JPS59137717A - 火力プラントの制御方法 - Google Patents

火力プラントの制御方法

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JPS59137717A
JPS59137717A JP58011251A JP1125183A JPS59137717A JP S59137717 A JPS59137717 A JP S59137717A JP 58011251 A JP58011251 A JP 58011251A JP 1125183 A JP1125183 A JP 1125183A JP S59137717 A JPS59137717 A JP S59137717A
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Akira Sugano
彰 菅野
Yoshiaki Iimura
飯村 嘉朗
Atsushi Esashi
厚 江刺
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/06Sampling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は火力発電プラントのボイラの燃焼系に係り、特
に、燃焼系の被制御対象量がこれに影響を及ぼす燃焼系
入力量に対して高速に追従する燃焼制御系に好適な火力
プラントの制御方法に関する。
〔従来技術〕
第1図は従来からの火力プラントのボイラの燃焼系の一
例を示した構成図である。燃料量制御信号11により給
炭器1から石炭が石炭ミル2に移送されここで粉末状と
なり配管3を通してボイラ4内に供給される。このボイ
ラ4は前記配管3からの燃料と同時に空気Aが配管5を
通して供給されている。ボイラ4内の燃料F1空気A1
再循猿ガスGRはバーナで燃焼し、その生成ガスGはボ
イラ出口の節炭器6を通り屋外に排出される。この生成
ガスGからは、屋外に排出される時、分析計7に、lガ
ス0212が検出される。このような従来の火力プラン
トのボイラの燃焼系では燃料Fと空気Aは、バーナの安
全燃焼を図るように互に協調がとられるように制御され
ているが、この制御は節炭器6の出口ガス02の検出値
12が規定値になるようにフィードバック制御によって
行われている。尚、配管5によシ供給される空気Aは、
空気量制御信号13によって開閉される弁8によりその
供給量が制御されている。
このような従来の燃焼系の制御系では、分析計7でのガ
ス02検出遅れT2は約1分であり、ガス02生成過程
の時定数T1に比較して長いという点が従来この種の制
御系の特徴である。
第2図は上記制御系に対する従来の制御方法を示した構
成図である。負荷指令2oにより決定された燃焼指令2
2と燃料流量実測値25の偏差から燃料量制御信号11
が求められると共に、燃焼指令22がら空気流量目標値
23が作成される。
一方ガス02設定値21と検出値12との偏差を比例積
分器24で比例積分演算した結果で前記の空気流量目標
値23を補正し、これと空気流量実測値26との偏差か
ら比例、積分動作によp空気流量制御信号13を与える
ものである。
このような従来の制御方法の問題点は、燃焼系の時定数
Tlと空気系の応答時定数T2とが異なることと制御対
象とするガス02値号が振動系(脈動する)であること
にある。即ち、分析計7に於けるガス02検出遅れT2
がガス02生成過程の時定数T!に比較して長い為、ガ
スo2値12を検出してこれに基づいて第2図に示した
如く空気流量制御信号13を作って空気流量を変化させ
実燃料Fと空気Aの協調をとるように制御しても、既に
その時はボイラ4内の燃焼状態はガス02値12を検出
した時点とかなり状態が違っている為、適切なフィード
バック制御を行うことが出来ないということである。又
、第3図に示すようにガス02検出値12が振動波形で
ある為、第2図の比例積分器240制御ゲインを低く抑
えてこの振動波形に対する応答度を抑制することによシ
、結果的に振動波形の影響を取シ除くようにしなければ
ならず、との゛為比例積分器24の応答度が悪くなυ、
負荷指令20の急激な変化に対しては空気流量の補正動
作が遅れて、ボイラ4内の燃焼状態が適正値から大きく
ずれてガス02値が大きく変動するという問題がある。
従って実際のプラントではバーナの燃焼状態から決まる
第3図に示したガス02制限値30に対して、上記変動
時の余裕分を持たせた第3図の符号31で示した運用が
余儀なくされ、第3図に示す燃焼効率が最も良い最適燃
焼ポイント32からかなりずれた運転が行われる結果、
火力プラントの効率の低下を招く原因となっていた。
上記のように被制御対象量がこれに影響を及ぼす外乱に
対して高速に追従する制御系に於いては、被制御対象量
の検出値の時間協調をとることが難しく、即ち、検出器
に検出応答遅れがある検出値をフィードバック信号とし
てフィードバック制御する現状制御方法では、負荷追従
性が悪く最適な制御を行うことが困難であるという欠点
があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の欠点を解消し、負荷追従性良く
燃料と空気の協調を図って常に安定な燃焼を得ることに
よシ高い燃焼効率を保持することが出来る火力プラント
制御方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、燃料を空気及び再循環ガスと共に取シ込んで
燃焼させる燃焼系を有する火力プラントのボイラに於い
て、燃焼ガスのガス02値に影響を与えるボイラ内に供
給される燃料量、空気量、再循環ガス量値を示す各デー
タを時系列的に蓄積する記憶手段と、前記記憶手段から
燃料量、空気量、再循環ガス量を取り込み、これらのデ
ータから燃焼によって生じるガス02値を推定するモデ
ルを備えた演算手段と、前記演算手段によシ推定された
ガス02値と実測ガス02値との誤差評価に基づいて前
記演算手段のモデルを修正するモデル修正演算手段等を
設け、まず、ボイラの燃焼ガス中の1時刻のガス02値
を実測し、このガス02値を有する燃焼が行われた真の
時刻の燃料量、空気量、再循環ガス量を前記記憶手段か
ら導出して、これを−前記演算手段に入力して1時刻に
於ける推定ガス02値を導出し、この推定ガス02値と
前記実測ガス02値との誤差評価を前記モデル修正演算
手段に入力して前記演算手段のモデルを修正し、このモ
デルに燃料量制御信号、空気量制御信号、再循環ガス制
御信号を入力して、現時点でのガス02予測値を得、こ
のガス02予測値をフィードバック信号として従来のフ
ィードバック制御系に与えて空気流量制御信号を得るこ
とにより、上記目的を達成するものである。
次に本発明の原理について第4図に従って説明する。プ
ラン)400からは被制御対象量(ガス02値)の予測
に寄与するプラントの各検出値(燃料量、空気量、再循
環ガス量)41と、主制御装置401の操作端制御信号
(燃料量制御信号、空気量制御信号、再循環ガス制御信
号)42とを予測モデル402に取り込み、この予測モ
デル402では前記検出値41、操作端制御信号42に
基づいて内蔵されている燃焼モデルにより被制御対象量
43を推定して主制御装置401に出力する。主制御装
置401ではこの被制御対象量43をフィードバック信
号として従来からのフィードバック制御を行う。
このように本発明の火力プラントの制御方法では、主制
御装置401は、予測モデル402により推定された被
制御対象量43を用いてプラント400の燃焼系の制御
を行う為、プラント400のボイラ入力量により高速に
変動する制御系にても負荷追従性の向上を実現すること
ができる。又、被制御対象量43が検出されるまでに長
時間装するものに対しても実測検出値との時間協調をと
ることを可能とし、この様な被制御対象についても適切
な予測値を算出して高効率な制御を可能としている。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を従来例と同部品は同符号を用い
て図面に従って説明する。第5図は本発明の火力プラン
トの制御方法の一実施例を示した構成図である。ガス0
2予測装置50には、燃料量制御信号11、空気量制御
信号13、再循環ガス制御信号14と、実測のガス02
値12、燃料流量値15、空気流量値16、再循環ガス
量値17とが入力されている。このガス0.予測装置5
0は現時点での推定ガス02値12をフィードバック制
御系に出力する。制御系では、負荷指令20により決定
された燃焼指令22から燃料量制御信号11を求めると
共に、燃焼指令2.2から空気流量目標値23を作成す
る。一方ガス02値の設定値51と前記ガス02予測装
置50からの推定ガス02値52との偏差を比例積分器
24により比例積分演算した結果で前記の空気流量目標
値(9) 23を補正し、これを位相補償回路53に通して位相補
償した後空気流量実測値との偏差から比例積分動作によ
り空気流量制御信号13を得ている。
このように本実施例では、従来例の実測ガス02値を使
用する代わシに、ガス02予測装置50からの推定ガス
02値52を用いている所にその特徴があると共に、燃
料系と空気系の応答時定数の相異を補償し時間協調を図
るための位相補償回路53を付加している肩にその特徴
がある。
第6図は第5図に示したガス02値予測装置の詳細例を
示した構成図である。プラント600から図示されない
分析計によυ検出された1時刻のガス03値12は、フ
ィルタ640によシノイズ除去され、ガス02検出値6
1となる。また、プラント600の図示されないボイラ
の中に供給される燃料流量15、空気流量16、再循環
ガス量17は記憶装置610に時系列的に蓄積される。
ここで、1時刻のガス01検出値61はプラント時定数
Tl及びガス02検出器の検出遅れ時間T、の和(Tl
+Ti )だけ遡った時刻りにおけ(10) る燃料流量、空気流量、再循環ガス流量に起因して発生
したものである。そこで、記憶装置610は、この時刻
りの燃料流量15h1空気流量16h、再循環ガス量1
7hを選択してボイラ燃焼モデル演算装置620にこれ
らのデータを出力する。ボイラ燃焼モデル演算装置62
0は、入力された前記データに基づいて時刻盈のガス0
2値62iを予測してこれを算出する。
ここで、ガス011値は下記式により導出される。
但し、FAはボイラ空気流量、FFは燃料流量、f(r
r)は理論空気流量、FGRFは再循環ガス流量、f(
)02)はモデル修正量(第6図のモデル修正量66に
同じ)を示している。
次に、ボイラ燃焼モデル演算装置620にて(1)式に
基づいて算出されfC1時刻の推定ガス02値62iは
フィルタ630を通してノイズが除去されて推定ガス0
2値63となシ、この推定値63と1時刻における実測
ガス02値61とは加算器(11) 650にて偏差がとられ、この偏差64け誤差評価装置
660に入力される。なお、推定ガス02値63と実測
ガス02値61とは時間協調がとられている点に注意さ
れたい。
前記推定値63と検出値61との偏差信号64は誤差評
価装置660にて誤差評価され、この結果である誤差評
価信号65はモデル修正演算装置670に入力される。
このモデル修正演算装置670では、前記誤差評価信号
65に基づいてモデルの修正量66を演算してこれをボ
イラ燃焼モデル演算装置620に出力する。ボイラ燃焼
モデル演算装置620では入力されるモデル修正量66
にて逐次演算の基礎となるボイラ燃焼モデルを修正して
モデルの適正化を図る。一方、燃料量制御信号11、空
気量制御信号13、再循環ガス制御信号14は流量変換
器680により流量ベースに変換され、燃料流量67、
空気流量68、再循環ガス流量69となってボイラ燃焼
モデル演算装置620に入力される。ボイラ燃焼モデル
620はこれらのデータから前記i時点よF) (、T
I +T2)(12) 時間先の適切な推定ガス02値52を出力する。
なおこの推定ガス02値52は振動波形中の真値を推定
している安定なものであり、実測値のガス02値と違っ
て振動は排除されている。
本実施例によれば、火力プラントのボイラ内の燃料と空
気量との協調を図るだめのフィードバック制御系に、ガ
ス02予測装置50が(1)式に基づいて演算した現時
点の推定ガス02値52をフィードバック信号として入
力し、これに基づいて最適な空気量制御信号13を得る
ため、ボイラ入力量によシ高遠に変動する燃焼系に対し
て負荷追従性良く最適な制御を行なう効果がある。また
、推定ガス02値52は安定しているため、比例積分器
24のゲインを上げることができ制御系の応答度を向上
させる効果があると共に、フィードバック信号の振動に
よる変動時の余裕分をとる必要がないため、常に最適燃
焼ポイントで燃焼系を制御することができ、火力プラン
トの効率を向上させる効果がある。
なお、本実施例に用いたガス02予測モデル演(13) 算装置はこの装置に内蔵されている数学的手法によって
作られるモデルを変えることにより火力プラントのガス
O!制御のみならず、火炉ドラフト制御、NOx制御、
カロリ変動による補正制御等の外乱に対し高速に応答す
る被制御量を有する制御系の各分野において適用するこ
とができ同様の効果を期待することができる。
〔発明の効果〕
以上記述した如く本発明の火力プラントの制御方法によ
れば、ガス02予測モデルにより演算推定した推定ガス
02値をフィードバック制御系のフィードバック信号と
することによシ、応答度良く燃料と空気の協調を図って
常に安定な燃焼を得ることによシ高い燃焼効率を保持す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の制御方法を適用した火力プラントのボイ
ラの燃焼系の一例を示す構成図、第2図は従来の火力プ
ラントの燃焼制御系統を示す構成図、第3図は従来の節
炭器の出口ガス0鵞値の時(14) 量変化を示す線図、第4図は本発明の原理を示す説明図
、第5図は本発明の火力プラントの燃焼方法を適用した
ボイラ燃焼制御系統の一実施例を示す構成図、第6図は
第5図に示したガス02予測モデル演算装置の詳細例を
示す構成図である。 50・・・ガス02予測装置、52・・・推定ガス02
値、600・・・プラント、610・・・記憶装置、6
20・・・ボイラ燃焼モデル演算装置、670・・・モ
デル修正(15) 芽 1 目 茅 2 目 123− 芽3 目 fr町 −

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、燃料を空気及び再循環ガスと共に取り込んで燃焼さ
    せる燃焼系を有し、この燃焼系の燃2児ガス中のガス0
    2値を被制御対象として負荷の変動に対し常に燃料と空
    気の協調を図るように燃焼系を制御する火力プラントに
    おいて、ガス02値に影響を与える燃料量、空気量、再
    循環ガス量等の各ボイラ入力データを時系列的に蓄積す
    る記憶手段と、前記記憶手段から所定時の各ボイラ入力
    データを取込みこれらデータから燃焼によって生じるガ
    ス0□値を推定するモデルを備えた演算手段と、前記演
    算手段により推定されたガス02値と実測ガス02値と
    の誤差評価に基づいて前記演算手段のモデルを修正する
    モデル修正演算手段とを具備し、先ず、ボイラの燃焼ガ
    ス中のある時刻のガス02値を実測し、このガス02値
    を有する燃焼が行われた真の時刻の燃料量、空気量、再
    循環ガス量を前記記憶手段から導出して、これを前記演
    算手段に入力して前記ある時刻における推定ガス02値
    を導出し、この推定ガス02値と前記実測ガス02値と
    の誤差評価を前記モデル修正演算手段に入力して前記演
    算手段のモデルを修正し、このモデルに燃料量制御信号
    、空気量制御信号、再循環ガス制御信号を入力して、現
    時点でのガス02予測値を得、このガス02予測値をフ
    ィードバック信号としてフィードバック制御系に与える
    ことにより空気流量を制御することを特徴とする火力プ
    ラントの制御方法。
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