JPH0834755B2 - Combustion control method - Google Patents

Combustion control method

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JPH0834755B2
JPH0834755B2 JP6599891A JP6599891A JPH0834755B2 JP H0834755 B2 JPH0834755 B2 JP H0834755B2 JP 6599891 A JP6599891 A JP 6599891A JP 6599891 A JP6599891 A JP 6599891A JP H0834755 B2 JPH0834755 B2 JP H0834755B2
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敏彦 東
篤 横川
善弘 嶋田
伸夫 栗原
光世 西川
美雄 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の利用分野】本発明は、火炉の燃焼制御方法およ
び装置に係り、特にNOx、灰中未燃分等のプラント運
用上の制約条件のもとにプラントの熱効率を最大に保持
するのに好適な燃焼制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、火炉の燃焼制御法として、燃焼火
炎の光を検知し、その光スペクトル強度が最大となるよ
うに燃料の供給量と空気の供給量の比を制御することに
より熱エネルギーを最大効率で得る方法(「燃焼の制御
方法および装置」特開昭56−1200224号)および燃焼火
炎の光量に応じて燃焼空気の最適な供給量を効率的に調
節する方法(「燃焼空気供給量制御装置」特開昭56−15
1814号)などがある。この何れも燃焼効率を最大化する
には有効な技術と考えられるが、低NOx化、燃焼の安
定化を図りつつボイラの熱吸収率を最大化するような燃
焼制御を実現するものではない。 【0003】一方、火炉のNOx量の制御に関する閉ル
ープ制御方法は従来採られていなかった。この理由は、
炉内で生成するNOx量を正確に計測する技術がない
為、炉内のNOx量を制御する為の燃料及び空気の操作
量が決定できなかったからである。従って、従来は負荷
に対応した燃料量及び空気量をプログラム制御により決
定し、火炉出口のNOx値実測値を見ながらNOxを閉
ループ制御しているに過ぎない。したがって炭種変動等
による燃料の性状変化や給炭変動があるプラントでは、
NOxの制御は不可能であった。 【0004】また燃焼安定性については、従来は、炉頂
覗き窓に取り付けたテレビカメラで炉内の火炎画像をと
らえその画像をモニタテレビで人間が監視し燃焼の安定
性を評価する方法が採られており、正確な評価をするに
は深い経験を必要とするほか個人差が評価に入り込む可
能性が大きいという欠点がある。 【0005】以上述べた様に、従来技術では、特に燃料
の性状変化や給炭変動などのあるプラントでは、NOx
や灰中未燃分等運用上重要なパラメータを制約条件下に
抑えながら安定でかつ熱効率を最も大きな値に維持する
ような燃焼制御は不可能であった。 【0006】 【発明の目的】本発明の目的は、火炉に投入される燃料
の供給量や性状の変化,要求負荷の変化に対して灰中未
燃分の運用上の制約条件のもとに安定かつ高効率な燃焼
を実現し、プラントの熱効率を最大にする燃焼制御法を
提供するにある。 【0007】 【発明の概要】上記目的を達成するための本発明に係る
燃焼制御方法は、ボイラを実際に運転する前に、燃料及
び空気の試行操作量を設定し、この設定された試行操作
量と予め用意したモデルとに基づいて前記ボイラ火炉口
における灰中未燃分を推定し、この推定された灰中未燃
分が所定の条件を満足するように前記試行操作量を補正
し、前記灰中未燃分が所定の条件を満足したときの試行
操作量に基づいてボイラ熱効率を求め、この求められた
ボイラ熱効率が最大となるような最適操作量を前記試行
操作量に補正を加えて求め、この補正により求められた
最適操作量を、実際にボイラを運転するための燃料及び
空気の実操作量としてボイラの燃焼を制御することを特
徴とする。 【0008】更に、ボイラ熱効率の精度を上げるため
に、実操作量によるボイラ運転の前に、燃焼安定性を評
価し、燃焼状態が所定の条件を満たしている場合に、上
記燃焼制御を行うことに特徴がある。 【0009】 【発明の実施例】以下本発明の実施例の説明に先立ち本
発明の適用対象の一つである石炭火力プラントの概要を
図2を用いて説明する。 【0010】まず、ボイラ1で燃焼させるための石炭
は、石炭バンカ2に貯えられており、フィーダ4及び駆
動用モータ3によりミル5に供給され、粉砕された後バ
ーナ6へ送られる。燃焼用空気は、押込通風機8により
空気予熱器9へ送られ、一方は、微粉炭搬送用として1
次空気ファン12を経てミルへ、他方は燃焼用空気とし
て直接バーナ6へ導かれる。又、空気予熱器9には、バ
イパス系があり、ダンパ10により1次空気の温度が制
御される仕組になっている。又、燃焼に必要な合計空気
量はダンパ7で、微粉炭搬送に必要な空気量はダンパ1
1によりそれぞれ制御される。一方、給水系13により
加圧された給水は、ボイラ1で過熱蒸気となり、主蒸気
管14を経てタービン15,16へ送られる。タービン
15,16は、過熱蒸気の断熱膨張により回転し、発電
機17によって発電する。又、ボイラ1で燃焼し、水及
び蒸気に熱を与えた燃焼の排ガスは、煙突19へ送られ
大気へ放出されるが、1部のガスは、ガス再循環ファン
18によりボイラ1へ戻される。 【0011】このような石炭火力プラントを負荷要求指
令に応じて円滑に運転するためには、各バルブ,ダン
パ,モータを適切に制御する必要がある。図3は、従来
から使用されて来ている火力プラント自動制御系の概略
図を示す。以下、本図に従ってその機能の概要を説明す
る。まず、火力プラントへの負荷(発電機17の出力)
要求信号1000は、主蒸気圧力1100が所定の値
(定圧プラントでは一定値,変圧プラントでは負荷に応
じた値)になるように補正され(主蒸気圧力補償ブロッ
ク100)ボイラ1へのボイラ入力デマンド信号300
0となる。このボイラ入力デマント信号3000は、給
水流量1200の設定値として給水流量制御系400へ
導かれ、給水流量加減弁20の制御用として使用される
一方、燃焼量デマンド3100決定用としても使用され
る。主蒸気温度補償ブロック200へ導かれたボイラ入
力デマント信号3000は、主蒸気温度1101が所定
値になるように補正され、燃焼量デマンド3100を決
定する。この燃料量デマンド信号3100は、合計石炭
燃焼流量1201の設定値として燃料流量制御系500
へ導かれ、フィーダ4の駆動用モータ3の制御用として
使用される。又、燃料量デマンド信号3100は、空燃
比補償ブロック300で排ガスO2 過剰率が所定値にな
るように補正され合計空気流量デマンド信号3200と
なる。空気流量制御系600は、合計空気流量1202
がこのデマンド信号に等しくなるようにダンパ7を制御
する。 【0012】以上が石炭火力プラント自動制御系の概要
であり、この他に、再熱蒸気温度制御系やタービン加減
弁制御系等があるが、本発明と直接関係がないので省略
してある。 【0013】図1は、本発明を図2,図3に示した石炭
火力プラントに適用した実施例の全体構成図を示す。図
において図3と同一または等価なものは同一記号で表わ
す。なお、本実施例においては、図4に示すような微粉
炭焚ボイラの火炉を対象とし、火炉を5個の領域(内バ
ーナゾーンは3領域)に分割した場合について示してい
る。図1の引用数字につけた添字は上記分割領域に対応
した番号を示す。なお、各領域毎のプロセス信号は、簡
単の為、火炉缶前と缶後の合計した値として表現する。
図1において従来と異なるのは次の機能が追加されてい
ることである。 (1)火炎画像計測機能ブロック4000 (2)段毎NOx推定機能ブロック4100 (3)段毎灰中未燃分推定機能ブロック4200 (4)段毎燃焼診断機能ブロック4300 (5)燃焼ガス温度推定機能ブロック4400 (6)段毎燃料・空気配分計算ブロック4500 以下、本図を用いて先ず本実施例の概要を述べる。 【0014】火炎画像計測ブロック4000は、バーナ
段毎に設置した撮影カメラで該バーナ段の代表バーナ火
炎情報13051〜13053を捉え、各々を2次元濃淡
画像13061〜13063に変換するものである。段毎
NOx推定機能ブロック4100は、各バーナ段から火炉出
口に至るまで生成するNOxをバーナ火炎情報13051
13053,給炭量13001〜13003,1次空気量1
3011〜13013,2次空気量13021〜130
3,3次空気量13031〜13033,アクタエア1
310及び火炉出口NOx1304の各計測値に基づい
て推定するものである。段毎灰中未燃分推定機能ブロッ
ク4200は、2次元濃淡画像信号13061 〜13063
に基づいて火炎特徴パラメータを計算し、このパラメー
タを用いた推定モデルにより各領域の灰中未燃分を推定
する(詳細は特願昭59−110837号に述べた)。次に段毎
燃焼診断機能ブロック4300では、燃焼安定性の診断と異
常要因の推定を行うものであるが、その方法として次の
2方式がある。すなわち、2次元濃淡画像信号1306
1〜13063から火炎形状に着眼した特徴パラメータを
計算し、これから作成する方法と火炎面積に着眼した特
徴パラメータに基づく方法とがある。前者について詳細
は特願昭59−184657号に述べている。後者については特
願昭59−174998号に述べている。燃焼ガス温度推定機能
ブロック4400は、図4に示した各領域の燃焼ガス輝
度情報13061〜13065に基づいて、各領域の燃焼
ガス温度推定値14021〜13025を計算する。図5
はバーナを示す段毎燃料・空気配分計算機能ブロック4
500は、要求された燃料量デマンド3100に対し
て、火炉出口NOx1304などの環境規制値,石炭灰
の有効利用の上で重要な灰中未燃分(通常5%以下に抑
える必要がある)、主機保護の面で考慮すべき脱硫装置
入口温度(低温になると腐食が生じ易い)、水壁やふく
射過熱器の熱流束(規定値以上になるとメタルを焼損す
る恐れがある)などのプラント運用上の制約条件を満し
ながら、火炉に流入した熱及び発生した熱量が最も良く
水壁及びふく射過熱器のメタルまたは内部流体に吸収さ
れる様、すなわちボイラ熱効率が最高になる様に各バー
ナ段の燃料配分指令33111〜33113,1次空気量目標
値33201〜33203,2次空気量目標値33301
〜33303,3次空気量目標値33401〜33403及び
NOポートからアフタエア量目標値3350を決定す
る。この機能ブロックの中で上述した段毎NOx推定機
能ブロック4100,段毎灰中未燃分推定機能ブロック
4200の出力は、各々NOx及び未燃分に関する制約
条件のチェックに用いられ、燃焼ガス温度推定機能ブロ
ック4400の出力,水壁出口流体温度1308,缶壁
メタル温度13091 〜13095はボイラ熱効率を計
算する為の火炉伝熱モデルの修正信号として用いられ
る。なお、段毎燃焼診断機能ブロック4300は、本実
施例の中で、燃焼状態監視機能としての位置付けにあ
り、異常時には、その出力信号は、警報器,CRT表示
装置などで異常原因や状況を知ることができるようにす
る。 【0015】以下、各機能ブロックにつき詳細に説明す
る。 【0016】図6は、火炎画像計測機能ブロック400
0の実施例を示す。本実施例では各段バーナ群の代表バ
ーナの火炎画像13051〜13053をイメージガイド
IG及びイメージファイバIFを介して撮影装置ITV
に導びき、これをビデオ信号に変換し、アナログ−ディ
ジタル変換器A/Dによりディジタルデータに変換す
る。このデータは、フレームメモリFMに記憶され、2
次元濃淡画像信号13061〜13063 として図1に示す
段毎NOx推定機能ブロック4100,段毎灰中未燃分
推定機能ブロック4200,段毎燃焼診断機能ブロック
4300に共用される。なお、イメーガイドIGは、代
表バーナの根元の火炎を把えることが重要なため火炉内
に挿入する必要があり、1500℃程度の温度に耐える
材料でイメージファイバIFを被覆しかつこれを冷却す
る構造のものである(詳細は実願昭59−15458号に述べ
た)。 【0017】図7は、段毎NOx推定機能ブロック41
00の実施例を示す。NOx還元量推定モデル4101
では段毎のバーナ火炎情報13051〜13053に基づ
いて各段の火炎特徴パラメータを計算し、そのパラメー
タの関数としてバーナ単体NOx還元量41051〜4
1053を推定するものである。この詳細については
願昭59−92872 号「燃焼状態監視装置」に述べられてい
る。次にバーナ単体NOx推定モデル4102では、各
段の給炭量13001〜13003及び1次空気量130
1〜13013,2次空気量13021〜13023,3
次空気量13031〜13033及びアフタエア1310
からバーナ空気比41091〜41093 を求めバーナ
単体NOx生成量還元される前の量を推定し、これから
上記バーナ単体NOx還元量41051〜41053を差
し引いてバーナ単体NOx濃度41061〜41063を推
定する。段毎NOx推定モデル4103では、上記各段
バーナ空気比とバーナ平均空気比を用いて上述バーナ量
体NOx濃度に対し火炉内でのNOx滞溜中の還元効果
とNOポートからの空気投入によるNOx再生効果を考
慮したモデルに基づいて段毎NOx推定値15011
15013を計算する。火炉NOx推定モデル4104
では、段毎NOx推定モデル4103で求めた段毎NO
xの第1次推定値を火炉出口NOx計測値1304を用
いて誤差修正信号41081〜41083で修正し段毎N
Ox推定値15011〜15013を計算するものである。上
述段毎NOx推定モデル4103と火炉NOx推定モデ
ル4104の詳細については、特願昭59−118296号に述
べられている。 【0018】図8は、段毎燃料・空気配分計算機能ブロ
ック4500の実施例を示す。以下本図を用いてその動
作を説明する。最適操作量探索開始条件チェック部45
01では、定められた周期で燃料量デマンド3100、
段毎NOx推定値14001 〜14003 ,段毎未燃分
推定値14011〜14013,火炉出口排ガス濃度13
111〜1311nを予め設定された規定値と比較し、規
定値を超えない場合には、前回計算した段毎燃料配分指
令33101〜33103,1次空気量目標値33201
〜33203,2次空気量目標値33301〜333
3,3次空気目標値33401〜33403及びフアタ
エア量目標値3350(以上、4種の指令及び目標値を
総括して操作量と略す)を各々引き続き出力する様に
し、何れかの値が規定値を超えた場合には、最適操作量
探索指令1601により、以下の手順で新たな最適操作
量の探索を開始させる様にする。即ち、試行操作の開始
は、最適操作量開始条件チェック部4501で開始条件
が成立した場合に行なわれるのである。まず、探索指令
1601により最適操作量探索部4502を動作させ試
行操作1602を段毎NOx予測モデル4503,段毎未燃
分予測モデル4504,火炉出口排ガス濃度予測モデル
4505の各々に加え、各モデルにより各予測値すなわ
ち段毎NOx予測値16031〜16033,段毎未燃分
予測値16041 〜16043,火炉出口排ガス濃度予
測値16051〜1605n,火炉伝熱モデル出力160
1〜1606mを計算させる。次にこれらの計算値が運
用面制約条件チェック部4507で規定の制約条件を満
足しているかどうかをチェックさせ、もし満足していな
ければ、条件を満すまで上記試行操作による計算を繰り
返す。条件を満足していれば、熱効率計算部4508に
より火炉伝熱モデル出力1606〜1606
基づいてボイラ熱効率を計算させ、熱効率最高点到達判
定部4509で、該計算値が最高値かどうかを判定させる。
最高値でない場合には、上述の試行操作を繰り返す。最
高値に達した場合には、その熱効率の最高値に対応した
操作量を最適操作量出力部4510を介して最適操作量
として出力させる。なお、段毎NOx予測モデル450
3,段毎未燃分予測モデル4504,火炉出口排ガス濃
度予測モデル4505の構成手法として、重回帰分析法
を適用した特願昭56−80932 号「ボイラの燃焼状態監視
制御方法」によって実現できる。 【0019】本手法によれば適宜、最適操作量と段毎N
Ox推定値14001〜14003,最適操作量と炭毎灰
中未燃分推定値14011〜14013,最適操作量と火
炉出口排ガス濃度13111〜1311nの各々の前者を
説明変数、後者を従属変数として重回帰分析を行ない各
モデルを修正することが出来、火炉の特性変化に対して
も各々のモデルを適応させることができる。また、火炉
伝熱モデル4506についても最適操作量とこれに対応
した燃焼ガス温度推定値14021〜14025,水壁メ
タル温度13091〜14095,水壁出口流体温度13
08の各々の蓄積データを用いてモデルを修正すること
により火炉モデルを火炉特性に適応させることができ
る。 【0020】図9は、段毎燃料・空気配分計算機能ブロ
ック4500の他の実施例を示す。本例は、段毎NOx
予測モデル4503,段毎未燃分予測モデル4504,
火炉出口排ガス濃度予測モデル4505を用いず、最適
操作量探索部4502からの試行操作1602を直接プ
ロセス側に出力し、その実応答信号に基づいて制約条件
チェック部4507で条件チェックを行う点が図8に示
した例と異なり以下最適操作量の出力までの手順は、同
様である。 【0021】図10は、上述した段毎燃料・空気配分計
算機能ブロック4500の動作をフローチャートで示し
たものである。初めてシステムが動作する場合には、上
述した手順で最適操作量が計算されて出力される。2回
目以後の動作の場合には、先ず現在の燃料量デマンドL
と、前回最適操作量を計算した時のデマンドL*とを比
較し、この差の絶対値が規定値εL を超えて変化した場
合は現在の操作量では最高効率の点からずれる恐れがあ
ることから最適操作量を再計算する。上記燃料デマンド
間の偏差が規定値εL 以下の場合には、火炉出口NOx
濃度などの運用面の制約条件が満たされているかどうか
を最適操作量探索開始条件チェック部4501でチェッ
クし、満足されていれば前回の最適操作量を引き続き出
力し、満足されていなければ、前回の操作量出力時に比
べて上述運用面の制約条件(例えば火炉出口NOx濃度
の上限値など)に変更があったかどうかをチェックし、
変更が有れば新たに最適操作量を探索し、変更がない場
合は、推定モデルによる推定誤差に起因するものと見做
し、該当した推定モデル(例えば火炉出口NOx推定値
が制約条件を満さない場合には段毎NOx推定機能ブロ
ック4100の中の推定モデル)の係数を関連したプロ
セスデータに基づいて重回帰分析法などを用いて修正す
る。そして、この場合は前回計算した最適操作量を引き
続き出力させる。即ち、上記開始条件が成立しなくて
も、燃料デマンドの現在値と前回値との差が規定値を超
えた場合は、試行操作が開始され、これは通常の燃料中
においても行われる。本図に示す最適操作量の探索アル
ゴリズムについて述べる前にまず、運用上の制約条件の
チェックと熱効率計算に用いる火炉伝熱モデルについて
説明する。図11に微粉炭焚ボイラの火炉伝熱モデルを
示す。本例は、火炉を鉛直上方向(燃焼ガスの流れ方
向)に5分割し、各領域を集中定数係として近似するも
のである。同図に集中定数係として取扱う火炉内の推焼
ガス,水壁の伝熱管メタル(以後メタルと略す)及び伝
熱管内部流体(以後内部流体と略す)の流動・伝熱プロ
セスを示す。これらプロセス量の間の関係は質量,運動
量,エネルギーの各保存則に基づく非線形物理モデルと
する。但し、燃焼ガス及び内部流体の流動時定数は、こ
れらの伝熱時定数に比べて小さいので、燃焼ガス及び内
部流体の流動特性を定常流動(流体に加速度を生じない
流れ)として取扱い静特性で近似する。 【0022】先ず、数式中に用いる記号について説明す
る。 【0023】(1)記号 F :質量流量(kg/S) P :圧力(KPa) T :温度(℃) H :比エンタルピ,発熱量(kJ/kg) Q :保有熱量,伝熱量(kJ/s) U :熱流束(kJ/(s.m2)) ρ :密度(kg/m3) α :対流熱伝達率(kJ/(m2.℃.s)) β :ふく射熱伝達率(kJ/(m2・(°K/100)
4・s)) C :定圧比熱(kJ/kg.℃) X :乾き度(−) W :石炭中の水分含有率(−) ν :石炭中の灰分含有率(−) μ :空気過剰率(−),濃度(%) ε :火炉出口における浮遊灰の通過率(−) λ :流路摩擦係数(−) k :燃焼比率(−) g :重力加速度(m/s2) R :ガス定数(kg.m/(kg・°K)) A :伝熱面積,流路断面積(m2) D :流路径(m) V :流路容積(m3) ΔZ:流路長さ,流路水頭差(m) KT :燃焼ガスの組成によるガス温渡への総括的影響
係数(−) KR :燃焼ガスの組成によるガス定数への総括的影響
係数(−) K :燃焼ガスの組成因子と上記のKT 及びKR との関
係を近似するための係数(−) φ :異なる分割領域内の燃焼ガスと伝熱管メタルとの
ふく射伝熱に関する形状係数(−) (2)添字 (i)物体及び物体間の関係を示す添字 g :燃焼ガス m :伝熱管メタル s :伝熱管内部流体 c :微粉炭 l :点火油 pa :一次空気(微粉炭搬送空気) sa :二次空気 ta :三次空気 f :燃焼による発熱体 gm :燃焼ガスから伝熱管メタルへの伝熱 ms :伝熱管メタルから内部流体への伝熱 sg :伝熱管内部流体から燃焼ガスへの流動及び伝熱 ash:灰分 a :火炉内に流入した全空気 ao :火炉内に流入した燃料が完全焼燃を行うのに必
要な空気 atm:大気 0 :燃焼ガス中の過剰酸素 (ii)場所を示す添字 i :火炉のセクション i(1) :火炉のiセクションの缶前 i(2) :火炉のiセクションの缶後 in :iセクション内燃焼ガスと全センション内伝
熱管メタル ni :全セクション内燃焼ガスとiセクション内伝
熱管メタル j :バーナ段 SH :ふく射過熱器 F :火炉内部 FX :火炉出口下流部 SH(1) :ふく射過熱器の燃焼ガス接触部 SH(2) :ふく射過熱器のふく射熱受熱部 (iii)基準値,状態の遷移等を示す添字 gr :燃焼ガスに関する状態量の基準値 sr :伝熱管内部流体に関する状態量の基準値 r :燃料,燃焼ガスの組成に関する基準値 gv :水分の蒸発及び過熱に関する状態値 gmr:燃焼ガスから伝熱管メタルへの伝熱に関する基
準値 msr:伝熱管メタルから内部流体への伝熱に関する基
準値 SB :サブクール沸騰開始点の状態値 次に火炉モデルの数式を示す。 【0024】1.燃料・空気の入熱・発熱特性モデル (1)燃焼による発生熱量 【0025】 【数1】 【0026】 【数2】 【0027】 【数3】 【0028】 【数4】 【0029】 【数5】 【0030】(2)燃料・空気の保有熱量 【0031】 【数6】 【0032】 【数7】 【0033】 【数8】 【0034】 【数9】 【0035】 【数10】 【0036】2.燃焼ガス側の伝熱・流動特性モデル 2.1 燃焼ガス側の伝熱特性 (1)燃焼ガス温度 【0037】 【数11】 【0038】 【数12】 【0039】 【数13】 【0040】 【数14】 【0041】 【数15】 【0042】(2)燃焼ガス・メタル間伝熱量 【0043】 【数16】 【0044】 【数17】 【0045】 【数18】 【0046】 【数19】 【0047】 【数20】 【0048】 【数21】 【0049】 【数22】 【0050】 【数23】 【0051】 【数24】 【0052】 【数25】 【0053】2.2 燃焼ガスの流動特性 (1)燃焼ガス流量 【0054】 【数26】 【0055】 【数27】 【0056】(2)燃焼ガス圧力 【0057】 【数28】 【0058】 【数29】 【0059】 (28),(29)式より 【0060】 【数30】 【0061】 【数31】 【0062】 【数32】 【0063】 3.メタル・内部流体側伝熱・流動特性モデル 3.1 メタル・内部流体側伝熱特性 (1)メタル温度 【0064】 【数33】 【0065】 (2)メタルから内部流体及び大気への伝熱量 【0066】 【数34】 【0067】 fs :二相流状態におけるメタル・内部流体間対流熱伝
達率の補正係数 【0068】 【数35】 【0069】 【数36】 【0070】 【数37】 【0071】 (3)内部流体温度・乾き度 【0072】 【数38】 【0073】 【数39】 【0074】 【数40】 【0075】3.2 内部流体の流動特性 (1)内部流体圧力 【0076】 【数41】 【0077】 【数42】 【0078】4.火炉内総括的特性モデル (1)空気過剰率 【0079】 【数43】 【0080】 【数44】 【0081】 【数45】 【0082】 【数46】 【0083】 【数47】 【0084】 残存酸素濃度(重量%) 【0085】 【数48】 【0086】(2)火炉出口燃焼ガス流量 【0087】 【数49】 【0088】 【数50】 【0089】 【数51】 【0090】(3)燃焼ガスの組成による影響係数 【0091】 【数52】 【0092】 【数53】 【0093】 【数54】 【0094】 【数55】 【0095】次に、図8における火炉出口NOx予測モ
デル4503について説明する。火炉出口NOxと操作
量との関係を物理式で記述することは困難であるため重
回帰分析法等の統計的手法を用いるのが実用的である。
次に、重回帰分析法による予測モデルの構成例について
説明する。重回帰分析法は、説明変数をxi (i=1〜
m)、従属変数をyとし両者の間に 【0096】 【数56】 【0097】なる関数関係が成立する時、これを 【0098】 【数57】 【0099】なる式で表わし、偏回帰係数β0,β1…β
m をyとYの偏差が最小になる様に決定する手法であ
る。火炉出口NOxモデルでは、段毎のNOxの予測に
この手法を適用し、段毎NOx予測値を、次式 【0100】 【数58】 【0101】 【数59】 【0102】 【数60】 【0103】 ここで、x1〜xm:操作量β01〜βmi(i=1〜3):
偏回帰係数によって予測し、火炉出口NOxを次式 【0104】 【数61】 【0105】ここで Fci:i段の微粉炭流量 によって予測する。 【0106】(58)〜(60)式の偏回帰係数の決定の為の段
毎NOxデータとしては、段毎NOx推定機能ブロック4
100による段毎NOx推定値14001〜14003
用いる。 【0107】火炉出口灰中未燃分予測モデル4504に
ついても上述と同様に重回帰分析法により、段毎灰中未
燃分予測値を、次式 【0108】 【数62】 【0109】 【数63】 【0110】 【数64】 【0111】ここで β′01〜β′mi(i=1〜3):偏回帰係数 で求め、火炉出口灰中未燃分を次式 【0112】 【数65】 【0113】によって予測する。 【0114】(7)′ 〜(9)′ 式の偏回帰係数の決定の為
の段毎未燃分データとしては、段毎未燃分推定機能ブロ
ック4200による段毎NOx推定値14011〜14
013を用いる。 【0115】火炉出口排ガス濃度予測モデル4505に
ついても、火炉出口のCO,SO、ばいじん濃度などの
排ガス濃度を上述と同様に重回帰モデルによって推定す
ることができるがこの場合は、段毎の濃度を推定するこ
とができないため、火炉出口の各推ガス濃度と操作量と
の間を(2)′ 式の関係式でモデル化し、排ガス濃度の計
測値を用いて偏回帰係数を求める。 【0116】次に図8,図9,図10で述べた運用上の
制約条件チェック部4507の実施例を次に示す(なお
ここでは、筒単のため排ガスに関する制約条件は省略す
る。)。 【0117】 【数66】 【0118】 【数67】 【0119】 【数68】 【0120】 【数69】 【0121】 【数70】 【0122】ここで、 NOxFX :火炉出口NOx濃度 UBCFX :火炉出口灰中未燃分 NOxU :火炉出口NOx濃度上限値 NOxL :火炉出口NOx濃度下限値 UBCU :火炉出口灰中未燃分上限値 TgFX :火炉出口ガス温度 TgFXU :火炉出口ガス温度下限値 Ugmi :領域iの水壁メタル熱流束 UgmiU :領域iの水壁メタル熱流束上限値 UgmSH :領域iのふく射過熱器メタル熱流束 UgmSHU:領域iのふく射過熱器メタル熱流束上限値 上記(68)式は、脱硝装置入口空気温度を下げ過ぎると装
置メタル部の低温腐食を起し易いため、これを防止する
ための制約条件を火炉出口ガス温度に換算したものであ
る。また、(69)式,(70)式はメタルの焼損を防止するた
めの条件である。 【0123】一方、最適操作量を決定するに際して、図
8〜図10で述べた試行操作1602に課する制約条件の例
を次に示す。 【0124】 【数71】 【0125】 【数72】 【0126】 【数73】 【0127】 【数74】 【0128】 【数75】 【0129】ここで Fci :領域iの微粉炭流量 Fpai : 〃 の1次空気流量 Fsai : 〃 の2次空気流量 Ftai : 〃 の3次空気流量 FciU : 〃 の微粉炭流量上限値 FciL : 〃 の 〃 下限値 FpaiU: 〃 の1次空気流量上限値 FpaiL: 〃 の 〃 下限値 FsaiU: 〃 の2次空気流量上限値 FsaiL: 〃 の 〃 下限値 FtaiU: 〃 の3次空気流量上限値 FtaiL: 〃 の 〃 下限値 次に、図8,図9に示す熱効率計算部4508の熱効率
ηは、火炉の全領域における発熱量と入熱量の合計熱量
とこの内メタル内部流体に吸収された熱量の比で定義
し、次式を用いて計算する。 【0130】 【数76】 【0131】ここで Qmsi :領域iの水壁メタルから内部流体への伝熱量 QmsSH:ふく射過熱器メタルから内部流体への伝熱量 Qfi :微粉炭及び点火油燃料が燃焼したことにより
発生する熱量 Qci :領域iの微粉炭保有熱量 Qli : 〃 の点火油保有熱量 Qpai : 〃 の1次空気保有熱量 Qsai : 〃 の2次空気保有熱量 Atai : 〃 の3次空気保有熱量 なお、熱効率の考え方として、火炉の全領域における発
熱量と入熱量の合計熱量とこの内メタルに吸収される熱
量の比として定義した場合には、(77)式のようになる。 【0132】 【数77】 【0133】ここで、 Qcgmi :領域iの燃焼ガスから水壁メタルへの対
流伝熱量(kJ/s) Qegmin:領域iの燃焼ガスから全領域(水壁及び
輻射過熱器)メタルへの輻射伝熱量(kJ/s) QcgmSH:領域iの燃焼ガスから輻射過熱器メタル
への対流伝熱量(kJ/s) 次に、図10のフローの中の最適操作量の計算適用部の
計算手法の実施例を示す。 【0134】図12は、非線形計画法の一手法であるコ
ンプレックス法を用いて最適操作量を決定するアルゴリ
ズムをフローで表わしたものである。本アルゴリズム
は、前掲の(66)式〜(75)式の制約条件のもとで(11)式で
示した熱効率ηを最大にする操作量を探索するものであ
る。以下、図12を用いて本アルゴリズムについて説明
する。 【0135】 step1:初期シンプレックスの形成 初期試行点X(1,i)(i=10〜22)は、(71)〜(7
5)式の制約条件を全て満足するものとし、操作ベクトル
Xが張る13次元空間にK角(図12では簡単の為K=
6としたが、Kは一般に操作ベクトルの次数の2倍程度
が良い)の多角形(これをシンプレックスという)を形
成させ、これを初期シンプレックスとする。この形成方
法として、1点は初期試行点X(1,i)とし、残りの
(K−1)個の点は一様乱数rj(j=2〜K)を用いて
次式により決定する。 【0136】 【数78】 【0137】但し、0≦rj≦1であり、Ximin及びX
imaxは、(71)〜(75)式で示した操作量の下限及び上限で
ある。 【0138】この様にして決定したX(j,i)は(71)〜
(75)式の制約条件は満足するが、(66)〜(70)式の制約条
件は必ずしも満足するとは限らない。その場合は、その
試行点を既に決定された点の重心方向へ該試行点と重心
との中点まで移動させる。この様にして究極的には全て
の点を決定する。 【0139】 step2:熱効率の計算 step1で求められた操作量X(j,i)(i=10〜2
2,j=1〜K)で形成されるシンプレックスの各点に
対して(11)式を用いて熱効率を計算する。 【0140】 step3:重心の計算 前記シンプレックスの各点のうち、熱効率が最も低い点
を除外した(K−1)個の点で定義されるシンプレック
スの重心XGiを求める。いま効率最低点をj=1とする
と、XGiは次式で表わされる。 【0141】 【数79】 【0142】また、効率最低点から重心までの距離ΔX
Giは次式で表わされる。 【0143】 【数80】 【0144】 step4:新試行点の決定 新たに試行する方向を最低熱効率点から重心方向にと
り、両者間の距離ΔXGiのαi 倍だけ重心から延長した
点を新試行点とし、これをX(K+1,i)とすると、 【0145】 【数81】 【0146】で表わされる。αi の値としては1.3 が
経験的に良いとされている。新試行点が操作量の制約条
件(71)〜(75)式を侵害する場合(図の71 )は試行点を
制約条件上(図の72 )にとることにする。 【0147】 step5:制約条件確認 新試行点が(66)〜(70)式の運用上の制約条件を侵害して
いる場合は、試行点X(K+1,i)に関する情報は全て
無効とし、前のstep4に戻り新試行点を決定する。その
管合αi /2を新たにαi とおいてからstep4に戻す。 【0148】 step6:熱効率の計算 新試行点X(K+1,i)に対応した効率η(K+1)を(1
4)式を用いて計算する。 【0149】 step7:熱効率最高点到達判定 新試行点と元のシンプレックスを構成する各点に対応し
た熱効率のうち、最高及び最低の値をそれぞれηmax
びηminとおき、規定値をεη とすると効率が最高点に
到達したか否かを次式に従って判定する。 【0150】 【数82】 【0151】最高点に達したならばstep9に進み達しな
ければ、step8に進む。 【0152】 step8:新シンプレックスの形成 元のシンプレックスを構成している点のうち、最も低い
効率を示す操作点を除外し、新試行点を追加してできた
K個の点から新たなシンプレックスを形成し、step3に
戻る。 【0153】 step9:最適操作量の決定 step7で最高効率点に到達したと判定された場合、最適
効率ηmax に対応する操作量を最適操作量とする。 【0154】図13は、最適操作量探索アルゴリズムの
他の実施例を示す。本実施例についてまず図13を用い
て説明する。 【0155】 step1 探索が初回かどうか判定し、初回であれば操作量のうち
各領域の燃料量は現状に維持してstep3に進み、初回で
なればstep2に進む。 【0156】 step2 各領域の燃料量の配分を(6)式で示す制約条件を満す範
囲内で変化させる。但し、燃料量の合計は燃料量デマン
ドとなるようにする。 【0157】 step3 各領域の空気量を(71)〜(75)式で示す制約条件を満す範
囲内で予め定められたステップで変化させて、運用面の
制約条件(66)〜(70)式を満しかつ(76)式で示す熱効率を
最大にする値を探索し、熱効率の値と燃料量,空気量を
記憶させておく。 【0158】 step4 燃料量の配分変化操作が(6)式の制約条件の全領域に亘
って終了していなければstep1に戻り、全領域での探索
が終了すれば、step5に進む。 【0159】 step5 step3で記憶させた熱効率,燃料量,空気量のデータの
組みの内で、熱効率が最も大きい組の燃料量と空気量を
最適操作量とする。 【0160】図14,図15は、図13のstep3のアル
ゴリズムの実施例を示したものである。本例は、図15
に示す様にバーナ段、NOポートの空気比をパラメータ
として3つの燃焼モードを想定し、燃焼効率の高い順で
示すと、通常燃焼,2段燃焼,脱硝燃焼,NOx濃度の
低い順で示すと脱硝燃焼,2段燃焼,通常燃焼であるこ
とに着目し、現状の燃焼モードを起点として空気比をそ
のモードに適した方法で試行操作し火炉出口NOx濃度
他の運用上の制約条件のもとに燃焼効率が最も良くなる
様な値に調整するものである。以下、図14に沿ってこ
の処理内容について説明する。 【0161】図14,図15の中のstep1では現状の火
炉出口NOx濃度NO XFX がその上限値NOxU を超え
る場合には、NOx濃度を下げ、燃焼効率を下げる方向
のstep2以降の処理に分岐し、上限値を超えない場合に
は、step22で現状値と下限値NOxL を比較し、下限
値以下の場合には、NOx濃度を上げ、燃焼効率を上げ
る方向のstep23以降の処理に移る。NOxの濃度が上
下限何れの値も超えていない場合は、操作量は現状に維
持して処理を終了する。以下、まず現状NOx濃度が上限
値NOxU を超えた場合につき説明する。 【0162】step2では、現状の燃焼モードが前述した
3つの何れに属するかを判定し、その判定結果に基づい
て該当した処理stepに分岐する。まず、通常燃焼モード
の場合について以下説明する。 【0163】 step3,4,5 段毎のバーナ空気比は変えずに、3次空気と2次空気の
比率を変えることによりバーナ段毎のNOx還元量を制
御し、火炉出口NOx濃度NOxの制約条件を含んだ運
用上の制約条件が満足されているかどうかをチェック
し、満足されていない場合には、step3〜5の処理を繰
り返し、満足された場合にはstep6に移る。 【0164】 step6,7,8 熱効率ηを計算し、その値とその時の操作量の値を記憶
する。そして3次空気量と2次空気量の比の全領域に亘
る試行操作が終了しなければstep3〜step7の処理を繰
り返すべくstep3に移り、終了すればstep8に移り、st
ep7までの処理により計算した熱効率の中で最も大きい
値η(1,max)とその時の操作量u1 を記憶し、step9
に移る。 【0165】 step9,10,11 火炉の空気量を一定として各段のバーナ空気比を同一比
率で減少させ同時にアフタエアを増加させて、運用上の
制約条件が満足されているかどうかをチェックし、満足
されていなければstep9〜11の処理を繰り返し、満足
されていれば、step12に移る。 【0166】 step12,13,14 熱効率ηを計算し、その値とその時の操作量の値を記憶
する。そしてバーナ空気比の全領域に亘る試行操作が終
了しなければstep9〜step13の処理を繰り返すべくst
ep9へ移り、終了すればstep14に移り、step13まで
の処理で計算した熱効率の中で最も大きい値η(2,ma
x)とその時点の操作量u2 を記憶し、step15に移
る。 【0167】 step15,16,17 図6に示すMバーナ段の空気比を増加させ、逆にPバー
ナ段の空気比を減少させ、運用上の制約条件が満足され
ているかどうかをチェックし、満足されていなければst
ep15〜17の処理を繰り返し、満足されていれば、st
ep18に移る。 step18,19,20 熱効率ηを計算し、その値とその時の操作量の値を記憶
する。そして、バーナ空気比の全領域に亘る試行操作が
終了しなければstep15〜step19の処理を繰り加すべ
くstep15へ移り、終了すればstep20に移り、step1
9までの処理により計算した熱効率の中で最も大きい値
η(3,max)及びその時点の操作量u3 を記憶し、step
21に移る。 【0168】 step21 上述したstep8,14,20で求めた熱効率最大値η
(1,max)〜η(3,max)の中で最も大きいものに対する
操作量を最適操作量とする。 【0169】なお、step2で現状のモードが2段燃焼と
判定された場合には、2段燃焼から脱硝燃焼モードの範
囲内で最適操作量をstep9〜step21の手順で探索す
る。一方、脱硝燃焼の場合には、脱硝燃焼モードの中で
空気比を試行操作してstep15〜step21の手順で最適
操作量を求める。 【0170】以上、現状NOx濃度が上限値を超えた場
合について説明したが、次に下限値NOxL 以下となっ
た場合について説明する。 【0171】step23では、燃焼モードの判定を行い、
判定結果に基づき各処理へ分岐するが、まず、脱硝燃焼
モードの場合について説明する。 【0172】 step24,25,26 Pバーナの空気比を増加、Mバーナの空気比を減少させ
バーナ全体の空気比を一定に保ちながら試行操作を行
い、運用上の制約条件が満足されているかどうかをチェ
ックし、満足されていない場合には、step24〜26を
繰り返し、満足された場合は、step27に移る。 【0173】 step27,28,29 熱効率ηを計算し、その値とその時の操作量の値を記憶
する。そして、バーナ空気比がP段とM段で等しく(2
段燃焼モード)なるまでstep24〜28を繰り返し、等
しくなった時点でstep29に移り、step28までで計算
した熱効率の中で最大のものη(1′,max)及びその時
点の操作量u1′ を求め、step30に移る。 【0174】 step30,31,32 各段バーナの空気比を同一比率で増加させる一方、アフ
タエアを減少させ、運用上の制約条件が満たされた時点
でstep33に移る。 【0175】 step33,34,35 熱効率ηを計算し、その値とその時の操作量の値を記憶
する。そして、アフタエアが0(通常燃焼モード)にな
るまでstep30〜34を繰り返し、0になった時点でst
ep34まで計算した熱効率の中で最大のものη(2′,m
ax)及びその時点の操作量u2′ を求め、それらを記憶
し、step36に移る。 【0176】 step36〜41 段毎の3次空気量と2次空気量の比を変化させて、熱効
率の最大値η(3′,max)及びその時点の操作量u3
を記憶し、step42に移る。 【0177】 step42 step29,35,41で求めたη(1′,max)〜η
(3′,max)の内の最大値とその時点の操作量を決定
し、これを最適操作量とする。 【0178】以上、図10〜図15の説明の中で、試行
操作に対する結果が運用上の制約条件を満足しているか
どうかを判定する場合、先に述べたが、図8に示す様
に、段毎NOx予測モデル,段毎未燃分予測モデル,火
炉出口排ガス濃度予測モデルを用いて試行操作に対する
応答を予測する方法と、図に示す様に予測モデルを用
いず直接に試行操作量をプランに加えてプラントの実
応答を用いる方法がある。 【0179】次に、燃焼ガス温度推定機能ブロック44
00について説明する。図17に示す様に、図6に示し
たものと同様の構造をしたイメージガイドIGを火炉の
各段の側面中央付近に設置し、各段の燃焼ガス輝度をイ
メージファイバIFを介して光分岐管LDVに導びき、
ここで光を分岐させそれぞれ異なる波長の単色フィルタ
FL1,FL2を介して撮像装置ITV1,ITV2に導び
く。撮像装置で、これらのフィルタ透過後の輝度情報を
ビデオ信号に変換し、各々をアナログ−ディジタル変換
器A/D1,A/D2によりディジタルデータに変換した
後、各々フレームメモリFM1,FM2に2次元の輝度濃
淡画像データとして格納する。次に輝度比計算部IRC
で両画像データの対応する画素同志の輝度比を計算す
る。この輝度比を用いて2色高温計法により2次元画像
の各画素に対応する点の温度と画面全体の平均値を温度
計算部TCで計算する。以下、計算方法につき具体的に
説明する。先ず、2色高温計法について説明する。図1
7において単色フィルタFL1,FL2各々の波長をそれぞ
れλ1(cm),λ2(cm)各々のフィルタを介して得られ
た2次元のディジタル輝度濃淡画像をI1(i,J),
2(i,J)(輝度レベルとしては例えば0〜25
5。ここで(i,j)は画像を構成する画素の(x,
y)座標を示すもので、画像の横と縦の構成画素数をそ
れぞれM,Nとするとi=0〜(M−1),j=0〜
(N−1)となる。)とすると、Wienの式より画像の座
標(i,j)における温度T(i,j)と上記各々の輝
度データとの関係は、(83)式,(84)式で表わすことがで
きる。 【0180】 【数83】 【0181】 【数84】 【0182】ここで ε :輻射能 T :温度(°K) C:3.7403×10-5erg・cm2/s C2 :1.4387cm・°K λ1,λ2:波長(cm) (83)式と(84)式の比をとり整理すると(85)式が得られ
る。 【0183】 【数85】 【0184】ここで 【0185】 【数86】 【0186】 【数87】 【0187】図17の輝度比計算部IRCで(85)式の輝
度比I1(i,j)/I2(i,j)を計算し、この結果
を用いて温度計算部TCで(85)〜(87)式に基づいて座標
(i,j)各点の温度を計算する。 【0188】平均温度Tavは、次式で求められる。 【0189】 【数88】 【0190】上記(88)式を用いて各領域の燃焼ガス温度
を推定することができる。 【0191】つぎに、図9,図18に示す最適操作量決
定アルゴリズムの火炉伝熱モデル4506において、
(1)式に示した燃焼比率kjiは、領域iおよびjの燃焼
温度と強い相関を持っており、次式のようにそれらの関
数fとして表現することができる。 【0192】 【数89】 【0193】ここで、 Tj :領域jの平均燃焼温度 Ti :領域iの平均燃焼温度 (89)式の簡単な例としては、次式のような重回帰式が有
効である。 【0194】 【数90】 【0195】ここで、 b0〜b3:偏回帰係数 ところで、上述の燃焼温度は、バーナ段については、バ
ーナ火炎温度,バーナ段以外の領域については、燃焼ガ
ス温度と等価であると見做せば、バーナ火炎温度は特願
昭59−118298号で述べたバーナ火炎画像の抽出も含めた
2色温計法,燃焼ガス温度は、前述の図17、(83)〜(8
8)式で示した2色高温計法で推定することができる。以
上まとめると燃焼比率は、試行操作がプラントに加えら
れた結果において、バーナ火炎情報と燃焼ガス輝度情報
に基づいて推定することができる。しかし、図8に示し
た最適操作量決定アルゴリズムの場合には、試行操作に
対するプラント応答はモデルで予測する為試行操作に対
する火炎温度,燃焼ガス温度を予測するモデルが、上述
の2色高温計法の替りに必要になる。この予測方法とし
ては、燃焼量,空気量に対する火炎温度,燃焼ガス温度
の対応表示を常時運転結果の学習によって更新して置い
て、必要な時に何時でもこの対応表を用いる方法が実用
的である。 【0196】 〔発明の変形例・応用例とその効果〕 図18は、図9の変形例で、試行操作1602に対する
燃焼ガス温度及び缶壁メタル温度の実応答結果を計測
し、それらの値を用いて火炉伝熱モデル4506により
熱効率を計算するよう構成したもので、火炉伝熱モデル
4506の燃焼ガス温度と水壁メタル温度計算のモデル
が不要となりモデルを簡略化することができる。 【0197】図3に示した段毎燃焼診断機能ブロック4
300について、診断方法として特願昭59−184657号を
採用した場合には、図8における試行操作1602に対
する火炎面積を予測する機能を付加し、該予測値に対す
る燃焼安定性を診断させ、異常と判定された場合には、
該試行操作を不適として無効とするよう構成でき、診断
方法として特願昭59−174998号を採用した場合には、図
8における試行操作1602に対する火炎形状を予測す
る機能を付加し、該予測値に対する燃焼安定性を診断さ
せ、異常と判定された場合には、該試行操作を不適とし
て無効とするよう構成することができ、ボイラに燃焼を
不安定とするような外乱を加えると未然に防止すること
ができる。 【0198】 【発明の効果】本発明によれば、火炉に供給される燃料
の量や性状の変化または、要求負荷の変化に対し、火炉
出口におけるNOx濃度や灰中未燃分等運用上の制約条
件のもとに安定でかつボイラ熱効率を最大にすることが
できる。
Detailed Description of the Invention [0001] FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a combustion control method for a furnace and
And equipment, especially plant operation of NOx, unburned ash, etc.
Maintains maximum plant thermal efficiency under operational constraints
Combustion control method suitable for [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, combustion fire has been used as a combustion control method for a furnace.
Detects flame light and maximizes its light spectrum intensity
To control the ratio of fuel supply to air supply
How to get more heat energy with maximum efficiency
Method and apparatus "JP-A-56-1200224) and combustion fire
Efficiently adjust the optimum supply of combustion air according to the light intensity of the flame.
Method (“Combustion air supply amount control device”)
1814) and so on. Both of these maximize combustion efficiency
It is considered to be an effective technology for reducing NOx and reducing combustion.
A fuel that maximizes the heat absorption rate of the boiler while stabilizing
It does not realize firing control. On the other hand, there is a closed rule for controlling the NOx amount in the furnace.
The loop control method has not been adopted conventionally. The reason for this is
There is no technology to accurately measure the amount of NOx produced in the furnace
Therefore, the operation of fuel and air to control the amount of NOx in the furnace
This is because the amount could not be determined. Therefore, conventionally, the load
Determine the amount of fuel and air corresponding to the
Close the NOx while checking the measured NOx value at the furnace outlet.
It's just loop control. Therefore, coal type fluctuation, etc.
In plants where there are changes in fuel properties and coal supply fluctuations due to
Control of NOx was impossible. Further, regarding the combustion stability, conventionally, the furnace top has been used.
With the TV camera attached to the viewing window, you can take a picture of the flame inside the furnace.
Humans monitor the image on a monitor TV to stabilize combustion.
The method of evaluating the sex is adopted, and it is necessary to make an accurate evaluation.
Requires in-depth experience and individual differences can enter the evaluation
It has the disadvantage of high efficiency. As described above, in the prior art, particularly fuel
NOx in plants with changes in properties and fluctuations in coal supply
Parameters that are important for operation such as ash and unburned matter in ash under constraint conditions
Stable and maintain thermal efficiency at maximum value while suppressing
Such combustion control was impossible. [0006] OBJECTS OF THE INVENTION The object of the present invention is to introduce fuel into a furnace.
The amount of ash in the ash does not change in response to changes in supply amount, properties, and required load.
Stable and highly efficient combustion under the operational constraints of fuel
And a combustion control method that maximizes the thermal efficiency of the plant.
To provide. [0007] [Outline of the Invention]According to the present invention for achieving the above object
Combustion control method is used to control the fuel consumption before the boiler is actually operated.
And the trial operation amount of air and set the trial operation amount
Boiler furnace mouth based on quantity and model prepared in advance
Of unburned ash in the
The trial operation amount is corrected so that the minute satisfies the specified condition.
The trial when the unburned content in the ash satisfies the specified conditions.
The boiler thermal efficiency was calculated based on the manipulated variable.
The above trial was performed with the optimum operation amount that maximizes the boiler thermal efficiency.
Calculated by adding the correction to the manipulated variable, and calculated by this correction
The optimum operation amount is the fuel and the fuel for actually operating the boiler.
It is special to control the combustion of the boiler as the actual manipulated variable of air.
To collect. Furthermore, in order to improve the accuracy of boiler thermal efficiency
In addition, the combustion stability is evaluated before the boiler operation with the actual operation amount.
If the combustion condition meets the specified conditions, the
It is characterized by performing the combustion control. [0009] BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The following is a description prior to the description of the embodiments of the present invention.
An overview of the coal-fired power plant, which is one of the application targets of the invention
This will be described with reference to FIG. First, coal for burning in the boiler 1
Are stored in the coal bunker 2, and the feeder 4 and
It is supplied to the mill 5 by the driving motor 3 and crushed,
It is sent to Anna 6. Combustion air is fed by the forced draft fan 8.
It is sent to the air preheater 9, and one is used for transporting pulverized coal.
The air is passed through the next air fan 12 to the mill, and the other is used as combustion air.
Directly to the burner 6. In addition, the air preheater 9 has a bar
There is an Y-pass system, and the damper 10 controls the temperature of the primary air.
It is designed to be controlled. Also, the total air required for combustion
The amount of air is required by damper 7 and the amount of air required for pulverized coal transportation is damper 1
1 respectively controlled. On the other hand, the water supply system 13
The pressurized feed water becomes superheated steam in the boiler 1 and becomes main steam.
It is sent to the turbines 15 and 16 via the pipe 14. Turbine
15 and 16 rotate due to adiabatic expansion of superheated steam to generate electricity.
Generate electricity by machine 17. Also, it burns in the boiler 1 and water
The exhaust gas from the combustion that heats the steam and steam is sent to the chimney 19.
Although part of the gas is released to the atmosphere, a part of the gas is a gas recirculation fan.
It is returned to the boiler 1 by 18. Such a coal-fired power plant has a load requesting instruction.
In order to operate smoothly according to the regulations, each valve and
It is necessary to properly control the motor and motor. Figure 3 shows the conventional
Outline of automatic control system for thermal power plant that has been used from
The figure is shown. The outline of the function is explained below according to this figure.
It First, the load on the thermal power plant (output of the generator 17)
The request signal 1000 shows that the main steam pressure 1100 is a predetermined value.
(Constant value in a constant pressure plant and load in a transformer plant
(Main steam pressure compensation block)
100) Boiler input demand signal 300 to boiler 1
It becomes 0. This boiler input demant signal 3000 is
To the water supply flow rate control system 400 as the set value of the water flow rate 1200
Guided and used for controlling the feed water flow control valve 20
On the other hand, it is also used for determining the combustion amount demand 3100.
It Boiler entry led to main steam temperature compensation block 200
For the force demant signal 3000, the main steam temperature 1101 is predetermined.
Corrected to the value and determined the combustion amount demand 3100
Set. This fuel quantity demand signal 3100 is the total coal
The fuel flow rate control system 500 is used as the set value of the combustion flow rate 1201.
To control the drive motor 3 of the feeder 4
used. Further, the fuel amount demand signal 3100 is
Exhaust gas O in the ratio compensation block 3002Excess rate becomes a predetermined value
And the total air flow demand signal 3200
Become. The air flow rate control system 600 has a total air flow rate of 1202
Controls the damper 7 so that is equal to this demand signal
I do. The above is the outline of the automatic control system for the coal-fired power plant.
In addition to this, the reheat steam temperature control system and turbine control
There is a valve control system etc., but omitted because it is not directly related to the present invention
I have. FIG. 1 shows the coal according to the present invention shown in FIGS.
The whole block diagram of the example applied to a thermal power plant is shown. Figure
3 that are the same as or equivalent to those in FIG. 3 are represented by the same symbols.
You In this example, the fine powder as shown in FIG.
Targeting the furnace of a coal-fired boiler, the furnace is divided into five areas (internal bar
The zone is divided into 3 areas)
It The subscripts added to the quoted numbers in Fig. 1 correspond to the above divided areas.
Indicates the number that was made. The process signal for each area is
Because it is simple, it is expressed as the total value before and after the furnace can.
1 differs from the conventional one in that the following functions are added.
Is Rukoto. (1) Flame image measurement function block 4000 (2) Stage-wise NOx estimation function block 4100 (3) Functional block 4200 for estimating the unburned carbon content in each ash (4) Stepwise combustion diagnosis function block 4300 (5) Combustion gas temperature estimation function block 4400 (6) Fuel / air distribution calculation block 4500 for each stage Hereinafter, the outline of this embodiment will be described with reference to this drawing. The flame image measuring block 4000 is a burner.
The representative burner fire of the burner stage with the shooting camera installed for each stage
Flame information 13051~ 13053And two-dimensional shading
Image 13061~ 13063Is to be converted to. Step by step
The NOx estimation function block 4100 is used to remove the furnace from each burner stage.
Burner flame information 1305 NOx generated to reach the mouth1~
13053, Coal supply amount 13001~ 13003, Primary air volume 1
3011~ 13013, Secondary air amount 13021~ 130
23, Tertiary air amount 13031~ 13033, Actor Air 1
310 and NOx1304 at the furnace outlet
To estimate. Block function for estimating unburned ash content
4200 is a two-dimensional gray image signal 13061~ 13063
The flame feature parameter is calculated based on
The unburned content in ash in each region is estimated by an estimation model using
(Details are described in Japanese Patent Application No. 59-110837). Next step
Combustion diagnosis function block 4300 is different from combustion stability diagnosis.
The usual factors are estimated by the following method.
There are two methods. That is, the two-dimensional grayscale image signal 1306
1~ 13063From the feature parameters focused on the flame shape
Calculated and created from now on
There are methods based on characteristic parameters. More about the former
Is described in Japanese Patent Application No. 59-184657. Special about the latter
It is described in Japanese Patent Application No. 59-174998. Combustion gas temperature estimation function
Block 4400 indicates the combustion gas intensity of each area shown in FIG.
Degree information 13061~ 1306FiveCombustion of each area based on
Gas temperature estimated value 14021~ 1302FiveTo calculate. Figure 5
Is a burner for each stage Fuel / air distribution calculation function block 4
500 for requested fuel demand 3100
Environmental regulation values such as furnace outlet NOx1304, coal ash
The unburned content in ash, which is important for the effective use of
Desulfurization equipment that should be considered in terms of main engine protection
Inlet temperature (corrosion tends to occur at low temperatures), water walls and wipes
Heat flux of radiant superheater (Metal burns out when it exceeds the specified value
The plant operation restrictions such as
However, the heat flowing into the furnace and the amount of heat generated are the best
Absorbed by metal or internal fluid of water wall and radiant superheater
Each bar to maximize the thermal efficiency of the boiler.
Nadan fuel distribution command 33111~ 33113, Primary air volume target
Value 33201~ 33203, Secondary air amount target value 33301
~ 33303, Tertiary air amount target value 33401~ 33403as well as
Determine after-air amount target value 3350 from NO port
It The NOx estimator for each stage described above in this functional block
Noh block 4100, function block for estimating unburned ash content
The output of the 4200 is a restriction on NOx and unburned matter, respectively.
It is used to check the conditions and has a combustion gas temperature estimation function block.
4400 output, water wall outlet fluid temperature 1308, can wall
Metal temperature 13091~ 1309FiveMeasures boiler thermal efficiency
Used as a correction signal for the furnace heat transfer model to calculate
It The step-by-step combustion diagnosis function block 4300 is
In the example, it is positioned as a combustion state monitoring function.
In the event of an abnormality, the output signal is an alarm, CRT display
Make it possible for the device to know the cause and status of the abnormality.
It Hereinafter, each functional block will be described in detail.
It FIG. 6 shows a flame image measuring function block 400.
An example of 0 is shown. In this embodiment, the representative bar of each stage burner group is
Anna's flame image 13051~ 13053Image guide
Imaging device ITV via IG and image fiber IF
And convert it to a video signal,
Converted to digital data by digital converter A / D
It This data is stored in the frame memory FM,
Dimensional grayscale image signal 13061~ 13063As shown in Figure 1
Stage-wise NOx estimation function block 4100, stage-wise unburned ash content
Estimation function block 4200, combustion diagnosis function block for each stage
It is shared by 4300. The image guide IG is
Inside the furnace because it is important to grasp the flame at the root of the front burner
Need to be inserted into the machine and can withstand a temperature of about 1500 ℃
Coat the image fiber IF with material and cool it
(The details are described in Japanese Utility Model Application No. 59-15458.)
). FIG. 7 shows the NOx estimation function block 41 for each stage.
Example of No. 00 is shown. NOx reduction amount estimation model 4101
Then burner flame information for each stage 13051~ 13053Based on
The flame characteristic parameters of each stage and calculate the parameters.
Burner unit NOx reduction amount 4105 as a function of1~ 4
1053Is estimated. For more information on thisSpecial
Wish sho 59-92872"Combustion condition monitor"
It Next, in the burner simplex NOx estimation model 4102,
Level of coal supply 13001~ 13003And primary air amount 130
11~ 13013, Secondary air amount 13021~ 13023, 3
Next air amount 13031~ 13033And after air 1310
To burner air ratio 41091~ 41093Seeking burner
Estimate the amount of simplex NOx produced before it is reduced.
NOx reduction amount of the above burner alone 41051~ 41053The difference
Pull out and burner unit NOx concentration 41061~ 41063Recommend
Set. In the NOx estimation model 4103 for each stage,
Burner amount using the burner air ratio and burner average air ratio
Effect of NOx retention in the furnace on the body NOx concentration
And NOx regeneration effect by air injection from NO port
NOx estimated value 1501 for each stage based on the considered model1~
15013To calculate. Furnace NOx estimation model 4104
Then, the NO for each stage obtained by the NOx estimation model for each stage 4103
The primary estimated value of x is the NOx measurement value 1304 at the furnace outlet
Error correction signal 41081~ 41083Corrected with
Ox estimated value 15011~ 15013Is to calculate. Up
Pre-stage NOx estimation model 4103 and furnace NOx estimation model
For details of Le 4104, see Japanese Patent Application No. 59-118296.
It is being eaten. FIG. 8 is a block diagram showing a fuel / air distribution calculation function for each stage.
An example of a rack 4500 is shown. The operation is shown below using this figure.
Explain the work. Optimal manipulated variable search start condition check unit 45
In 01, the fuel amount demand 3100 at a predetermined cycle,
NOx estimate for each stage 14001~ 14003、 Unburned part
Estimated value 14011~ 14013, Furnace outlet exhaust gas concentration 13
111~ 1311nIs compared with a preset specified value,
If the specified value is not exceeded, the fuel allocation instruction for each stage calculated last time
33101~ 33103, Primary air amount target value 33201
~ 33203, Secondary air amount target value 33301~ 333
03, Tertiary air target value 33401~ 33403And Huata
Air amount target value 3350 (above, 4 kinds of commands and target values
The operation amount is abbreviated as a whole)
However, if any value exceeds the specified value, the optimum operation amount
A new optimum operation is performed according to the following procedure by the search command 1601.
Let the quantity search start. That is, start of trial operation
Is the start condition in the optimum operation amount start condition check unit 4501.
It is performed when is established. First, search command
1601 operates the optimum manipulated variable search unit 4502
Row operation 1602 is performed for each stage NOx prediction model 4503, each stage is unburned
Minute prediction model 4504, furnace exit exhaust gas concentration prediction model
In addition to 4505, each model
Every step NOx predicted value 16031~ 16033、 Unburned part
Predicted value 16041~ 16043, Furnace exit exhaust gas concentration prediction
Measured value 16051~ 1605n, Furnace heat transfer model output 160
61~ 1606mTo calculate. Then these calculated values are
The face constraint condition check unit 4507 satisfies the specified constraint condition.
Let me check if I am adding and if I am not satisfied
If so, repeat the above calculation until the conditions are met.
return. If the conditions are satisfied, the thermal efficiency calculation unit 4508
More furnace heat transfer model output 16061~ 1606mTo
Calculate the boiler thermal efficiency based on the
The constant unit 4509 determines whether the calculated value is the highest value.
If it is not the highest value, the above trial operation is repeated. Most
When it reached a high value, it corresponded to the highest value of its thermal efficiency
The operation amount is set to the optimum operation amount via the optimum operation amount output unit 4510.
To output. The stage-by-stage NOx prediction model 450
3, Stage unburned component prediction model 4504, Furnace exit exhaust gas concentration
Multiple regression analysis method as a method of constructing the degree prediction model 4505
Application Japanese Patent Application No. 56-80932 "Boiler Combustion Monitoring
Control method ". According to this method, the optimum manipulated variable and N for each stage are appropriately set.
Ox estimated value 14001~ 14003, Optimum manipulated variable and ash per charcoal
Medium unburned content estimated value 14011~ 14013, Optimal amount of operation and fire
Furnace exit exhaust gas concentration 13111~ 1311nEach of the former
Multiple regression analysis is performed using the explanatory variable and the latter as the dependent variables.
The model can be modified and the characteristics of the furnace can be changed.
Can also adapt each model. Also the furnace
The heat transfer model 4506 is also compatible with the optimum operation amount
Combustion gas temperature estimated value 14021~ 1402Five, Water wall
Tar temperature 13091~ 1409Five, Water wall outlet fluid temperature 13
Modifying the model with accumulated data for each of the 08
Allows the furnace model to be adapted to the furnace characteristics
It FIG. 9 shows the fuel / air distribution calculation function block for each stage.
4500 shows another embodiment of the rack 4500. This example shows NOx for each stage
Prediction model 4503, Stage unburned component prediction model 4504
Optimal without using the furnace outlet exhaust gas concentration prediction model 4505
The trial operation 1602 from the operation amount search unit 4502 is directly
Output to the process side and constraints based on the actual response signal
FIG. 8 shows that the check unit 4507 checks conditions.
Different from the above example, the procedure up to the output of the optimum manipulated variable is the same.
It is like. FIG. 10 shows the fuel / air distribution meter for each stage described above.
The operation of the arithmetic function block 4500 is shown in a flow chart.
It is a thing. If the system works for the first time,
The optimum operation amount is calculated and output by the procedure described above. Twice
In the case of the operation after the eye, first, the present fuel amount demand L
And the demand L * when the optimum operation amount was calculated last time
The absolute value of this difference is the specified value εLA place that has changed beyond
In the case of a
Therefore, the optimum operation amount is recalculated. Above fuel demand
The deviation between is the specified value εLFurnace outlet NOx in the following cases
Whether operational constraints such as concentration are met
Is checked by the optimum operation amount search start condition check unit 4501.
If you are satisfied, continue to output the previous optimum operation amount.
Force, and if not satisfied, compare with the previous operation amount output.
All of the above operational constraints (eg NOx concentration at the furnace outlet)
Check if there has been a change in the
If there is a change, a new optimum manipulated variable is searched, and if there is no change,
If this is the case, it is considered to be due to the estimation error of the estimation model.
The applicable estimation model (eg NOx estimated value at the furnace outlet)
Does not satisfy the constraint conditions, the NOx estimation function block for each stage
Estimated model in C.4100)
Correction using multiple regression analysis method based on process data
It And in this case, subtract the optimal operation amount calculated last time.
Continue to output. That is, the above start condition is not satisfied
Also, the difference between the current value of fuel demand and the previous value exceeds the specified value.
If so, the trial operation is started and this is in normal fuel.
Is also done in. The search algorithm for the optimum manipulated variable shown in this figure
Before discussing gorythm, first of all
On the furnace heat transfer model used for checking and thermal efficiency calculation
explain. Figure 11 shows a furnace heat transfer model of a pulverized coal burning boiler.
Show. In this example, the furnace is vertically upward (how the combustion gas flows
Direction) and divide each area into lumped constants
Of. In the figure, the firing in the furnace treated as a lumped parameter
Gas and water wall heat transfer tube metal (hereinafter abbreviated as metal) and heat transfer
Fluid for heat pipe internal fluid (hereinafter abbreviated as internal fluid) / heat transfer professional
Seth. The relationship between these process quantities is mass, motion
A non-linear physical model based on conservation laws of quantity and energy
I do. However, the flow time constants of combustion gas and internal fluid are
Since the heat transfer time constants are small compared to those of the combustion gas and internal
Flow characteristics of the part fluid is steady flow (acceleration does not occur in the fluid
Flow) and approximate static characteristics. First, the symbols used in the equations will be described.
It (1) Symbol F: Mass flow rate (kg / S) P: Pressure (KPa) T: Temperature (℃) H: Specific enthalpy, calorific value (kJ / kg) Q: Amount of heat held, amount of heat transfer (kJ / s) U: Heat flux (kJ / (s.m2)) ρ: Density (kg / m3) α: convection heat transfer coefficient (kJ / (m2. ℃ .s)) β: radiant heat transfer coefficient (kJ / (m2・ (° K / 100)
Four・ S)) C: Constant pressure specific heat (kJ / kg. ° C) X: Dryness (-) W: Moisture content in coal (-) ν: Ash content in coal (-) μ: excess air ratio (-), concentration (%) ε: Passage rate of floating ash at the furnace exit (-) λ: Flow path friction coefficient (-) k: combustion ratio (-) g: Gravitational acceleration (m / s2) R: Gas constant (kg.m / (kg ・ ° K)) A: Heat transfer area, flow path cross-sectional area (m2) D: Channel diameter (m) V: Channel volume (m3) ΔZ: Channel length, channel head difference (m) KT: Overall effect of combustion gas composition on gas temperature
Coefficient (-) KR: Overall effect of combustion gas composition on gas constant
Coefficient (-) K: Combustion gas composition factor and above KTAnd KRSeki
Coefficient for approximating the coefficient (-) φ: Combustion gas and heat transfer tube metal in different divided areas
Shape factor for radiation heat transfer (-) (2) Subscript (I) Subscript indicating the relationship between objects g: Combustion gas m: heat transfer tube metal s: Fluid inside heat transfer tube c: pulverized coal l: ignition oil pa: Primary air (pulverized coal carrier air) sa: Secondary air ta: tertiary air f: heating element by combustion gm: Heat transfer from combustion gas to heat transfer tube metal ms: Heat transfer from heat transfer tube metal to internal fluid sg: Flow from heat transfer tube internal fluid to combustion gas and heat transfer ash: ash a: Total air flowing into the furnace ao: The fuel that has flowed into the furnace is required for complete combustion.
Required air atm: Atmosphere 0: Excess oxygen in combustion gas (Ii) Subscript indicating the location i: Furnace section i (1): In front of the can of the i section of the furnace i (2): After the can of the i section of the furnace in: Combustion gas in i-section and transmission in all sensations
Heat tube metal ni: combustion gas in all sections and transmission in i section
Heat tube metal j: Burner stage SH: Radiant superheater F: Inside the furnace FX: Downstream of furnace exit SH (1): Combustion gas contact part of radiant superheater SH (2): Radiant heat receiving part of radiant superheater (Iii) Subscript indicating reference value, state transition, etc. gr: reference value of state quantity related to combustion gas sr: Reference value of state quantity related to fluid inside heat transfer tube r: reference value for composition of fuel and combustion gas gv: State value related to evaporation of water and superheat gmr: basis for heat transfer from combustion gas to heat transfer tube metal
Quasi value msr: Base for heat transfer from heat transfer tube metal to internal fluid
Quasi value SB: Subcool boiling start point state value Next, the formula of the furnace model is shown. 1. Fuel / air heat input / heat generation characteristic model (1) Amount of heat generated by combustion [0025] [Equation 1] [0026] (Equation 2) [0027] [Equation 3] [0028] [Equation 4] [0029] (Equation 5) (2) Quantity of heat of fuel and air [0031] [Equation 6] [0032] (Equation 7) [0033] (Equation 8) [0034] [Equation 9] [0035] [Equation 10] 2. Model for heat transfer and flow characteristics on combustion gas side 2.1 Heat transfer characteristics on the combustion gas side (1) Combustion gas temperature [0037] [Equation 11] [0038] [Equation 12] [0039] [Equation 13] [0040] [Equation 14] [0041] (Equation 15) (2) Heat transfer between combustion gas and metal [0043] [Equation 16] [0044] [Equation 17] [0045] [Equation 18] [0046] [Formula 19] [0047] [Equation 20] [0048] [Equation 21] [0049] [Equation 22] [0050] [Equation 23] [0051] [Equation 24] [0052] [Equation 25] 2.2 Flow characteristics of combustion gas (1) Combustion gas flow rate [0054] [Equation 26] [0055] [Equation 27] (2) Combustion gas pressure [0057] [Equation 28] [0058] [Equation 29] [0059] From equations (28) and (29) [0060] [Equation 30] [0061] [Equation 31] [0062] [Equation 32] [0063] 3. Metal / Internal fluid side heat transfer / flow characteristic model 3.1 Metal / Internal fluid side heat transfer characteristics (1) Metal temperature [0064] [Expression 33] [0065] (2) Heat transfer from metal to internal fluid and atmosphere [0066] [Equation 34] [0067] fs: Convective heat transfer between metal and internal fluid in two-phase flow
Achievement rate correction factor [0068] [Equation 35] [0069] [Equation 36] [0070] [Equation 37] [0071] (3) Internal fluid temperature and dryness [0072] [Equation 38] [0073] [Formula 39] [0074] [Formula 40] 3.2 Flow characteristics of internal fluid (1) Internal fluid pressure [0076] [Formula 41] [0077] [Equation 42] 4. Overall characteristic model in furnace (1) Air excess rate [0079] [Equation 43] [0080] [Equation 44] [0081] [Equation 45] [0082] [Equation 46] [0083] [Equation 47] [0084] Residual oxygen concentration (wt%) [0085] [Equation 48] (2) Furnace outlet combustion gas flow rate [0087] [Equation 49] [0088] [Equation 50] [0089] [Equation 51] (3) Influence coefficient by composition of combustion gas [0091] [Equation 52] [0092] [Equation 53] [0093] [Equation 54] [0094] [Equation 55] Next, the furnace outlet NOx prediction mode in FIG.
The Dell 4503 will be described. Operation with NOx at the furnace outlet
Since it is difficult to describe the relationship with quantity with a physical formula,
It is practical to use a statistical method such as a regression analysis method.
Next, regarding the configuration example of the prediction model by the multiple regression analysis method
explain. In the multiple regression analysis method, the explanatory variable is xi(I = 1 to 1
m), with the dependent variable as y [0096] [Equation 56] When the following functional relation is established, [0098] [Equation 57] The partial regression coefficient β0, Β1… Β
mIs a method of determining so that the deviation between y and Y is minimized.
It In the furnace outlet NOx model, it is possible to predict NOx for each stage.
Applying this method, the NOx predicted value for each stage is calculated as [0100] [Equation 58] [0101] [Equation 59] [0102] [Equation 60] [0103] Where x1~ Xm: Manipulated variable β01~ Βmi(I = 1 to 3):
Predicted by partial regression coefficient, the furnace outlet NOx [0104] [Equation 61] Where Fc,i: I-stage pulverized coal flow rate Predict by. A step for determining the partial regression coefficient of equations (58) to (60)
The NOx estimation function block 4 for each stage is used as the NOx data for each stage.
100-stage NOx estimated value of 14001~ 14003To
To use. [0107] In a model 4504 for predicting unburned content in ash at a furnace outlet
In the same way as above, the multiple regression analysis method
The predicted fuel content is [0108] [Equation 62] [0109] [Equation 63] [0110] [Equation 64] Where β ′01~ Β 'mi(I = 1 to 3): Partial regression coefficient The unburned content in the ash at the furnace outlet is calculated by the following formula [0112] [Equation 65] Predict by For determining the partial regression coefficient of the equations (7) ′ to (9) ′
The unburned content data for each stage is as follows:
NOx estimated value 1401 for each stage according to1~ 14
013To use. In the furnace outlet exhaust gas concentration prediction model 4505
In addition, CO, SO, dust concentration, etc. at the furnace outlet
Estimate exhaust gas concentration by multiple regression model as above
In this case, it is possible to estimate the concentration for each stage.
Since it is not possible to obtain
Is modeled by the relational expression (2) ′ to calculate the exhaust gas concentration
The partial regression coefficient is obtained using the measured values. Next, in the operation described in FIG. 8, FIG. 9 and FIG.
An example of the constraint condition check unit 4507 is shown below (note that
Here, since it is a single cylinder, the constraint conditions regarding exhaust gas are omitted.
It ). [0117] [Equation 66] [0118] [Equation 67] [0119] [Equation 68] [0120] [Equation 69] [0121] [Equation 70] Here, NOxFX: NOx concentration at furnace outlet UBCFX: Unburned content in ash at furnace exit NOxU: Upper limit of NOx concentration at furnace outlet NOxL: Lower limit of NOx concentration at furnace outlet UBCU: Upper limit value of unburned matter in ash at furnace exit Tg,FX: Furnace outlet gas temperature Tg,FXU: Lower limit of furnace outlet gas temperature Ugm,i: Water wall metal heat flux in region i Ugm,iU: Water wall metal heat flux upper limit of region i Ugm,SH: Radiation superheater metal heat flux in region i Ugm,SHU: Radiation superheater metal heat flux upper limit of region i The above equation (68) is installed when the temperature of the denitration unit inlet air is too low.
Prevents low temperature corrosion of installed metal parts, as it is easy to cause
The constraint conditions for the
It Also, equations (69) and (70) prevent metal burnout.
This is a requirement. On the other hand, when determining the optimum manipulated variable,
Examples of constraints imposed on trial operation 1602 described in FIGS.
Is shown below. [0124] [Equation 71] [0125] [Equation 72] [0126] [Equation 73] [0127] [Equation 74] [0128] [Equation 75] Where Fc,i: Flow rate of pulverized coal in area i Fpa,i: Primary air flow rate of 〃 Fsa,i: 〃 secondary air flow rate Fta,i: 〃 tertiary air flow rate Fc,iU: 〃 pulverized coal flow rate upper limit Fc,iL: 〃 lower limit value of 〃 Fpa,iU: Upper limit of primary air flow rate of 〃 Fpa,iL: 〃 lower limit value of Fsa,iU: Upper limit of secondary air flow rate of 〃 Fsa,iL: 〃 lower limit value of Fta,iU: Upper limit of tertiary air flow rate of 〃 Fta,iL: 〃 lower limit value of Next, the thermal efficiency of the thermal efficiency calculation unit 4508 shown in FIGS. 8 and 9
η is the total calorific value of the calorific value and heat input in all areas of the furnace
And the ratio of the amount of heat absorbed by the fluid inside this metal
Then, the calculation is performed using the following formula. [0130] [Equation 76] Here Qms,i: Heat transfer from water wall metal in region i to internal fluid Qms,SH: Heat transfer from radiant superheater metal to internal fluid Qf,i: Due to combustion of pulverized coal and ignition oil fuel
Amount of heat generated Qc,i: Heat quantity of pulverized coal in area i Ql,i: Heat capacity of ignition oil of 〃 Qpa,i: Heat capacity of primary air in 〃 Qsa,i: Heat capacity of secondary air possession of 〃 Ata,i: Heat capacity of tertiary air In addition, as a way of thinking about thermal efficiency,
Total amount of heat and heat input and heat absorbed by this metal
When defined as the ratio of quantities, it becomes as shown in equation (77). [0132] [Equation 77] Here, Qc,gm,i: Pair of combustion gas in region i to water wall metal
Flow heat transfer (kJ / s) Qe,gm,in: From the combustion gas in region i to the entire region (water wall and
Radiant superheater) Radiant heat transfer to metal (kJ / s) Qc,gm,SH: Radiant superheater metal from combustion gas in region i
Heat transfer to the convection (kJ / s) Next, in the calculation application unit of the optimum operation amount in the flow of FIG.
An example of the calculation method will be shown. FIG. 12 is a block diagram showing one method of nonlinear programming.
Algorithm to determine the optimum manipulated variable using the simplex method
Is a flow. This algorithm
Is expressed by Eq. (11) under the constraints of Eqs. (66) to (75) above.
This is to search for the manipulated variable that maximizes the indicated thermal efficiency η.
It Hereinafter, this algorithm will be described with reference to FIG.
I do. Step 1: Formation of initial simplex The initial trial points X (1, i) (i = 10 to 22) are (71) to (7
Assuming that all the constraints in equation (5) are satisfied, the operation vector
In the 13-dimensional space spanned by X, K angle (K =
However, K is generally about twice the order of the operation vector.
Form a polygon (this is called simplex)
And make this the initial simplex. How to form this
As a method, one point is the initial trial point X (1, i), and the remaining
(K-1) points are uniform random numbers rjusing (j = 2 to K)
Determined by the following formula. [0136] [Equation 78] However, 0 ≦ rj ≦ 1, and XiminAnd X
imaxIs the lower and upper limits of the manipulated variables shown in Eqs. (71) to (75).
is there. X (j, i) thus determined is (71)-
Although the constraint condition of Eq. (75) is satisfied, the constraint condition of Eqs. (66) to (70) is satisfied.
The matter is not always satisfied. If so, then
The trial point and the center of gravity of the trial point toward the center of gravity of the already determined point
Move to the midpoint of. In this way, ultimately everything
Determine the point. Step 2: Calculation of thermal efficiency The manipulated variable X (j, i) obtained in step 1 (i = 10 to 2)
2, j = 1 to K) at each point of the simplex
On the other hand, the thermal efficiency is calculated using equation (11). Step 3: Calculation of center of gravity Among the points of the simplex, the point with the lowest thermal efficiency
Defined by (K-1) points excluding
Center of gravity XGiAsk for. The lowest efficiency point is now j = 1
And XGiIs expressed by the following equation. [0141] [Equation 79] The distance ΔX from the lowest efficiency point to the center of gravity
GiIs expressed by the following equation. [0143] [Equation 80] Step 4: Determination of new trial point From the lowest thermal efficiency point to the direction of the center of gravity,
And the distance between them is ΔXGiΑiDoubled from the center of gravity
Let the point be a new trial point, and let this be X (K + 1, i), [0145] [Equation 81] It is represented by αiThe value of is 1.3
Experientially good. New trial point is a constraint on the amount of operation
Cases (71) to (75) that infringe (7 in the figure1) Is the trial point
Due to constraints (7 in the figure)2). Step 5: Confirm constraint conditions The new trial point violates the operational constraints of Eqs. (66) to (70).
If so, all information about trial point X (K + 1, i)
Invalidate and return to the previous step 4 to determine a new trial point. That
Pipe αi/ 2 is newly αiSave it and return to step 4. Step 6: Calculation of thermal efficiency The efficiency η (K + 1) corresponding to the new trial point X (K + 1, i) is (1
Calculate using formula 4). Step 7: Determination of reaching the highest point of thermal efficiency Corresponds to the new trial points and the points that make up the original simplex.
The highest and lowest values of the thermal efficiencymaxOver
And ηminAnd the specified value is εηThe highest efficiency
Whether or not it has arrived is determined according to the following equation. [0150] [Equation 82] If the highest point is reached, do not proceed to step 9
If so, go to step 8. Step 8: Formation of new simplex The lowest of the points that make up the original simplex
It was done by excluding the operating points that show efficiency and adding new trial points.
Form a new simplex from K points and go to step 3
Return. Step 9: Determination of optimum manipulated variable Optimal when it is determined in step 7 that the maximum efficiency point has been reached
Efficiency ηmaxThe operation amount corresponding to is the optimum operation amount. FIG. 13 shows the optimum manipulated variable search algorithm.
Another embodiment will be described. Regarding this embodiment, first, referring to FIG.
Explain. Step 1 It is judged whether the search is the first time.
The amount of fuel in each area is maintained as it is and the process proceeds to step 3
If so, proceed to step 2. Step2 The distribution of fuel quantity in each region is within the range that satisfies the constraint condition shown in Eq. (6).
Change within the circle. However, the total fuel amount is the fuel amount
To be Step3 The amount of air in each region must be within the range that satisfies the constraint conditions shown in Eqs. (71) to (75).
Change in the predetermined steps in the
The constraint conditions (66) to (70) are satisfied and the thermal efficiency shown in (76) is
Search for the value that maximizes the thermal efficiency value and the amount of fuel and air
Remember. Step4 The operation to change the distribution of the fuel amount is performed over the entire range of the constraint condition of Eq. (6).
If not completed, return to step 1 and search in all areas
When is completed, proceed to step 5. Step 5 of the data of thermal efficiency, fuel quantity, and air quantity stored in step 3
The fuel amount and air amount of the group with the highest thermal efficiency
Use the optimum amount of operation. FIG. 14 and FIG. 15 show the steps 3 of FIG.
It shows an example of the Gorythm. This example is shown in FIG.
The burner stage and NO port air ratio are parameters as shown in
Assuming three combustion modes as
Shown are normal combustion, two-stage combustion, denitration combustion, NOx concentration
Shown in ascending order are denitration combustion, two-stage combustion, and normal combustion.
Paying attention to the above, the air ratio is changed from the current combustion mode as the starting point.
NOx concentration at the furnace outlet by trial operation using a method suitable for each mode
Best combustion efficiency under other operational constraints
It is something to adjust to such a value. Below, follow the instructions in Figure 14.
The processing contents of will be described. In step 1 of FIGS. 14 and 15, the current fire
NOx concentration at furnace outletNO XFX Is the upper limit NOxUBeyond
If this is the case, decrease the NOx concentration and decrease the combustion efficiency.
If the process does not exceed the upper limit, branch to the process after step 2
Is the current value and lower limit NOx in step 22LAnd compare the lower limit
If it is less than the value, increase NOx concentration and increase combustion efficiency.
Then, the process proceeds to step 23 and subsequent steps in the following direction. NOx concentration is high
If neither of the lower limits is exceeded, the manipulated variable remains unchanged.
Hold and end the process. Below, the current NOx concentration is the upper limit
Value NOxUExplain the case when the value exceeds. In step 2, the current combustion mode is described above.
Determine which of the three belong and based on the determination result
And branch to the corresponding processing step. First, normal combustion mode
The case will be described below. Step 3, 4, 5 Without changing the burner air ratio for each stage,
The NOx reduction amount for each burner stage is controlled by changing the ratio.
Control, including NOx concentration NOx concentration at furnace outlet
Check whether the usage restrictions are satisfied
If not satisfied, repeat steps 3-5.
Return, and if satisfied, move to step 6. Steps 6, 7 and 8 Calculates the thermal efficiency η and stores the value and the manipulated value at that time
I do. And over the entire range of the ratio of the amount of tertiary air to the amount of secondary air
If the trial operation is not completed, repeat steps 3 to 7.
To return, go to step3, and when finished, move to step8, st
Largest thermal efficiency calculated by processing up to ep7
Value η (1, max) and manipulated variable u at that time1Remember step 9
Move on to. Steps 9, 10, 11 The burner air ratio of each stage is the same ratio with the furnace air amount being constant.
Rate and decrease after-air at the same time
Check if the constraint conditions are satisfied and satisfy
If not, repeat steps 9 to 11 and be satisfied
If so, go to step 12. Step 12, 13, 14 Calculates the thermal efficiency η and stores the value and the manipulated value at that time
I do. The trial operation over the entire burner air ratio range was completed.
If not completed, st to repeat the processing from step 9 to step 13.
Move to ep9, move to step14 when finished, until step13
The largest value η (2, ma
x) and the manipulated variable u at that time2Memorize and move to step 15
It Steps 15, 16 and 17 The air ratio of the M burner stage shown in FIG.
The air ratio of the stage is reduced to meet the operational constraints.
Check if there is a st
Repeat the processing of ep15 to 17, and if satisfied, st
Move to ep18. step18,19,20 Calculates the thermal efficiency η and stores the value and the manipulated value at that time
I do. And the trial operation over the entire range of burner air ratio
If it is not completed, repeat steps 15 to 19
Go to step15, and if finished, move to step20, step1
Largest value of thermal efficiency calculated by processing up to 9
η (3, max) and manipulated variable u at that time3Memorize
Move to 21. Step21 Maximum thermal efficiency η obtained in steps 8, 14 and 20 above
For the largest of (1, max) to η (3, max)
The operation amount is the optimum operation amount. In step 2, the current mode is two-stage combustion.
If judged, the range from the two-stage combustion to the denitration combustion mode
Search for the optimum manipulated variable in steps 9 to 21.
It On the other hand, in the case of denitration combustion, in denitration combustion mode
Optimum in the procedure of step 15 to step 21 by trial operation of air ratio
Calculate the manipulated variable. As described above, when the current NOx concentration exceeds the upper limit value,
The lower limit value NOxLIs below
The case will be described. At step 23, the combustion mode is determined,
It branches to each process based on the judgment result, but first, denitration combustion
The case of the mode will be described. Steps 24, 25, 26 Increase the air ratio of P burner and decrease the air ratio of M burner
Perform trial operation while keeping the air ratio of the entire burner constant.
Check whether the operational constraints are satisfied.
If you are not satisfied, go to steps 24-26.
Repeatedly, if satisfied, move to step 27. Steps 27, 28, 29 Calculates the thermal efficiency η and stores the value and the manipulated value at that time
I do. The burner air ratio is the same in the P stage and the M stage (2
Repeat steps 24 to 28 until the step combustion mode is reached, etc.
When it becomes low, move to step 29 and calculate up to step 28
Maximum thermal efficiency η (1 ', max) and at that time
Point operation amount u1′ Is obtained and the process proceeds to step 30. Step 30, 31, 32 While increasing the air ratio of each stage burner by the same ratio,
When tare is reduced and operational constraints are met
Then move to step 33. Step 33, 34, 35 Calculates the thermal efficiency η and stores the value and the manipulated value at that time
I do. And the after air becomes 0 (normal combustion mode)
Repeat steps 30 to 34 until it reaches 0, and when it reaches 0, st
Maximum thermal efficiency calculated up to ep34 η (2 ', m
ax) and the manipulated variable u at that time2Ask for ′ and remember them
Then, move to step 36. Steps 36 to 41 Change the ratio of the amount of tertiary air to the amount of secondary air for each stage to improve the thermal effect.
Maximum value η (3 ′, max) of the rate and the manipulated variable u at that time3
Is stored, and the process proceeds to step 42. Step42 η (1 ′, max) 〜η obtained in steps 29, 35, 41
Determine the maximum value of (3 ', max) and the manipulated variable at that time
And set this as the optimum operation amount. As described above, in the explanation of FIG. 10 to FIG.
Whether the result of the operation satisfies the operational constraints
As mentioned above, when deciding whether or not to do so, as shown in FIG.
, Stage-wise NOx prediction model, stage-wise unburned component prediction model, fire
For trial operation using the furnace outlet exhaust gas concentration prediction model
How to predict response and diagram9Use a prediction model as shown in
Directly plan trial operation amountToIn addition to
There is a method of using a response. Next, the combustion gas temperature estimation function block 44
00 will be described. As shown in FIG. 17, shown in FIG.
Image guide IG with the same structure as
Installed near the center of the side surface of each stage, to set the combustion gas brightness of each stage.
It leads to the optical branch pipe LDV via the image fiber IF,
Here, the light is split and monochromatic filters with different wavelengths are used.
FL1, FL2Via the imaging device ITV1, ITV2Lead to
Ku. In the image pickup device, the luminance information after passing through these filters is
Convert to video signal and convert each to analog-digital
Bowl A / D1, A / D2Converted into digital data by
After that, each frame memory FM1, FM22D brightness
Store as light image data. Next, the brightness ratio calculator IRC
Calculate the luminance ratio of corresponding pixels of both image data with
It Two-dimensional image by two-color pyrometer method using this brightness ratio
The temperature of the point corresponding to each pixel of and the average value of the entire screen
The calculation is performed by the calculation unit TC. The calculation method is as follows
explain. First, the two-color pyrometer method will be described. FIG.
Single color filter FL in 71, FL2Each wavelength
Λ1(Cm), λ2(Cm) obtained through each filter
The two-dimensional digital brightness grayscale image1(I, J),
I2(I, J) (brightness level is, for example, 0 to 25)
5. Here, (i, j) is the pixel (x,
y) Indicates the coordinates, and indicates the number of horizontal and vertical constituent pixels of the image.
If M and N respectively, i = 0 to (M-1), j = 0 to
(N-1). ), Then the image
The temperature T (i, j) at the mark (i, j) and the brightness of each of the above
The relationship with the frequency data can be expressed by equations (83) and (84).
Wear. [0180] [Equation 83] [0181] [Equation 84] Here ε: Radioactivity T: Temperature (° K) C1: 3.7403 × 10-Fiveerg cm2/ S C21.4387 cm · ° K λ1, Λ2: Wavelength (cm) Taking the ratio of Eqs. (83) and (84) and rearranging yields Eq. (85).
It [0183] [Equation 85] Here [0185] [Equation 86] [0186] [Equation 87] In the brightness ratio calculation unit IRC of FIG.
Degree ratio I1(I, j) / I2(I, j) is calculated and the result is
In the temperature calculation unit TC, the coordinates are calculated based on equations (85) to (87).
(I, j) Calculate the temperature at each point. Average temperature TavIs calculated by the following equation. [0189] [Equation 88] Using the above equation (88), the combustion gas temperature in each region
Can be estimated. Next, the optimum manipulated variable determination shown in FIGS.
In the furnace heat transfer model 4506 of the constant algorithm,
Combustion ratio k shown in equation (1)jiIs the combustion of regions i and j
It has a strong correlation with temperature, and their relationship is
It can be expressed as the number f. [0192] [Equation 89] Here, Tj: Average combustion temperature in region j Ti: Average combustion temperature in region i As a simple example of equation (89), there is a multiple regression equation such as
It is effective. [0194] [Equation 90] Here, b0~ B3: Partial regression coefficient By the way, the above combustion temperature is
For areas other than the flame temperature and burner stage, the combustion gas
The burner flame temperature is a special application if it is considered to be equivalent to the
Including the burner flame image extraction described in Sho-59-118298
The two-color thermometer method and the combustion gas temperature are the same as those shown in FIG.
It can be estimated by the two-color pyrometer method shown in equation (8). Since
Summarizing above, the combustion ratio is calculated by adding the trial operation to the plant.
Burner flame information and combustion gas brightness information
Can be estimated based on. But shown in Figure 8
In the case of the optimal manipulated variable determination algorithm,
The plant response to the
The model for predicting flame temperature and combustion gas temperature
It is necessary instead of the two-color pyrometer method. As this prediction method
Combustion temperature, flame temperature, combustion gas temperature
Corresponding display is updated and placed by learning the operation results at all times.
It is practical to use this correspondence table whenever necessary.
Target. [0196] [Modifications / Applications of the Invention and Their Effects] FIG. 18 shows a modification of FIG. 9 for the trial operation 1602.
Measures actual response results of combustion gas temperature and can wall metal temperature
Then, using those values, the furnace heat transfer model 4506
It is configured to calculate thermal efficiency and is a furnace heat transfer model.
Model for calculation of combustion gas temperature and water wall metal temperature of 4506
Is unnecessary and the model can be simplified. Combustion diagnosis function block 4 for each stage shown in FIG.
Japanese Patent Application No. Sho 59-184657 for 300
If adopted, the trial operation 1602 in FIG.
Add a function to predict the flame area to
If the combustion stability is judged to be abnormal and it is judged to be abnormal,
The trial operation can be configured to be invalid and invalid, and diagnostic
When Japanese Patent Application No. 59-174998 is adopted as the method,
Predict flame shape for trial operation 1602 in 8
Function to diagnose combustion stability against the predicted value.
If it is determined to be abnormal, the trial operation is unsuitable.
Can be configured to disable combustion to the boiler.
Preventing any disturbance that may cause instability
Can be. [0198] According to the present invention, the fuel supplied to the furnace
Of the furnace for changes in the quantity and properties of the
Operational restrictions such as NOx concentration at the outlet and unburned ash content
Stable and maximize boiler thermal efficiency under certain conditions
it can.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を石炭火力プラントに適用した実施例の
全体構成図である。 【図2】石炭火力プラントの概略図である。 【図3】石炭火力プラントの従来の制御系統図である。 【図4】微粉炭ボイラの火炉モデル例である。 【図5】バーナ構造図である。 【図6】火炎画像計測機能ブロックの説明図である。 【図7】段毎NOx推定機能ブロックの説明図である。 【図8】段毎燃料・空気配分計算機能である。 【図9】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックの他の実
施例である。 【図10】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックの動作
説明例である。 【図11】火炉伝熱モデルの説明図である。 【図12】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックにおけ
る最適操作量決定アルゴリズムの実施例である。 【図13】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックにおけ
る最適操作量決定アルゴリズムの他の実施例である。 【図14】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックにおけ
る最適操作量決定アルゴリズムの他の実施例である。 【図15】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックにおけ
る最適操作量決定アルゴリズムの他の実施例である。 【図16】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックにおけ
る最適操作量決定アルゴリズムの他の実施例である。 【図17】燃焼ガスの温度の推定方法の説明図である。 【図18】段毎燃料・空気配分計算機能ブロックの他の
実施例である。 【符号の説明】 4000…火炎画像計測機能ブロック、4100…段毎
NOx推定機能ブロック、4200…段毎灰中未燃分推
定機能ブロック、4300…段毎燃焼安定性評価機能ブ
ロック、4400…燃焼ガス温度推定機能ブロック、4
500…段毎燃料・空気配分計算機能ブロック。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a coal-fired plant. FIG. 2 is a schematic view of a coal-fired power plant. FIG. 3 is a conventional control system diagram of a coal-fired power plant. FIG. 4 is an example of a furnace model of a pulverized coal boiler. FIG. 5 is a burner structure diagram. FIG. 6 is an explanatory diagram of a flame image measurement function block. FIG. 7 is an explanatory diagram of a NOx estimation function block for each stage. FIG. 8 is a fuel / air distribution calculation function for each stage. FIG. 9 is another embodiment of the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 10 is an operation explanation example of a fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 11 is an explanatory diagram of a furnace heat transfer model. FIG. 12 is an embodiment of an optimum manipulated variable determination algorithm in the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 13 is another embodiment of the optimum manipulated variable determination algorithm in the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 14 is another embodiment of the optimum manipulated variable determination algorithm in the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 15 is another embodiment of the optimum manipulated variable determination algorithm in the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 16 is another embodiment of the optimum manipulated variable determination algorithm in the fuel / air distribution calculation function block for each stage. FIG. 17 is an explanatory diagram of a method for estimating the temperature of combustion gas. FIG. 18 is another embodiment of the fuel / air distribution calculation function block for each stage. [Explanation of reference numerals] 4000 ... Flame image measurement function block, 4100 ... Stage NOx estimation function block, 4200 ... Stage ash unburnt content estimation function block, 4300 ... Stage combustion stability evaluation function block, 4400 ... Combustion gas Temperature estimation function block, 4
500 ... Fuel / air distribution calculation function block for each stage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 善弘 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社 日立製作所 大みか工場内 (72)発明者 栗原 伸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 西川 光世 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 佐藤 美雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 渡部 篤美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yoshihiro Shimada             5-2-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Ceremony company Hitachi Ltd. Omika factory (72) Inventor Nobuo Kurihara             4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Mitsuyo Nishikawa             4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Yoshio Sato             4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Atsumi Watanabe             4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Hitachi Research Laboratory

Claims (1)

【特許請求の範囲】1. ボイラ火炉口における灰中未燃分が、所定の条件を
満足するように、少なくとも1つ以上のボイラ燃焼領域
における燃料及び空気の操作量を調整する燃焼制御方法
において、 (a)前記燃料及び空気の試行操作量を設定し、 (b)該設定された試行操作量と予め用意したモデルと
に基づいて前記ボイラ火炉口における灰中未燃分を推定
し、 (c)該推定された灰中未燃分が、所定の条件を満足す
るように前記試行操作量を補正し、 (d)前記所定の条件を満足したときの試行操作量に基
づいてボイラ熱効率を求め、 (e)該求められたボイラ熱効率が最大となるように、
前記試行操作量を補正した最適操作量を求め、 (f)該最適操作量を実際にボイラを運転するための燃
料及び空気の操作量としてボイラの燃焼を制御すること
を特徴とする燃焼制御方法。 2.ボイラ火炉出口におけるNOxが制約条件を満足す
るように少なくとも1つ以上のボイラの燃焼領域におけ
る燃料及び空気の操作量を調整する燃焼制御方法におい
て、実操作量によるボイラ運転に先立って、燃焼安定性
を評価し、燃焼状態が所定の条件を満たしている場合
に、燃料及び空気の試行操作量を設定し、該設定された
試行操作量を用いて、予め用意したモデルにより火炉出
口NOx又は火炉出口灰中未燃焼分を評価し、火炉出口
灰中未燃分が所定の制約条件を満たし、かつ、その条件
下で算出されるボイラ熱効率が最も大きくなる試行操作
量を演算により求め、該試行操作量をもってボイラ運転
の実操作量とすることを特徴とする燃焼制御方法。 3.特許請求の範囲第1項又は第2項において、火炉出
口灰中未燃分を予測する火炉出口灰中未燃分予測モデル
を、火炎画像に基づいて推定した火炉出口灰中未燃分推
定値と試行操作量とを用いて修正することを特徴とする
燃焼制御方法。 4.特許請求の範囲第3項において、火炉出口灰中未燃
分推定値をバーナ火炎の高輝度領域として定義した酸化
炎の重心刊置,バーナ軸を境界として相異する領域に形
成される酸化炎の重心間距離,該酸化炎の形,バーナ1
次空気量の4つの内の少なくとも1つを用いた推定モデ
ルにより推定することを特徴とする燃焼制御方法。 5.特許請求の範囲第2項において、燃焼安定性評価を
バーナ火炎面積と該火炎中の高輝度領域の面積との比に
基づいて評価することを特徴とする燃焼制御方法。 6.特許請求の範囲第2項において、燃焼安定性評価を
バーナ火炎の高輝度領域として定義した酸化炎の重心位
置,バーナ中心軸を境界として相異する領域に形成され
る酸化炎の重心間距離,酸化炎の厚み,酸化炎の平均輝
度、上記パラメータの時間的ゆらぎの少なくとも1つを
用いて評価することを特徴とする燃焼制御方法。 7.特許請求の範囲第1項又は第2項において、ボイラ
熱効率最高点判定を燃料及び空気量を操作量とし、火炉
内の燃焼ガス温度,伝熱管メタル温度,伝熱管メタル内
部流体温度を推定する火炉伝熱モデルを用いてボイラ熱
効率を計算することを特徴とする燃焼制御装置方法。 8.特許請求の範囲第7項において、火炉伝熱モデルを
燃焼ガス温度推定値,水壁メタル温度計測値,水壁出口
内部体温度と該モデルの計算値との差に基づいて修正す
ることを特徴とする燃焼制御方法。 9.特許請求の範囲第8項において、燃焼ガス温度の推
定値栓燃焼ガスの輝度情報を基づいて計算することを特
徴とする燃焼制御方法。 10.特許請求の範囲第7項において、ボイラ熱効率を
火炉への入熱量と燃焼による発熱量との総和に対する伝
熱管メタルへの熱吸収の比率として計算するよう構成し
たことを特徴とする燃焼制御方法。 11.特許請求の範囲第7項において、ボイラ熱効率を
火炉への入熱量と燃焼による発熱量との総和に対する伝
熱管メタルへの熱吸収の比率として計算するよう構成し
たことを特徴とする燃焼制御方法。 12.特許請求の範囲第7項において、火炉伝熱モデル
を、火炉に投入された燃料が燃焼する割合を火炎画像情
報に基づいて推定した火炎温度の関数として計算するこ
とを特徴とする燃焼制御方法。 13.特許請求の範囲第1項又は第2項において、ボイ
ラ熱効率を火炉内の燃焼ガス温度、該当管メタル温度か
ら伝熱管メタル内部流体温度を推定する火炉伝熱モデル
と該モデルの計算結果と燃料及び空気量とに基づいて計
算することを特徴とする燃焼制御方法。 14.特許請求の範囲第13項において、燃焼ガス温度
を燃焼ガスの輝度に基づいて推定することを特徴とする
燃焼制御方法。
[Claims] 1. In a combustion control method for adjusting the manipulated variables of fuel and air in at least one or more boiler combustion areas so that the unburned ash content in the boiler furnace throat satisfies a predetermined condition, (a) the fuel and air (B) estimating unburned ash content in the boiler furnace throat based on the set trial operation amount and a model prepared in advance, and (c) estimating the ash content in the ash. The trial operation amount is corrected so that the unburned content satisfies a predetermined condition, and (d) the boiler thermal efficiency is calculated based on the trial operation amount when the predetermined condition is satisfied, and (e) the calculated value. In order to maximize the boiler thermal efficiency,
A combustion control method is characterized in that an optimum manipulated variable is obtained by correcting the trial manipulated variable, and (f) combustion of the boiler is controlled by using the optimum manipulated variable as a manipulated variable of fuel and air for actually operating the boiler. . 2. In a combustion control method for adjusting the manipulated variables of fuel and air in the combustion region of at least one or more boilers so that NOx at the boiler furnace outlet satisfies a constraint condition, combustion stability prior to boiler operation with actual manipulated variables When the combustion state satisfies a predetermined condition, a trial manipulated variable of fuel and air is set, and the set trial manipulated variable is used to prepare a furnace outlet NOx or a furnace outlet according to a model prepared in advance. Evaluate the unburned content in ash, the unburned ash content in the furnace outlet ash satisfies the predetermined constraint condition, and the trial operation amount that maximizes the boiler thermal efficiency calculated under that condition is calculated, and the trial operation amount is calculated. A combustion control method, wherein the amount is used as an actual operation amount for boiler operation. 3. In Claim 1 or 2, the uncombusted content in the furnace ash is estimated based on the flame image, and the uncombusted content in the ash is estimated based on the flame image. And a trial manipulated variable for correction. 4. The center of gravity of the oxidative flame, in which the estimated value of unburnt content in the ash in the furnace outlet is defined as the high-luminance region of the burner flame in Claim 3, and the oxidative flame formed in different regions with the burner axis as a boundary. Center of gravity distance, shape of the oxidative flame, burner 1
A combustion control method characterized by estimating by an estimation model using at least one of the following four air amounts. 5. The combustion control method according to claim 2, wherein the combustion stability is evaluated based on the ratio of the burner flame area and the area of the high brightness region in the flame. 6. In claim 2, the combustion stability evaluation is defined as the center of gravity of the oxidative flame, which is defined as the high-luminance region of the burner flame, the distance between the centers of gravity of the oxidative flames formed in different regions with the burner central axis as a boundary, A combustion control method, characterized in that evaluation is performed using at least one of the thickness of an oxidizing flame, the average brightness of an oxidizing flame, and the temporal fluctuation of the above parameters. 7. A furnace for estimating combustion gas temperature, heat transfer tube metal temperature, heat transfer tube metal internal fluid temperature in a furnace, wherein the boiler thermal efficiency maximum point determination is fuel and air amount as manipulated variables, according to claim 1 or 2. A combustion control device method, characterized in that a boiler heat efficiency is calculated using a heat transfer model. 8. In Claim 7, the furnace heat transfer model is modified based on the combustion gas temperature estimated value, the water wall metal temperature measured value, the difference between the water wall outlet internal body temperature and the calculated value of the model. Combustion control method. 9. The combustion control method according to claim 8, wherein the estimated value of the combustion gas temperature is calculated based on the brightness information of the plug combustion gas. 10. The combustion control method according to claim 7, wherein the boiler thermal efficiency is calculated as a ratio of the heat absorption to the heat transfer tube metal with respect to the sum of the heat input to the furnace and the heat generation due to combustion. 11. The combustion control method according to claim 7, wherein the boiler thermal efficiency is calculated as a ratio of the heat absorption to the heat transfer tube metal with respect to the sum of the heat input to the furnace and the heat generation due to combustion. 12. The combustion control method according to claim 7, wherein the furnace heat transfer model is calculated as a function of the flame temperature estimated based on the flame image information for the rate at which the fuel injected into the furnace burns. 13. In Claim 1 or 2, the furnace heat transfer model for estimating the boiler heat efficiency from the combustion gas temperature in the furnace, the heat transfer tube metal internal fluid temperature from the corresponding tube metal temperature, the calculation result of the model and the fuel, A combustion control method characterized in that calculation is performed based on the amount of air. 14. The combustion control method according to claim 13, wherein the combustion gas temperature is estimated based on the brightness of the combustion gas.
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