(57)【要約】【課題】亜瀝青炭のような低品位の微粉炭燃料を用いてボイラ火炉内の燃焼を行う場合、低融点の灰が付着し難いように燃焼を制御するボイラ制御装置を提供する。【解決手段】微粉炭ミル内の石炭の水分を算出する手段と、ボイラ火炉内で燃焼中の石炭の発熱量を算出する手段と、石炭の水分と石炭の発熱量から燃焼する石炭の性状を判定し、これより微粉炭ミルの出口の石炭粒度を調整する手段とを備えたボイラ制御装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭ミルと、ミル内の石炭の水分を算出する手段と、ボイラ火炉内で燃焼させる石炭の発熱量を算出する手段と、前記石炭の水分と石炭の発熱量から燃焼する石炭の性状を判定する手段と、該石炭の性状から微粉炭ミル出口の石炭粒度を調整する手段とを有するボイラ制御装置。
【請求項２】
石炭が亜瀝青炭または褐炭であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記石炭の水分を、ミルの入口空気温度、出口空気温度、ミルケーシング温度、石炭の温度、石炭流量、およびミルの入口空気流量からボイラの入熱と出熱を算出し、これらのバランスから前記石炭の水分を計算することを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
ボイラ主蒸気温度、ボイラ主蒸気流量、ボイラ主蒸気圧力、および給炭量の計測手段と、該計測手段の入力をもとに石炭の発熱量を算出する手段とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ制御装置に係り、特に微粉炭焚きボイラにて石炭性状の大幅な変化、特に亜瀝青炭、褐炭等の低品位炭に対し制御特性を最適化するのに好適なボイラ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭焚きボイラで燃焼する石炭は石炭産地により石炭性状が異なっており、広範囲の石炭を燃焼させ微粉炭焚きボイラを安定に制御する対策が重要な課題となっている。従来は瀝青炭と呼ばれる炭化度の進んだ炭が発熱量も多いため良く使用されていたが、石炭性状差もあまり大きくなく、石炭性状差を吸収するための工夫はされていたが、それほど問題にはならなかった。しかし、今後は炭化度の低い亜瀝青炭や褐炭の使用がされる傾向にあり、その技術開発が急務となっている。特に、亜瀝青炭は、低発熱量、低灰分、低硫黄分、高揮発分の特徴があり、硫黄分が低いことから硫黄酸化物排出量が少なく、また高揮発分であり、炭素量が少ないことから、ＣＯ２排出量が少ないなど、有利な点が多くあるが、灰融点が低く、普通のボイラで燃焼するとスラグが火炉内に付着し、収熱特性が悪くなり、最悪の状態では、火炉がスラグで閉塞するなどの問題があった。
【特許文献１】特開平０８−１２５９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、亜瀝青炭のような、低融点の灰が付着し易い微粉炭燃料を用いてボイラ火炉内の燃焼を行う場合、低融点の灰が付着し難いように燃焼を制御するボイラ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
（１）微粉炭ミルと、ミル内の石炭の水分を算出する手段と、ボイラ火炉内で燃焼させる石炭の発熱量を算出する手段と、前記石炭の水分と石炭の発熱量から燃焼する石炭の性状を判定する手段と、該石炭の性状から微粉炭ミル出口の石炭粒度を調整する手段とを有するボイラ制御装置。
（２）石炭が亜瀝青炭または褐炭であることを特徴とする（１）記載の装置。
【０００５】
（３）前記石炭の水分を、ミルの入口空気温度、出口空気温度、ミルケーシング温度、石炭の温度、石炭流量、およびミルの入口空気流量からボイラの入熱と出熱を算出し、これらのバランスから前記石炭の水分を計算することを特徴とする（１）または（２）記載の装置。
（４）ボイラ主蒸気温度、ボイラ主蒸気流量、ボイラ主蒸気圧力、および給炭量の計測手段と、該計測手段の入力をもとに石炭の発熱量を算出する手段とを有することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置。
【０００６】
微粉炭ミルの回転分級機の回転数をさげることで燃焼する微粉炭の粒度をさげ、微粉炭の燃焼時間を長めとすることにより、ボイラ内の温度分布を後流側に移動し、火炉の温度を下げることで、火炉内のピーク温度を低灰融点温度より低い温度にて運用することで、灰の火炉への付着を防止しつつ、ボイラを制御、運転することができる。
【発明の効果】
【０００７】
下記実施例では、ミルの微粉粒度を下げ、バーナ近傍での燃焼温度を下げるように制御を行ったが、ミル一次空気量を下げるかまたはバーナ２次空気量を下げることにより同様の効果も期待できるため、これらの方法と併用してもよい。
〔作用〕
【０００８】
微粉炭焚きボイラで燃焼する石炭は、ミル内にて粉砕され微粉炭となるが、微粉粒度が細かいと、バーナでの燃焼時、空気との接触面積が大きくなり、見かけ上、混合速度および燃焼速度が速くなることにより、バーナ近傍の燃焼温度が上昇する。ボイラは主に火炉、前部伝熱管、後部伝熱管にて構成されるが、バーナ近傍の温度が高いと火炉での溶融灰の付着が増加するため、火炉での熱吸収量が減少し、結果として全部伝熱管入口の温度が上昇し、前部伝熱管への溶融灰の付着も増加する。この悪循環の状態が継続すると、前部伝熱管への溶融灰付着が進み、吸熱は後部伝熱管へ移動する。通常はスートブロワにて灰除去を行うため、大幅に悪化することはないが、スートブロワ動作前の灰付着が大きいほど、スートブロワ動作後の吸熱バランスの変動が大きくボイラへの外乱が大きくなる。
【０００９】
一方、微粉炭の粒度が荒いとバーナでの燃焼時、空気との接触面積が小さくなり、見かけ上、混合速度および燃焼速度が遅くなり、バーナ近傍の燃焼温度が低下する。バーナ近傍の温度が低下すると、融点の低い灰でも溶融しない運転ポイントとなるため、火炉内に付着する灰も少なく、火炎温度は低いが、火炉内での熱吸収は通常の石炭（瀝青炭）よりも若干低い吸熱量となる。従って灰溶融の温度より低い温度で前部伝熱管、後部伝熱管も相当の吸熱量を維持しつつ運転が継続できる。
【００１０】
このように、灰溶融温度の低い石炭では、バーナの火炎温度を下げて運転することが重要であり、制御方法としては、石炭の性状を検出し、この性状が低品位炭である場合、ミル出口の微粉粒度を下げることにより達成できる。
【００１１】
亜瀝青炭の場合、石炭水分が２０％以上であり、石炭発熱量が５５００ｋｃａｌ／ｋｇであることから、ミルの熱バランスから石炭水分を計算し、ボイラの出力と給炭量から石炭の発熱量を計算することにより、現在燃焼中の炭が亜瀝青炭かどうかは判定できる。従って、亜瀝青炭であれば、ミル出口の微粉粒度を下げることにより、灰融点の低い亜瀝青炭でも、通常のボイラにより安定運転することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一実施例を示すボイラ制御装置の説明図である。ミル入口一次空気流量計１、ミル入口一次空気温度計２、ミル出口空気温度計３、給炭量計４、ミルケーシング温度計５、の入力をもとに石炭水分算出器６にて石炭の水分を計算する。石炭の水分はミル入出熱量のバランスより下記式にて算出する。
【実施例】
【００１３】
ミルに供給される熱量：Qin
（１）一次空気：Ma・Ti・Ca
（２）給炭（乾炭）、給炭水分：Mcd・Tc・Cc＋Mcw・Tc・Cw
ミル内に蓄積される熱量：ΔQ
（１）ミル内保有炭温度上昇、保有炭水分温度上昇
（２）ミルケーシングの温度上昇
ミルから放熱される熱量：Qout
（１）ミル出口空気：Ma・To・Ca
（２）出炭（微粉炭）、出炭水分、蒸発水分：Mod・To・Co＋Mow・To・Co
（３）ミルケーシングから外部への放熱：Qin・K
ミル起動時、停止時などの急激な温度変動を除き、給炭量と出炭量が釣り合う状態では、ΔQ＝０となり、下記式が成り立つ。
【００１４】
Qin＝Qout
Qin＝Ma・Ti・Ca＋Mcd・Tc・Cc＋Mcw・Tc・Cw
Qout＝Ma・To・Ca＋Mcd・To・Cc＋Mcw・To・Co＋Qin・K
Mcw=(Ma(Tik1-To)Ca+Mc(Tck1-To)Cc/((Co-Cc)To-(Cw-Cc)k1Tc)
Q (kJ/h)：ミル保有熱量           Mcd (kg/h)：給炭（乾炭）
Mcw (kg/h)：給炭水分             Ma (kg/h)：一次空気流量
Mc (kg/h)：給炭量(Mcd+Mcw)
Mod (kg/h)：出炭（乾炭）         Mow (kg/h)：出炭水分
Cc (J/kg℃)：石炭比熱            Ca (J/kg℃)：空気比熱
Cw (J/kg℃)：水比熱              Co (J/kg℃)：出口水・蒸気比熱
Tc (℃)：給炭温度                Ti (℃)：一次空気温度
To (℃)：ミル出口空気温度        K (−）：放散係数
Mw (%)：石炭水分(Mcw/Mc×100）
計算した水分値を比較器８にて石炭水分設定器７で設定した設定値（ここでは２０％）と比較して、石炭の水分が設定値（２０％）以上であることを判定する。
【００１５】
一方、全石炭流量計９から給炭量（Ｋｇ）を求め、発電機出力計１０からボイラ入熱量（ｋｃａｌ）を求め、これら入力とし、石炭発熱量算出器１１で石炭の発熱量を算出する。石炭の発熱量は下式で求められる。
【００１６】
Hc=QFL/Fc(kcal/Kg)
Hc：石炭の発熱量（kcal/Kg)    QFL：ボイラ入熱量(kcal)    Fc：給炭量（Kg)
得られた発熱量は、適当な補正回路により補正されたものでもよい。計算した発熱量は比較器１３で、石炭発熱量設定器１２で設定した設定値（ここでは５５００ｋｃａｌ）と比較して、石炭の発熱量が設定値（石炭が亜瀝青炭の場合、５５００ｋｃａｌ）以下であることを判定する。
これらの２つの結果をＡＮＤ（論理積）演算器１４にて処理し、石炭の水分が２０％以上であり、発熱量が５５００ｋｃａｌ以下であることを判定する。
【００１７】
あらかじめ回転分級機回転数設定器１７にて決められた回転分級機の回転数設定値でインバータ１９の設定を行い、分級機モータ２０の回転数を決める。石炭の水分が２０％以上であり、発熱量が５５００ｋｃａｌ以下である場合、ＡＮＤ演算器１４の出力が１となるため、分級機減回転数設定器１５にて設定した回転数（１０回転）が減算器１８にて当初の回転数より減算され、結果的に回転数が低くなる。この処理により、石炭の水分が２０％以上であり、発熱量が５５００ｋｃａｌ以下である場合に分級機減回転数が低下し、当初の目的を達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によれば、現在あまり多く使われていないが埋蔵量の多い灰溶融温度の低い亜瀝青炭を、ボイラ燃焼時に自動判別し、ミル出口の微粉粒度を下げるようにミルを制御することにより、火炉内にて低溶融灰が溶融することなく、ボイラを安定に運転制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示すボイラ制御装置の説明図。
【符号の説明】
【００２０】
１…ミル入口一次空気流量計、２…ミル入口一次空気温度計、３…ミル出口空気温度計、４…給炭量計、５…ミルケーシング温度計、６…石炭水分算出器、７…石炭水分設定器、８…比較器１、９…全石炭流量計、１０…発電機出力計、１１…石炭発熱量算出器、１２…石炭発熱量設定器、１３…比較器２、１４…ＡＮＤ演算器、１５…分級機減回転数設定器、１６…乗算器、１７…回転分級機回転数設定器、１８…減算器、１９…インバータ、２０…分級機モータ。
【図１】
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