(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉内に複数の独立した燃焼状態を形成する炉域を具え、夫々の炉域の後流側に位置する後部煙道にガス分配ダンパを、又前記夫々の炉域上方若しくは後部煙道に主蒸気用加熱手段又は／及び再熱蒸気用加熱手段を配設してなる複数の炉域を有するボイラにおいて、
前記夫々の炉域若しくは後部煙道に設置された加熱手段により加熱された主蒸気温度又は／及び再熱蒸気温度の前記両炉域間の温度偏差、ガス分配ダンパの開度偏差の内、少なくとも一の偏差信号に基づいて両炉域の燃焼状態のアンバランスを検出し、該検出信号基づいて前記炉域夫々に配設されたバーナの角度を調節して燃焼ゾーンを変えることにより、両炉域間の燃焼アンバランスを軽減することを特徴とするボイラの炉域燃焼状態制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電プラントにおける、火炉内に複数の炉域を具えたボイラの炉域燃焼状態制御、より具体的には蒸気温度制御に係り、特に火炉内に複数の独立した燃焼状態を形成する炉域を具え、夫々の炉域の後流側に位置する後部煙道にガス分配ダンパを、又前記夫々の炉域上方若しくは後部煙道に主蒸気用加熱手段又は／及び再熱蒸気用加熱手段を配設してなる複数の炉域を有するボイラにおいて、前記炉域間の燃焼状態のアンバランスを軽減する為のボイラの炉域燃焼状態制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より火炉内の左右に夫々バーナを配し、火炉内に２つの独立した燃焼状態を形成する形式のボイラは公知であり、図５にかかるボイラの従来のバーナ角度調整用の制御回路を示す。
【０００３】
図５に示す従来のバーナ角度調整用の制御回路は、火炉内の左右に２つの独立した燃焼状態を形成する炉域を夫々Ａ炉域及びＢ炉域とした場合に、例えばＡ炉域の運転状態に対応する負荷指標（以下ＬＤ）１００を入力変数として関数発生器１０１にて所定の演算を行なって、Ａ炉域バーナ角度調節器（不図示）にバーナ角度調節器指令を出力し、Ａ炉域バーナの角度調整を行なう。
又Ｂ炉域バーナの角度調整も同様に行ない、これにより前記２つの炉域間の運転状態のアンバランスを軽減していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかる従来のバーナ角度調整用の制御方式は、あらかじめＡ／Ｂ炉域個々の運転状態から決められた関数発生器の設定する角度となる為、ボイラの燃焼状態の変化により、生じる蒸気温度のＡ／Ｂ炉域間の炉内燃焼状態のアンバランス軽減には何ら寄与していなかった。
しかしながらＡ／Ｂ炉域間の燃焼状態のアンバランスが生じると、タービン側へ供給する蒸気温度のアンバランスにつながり、タービン側へ寿命消費を早めることになるという問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、バーナ角度調節器に複数の炉域の燃焼状態のアンバランスを軽減して安定した蒸気を確保する事の出来るボイラの炉域燃焼状態制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、火炉内に複数の独立した燃焼状態を形成する炉域を具え、夫々の炉域の後流側に位置する後部煙道にガス分配ダンパを、又前記夫々の炉域上方若しくは後部煙道に主蒸気用加熱手段又は／及び再熱蒸気用加熱手段を配設してなる複数の炉域を有するボイラにおいて、
前記夫々の炉域若しくは後部煙道に設置された加熱手段により加熱された主蒸気温度又は／及び再熱蒸気温度の前記両炉域間の温度偏差、ガス分配ダンパの開度偏差の内、少なくとも一の偏差信号に基づいて両炉域の燃焼状態のアンバランスを検出し、該検出信号基づいて前記炉域夫々に配設されたバーナの角度を調節して燃焼ゾーンを変えることにより、両炉域間の燃焼アンバランスを軽減することを特徴とするものである。
【０００６】
即ち、本発明は、例えば夫々の炉域の後部煙道に位置するガス分配ダンパのＡ／Ｂ炉域の開度偏差・１次過熱器等の主蒸気温度のＡ／Ｂ炉域の温度偏差、１次再熱器等の再熱蒸気のＡ／Ｂ炉域の温度偏差をみて、燃焼による熱吸収のＡ／Ｂ炉域のアンバランスを検出し、その信号でＡ／Ｂ炉域夫々に配設されたバーナ角度調節器を個別に動かして、Ａ／Ｂ炉域燃焼ゾーンを変えることにより、両炉域間の燃焼アンバランスを軽減するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【０００８】
図１乃至図４は、本発明の実施形態におけるＡ／Ｂ２つの炉域からなるボイラおよびその燃焼状態制御回路を示し、図１は前記ボイラの概略正面図、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ線部分の断面図、図２（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線部分の断面図を示す。
図１において、３０は火炉１内に燃焼用空気を送風する押込通風機で、燃焼用空気は火炉側壁と、底部から火炉１に入る。
火炉１は、図２（Ａ）に示すように、水平断面において、Ａ炉域とＢ炉域に２つの炉域に仮想区画され、夫々の炉域のコーナ部にバーナが上下２段に配設されている。
即ち、Ａ炉域には１、２、７、８の各コーナ（角隅部）にバーナ２Ａが上下各二段、Ｂ炉域には、３、４、５、６の各コーナ（角隅部）にバーナ２Ｂが上下各二段、夫々配設されており、いずれのバーナ２（２Ａ、２Ｂ）も角度調整器１６により上下に所定角度（例えば±４°）調整可能に構成されている。
【０００９】
そして前記夫々のＡ／Ｂ炉域の上方には２〜４次過熱器９（通常、２次から４次まであり）、２次再熱器１３が配設され、更に夫々のＡ／Ｂ炉域の後流側に位置する後部煙道１９は、仕切壁２０により２つに分割され一の仕切空間（ＲＨ側）には１次過熱器８、ＥＣφ（節炭器）７、ＲＨ側ガス分配ダンパ３（３ａ、３ｂ）が、他の仕切空間（ＳＨ側）には１次再熱器１２、ＥＣφ（節炭器）７、ＳＨ側ガス分配ダンパ４（４ａ、４ｂ）が、夫々のＡ／Ｂ炉域に配設されている。（図２（Ａ）参照）
尚、後部煙道１９の配置構成等はＡ炉域側及びＢ炉域側夫々同一である。
【００１０】
そして前記夫々のガス分配ダンパ３、４出口側の煙道１９は１つに合流し、吸引ファン５等により排気ガスとして煙突に導かれる。
６は前記ＥＣφ（節炭器）７等にボイラ水を給水する給水ポンプで、該給水ポンプ６にてボイラ内に送った水をＥＣφ７から１次過熱器８、２次〜４次過熱器９を通る間に過熱され、定格条件の蒸気として、主蒸気管１０を通り高圧タービン１１へ供給される主蒸気系統を構成する。
再熱蒸気系統も同様に、高圧タービンからの蒸気が１次再熱器１２、２次再熱器１３を経て、定格条件の蒸気が再熱蒸気管１４を通り低圧タービン１５へ供給される。
【００１１】
次にかかる構成のボイラの動作を説明する。
押込み通風機３０で火炉１底部に空気を送り、各バーナ２にて点火し、火炉１内の夫々のＡ／Ｂ炉域の温度を昇温して、高温に加熱された燃焼ガスは、図２（Ｂ）に示すように、夫々のＡ／Ｂ炉域上方に位置する２次〜４次過熱器９（９ａ、９ｂ）、２次再熱器１３と熱交換（ボイラ水若しくはボイラ蒸気の加熱）した後、図２（Ａ）に示すように、仕切壁２０により区分けされた後部煙道１９内に入り、１次過熱器８、１次再熱器１２、及び節炭器７と夫々熱交換した後、ガス分配ダンパ３、４を介して煙突に導かれる。
【００１２】
従ってかかる実施形態によれば、主蒸気系統においては、給水ポンプ６にて、ボイラ内に送った水をＥＣφ７から１次過熱器８、２次〜４次過熱器９を通る間に過熱され、定格条件の蒸気として、主蒸気管１０を通り高圧タービン１１へ供給され、再熱蒸気系統も同様１次再熱器１２から２次再熱器１３を経て、定格条件の蒸気として再熱蒸気管１４を通り低圧タービン１５へ供給され、そして主蒸気、再熱蒸気を定格条件とする制御はバーナ２からの燃料量、ガス分配ダンパ３、４でガス通過量を変える等で行うことが出来る。
【００１３】
又図２（Ｂ）に示すように、ボイラの火炉１は、１、２、７、８の各コーナにバーナ２Ａが上下各二段、３、４、５、６の各コーナにバーナ２Ｂが上下各二段、夫々配設され、Ａ炉域、Ｂ炉域で独立した燃焼を行なわれるように構成されているために、燃焼状況によっては、Ａ炉域側とＢ炉域側の１次過熱器８、２次〜４次過熱器９、１次再熱器１２、２次再熱器１３での熱吸収が均一でなくなり、Ａ炉域とＢ炉域側の蒸気温度のアンバランスが生じることがある。
そこで本実施形態では、そのアンバランスを軽減する為に次の様な制御を行なっている。
【００１４】
即ち本発明は、１次過熱器８、２次〜４次過熱器９、１次再熱器１２、２次再熱器１３での熱吸収のＡ炉域とＢ炉域の均一化を図る為、Ａ炉域側ガスダンパ３ａ開度とＢ炉域側ガスダンパ３ｂ開度の開度偏差、Ａ炉域側主蒸気管１０ａの温度とＢ炉域側主蒸気管１０ｂの温度の温度偏差、及びＡ炉域側再熱蒸気管１４ａの温度とＢ炉域側再熱蒸気管１４ｂの温度の温度偏差をみて、Ａ炉域／Ｂ炉域の熱吸収、燃焼の違いを検出する。その違いにて、バーナ角度調節器１６にてバーナ２の角度を上下に動かし（例えば、Ａ炉域側の熱吸収が悪ければＡ炉域側バーナ角度を上げ、Ｂ炉域側バーナ角度を下げる。）でＡ／Ｂ炉域の燃焼ゾーンを変えＡ／Ｂ炉域のアンバランスを軽減する。このため本実施形態には、ガスダンパ３、及び主蒸気管１０ａ、１０ｂ、再熱蒸気管１４ａ、１４ｂに温度検知センサ（不図示）を夫々配設している。
【００１５】
次に前記動作を行なう為の制御回路を図３及び図４に示す。
図３（Ｂ）はガス分配ダンパ３、４に基づくバイアス値を求める制御回路で、図中５１はＡ炉域側ガスダンパ３ａ開度とＢ炉域側ガスダンパ３ｂ開度を減算してその開度偏差を求める減算器、５２はヒステリシス付高低モニタ、５３ａ〜５３ｄは“＋１”信号発生器５４若しくは”０”信号発生器５５よりの信号を選択的に切換え＋１若しくは０の信号を出力する切替器、５３ｅ〜５３ｈは“−１”信号発生器５６若しくは”０”信号発生器５５よりの信号を選択的に切換え−１若しくは０の信号を出力する切替器、５７は前記切換器５３ａ〜５３ｈより出力される“＋１”、”０”、“−１”の信号を加算する加算器である。
【００１６】
従って前記切換器５３ａ〜５３ｈは８個あるので、加算器５７より１°刻みで−４°〜＋４°の信号が送出される。
そして前記加算器５７よりの信号はＡ炉域側のガス分配ダンパバイアス値として、図３（Ａ）に示すＡ炉域側のバーナ角度調整器１６のバイアス値を生成する加算器６０に送られる。（例えばＡ炉域側のダンパ開度がＢ炉域側より高ければ、プラス偏差で最大＋４°、Ｂ炉域のダンパ開度がＡ炉域より高ければマイナス偏差で−４°）
又５８は“−１”を乗算する乗算器で、前記加算器５７よりの信号を“±”反転させ、Ｂ炉域側のガス分配ダンパバイアス値として、不図示のＢ炉域側のバーナ角度調整器１６のバイアス値を生成する加算器に送られる。
【００１７】
従って図３（Ｂ）の制御形態によれば、Ａ炉域側のガス分配ダンパバイアス値とＢ炉域側のガス分配ダンパバイアス値は、必ず“±”反転させた同一数値となり、Ａ炉域側のバーナ角度が上がれば、Ｂ炉域側のバーナ角度が下げることとなる。
【００１８】
図４（Ａ）は主蒸気管温度バイアス値を得るための制御回路で、減算器５１により、Ａ炉域側主蒸気管１０ａの温度とＢ炉域側主蒸気管１０ｂの温度を減算してその開度偏差を求め、前記図３（Ｂ）に示す制御回路と同様な回路で、”±”反転させた同一数値のＡ炉域側の主蒸気管温度バイアス値とＢ炉域側の主蒸気管温度バイアス値を得る。
【００１９】
図４（Ｂ）は再熱蒸気管温度バイアス値を得るための制御回路で、減算器５１により、Ａ炉域側再熱蒸気管１４ａの温度とＢ炉域側再熱蒸気管１４ｂの温度を減算してその開度偏差を求め、前記図３（Ｂ）に示す制御回路と同様な回路で、”±”反転させた同一数値のＡ炉域側の再熱蒸気管温度バイアス値とＢ炉域側の再熱蒸気管温度バイアス値を得る。
【００２０】
そして前記夫々のバイアス値はＡ／Ｂ夫々のＡ／Ｂ炉域のバーナ角度調整器１６のバイアス値を生成する加算器６０に送られる。
図３（Ａ）はＡ炉域側のバーナ角度調整回路を示すが、Ｂ炉域側のバーナ角度調整回路も同様である。
【００２１】
図３（Ａ）において、６０は角度調節器バイアス値設定用の加算器で、図３（Ｂ）、図４（Ａ）（Ｂ）で夫々設定したガス分配ダンパバイアス（ａ）、主蒸気温度バイアス（ｂ）と再熱蒸気温度バイアス（ｃ）を加算して加算器６１に送る。
加算器６１では、Ａ炉域の運転状態に対応する負荷指標（以下ＬＤ）１００を入力変数として関数発生器１０１にて所定の演算を行なって得られる従来の角度指令値と前記角度調節器バイアス値を加算し、バイアス補正されたバーナ角度調節器指令をＡ炉域バーナ角度調節器（不図示）に出力し、Ａ炉域バーナの角度調整を行なう。
【００２２】
従って例えばＡ炉域側が高い、Ｂ炉域側が低いというアンバランスが生じていると（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の信号を加算した前記バイアス値加算器６０より出力されるバイアス値は、Ａ炉域側は−α°、Ｂ炉域側は＋α°となった場合において、従来の負荷指標に基づく角度指令を０と想定すると、加算器６１に加算されたバーナ角度調節器指令のＡ炉域側は−α°、Ｂ炉域側は＋α°となり、この信号がＡ／Ｂ炉域それぞれのバーナ角度調節器１６へ入力される。この信号を受けとったＡ炉域側のバーナ２Ａは−α°（下側へ）を向き、Ｂ炉域側のバーナ２Ｂは＋α°（上側）を向き燃焼することとなり、Ａ炉域の燃焼ゾーンは下がり、Ｂ炉域の燃焼ゾーンは上がることになるのでＡ炉域主蒸気は下がり傾向、Ｂ炉域は上がり傾向となりアンバランスは改善の方向に動く。
【００２３】
これによりＡ炉域、Ｂ炉域の蒸気温度アンバランスは軽減され、タービン側への供給蒸気もＡ・Ｂバランスされたものとなるので寿命消費を早めるという問題点を解消できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、バーナ角度調節器に複数の炉域の燃焼状態のアンバランスを軽減して安定した蒸気を確保する事の出来るボイラの炉域燃焼状態制御方法を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１乃至図４は、本発明の実施形態におけるＡ／Ｂ２つの炉域からなるボイラおよびその燃焼状態制御回路を示し、図１は前記ボイラの概略正面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ線部分の断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線部分の断面図である。
【図３】（Ａ）はＡ炉域側のバーナ角度調整回路、（Ｂ）はガス分配ダンパ３、４に基づくバイアス値を求める制御回路である。
【図４】（Ａ）は主蒸気管温度バイアス値を得るための制御回路、（Ｂ）は再熱蒸気管温度バイアス値を得るための制御回路である。
【図５】従来のバーナ角度調整用の制御回路を示す。
【符号の説明】
３０  押込通風機
１    火炉
２    バーナ
３    ＲＨ側ガス分配ダンパ
４    ＳＨ側ガス分配ダンパ
６    給水ポンプ
７    ＥＣφ（節炭管）
８    １次過熱器
９    ２〜４次の過熱器
１０    主蒸気管
１１    高圧タービン
１２    １次再熱器
１３    ２次再熱器
１４    再熱蒸気管
１５    低圧タービン
【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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