JPS61168723A - 燃焼状態制御方法 - Google Patents

燃焼状態制御方法

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JPS61168723A
JPS61168723A JP906685A JP906685A JPS61168723A JP S61168723 A JPS61168723 A JP S61168723A JP 906685 A JP906685 A JP 906685A JP 906685 A JP906685 A JP 906685A JP S61168723 A JPS61168723 A JP S61168723A
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JP
Japan
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ash
ashes
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unburned content
content
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Pending
Application number
JP906685A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuyo Nishikawa
西川 光世
Nobuo Kurihara
伸夫 栗原
Yoshio Sato
佐藤 美雄
Atsumi Watabe
渡部 篤美
Toshihiko Azuma
東 敏彦
Hisanori Miyagaki
宮垣 久典
Atsushi Yokogawa
横川 篤
Yoshihiro Shimada
嶋田 善弘
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion

Landscapes

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

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、発電用ボイラの火炉での燃焼状態を制御する
方法に係り、特に灰中未燃分の低減が要求されるボイラ
に使用するのに好適な燃焼状態制御方法に関する。
〔発明の背景〕
従来は、火炉の灰中未燃分を定量的に評価してオンライ
ン制御する技術はなかった。この理由は、バーナ燃焼に
伴う灰中未燃分を的確に把握する技術がなかつ次ため、
燃料量や空気量を制御する指針がなく、負荷に対応し九
燃料量および空気量になるように制御されていたに過ぎ
ない。この九め、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、灰中未燃分の実時間監視は
できことから、ボイラ運転中にその量を知ることができ
なかった。
第2図は、本発明の適用対象の一つである微粉炭焚き火
力プラントの概略図を示す。本図を用いて微粉炭焚き火
力プラントの概要を説明する。まず、ボイラ1で燃焼す
るための石炭に、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
砕された後バーす6へ送られる。燃焼用空気は、押込通
風機8によシ空気予熱器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1
0で1次空気の温度が制御される仕組になっている。さ
らに、燃焼に必要な合計空気量はダンパ7で、微粉炭搬
送に必要な空気量にダンパ11でそれぞれ制御される。
一方、給水系13によシ加圧された給水は、ボイラ1で
過熱蒸気と°なり1、を蒸気管14を経てタービン15
.16へ送られ・る。タービン15,16t−j、過熱
蒸気の断熱膨張によシ回転し、発電機17によって発電
する。又、ボイ、う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。
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
滑九運転するためには、各バルブ、ダンパ、モータを適
切に制御する必要がある。t43図は、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t
oooh、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3000となる。
このボイラ入力デマンド信号30011、給水流量12
00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の償ブロック200へ導かれたボイラ
入力デマンド信号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3101j、合計石
炭燃料流量1201の設定値として燃料流量制御系50
0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O1過剰本が所定値に
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600tl、合計空気流[12
G2がこのデマンド信号に等しくなるようにダンパ7を
制御スる。
以上が石炭火カプラント自、勅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する。
このような従来システムには、次に示す問題がある。即
ち、検出した灰中未燃分をフィードバックした燃焼制御
になっていないため、燃料の性状の変化(炭種が異なる
場合、同炭種でもバラツキが大有い場合、油種の配分が
異なる場合)、供給量が変化すると灰中未燃分も変化し
所定の燃焼効率を維持することができなくなるなどの問
題がある(なおこの種の関連公知例としては例えば特開
昭55−131623号、特開昭56−100224号
などがある)。
〔発明の目的〕
本発明の目的は各バーナ段で推定した灰中未燃分を用い
て火炉出口における灰中未燃分を推定することにより、
灰中未燃分を低減するよう操作量(空気及び燃料供給量
)を制御する燃焼状態制御方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に、火炎情報とバーナ単体の灰中未燃分量と相関
関係があることに着目し、その相関関係から各バーナ段
別の灰中未燃分を推定し、さらにこれに基づいて火炉出
口の灰中未燃分を推定し火炉出口の灰中未燃分を低減す
るように段間の灰中〔発明の実施例〕 微粉炭焚きボイラでは、油焚きの場合と比べて燃焼温度
が低く燃焼速度が遅いことから、バーナ着火性が悪くな
シ排ガス中の灰中未燃分が急増する傾向がある。しかし
、ボイラ運転中の燃焼状態を定電評価する計測技術及び
解析技術がないことから、従来は排ガス中の灰中未燃分
を検出し長時間を要して分析するしかなかった。
以下に微粉炭焚きボイラに適用した本発明の実施例につ
いて説明する(第2図に微粉炭焚き火力プラントを示す
)。本発明の一実施例を第1図に示す。第1図において
、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)バーナ毎の灰中未燃分推定機能ブロック(400
0)(2)段毎灰中未燃分推定機能ブロック(4100
)(3)火炉出口灰中未燃分推定機能ブロック(430
0)(4)空気投入量配分1幾能ブロツク(4400)
第3図を用いて本実施例の概要を説明する。バーナ毎の
火炎情報に基づいて灰中未燃分推定指標を推定指標(I
υWA:ccを演算ブロック5000で演算する。
I tree n I vmc=k 書xl−” L−
’ ・L ’として表わされる。
ここでXl :バーナ燃焼フレーム酸化炎のバーナ先端
からの位置(dZ/dB) X、:酸化炎間距離(dX/dB) Xs’:を天空気量(A、) である。バーナー出口と酸化炎の説明図を第5図面に示
す。
演算した推定指標値5001をバーナ毎の灰中未燃分推
定機能ブロック4000に入力し、バーナ単体での灰中
未燃分を演算してその推定量1400を段毎灰中未燃分
推定機能ブーツク4100に送る。
段毎灰中未燃分推定機能ブロック4100でに、バーナ
単体での灰中未燃分推定111400を用いて各領域に
おける灰中未燃分を推定する。次に、各領域での灰中未
燃分推定量1500と各領域への燃料投入量を用いて火
炉出口における灰中未燃分推定分抽定量1502を運転
員への目安として表示すると共に空気投入量配分機能ブ
ロック4400に入力し、各領域への投入空気量の配分
比を決定する。
空気量配分ブロック800は、空気量配分デマンド33
10に対応してそのダンパ開度を調節し、ダンパの出力
を空気量操作量3311とする。以下、本発明の機能ブ
ロックの詳細につき、第4図に示す微粉炭焚きボイラの
火炉モデルを対象にした場合について説明する。
段毎灰中未燃分推定機能ブロック4100では、i段(
第4図ではi = 1〜3)のバーナ出口灰中未燃分:
UBC息。1を、 TJBC’m Nm=ko   k+”I’trmc 
       ・−−−−・(1)ここで、ko :石
炭の燃料比、窒素含有率、0、含有率などの特性パラメ
ー タによって決まる炭種に依存し た定数 I’o@c : i段目(領域i)の灰中未燃分推定指
標 (1)式において、I′υ1cは火炎特徴抽出法を用い
てバーナ毎の灰中未燃分推定機能ブロック4000で求
める。次に、i段の灰中未燃分推定量UBC’ l L
 I Try、上述のバーナ単体での灰中未燃分: (
IBC’swm 、バーナ平均空気比λl)1mの関数
モデルを用いて推定する。
−に自′。λmail TJBC’s L m=UBc ’m*m・ (1−k
I′ ee          )・・・・・・(2) ここで、 λ%N% ” (λSat+λsF’s+λ5Fa)/
 (Fs+Fw+Fs >kt’1 kl’ aバーナ
構造等によって決まる定数 次に、火炉出口灰中未燃分推定機能ブロック4300で
は、(2)式で求めた各段毎灰中未燃分推定量: UB
C’ILI (i=1〜3)を用いて次式によシ火炉出
口における灰中未燃分: UBCovtを推定する。
最終領域(本例でTri i = 3の領域)を出た位
置−″’     UBC”mLm=  UBC’ ル
l+α1鳳・tJBcれ−・・・・・・(3)ここで、
i:領域(i=1〜3) αI :i領域への移行率 UBCoat=kl 1ITJBc”lLI  B(i
sf(GAA)+C・・・・・・(4) ここで、km、km、C: 定数 GAA:アフタエア投入量 火炉出口での灰中未燃分推定量UBCovtニ、表示装
置(例えばCRT)に表示して運転員に報知すると共に
、空気投入量配分機能ブロック4400に入力され、以
下により各々の配分量を決定する。
空気配分量決定の演算の例を第5図■に示す。
ステップ0:8回演算したか、操作量(投入空気量)を
変更して所定回数(N回)試行演算をくシ返し収束する
か否かを判定する。
ステップ10:火炉出口灰中未燃分の制限値との比較、
火炉出口灰中未燃分推定量UBCot+tと火炉出口灰
中未燃分制限値UBCt、myとを(5)式で比較する
UBCo+yt>DB(、、Mt        ・−
−−−−(s)ステップ15ニアフタエア量微少変化可
能か、MW(負荷)デマンドに応じたアフタエア投入量
増減(ΔGム、)の可能性を判定(本例では増加につい
て判定)、 GAA+ΔGA A <GA A −−−・・・= (
6)G、ムmat : MWに応じたアフタエア最大投
入量ステップ20ニアフタエア量を微少増加、アフタエ
ア増加量ΔGムムを加えてアフタエア投入量GAAとす
る。
Gムム=Gムム+ΔGムム         ・・・・
・・(7)ステップ25 : (4)式演算、(4)式
を用いて火炉出口灰中未燃分推定量UBCootを再演
算する。
ステップ30:燃焼状態変化を表示、燃料性状、負荷、
等が変化し燃焼状態が変わったことを表示装置(CRT
)に表示する。
ステップ33:1回演算したか、バーナ平均空気比λm
mm、バーナ段毎空気比λlを変更して所定回数(n回
)試行演算をくシ返し収束するか否かを判定する。
ステップ35:段毎灰中未燃分の制限値と比較、段毎(
本例では各領域毎と同じ)灰中未燃分推定J&[JBC
’lLlとその制限値UBC−!組テとを比較する。
UBC’ sLm>IJBC’L を麗!!     
・・・・・・(8)i:領域(i=1〜3) ステップ40:バーナ平均空気比λINmを変化、実施
例ではバーナ平均空気比λIINmを変化させた場合に
ついて述べる。(8)式で制限値を超えた領域iについ
てバーナ段毎空気比λ1を変化させ、その変化幅をΔλ
sw*とする。
λlNm:λ■)1m+ΔλINm      ””+
1(9)ステップ50 : (2)式による演算、(2
)式を用いて段毎灰中未燃分推定量TIBC’mL票を
再演算する。
ステップ55 : (3)式による演算、(3)式を用
いて最終領域を出た位置での灰中未燃分推定量UBC”
mx、mを再演算する。
ステップ60:λl)1mの変化分だけアフタエア量を
変化 GAA  =  (λ ?O?AI、  −λ 1NI
I) @ G      ・・・・・・QIλテoth
t、 :ボイラ空気比 G:燃料量に対する理論空゛気量 このようにアフタエア量G、ム、バーナ平均空気比λ1
ull及びバーナ段毎空気比λ−等を微少変化させて各
々の配分量デマンドを決定し、空気量配分ブロック80
0に与え各々のダンパ開度を決定する。
これまでに述べた火炎情報検出から配分量デマンド算出
を逐次或いは周期的にくり返すことによりボイラ出口灰
中未燃分を最小に抑えることが可能となる。また、第5
図に)の概略フローでは、アフタエア量の次に各段毎の
エア量を変化させる方法を示したが、逆に、第1段目か
ら順次エア量を調整する方法であっても本発明の本質を
変えるものではない。また、空気量を固定し、各段燃料
量を調整することも可能であシ、本発明の本質を変える
ものでにない。
〔発明の効果〕
本発明によれば各バーナ、各段、火炉出口における灰中
未燃分を良好に推定・監視さらには制御でき、高効率運
転を達成できる。
一面の簡単な説明 第2図は、微粉炭焚き火力プラントの概略図、第3図は
、微粉炭焚き火力プラントの従来の制御系統図、第1図
は、本発明の一実施例を示す図、第4図は、微粉炭焚き
ボイラの火炉モデルの一例を示す図、第5図(A)ニ空
気量配分の一例を示すフローチャート、■は酸化炎特徴
抽出説明図である。
4000・・・バーナ毎の灰中未燃分推定機能ブロック
、4100・・・段毎灰中未燃分推定機能ブロック、4
300・・・火炉出口灰中未燃分推定機能ブロック、4
400・・・空気投入量配分機能ブロック。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ボイラの燃焼状態を制御する方法において、ボイラ
    火炉の少なくとも1つの燃焼領域での灰中未燃分をその
    領域の火炎情報から推定し、該灰中未燃分推定量を用い
    て火炉出口における灰中未燃分を推定し、該推定した火
    炉出口での灰中未燃分を用いて該燃焼領域へ投入する空
    気量或いは燃料量を制御し、該火炉出口での灰中未燃分
    を低減制御することを特徴とする燃焼状態制御方法。 2、前記特許請求の範囲第1項記載の空気量あるいは燃
    料量の制御において、火炉出口での灰中未燃分を評価値
    として、バーナ各段の空気量、燃料量の最適値を探索決
    定することを特徴とする燃焼状態制御方法。 3、前記特許請求の範囲第2項記載の最適値探索におい
    て、各バーナの空気量、燃料量の変化により、火炎情報
    から推定される灰中未燃分が変化する相関関係を数学モ
    デルとし、該数学モデルを用いて、最適探索を行うこと
    を特徴とする燃焼状態制御方法。 4、前記特許請求の範囲第2項記載の最適探索において
    、各段バーナの空気量、燃料量の補正量を出力し、該補
    正量によつて変化した火炎情報を用いて火炉出口におけ
    る灰中未燃分を推定し、該灰中未燃分が最適化される方
    向に上記各段バーナの空気量、燃料量の補正量を出力す
    ることを特徴とする燃焼状態制御方法。 5、前記特許請求の範囲第1項記載の火炎情報から火炉
    出口の灰中未燃分を推定する方法において、各段バーナ
    に対する火炎情報から推定される灰中未燃分の全バーナ
    の線形和から火炉出口の灰中未燃分を算出することを特
    徴とする燃焼状態制御方法。
JP906685A 1985-01-23 1985-01-23 燃焼状態制御方法 Pending JPS61168723A (ja)

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