(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼ボイラ用ミルを制御する方法において、各時刻における目標負荷スケジュールを入力する工程と、入力された負荷スケジュールにしたがってミルへの給炭開始時刻を演算する工程と、ミルウォーミング開始前のミル内残炭量、ミルケーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時のミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過に基づいて、ミル内のエネルギバランスについて演算し、ミル内温度の時間応答が所定の範囲で安定した状態でウォーミング完了としてウォーミング時間を求める工程と、前記給炭開始時刻とウォーミング時間に基づいてウォーミング開始時刻を演算する工程と、前記給炭開始時刻とウォーミング開始時刻に基づいてミルの制御を行なう工程とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法。
【請求項２】
負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼ボイラ用ミルを制御する装置において、各時刻における負荷スケジュールを入力する負荷入力部と、上記負荷スケジュールに基づきミルへの給炭開始時刻を演算する給炭時刻演算部と、ミルウォーミング開始前のミルケーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時のミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過などのデータをミルシミュレーションモデルに入力するミルプロセス入力部と、上記入力データに基づきミル内温度が所定範囲に達するまでのミルウォーミング時間を演算するミルシミュレーションモデル部と、上記給炭開始時刻とミルウォーミング時間に基づきウォーミング開始時刻を算出するウォーミング時刻演算部と、前記給炭開始時刻とミルウォーミング開始時刻に基づきミルを制御する制御部とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、石炭粉砕用ミルを使用する微粉炭燃焼ボイラを備えた発電プラントの制御装置に係り、特にあらかじめ決められた負荷スケジュールどうりに運用するのに好適な微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、微粉炭燃焼ボイラ用ミルのウォーミングについて説明する。
ミル粉砕能力の確保のためには、ミル内の乾燥率を確保することが重要であり、このため給炭量に対し熱空気と冷空気のバランスをとってミル出口空気温度が設定値（通常８０℃）となるよう制御している。ミル起動時も、石炭投入前にミル出口空気温度が設定値となるよう暖気運転をしてから、給炭を開始し、この暖気運転をミルウォーミングという。
【０００３】
次に、ミルウォーミング時間について説明する。
ミルウォーミングを開始してから、ミル出口空気温度が設定値まで上昇する時間をミルウォーミング時間という。この時間はミル停止時間や外気温度、一次空気流量によって大きく変化し（数分から数１０分のオーダー）予測は困難であった。
【０００４】
次に、ミルウォーミング時刻の決定について述べる。
図１に示すように、ボイラ負荷を変化する場合、ボイラ負荷により必要なミル台数は決まるので、負荷変化に対応して投入すべきミルに対する必要な給炭開始時刻（図１のａ）は決まってくる。これに対し、
ミルウォーミング時刻（図１ｂ）
＝給炭開始時刻（図１ａ）−ミルウォーミング時間
として、ミルウォーミング時刻を決定しミルウォーミング指令を出さなければならないが、ミルウォーミング時間の予測が困難であるため、従来の制御装置では、次のようにミルウォーミング時間を想定していた。
【０００５】
方法１）最大必要な時間をミルウォーミング時間としてスケジューリングする。
方法２）ミル出口温度に対する必要なミルウォーミング時間を関数（図２）として持ちスケジューリングする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ミルウォーミングに必要な時間を知ることができないため、以下の問題が頻発していた。
（１）ウォーミング時間を実際より短く設定（想定）した場合、給炭開始時刻になってもウォーミング完了していないためスケジュール遅延となる。
（２）ウォーミング時間を実際より長く設定した場合、ミルウォーミングによる不要な動力（ミル動力および一次通風機動力）を不必要に消費し所内率が増大してしまうばかりでなく、高負荷変化時には複数台のミルウォーミングを同時に実施することとなり、通常、同時ウォーミングはできないため、スケジュールどうりの運用ができなくなる。
（３）前述方法１）ではもちろんのこと、方法２）においても、ミルウォーミング時間はミルメタル温度の暖気にかかる時間と相関が大きいにもかかわらずミル出口空気温度しか見ていないため誤差が大きく、これらの問題は解決されていない。
【０００７】
本発明の目的は、負荷スケジュールどうりのミルの運用を可能とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼ボイラ用ミルを制御する方法において、各時刻における目標負荷スケジュールを入力する工程と、入力された負荷スケジュールにしたがってミルへの給炭開始時刻を演算する工程と、ミルウォーミング開始前のミル内残炭量、ミルケーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時のミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過に基づいて、ミル内のエネルギバランスについて演算し、ミル内温度の時間応答が所定の範囲で安定した状態でウォーミング完了としてウォーミング時間を求める工程と、前記給炭開始時刻とウォーミング時間に基づいてウォーミング開始時刻を演算する工程と、前記給炭開始時刻とウォーミング開始時刻に基づいてミルの制御を行なう工程とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御方法。
【０００９】
（２）負荷スケジュールに合わせて微粉炭燃焼ボイラ用ミルを制御する装置において、各時刻における負荷スケジュールを入力する負荷入力部と、上記負荷スケジュールに基づきミルへの給炭開始時刻を演算する給炭時刻演算部と、ミルウォーミング開始前のミルケーシング温度、ミル内温度およびミルウォーミング時のミルへの一次空気量と温度および周囲温度の時間経過などのデータをミルシミュレーションモデルに入力するミルプロセス入力部と、上記入力データに基づきミル内温度が所定範囲に達するまでのミルウォーミング時間を演算するミルシミュレーションモデル部と、上記給炭開始時刻とミルウォーミング時間に基づきウォーミング開始時刻を算出するウォーミング時刻演算部と、前記給炭開始時刻とミルウォーミング開始時刻に基づきミルを制御する制御部とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼ボイラ用ミルの制御装置。
【００１０】
【作用】
ミルウォーミング時間の予測は下記にて行なう。
１．ミルウォーミング開始前のミルケーシング温度、ミル内温度を初期条件として設定する。
２．ウォーミング時のミルへの一次空気量、同温度の時間変化を境界条件として仮定する（ミルウォーミング操作法に応じて仮定する）。
３．ミル内のマスバランス、エネルギバランスの微分方程式を、上記１．２．で与えた初期条件、境界条件を用いて解く（時間応答を求める）。
４．上記３．で求めたミル内温度の時間応答が所定の値を越え、安定した段階でウォーミング完了として、当該時刻を得る。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を図３により説明する。図３において、１、２、５、６、７は従来の制御装置の構成要素である。１は入力部であり、オペレータにより負荷スケジュール（各時刻に対する負荷）を入力する入力表示装置である。２は給炭時刻演算部であり、ミル給炭開始時刻を演算する。５はウォーミング時刻演算部であり、ミルウォーミング開始時刻を演算する。６はミル制御部であり、給炭時刻演算部２およびウォーミング時刻演算部５の指令を受け、ミル関係のダンパ、給炭機等を制御する部分である。７は石炭粉砕ミルであり、ミルモータコンタクタや、給炭機コンタクタ等ミル本体の電気接点を含む。３はミルプロセス入力部であり、ミルモデル４の演算に必要なミルプロセスデータの入力装置である。４はミルモデルであり、ミルウォーミング時間を演算する部である。
【００１２】
ミルのウォーミング時間予測は、下記にて行なう。
微粉炭製造設備としてのミル出口管路を構成する金属の温度をＴｍ  〔℃〕とすると、該金属は微粉炭製造設備１から搬送される固気二相流から熱伝達率αｉ  〔ｋｃａｌ／ｍ２  ｓ℃〕、伝熱面積Ａｉ  〔ｍ２  〕で加熱され、熱量Ｑ１  〔ｋｃａｌ／ｓ〕を受ける。
【００１３】
【数１】
0003565616.tif 000002
【００１４】
同様に、温度Ｔｅ  〔℃〕の周囲に熱量Ｑｅ  〔ｋｃａｌ／ｓ〕の熱放散を行ない、この際の熱伝達率をαｅ  〔ｋｃａｌ／ｍ２  ℃〕、伝熱面積をＡｅ  とすると
【００１５】
【数２】
0003565616.tif 000003
【００１６】
であって、該金属の質量Ｗｍ  〔ｋｇ〕、比熱Ｃｍ  〔ｋｃａｌ／ｋｇ℃〕とすれば次の熱収支が成立する。
【００１７】
【数３】
0003565616.tif 000004
【００１８】
微粉炭製造設備ミルにおける熱収支は次のとおりである。
【００１９】
【数４】
0003565616.tif 000005
【００２０】
ここで、前出の（１）式、（２）式、（３）式を考慮すれば、本例の動特性モデルは次式に帰着できる。
【００２１】
【数５】
0003565616.tif 000006
【００２２】
【数６】
0003565616.tif 000007
【００２３】
【数７】
0003565616.tif 000008
【００２４】
【数８】
0003565616.tif 000009
【００２５】
以後は簡略化のため、（５）式の形式で議論を進める。（５）式は、連続系のベクトル微分方程式であって、これを計算機で解く方法は種々あるが、最も簡単なのは前進オイラー法である。これは、時刻ｔｋ−１  において、ベクトルｘｋ−１  ＝ｘ（ｔｋ−１  ）、ベクトルｕｋ−１  ＝ｕ（ｔｋ−１  ）が既知であるとすれば、ｔｋ  ≒ｔｋ−１  ＋Δｔ（Δｔ〔秒〕後）の状態は次式となる。なお、入力ｕ（ｔ）は計測できるから、考察の時点以前は全て既知であるのに対し、ベクトルｘｋ−１  、θｋ−１  は一般に全成分が計測できるとは限らないが、後述のくり返し計算により当該仮定は正当化できる。
【００２６】
【数９】
0003565616.tif 000010
【００２７】
（９）式は漸化式であり、前述したように、微粉炭製造設備１の定常時または停止時の、ベクトルｘの各成分の把握が容易な時点の値を与えれば、以後は（９）式を時間の経過と共にくり返し用いることにより、前述のベクトルｘｋ−１  は既知であるとの仮定は正当化できる。（５）式を解く方法はこの他にも、ルンゲ＝クッタ法、パディ近似法、後進オイラー法、台形法等の種々の手段があるが、これらは複雑さと引き換えに精度や数値計算の安定性を狙った位置づけにあり、漸化式となる点では（９）式と本質的に変わらない。
【００２８】
以上述べた演算を行なうミルモデル４を使って図３に示すようにミルの制御を行なう。入力部１からオペレータが時刻と目標負荷をキーイン（入力）し、給炭時刻演算部２ではキーインされた負荷スケジュールから給炭開始時刻を演算する。ミルプロセス入力部３により入力されたミルのプロセスデータからミルモデル４によりミルウォーミング時間を前述した演算式を使って計算する。ウォーミング時刻演算部５では給炭開始時刻とミルウォーミング時間からミルウォーミング開始時刻を算出する。以上により計算されたミルウォーミング時刻および給炭開始時刻に基づき、ミル制御部６で必要なダンパや給炭器等のミル制御を行なう。
【００２９】
したがって、具体的にミルのウォーミング時間を求める手順としては、図４に示すように、ミル停止時のミル出口温度Ｔｏｉ、ミルケーシング温度Ｔｍｉを仮定し、ウォーミング操作時の一次空気流量Ｗａ  〔ｋｇ／ｓ〕、ミルの周囲温度Ｔｅ  ℃の時間変化を逐次入力しながら、（９）式をくり返し算出することにより、ミル出口温度Ｔｏ  、ケーシング温度Ｔｍ  の時間変化を予測可能で、これらの値が所定の値の近傍に安定した時点をもってウォーミング完了とすればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によればミルウォーミング時間を正確に算出できるので、ボイラプラントの負荷スケジュールに合わせて遅延なくミルおよびボイラの運用ができる。また、ミルウォーミングに過剰なエネルギ消費をすることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボイラ用ミルにおける給炭開始時刻とウォーミング時間の関係を示す説明図。
【図２】従来技術の説明図。
【図３】本発明の全体構成図。
【図４】ミルウォーミング時間予測の方法を示す図。
【符号の説明】
１…負荷スケジュール入力部、２…給炭時刻演算部、３…ミルプロセスデータ入力部、４…ミルシミュレーションモデル、５…ウォーミング時刻演算部、６…ミル制御部、７…ミル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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