JPH0772613B2

JPH0772613B2 - 炉内脱硝制御方法

Info

Publication number: JPH0772613B2
Application number: JP61077759A
Authority: JP
Inventors: 彰菅野; 嘉朗飯村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPS62233617A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はボイラの燃焼制御方式に係り、特に燃焼時に発
生する窒素酸化物を低減するに好適な炉内脱硝制御方法
に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの腫の炉内脱硝制御方式は、特開昭58-19608号
公報に記載されているように、ボイラの窒素酸化物（以
下、NOxと略称する）の発生濃度を極力低減することを
目的としているものである。上記従来の制御方式は、ボ
イラの負荷変化時におけるNOxの過渡的な上昇を効果的
に抑制することが可能であるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の制御方式においては、ボイラ
燃焼試験により、一次ガスダンパ、混合ガスダンパの開
度を各負荷帯によつて決めているために、通常負荷運用
においてはNOx値を可変に制御することが出来なかつ
た。

このため夏期々中において、時に光化学注意報発令に伴
い緊急NOx値低減指令が出た場合などは、過剰空気量（O
₂設定）を手動操作することで対応しなければならない
という問題があつた。また、従来のボイラ煙道に設置さ
れたNOx低減装置においては、きめ細かなNOx値制御が不
可能であるという問題もあつた。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、ボイラ煙道にNO
x低減装置を設けることなく、NOxの低減化を図り、か
つ、きめ細かなNOx値の制御を可能とする炉内脱硝制御
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、燃焼用空気と排ガ
スとを燃焼室に取り込み、これらの配合を可変にしてバ
ーナ部の燃焼状態を変えることにより、窒素酸化物を低
減させる方法であって、各段バーナに供給する前記燃焼
用空気及び排ガスより取り出した混合ガス、及び一次ガ
スの各流量を可変制御する炉内脱硝制御方法において、
前記各段バーナごとに、バーナ制御と、空気及びガス流
量制御とを、一体としたコントローラに格納するととも
に、前記コントローラに、負荷に対する空気比、アフタ
ーエアポートへの空気比を設定し、これに対して窒素酸
化物の目標指標をいくつか設定してその間に補間するこ
とにより、前記負荷及び窒素酸化物目標指標に対する燃
焼空気、混合ガス、一次ガスの各流量値を設定し、この
設定した各流量値になるように前記各流量を制御するこ
とを特徴とする方法である。

〔作用〕

上記構成によれば、各段バーナごとに、空気及びガス流
量制御と、バーナ制御を一体としたコントローラに格納
したことにより、空気、ガス（混合ガス、一次ガス）間
の信号取り合いが簡素化され、バーナ点消化時のNOx発
生に対し、バーナ点消化と空気、ガス流量制御のタイミ
ングを細かく制御することができる。

そして、各段バーナに供給される燃焼用空気、混合ガ
ス、及び一次ガスの各流量が、例えばバーナ入口空気ダ
ンパ、アフタエアポートダンパにより可変制御されると
ともに、一方、それら流量をNOx目標指標（目標に相当
するが、NOx値そのものではなく、NOx値を０〜100％の
レベルに規定化したもののため、目標指標と呼ぶ。）と
ボイラ入力指令から求められる空気−ガス比補正信号に
よって、NOx目標指標になるように制御する。

すなわち、第６図及び第７図に示したように、負荷及び
NOxマスタに対する空気比、AA比（アフターエア比，ア
フターエアポートへの空気比率）を次のように計算す
る。負荷に対する空気比、AA比は、第７図の曲線で与え
られ、NOxの目標指標であるNOxマスタが０％、50％、10
0％に対するカーブを、第６図のFx60、61、62で設定す
る。NOxマスタ50％を基準に、０〜50％については加算
器67で減算し、50〜100％については加算して空気比、A
A比を求める。つまり、第７図の曲線上のある一定負荷
において、NOxマスタ０％と50％時の差を減算器65で求
め、NOxマスタが０〜50％の間にある場合、０〜50％の
差（減算器65の出力）を乗算器63を用い、補間法にて求
め、加算器67で50％の値から減算する。50〜100％の時
は、減算器66、乗算器64を用い、加算器67で加算する。

このようにして設定した流量値になるように、各ダンパ
を動作させて燃焼用空気、混合ガス、及び一次ガスの各
流量を制御し、これによりNOx値を変更する際において
も燃焼系統制御を自動のまま運用でき、さらに、燃焼状
態を安定した運用が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明が適用される火力発電プラントの概略構
成を示す構成図である。

第２図において、１はボイラ、２はタービン、３は発電
機、４は給水ポンプ、５はスプレ弁、６は燃料弁、７は
押込通風フアン、８はガス再循環フアンである。これら
を系統に分類すると、燃焼プロセス９、水蒸気プロセス
10、燃料プロセス11、通風プロセス12の４つの系統に分
けられる。

第３図は火力発電プラント全体構成を示す構成図であ
る。図中符号41は燃焼排ガスにより燃焼用空気を予熱す
る空気予熱器、42はバーナ部であり各段毎に空燃比を調
整して炉内脱硝を行う装置である。

302,312,322,342および352は風箱入口空気ダンパであ
り、バーナ段の燃焼用空気量を調節するものである。30
1,311,321,331,341および351はガス混合ダンパであり燃
焼用空気に注入する燃焼排ガス量を調整するものであ
る。303,313,323および333は一次ガスダンパでありバー
ナ部に直接注入する燃焼排ガス量を調整するものであ
る。43は復水器、44は低圧給水加熱器、45は脱気器、46
は高圧給水加熱器、47は蒸発器、48は一次過熱器、410
は三次過熱器、411は再熱器である。

第４図は本発明が適用される炉内脱硝ボイラの燃焼系統
を示す系統図である。

燃焼系統は、バーナ段が４段構成となつており、M1バー
ナ30と、M2バーナ31と、M3バーナ32と、Ｐバーナ33と、
２段のアフターエアポート34,35とから構成されてい
る。尚、Ｍバーナ（メインバーナ）は主バーナ、Ｐバー
ナ（プラネットバーナ）は低NOx化のための追加バーナ
のことである。

各段のバーナ30,31,32,34および35には空気ダンパ302,3
12,322および332と、混合ガスダンパ301,311,321および
331と、一次ガスダンパ303,313,323および333が設置さ
れている。

空気ダンパ302,312,322,332,342および352は、M1〜３バ
ーナ30,31,32およびＰバーナ33,アフターエアポート34,
35の空気流量を調節する。M1〜３バーナ30,31,32および
Ｐバーナ33の空気流量の調整は、各段バーナの燃料量に
見合つて各段バーナ入口の空気ダンパを調整することに
より空気／燃料を規定値に調整する。

アフターエアポート34,35への空気流量は、合計空気量
からM1〜３バーナ30,31,32,およびＰバーナ33に供給さ
れる空気量を差し引いたものを流すようにし、総合計で
の空燃比を調整する。

また、Ｍバーナ30〜32、Ｐバーナ33への供給空気流量に
対しては、NOx目標値からの空気比で補正して空気ダン
パ302〜322,332の指令を求める。

NOx値を低減するには、燃焼状態を悪くすることにより
可能となる。従って、NOx値を下げるには空気ダンパ302
〜322,332を閉方向に動作させ、バーナ（30〜33）段に
供給する酸素濃度を低くする方向に動作させる。

排ガス混合ダンパ301,311,321,331は、バーナ段に供給
される燃料流量に見合つた排ガス量を注入し、各段空気
流量の酸素濃度を規定の値になるように制御する。この
排ガス混合ダンパ301,311,321,331への指令は、燃料空
気量に見合つた、排ガス混合比率に対しNOx目標値の補
正をして求める。

NOxを低減させるためには、上記の様に燃焼状態を悪く
することであり、排ガス混合量を増やし風箱空気の酸素
濃度を低くする方向に動作させるため排ガス混合ダンパ
301,311,321,331,341,351は開方向に動作する。

一次ガスダンパ303,313,323,333は、上記排ガス混合ダ
ンパと同様に、バーナ（30,31,32,33）段に供給される
燃料流量に見合つた排ガス量をバーナに供給しバーナ炎
を長くする働きをさせる。NOx値を低減するには、燃焼
温度を低くすることが効果的であり、上述したように一
次ガス流量を増やすことにより、燃焼に必要な酸素の濃
度を低くし、燃焼を遅くすることにより燃焼温度も低く
するものである。一次ガスダンパ303,313,323,333にお
いても燃料流量に見合つた一次ガス注入量に対しNOx目
標値の補正を加え、一次ガスダンパ指令値を求める。

第５図はプラント自動制御装置の構成を示すブロツク図
である。図中符号52はマスターコントローラ、53は水蒸
気プロセス系統コントローラ、54は燃料プロセス系統コ
ントローラ、55は燃焼プロセス系統コントローラ、56は
通風プロセスコントローラである。

520は主タービンの調速制御コントローラ、530は給水ポ
ンプ制御コントローラ、531はスプレ制御コントロー
ラ、540はＭバーナ燃料流量制御コントローラ、541はＰ
バーナ燃料流量制御コントローラ、550は各バーナ段毎
の空気・ガス流量制御とバーナ制御を行うコントロー
ラ、551は空気・ガス流量制御を行うコントローラ、560
は押込通風フアン制御コントローラ、561はガス再循環
制御コントローラである。これらの要素520〜561は機器
コントローラであり、プラントの系統機器単位に制御系
統が構成されている。

マスタコントローラ52は中央給電所からのプラント負荷
指令50よりボイラ入力指令51を求める各系統コントロー
ラ53〜56に与える。

水蒸気プロセスコントローラ53は、ボイラ入力指令に見
合つた給水流量指令532を求め、給水ポンプ制御コント
ローラ530に与える。又、ボイラ入力指令より蒸気温度
の設定を求めるスプレ流量指令533をスプレ制御コント
ローラ531に与える。

燃料プロセス系統コントローラ54は、ボイラ入力指令か
ら燃料流量指令を求め、Ｍバーナ30〜31とＰバーナ32へ
の燃料指令配令を行い、それぞれのバーナに対しての合
計燃料流量指令を与える。

燃焼プロセス系統コントローラ55は、ボイラ入力指令よ
り各段のバーナ本数制御指令552を求めるとともに、Ｍ
およびＰバーナ30〜32および33の燃料流量に見合つた各
段の空気流量指令553を求める。この各段に対してのバ
ーナ本数制御指令552、および空気流量指令553を基に各
段のバーナ制御と空気・ガス流量制御を行うコントロー
ラ550にて燃焼状態をプラント運用に敵した状態に保つ
べく制御する。さらに、合計空気流量を制御するために
補償空気−ガス流量指令554を求め、空気・ガス流量制
御コントローラ551に与える。

通風プロセスコントローラ56は、ボイラ入力指令からガ
ス再循環フアン８の入力ダンパ指令及び押込通風フアン
７への指令を求め制御を行うものである。

この様に構成された、プラントの制御系において、炉内
脱硝ボイラでは、各段での空燃比を最適にコントロール
することにより、超低NOx運転を実現しようとするもの
である。NOx制御系は、各段のバーナ制御と、空気・ガ
ス流量制御とを行うコントローラ550,550a,550b,550cお
よび空気・ガス流量制御コントローラ551,551aに含まれ
る。

第１図は、バーナ制御と空気・ガス流量制御を行うコン
トローラと、空気・ガス流量制御コントローラの制御内
容とを示す図である。

バーナを有する一段当りの空気・ガス流量制御は、第４
図に示すＭバーナ30〜33、Ｐバーナ33の如くバーナ入口
空気ダンパ302,312,322,332と、混合ガスダンパ301,31
1,321,331および一次ガスダンパ303,313,323,333によつ
て制御される。

バーナ入口空気ダンパ開度はバーナ段燃料流量101から
関数発生器104により当該ガーナ段に供給されている燃
料流量に見合つた理論空気流量を求め、その理論空気量
に対してECO出口（Economizer:節炭器のことで、節炭器
は給水を排ガスで加熱するものであり、ECO出力とはボ
イラ出口を指す）ガスの酸素濃度を規定値に保つための
補正を乗算器105にて行い、その後、ボイラ入力指令103
とNOx目標指標102とより、現在の燃焼状態に最適な空気
比補正信号106を空気比演算器100より求め、この補正を
乗算器107にて行い、バーナ入口空気流量指令値を求め
る。この指令値と、当該バーナ段の空気流量108との偏
差を減算器109にて算出し、その偏差に対して比例積分
演算器110にて比例積分演算することにより決定され
る。

バーナ入口空気ダンパ302,312,322,332は、NOxを低減す
る場合には、閉方向に動作するため、NOx目標指標を下
げると前記空気比補正信号は減じ、バーナ入口空気流量
指令値を下げ方向に動作させる。

混合ガスダンパ301,311,321,331は、バーナ風箱内の酸
素濃度を規定値に保つべく、排ガスをバーナ入口空気と
混合するもので、排ガス酸素濃度が各々の負荷にて決ま
つた値であるべく空気流量をバーナ入口空気ダンパ302
およびアフタエアダンパ342,352で制御されているた
め、バーナ入口空気ダンパと同様、当該バーナ段に供給
される理論空気量より関数発生器120で混合ガス流量目
標値を求め、さらにNOx目標指標と、ボイラ入力指令よ
りGM比（ガスミキシング比：混合ガスの比率）補正信号
121の補正を乗算器122にて行い、混合ガス流量指令値
と、当該混合ガス流量との偏差より、比例積分演算によ
り混合ガスダンパ開度を決定する。

混合ガスダンパ、NOxを低減する場合、開方向に動作し
風箱の酸素濃度を下げる方向に動作する。従つて、NOx
目標指標を下げると混合ガス流量指令値を上げる方向に
動作する。

一次ガスダンパ303,313,323,333は、バーナ負荷である
当該段バーナに供給される燃料を基に一次ガス流量設定
値を関数発生器130にて求め、NOx目標指標とボイラ入力
指令とによりPG比（プライマリーガス比：一次ガスの比
率）補正信号131の補正を乗算器132にて行い、一次ガス
流量指令値を求める。

この指令値と、当該一次ガス流量との偏差より、比例積
分演算により、一次ガスダンパの開度を決定する。

一次ガスダンパ303,313,323,333は、燃料と、空気およ
び排ガスとの混合気体の間に層を作る一次ガスを与える
もので、NOx低減に際しては、この一次ガスの量を多く
し、燃焼反応を遅くし燃焼温度を下げる方向に働くもの
で、NOx目標指標を下げると、一次ガス流量を増やす方
向に動作するため、一次ガスダンパは開方向に動作す
る。

アフタエアポートダンパ342,352は、合計空気流量指令
から、M,Pの各バーナ段のバーナ入口空気流量指令の総
和を差し引いた残りで、アフターエアポート空気流量目
標値を低減し、それに見合つた開度に設定する。

すなわち、合計空気流量目標値140に対してECO出口ガス
の酸素濃度を規定値に補つための補正を乗算器141にて
行い、合計空気流量指令値143を求めその値よりＭバー
ナ30〜32およびＰバーナ33のバーナ入口空気流量指令値
の総和を減算器142にて差し引き、アフタエアポート空
気流量目標値を算出する。

このアフタエアポート空気流量目標値に対して下段のア
フターエアポート342に対しては、NOx目標指標とボイラ
入力指令からAA比補正信号143の補正を乗算器144にて行
い、アフタエアポート空気流量指令値を求める。この指
令値と当該アフターエアポート空気流量の偏差を基に比
例積分演算することにより、アフタエアポートダンパ34
2の開度を決定する。

一方、上段のアフタエアポート空気流量指令値は、アフ
タエアポート空気目標値より、AA比補正の加わつた上段
アフタエアポート空気指令値を減算器145により減算
し、下段アフタエアポート空気指令値を求める。この指
令値と当該下段アフタエアポート空気流量の偏差を比例
積分演算することによりアフタエアポートダンパ352の
開度を決定する。

ここで、NOx目標指標102と、ボイラ入力指令103より各
空気・ガス比補正を求める機能について第６図及び第７
図をもとに説明する。

関数発生器60,61,62は、ボイラ入力指令に対するNOxマ
スタ（NOx目標指標102）０％,50％,100％に対する空気
比補正量を示す。空気比およびAA比補正においては、NO
xマスタ100％が大きく、０％は小さい値に設定する。減
算器65,66は、それぞれNOxマスタ０〜50％時の空気比、
AA比補正量の偏差、NOxマスタ50〜100％時の空気比、AA
比補正量の偏差を表わす。

NOxマスタの値により、これらの偏差は第８図および第
９図の如く乗算器63,64にてゲインを与え前記偏差に対
し補間法にて、NOxマスタ50％時の関数発生器61からの
偏差を与える。

上記補間法により求めたNOxマスタ50％時からの偏差を
加算器67にて、関数発生器61の出力と加算し、空気比、
AA比補正信号を求める。

一方、GM比、PG比補正信号においては、NOxマスタ信号
に対するおのおののGM比、PG比補正信号の特性が逆であ
るため、関数発生器60,62の設定が逆となる（第10
図）。これは、空気量と排ガス量のNOx値との関係から
もわかる。

尚、NOxマスタの設定は、０〜100％間を連続的に設定出
来、０％がNOx値が低い方向100％がNOx値が高いことを
示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、NOx目標値に対して
精密に制御でき、燃焼状態を安定にした運用を図りなが
らNOxの低減ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は火
力発電プラントの概略構成を示す構成図、第３図は同プ
ラントの全体構成を示す構成図、第４図はボイラの空気
・ガス煙風道を示す系統図、第５図はプラント自動制御
装置を示す構成図、第６図は空気・ガス補正回路を示す
回路図、第７図は負荷−空気比特性を示す図、第８図及
び第９図は空気比におけるNOxマスタ値特性を示す図、
第10図は負荷−空気比特性を示す図である。１……ボイラ、２……タービン、３……発電機、30〜31
……Ｍバーナ、32……Ｐバーナ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼用空気と排ガスとを燃焼室に取り込
み、これらの配合を可変にしてバーナ部の燃焼状態を変
えることにより、窒素酸化物を低減させる方法であっ
て、各段バーナに供給する前記燃焼用空気及び排ガスよ
り取り出した混合ガス、及び一次ガスの各流量を可変制
御する炉内脱硝制御方法において、前記各段バーナごとに、バーナ制御と、空気及びガス流
量制御とを、一体としたコントローラに格納するととも
に、前記コントローラに、負荷に対する空気比、アフタ
ーエアポートへの空気比を設定し、これに対して窒素酸
化物の目標指標をいくつか設定してその間を補間するこ
とにより、前記負荷及び窒素酸化物目標指標に対する燃
焼空気、混合ガス、一次ガスの各流量値を設定し、この
設定した各流量値になるように前記各流量を制御するこ
とを特徴とする炉内脱硝制御方法。