JPH07286704A - 流動層燃焼装置の流動層温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷上昇時でも火炉内流動層温度を制御値内
に維持しながら流動層高を上昇させることのできる流動
層温度制御を行うこと。 【構成】 負荷上昇時の燃料制御は、負荷要求値に対応
した量の燃料量をベースとして静特性上のバランスを確
保し、投入されるＢＭと火炉の流動層の温度差に応じた
補正比率を燃料量先行値（負荷要求値を微分した負荷変
化予測値）に掛け合わせて必要燃料量の先行補正値とし
て加算し、ＢＭ投入による火炉内の流動層温度低下を抑
制し、火炉内の流動層の実層温度とその設定値の偏差を
修正する通常運転時の比例積分回路とは別に、負荷上昇
時のみに使用する比例制御回路を設けて燃料の過剰投入
を防止して負荷変化終了後の層温度の過上昇を抑制す
る。負荷降下時は、前記燃料量先行値により得られる負
荷降下時の燃料補正値から必要燃料量の先行補正値を作
成し、これに前記ベース燃料量値を加算して最終のベー
ス燃料要求値を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動層燃焼装置に関
し、特に負荷変動に対するための流動層高制御装置を備
えた流動層燃焼装置の流動層温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動層燃焼装置の代表例にガスタービ
ン、スチームタービンを駆動して複合発電を行う固体燃
料（石炭など）を用いる加圧型流動層ボイラがあるが、
その加圧型流動層ボイラの構成図を図２に示す。加圧型
流動層ボイラにおいては、流動層温度は常に一定に保た
れ、ボイラの負荷変化は流動層高の増減で行われる。ボ
イラ負荷を増加する時は、流動媒体（以下ＢＭと呼ぶ）
をＢＭタンク３２からＢＭ供給ライン１７を経て火炉３
０に投入して火炉３０の流動層高を上げ、伝熱管３３の
伝熱面と流動層３１の接触面を増加させる。また、ボイ
ラ負荷を減少させる時はその逆で、火炉３０からＢＭを
ＢＭタンク３２へＢＭ抜き出しライン１８を経て抜き出
して火炉３０の流動層高を下げている。この時、火炉３
０の流動層高は層高発信器２で検出する。さらに、ＢＭ
温度発信器１、火炉３０内に供給されるＬバルブ空気の
Ｌバルブ空気温度発信器２４、Ｌバルブ空気圧力発信器
２５、Ｌバルブ空気流量発信器２６等がＢＭ供給ライン
１７に設けられ、火炉３０内には火炉圧力発信器２７、
層温度発信器２８が設けられ、さらに火炉３０に燃料で
あるＣＷＰ（石炭・水スラリ）を供給するためのＣＷＰ
ポンプ２９などが設けられている。

【０００３】以上の構成からなる加圧型流動層ボイラの
従来の流動層温度制御方式を図３に示す。図３におい
て、燃料は負荷要求信号により関数発生器４１でプログ
ラムされたベース燃料信号４２に、層温度発信器２８か
らの実温度信号と信号設定器３６からの設定信号を減算
器３５で比較し、その偏差を比例積分器３７で比例積分
した修正信号を加算器３８で加えて燃料要求信号が作ら
れ、自動／手動切替器３９を経てＣＷＰポンプ２９が操
作され、所定量の燃料が火炉３０内に投入されることで
層温度が一定に保たれる。

【０００４】従来技術における負荷変化時のＢＭ投入制
御回路を図４に示す。加圧型流動層ボイラにおいて、ボ
イラ負荷を増加するときは流動層高をあげて伝熱面と流
動層の接触面積を増加させ、ボイラ負荷を減少する時は
流動層高を下げる。図４において、層高発信器２の実層
高信号は負荷指令に応じて関数発生器４でプログラム設
定される層高設定値と減算器６で比較され、偏差が検出
される。層高偏差信号は弁閉用関数発生器７または弁開
用関数発生器８に送信できるが、ボイラ負荷を増加させ
る場合は、前記偏差がある規定値を超えると、信号切替
器９で信号ｂ→ｃが選択され、一定のパルス状の出力信
号が出力される。この出力はその時の負荷変化率に応じ
て関数発生器５でプログラム設定された係数１６と、乗
算器１０で掛け合わされる。さらに、Ｌバルブ１９（図
２）内の空気の温度による体積の違い、すなわち空気流
速の違いを補正するため関数発生器３で設定された補正
係数１５も、乗算器１０で掛け合わされ、ＢＭをＢＭタ
ンク３２から火炉３０の流動層３１内に供給するための
エアレーション空気量を調整するＬバルブ空気流量調節
弁１２の操作信号が作られ、自動／手動切替器１１を経
てＬバルブ空気流量調節弁１２の操作が行われる。この
ようにすることで、大きな負荷変化率の時は多量のエア
レーション空気量が出力され、小さな負荷変化率の時は
少量のエアレーション空気量が出力され、負荷変化の勾
配に合った最適量のＢＭを火炉３０に投入することがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術において負荷上昇時にＢＭが火炉３０に投入される
時、火炉３０内の温度８７０℃に対し、ＢＭ温度が３０
０℃以下と低い状態で投入されるため、負荷変化が速く
また負荷変化幅も大きい時は、投入燃料の燃焼による層
内温度の上昇よりも、低温度のＢＭ投入による層内温度
の低下の方が大きくなってしまい、火炉３０内の流動層
３１の温度が設定値よりも大きく低下してしまうという
ことがあった。火炉３０内の流動層３１の温度が低下す
ると燃焼効率が低下すると共に、該流動層３１の温度が
７００℃以下になるとＢＭとして使っている石灰石の脱
硫効率が著しく低下し、ＳＯｘの発生が多くなるという
問題がある。図５に上記従来技術での層高上昇時の火炉
内流動層温度の低下およびＳＯｘの発生の時間的変化を
示す。また、火炉３０内の流動層３１の層温度の低下が
大きくて層温度の復帰が遅い時は、層温度を補正するた
めの積分制御が働き過ぎて燃料の過剰投入となり、負荷
変化終了後の層温度の過上昇が起きるという問題があっ
た。

【０００６】また、前記従来技術での負荷の急激な降下
時には次のような問題点があった。それは、石炭燃料の
燃焼には時間がかかるため、燃料投入量の変化に対する
流動層温度変化に時間遅れが生じることが原因で、通常
時の制御と同じように水燃比（給水量と燃料量の比率）
を維持するように燃料量を減少させると、一時的に給水
量よりも燃料量の方が多くなり、流動層温度が上昇する
という問題である。本発明の目的は、負荷急変時でも流
動層温度制御を適正に行うことである。また、本発明の
目的は、負荷上昇時でも火炉内流動層温度を制御値内に
維持しながら流動層高を上昇させることのできる流動層
温度制御を行うことである。また、本発明の目的は、負
荷降下時でも火炉内流動層温度を制御値内に維持しなが
ら流動層高を低下させることのできる流動層温度制御を
行うことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、負荷要求値のプロ
グラムで決まる燃料量をベース燃料値とし、火炉内の実
流動層温度とその設定値の偏差を比例積分して得られる
値と前記ベース燃料値に基づき必要量の燃料を火炉に供
給することで火炉内の流動層温度を一定値に制御し、さ
らに、負荷上昇時は流動媒体タンクから火炉に気流搬送
で流動媒体を供給して火炉内の流動層高を上昇させるこ
とで負荷制御を行う流動層燃焼装置の流動層温度制御方
法において、負荷上昇時は、火炉内の実流動層温度と流
動媒体タンク内の流動媒体温度との偏差に応じて得られ
る先行燃料補正比率と、負荷要求値を微分した負荷変化
予測値により得られる負荷上昇時の燃料補正値とから必
要燃料量の先行補正値を作成し、この必要燃料量の先行
補正値に前記ベース燃料量値を加算して最終のベース燃
料要求値を求め、これを火炉内の流動層の実層温度とそ
の設定値の偏差を比例制御して得られる値で修正する流
動層燃焼装置の流動層温度制御方法である。

【０００８】また、本発明の上記目的は次の構成によっ
て達成される。すなわち、本発明は負荷要求値のプログ
ラムで決まる燃料量をベース燃料値とし、火炉内の実流
動層温度とその設定値の偏差を比例積分して得られる値
と前記ベース燃料値に基づき必要量の燃料を火炉に供給
することで火炉内の流動層温度を一定値に制御し、負荷
降下時は火炉から流動媒体を抜いて流動媒体タンクに戻
すことで負荷制御を行う流動層燃焼装置の流動層温度制
御方法において、負荷降下時は、負荷要求値を微分した
負荷変化予測値により得られる負荷降下時の燃料補正値
から必要燃料量の先行補正値を作成し、この必要燃料量
の先行補正値に前記ベース燃料量値を加算して最終のベ
ース燃料要求値を求める流動層燃焼装置の流動層温度制
御方法である。本発明は加圧型または常圧型の流動層燃
焼装置に適用できる。

【０００９】

【作用】従来方式の火炉の流動層の層高制御方式では、
ＢＭ温度が低い時に負荷上昇を行うと、投入された低温
ＢＭにより火炉内流動層が冷されて流動層温度が低下
し、これを補正するために燃料を投入し過ぎると、負荷
変化後の層温度の過上昇が起きるという問題があった。
しかし、本発明によれば、負荷上昇時の燃料制御は、負
荷要求値に対応した量の燃料量をベースとして静特性上
のバランスを確保し、投入されるＢＭと火炉の流動層の
温度差に応じた補正比率を燃料量先行値（負荷要求値を
微分した負荷変化予測値）に掛け合わせて必要燃料量の
先行補正値として加算することで、ＢＭ投入による火炉
内の流動層温度低下を抑制し、火炉内の流動層の実層温
度とその設定値の偏差を修正する通常運転時の比例積分
回路とは別に、負荷上昇時のみに使用する比例制御回路
を設けて燃料の過剰投入を防止して負荷変化終了後の層
温度の過上昇を抑制する。また、負荷降下時は、負荷要
求信号に対応した量の燃料量に、火炉内の流動層の実層
温度とその設定値の偏差を比例積分した値を加算する通
常運転時の制御回路を用いるようにして、負荷変化時の
層温度の変動を小さくすることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を上げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す構
成図である。なお、加圧型流動層ボイラの構成図は図２
に示したものと同一である。図２で説明した通り、加圧
型流動層ボイラにおいては、流動層温度は常に一定に保
たれ、ボイラの負荷変化は火炉３０内の流動層３１の層
高の増減で行われる。ボイラ負荷を増加するときは、Ｂ
Ｍを火炉３０内に投入して流動層高を上昇させて伝熱管
３３の伝熱面と流動層３１の接触面積を増加させる。通
常運転時の燃料量制御は、図１に示すように、負荷要求
信号により関数発生器４１でプログラムされたベース燃
料量信号４２に火炉３０内の流動層温度発信器２８から
の実層温度信号と信号設定器３６からの設定値信号を減
算器３５で比較し、その偏差を比例積分器３７で比例積
分した修正信号を加算器３８で加えることで燃料要求信
号が作られ、自動／手動切替器３９を経てＣＷＰポンプ
２９が操作されて所定量の燃料が火炉３０内に投入され
る。

【００１１】負荷上昇時は、流動層温度発信器２８の信
号とＢＭ温度発信器１の信号とを減算器４４で比較し、
偏差に応じた先行燃料補正比率を関数発生器４５で決定
すると共に、負荷要求信号を微分器４６で微分した負荷
変化予測信号により変化率制限器４７を介して関数発生
器４８でプログラムされた燃料補正信号を作り、この信
号と関数発生器４５で得られる上述の先行燃料補正比率
とを掛算器４９で掛け合わせて、負荷上昇時の燃料量の
先行補正信号を作り、これを上述のベース燃料量信号４
２に加算器５１で加算して最終のベース燃料要求信号が
作られ、これに加算器３８で火炉３０内の流動層温度偏
差の修正信号分が加算される。また、火炉３０内の流動
層温度偏差の修正信号は通常運転時の比例積分器３７を
迂回して設けた比例演算器５２を経由することにし、積
分回路を使わないようにしている。この比例演算器５２
で負荷上昇時の層温度偏差信号に応じた修正燃料量が決
定され、信号切替器５３を経て加算器３８でベース燃料
信号に加算され、自動／手動切替器３９を経てＣＷＰポ
ンプ２９が操作されて火炉３０内に投入される。

【００１２】一方、負荷降下時は、火炉３０からＢＭを
抜き出して流動層高を下げるため、ＢＭ温度発信器１の
信号と層温度発信器２８の信号との偏差は負荷降下時の
層温度の変化と関係ないため、流動層３１の層温度発信
器２８の信号とＢＭ温度発信器１の信号との偏差による
補正は行わず、負荷要求信号を微分した負荷変化予測信
号により、負荷降下時用の先行燃料プログラムが組まれ
ている関数発生器４３の補正信号のみが加算器５１で上
述のベース燃料量信号に加算され、最終のベース燃料量
信号が作られる。負荷上昇時と負荷降下時の先行補正信
号は信号切替器５０で切り替えられ、負荷変化中の先行
信号の入り切りは信号切替器５４で行われる。なお、定
常運転中は信号切替器５４はａ→ｃとなり、信号設定器
５５からの０％を設定値とする信号が出力され燃料補正
はされない。こうして、負荷上昇時の燃料量制御は、負
荷要求信号に対応した量の燃料量をベースとして静特性
上のバランスを確保し、投入されるＢＭと火炉の温度差
に応じた燃料補正比率を燃料先行信号に掛け合わせて燃
料先行補正信号としてベース燃料量信号に加算して最終
のベース燃料量信号を作り、また、実層温度と設定値の
偏差を修正する通常運転時の比例積分回路とは別に、負
荷上昇時のみに使用する比例制御回路を設けて燃料の過
投入を防止して負荷変化終了後の層温度の過上昇を抑制
することで、負荷変化時の層温度変動を小さくすること
とができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、実層温度と設定値の偏
差を修正する通常運転時の比例積分回路とは別に、負荷
上昇時のみに使用する比例制御回路を設けて燃料の過投
入を防止して負荷変化終了後の層温度の過上昇を抑制す
ることで、負荷変化時の層温度変動を小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例で例示した加圧型流動層ボイ
ラの燃料制御回路構成図である。

【図２】 本発明の実施例で制御する加圧型流動層ボイ
ラの構成図である。

【図３】 従来技術の燃料制御回路構成図である。

【図４】 従来技術の層高制御回路構成図である。

【図５】 従来技術の燃料制御回路を用いた場合の層高
上昇時の火炉内流動層温度の低下およびＳＯｘの発生を
示す図である。

【符号の説明】

１…ＢＭ温度発信器、２…層高発信器、１７…ＢＭ供給
ライン、１８…ＢＭ抜き出しライン、２４…Ｌバルブ空
気温度発信器、２５…Ｌバルブ空気圧力発信器、２６…
Ｌバルブ空気流量発信器、２７…火炉圧力発信器、２８
…層温度発信器、２９…ＣＷＰポンプ、３０…火炉、３
１…流動層、３２…ＢＭタンク、３３…伝熱管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷要求値のプログラムで決まる燃料量
   をベース燃料値とし、火炉内の実流動層温度とその設定
   値の偏差を比例積分して得られる値と前記ベース燃料値
   に基づき必要量の燃料を火炉に供給することで火炉内の
   流動層温度を一定値に制御し、さらに、負荷上昇時は流
   動媒体タンクから火炉に気流搬送で流動媒体を供給して
   火炉内の流動層高を上昇させることで負荷制御を行う流
   動層燃焼装置の流動層温度制御方法において、 負荷上昇時は、火炉内の実流動層温度と流動媒体タンク
   内の流動媒体温度との偏差に応じて得られる先行燃料補
   正比率と、負荷要求値を微分した負荷変化予測値により
   得られる負荷上昇時の燃料補正値とから必要燃料量の先
   行補正値を作成し、この必要燃料量の先行補正値に前記
   ベース燃料量値を加算して最終のベース燃料要求値を求
   め、これを火炉内の流動層の実層温度とその設定値の偏
   差を比例制御して得られる値で修正することを特徴とす
   る流動層燃焼装置の流動層温度制御方法。
2. 【請求項２】 負荷要求値のプログラムで決まる燃料量
   をベース燃料値とし、火炉内の実流動層温度とその設定
   値の偏差を比例積分して得られる値と前記ベース燃料値
   に基づき必要量の燃料を火炉に供給することで火炉内の
   流動層温度を一定値に制御し、負荷降下時は火炉から流
   動媒体を抜いて流動媒体タンクに戻すことで負荷制御を
   行う流動層燃焼装置の流動層温度制御方法において、 負荷降下時は、負荷要求値を微分した負荷変化予測値に
   より得られる負荷降下時の燃料補正値から必要燃料量の
   先行補正値を作成し、この必要燃料量の先行補正値に前
   記ベース燃料量値を加算して最終のベース燃料要求値を
   求めることを特徴とする流動層燃焼装置の流動層温度制
   御方法。