JPS62237219A - 炉内脱硝制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラの燃焼ｍＪ　ｎ方式に係り、特に燃・暁
時に発生する窒素酸化物を低減するに好適な炉内脱硝制
御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のｆ内脱硝ｆｆｆｌＩ御方式は、特開昭５
１−１９６０８号公報に記載されているように。

ボイラの窒素酸化物（以下、ＮＯｘと略称する）の発生
浸度を極力低減することを目的としているものである。

上記従来の制御方式は、ボイラの負荷変化時におけるＮ
Ｏｘの過渡的な上昇を効果的に抑制することが可能であ
るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のｉ＠一方式Ｖこおいては、ボ
イラ燃焼試験により、一次ガスダンバ、混合ガスダンパ
の開度を各負荷帯によって決めているために１通常負荷
運用においてはＮＯｘ値を可変に匍制御することが出来
なかった。

また、各段のバーナ本数が変わった場合、各段のバーナ
の燃料供給量に見合った０□濃度を供給出来ずＮ　Ｏｘ
値が変動してしまうという問題があった。

そのため、負荷変化に伴ってバーナの点消火を行うこと
によりＮＯｘ値が変動してしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、低ＮＯｘ化を図
るとともに、ＮＯｘ値を安定化する炉内脱硝１．１ｙＩ
ｌｌＩＫ１方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解消し上記目的を達成する本発明は燃焼用
空気と排ガスとを炉内に取り込み、これらの配合を可変
してバーナ部の燃焼状態を変えることにより窒素酸化物
を低減させる方式において、各段バーナに供給する燃焼
用空気、排ガスより取フ出した混合ガス、及び一次ガス
の６量を可変制御できるようにし、それら流量を負荷と
窒素酸化物との目標値に従って設定した値となるように
し。

かつ各段バーナに供給される混合気体の酸素浸度を基に
混合ガスｌ５ｆｉ、’４を補正するものである。

〔作用〕

従来の様にボイラ煙道にＮＯｘ低減装置を設けることな
く炉内での燃焼状態を調整できる。また低Ｎ　Ｏｘ化を
計るとともに、各段の風箱に０１＠度検出器を設けるこ
とによυ各段バーナに最適な空気を供給し、いかなるバ
ーナのパターンにおいてもＮ　Ｏｘ値を安定して低減で
きる。

〔実施例〕

以下１本活明の実施例を図直に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例が適用される火力発電プラント
全体構成を示す構成図である。

図中符号４１は燃焼排ガスにょシ燃焼用空気を予熱する
空気予熱器、４２はバーナ部であって各段毎に空燃比を
調整して炉内脱硝を行う装置である。３０２，３１２，
３２２，３３２，３４２および３５２は風箱入口空気ダ
ンパであり、バーナ段の燃焼用空気量を調するものであ
る。３０１゜３１１．３２１，３３１．３４１および３
５１はガス混合ダンパであり燃焼用空気に注入する燃焼
排ガス量を調整するものである。３０３，３１３゜３２
３および３３３は一次ガスダンパでありバーナ部に直接
注入する燃焼排ガス量を調整するものである。４３は復
水器、４４は低圧給水加熱器、４５は脱気器、４は給水
ポンプ、４６は高圧給水加熱器、４７は蒸発器、４８は
一次加熱器、４９は二次加熱器、４１ｏは三次加熱器、
４１　Ｌｔｄ再ｍ器、５は減温器である。また、６は燃
料調整弁。

７は押込通風ファン、８は排ガス再循環ファン。

２はタービン、３は発電機である。

溝３図ｒ１本定明か適用される炉内脱硝ボイラの燃焼系
統を示す系統図である。

燃焼系統は、バーナ段が４段構成となっており。

Ｍ１バーナ３０と、Ｍ２バーナ３１と、Ｍ３バーナ３２
と、Ｐバーナ３３と、２段のアフターエアポート３４．
３５とから構成されている。

各段のバーナ３０，３１，３２．３４および３５には、
空気ダンパ３０２．．１１２，３２２および３３２と、
混合ガスダンパ３０１，３１１゜および３３１と、一次
ガスダンパ３０３，３１３゜３２３および３３３が設置
されている。

空気ダンパ３０２，３１２，３２２，３３２゜３４２お
よび３５２は、　Ｍｌ　〜３バーｆ３０゜３１．３２お
よびＰバーナ３３．アフターエアボー１−３４．３５の
空気流量を調節する。Ｍ１〜３バーナ３Ｑ、３１．３２
およびＰバーナ３３の空気流量の調整は、各段バーナの
燃料量に見合って各段パー六入口の空気ダンパを調整す
ることにより空気／燃料を規定値に調整する。アフター
エアボー１−３４．３５への空気流量は１合計空気量か
らＭ１〜３バーナ３０，３１，３２．およびｐ　バーナ
３３に供給される空気ｔｔ−差し引いたものを流すより
にし、総合計での空燃比を調整する。

また１Ｍバーナ３０〜３２．Ｐバーナ３３への供給空気
流量に対しては、Ｎ　Ｏｘ目標値からの空気比で補正し
て空気ダンパ３０２〜３２２．３３２の指令を求める。

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

排ガス混合ダンパ３０１，３１１，３２１゜３３１は、
バーナ段に供給される燃料流量に見合った排ガスｔを注
入し、各膜受気流量の酸素濃度を規定の値になるように
制御する。この排ガス混合ダンパ３０１，３１１，３２
１，３３１への指令は、燃料空気量に見合った。排ガス
混合比率に対しＮ　Ｏｘ目標値の補正をして求める。

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

一次ガスダンパ３０３，３１３，３２３，３３３は、上
記排ガス混合ダンパと同様に、バーナ（３０゜３１．３
２，３３）段に供給される燃料光量に見合つ念排ガス量
をバーナに供給しバーナ炎を長くする働きをさせる。Ｎ
Ｏｘ［ｔ−低減するには、燃焼温度を低くすることが効
果的であり、上述したように一次ガス流量を増やすこと
によ＃）、燃焼に必要な酸素の濃度を低くシ、燃焼を遅
くすることにより燃焼温度も低くするものである。一次
ガスダンパ３０３，３１３，３２３，３３３においても
燃料流量に見合った一次ガス注入量に対しＮＯｘ目標値
の補正を加え、一次ガスダンバ指令値を求める。

第３図は、本発明の実施例のバーナ部分の系統を示す図
である。

炉内脱硝を行なうに、あたっては、各バーナに供給され
る燃料量に見あって空気量を調整するのが最適であるが
、第３図においては、バーナ３本を１バーナコンパート
メントとし、各段の１パーナコンハートメントごとに、
風箱人口ダンパ、３０２゜３１２．３２２，３３２．ガ
ス混曾ダンパ３０１゜３１１．３２１，３３１及び一次
ガスダンバ３０３゜３１３．３２３．を設けている。

図中、９１３ば１次空気ボートに供給するダクト、９１
５は２次空気ボート及び３次空気ボートに供給するダク
ト、９１４は１次ガスポートに供給するダクトである１
Ｍバーナ及びＰバーナ段の風箱入口空気流置針ｌＯ８と
、アフターエアポートの風箱入口空気流量計１４８，１
４９は各段風箱入ロダンパの直ぐ後に設けられている。

同様に混合ガス流量計１２３は排ガス系統の混合ガスダ
ンパの前に設けられている。前記２次空気及び３次空気
の酸素濃度２４は、排ガス混合ダンパにより、虱宛入ロ
ダンパにより通風された空気と混合した後の値を検出す
るもので、混合ガスダンパにて混合された下流に設置す
る。

一次ガス流址計１３３は、混合ガスと同様に排ガス系統
の一次ガスダンパの前に設けられている。

第５図は同実施例が適用されるプラントのバーナの構成
を示す図であるユ エアレジスタのスロート９０１と、インペラ９００とに
はさまれた環状空間から全円周にわたって、バーナガン
９０２に中心に、１次空気ボート９０３．１次ガスポー
ト９０４．２次空気ボー）９０５．３次空気ボート９０
６の順に従って環状に燃焼用空気を均等に炉内に向けて
噴出できるように構成されている。この燃焼用空気がバ
ーナ近傍においては偏在して噴射された場訃、燃料と十
分この空気が混合せず、したがって緩慢な燃焼反応が行
なわれることになる。これによりＮ　Ｏｘ生成の抑制を
図るものである。

ここで、１次空気ボート９０３に対しては、保炎に必要
な最小空気量を供給するもので、エアヒータ４１を通過
した空気を流す。１次ガスポート９０４はボイラ排ガス
注入ボートであり、１次空気にて燃焼した炎と、２次、
３次空気との混合を遅らせて燃焼反応を緩慢化させる働
きがある。

２次空気ポート９０５．３次空気ボートに対しては、エ
アヒータ４１を通過した空気と、混合ガスダンパにより
徘ガスと混合されたウィンドボックスからの燃焼用空気
が供給される。

第５図はプラント自動制御装置の構成を示す図である。

図中５２はマスクコントローラ、５３は水蒸気プロセス
系統コントローラ、５４は燃料プロセス系統コントロー
ラ、５５ば″燃焼プロセス系統コントローラ、５６は通
風プロセスコントローラである。

５２０は主タービンの調速制御コントローラ。

５３０は給水ポンプ制（至）コントローラ％５３１はス
プレ制御コントａ−ラ、５４０はＭバーナ燃料流量制御
コントローラ、５４１はＰバーナ燃料流量制御コントロ
ーラ、５５０は各バーナ段毎の空気・ガス流量制御とバ
ーナ制御を行うコントローラ、５５１？ｉ空気・ガス流
量制御を行うコントローラ、５６０は押込通風スプレ制
御コントローラ。

５６１はガス再循環制御コントローラである。これらの
５２０〜５６１は機器コントローラであり、プラントの
系統機器単位に制御系統が構成されている。マスタコン
トローラ５２は中央給電所からのプラント負荷指令５０
よりボイラ入力指令５１を求める各系統コントローラ５
３〜５６に与える。

水源プロセスコントローラ５３はボイラ人力指令に見合
った給水流量指令５３２を求め給水ポンプ制御コントロ
ーラ５３０に与える。又、ボイラ入力指令より蒸気温度
の設定を求めスプレ流量指令５５３をスプレ制御コント
ローラ５３１に与える。

燃料プロセス系統コントローラ５４はボイラ入力指令か
ら燃料ｉｔ指令を求め２Ｍバーナ３０〜３１とＰバーナ
３２Ｄ燃料指令配分を行い、それぞれのバーナに対して
の合計燃料光量指令を与える。

燃焼プロセス系統コントローラ５５はボイラ入力指令よ
り各段のバーナ本数制御指令５５２を求めるとともに、
Ｍ及びＰバーナ３０〜３１の燃料流量に見合った各段の
空気流量指令５５３を求める。この各段に対してのバー
ナ本数制御指令５５２及び空気流量指令５５３を基にバ
ーナ制御と空気・ガス流量制御と行うコントローラ５５
０にて燃焼状態をプラント運用に適した状態に保つべく
制御する。さらに１合計空気流量を制御するために補償
空気・ガス流量指令５５４を求め、空気・ガス流量制御
コントローラに与える。通風プロセスコントローラ５６
はボイラ入力指令からガス再循環ファン８の入口ダンパ
指令及び押込通１虱７アン指令を求め制御を行うもので
ある。この様に構成されたプラントの制御系において炉
内脱硝ボイラでは各段での空燃比を最適にコントロール
することにより超低Ｎ　Ｏｘ運転を実現しようとするも
ので、ＮＯｘ？＃Ｊ岬系は各段のバーナ制−と空気・ガ
ス流量制御を行うコントローラ５５０及び５５０ａ。

５５０ｂ、５５０ｃ及び空気・ガス流量制御コントロー
ラ５５１及び５５１ａＫ含まれる。

第１図は本発明の実施例ｔ−実現するためのものであっ
て、上述した様なバーナ及びコンパートメント空気系統
にて構成された空気・ガス流量制御を示す図である。

Ｍ　バーナを有する１バーナコンパートメントの空気・
ガス流量制御は、第３図及び第４図に示すように、風箱
入口ダンパ３０２，３１２，３２２゜及び混合ガスダン
パ３０１，３１１，３２１．及び一次ガスダンパ３０３
，３１３，３２３によって制御される。

風箱入口ダンパの開度は次のようにして求める。

ｔｚわち、１バーナコンパートメントに供給される燃料
流量１０１に見合った理論空気量を関数発生器１０４に
て求める。その求めた理論空気量に対してボイラ出口ガ
スの＃素ａ度を規定値に保つための補正を乗算器１０５
にて行い、その後ボイラ入口指令とＮＯｘ目標指標とに
よシ、現在の燃焼状態に最適な空気比補正信号１０６を
空気比演算器１００より求める。この求めた値の補正を
乗算器１０７にて行い、に箱入口空気流量指令を求める
この指令値と当該バーナコンパートメントの空気＃ｌ、
量１０８との偏差を減算器１０９にて算出し、その偏差
に対し比例構分演算６１１０にて比例構分演算すること
により、Ｉｔ箱人ロダンパの開度が求められる。バーナ
の風箱入口ダンパは。

Ｎ　Ｏｘを低減する場合、閉方向に動作するためＮＯｘ
目標指令を下げると前記空気比補正信号１０６は減じ、
風箱人口空気流ｉｔ指令値を下げ方向に動作させる。

混合ガスダンパは、バーナの風箱円の酸素譲度を規定値
に保つべく、ボイラ排ガスをバーナの風箱入口ダンパか
ら流れる空気と混合するものである。

排ガス酸１ｇＡ度は、各々の負荷にて決まった直である
べく、バーナの風箱入口ダンパ３０２及びアフタエアポ
ートの１虱箱入ロダンパ３４２，３５２で制御されてい
るため、バーナのＩＩＬ箱人ロダンパと同様、当該バー
ナコンパートメントに供給される燃料流量１０１より、
混合ガス流量目標値を関数発生！１２０で求め、さらに
ＮＯｘ目標値とボィラ入力指令よりＧＭ比比圧正信号１
２１補正を乗痺器１２２にて行い、混合ガス流量指令値
を求める。さらにここで、前記混合ガスｉ量指令値に対
してフィードバック量になる混合ガス流量１２３に、混
合ガスの酸素濃度の補正を加える。

つまり、前記ＧＭ比補正信号より、あるボイラ入力指令
とＮＯｘ目標指令から決まる混合ガスの酸素濃度目標値
を関数発生器１２５にて求め、この混合ガス酸素濃度目
標値と、各バーナコンパートメントの混合ガス注入後の
風箱酸素濃度１２４との偏差を減算器１２６にて求め、
比例嘴分器１２７にて、混合ガス流量１２３に対しての
補正量を求める。

すなわち、混合ガス注入後の風箱酸素濃度が。

規定値に達しない場合には、前記混合ガス流量指令値の
フィードバック量の混合ガス流量を増減する訳である。

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

１次ガスダンパ３０３，３１３，３２３は、バーナ負荷
である当該バーナコンパートメントに供給される燃料を
基に１次ガス流量目標＠を関数発生器１３０にて求め、
Ｎ　Ｏｘ目標指令とボイラ人力指令よりＰＧ比補正信号
１３１の補正２東４器１３２にて行い、１次ガス流量指
令値を求める。

この指令値と当該バーナコンパートメントの１次ガス流
ｔ１３３との偏差より比例積分演算により１次ガスダン
パ３０３，３１３，３２３の開度を決定する。

１次ガスダンパ３０３，３１３，３２１よ燃料と、空気
・排ガスの混合気体との間に層を作る１次ガスを与える
もので、ＮＯｘ低減に際しては。

この１次ガスの量を多くして、ｇ焼反応を遅くし燃焼温
度を低くするものである。ＮＯｘ目標指令を下げると一
次ガス流量を増やす方向に動作するため１次ガスダンパ
３０３，３１３，３２０は開方向に動作する。

アフターエアポートダンパ３４２，３５２は。

合計空気流量指令からＭバーナ３０〜３１．及びＰバー
ナ３２のバーナ風箱入口空気流量指令の総和を差し引い
た残りで、アフターエアポート空気流量目標値を作成し
、それに見合った開度を決定する。

すなわち、合計空気流量目標値１４０に対し。

ボイラ出口排ガスの酸素濃度を規定値に保つための補正
を乗算器１４１にて行い、合計空気流量指令値１４３を
求め、その値よりＭバーナ３０〜３１及びＰバーナ３２
のバーナ風箱入口空気流量指令値の総和と減算器１４２
にて一壇し引き、アフターエアポート空気流量目標値を
銀山する。

このアフターエアポート空気流量目標値に対して下段の
アフターエアポート３４２に対しては。

Ｎ　Ｏｘ目標指令とボイラ入力指令から、ＡＡ比補正信
号１４３の補正を乗算器１４４にて行い、下段のアフタ
ーエアポート空気流量指令値１４６を求める。この指令
値に対し当該バーナコンパートメントの下段アフターエ
アポート空気流量１４８の偏差より比例積分演算により
、下段アフターエアポートダンパ３４２の開度を決める
。

一方、上段のアフターエアポート空気流量指令値は、前
記アフターエアポート空気目傾値より下段アフターエア
ポート空気流量指令値１４６を減算器１４５により、減
算して求める。この指令値と当該バーナコンパートメン
トの上段アフターエアポート空気流量１４９との偏差よ
り比例積分演算により、上段アフターエアポートダンパ
３５２の開度を決める。

ここで、ＮＯｘ目標指令とボイラ入力指令より、各空気
・ガス比補正信号と求める機能について第７図をもとに
説明する。

関数発生器６０，６１．６２は、ボイラ人力指令に対す
るＮ　Ｏｘマスク（Ｎ　Ｏｘ目標指標）０％。

５０％、１００％に対する空気比補正量を示す。

空気比及びＡ人比補正においては、Ｎ　Ｏｘマスク１０
０％が犬きく、０チが小さい値に設定する。

減算器６５．６６は、それぞれＮＯｘマスタＯ〜５０チ
時の空気比、ＡＡ比補正量の偏差、及びＮＯｘマスク５
０〜１００％時の空気比、ＡＡ比補正量の偏差を表わす
。Ｎ　Ｏｘマスクの値により、これらの偏差は第９図及
び第１０図の如く乗算器６３．６４にてゲインを与え前
記偏差に対し補間法にてＮ　Ｏｘマスタ５０１ｔ４の関
数発生器６１からの偏差を与える。上記補間法より求め
たＮ　Ｏｘマスク５０％時からの偏差を加算器６７にて
関数発生器６１の出力と加算し、空気比％ＡＡ比補正補
正信号める。

一方、ＧＭ比、ＰＧ比補正信号においてはＮＯエマスタ
に対するおのおののＧＭ比、ＰＧ比補正信号の特性が、
空気比、ＡＡ比のものと比べ逆であるため、関数発生器
６０．６２の設定が第１１図の如く逆となる。これは空
気量と排ガス量のＮＯｘ値との関係からもわかる、尚、
ＮＯｘマスクの設定は、Ｏ〜１００悌間を連続的に設定
出来、０チがＮ　Ｏｘ値が低い方向、１００９４がＮ　
Ｏｘ値が高い事を示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、産廃状態が各段バー
ナのコンパートメントに供給される燃料に見合って酸素
１度を決定できると共に、燃焼状態の安定化が図れ、Ｎ
Ｏｘ変動も小さく抑えることができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明Ｏ実施例を示すブロック図、第２図は火
力発成プラントの全体構成を示す構成図。 第３図はボイラの空気・ガス煙１入道を示す系統図。 第４図はバーナコンパートメント構成図、第５図はバー
ナ構成を示す図、第６図はプラント自動制御装＃ｔ（ｉ
−示す構成図、第７図は空気・ガス補正回路を示す回路
図、！８図は負荷−空気比特性を示す図、第９１Ａ及び
第１０図は空気比におけるＮＯｘマスク値特性を示す図
、第１１図は負荷−空気比特性を示す図である。 １・・・ボイラ、２・・・タービン、３・・・発を機、
３０〜３１・・・Ｍバーナ、３２・・・Ｐバーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼用空気と排ガスとを炉内に取り込み、これらの
   配合を可変してバーナ部の燃焼状態を変えることにより
   窒素酸化物を低減させる方式において、各段バーナに供
   給する燃焼用空気、排ガスより取り出した混合ガス、及
   び一次ガスの各量を可変制御できるようにし、それら流
   量を負荷と窒素酸化物との目標値に従つて設定した値と
   なるようにし、かつ各段バーナに供給される混合気体の
   酸素濃度を基に混合ガス流量を補正することを特徴とす
   る炉内脱硝制御方式。