JPS6316173B2

JPS6316173B2 -

Info

Publication number: JPS6316173B2
Application number: JP14713479A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Saito; Yoshio Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1988-04-07
Also published as: JPS5670853A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は石炭ミル（以下ミルと略称する）の出
口温度制御方式に係り、特に、ミル起動の際の給
炭過程におけるミル出口温度の低下を改善するの
に好適なミル出口温度制御方式に関する。

石炭焚きボイラへの燃料はミルにより供給され
るが、ミルに投入される石炭の性状は産地によつ
て異なり、特に湿分のバラツキが大きいため、石
炭の搬送に用いられる一次空気により石炭を乾燥
する必要がある。また、ミルで粉砕された微粉炭
を所定の搬送速度で火炉内に送出するため、ミル
出口制御系によりミル出口の一次空気温度を規定
値（80℃）に維持するようにしている。

第１図は、従来技術によるミル系統の構成とミ
ル出口温度制御系の一例を示す。ミル系統は、押
込フアン１で送出された空気の一部を、一次空気
予熱器２および熱空気ダンパ４から成る熱空気系
統ならびに冷空気ダンパ３を設置した冷空気系統
にそれぞれ通すように構成される。該冷空気ダン
パ３および熱空気ダンパ４で調節され、混合され
た冷、熱空気は、一次空気フアン５を介してミル
１００内に取込まれる。

一方、コールバンカ６に貯えられた石炭は、コ
ールフイーダ７によりミル１００内に投入され、
粉砕される。粉砕された石炭はミル１００内の分
級器（図示せず）で選別される。そして、小麦粉
大の微粉炭が、ミル内に取込まれた一次空気によ
り、微粉炭輸送管８を通してバーナへ搬送され、
前記押込フアン１から送出された二次空気ととも
に燃焼する。

このようなミル系統においては、通常、冷空気
ダンパ３の開度操作方向と熱空気ダンパ４の開度
操作方向とを互いに逆にし、冷空気と熱空気との
流量配分を変えるこことにより、ミルへ送出する
一次空気の熱量を変えるようにしている。またミ
ル１００に投入される給炭量はコールフイーダ７
の速度に比例するため、コールフイーダ７の速度
を変化させて給炭量を制御している。

上記したミル系統における従来技術によるミル
出口温度制御系は、次のような構成になつてい
る。ミル１００の出口に設置した温度検出器２０
からのミル出口温度信号は、ミル出口温度設定器
２１からのミル出口温度設定信号とともに減算器
２２に加えられて比較され、その偏差信号は比例
積分演算器２３に印加される。該比例積分演算器
２３から出力されるダンパ開度指令信号A_Dは、
関数発生器２４を介して熱空気ダンパ４の開度要
求信号A₂となる。

前記ダンパ開度指令信号は、同時に減算器２６
に加えられ、そこで開度バイアス設定器２５から
の開度バイアス信号と比較され、その偏差信号は
関数発生器２７を介して冷空気ダンパ３の開度要
求信号A₁となる。さらに該ダンパ３，４の開度
は、コントロールドライブ（図示省略）により
各々の開度要求信号A₁，A₂に維持される。なお、
関数発生器２４，２７は空気量と開度との非線形
性を線形化補正するためのものである。

次に第２図を参照しながら、ミル起動時におけ
る上記従来技術によるミル出口温度制御系の動作
特性について説明する。通常、ミルの起動時に
は、まず、ウオーミング開始時点t₀において冷空
気ダンパ３および熱空気ダンパ４の開度を所定の
一次空気量を確保できる位置に開き（ここでは、
１例として、それぞれ50％とした）、ミル１００
のウオーミングを行ない、ミル出口温度が設定値
（80℃）に達した時点t₁で本制御系をいかす。

以後、ミル駆動系統（図示省略）を作動させ、
コールフイーダ７を駆動して給炭を開始する。ミ
ルが安定に負荷運転を行なうことができる最低給
炭量（ミル型式により異なるがボール型ミルでは
約50％）まで、給炭が増加した時点t₂でミルの起
動は完了する。

給炭を開始すると、ミル出口温度は、石炭に含
有される湿分による潜、顕熱ならびに石炭の顕熱
等により徐々に低下する。その結果、温度偏差を
生じて比例積分演算器２３が作動することによ
り、図からも明らかなように、熱空気ダンパ４の
開度は増加し、冷空気ダンパ３の開度は減少す
る。

ミル内に滞留した石炭の熱容量が大きいため、
給炭量が最低給炭量50％に達した時点t₂より大分
遅れた時点でミル出口温度の低下は止まり、以後
は比例積分演算器２３によつて、図示のごとく冷
空気ダンパ３および熱空気ダンパ４の開度が制御
操作され、ミル出口温度は設定値に制御される。

上述から分かるように、従来技術によるミル出
口温度制御系では、ミル起動時の給炭過程におけ
るミル出口温度の低下が大きいため、石炭に含有
する湿分の乾燥が不十分となり、微粉炭の燃焼性
能が悪化し、ひいては未燃分の増加をきたす。ま
た、同時に一次空気の搬送速度を低下させるの
で、火炉への微紛炭の供給量が低下し、燃焼が不
安定になる。さらに、給炭開始から最低給炭量に
達するまでの立上げ時間を縮め、ミルの急速起動
を図ろうとすれば、ミル出口温度の低下はより著
しくなり、ミルトリツプレベルに達したり、負荷
追従運転に支障をきたしたりする等の問題を生ず
る。

本発明の目的は、給炭量および給炭温度に応じ
てダンパ開度を先行制御することにより、ミル起
動の際の急激な給炭量増加に対しても、ミル出口
温度の低下を抑え、良好なミル出口温度制御を行
ない得るミル出口温度制御方式を提供するにあ
る。

本発明は、石炭に含有される湿分の顕、潜熱に
比較し、湿分を取除いた石炭の顕熱の方がはるか
に大きく、その顕熱は給炭温度および給炭量に関
係することに注目してなされたものである。

本発明の特徴とするところは、給炭温度および
給炭量を検出し、ミル出口温度規定値と該給炭温
度との偏差および給炭量から給炭量の顕熱を補償
するのに必要なダンパ開度変化幅指令を求め、該
指令をダンパ先行開度指令とするようにしたこと
にある。まず、本発明の根拠となるミル系統の伝
熱プロセスについて説明する。

ミル１００内に投入される石炭の比熱、温度、
給炭量、湿分含有率、水蒸気の定圧比熱を各々、
C_c、Θ_c、F_c、Ｗ、C_wとすると、投入された石炭
をミル出口温度Θ_pに加熱するのに必要な、湿分
を除いた石炭の顕熱Q_cならびに湿分の顕、潜熱
Q_wは、 Q_c＝F_c・（１−Ｗ）・C_c・（Θ_p−Θ_c） ……(1) Q_w＝F_c・Ｗ・C_w・（Θ_p−Θ_c） ……(2) となる。

一方ミル１００内に取込まれて石炭の加熱に費
やされる一次空気の伝熱量Q_apは、ミル入口の一
次空気の比熱、温度、空気量を各々、C_a、Θ_a、
F_aとすると、 Q_ap＝F_a・C_a（Θ_a−Θ_p） ……(3) となる。

したがつて、ミル内に滞留する石炭、水蒸気お
よび一次空気の重量をM_c、M_wおよびM_aとし、
これらの熱容量に比べてミルのメタル部の熱容量
が非常に大きく、したがつて前記メタル部の温度
変化は生じないと仮定すると、湿分を除いた石炭
の顕熱Q_cおよび湿分の顕、潜熱Q_wの吸熱量と一
次空気の伝熱量との間にアンバランスが生じたと
きには、ミル出口温度Θ_pに変化を生じることに
なる。それ故に、(4)式が成立つ。

（M_a・C_a＋M_c・C_c＋M_w・C_w）dΘ_p／dt＝Q_ap−Q_c −Q_w ……(4) 上記(1)式〜(4)式を連立させて、ミル出口温度
Θ_pを求めると(5)式のようになる。ただし、(5)式
中のＳはラプラス演算子を示す。

Θ_p＝Fa・Ca・Θa＋Fc・Θc・｛（１−Ｗ）・Cc
＋Ｗ・Cw｝／Fa・Ca＋Fc・｛（１−Ｗ）・Cc＋Ｗ・Cw｝
／１＋Ma・Ca＋Mc・Cc＋MwCw／Fa・Ca＋Fc｛（１−Ｗ）
・Cc＋Ｗ・Cw｝・Ｓ……(5) 次に、(5)式の近似式を導くために、実機におけ
る平均的な数値例を挙げると、C_a、C_c、C_wは
0.24、0.31、0.47（Kcal／Kg℃）、Ｗは２〜15（％）
である。また、定格容量24.8T／Ｈ（6.8Kg／Ｓ）
程度のボール型ミルでは、第３図に示すようなミ
ル特性になつている。

第３図で、横軸は一次空気流量F_aを検出する
ためにミル入口に設置したオリフイスによる一次
空気差圧ΔP_a（およびF_a＝Ｋ√_aの関係を用い
て算出されるミル入口における一次空気流量F_a）
を示し、縦軸はミル入口と出口との差圧（以後ミ
ル差圧と呼称）ΔP_nを示す。また、２つの直線
は、ミル出口温度Θ_pが80℃のもとで、一次空気
差圧ΔP_aとミル差圧ΔP_nとの比（以後ミルレシオ
と呼称）ΔP_n／ΔP_aをパラメータにした場合の一
次空気差圧とミル差圧ΔP_nとの関係を示す。ミル
レシオΔP_n／ΔP_a＝10の特性は給炭量が零の場合
で、20の特性は負荷追従運転時の場合である。ま
た、○イ、○ロおよび○ハ点は、それぞれ給炭開始点、
最低給炭量および定格給炭量における運転点であ
る。

第３図から分るように、ミル運転過程における
一次空気量F_aは8.8Kg／Ｓ（○イ、○ロ点）〜12.5Kg／
Ｓ（○ハ点）であるから、ミル内の一次空気重量M_a
はミル内容積を約10m³、比重量を約１〜1.1Kg／
m³とすれば約10〜11Kgである。さらに、石炭投入
によるミル差圧ΔP_nは120Kg／m²（○イ点）から240
Kg／m²（○ロ点）に変化するから、ミルの鉛直長さ
を約3mとするとその比重量は０〜80Kg／m³とな
り、ミル内の湿分および石炭の重量和M_c＋M_w＝
０〜800Kgと推定できる。さらに、これらの重量
M_a、M_c、M_wはミル内の流動遅れによる滞留分
であるから、各々の流入量に比例するとみてよ
い。

以上のような特性によれば、Ｗ、M_a、M_wは無
視できるため、(5)式を(6)式で近似することができ
る。

Θ_p＝Θa＋K₁・Fc・Θc／１＋K₁・Fc／１＋K₂Fc／１
＋K₁Fc・Ｓ……(6) ここで K₁＝C_c／F_a・C_a、 ………(7) K₂＝α・C_a／F_a・C_a（∵M_c＝α・F_c）例えば、(7)式のK₁およびK₂を第３図の○ハ点につ
いて求めると、K₁≒0.1、K₂≒12.1となる。

いま(6)式において、ミル入口の一次空気温度
Θ_a＝80℃、給炭温度Θ_c＝15℃としたときの、給
炭量F_cとミル出口温度Θ_pの定常状態値（最終整
定値）ならびに一次遅れ時定数Ｔの関係特性を第
４図に示す。この図によれば、給炭量F_cが増加す
るに従つてミル出口温度Θ_pが大きく低下し、給
炭量変化に対するミル出口温度の一次遅れ時定数
Ｔは増大することが分る。

そこで、本発明は、給炭量F_cおよび給炭温度
Θ_cからミル出口温度Θ_pの低下幅を求め、その低
下幅をミル入口での一次空気温度Θ_aの増加によ
り補償し、ミル出口温度Θ_pを規定値Θ_ORに維持し
ようとするものである。 (6)式において、給炭量
F_c＝０のときのミル入口一次空気温度Θ_aはミル
出口温度に等しく、しかもこれはミル出口温度定
格値Θ_ORに等しいから、給炭量F_cとミル入口での
一次空気温度の変化幅ΔΘ_aとの関係は、(8)式であ
らわされる。

ΔΘ_a＝K₁・F_c（Θ_OR−Θ_c） ……(8) さらに、押込フアン１および空気予熱器２の出
口空気温度を各々、Θ_F、Θ_H線形補正された冷、
熱空気ダンパ開度をA₁、A₂とすると、ミル入口
空気温度Θ_aは(9)式で求められる。

Θ_a＝Θ_FA₁＋Θ_H・A₂／A₁＋A₂ ………(9) (9)式においては、 A₁＋A₂＝100（％）であり、第１図では熱空気ダンパ開度A₂はダン
パ開度指令A_Dに等しいから、(9)式をA₂について
展開し、ミル入口温度の変化幅ΔΘ_aに対するダン
パ開度指令の変化幅ΔA_Dを求めると(10)(11)式が得ら
れる。

ΔA_D＝K₃・ΔΘ_a ………(10) K₃＝１／Θ_H−Θ_F ………(11) すなわち、本発明は(10)式で得られるダンパ開度
指令の変化幅ΔA_Dをダンパ先行開度指令とし、
冷、熱空気ダンパ開度を先行制御するものであ
る。

第５図に、ミル系統と本発明によるミル出口温
度制御系の実施例を示す。図において、第１図と
同一の符号は同一または同等部分をあらわす。ま
ず、本発明の特徴となるミル出口温度制御系の構
成について説明すると、コールフイーダ７に取付
けられた給炭量検出器３０により給炭量を検出す
る。また、コールバンカ６の壁面に取付けられた
給炭温度検出器３１（例えば熱電対）により給炭
温度を検出する。

該検出器３１で得られた給炭温度信号とミル出
口温度設定器２１に設定されたミル出口温度規定
値信号とを減算器３２で比較する。得られた温度
偏差を乗算器３３に供給して、給炭量検出器３０
で得られた給炭量信号を乗算する。さらに、(7)式
で与えられるK₁を設定するようにした係数器３
４に導き、(8)式であらわされるミル入口での一次
空気温度変化幅ΔΘ_aを求める。

該変化幅信号を、(11)式で与えられるK₃を設定
するようにした係数器３５に供給してダンパ先行
開度指令信号を求める。この先行開度指令信号
を、比例積分演算器２３からのダンパ開度指令信
号に加算器３６で加算することにより、補正され
たダンパ開度指令信号が得られる。上記以外の構
成は第１図と同一である。

次に、このような本発明によるミル出口温度制
御系の動作について、第６図を参照しながら説明
する。第６図はミル起動時のミル出口温度制御特
性である。前記したように、ミルのウオーキング
が完了するとコールフイーダ７が駆動され、給炭
が開始される。給炭量の増加に従い、図中点線で
示すように、給炭量に応じてダンパ先行開度指令
が発生するため、図中の実線で示すように冷空気
ダンパ３の開度は減少し、熱空気ダンパ４の開度
は増加する。

したがつて、ミル入口空気温度は給炭量の顕熱
増加を打消すように増加するため、ミル出口温度
低下は大幅に改善される。なお、給炭量に含有し
ている湿分の顕、潜熱により、ミル出口温度は若
干低下するが、その温度偏差は小さい。該偏差に
対して比例積分演算器２３が動作し、第６図中の
一点鎖線で示すダンパ開度指令を発生することに
なる。その結果、冷空気ダンパ３ならびに熱空気
ダンパ４の開度は図中、実線で示すような応答と
なり、良好なミル出口温度制御特性が得られる。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、第
５図と同一部分は同一符号で示す。第５図と異な
るのはダンパ先行開度信号を加算器３７を開いて
熱空気ダンパ４の開度指令に加算するとともに、
冷空気ダンパ３の開度指令から減算器３８を用い
て差引くようにしたものであり、第５図の実施例
と同一効果を発揮することは明らかである。

さらに、以上の説明では、冷空気および熱空気
空ダンパを操作した場合を取扱つたが、冷空気ダ
ンパもしくは熱空気ダンパを固定し、他方のダン
パのみをミル出口温度制御に用いる場合にも本発
明によるミル出口温度制御方式は容易に適用でき
ることは当然である。また、給炭温度の検出をコ
ールバンカ壁から行なうようにしたが、もちろ
ん、石炭の温度を直接検出しても差つかえない。
また、通常、石炭は大気中に十分放置されてお
り、大気温度と平衡状態になつていることから給
炭温度の代りにコールバンカならびにコールフイ
ーダ廻りの大気温度を用いてもよい。

上述したように、本発明によれば、給炭温度お
よび給炭量に応じてダンパ開度を先行制御できる
ため、いかなる季節においても、ミル起動の際の
急激な給炭量増加に対して、ミル出口温度の低下
を抑え、良好なミル出口温度制御を行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はミル系統の構成とミル出口温度制御系
の従来例、第２図はミル起動時における従来技術
によるミル出口温度系の動作特性図、第３図はミ
ル特性の説明図、第４図は給炭量とミル出口温度
ならびに一時遅れ時定数の関係特性図、第５図は
本発明の一実施例のブロツク図、第６図はミル起
動時における本発明によるミル出口温度制御系の
動作特性図、第７図は本発明の他の実施例を示す
ブロツク図である。２…一次空気予熱器、３…冷空気ダンパ、４…
熱空気ダンパ、５…一次空気フアン、６…コール
バンカ、７…コールフイーダ、８…微粉炭輸送
管、２０…ミル出口温度検出器、２１…ミル出口
温度設定器、２３…比例積分演算器、２４，２７
…関数発生器、２５…開度バイアス設定器、３０
…給炭量検出器、３１…給炭温度検出器、３３…
乗算器、３４，３５…係数器、１００…石炭ミ
ル。

Claims

【特許請求の範囲】

１熱空気系統ならびに冷空気系統に設置した熱
空気ダンパならびに冷空気ダンパの少なくとも一
方の開度を調節し、石炭ミル出口温度を規定値に
維持する石炭ミル出口温度制御方式において、石
炭ミル出口温度の規定値と給炭温度との差および
給炭量の積に、石炭比熱と空気比熱との比に、ミ
ル入口一次空気流量設定値の逆数を乗じて得られ
た値を乗じて、給炭量の顕熱を補償するのに必要
な石炭ミル入口温度変化幅を推定し、該推定値に
前記熱空気ダンパ前の熱空気温度設定値と前記冷
空気ダンパ前の冷空気温度設定値との差の逆数値
を乗じてダンパ先行開度指令を求め、該指令によ
り該熱空気ダンパならびに冷空気ダンパの少なく
とも一方の開度を先行制御することを特徴とする
石炭ミル出口温度制御方式。