(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉及び過熱器吸収熱量演算器、再熱器吸収熱量演算器、火炉投入空気熱量演算器およびガス比熱演算器を有するボイラの石炭発熱量推定装置において、上記火炉及び過熱器吸収熱量演算器および再熱器吸収熱量演算器の出力の和を減算入力しかつ石炭供給量センサの出力を受ける第１の積算器の出力および上記火炉投入空気熱量演算器の出力を加算入力するとともにボイラ出口ガス流量センサの出力を受ける第２の積算器の出力を減算入力する加減算器と、同加減算器の出力を受けて推定ボイラ出口ガス温度信号を演算出力する動的排ガス損失推定器と、同動的排ガス損失推定器の出力を受ける上記ガス比熱演算器と、同ガス比熱演算器および上記動的排ガス損失推定器の出力を受け上記第２の積算器へ出力を送る第３の積算器と、上記動的排ガス損失推定器の出力を加算入力しかつボイラ出口ガス温度センサの出力を減算入力するとともに出力を上記動的排ガス損失推定器へフィードバックする減算器と、同減算器の出力を受け推定発熱量信号を演算出力するとともに上記第１乗算器へフィードバックする発熱量推定器とを備えてなることを特徴とするボイラの石炭発熱量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多炭種の石炭焚きボイラの発熱量自動推定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラは給水流量と燃料流量とは一定の静特性関数で基本的に制御され、これに動的な補償を行う為、ボイラ入力加速信号や水燃比制御が加算される。石炭発熱量が変化すれば当然この静特性関数も変化させる必要がある。水燃比は通常、主蒸気温度偏差を入力とするＰＩ制御が基本的であり、発熱量の変化が小さければ、自と水燃比がこれを補償するが、水燃比はフィードバック制御である為、正しい静特性関数の運転より制御性能が低下するのは当然である。
【０００３】
又、ボイラの安全運転上、水燃比には上下限リミッタがつけられており、このリミッタを越える運転は出来ない。従って発熱量の変化が大きければ、水燃比はこのリミッタに掛ってしまい、動的補償が出来なくなる。ボイラ入力加速信号は、フィードフォワードで動的補償を行うものであり、正確な石炭発熱量を制御に用いることが非常に重要である。発熱量がずれておれば、正しい動的補償はできない。
【０００４】
従来の石炭発熱量演算装置を図６および図７により説明する。図７にて、１はボイラ、１ａは火炉、２は火炉壁管、３は節炭器、４は最終過熱器、５は再熱器、６はヘッダである。
【０００５】
蒸気温度及び圧力、流量を検出するための節炭器入口温度・圧力・流量センサ７ａが節炭器３の入口に設けられ、最終過熱器出口温度・圧力・流量センサ７ｂが最終過熱器４の出口に設けられている。またＳＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ７ｃがＳＨスプレイとり出し口に設置されている。同様に、再熱器入口温度・圧力・流量センサ８ａが再熱器５入口に、最終再熱器出口温度・圧力・流量センサ８ｂが再熱器出口に設けられている。また、ＲＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ８ｃがＲＨスプレイとり出し口に設置されている。火炉投入空気の温度・流量センサ９は、火炉投入口に設けられる。また石炭供給量センサ１０は給炭器に、ボイラ出口ガスの温度センサ１１ａおよび流量センサ１１ｂはボイラ出口ラインに設けられる。
【０００６】
石炭発熱量演算装置を図６に示す。節炭器入口温度・圧力・流量センサ７ａ、最終過熱器出口温度・圧力・流量センサ７ｂおよびＳＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ７ｃの出力を受ける火炉及び過熱器吸収熱量演算器１２が設けられている。また再熱器入口温度・圧力・流量センサ８ａ、最終再熱器出口温度・圧力・流量センサ８ｂ、およびＲＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ８ｃの出力を受ける再熱器吸収熱量演算器１３が設けられている。
【０００７】
火炉及び過熱器吸収熱量演算器１２と再熱器吸収熱量演算器１３の出力は加算器１５を経て加減算器１７に加算入力される。また火炉投入空気の温度・流量センサ９の出力は火炉投入空気熱量演算器１４を経て加減算器１７に減算入力される。ボイラ出口ガス温度センサ１１ａの出力は乗算器１８、およびガス比熱演算器１９を経て乗算器１８へ送られる。また乗算器１８の出力は乗算器２０を経て加減算器１７へ加減入力される。さらにボイラ出口ガス流量センサ１１ｂの出口は乗算器２０へ送られる。加減算器１７の出力は演算器２９へ送られる。また石炭供給量センサ１０の出力は演算器２９へ送られる。
【０００８】
以上において、石炭の発熱量は、ボイラの総出熱が求められるならば、空気入熱と石炭流量とから式（１）を用いて計算される。
【０００９】
発熱量＝（ボイラ総出熱−空気入熱）／石炭流量  ……（１）
ここでボイラ総出熱とは伝熱面の全吸収熱量、排ガス損失、火炉放射損失、排ガスタクトよりの放散熱量、非過熱部（蒸気ヘッダや蒸気配管等）熱損失の合計である。
【００１０】
火炉及び過熱器吸収熱量演算器１２は節炭器入口温度・圧力・流量センサ７ａ、最終過熱器出口温度・圧力・流量センサ７ｂおよびＳＨスプレ水温度・圧力・流量センサ７ｃの出力を受け、火炉及び過熱器の吸収熱量信号１２ｓを演算出力する。また再熱器吸収熱量演算器１３は再熱器入口温度・圧力・流量センサ８ａ、最終再熱器出口温度・圧力・流量センサ８ｂおよびＲＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ８ｃの出力を受け、再熱器の吸収熱量信号１３ｓを演算出力する。これらの信号１２ｓ、１３ｓは加算器１５を経て加減算器１７へ送られる。
【００１１】
ボイラ出口ガス温度センサ１１ａの出力は乗算器１８とガス比熱演算器１９を経て乗算器１８へ送られる。乗算器１８の出力はボイラ出口ガス流量センサ１１ｂの出力と乗算器２０で乗算され、ボイラ出口ガス放熱量信号２０ｓとなる。また火炉投入空気熱量演算器１４は火炉投入空気の温度・流量センサ９の出力を受け、火炉投入空気熱量信号１４ｓを演算出力する。加減算器１７は信号１２ｓ、１３ｓ、２０ｓから信号１４ｓを引算し総発熱量信号１７ｓを出力する。割算器２９は総発熱量信号１７ｓと石炭供給量センサ１０の出力を受け、前者を後者で割って発熱量信号２９ｓを出力する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の石炭発熱量演算装置から演算出力される発熱量信号は静的には正しい値となるが、負荷変動中などのような動的な場合には、正しい値とならなかった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため次の手段を講ずる。
【００１４】
すなわち、火炉及び過熱器吸収熱量演算器、再熱器吸収熱量演算器、火炉投入空気熱量演算器およびガス比熱演算器を有するボイラの石炭発熱量推定装置において、上記火炉及び過熱器吸収熱量演算器および再熱器吸収熱量演算器の出力の和を減算入力しかつ石炭供給量センサの出力を受ける第１の積算器の出力および上記火炉投入空気熱量演算器の出力を加算入力するとともにボイラ出口ガス流量センサの出力を受ける第２の積算器の出力を減算入力する加減算器と、同加減算器の出力を受けて推定ボイラ出口ガス温度信号を演算出力する動的排ガス損失推定器と、同動的排ガス損失推定器の出力を受ける上記ガス比熱演算器と、同ガス比熱演算器および上記動的排ガス損失推定器の出力を受け上記第２の積算器へ出力を送る第３の積算器と、上記動的排ガス損失推定器の出力を加算入力しかつボイラ出口ガス温度センサの出力を減算入力するとともに出力を上記動的排ガス損失推定器へフィードバックする減算器と、同減算器の出力を受け推定発熱量信号を演算出力するとともに上記第１乗算器へフィードバックする発熱量推定器とを設ける。
【００１５】
【作用】
上記発明において、加減算器は火炉及び過熱器吸収熱量演算器および再熱器吸収熱量演算器の出力の和、すなわち全伝熱面の総吸収熱量信号を減算入力する。また火炉投入空気熱量演算器から火炉投入空気熱量信号を加算入力する。さらに第１乗算器から石炭投入熱量信号を加算入力し、第３乗算器からボイラ出口ガス放熱量信号を減算入力する。
【００１６】
動的排ガス損失推定器は加減算器の出力と減算器からの偏差信号をフィードバック入力し、推定ボイラ出口ガス温度信号を演算出力する。減算器はこの信号からボイラ出口ガス温度センサの出力を引き偏差信号を出力する。発熱量推定器はこの信号から動的な推定発熱量信号を演算出力する。
【００１７】
このようにして、炭種の変化、負荷変化等に対して、動的に高速追従した信頼性の高いボイラの石炭発熱量が時々刻々推定発熱量信号として得られる。
【００１８】
【実施例】
上記本発明の一実施例を図１〜図５により説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。
【００１９】
図１にて、加算器１５の出力は加減算器１７に減算入力される。また火炉投入空気熱量演算器１４の出力は加算入力される。さらに第１乗算器１６の出力が加算入力され、第２乗算器２０の出力が減算入力される。加減算器１７の出力は動的排ガス損失推定器２１および減算器２３を順次経て発熱量推定器２４へ送られる。
【００２０】
減算器２３にはボイラ出口ガス温度センサ１１ａの出力が減算入力される。また減算器２３の出力は動的排ガス損失推定器２１にフィードバックされる。さらに第１乗算器１６には石炭供給量センサ１０と発熱量推定器２４の出力が入力される。
【００２１】
動的排ガス損失推定器２１の出力は第３乗算器１８と、ガス比熱演算器１９を経て第３乗算器１８へ送られる。また第２乗算器２０はボイラ出口ガス流量センサ１１ｂの出力と第３乗算器１８の出力を入力する。
【００２２】
動的排ガス損失推定器２１の構成を図２に示す。加減算器１７の出力は加減算器３０、加算器３１、積分器３２、加算器３３、積分器３４、加算器３５、および積分器３６を順次経て出力される。
【００２３】
減算器２３の出力はそれぞれ倍率器３９、３８、３７を経て加算器３１、３３、３５へ送られる。また積分器３２の出力は倍率器４０を経て加減算器３０に減算入力される。さらに積分器３４の出力は倍率器４１を経て加減算器３０に減算入力される。
【００２４】
発熱量推定器２４の構成を図３に示す。減算器２３の出力は倍率器４２および加算器４４を順次経て出力される。また倍率器４２の出力は積分器４３を経て加算器４４へ送られる。
【００２５】
以上において、加減算器１５は火炉及び過熱器吸収熱量演算器１２および再熱器吸収熱量演算器１３の出力の和、すなわち全伝熱面の総吸収熱量信号１５ｓを減算入力する。また火炉投入空気熱量演算器１４から火炉投入空気熱量信号１４ｓを加算入力する。さらに第１乗算器１６から石炭投入熱量信号１６ｓを加算入力し、第３乗算器２０からボイラ出口ガス放熱量信号２０ｓを減算入力する。
【００２６】
動的排ガス損失推定器２１は加減算器１７の出力と減算器２３からの偏差信号をフィードバック入力し、推定ボイラ出口ガス温度信号２１ｓを演算出力する。減算器２３はこの信号からボイラ出口ガス温度センサ１１ａの出力を引き偏差信号を出力する。
【００２７】
またガス比熱演算器１９と第３乗算器１８はボイラ出口ガス熱量信号を出力する。さらに第３乗算器でボイラ出口ガス放熱量信号２０ｓとなる。
【００２８】
発熱量推定器２４は減算器２３からの偏差信号を入力し、動的な推定発熱量信号２４ｓを演算出力する。
【００２９】
なお、図２の動的排ガス損失推定器は簡単な２次の線形モデルとした。より高次のモデルを用いれば、さらに精度は向上する。ここで、パラメータａ1 〜ａ6 は、正しい発熱量が得られる様調整される。
【００３０】
また、図３の発熱量推定器はＰＩ制御器と同一の構成としているが、別に２３の出力が、安定に零と成る様補償するものであれば良い。例えばＦazzｙ 、制御等も極めて有効と考えられる。図中のパラメータｂ1 、ｂ2 もａ1 〜ａ6 同様に調整される。
【００３１】
上記実施例を実際の発電所のデータに基づいて作動させた結果を図４及び図５に示す。図４は、発熱量５８００kcal／kgの石炭を使用中にプラントの出力を１００％より７５％に減じた場合で、図中実線は、本実施例の出力である。破線は従来装置の出力である。プラント出力が変動しても安定した推定発熱量信号がえられていることが分る。
【００３２】
図５はプラントの出力一定中に、発熱量６０００kcal／kgの石炭より５７００kcal／kgの石炭に炭種の切替が行なわれた場合である。実線が本実施例によるもの、破線が従来例によるものである。炭種が変化しても安定にかつ高速に追従していることが分る。
【００３３】
以上のように、炭種の変化、負荷変化等に対して、動的に高速追従し、かつ安定した信頼性の高いボイラの石炭発熱量が時々刻々推定発熱量信号として得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は次の効果を奏する。
▲１▼  ボイラ稼動時に炭種が切替ったり負荷が変っても自動的に速応し、かつ高精度で発熱量を推定することができる。
▲２▼  この発熱量をボイラ制御に使用することによって、炭種変化や負荷変動時にも高安定でかつ高速に追従できる自動制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体構成ブロック図である。
【図２】同実施例の動的排ガス損失推定器の構成ブロック図である。
【図３】同実施例の発熱量推定器の構成ブロック図である。
【図４】同実施例の作用効果説明図である。
【図５】同実施例の作用効果説明図である。
【図６】従来例の構成ブロック図である。
【図７】同従来例の全体構成図である。
【符号の説明】
１                ボイラ
１ａ              火炉
２                火炉側壁管
３                節炭器
４                最終過熱器
５                再熱器
６                ヘッダ
７ａ              節炭器入口温度・圧力・流量センサ
７ｂ              最終過熱器出口温度・圧力・流量センサ
７ｃ              ＳＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ
８ａ              再熱器入口温度・圧力・流量センサ
８ｂ              最終再熱器出口温度・圧力・流量センサ
８ｃ              ＲＨスプレイ水温度・圧力・流量センサ
９                火炉投入空気の温度・流量センサ
１０              石炭供給量センサ
１１ａ            ボイラ出口ガス温度センサ
１１ｂ            ボイラ出口ガス流量センサ
１２              火炉／過熱器吸収熱量演算器
１３              再熱器吸収熱量演算器
１４              火炉投入空気熱量演算器
１４ｓ            火炉投入空気熱量信号
１５              加算器
１５ｓ            全伝熱面の総吸収熱量信号
１６、１８、２０  乗算器
１６ｓ            石炭投入熱量信号
１７、２８        加減算器
１９              ガス比熱演算器
２０ｓ            ボイラ出口ガス放熱量信号
２１              動的排ガス損失推定器
２１ｓ            推定ボイラ出口ガス温度信号
２４              発熱量演算器
２４ｓ            推定発熱量信号
２９              割算器
３０、３１、３３、３５、４４  加算器
３２、３４、３６、４３        積分器
３７、３８、４０、４１、４２  倍率器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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