JPH05248620A

JPH05248620A - スートブロワ制御装置

Info

Publication number: JPH05248620A
Application number: JP29478091A
Authority: JP
Inventors: Tatsujiro Ishida; 龍二郎石田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1993-09-24
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07117224B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スートブロワを付設している例えばボイラ装
置や分解改質炉などの装置の運転状態が不健全になるこ
となく、しかも効率の良いスートブロワ制御装置を提供
するにある。【構成】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１０１と、熱交換器の運転状態を検知する運転
状態検知手段と、前記汚れ状態検知手段０１によつて検
知された伝熱面汚れ状態に応じて熱交換器のスートブロ
ワ起動優先度を決める汚れ状態優先度演算手段１０３
と、前記運転状態検知手段によつて検知された運転状態
に応じて熱交換器のスートブロワ起動優先度を決める運
転状態優先度演算手段１０５と、前記汚れ状態優先度演
算手段１０３から出力された優先度と前記運転状態優先
度演算手段１０５から出力された優先度を比較し、両方
の優先度のうち低い方を選択する優先度決定手段１０６
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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、前記ボイラ装置や分解改質炉などの装置の機能を健
全に維持するためにスートブロワの起動個所を決定する
演算手段を備えたスートブロワの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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して堆積し、熱交換
性能が低下する。さらにそれに伴つて火炉出口ガス温度
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量が不足したり、再熱器での吸
熱量が不足するため、過度に再循環ガスを注入しなけれ
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、ボイラの運転状態が不健全になるなどの種々
のトラブルを生じる。

【０００４】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稼動して熱交換器の伝熱面に付着て
いる灰や煤などを除去する必要がある。

【０００５】従来、スートブロワ起動個所の決定および
起動のタイミングは、各熱交換器の伝熱面汚れ状態を推
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の起
動指令を出していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００７】（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。

【０００８】（２）本来、スートブロワは、ボイラ状
態が不健全になることを防ぐために起動するものであっ
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るなどボイラ
状態が不健全になり、かつ、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っていた。

【０００９】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を解消し、スートブロワを付設している例えばボイラ装
置や分解改質炉などの装置の運転状態が不健全になるこ
となく、しかも効率の良いスートブロワ制御装置を提供
するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、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、前記熱交換器の運転状態を検知する
運転状態検知手段と、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、熱交換器のスート
ブロワ起動優先度を決める汚れ状態優先度演算手段と、
前記運転状態検知手段によつて検知された運転状態に応
じて、熱交換器のスートブロワ起動優先度を決める運転
状態優先度演算手段と、前記汚れ状態優先度演算手段か
ら出力された優先度と前記運転状態優先度演算手段から
出力された優先度を比較し、両方の優先度のうち低い方
を選択する優先度決定手段とを備えていることを特徴と
する。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を図とともに説明する。
図７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。

【００１２】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によって生じた圧
力差により熱交換器群すなわち火炉水壁部１２、過熱器
３、再熱器４、節炭器５を順次通過し、それら熱交換器
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。

【００１３】燃料である石炭は給炭機２１から微分炭機
９に供給され、その後微分炭管１３，バーナ風箱８を通
ってバーナ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、微分炭機９を
経由し微分炭を同伴してバーナ１５に供給される。

【００１４】再循環ガスは、通風機１４により再循環ガ
ス煙道２６を通りホッパー２５らか火炉２に入る。再循
環ガス量は、流量調節弁２４によって制御される。

【００１５】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を通って系外の高圧タービン（図示
せず）に送られる。

【００１６】高圧タービンで使用されて低温・低圧とな
った水蒸気は、低温再熱蒸気管１９を通って再熱器４に
入り吸熱し、再び高温・高圧となり、高温再熱蒸気管２
０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に供給され
る。

【００１７】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、流量調節弁２４により再循環ガス
量を増加させる。

【００１８】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、流量調節弁２４を閉じて再循環ガス量を少なくす
る。

【００１９】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っていることを示
す。

【００２０】前述のスプレー２３により過熱器３に供給
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、即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。

【００２１】このような構成のボイラ装置１において、
供給された微分炭をバーナ１５で燃焼することにより、
前述のように火炉水壁器１２，過熱器３，再熱器４，節
炭器５の伝熱面上に灰や煤等が付着して堆積し、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媒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、図７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のみ表示している。

【００２２】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するため、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。

【００２３】バーナ１５に供給する燃焼用空気量を測定
するための空気量計３３，ホッパー２５に供給する燃焼
ガス量を測定するためのガス流量計３４，乾球温度計４
４ならびに湿球温度計４５を内蔵した空気状態測定箱２
８がそれぞれ配置されている。

【００２４】給水ポンプ６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４
０とスプレー用給水温度計４１が、低温再熱蒸気管１９
中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。

【００２５】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図７では節炭器５に関
係するものだけで表示した。すなわち、節炭器５の入口
側には温度計３６と圧力計３７が、また出口側にも温度
計３８と圧力計３９がそれぞれ配置されている。

【００２６】給炭器２１の出口側には給炭量計４２が設
けられ、さらに微分炭の燃料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。

【００２７】図２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整弁２４，ガス温度計３
０，酸素濃度計３１，空気流量計３３，ガス流量計３
４，給水流量計３５，温度計３６，圧力計３７，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４１，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っている。

【００２８】次にスートブロワ制御部本体１００の概略
構成について図１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
１０３とが一対になって、汚れ状態優先度演算器１０３
に信号入力されるようになっている。また、過熱器３、
再熱器４の蒸気温度信号が蒸気温度検出手段と、蒸気条
件優先度設定器１０４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っている。

【００２９】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稼働優先
度を演算する機能を有してる。一方、蒸気条件優先度演
算器１０５は、過熱器３、再熱器４の蒸気条件からボイ
ラの運転状態を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。

【００３０】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１０１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。

【００３１】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、それによって選択さ
れたスートブロワ２７が起動する仕組になっている。

【００３２】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。

【００３３】伝熱面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。

【００３４】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。

【００３５】吸熱量Ｑは、Ｆ×Ｈ（Ｔｓｉ，Ｐｓｉ）＋Ｑ＝Ｈ（Ｔｓｏ，Ｐｓｏ）×Ｆ（３）により求められる。

【００３６】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、サフィック
スｉ，ｏは入口側，出口側を示す。

【００３７】対数平均温度差Δｔは、向流の場合で、

【００３８】

【数４】

【００３９】ここで、Ｔｇ；ガス温度であり、サフィックスｉ，ｏは入口側，
出口側を示す。

【００４０】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、温度計３６，３８により測定する。

【００４１】ガス温度Ｔｇｉ，Ｔｇｏは、次の計算式に
より求まる。

【００４２】Ｔｇｉ＝Ｔｇｏ＋（Ｑ／Ｗｇ・Ｃｐｇ）（５）ここで、Ｃｐｇ；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Ｔ
ｇｏ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の入口ガス温
度、すなわち火炉出口２２のガス温度を推算することが
できる。

【００４３】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ならびに湿球温度計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。

【００４４】前記（１）式のＵｓは下式により求められ
る。

【００４５】Ｄｓ＝ｆ（Ｔｇ，Ｔｓ，Ｖｇ，Ｖｓ）（６）ここで、Ｖｇ；ガス流速Ｖｓ；水，蒸気流速前記ボイラ状態演算器１０２では、各熱交換器１２、
３、４、５の伝熱面の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っている。
汚れ状態優先度とは、他の熱交換器に対する当該熱交換
器のスートブロワ稼動優先度を意味する。

【００４６】各熱交換器における汚れ状態優先度と汚れ
状態指数との関係について図３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。

【００４７】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って異な
り、シミレーションや運転員の経験などによって設定さ
れる。

【００４８】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１
０２により汚れ状態優先度を算出する。

【００４９】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。

【００５０】つまり、主蒸気温度は過熱器３の吸熱量低
下によつて下がり、火炉水壁部１２の吸熱量低下によつ
て上がる。一方、再熱蒸気温度は再熱器４の吸熱量低下
によつて下がり、火炉水壁部１２、過熱器３の吸熱量低
下によつて上がる。

【００５１】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図４により説明する。この図にお
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。

【００５２】同図（ａ）に示すように、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１
２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。

【００５３】一方、同図（ｂ）に示すように、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。

【００５４】同図（ｃ）に示すように、再熱器蒸気温度
が基準値（５２０℃）より大である場合には、火炉水壁
部１２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。

【００５５】同図（ｄ）に示すように、再熱器蒸気温度
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。

【００５６】火炉水壁部の汚れ状態指数と汚れ状態優先
度との特性と関係している。

【００５７】なお、図４（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ュレーシヨ
ンによつて決定する。

【００５８】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、
蒸気条件優先度演算器１０５の関数により、蒸気条件優
先度Ｘｊを算出する。

【００５９】火炉水壁部１２については図４（ａ），
（ｃ）、過熱器３については図４（ｂ），（ｃ）の２種
類の優先度が発生するので、値の大きい方を当該熱交換
器の蒸気条件優先度とする。

【００６０】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い、小さい方の優先度を
選択する。この様子を図５に示す。

【００６１】図５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からのそれぞれ出力された汚れ状態に関
する優先度、○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。

【００６２】●印の２０３は過熱器汚れ状態優先度、○
印２０４の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。

【００６３】●印の２０５は再熱器汚れ状態優先度、○
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。

【００６４】●印の２０７は節炭器汚れ状態優先度、○
印の２０８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。

【００６５】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、図５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。

【００６６】スートブロワ稼動個所決定演算器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。

【００６７】すなわち、ボイラ効率が予め設定されてい
る値よりも低くなった時、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
様子を示すのが図６で、図５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２７が駆動して、伝熱面の清浄が行な
われる。

【００６８】このように複数の熱交換器のうちから最も
スートブロワを起動する必要のある１つの熱交換器を選
定して伝熱面の清浄を行なったのち、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起動個
所を選定する。

【００６９】また、図５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
にスートブロワを起動し、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起動個所を
選定することもできる。

【００７０】

【発明の効果】本発明は前述のような構成になってお
り、汚れ状態優先度が運転状態優先度より大である場
合、熱交換器の運転の不健全が小さいから、スートブロ
ワの起動優先度は小さい方の運転状態優先度の方を選択
すればよい。

【００７１】一方、運転状態優先度が汚れ状態優先度よ
り大である場合、伝熱面の汚れが少ないのであるから、
スートブロワを起動させても運転状態の不健全さの解消
度合いは小さく、運転が不健全になった理由は他にある
と判断し、結局、スートブロワの起動優先度は小さい方
の汚れ状態優先度を選択すればよい。

【００７２】従って装置の運転状態が不健全になること
なく、しかも効率の良いスートブロワ制御装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るスートブロワ制御装置の
ブロック図である。

【図２】スートブロワ制御本体のブロック図である。

【図３】各熱交換器におけるスートブロア起動優先度と
汚れ状態指数との関係を示す特性図である。

【図４】主蒸気温度、再熱蒸気温度とスートブロア起動
優先度との関係を示す特性図である。

【図５】合成状態優先度演算器による演算結果の１例を
示す説明図である。

【図６】スートブロワ起動個所決定演算器による演算器
による演算結果の１例を示す説明図である。

【図７】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。

【符号の説明】

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ガス温度計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温度計３７圧力計３８温度計３９圧力計４０スプレー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１０６合成状態優先度演算器１０７スートブロワ起動個所決定演算器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

【特許請求の範囲】

【請求項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、前記熱交換器の運転状態を検知する運転状態検知手段
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、熱交換器の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、前記運転状態検知手段によつて検知された運転状態に応
じて、熱交換器のスートブロワ起動優先度を決める運転
状態優先度演算手段と、前記汚れ状態優先度演算手段から出力された優先度と前
記運転状態優先度演算手段から出力された優先度を比較
し、両方の優先度のうち低い方を選択する優先度決定手
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。
【請求項２】請求項１記載において、前記熱交換器が
複数設けられ、前記汚れ状態検知手段、運転状態検知手段、汚れ状態優
先度演算手段、運転状態優先度演算手段ならびに優先度
決定手段によつて各熱交換器ごとのスートブロワ起動優
先度を決定し、そのスートブロワ起動優先度のうち高い方から順次スー
トブロワを起動するように構成されていることを特徴と
するスートブロワ制御装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載において、
前記熱交換器がボイラ装置の熱交換器であることを特徴
とするスートブロワ制御装置。