JPS6365226A - ボイラ自動制御方法及び装置 - 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、火力発電所のボイラ自動制御方法及び装置に
係り、特にバーナ点消火時のＮＯｘ値変動を抑制するに
好適なボイラ自動制御方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラのＮ　Ｏｘ制御法については、「火力原子力発電
Ｊ　１９７７年、３月号の８２〜８８頁の１．３排煙脱
硝に示されているように、燃焼数軒によりＮＯｘを抑制
する方法と、排煙脱硝により排ガスところが、バーナ点
消火時のバーナ火炎発生による輻射熱、火炉ガス温度変
動によるＮ　Ｏｘ値への影響については、考慮されてい
ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、バーナ点消火時のバーナ火炎発生によ
る輻射熱及び火炉ガス温度変動について配慮がされてお
らず、ＮＯｘ制御の大きな外乱となるという問題があっ
た。

本発明の目的は、バーナ点消火時においても安定したＮ
Ｏｘ制御を可能とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、バーナ点消火時にアンモニア流調弁に先行
信号を加算させることにより、達成される。

〔作用〕

アンモニア流調弁は、バーナ点火時には開方向の先行信
号が、バーナ消火時には閉方向の先行信号が加算されて
動作する。それによって、排煙脱硝装置へのアンモニア
注入量が増減し、バーナ点シ哨、火時のＮＯｘ変動を吸
収することが出来る。

〔７ｊ実施例〕 以ド、本発明の１実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第２図において、火力発電プラントの概要を説明する。

火力発電プラントは、ボイラ本体４．高圧タービン２．
中圧タービン４０７９発電機３により構成され、ボイラ
自動制御装置４０２は、負荷（タービン・発電機）から
の要求、つまり、タービン制御装置４０３が、ガバナ４
０８の開度調整を行ない、この開度により決定される蒸
気の圧力、温度を規定値に保つべく、燃料流調弁１７に
より燃料量を、ＲＦＰ４０６により給水量を、また押込
通風機により空気量をそれぞＪし制御する。

次に燃焼ガスの流れについて説明すると、火炉（ボイラ
本体４）にて燃焼したガスは、まずＷＷ６、ドラム７、
Ｉ　ＳＨ８，Ｒ）１２５，２ＳＨ２７゜節炭器（以下Ｅ
ＣＯと略す）５を通り、１部は再循環ガスとしてＧＲＦ
２２とＧＲＦ入「１ダンパ２３により再循環ガス流量を
調整して、火炉内ｌ＼注入させることにより、ＷＷ６．
ドラム７゜１ＳＨ８，ＲＨ２５，２ＳＩＩ２７．　ＥＣ
Ｏ５での伝熱量調整に使用し、残りは排煙脱硝装［１２
を通り、この装置内で排ガス中のＮＯｘ分をアンモニア
水と触媒により還元反応させ、ＮＯｘ値制限内となった
ガスを煙突より排出させる。。

また、水蒸気系について説明すると、中圧タービン４０
７からの排気を復水器４０５により冷却して復水とし、
この水をＢＦＰ４０６により加圧し、１”：　ＣＯ５に
て加熱され、さらに、ＷＷ６にて過熱されて蒸気となる
。この蒸気は、ドラム７にて飽和蒸気と飽和水に分離さ
れ、ｌ５Ｈ８で過熱さ才し、給水の１部をスプレー弁１
０を介して減温器９に注入することにより、蒸気温度の
調整を行なう。次に、温度調整された蒸気は、２ＳＨ２
７にて定格温度まで過熱されて、高圧タービン２へ送ら
れる。高圧タービン２で仕事を終えた蒸気は、ＧＲＦ入
ロプロダンパ整することにより、再循環ガス量を調整し
、ＲＨ２５にてこのガス対流熱を吸収することにより、
定格温度まで再熱され中圧タービンへ送られる。中圧タ
ービン４０７で仕事を終えた蒸気は、復水器４０５へ送
られ、復水されてボイラ給水用として使用される。

さらに、バーナ自動制御装置４０４について説明すると
、バーナ自動制御装置は、負荷に見合った熱板を供給す
べくバーナの点消火を行なう制御装置である。すなわち
、計算機または運転員からの点消化指令により、上段点
火トーチ元弁」８を開き、上段点火バーナを４０９を点
火させる。次に−Ｅ段バーナ元弁１９を開き、」−股上
バーナを点火させる。上段主バーナの点火を確認したら
、」〕段点火トーチ元弁１８を全閉し、点火バーナ４１
０を消火する。また、上段主バーナ消火の場合は、上段
主バーナ元弁１９を全閉して消火する。下段のバーナに
ついても、上段のバーナと同一の動作により点消火が行
なわれる。

その他の装置として、中央操作盤４０１２点火用軽油流
調弁１６．燃料圧力発信器４１３．燃料量発信器４１４
がある。

第３図に従来のバーナ点消火時における七なプロセス量
の挙動を示す。本図より明らかなように、バーナ点消火
に伴うバーナ火炎の発生、消滅による輻射熱、火炉ガス
温度の変化で、ボイラの伝熱部への熱伝達が変わること
により、蒸気温度が大きく変動し、また、燃焼速度や燃
焼最高温度の変動により、ＮＯｘ値が変化し、制御系へ
の大きな外乱となっている。

この外乱の対策として留意しなければならないことは、
このバーナ点消火時には、ボイラの燃焼状態は極めて不
安定となっており、まず第１にバーナ点消火を完了させ
ることを前提条件として、対策案を考えることが必要と
なる。ここで、第４図を使ってバーナ点消火のタイミン
グについて説明する。

本図は、バーナ本数８本でＭＣＲ（最大負荷）の燃料量
を確保出来る場合を示す。バーナが安定燃焼するには、
最低燃料圧力１０ｋｇ／ｃａｆｆ以上として失火を防止
し、最高圧力２０ｋｇ／ａｌＴ以下として火炎が飛び離
れて不安全燃焼とならないように圧力調整する。次に、
負荷上昇の場合について説明すると、負荷３０％の時点
で、バーナを２本から４本へ点火する。この時、燃料流
量を一定とすると、燃料圧力は最低圧力近くまで降下す
る。そして、負荷３０％より７０％までは、バーナ４本
で運用する。すなわち、バーナの燃料流量と燃料圧力と
の関係は、バーナ本数４の線上にあることになる。さら
に負荷上昇させる場合は、負荷７０％の時点でバーナを
４本から８本へ点火する。そして、負荷７０％からＭＣ
Ｒまでを、バーナ８本で運用する。負荷降下させる場合
は、上述の負荷上昇させる場合とまったく逆の動作とな
る。

このように、バーナ点消火時は燃料制御系は不安定であ
り、バーナ点消火に伴う蒸気温度及びＮＯｘ値の変動抑
制については、燃焼に関係しない方法としなければなら
ない。特に、Ｎ　Ｏｘ抑制においては、各種の燃焼改善
による方法、例えば低ｏ２制御、排ガス混合法、２段燃
焼法、１次ガス注入法などに依ることは難しく、２次的
手段である排煙脱硝法に依ること、すなわち１発生する
Ｎ　Ｏｘを、アンモニア水を調整することで除去する方
法を取ることが好ましい。

ここで、排煙脱硝装置の原理について説明すると、排ガ
スにアンモニア（ＮＨａ）　　水を注入して、適切な温
度条件の下で触媒を用いて排ガス中のＮＯｘと反応させ
、無害なＮ２とＨｚＯに還元分解するもので、反応式は
、 となる。

上式より、排ガス中のＮＯｘ値により、アンモニア水を
増減すればＮ　Ｏｘ値を規定値に調整出来ることが判る
。

以上のことより、バーナ点消火時の蒸気温度変動対策と
しては、主蒸気温度については、スプレー弁への先行信
号加算、再熱蒸気温度については、ＧＲＦ入ロプロダン
パ先行信号加算、さらに、Ｎ　Ｏｘ値変動対策としては
、排煙脱硝装置へのアンモニア水を調整すべく、アンモ
ニア流調弁への先行信号を加算する方法とするのが最適
である。

第１図に、排煙脱硝制御系に、本発明を適用した制御回
路を示す。

１は制御装置の範囲を示す。ＮＯｘ分析計１３からのＮ
Ｏｘ値信号と、設定値３０５の偏差を加算器３０６で演
算し、この偏差を比例積分器３０７で演算し、次に、発
電機出力信号２４をベースとしたアンモニア流調弁先行
プログラム信号器３０１の出力信号とを、加算器３０８
にて演算してアンモニア流調弁操作信号とする。すなわ
ち、Ｎ　Ｏｘ値の制御を、アンモニア流調弁を調整する
ことで行なっている。

さらに、バーナ点消火時のＮ　Ｏｘ値変動抑制のために
、バーナ点火時は、ＮＯｘ値が上昇することより、アン
モニア流調弁１１に開方向先行信号を加算すべく、発電
機出力信号２４をベースとしたアンモニア流調弁補正用
の先行プログラム信号器３０２を設け、バーナ点火と同
時にＯＮする接点１０５を通して、加算器３０９により
アンモニア流調弁操作信号へ加算し、バーナ点火時のア
ンモニア流調弁操作信号とする。

−とより、アンモニア流調弁１１に閉方向先行信号を加
算すべく、発電機出力信号をベースとしたアンモニア流
調弁補正用の先行プログラム信号器３０３を設け、閉方
向の信号とするため符号反転器３０４を通して、バーナ
消火と同時にＯＮする接点１０６を通して、加算器３０
９にょリアンモニア操作信号へ加算し、バーナ消火時の
アンモニア操作信号とする。

第６図に、本発明の制御方式を採用した場合の、バーナ
点消火時における蒸気温度及びＮＯｘ制御系の主なプロ
セス量の挙動を示す。本図より明らかなように、バーナ
点消火時に、スプレー弁。

ＧＲＦ入ロプロダンパンモニア流調弁に先行補正信号を
加算することにより、蒸気温度及びＮＯｘ値の変動が抑
制され、安定した制御が可能となることが判る。

第５図に、本発明の機能フローを示す。

まず、演算ブロック７１にて、バーナが点消火中かを判
定する。点消火中であれば、演算ブロン１り７２に進み
点火中なのか、消火中なのかを判定￥子。点火中であれ
ば、演算ブロック７３に進み、ま蒸）気温度、再熱蒸気
温度、ＮＯｘ値の各々について急−」−■することより
、スプレー弁に開方向先行４％号を、ＧＲＦ人ロプロダ
ンパ方向先行信号を、さらにアンモニア流調弁に開方向
先行信号を加算させる。一方、消火中であれば、演算ブ
ロック７４に進み、演算ブロック７３と正反対の動作を
行なわせる。

以上、第５図は、バーナ点消火時の蒸気温度及びＮＯｘ
制御の改善という本発明の機能フローを示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電所のボイラにｊ′々いて、バ
ーナ点消火時に発生するＮＯｘ値の急変を防止できるの
で、火力発電所の中間負荷運用に伴うＤＳＳ化（毎日起
動停止）や、負荷変動の頻繁化により、バーナを点消火
する機会が増加している今日において、火力プラントの
蒸気温度及びＮＯｘ制御性の向上に効果があり、さらに
、負荷追従性の向上、起動・停止時間の短縮化にも効果
がある。

す、第２図は、代表的なドラムボイラの本体系統図及び
主要制御装置の構成図を示す。第３図は。

従来制御方式によるバーナ点消火時の主なプロセス量の
挙動を示す。第４図は、バーナ本数と燃料量、燃料圧力
の特性を示す（バーナターンダウン特性）。第５図は、
第１図で説明した本発明の機能説明フローを示す。第６
図は、本発明による制御方式を採用した場合の、バーナ
点消火時の主なプロセス量の挙動を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本のバーナを有し、その燃焼ガスを排煙脱硝装
   置を介して放出するボイラにおいて、前記バーナの点消
   化に応じて排煙脱硝装置に注入するアンモニア量を増減
   することを特徴とするボイラ自動制御方法。 ２、複数本のバーナを有し、その燃焼ガスを排煙脱硝装
   置を介して放出するボイラにおいて、前記排煙脱硝装置
   の出口のＮＯｘ値を検出しこれを所定量に制御するＮＯ
   ｘ調節器、前記バーナの点消化の際に補正信号を発生す
   る補正回路、該補正回路出力と前記ＮＯｘ調節器の出力
   を加算する加算回路、該加算回路の出力により開度調整
   されるアンモニア流調弁を備え、アンモニア流調弁を介
   して前記排煙脱硝装置に注入するアンモニア量を制御す
   るとともに、前記補正回路の補正信号はバーナ点消化の
   際にアンモニア流調弁を開閉させるものとされたことを
   特徴とするボイラ自動制御装置。