JPS61262505A - ボイラ自動制御方式 - Google Patents

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〕 本発明は再循環ガスファンを持九ないボイラの再熱蒸気
温度制御に係り、特にバーナ段ととに燃料及び空気の配
分を変えることにより再熱蒸気温度を制御する方式にて
、空気流量制御に再熱蒸気温度制御を含めたボイラ再熱
蒸気温度制御方式に関する。

〔発明の背景〕

火力発電所用ボイラにおいて、その蒸気温度はタービン
や蒸気配管の保護などの面より、各負荷帯の広い範囲に
亘って、規定温度にあることが望ましい。そのため過熱
器、再熱器への伝熱量を加減したり、あるいは、減温器
を利用して蒸気温度の制御を行っている。即ち第５図に
示すとおり給水ボ／ブ２によってボイラに供給された給
水は燃料調節弁１５を介し供給されて燃料と、押し込み
送風器１７を介し空気予熱器１６にて予熱され空気ダン
パ１４によりバーナへ供給された空気との燃焼ガスを利
用し、煙道１に設けられた節炭器３で予熱されドラム４
にはいる。ドラム４で発生した蒸気は一次過熱器５及び
二次温熱器７において、過熱蒸気となり、高圧タービン
８に送られる。またプラント効率向上のため高圧タービ
ンの排気蒸気を再びボイラ再熱器１０に送り再加熱して
いる。

ドラム４にて発生した蒸気は、−次週熱器５と二次加熱
器の間に設置され九減温器６への注水量を増減させるこ
とによシ、高圧タービン入口蒸気温度（主蒸気温度）が
定格値になるよう制御される。

一方再熱蒸気は再熱器を通過するガス量を調整すること
により中圧タービン１１の入口蒸気温度（再熱蒸気温度
）を規定値に制御している。即ち。

煙道ガス量を再循環ガスファン（以下ＧＲＦと略す）１
３を介してその一部を火炉内に再循環させるようにし、
この再循環ガス量を増やすことにより再熱器の熱吸収量
を増大させて再熱器温度を上昇させる。逆に再循環ガス
量を低減させることによシ再熱蒸気温度を低減するよう
に制御している。

ところで再熱蒸気温度を規定値に制御する九めに再循環
ガス量を変化させると一次過熱器５や二次過熱器７０通
過ガス量も変化し、これらの過熱器の熱吸収量が変化し
この結果主蒸気温度も変化するなど、主蒸気温度プロセ
ス系への外乱となってい念。

以上の通シ、従来の再熱蒸気温度制御方式では、ＧＲＦ
１３が不可欠でありこのためプラントの建設費用が増大
するだけでなく、ＧＲ，Ｆの運転動力などによシブラン
トの効率の低下を招いていた。

また再循環ガス量の変化により主蒸気温度も変動すると
いう欠点があった。

ところで再熱蒸気温度（Ｔｍｍ）ｉ再熱器通過ガス量（
Ｑｏ）、再熱器入口ガス温度（Ｔｏ　）、再熱器内を流
れる蒸気量（Ｇ８）の関数であり次式で表わされる。

Ｔ鳳菖＝に・Ｑｏ　＠Ｔａ　＠ｆ　（Ｑｓ　）　　　　
　・・・・・・■但し、には比例定数 従って前記の欠点をなくす手段としては、■式において
、過熱器通過ガス流ｔ（Ｑａ）を変える代りに再熱器入
口ガス温度（Ｔｏ）を変えることができれば再熱蒸気温
度を制御出来る点に着眼して、次の発明（特開昭５９−
９４１２）が発明された。これは上記欠点をなくすため
ボイラ本体としては＠２図に示すようにガス再循環ライ
ンを止め、上・中中下段と燃料及び空気を各段ごとに制
御する。

１８．１９．２０は各段の燃料調節弁であり、２１．２
２．２３ｆｌそれぞれ各段の空気ダンパで６る。この様
なバーナ構成において、上−中・下段の燃料配分比を変
え、炉内での熱吸収分布を変え再熱器入口ガス温度を調
節することによシ過熱器及び再熱器の熱吸収量を調整し
て再熱蒸気温度を規定値に保つ訳である。

上記バーナ構成においての、再熱蒸気温度制御を以下、
第４図をもとに説明する。

ボイラデマンド指令２９は負荷で定まる所定の蒸気量と
実際の蒸気量との差の蒸気量を補正した現在必要とする
蒸気量を得るための燃料量の信号でありこれにより必要
蒸気量を確保する。５１２は再熱蒸気温度補正信号であ
る。再熱蒸気温度補正信号５１２はボイラデマンドよυ
関数発生器３６によシ決まる再熱蒸気温度の目標値と実
際の再熱蒸気温度５０１との温度差を減算器３７により
求めその偏差を補正すべく比例積分器３８により補正量
を求める。

本補正信号は上段及び下段バーナに対しバイアス的に印
加する。即ち、再熱蒸気温度５０１が目標値より高い場
合には、上段バーナの燃料配分を少なくシ、逆に低い場
合には、上段バーナの燃料配分を多くする。この様にし
て、炉内の熱吸収分布を変えることＫよって再熱蒸気温
度の制御を行うものであった。

ｆ７’ｊ、■式において、再熱蒸気温度の制御を行う他
の要因として、過熱器通過ガス流量（Ｑｏ）があるが１
本ボイラにおいては、ＧＲＦがないために、空気流量制
御に、再熱蒸気温度制御の要素をも九せている。以下第
３図第６−１図、第６−２図をもとに説明する。

一般に、火力発電所用ボイラにおいて、燃料。

空気及び０２濃度については第６−１図の様な関係があ
る。すなわち、低負荷においては、ボイラ火炉容積に比
べ炎（バーナ本数）が少ない念めに、火炉内にて燃焼を
安定させる九めに、空気を多く送り込み、炉内の最低ガ
ス：ｔを確保している。そのために低負荷には、ＯＳ濃
度が高くなっている。

従って、負荷とともに増加する燃料に対して０２濃度を
、第６−１図の様に運用するために燃料に対する空気流
量は第６−２図の様な関係がある。

実際のプラントではバーナの燃焼状態から決まる。第７
図に示し九ガス０２下限値７４に対してｉｔ　Ｊ燃焼ポ
イント７３は上に設定されておりこのポイントでの燃焼
が最大工／タルどのポイントとなる。また、ガスＯｘ下
限値以下になると、黒煙を発し不完全燃焼となる。

空気流量制御系においては第３図に示すように、各段の
空気流貴信゛号より、関数発生器３１，３２゜３３にて
、空気流量に見合った燃料流量信号に変換しその信号と
各段の実燃料流量信号との偏差を減算器３１１，３１２
，３１３にて求め比例・積分演算器３０１，３０２，３
０３にて、各段の空気流量を制御する。

このような回路において、各関数発生器３１゜３．２，
３３の空燃比率が常に一致していれば、０２濃度も各負
荷にて図６−１の如く一致するが、ボイラ特性の経時変
化に対しても、常に、０２＠度を、計画値だで運用する
ために０２の補正を加える必要がある。さらに０２１％
度のずれは、燃焼の安定や、プラント効率に大きく影響
するために、常に０２濃度を計画値にて運用することが
、ボイラ制御においては大きく特性を左右する。

（ｈ補正においては、節炭器出口のガス０２計検出値と
、各負荷より関数発生器３０４にて求めた０！設定値と
の偏差により、比例・積分演算器３０５で比例積分演算
し次結果で、各段の空気流量より求めた燃料流量に対し
て、乗算器３０６゜３０７．３０８にて補正を加える。

すなわち、０２濃度が、設定より高い場合には。

比例・積分演算器３０５の出力はマイナス側に転じ各段
の空気流量より求め次燃料流量をこの比例・積分演算器
の出力に見合った分だけ、見かけ上多く補正する。従っ
て、実燃料流量との偏差はその公比例−積分器の出力を
少なくする方向に動く。

その念めに、空気流量は絞られ、０２儂度を下げる方向
に動くものである。

この様な、空気流量の０２補正回路において、ＧＲＦの
ないボイラにてば、再熱空気温度の補正を迫力口し、空
気流量制御系に再熱蒸気温度制御を取り入れている。以
下その回路について説明する。

再熱蒸気温度を決める要因として■式のＱｏすなわち過
熱器通過ガス流量があるために、前記０２設足を再熱蒸
気温度の偏差にて変える。

再熱蒸気温度の設定値と再熱蒸気温度の偏差を減算器３
２１にて算出し、その偏差を比例＠積分器３２２にて比
例・積分演算し補正量を求め０２の設定値に対し、補正
量を加算器３２３にて加えるものである。従って１本補
正にては、第８図に示すように再熱蒸気温度８０が設定
値８２より高い場合には、Ｏ！の設定を下げる方向図中
８１（ガス流量を減らす方向）に動き、′その設定と０
２検出値により比例・積分演算したのちに、空気流量よ
シ求め次燃料流量に対し補正を加えるために、０！検出
・器の応答遅れなどもあシ、再熱蒸気温度の修正動作が
遅れる等の問題があつ九。・〔発明の目的〕 本発明の目的は、ＧＲＦを持たないボイ２において、再
熱蒸気温度を上φ中・下段バーナの燃料配分比を変える
ことによシ行なう制御方式において、空燃比制御の補正
系としてＯ！の制御系と再熱蒸気温度の制御系をもち、
負荷変化時は再熱蒸気温度の偏差で補正し、定状状態で
は０！で補正することにより、負荷変化時の再熱蒸気温
度制御に好適な空燃比制御を提供することにおる。

〔発明の概要〕

火力発電用ボイラにおいて再熱蒸気温度を制御する場合
には、ボイラガス温度を変える要因と。

ガス流量を変える方法があるが、ＧＲＦを持危ないボイ
ラにては、ガス流ｌｌ−を変える方法として空気流量制
御しかなく、そのために、０２補正と再熱蒸気温度によ
る補正を負荷変化時と静定状態に分けて補正することに
より、再熱蒸気温度制御性を向上させる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従い説明する。

第１図は、空燃比制御において、再熱蒸気温度と排ガス
０２による補正回路を設は念ものである。

負荷が一定の定状状態においてに、負荷指令１００によ
り関数発生器１０１によシ排ガス０２の設定値を与え、
排ガス０２検出値１０３との偏差により比例演算器１０
４によシ比例演算した排ガス０２による補正値１０５ｆ
！：求める。各段の空気流量信号（上段空気流量２１０
、中段空気流電２２０１下段空気流量２３０）より、関
数発生器３１．３２．３３にて各段の空気流量に見合っ
た燃料流量ベースの信号に換算して実燃料流量との偏差
にて空気流量を制御するものである。この各段の空気流
量より求め次燃料流量信号に対し、上記排ガス０１によ
る補正信号を１乗算器３０６゜３０７．３０８にて乗算
して、排ガス０２の設定値とのずれだけ、見かけ上、各
段の実空気流量よシ求めた燃料流量ベースの信号を増減
させて補正する。

この補正された各段の燃料流量ベースの信号と各段の実
燃料流量信号との偏差を減算器３１１゜３１２．３１３
にて求める。この各段の偏差より、比例・積分演算器３
０１，３０２，３０３にて比例積分演算した値により、
各段の空気流ｔを決定するものである。

この時、排ガス０２の設定値は、最適燃焼ポイントに設
定してあり、燃焼効率が最大の排ガス０２になるべき空
気流量が制御される。

一方、負荷変化時においては、空燃比制御に対する補正
が、再熱空気温度により行なわれる。

ここで、燃料流量に対する再熱蒸気温度へのプロセス応
答性と、空気流量に対する再熱蒸気温度へのプロセス応
答性を比較すると、第９図に示すごとく、空気流量に対
する再熱蒸気温度への影響の方が一般的に早い。従って
、負荷変化時においては空気流量すなわち排ガス流量に
て再熱蒸気温度の制御をした方が有効といえる。

すなわち、負荷変化時においては、再熱蒸気温度検出値
より、再熱蒸気温度予測部１１０にで空気流量に対する
再熱蒸気温度の時定数分だけ先を予測した、再熱蒸気温
度と設定値との偏差を減算器１０６にて求め、この偏差
より、比例積分演算器１０７にて比例積分演算した値１
０９と、さらに負荷指令の変化率を微分演算器１０８に
より微分演算にて求め、この微分波形を、負荷指令上昇
及び下降時にてその波形にリミットを加える信号制限器
１１１，１１２にで制限を加える。この制限が、空気流
量に対して負荷変化時に補正を加える量である。さらに
上記信号制限器にて制限を加えられた信号に対し、負荷
上昇時と下降時にある変化率、すなわち、負荷変化開始
及び終了時における、前記補正量まで達する時間を、設
定し、この空気流量に対しての、オーバー、アンダーア
クション信号１１６を、前記比例積分演算の値１０９と
加算器１０５にて加算して空燃比制御に対しての補正信
号１２０ｉ求め、前記各段の空気流量よυ求めた燃料流
量ペースに換算し念信号に乗算器３０６，３０７，３０
８にて補正を加える。

ここで、空燃比制御に対し、負荷変化時にては再熱蒸気
温度にて補正を加えるために、従来の０２設定に対して
バイアスを加える方式とは異なり、最適燃焼ポイントか
ら大きくずれる可能性があるがこの負荷変化中において
は、排ガス０：下限値７４より低Ｏ！にならないように
、空燃比補正に対し下限値を設ける。すなわち、負荷指
令より関数発生器１１７にて、排ガスＯｘ下限値を設定
し、この設定値と排ガス０２検出値１０３との偏差を演
算器１１８にて求め、その偏差より比例・積分演算器１
１９にて比例積分演算した値にて。

前記再熱蒸気温度より求めた空燃比制御に対しての補正
信号１２０と、高値選択器１２２にていかなる場合も下
限値を与えるものである。

この様に、負荷変化時に空燃比制御に対して。

再熱蒸気温度より補正を加えるに当たり排ガス０２下限
値の制限を設けることにより、燃焼不安定領域に至るこ
とを防ぎ、黒煙の発生等をおさえるものである。

また負荷変化時と定状状態の時の空燃比制御に対しての
切換えを行うアナログ信号切換回路１２２の切換えタイ
ミングにおいては、前記オーバーアンダーアクション信
号１１６や、燃料指令におけるオーバーアンダーファイ
アリング信号が零になつた条件、及び、負荷変化後、定
常状態に入って再熱蒸気温度が落ちついた（再熱蒸気温
度の傾きが零になつ九条件などで切換えるインターロッ
クを設けることにより行う。

次に、第１０図に再熱蒸気温度にて空燃比制御に補正を
加える場合に、再熱蒸気温度の偏差方向によっては上・
下段の空気流量に加える補正量の比率を変化させる回路
を設けた例を示す。

再熱蒸気温度の予測値が設定値よりも低い場合において
は、上・中・下段の空気流ｔｈ前記再熱蒸気温度による
空燃比制御への補正が、増側に働きかけるが、さらにそ
の各段への空気流量に対しては、下段側の空気流量を増
やし次男が効果的である念めに、上段側の空気流量の増
し分に比べて下段側の増分を大きくしていくものである
。

すなわち、再熱蒸気温度の予測値と設定値との偏差によ
り、関数発生器２０１，２０２にて、その偏差信号の大
きさにより、上・下段に対しての空燃比率を算出し、上
・下段の空気流量より求め次燃料流量ベースの信号に対
し、再熱蒸気温度による補正がカ１かった信号に対して
１乗算器２０３゜２０４にて補正をさらに加えるもので
ある。本乗算器の補正も、前記負荷変化時と定常状態の
時の空燃比制御に対しての切換えを行うアナログ信号切
換回路１２１と同様のタイミングにて、補正量を、定常
状態時に＠１”にする切換回路２０５゜２０６を設け１
本補正は負荷変化時のみに有効とするものである。

図１１−１上段空気流量に対する、偏差信号の大きさに
よる空燃比率を示し１図１１−２に下段空気流量に対す
る偏差信号の大きさによる空燃比率を示す。

本補正回路により、再熱蒸気温度の補正を上・下段バー
ナに対して積極的に加えることによりさらに再熱蒸気温
度制御性を向上することができる◎〔発明の効果〕 本発明によれば、負荷変化中は、排ガス０２制御よりも
優先して、再熱蒸気温度が目標設定値になるように空燃
比を制御し、定常状態では・排ガス０２制御により空燃
比を制御することにより、従来の再熱蒸気温変偏差信号
により、上・中・下段のバーナ燃料配分比を制御する方
式において、負荷変化時の再熱蒸気温度の応答性が大巾
に改善でき、再熱蒸気温度特性が数倍改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空燃比制御系統図、第２図はＧ’ＲＦ
のないボイラ本体図、第３図は空燃比制御系統図、第４
図は燃料制御系統図、第５図は従来のボイラ本体図、第
６図は燃料・空気特性カーブ、第７図、＠８図は排ガス
０２特性、第９図は再熱蒸気温度応答特性、第１０図は
空燃比制御系統、第１１図は上下段バーナに対する空燃
比特性。 １０・・・再熱器、４・・・ドラム、１３・・・再循環
ガスファン、１０２・・・排ガス０２検出ｉ、５０１・
・・再熱蒸気＠変、２１０・・・上段空気流量、２２ｏ
・・・中段空気流量、２３０・・・下段空気流量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、火力発電所のボイラの燃焼バーナを上・中・下段に
   配置し上・中・下段の燃料配分を変えることにより、ボ
   イラの再熱器の熱吸量を調整し再熱蒸気温度を制御する
   方式と、燃焼バーナを通過する燃料と空気流量の比率（
   空燃比）を調整しボイラ出口の排ガスの酸素濃度（ガス
   Ｏ＿２）を負荷に見合つた規定値に制御する方式を具備
   したところのボイラ自動制御装置において、負荷変化中
   は、前記ガスＯ＿２制御よりも優先して再熱蒸気温度が
   目標設定値になるように空燃比を制御するようにし、定
   常状態では上記再熱蒸気温度制御よりも優先してガスＯ
   ＿２制御により空燃比を制御するようにしたことを特徴
   とするボイラ自動制御装置。 ２、特許請求の範囲１において、ボイラの排ガスＯ＿２
   の下限値を発電量指令値の関数で設定し、該ガスＯ＿２
   がいかなる場合においても、この下限値以下にならない
   よう空燃比を制御しボイラの燃焼安定を最優先に行わせ
   しめるようにしたことを特徴とするボイラ自動制御方式
   。 ３、特許請求の範囲１において、負荷変化中の再熱蒸気
   温度の予測値と目標値との偏差により空燃比を制御する
   第１の手段と、発電量指令値の微分信号により先行的に
   空燃比を制御する第２の手段を具備させたことを特徴と
   するボイラ自動制御方式。 ４、特許請求の範囲１において負荷変化中のバーナの上
   中下段の空燃比配分を再熱蒸気予測値と設定値との偏差
   信号の大きさにより変えるようにし再熱蒸気温度の予測
   値が設定値よりも低い場合は燃料に対する空気の比率（
   空燃比）を上段バーナ側を小さく、下段バーナ側を大き
   くし逆に再熱蒸気温度予測値が設定値よりも高い場合は
   該空燃比を上段バーナ側を大きくし下段側を小さくした
   ことを特徴としたところのボイラ自動制御方式。 ５、特許請求の範囲１において、負荷変化中と定常状態
   との条件で空燃比制御方式を切換えているが、この切換
   タイミングを負荷変化中や負荷変化率などのプラントの
   運転条件により変えられるようにしたことを特徴とする
   ボイラ自動制御方式。