(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭搬送量を調節する給炭機と、前記給炭機からの石炭を粉砕する微粉炭ミルと、を備えて、前記微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナへ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、
ミル出口温度実測値とミル出口温度推定値とに基づいて前記微粉炭ミルで粉砕中の石炭湿分を推定し、
ミル差圧実測値とミル物理モデルから算出されたミル差圧推定値とに基づいて求められた石炭粉砕性推定値を、前記石炭湿分推定値で補正し、
前記補正された石炭粉砕性推定値を用いてミル操作量の制御を行う
ことを特徴とするミル適応制御装置。
【請求項２】
石炭搬送量を調節する給炭機と、前記給炭機からの石炭を粉砕する微粉炭ミルと、を備えて、前記微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナへ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、
ミル物理モデルから算出されたミル保有炭量推定値とミル入口温度実測値に基づいてミル出口温度を推定し、
ミル出口温度実測値と前記ミル出口温度推定値とに基づいて前記微粉炭ミルで粉砕中の石炭湿分を推定し、
ミル差圧実測値とミル物理モデルから算出されたミル差圧推定値とに基づいて求められた石炭粉砕性推定値を、前記石炭湿分推定値で補正し、
前記補正された石炭粉砕性推定値を用いてミル操作量の制御を行う
ことを特徴とするミル適応制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のミル適応制御装置において、
前記補正された石炭粉砕性推定値の履歴を炭種を含む種々の条件とともに表示することを特徴とするミル適応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭焚きボイラの運転性能高度化に対応する微粉炭ミルから出炭される微粉炭に係り、微粉炭ミルに投入された石炭性状を把握し、安定した石炭焚きボイラの運転に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、石炭焚きボイラの頻繁な負荷変化及び起動停止に際し、効率良く発電を行う石炭焚きボイラの制御法としては、使用炭種銘柄の代表粉砕性に応じて制御設定値を調整する方法が用いられている。
【０００３】
昨今多くの炭種に対応する運転が望まれ、頻繁な炭種切替が行われるようになってきており、その場合、炭種によりミルでの粉砕性が異なるため、各々の炭種に対して、最適な制御設定値を設定する必要がある。また、同一銘柄の炭において石炭粉砕性の大きな「ばらつき」が存在することが知られている。
【０００４】
この石炭粉砕性が異なると、石炭をミルに供給し、所定の粒径を得るまでの時間に差が生ずるということで出炭特性に影響する。出炭特性が変動することによりボイラの燃焼状態が不安定となり、蒸気温度変動が生じる。
【０００５】
石炭粉砕性のばらつきの大きい銘柄炭の燃焼や多炭種燃焼の場合において、それぞれの炭種の石炭粉砕性の代表数値のみで制御する。実際の石炭粉砕性と設定した石炭粉砕性の代表数値との差が大きくなることに起因し、出炭特性が不安定となり、蒸気温度変動が大きくなっていた。
【０００６】
その問題点を解決するため、実際の石炭粉砕性に近い石炭粉砕性を推定し、精度の高い制御が行えるように、ミル操作量を入力値、石炭粉砕性を入力パラメータとしたミル物理モデルが特開平３ー７９９１３号公報、特開平９ー９５８号公報に記載されている。
【０００７】
ミル物理モデルは、図２を用いて説明すると、ミル操作量（給炭量１０１、一次空気流量１０４、分級機回転数１０２、ミルローラ加圧力１０３）と石炭粉砕性から図３で示すミル内部でのプロセスである０次分級２０１、粉砕２０２、１次分級２０３、２次分級２０４において粒子のマスバランスから各プロセスでの粒度分布と流量が算出され、図２のミル出炭量推定値１０９、ミル差圧推定値１０６、保有炭量推定値１０８、ミル出口粒度分布推定値１０７を出力している。
【０００８】
また石炭粉砕性推定値１１０は、ミル差圧実測値１０５とミル物理モデル２から算出したミル差圧推定値１０６から微分＋１次遅れ要素よりなるバンドパイパスフィルタ（微分が低周波数成分をカットし、１次遅れが高周波数成分をカットする）にて粉砕性のみの寄与成分を取り出し、不感帯＋飽和要素で不確定な雑音成分をカットした後、その手法の信頼度に応じた重みを定数倍要素で乗じて、ミル差圧変化に基づき石炭粉砕性を推定している。
【０００９】
しかし、石炭粉砕性に大きく影響することが知られている石炭湿分を石炭粉砕性に考慮をしていないため、炭種により石炭粉砕性推定値１１０がミル投入時の石炭粉砕性と大きく異なるケースがあった。石炭粉砕性推定値１１０が実際の石炭粉砕性と大きく外れるとミルの制御に影響を及ぼす。そのため燃焼状態が不安定となりボイラ蒸気温度が変動し、発電効率が低下してしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、石炭粉砕性に大きく影響する石炭湿分を考慮していないため、炭種により石炭粉砕性推定値１１０が実際の石炭粉砕性に比べて大きく異なるケースがあった。炭種により石炭粉砕性推定値１１０が大きく外れるとミルの制御に影響を及ぼし、燃焼状態が不安定となりボイラ蒸気温度が変動し、発電効率が低下するという問題点があった。
【００１１】
そのため、本発明では、石炭湿分を推定し、図１のように石炭湿分と石炭粉砕性の分析値から補正関数５を求め、石炭湿分推定値１１７により石炭粉砕性推定値１１０を補正した石炭粉砕性推定値１１８を制御に用い、出炭特性を安定させることによりボイラ蒸気温度変動を低減させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、主として次のような構成を採用する。
【００１３】
石炭搬送量を調節する給炭機と、前記給炭機からの石炭を粉砕する微粉炭ミルと、を備えて、前記微粉炭ミルで粉砕された微粉炭をバーナへ供給して燃焼させる微粉炭焚きボイラにおいて、
ミル物理モデルから算出されたミル保有炭量推定値とミル入口温度実測値に基づいてミル出口温度を推定し、
ミル出口温度実測値と前記ミル出口温度推定値とに基づいて前記微粉炭ミルで粉砕中の石炭湿分を推定し、
ミル差圧実測値とミル物理モデルから算出されたミル差圧推定値とに基づいて求められた石炭粉砕性推定値を、前記石炭湿分推定値で補正し、
前記補正された石炭粉砕性推定値を用いてミル操作量の制御を行うミル適応制御装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１、図２および図３を用いて、微粉炭ミルの適応制御に係る本発明の実施形態について以下説明する。
【００１５】
本発明の実施形態に係る制御構成を図１に示す。図２には前記制御構成の基礎的な従来技術が示されている。ミル操作量（級炭量１０１、一次空気流量１０４、分級機回転数１０２、ミルローラ加圧力１０３）をミル物理モデル２に入力し、ミル実機に指令値として送る。ミル物理モデル２では、ミル操作量を入力値、石炭粉砕性推定値１１０を入力パラメータとして動作させる。
【００１６】
出力される項目としてミル出炭流量推定値１０９、ミル出炭粒度分布推定値１０７、ミル保有炭量推定値１０８、ミル差圧推定値１０６がある。この４項目のうちミル出炭流量推定値１０９、ミル出炭粒度分布推定値１０７、ミル保有炭量推定値１０８については、ミル操作量制御１に反映させている。
【００１７】
また石炭差圧推定値１０６については、ミル差圧実測値１０５とともに石炭粉砕性推定機能３の入力となる。この石炭粉砕性推定機能３より出力された石炭粉砕性推定値１１０を従来は図２のようにミル物理モデル２への入力パラメータとして用いていた。従来の石炭粉砕性推定値を補正するために使用する石炭湿分を推定する。石炭湿分を推定するためには、まずミル出口温度を推定する必要がある。
【００１８】
ミル出口温度推定機能４は、入力値をミル保有炭量推定値１０８、ミル入口温度実測値１１４、入力パラメータとしてミル本体表面積１１１、ミルメタル熱伝達率１１２、大気熱伝達率１１３により、ミル内部の熱のバランスからミル出口温度推定値１１６を求める。算出されたミル出口温度推定値１１６とミル出口温度実測値１１５から石炭湿分推定機能５により石炭湿分推定値１１７を求める。
【００１９】
石炭粉砕性推定値１１０の補正は、石炭粉砕性と石炭湿分の分析値から関係式を求め、算出された石炭湿分推定値１１７と従来の石炭粉砕性推定値１１０から石炭粉砕性推定値１１８に補正する。
【００２０】
次に各相互関係であるが、図１に示すようにミル操作量制御はミル実機とミル物理モデル２に、ミル操作量（給炭量１０１、一次空気流量１０４、分級機回転数１０２、ミルローラ加圧力１０３）を与えている。そのミル操作量を元にしてミル物理モデル２の計算を行っている。この時、ミル物理モデル２の入力パラメータの石炭粉砕性はまだ推定されていないため、多くの石炭の粉砕性の平均値を与えている。
【００２１】
ミル物理モデル２で算出されたミル出炭流量推定値１０９、ミル出炭粒度分布推定値１０７、ミル保有炭量推定値１０８、ミル差圧推定値１０６のうちミル出炭流量推定値１０９は給炭量を、ミル出炭粒度分布推定値１０７は分級機回転数を、ミル保有炭量推定値１０８はミルローラ加圧力を、ミル操作量制御１にてそれぞれ決定している。またミル差圧推定値１０６は、ミル差圧実測値１０５とともに石炭粉砕性推定機能３の入力となる。この石炭粉砕性推定機能３より出力された値は従来の石炭粉砕性推定値１１０である。
【００２２】
次に石炭湿分の推定であるが、ミルの熱バランスからミル石炭湿分推定値を算出するため、まずミル出口温度を推定する必要がある。ミル出口温度推定値１１６は、ミル内部に溜まっている保有炭量１０８とミル本体と周辺の大気の熱の関係（ミル本体表面積１１１、ミルメタル熱伝達率１１２、大気熱伝達率１１３）により求められる。
【００２３】
石炭湿分推定値１１７は、ミル出口温度実測値１１５とミル出口温度推定値１１６から微分＋１次遅れ要素よりなるバンドパイパスフィルタ（微分が低周波成分をカットし、１次遅れが高周波成分をカットする）にて湿分のみの寄与成分を取り出し、不感帯＋飽和要素で不確定な雑音成分をカットした後、その手法の信頼度に応じた重みを定数倍要素で乗ずる。この方法によりミル出口温度変化に基づく石炭湿分を推定する。
【００２４】
石炭湿分推定値１１７による石炭粉砕性推定値１１０の補正であるが、石炭粉砕性は石炭湿分に影響することが特に知られている。しかし、石炭湿分は石炭の貯蔵場所での表面と内面での違いや天候に大きく影響されている。そのため、ミルで粉砕中の石炭の湿分を予め測定することは困難であるため、石炭湿分を推定し事前に解析した石炭湿分と石炭粉砕性の関係式により、補正を行っている。
【００２５】
石炭湿分の補正により、従来では、湿分が少ない石炭ほど石炭粉砕性推定値と実際の石炭粉砕性での差が大きく、±１０％以上異なっていたものもあったが石炭湿分推定値１１７を考慮して石炭粉砕性推定値１１０の精度を向上することにより、石炭粉砕性推定値１１８と実際の石炭粉砕性での差が±５％以下ぐらいに低減できた。
【００２６】
実際の石炭粉砕性に近い補正を行った石炭粉砕性推定値１１８をミル物理モデル２へ入力パラメータとして計算周期毎にフィードバックし、石炭粉砕性にあったミル操作量の自動制御を行っている。
【００２７】
ミル操作量の自動制御とは別にミル操作量の手動制御も行えるようにするために、補正した石炭粉砕性推定値１１８の履歴を炭種を含む種々の条件とともに画面に表示している。石炭粉砕性のガイダンス装置７の履歴の表示により、ミルの運転員が石炭粉砕性の変化、ミル内の炭種及び炭種切替時期を把握することができ、石炭粉砕性にあったミル操作量の手動制御も行うことができる。
【００２８】
以上説明したように、本発明は、ミル内の熱のバランスより石炭湿分を推定し、当該推定値を制御に反映させることを特徴とする。その際、ミル内の保有炭量が石炭湿分算出の精度向上において極めて重要である。
【００２９】
以下に本発明の実施形態についてその概要をまとめて記述する。
【００３０】
（１）ミル操作量制御の概要
図１及び図２でのミル操作量制御１では、ミル物理モデル２から出力されたミル出炭量推定値１０９、ミル保有炭量推定値１０８、ミル出口粒度分布推定値１０７により、ミル操作量（給炭量１０１、一次空気流量１０４、分級機回転数１０２、ミルローラ加圧力１０３）を制御している。
【００３１】
まず、ミル出炭量推定値１０９は、給炭量１０１の設定に使用しており、ミル保有炭量推定値１０８は、ミル内に石炭が溜まり込まないようにローラ加圧力１０３を設定している。また、ミル出口粒度分布推定値１０７は、粒径が大きくならないように分級機回転数１０２の設定を行っている。
【００３２】
（２）ミル物理モデルの概要
図１及び図２でのミル物理モデル２は入力値をミル操作量（給炭量１０１、一次空気流量１０４、分級機回転数１０２、ミルローラ加圧力１０３）、石炭の粉砕に関係するパラメータとして石炭粉砕性推定値１１０を入力する。
【００３３】
ミル物理モデル２では、図３に示すようにミル内部でのプロセスである０次分級２０１、粉砕２０２、１次分級２０３、２次分級２０４において粒子のマスバランスから各プロセスでの粒度分布と流量が算出され、オンラインで計測不可能であるミル出炭量推定値１０９、ミル差圧推定値１０６、ミル保有炭量推定値１０８、ミル出口粒度分布推定値１０７を出力している。
【００３４】
（３）石炭粉砕性推定機能の概要
図１及び図２での石炭粉砕性推定機能３では、ミル差圧実測値１０５とミル差圧推定値１０６を入力としてミル差圧実測値１０５とミル差圧推定値１０６からなる微分＋１次遅れ要素よりなるバンドパイパスフィルタ（微分が低周波成分をカットし、１次遅れが高周波成分をカットする）にて粉砕性のみの寄与成分を取り出し、不感帯＋飽和要素で不確定な雑音成分をカットした後、その手法の信頼度に応じた重みを定数倍要素で乗じて、ミル差圧変化に基づき石炭粉砕性を推定する。
【００３５】
（４）ミル出口温度の概要
図１でのミル出口温度推定機能４は、入力値をミル物理モデル２から算出されたミル保有炭量推定値１０８、ミル入口温度実測値１１４、入力パラメータとしてミル本体表面積１１１、ミルメタル熱伝達率１１２、大気熱伝達率１１３とする。
【００３６】
まず入熱としてミル入口温度実測値１１４があり、それに対して、ミル本体、ミルの周囲の気温による熱損失としてミル本体表面積１１１、ミルメタル熱伝達率１１２、大気熱伝達率１１３である。入熱と本体の熱損失及びミル保有炭量推定値１０８から算出したミル内部の石炭による熱損失により、ミルへの入熱とミル内での熱損失によりミル出口温度推定値１１６を求める。
【００３７】
（５）石炭湿分推定機能の概要
図１での石炭湿分推定値５は、ミル出口温度実測値１１５とミル出口温度推定値１１６から微分＋１次遅れ要素よりなるバンドパイパスフィルタ（微分が低周波成分をカットし、１次遅れが高周波成分をカットする）にて湿分のみの寄与成分を取り出し、不感帯＋飽和要素で不確定な雑音成分をカットした後、その手法の信頼度に応じた重みを定数倍要素で乗じて、ミル出口温度変化に基づき石炭湿分を推定する。
【００３８】
（６）石炭粉砕性補正の概要
石炭粉砕性と石炭湿分の分析値から石炭粉砕性と石炭湿分の関係式を導き出しその図１での石炭粉砕性補正関数６により、石炭粉砕性推定値１１０を石炭湿分推定値１１７で考慮して石炭粉砕性推定値１１８を算出する。
【００３９】
（７）石炭粉砕性履歴表示
石炭湿分を考慮した石炭粉砕性の履歴を画面表示する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭焚きボイラの微粉炭ミルの投入された石炭粉砕性推定値を石炭湿分推定値で補正することにより、より正確な石炭粉砕性の精度向上を図り、石炭粉砕性にあった石炭焚きボイラの運転をすることができる。
【００４１】
従来では、湿分が少ない石炭ほど石炭粉砕性推定値と実際の石炭粉砕性での差が大きく、±１０％以上異なっていたものもあったが石炭湿分を考慮して石炭粉砕性推定値の精度を向上することにより、石炭粉砕性推定値と実際の石炭粉砕性での差が±５％以下ぐらいに低減できた。そのため、実際の石炭粉砕性にあったミル操作量の制御が自動及び手動で可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、石炭湿分を考慮に入れた石炭粉砕性推定値を求める系統図である。
【図２】石炭湿分を考慮に入れていない石炭粉砕性推定値を求める従来技術の系統図である。
【図３】ミル内部における分級、粉砕プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１  ミル操作量制御
２  ミル物理モデル
３  石炭粉砕性推定機能
４  ミル出口温度推定機能
５  石炭湿分推定機能
６  石炭粉砕性補正関数
７  石炭粉砕性ガイダンス装置
１０１  ミル給炭量操作量
１０２  ミル分級機回転数操作量
１０３  ミルローラ加圧力操作量
１０４  ミル一次空気流量操作量
１０５  ミル差圧実測値
１０６  ミル差圧推定値
１０７  ミル出炭粒度分布推定値
１０８  ミル保有炭量推定値
１０９  ミル出炭流量推定値
１１０  石炭粉砕性推定値
１１１  ミル本体表面積
１１２  ミルメタル熱伝達率
１１３  大気熱伝達率
１１４  ミル入口温度実測値
１１５  ミル出口温度実測値
１１６  ミル出口温度推定値
１１７  石炭湿分推定値
１１８  補正された石炭湿分推定値
２０１  ０次分級
２０２  粉砕
２０３  １次分級
２０４  ２次分級
【図１】
0003712830.tif 000002
【図２】
0003712830.tif 000003
【図３】
0003712830.tif 000004