御されてボイラ負荷相当以上の過剰空気量
を供給しようとすることが判る。この結果、ミル
３に供給される一次空気の量は必然的に不足する
ことになり、負荷変化時において必要とされる微
粉炭の過投入は不可能となる。

本実施例においては、上記一次空気の不足分を
第１図に示すように、ボイラ排ガスにより補な
い、これにより、負荷変化時の微粉炭の過投入を
可能にするとともに、過剰空気投入を避けて
NO_xを低減するものである。このため、本実施
例では、第１図に示す排ガス通路２９、排ガス昇
圧フアン３０、一次空気排ガス混合ダンパ３１お
よび一次空気フアン出口圧力検出器３３が設けら
れる。

負荷変化時、上記のように一次空気量が不足す
ると一次空気フアン６の出口圧力が低下する。と
ころで、圧力検出器３３の出力は減算器４０にお
いて一次空気フアン出口圧力設定値と常に比較さ
れ、減算器４０からは両者の偏差が出力されてい
る。したがつて、一次空気フアン６の出口圧力の
低下（一次空気の不足）は直ちに減算器４０の出
力変化となつて現われ、その出力は比例積分調節
器４１を経て一次空気排ガス混合ダンパ３１の開
度を制御する。これにより、一次空気排ガス混合
ダンパ３１からは一次空気の不足分に見合う排ガ
ス量が供給されることになる。

ミル一次空気ダンパ７の制御は第５図に示す制
御と同様の手段により実行されるが、二次空気ダ
ンパ５の制御は第５図に示す制御とは異なる。即
ち、第５図に示す制御装置においては、負荷変化
時先行信号発生器１２からの先行信号が加算され
るが、本実施例における場合には、第２図に示す
ように当該先行信号は加算されない。即ち、負荷
変化時における燃料過剰投入分に相当する空気量
増加信号が加算されないことになるので、二次空
気の過剰投入はなく、この面からもNO_xの低減
が行なわれる。

なお、本実施例のように、負荷変化時、一次空
気および二次空気を抑制する運用を行なう場合、
排ガス中のNO_xは低減できるが、排ガス中の未
燃分が増加するおそれがある。しかしながら、排
ガス中のO₂は排ガスO₂検出器１４により常時監
視され、その設定値との偏差信号がボイラ負荷要
求指令信号に加算器１７において加算されるの
で、二次空気ダンパ５を制御する空気量要求信号
はこれにより補正され、排ガス中のO₂は適正に
保持され、未燃分の増加は防止される。又、二次
空気ダンパ５は押込通風フアン４の入口側に設け
ることもできるのは明らかである。

このように、本実施例では、ボイラ負荷要求指
令信号にしたがう一次空気フアン入口ダンパ、燃
料量要求信号にしたがうミル一次空気ダンパ、排
ガスを一次空気フアン出口側の通路に供給する一
次空気排ガス混合ダンパを設け、ボイラ負荷変化
時におけるミル一次空気ダンパを通る一次空気の
不足分を一次空気排ガス混合ダンパからの排ガス
により補ない、かつ、二次空気にも排ガスを混合
するようにしたので、バーナや脱硝装置を取り替
えることなく、排ガス中のNO_xを低減すること
ができる。

第３図は本発明の他の実施例に係る空気投入系
統の系統図である。図で、第１図に示す部分と同
一部分には同一符号が付してある。本実施例がさ
きの実施例と異なるのは、さきの実施例が排ガス
通路２９を一次空気フアン６の出口部に接続した
構成であるのに対し、本実施例は排ガス通路２９
を一次空気フアン６の入口部に接続し、かつ、排
ガス昇圧フアン３０および一次空気フアン出口圧
力検出器３３を備えていない点にあり、他の構成
はさきの実施例の構成と同じである。

本実施例においても、さきの実施例と同じく、
微粉炭搬送用の一次空気を抑制し、その不足分を
一次空気排ガス混合ダンパ３１により一次空気フ
アン６の入口部に排ガスを混入して補なうもので
あり、これにより、二次空気に排ガスを混入する
ことと相俟つてNO_x低減効果を得ることができ
る。この場合、一次空気フアン６の入口部の圧力
が低いことから、排ガス昇圧フアンは不要であ
る。そして、排ガス昇圧フアンを省略することに
より、さきの実施例に比べて消費電力および設備
費を低減することができる。

次に、本実施例における各ダンパの制御装置に
ついて説明するが、排ガス混合ダンパ９、一次空
気フアン入口ダンパ３２、二次空気ダンパ５およ
びミル一次空気ダンパ７の制御については、第２
図に示すさきの実施例における制御と同じである
ので説明は省略し、一次空気排ガス混合ダンパ３
１の制御について説明する。まず、ボイラ負荷の
変化率を微分器等の適宜の手段により演算する。
そして、この得られたボイラ負荷変化率に対応し
て関数発生器により一次空気排ガス混合ダンパ３
１の開度信号を作成する。この開度信号は、通
常、ボイラ負荷上昇時に対してのみ作成され、ボ
イラ負荷下降時および一定時に対しては作成され
ない。又、上記開度信号は、ボイラ負荷上昇変化
率が大きいほど大きくなるように作成されてい
る。そして、この開度信号に基づいて一次空気排
ガス混合ダンパ３１が制御される。

ボイラ負荷が上昇変化すると、これに応じて一
次空気排ガス混合ダンパ３１が開き、排ガスが一
次空気フアンの入口に混入される。一方、ミル一
次空気ダンパ７はさきの実施例の説明で述べたよ
うに、微粉炭搬送用媒体量を確保すべく燃料要求
信号に見合つて作動し、又、一次空気フアン入口
ダンパ３２はボイラ負荷要求指令信号に見合つて
作動し、一次空気に不足を生じるが、この不足分
は前記一次空気排ガス混合ダンパ３１からの排ガ
スの混合により補なわれる。

このように、本実施例では、排ガスを一次空気
フアン入口側の通路に供給する一次空気排ガス混
合ダンパを設け、ボイラ負荷変化時におけるミル
一次空気ダンパを通る一次空気の不足分を排ガス
により補ない、かつ、二次空気にも排ガスを混合
するようにしたので、さきの実施例と同じ効果を
奏する。又、さきの実施例に比較し、排ガス昇圧
フアンおよび一次空気フアン出口圧力検出器を省
略できるので、消費電力および設備費を低減する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、ボイラ負荷変
化時、一次空気量を抑制し、これによる一次空気
の不足分をボイラからの排ガスにより補なうよう
にしたので、バーナや脱硝装置を変換することな
くNO_xを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る空気投入系統
の系統図、第２図は第１図に示す各ダンパの制御
装置のブロツク図、第３図は本発明の他の実施例
に係る空気投入系統の系統図、第４図は従来の空
気投入系統の系統図、第５図は第４図に示す各ダ
ンパの制御装置のブロツク図である。 １……ボイラ、３……ミル、４……押込通風フ
アン、５……二次空気ダンパ、６……一次空気フ
アン、７……ミル一次空気ダンパ、８……ガス再
循環フアン、９……排ガス混合ダンパ、１０……
空気量検出器、１１……ボイラ負荷要求指令信号
発生器、１２……負荷変化時先行信号発生器、１
３……総空気量信号発生器、１４……排ガスO₂
検出器、１５……燃料量信号発生器、２９……排
ガス通路、３０……排ガス昇圧フアン、３１……
一次空気排ガス混合ダンパ、３２……一次空気フ
アン入口ダンパ、３３……一次空気フアン出口圧
力検出器、３９……一次空気フアン出口圧力設定
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラと、このボイラに微粉炭を供給するミ
   ルと、前記微粉炭を前記ボイラまで搬送するため
   に前記ミルに空気を供給する空気供給部とを備え
   たものにおいて、負荷変化時前記ボイラからの排
   ガスを前記空気供給部に混入させる排ガス混入手
   段と、前記ボイラの負荷要求指令に応じたボイラ
   負荷要求指令信号に基づいて前記ミルへの空気の
   供給量を制御する第１の制御手段と、前記ボイラ
   負荷要求指令信号および負荷変化時に実際の負荷
   変化に先行して出力される負荷変化時先行信号に
   基づいて前記ミルへの空気と排ガスとの混合ガス
   の量を制御する第２の制御手段と、前記第１の制
   御手段の制御により供給される供給量と前記第２
   の制御手段の制御により供給される供給量との差
   に応じて前記排ガス混入手段で混入される排ガス
   量を制御する第３の制御手段とを設けたことを特
   徴とする窒素酸化物低減装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記差は、
   前記空気供給部の空気供給フアンの出口圧力に対
   して予め定められた圧力と実際の圧力との差とし
   て捕捉されることを特徴とする窒素酸化物低減装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記差は、
   前記ボイラの負荷の変化率として捕捉されること
   を特徴とする窒素酸化物低減装置。