(57)【要約】【課題】プラント効率を考慮したうえで石炭焚ボイラの運転を最適に制御すること。【解決手段】石炭の性状に応じた排ガス損失を算出する排ガス損失算出部（２１）と、石炭の性状に応じた未燃損失を算出する未燃損失算出部（２２）と、石炭の性状に応じた動力損失を算出する動力損失算出部（２３）と、算出された排ガス損失、未燃損失、及び動力損失を少なくとも用いてプラント効率を算出するプラント効率算出部（２４）と、プラント効率が最高となるように石炭焚ボイラの出口における排ガス中の酸素濃度の目標値を設定する酸素濃度目標値設定部（２５）と、を含み、排ガス中の酸素濃度が酸素濃度目標値設定部にて設定された酸素濃度の目標値になるように燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。【選択図】図２
2018204843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントに用いられる石炭焚ボイラの火炉に供給する燃焼用空気の流量を制御する石炭焚ボイラの制御装置において、
前記火炉に供給される石炭の性状に応じた排ガス損失を算出する排ガス損失算出部と、
前記石炭の性状に応じた未燃損失を算出する未燃損失算出部と、
前記石炭の性状に応じた動力損失を算出する動力損失算出部と、
前記排ガス損失算出部、前記未燃損失算出部、及び前記動力損失算出部でそれぞれ算出された前記排ガス損失、前記未燃損失、及び前記動力損失を少なくとも用いてプラント効率を算出するプラント効率算出部と、
前記プラント効率算出部にて算出された前記プラント効率に基づき、前記プラント効率が最高となるように前記石炭焚ボイラの出口における排ガス中の酸素濃度の目標値を設定する酸素濃度目標値設定部と、を含み、
前記排ガス中の酸素濃度が前記酸素濃度目標値設定部にて設定された前記酸素濃度の目標値になるように前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記酸素濃度の目標値は、段階的な値に予め設定されており、
前記酸素濃度目標値設定部は、前記プラント効率算出部にて算出された前記プラント効率が最高となる前記値を前記酸素濃度の目標値に設定することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記火炉の入口の給水温度を検出する給水温度センサからの給水温度データと、
前記火炉の入口の給水圧力を検出する給水圧力センサからの給水圧力データと、
前記火炉の出口の蒸気温度を検出する蒸気温度センサからの蒸気温度データと、
前記火炉の出口の蒸気圧力を検出する蒸気圧力センサからの蒸気圧力データと、
前記火炉に微粉炭を供給する微粉炭機の入口の一次空気温度を検出する一次空気入口温度センサからの一次空気入口温度データと、
前記微粉炭機の出口の一次空気温度を検出する一次空気出口温度センサからの一次空気出口温度データと、
前記石炭焚ボイラの出口における前記排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ濃度計からのＮＯｘ濃度データと、
前記微粉炭機の入口の石炭の給炭量を計測する給炭量計からの給炭量データと、を入力し、
前記給水温度データ、前記給水圧力データ、前記蒸気温度データ、及び前記蒸気圧力データに基づき前記火炉の熱吸収量を算出する火炉熱吸収量算出部と、
前記火炉熱吸収量算出部にて算出された前記火炉の熱吸収量、及び前記ＮＯｘ濃度のうちの少なくとも一方に基づき、固定炭素を揮発分で除した値として定義される燃料比を算出する燃料比算出部と、
前記一次空気入口温度データ及び前記一次空気出口温度データに基づき、前記微粉炭機に供給される石炭の含有水分を算出する石炭含有水分算出部と、
前記給炭量データ、前記燃料比算出部で算出された前記燃料比、及び前記石炭含有水分算出部にて算出された前記石炭の含有水分に基づき、前記石炭の性状を推定する石炭性状推定部と、をさらに含み、
前記排ガス損失算出部、前記未燃損失算出部、及び前記動力損失算出部は、前記石炭性状推定部にて推定された前記石炭の性状に応じて、それぞれ前記排ガス損失、前記未燃損失、及び前記動力損失を算出することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記燃料比算出部は、
前記火炉熱吸収量算出部にて算出された前記火炉の熱吸収量に基づき第１燃料比を算出する第１燃料比算出部と、
前記ＮＯｘ濃度に基づき第２燃料比を算出する第２燃料比算出部と、を含み、
前記燃料比算出部は、前記第１燃料比及び前記第２燃料比から前記燃料比を算出することを特徴とする石炭焚ボイラの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電プラント等に用いられる石炭焚ボイラの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラは、例えば火力発電プラントの蒸気タービンより上流に設置され、石炭焚ボイラで蒸気（過熱蒸気）を生成する。この蒸気は蒸気タービンに供給され、蒸気タービンを駆動する。これによって火力発電プラントは発電する。石炭焚ボイラの運転では、石炭燃焼を完全燃焼に近づけるため、石炭燃焼に理論上必要な空気量（燃焼用空気量）に対して過剰な空気量を投入している。ここで、理論上必要な空気量を理論空気量、理論空気量と実際に使用した空気量との差を過剰空気量といい、理論空気量に対する過剰空気量の比を「空気過剰率」と言う。
【０００３】
従来は、石炭焚ボイラの空気過剰率を定格負荷で１５％〜２０％の範囲内で所定の値（例えば１５％）に固定して、石炭焚ボイラの運転を行っている。この空気過剰率は、ボイラ出口における酸素（Ｏ２）濃度によって制御される。すなわち、ボイラ出口の酸素濃度が所定の値になるように空気ダンパの開度を制御して石炭焚ボイラに供給する燃焼用空気量を調整することで、空気過剰率を所定の値に固定することができる。
【０００４】
空気過剰率を高くする、すなわち燃焼用空気量をより多く投入することで、石炭燃焼をより完全燃焼に近づけることができるが、その一方で燃焼排ガス量が増加することで熱損失が増加し、また、通風機の動力も増加するため、空気過剰率が高くなり過ぎるとプラント効率が低下する。そのため、プラント効率を向上させるうえで、石炭焚ボイラの運転をどのように制御するかは重要である。
【０００５】
ところで、石炭焚ボイラの空気過剰率を固定ではなく変動させてボイラを運転する技術として、例えば特許文献１が公知である。この特許文献１には、燃料比及びＮ分をインプットし、排ガス損失、所内率（所内動力率）、及び未燃分コストから損失ミニマム値を求めて、この損失ミニマム値に基づき燃焼用空気量を制御する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２０７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、ボイラの損失が最小となることは考慮されているものの、プラント効率の観点からボイラをどのように運転するかについて言及されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、プラント効率を考慮したうえで石炭焚ボイラの運転を最適に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、発電プラントに用いられる石炭焚ボイラの火炉に供給する燃焼用空気の流量を制御する石炭焚ボイラの制御装置において、前記火炉に供給される石炭の性状に応じた排ガス損失を算出する排ガス損失算出部と、前記石炭の性状に応じた未燃損失を算出する未燃損失算出部と、前記石炭の性状に応じた動力損失を算出する動力損失算出部と、前記排ガス損失算出部、前記未燃損失算出部、及び前記動力損失算出部でそれぞれ算出された前記排ガス損失、前記未燃損失、及び前記動力損失を少なくとも用いてプラント効率を算出するプラント効率算出部と、前記プラント効率算出部にて算出された前記プラント効率に基づき、前記プラント効率が最高となるように前記石炭焚ボイラの出口における排ガス中の酸素濃度の目標値を設定する酸素濃度目標値設定部と、を含み、前記排ガス中の酸素濃度が前記酸素濃度目標値設定部にて設定された前記酸素濃度の目標値になるように前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラント効率を考慮したうえで石炭焚ボイラの運転を最適に制御することができる。なお、上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される発電プラントの全体構成図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】排ガス損失がプラント効率に与える影響を示した図である。
【図３Ｂ】未燃炭素がプラント効率に与える影響を示した図である。
【図３Ｃ】補機動力がプラント効率に与える影響を示した図である。
【図４Ａ】プラント効率と酸素濃度の目標値との関係を示す図である。
【図４Ｂ】プラント効率と酸素濃度の目標値との関係を示す図である。
【図４Ｃ】プラント効率と酸素濃度の目標値との関係を示す図である。
【図５Ａ】燃料比と火炉熱吸収量との関係を表すグラフである。
【図５Ｂ】燃料比とボイラ出口におけるＮＯｘ値との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
＜発電プラントの全体構成＞
図１は、本発明が適用される発電プラントの全体構成図である。本実施形態に係る発電プラント１００は、石炭焚ボイラ（以下、ボイラと略記する）１から排出された燃焼排ガス（以下、排ガスと略記する）が流れる排ガス系統１００ａと、ボイラ１が生成する蒸気が流れる蒸気系統１００ｂと、復水器１０９によって復水された水が流れる給水系統１００ｃと、ボイラ１の燃料となる微粉炭をボイラ１に供給する微粉炭機２と、を備えている。
【００１４】
排ガス系統１００ａは、ボイラ１で微粉炭を燃焼した際に発生した排ガスを煙突へと導くための系統であり、ボイラ１から排出された排ガスは、脱硝装置１０３、空気予熱器１０４、乾式電気集塵機（ＤＥＳＰ）１０５、湿式脱硫装置（ＷＦＧＤ）１０６の順に流れる過程で、排ガスに含まれる環境規制物質が規制値以下まで除去される。そして、処理済の排ガスが煙突から外部に排出される。
【００１５】
蒸気系統１００ｂは、ボイラ１で生成された蒸気が流れる系統であり、蒸気タービン１０７と復水器１０９とを備える。ボイラ１で生成された蒸気は蒸気タービン１０７まで導かれ、その蒸気によって蒸気タービン１０７が駆動される。蒸気タービン１０７が駆動することで、発電機１０８が回転して発電する。そして、蒸気タービン１０７から排出された蒸気は、復水するために復水器１０９に供給される。
【００１６】
給水系統１００ｃは、復水器１０９によって復水された水をボイラ１に供給するための系統であり、復水器１０９とボイラ１とを配管で接続して構成される。なお、復水器１０９へは、配管を介して冷却水が供給される。
【００１７】
＜ボイラの概略構成＞
ボイラ１は、微粉炭を燃焼して熱を回収する。図１に示すように、ボイラ１は、微粉炭を燃焼させる火炉３、並びに節炭器（図示せず）、蒸発器５及び過熱器６等の熱交換器が内部に搭載され、それらの周囲を伝熱性の壁で囲んだ筐体構造を有している。
【００１８】
固体燃料である微粉炭は、後述する微粉炭機２を用いて石炭を粉砕することにより生成され、一次空気と共に火炉３内に供給される。この一次空気は微粉炭を完全燃焼させるために必要な理論空気量以下となる量の空気であり、微粉炭は、まず、空気不足の状態で燃焼される。これにより、発生した燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素に還元して、火炉３内における窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制することができる。
【００１９】
そして、不足分の空気を二次空気として火炉３内に供給して、燃焼しきれずに残った未燃分や発生した一酸化炭素（ＣＯ）を完全燃焼する。このように、本実施形態では、ボイラ１は、二段階で微粉炭を完全燃焼させる二段燃焼方式が用いられているが、必ずしも二段燃焼方式を用いたものである必要はない。
【００２０】
＜微粉炭機の概略構成＞
微粉炭機２は、図示しないが、石炭（原炭）を供給する給炭管と、石炭を粉砕するための粉砕用テーブルと、粉砕用テーブル上に配置された粉砕用ローラと、生成された微粉炭の粒度を分級するミル分級機と、微粉炭を搬送する送炭管と、を備える。
【００２１】
給炭管を通って投入された石炭は、粉砕用テーブルと粉砕用ローラとの間で粉砕されて微粉炭となる。生成された微粉炭は、微粉炭機２の内部に供給される一次空気によって上方へ吹き上げられる。このとき、粒度の大きい微粉炭は自重により落下し、再び粉砕用テーブルと粉砕用ローラとの間で粉砕される。
【００２２】
粒度の小さい微粉炭は、ミル分級機まで到達するが、ミル分級機によってさらに粒度の小さいものと大きいものとに分級される。分級されたより小さい粒度の微粉炭は、送炭管を通って一次空気と共に火炉３内に供給される。
【００２３】
＜燃焼用空気＞
燃焼用空気は空気ダンパ６０，６１の開度を調整することによって、ボイラ１または微粉炭機２に供給する流量（空気量）が調整される。一次空気の流量は空気ダンパ６０によって制御され、二次空気の流量は空気ダンパ６１によって制御される。これら空気ダンパ６０，６１は制御装置２０からのダンパ開度指令に従って、それぞれの開度が制御されている。空気予熱器１０４を介して排ガスとの熱交換により加熱された燃焼用空気と、空気予熱器１０４を介さずに導入された燃焼用空気とが混合され、混合された燃焼用空気が一次空気として微粉炭機２に供給される。この一次空気によって、微粉炭機２内で微粉砕した石炭の乾燥が行われる。また、燃焼用空気は空気予熱器１０４を介して排ガスと熱交換されて加熱され、加熱された燃焼用空気が二次空気としてボイラ１に供給される。
【００２４】
＜センサ、計測器等＞
発電プラント１００には様々なセンサが設けられているが、その中で代表的なセンサ、計測器について説明する。給水温度センサ４１は火炉３の入口の給水温度を検出するものであり、給水圧力センサ４２は火炉３の入口の給水圧力を検出するものである。蒸気温度センサ４３は火炉３の出口の蒸気温度を検出するものであり、蒸気圧力センサ４４は火炉３の出口の蒸気圧力を検出するものである。また、給炭量計５０は微粉炭機２入口の石炭の供給量を計測するものであり、一次空気出口温度センサ５１は微粉炭機２の出口の一次空気温度を検出するものであり、一次空気入口温度センサ５４は微粉炭機２の入口の一次空気温度を検出するものである。また、酸素濃度計５２はボイラ１の出口の排ガスの酸素濃度を計測するものであり、ＮＯｘ濃度計５３はボイラ１の出口の排ガスのＮＯｘ量（濃度）を計測するものである。これらの各種センサや計測器は、図１に破線で示すように、制御装置２０と電気的に接続されている。
【００２５】
＜制御装置の構成＞
次に、本発明の実施形態に係る制御装置２０について説明する。制御装置２０は、ボイラ１の排ガス出口における酸素濃度の目標値を設定し、設定した酸素濃度になるように空気ダンパ６０，６１の開度を演算し、空気ダンパ６０，６１にダンパ開度指令を出力する。空気ダンパ６０，６１の開度を調整することで、燃焼用空気量（一次空気及び二次空気の流量）が所望の値に制御される。すなわち、空気過剰率が所望の値に制御される。
【００２６】
制御装置２０は、図１に示すように、各種演算を行うＣＰＵ２０ａ、ＣＰＵ２０ａによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭやＨＤＤ等の記憶装置２０ｂ、ＣＰＵ２０ａがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ２０ｃ、および他の機器とデータを送受信する際のインタフェースである通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）２０ｄを含むハードウェアと、記憶装置２０ｂに記憶され、ＣＰＵ２０ａにより実行されるソフトウェアとから構成される。
【００２７】
制御装置２０の各機能は、ＣＰＵ２０ａが、記憶装置２０ｂに格納された各種プログラムをＲＡＭ２０ｃにロードして実行することにより、実現される。図２は、図１に示す制御装置２０の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置２０には、給水温度センサ４１からの給水温度データと、給水圧力センサ４２からの給水圧力データと、蒸気温度センサ４３からの蒸気温度データと、蒸気圧力センサ４４からの蒸気圧力データと、一次空気入口温度センサ５４からの一次空気入口温度データと、一次空気出口温度センサ５１からの一次空気出口温度データと、ＮＯｘ濃度計５３からのＮＯｘ濃度データと、酸素濃度計５２からの酸素濃度データと、給炭量計５０からの給炭量データと、が入力される。
【００２８】
制御装置２０は、排ガス損失算出部２１と、未燃損失算出部２２と、動力損失算出部２３と、プラント効率算出部２４と、酸素濃度目標値設定部２５と、火炉熱吸収量算出部２６と、燃料比算出部２７と、石炭含有水分算出部２８と、石炭性状推定部２９と、空気ダンパ開度指令部３０と、を含む。
【００２９】
排ガス損失算出部２１は、火炉３に供給される石炭の性状に応じた排ガス損失を算出する。未燃損失算出部２２は、火炉３に供給される石炭の性状に応じた未燃損失を算出する。動力損失算出部２３は、火炉３に供給される石炭の性状に応じた動力損失を算出する。
【００３０】
なお、排ガス損失算出部２１、未燃損失算出部２２、及び動力損失算出部２３は、後述する石炭性状推定部２９により推定された石炭の性状に基づいて、それぞれ排ガス損失、未燃損失、動力損失を算出している。
【００３１】
プラント効率算出部２４は、少なくとも排ガス損失算出部２１、未燃損失算出部２２、及び動力損失算出部２３でそれぞれ算出された排ガス損失、未燃損失、及び動力損失に基づき、プラント効率を算出する。
【００３２】
ここで、プラント効率は、式（１）で算出される。
プラント効率（送電端）＝（電気出力−動力損失）／（ボイラ出熱／ボイラ効率）    ・・・（１）
また、ボイラ効率は、式（２）で算出される。
ボイラ効率＝１−（排ガス損失＋未燃損失＋・・・・＋その他の損失）
・・・（２）
【００３３】
この式（１）、（２）から明らかなように、プラント効率には動力損失やボイラ効率が大きく影響し、ボイラ効率が最も良い条件でボイラ１を運転したとしても、動力損失次第でプラント効率が必ずしも最高になるとは限らない。そこで、ガス損失、未燃損失、及び動力損失がプラント効率に与える影響について、図を用いて詳しく説明する。
【００３４】
図３Ａは排ガス損失がプラント効率に与える影響を示した図、図３Ｂは未燃炭素がプラント効率に与える影響を示した図、図３Ｃは補機動力がプラント効率に与える影響を示した図である。図３Ａ〜図３Ｃは、空気過剰率を１５％とした場合における送電端のプラント効率を０（基準値）とし、この基準値に対して空気過剰率の値によってプラント効率がどの程度変化するかを示したものである。すなわち、プラント効率が０より大きい値であれば、その値と０との差分（感度Δ）だけプラント効率が高くなり、プラント効率が０より小さい値であれば、その値と０との差分だけプラント効率が低くなる。
【００３５】
図３Ａに示すように、空気過剰率が大きくなるにつれて排ガス量が多くなり、熱損失が増加するため、プラント効率は低くなる。よって、空気過剰率１５％を基準とした場合、１５％より大きくなるに連れてプラント効率は低くなり、１５％より小さくなるに連れてプラント効率は高くなる。
【００３６】
図３Ｂに示すように、空気過剰率が大きくなるにつれて未燃分が少なくなるため、空気過剰率１５％を基準とした場合、１５％より大きくなるに連れてプラント効率は高くなり、１５％より小さくなるに連れてプラント効率は低くなる。また、燃料比が高いほど空気過剰率がプラント効率に与える影響が大きく、燃料比が低いほど空気過剰率がプラント効率に与える影響は少ない。
【００３７】
ここで、「燃料比」とは、石炭中の固定炭素分と揮発分との比（固定炭素分／揮発分）として定義される。燃料比が高い場合には、石炭中に占める固定炭素の割合が多く、揮発分の割合が少ないため、石炭は燃えにくい。一方、燃料比が低い場合には、石炭中に占める固定炭素の割合が少なく、揮発分の割合が多くなるため、石炭は燃えやすい。
【００３８】
つまり、燃料比が高いほど空気過剰率を大きくすれば、石炭が燃えやすくなり、プラント効率が高くなる。逆に燃料比が低いと、そもそも石炭は燃えやすいので、空気過剰率を高くしてもそれほどプラント効率には影響しない。
【００３９】
図３Ｃに示すように、空気過剰率が大きくなるにつれて排ガス量が多くなり、通風機等の補機の動力が増加する（動力損失が大きくなる）ため、プラント効率は低くなる。よって、よって、空気過剰率１５％を基準とした場合、１５％より大きくなるに連れてプラント効率は低くなり、１５％より小さくなるに連れてプラント効率は高くなる。
【００４０】
このように、排ガス損失の影響（図３Ａ）と補機動力の影響（図３Ｃ）を考慮すると、空気過剰率を１５％より下げる方がプラント効率は高くなるが、未燃炭素の影響（図３Ｂ）を考慮すると空気過剰率を１５％より高くする方がプラント効率は高くなる。よって、プラント効率算出部２４は、排ガス損失、補機動力（動力損失）、未燃損失を考慮してプラント効率を算出している。
【００４１】
次に、酸素濃度目標値設定部２５は、プラント効率算出部２４にて算出されたプラント効率に基づき、プラント効率が最高となるように、ボイラ１の出口における排ガス中の酸素濃度の目標値を設定する。その結果、空気過剰率は、プラント効率が最高となる値に制御される。すなわち、プラント効率が最高となるための燃焼用空気量がボイラ１に供給される。
【００４２】
図４Ａ、Ｂ、Ｃは、プラント効率と酸素濃度の目標値との関係を示す図であり、それぞれ異なる条件下での酸素濃度に対するプラント効率の関係を示している。ここで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は段階的に予め設定した酸素濃度目標値である。図４Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、プラント効率は未燃損失、排ガス損失、動力損失の相対的な関係によって算出されるため、酸素濃度に対するプラント効率の傾向は種々の条件によって異なる。よって、酸素濃度目標値設定部２５は、プラント効率が最高となるようＣ１、Ｃ２、Ｃ３の中から１つを選択して酸素濃度の目標値を設定する。すなわち、酸素濃度の目標値を鈍感化する。これにより、外乱要因を考慮してボイラ１を安定して運転することができる。
【００４３】
図４Ａを参照すると、目標値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうち、目標値Ｃ３に対するプラント効率が最も高い。そこで、図４Ａの場合には、酸素濃度目標値設定部２５は目標値Ｃ３を選択する。同様に、図４Ｂの場合、酸素濃度目標値設定部２５は目標値Ｃ２を選択し、図４Ｃの場合、酸素濃度目標値設定部２５は目標値Ｃ１を選択する。
【００４４】
次に、火炉熱吸収量算出部２６は、火炉入口給水温度データ、火炉入口給水圧力データ、火炉出口蒸気温度データ、及び火炉出口蒸気圧力データに基づき火炉３の熱吸収量を算出する。
【００４５】
燃料比算出部２７は、火炉熱吸収量算出部２６にて算出された火炉３の熱吸収量に基づき第１燃料比を算出する第１燃料比算出部２７ａと、ＮＯｘ濃度データに基づき第２燃料比を算出する第２燃料比算出部２７ｂと、を含んで構成され、第１燃料比算出部２７ａで算出された第１燃料比と、第２燃料比算出部２７ｂで算出された第２燃料比とから、燃料比を算出する。すなわち、本実施形態では、火炉熱吸収量とＮＯｘ濃度とから燃料比を算出している。
【００４６】
火炉熱吸収量とＮＯｘ濃度とから燃料比を算出する理由について、図を用いて説明する。図５Ａは燃料比と火炉熱吸収量との関係を表すグラフ、図５Ｂは燃料比とボイラ出口におけるＮＯｘ値との関係を表すグラフである。
【００４７】
図５Ａに示すように、燃料比と火炉熱吸収量との関係には、燃料比が低いほど火炉熱吸収量が多くなる特性がある。火炉熱吸収量が分かると、図５Ａのグラフから燃料比が求まる。
【００４８】
ただし、火炉熱吸収量は、火炉３内における灰分による汚れの程度によって、その値にばらつきが生じやすい。例えば、火炉熱吸収量Ｘに対して、燃料比の値Ｆ１は、汚れの程度によって図中の太線矢印の範囲でばらつく。そのため、火炉熱吸収量のみで燃料比を求める場合、燃料比を高精度に算出できない可能性がある。
【００４９】
図５Ｂに示すように、燃料比とボイラ出口におけるＮＯｘ値（濃度）との関係には、燃料比が低いほどＮＯｘ値も小さくなる特性がある。ＮＯｘ値が分かると、図５Ｂのグラフから燃料比が求まる。例えばＮＯｘ値がＹの場合、燃料比Ｆ２が一意に求まる。
【００５０】
ただし、ボイラ出口におけるＮＯｘ値は、火炉熱吸収量と比べてその値にばらつきは生じにくいが、火炉３内への燃焼用空気の供給の仕方、燃焼温度、火炉３内における燃焼状態の均一さ（バランス）、空気と酸素との比率等のボイラ１の運転条件に依存して変化しやすい。そのため、ＮＯｘ値のみで燃料比を求める場合、燃料比を高精度に算出できない可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、第１燃料比算出部２７ａが火炉熱吸収量に基づいて算出した第１燃料比と、第２燃料比算出部２７ｂがＮＯｘ濃度に基づいて算出した第２燃料比とから平均を求めて、第１燃料比と第２燃料比の平均値を燃料比として算出している。これにより、燃料比を高精度に算出できる。
【００５２】
なお、燃料比算出部２７は、第１燃料比と第２燃料比との平均を求める代わりに、それぞれの値に重みづけした値を用いて燃料比を算出しても良い。また、燃料比算出部２７は、第１燃料比と第２燃料比のうち大きい値を燃料比として算出しても良い。
【００５３】
図２に説明を戻して、石炭含有水分算出部２８は、一次空気入口温度データ及び一次空気出口温度データに基づき、微粉炭機２に供給される石炭の含有水分を算出する。
【００５４】
石炭性状推定部２９は、給炭量データ、燃料比算出部２７で算出された燃料比、及び石炭含有水分算出部２８にて算出された石炭の含有水分に基づき、石炭の性状を推定する。
【００５５】
空気ダンパ開度指令部３０は、酸素濃度データと酸素濃度目標値設定部２５で設定した酸素濃度の目標値とに基づき空気ダンパ６０，６１の開度を演算し、空気ダンパ６０，６１にダンパ開度指令を出力する。
【００５６】
以上のように構成された制御装置２０には、リアルタイムに上記した各種データが入力され、常に発電プラント１００のプラント効率が最高となるようにボイラ１の運転が制御される。すなわち、本実施形態によれば、プラント効率を最優先してボイラ１の燃焼用空気量を制御しているため、プラント全体として最適な運転が可能となる。また、火炉熱吸収量とＮＯｘ濃度とから燃料比を算出しているため、燃焼用空気量を高精度で制御することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、酸素濃度の目標値を図４に示すように段階的に定めずに、プラント効率として最高となる酸素濃度の値をそのまま目標値として設定しても良い。また、燃料比算出部２７は、火炉熱吸収量またはＮＯｘ濃度の何れか一方に基づき燃料比を算出しても良い。つまり、第１燃料比または第２燃料比の何れかを燃料比として算出しても良い。
【００５９】
また、制御装置２０が、リアルタイムに取得した各種データから石炭性状を分析し、これを用いて酸素濃度の目標値を設定し、空気ダンパ６０，６１を制御する代わりに、予め石炭性状を分析し、その分析結果を用いて酸素濃度の目標値を設定し、その設定値になるように空気ダンパ６０，６１を制御しても良い。この場合、石炭の性状が変わる毎に性状分析を行い、その都度、分析結果に基づいた酸素濃度の目標値を設定することとなる。
【符号の説明】
【００６０】
１  ボイラ（石炭焚ボイラ）
２  微粉炭機
３  火炉
２０  制御装置
２１  排ガス損失算出部
２２  未燃損失算出部
２３  動力損失算出部
２４  プラント効率算出部
２５  酸素濃度目標値設定部
２６  火炉熱吸収量算出部
２７  燃料比算出部
２７ａ  第１燃料比算出部
２７ｂ  第２燃料比算出部
２８  石炭含有水分算出部
２９  石炭性状推定部
３０  空気ダンパ開度指令部
４１  給水温度センサ
４２  給水圧力センサ
４３  蒸気温度センサ
４４  蒸気圧力センサ
５０  給炭量計
５１  一次空気出口温度センサ
５２  酸素濃度計
５３  ＮＯｘ濃度計
５４  一次空気入口温度センサ
６０，６１  空気ダンパ
１００  発電プラント
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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