(57)【要約】  発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有する発電プラントとともに使用する制御システム。燃焼システムからの第1産出物の第1パラメータを記録する第1センサ(12)と、第2産出物の第2パラメータを記録する第2センサ(14)と、燃焼システムの変数パラメータを調整かつ記録する調整器システム(16)と、第1パラメータに関係する第1信号、第2パラメータに関係する第2信号、および少なくとも1つの変数システムパラメータに関係する第3信号を受信し、材料パラメータ指標信号(20)およびシステム状態指標信号(22)を発生させるために、第1、第2、および第3の信号を使用するように動作可能な状態推定器構成要素(18)と、材料パラメータ指標信号およびシステム状態指標信号を受信するように、かつ、出力制御信号を発生させるために材料パラメータ指標信号とシステム状態指標信号とを組み合わせるように動作可能な出力構成要素(24)とを備える。
2013513773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有する前記発電プラントとともに使用するための制御システムであって、
前記燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するための第1のセンサと、
前記燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するための第2のセンサと、
前記燃焼システムの少なくとも1つの変数パラメータを調整かつ記録するための調整器システムと、
前記第1のパラメータに関係する第1の信号、前記第2のパラメータに関係する第2の信号、および前記少なくとも1つの変数システムパラメータに関係する第3の信号を受信するように動作可能であり、材料パラメータ指標信号およびシステム状態指標信号を発生させるために、前記第1の信号、第2の信号および第3の信号を使用するように動作可能である状態推定器構成要素と、
前記材料パラメータ指標信号および前記システム状態指標信号を受信するように、かつ、出力制御信号を発生させるために前記材料パラメータ指標信号とシステム状態指標信号とを組み合わせるように動作可能である出力構成要素と
を備える制御システム。
【請求項２】
前記出力構成要素が、前記出力制御信号を発電プラントに出力するように動作可能である、請求項1に記載の制御システム。
【請求項３】
前記出力制御信号が、粉砕機制御信号である、請求項1または2に記載の制御システム。
【請求項４】
前記出力制御信号が、燃焼システム制御信号である、請求項1または2に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第1のセンサが、灰中炭素センサである、請求項1から4のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記第2のセンサが、ガスセンサである、請求項1から5のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項７】
前記ガスセンサが、一酸化炭素センサである、請求項6に記載の制御システム。
【請求項８】
前記材料パラメータ指標信号が、粒径分布を指し示す信号である、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項９】
前記制御システムが、少なくとも1つの最適化計算を用いる多変数コントローラである、請求項1から8のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記出力構成要素が、前記出力制御信号を少なくとも1つの警報手段に提供するように動作可能である、請求項1から9のいずれかに記載の制御システム。
【請求項１１】
前記材料が石炭である、請求項1から10のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記材料が、石炭と少なくとも1つのバイオマス燃料との組合せである、請求項1から11のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記粉砕機が、少なくとも1つの微粉機を備える、請求項1から12のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記システム状態指標信号が、前記粉砕機の内部状態の指標となる信号である、請求項1から13のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記調整器システムが、前記燃焼システムへの石炭総投入量、前記燃焼システムへの空気流量、前記発電プラントの負荷から必要とされるエネルギー出力、少なくとも1つの微粉機のそれぞれの微粉燃料の出口温度、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれの入口空気温度、前記粉砕機への材料投入の供給速度、前記粉砕機内の搬送空気の流速、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれのモータ電流、電圧および負荷、ならびに、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれの内部の差圧のうち少なくとも1つを調整かつ記録するように動作可能である、請求項1から14のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１６】
発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有する前記発電プラントを制御する方法であって、
前記燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するステップと、
前記燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するステップと、
前記燃焼システムの少なくとも1つの調整可能な変数パラメータを記録するステップと、
材料パラメータ指標信号および粉砕機状態指標信号を発生させるために、第1の信号、第2の信号および第3の信号を使用するステップと、
出力制御信号を発生させるために前記材料パラメータ指標信号とシステム状態指標信号とを組み合わせるステップと
を含む、発電プラントを制御する方法。
【請求項１７】
前記出力制御信号を、前記発電プラントのシステムに提供するステップを含む、請求項16に記載の発電プラントを制御する方法。
【請求項１８】
前記出力制御信号を、警報手段に提供するステップを含む、請求項16に記載の発電プラントを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントを監視および制御するシステムならびに関連する方法に関し、特に本発明は、発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機(mill)を有する発電プラントを制御するシステムおよび関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭で稼働する発電プラントでは、微粉炭機(coal mill)の動作は、発電プラント内の石炭の燃焼効率に著しい影響を与えると同様に、発電プラント内で微粉炭の燃焼から生出される汚染物質の量および組成に著しい影響を与える。さらに、石炭火力の発電プラントが負荷の変化の要求量に応答する能力は、主に、微粉炭機が微粉燃料の産出量を変化させる能力によって決まる。制御弁を開くと、より多くの燃料を直接得ることが可能である、ガスまたは石油の燃焼とは異なり、微粉炭の燃焼では、微粉化の工程をまず実行する必要がある。これには、増大した量の燃料を発電プラントに提供するために、粉砕機の投入量/産出量を徐々に上昇させなければならないということが必要である。制御システムがより良好であるほど、この上昇プロセスがより急峻になり得る。
【０００３】
発電プラント内の微粉炭機の役割は、必要に応じて、所望の量の、および所望の粒径の微粉炭を生産かつ乾燥することである。高温高圧の空気が、微粉炭を、それを流動化することにより乾燥かつ搬送するために取り入れられ、その結果、それは、燃焼用のバーナに送出され得る。
【０００４】
石炭の微粉化は、典型的には、ある範囲の粒径が生成される結果となる。しかしながら、バーナ内で、石炭粒子が、ある決まったサイズよりも大きい、例えば75ミクロン以上であるならば、燃焼環境での酸素(O2)分子は、いわゆるチャー燃焼の局面の間に、石炭粒子内のより深くの不揮発性の可燃性物質に入り込むことができない。このことは、未燃炭素をもたらす結果となり、これは、燃料の廃棄物となる(したがってコストが高い)だけでなく、セメント混和材として使用するための、販売に適した副産物、フライアッシュの品質を低減する、というのは、未燃炭素がセメント内に黒斑を生成するからである。未燃炭素の量は、粒径とともに、および空気が不足している場合での両方で増大する。しかしながら、未燃炭素は通常オフラインで監視されるので、観測される未燃炭素のレベルが、粒径によるものか、それとも空気の不足によるものかをリアルタイムで決定することは可能ではない。
【０００５】
大きなサイズの微粉炭粒子は、それらが、早期の還元火炎帯での粒子内からの窒素(N)化合物の急速な揮発を阻害するという点で、発電所のバーナ内で別の問題をさらに生み出す。N化合物が後で、バーナの酸化火炎帯で放出される場合、またはそれらが、チャー燃焼の間に粒子内部で酸素(O2)と不均一に接触するようになる場合、それらは、酸性雨の成立での望ましくない前駆体である窒素酸化物(NO)を形成する傾向がある。Nの急速な揮発は、初期の燃焼の間のNの放出が、O2が少ない環境で起こり、したがって安定的なN2が形成されるので、望ましい。しかしながら、Nの揮発が阻害されるならば、粒子が炉の空気が多量にある部分に入るまで、Nが放出されない場合があり、そこでは、燃焼を完了するためにそれらの上方に空気を通過させることが、望ましい安定的なN2ではなく、望ましくないNOを形成する結果となる。
【０００６】
バーナ内でより大きな石炭の粒径により生み出されるこれらの問題を考えると、微粉炭の粒径は比較的小さく維持されるべきであることが理解され得る。石炭粒子の最適なサイズは、燃焼の結果として生じる残留物の組成、すなわちフライアッシュの産出物の灰および揮発成分の含有量、ならびに燃やされるべき石炭の反応性により決定される。
【０００７】
粒径を小さく維持するこの要件は、トレードオフをもたらし、そのトレードオフの概念的な表現が、図1に示す粒径分布図上に例示されている。微粉化プロセスはエネルギーを必要とし、したがって、石炭をより小さな断片に微粉化することは、大きな粒子の生成よりも多くのエネルギーを必要とする。さらに、より小さな断片を生成するために、石炭を微粉化するのにかかる時間が増大することによって、任意の所与の機械により微粉化され得る石炭の量が低減している。これに対して、未燃燃料によるエネルギー「損失」、システムから産出されるNOの量の増大、および標準以下の残留生産物からの利益収入の損失が考慮されなければならない。したがって、図1に概念的に指し示す最適な粒径は、最適な燃焼のために何らかの著しい熱物質移動抵抗を生じさせないのに十分に小さな値であると理解され得る。最適な粒径より大きな任意の値では、灰中炭素(carbon in ash)が望ましいレベルより高く増大し、NOの形成が増大することになる。最適な粒径より小さな任意の値では、微粉化プロセスで粉砕処置が必要となり、微粉炭機での増大する電力消費、または微粉燃料生産能力の等価の低減を招くことになる。
【０００８】
典型的には、発電プラントの建設の設計および構築の段階で、微粉炭機の動作状況および粒径分級システムは、仮定した石炭供給特性による設計負荷状況で、最適な粒径分布を得るように指定される。しかしながら、発電プラントが、老朽化した機器によって、および変動する石炭供給特性(すなわち水分および硬度)によって部分負荷で運転される場合、指定された微粉炭機の設定では、もはや最適な粒径分布を生産しない。さらに、大多数の発電プラントには、微粉燃料の粒径分布のオンライン測定のための手段がない。これらの問題を考えると、プラントからの灰の産出物中の炭素、および煙道ガスの産出物中のNOの低いレベルを保持するために、システムを制御する修正処置が行われることは困難である。
【０００９】
様々な手法が、微粉炭機の動作の監視および制御を改善するために講じられてきた。Yukio Fukayamaらが公表したAn Adaptive State Estimator for Pulverizer Control Using Moments of Particle Size Distribution.(IEEE Transactions On Control Systems Technology、第12巻、第6号、2004年11月)では、微粉炭機の微粉機(pulverizer)での粒径分布の進展に関する基本的な数学モデルを詳細に説明し、そのモデルを微粉炭機システム用の先進的な制御用途で使用した。しかしながら、その人たちの手法は、単一の微粉機を備える微粉炭機に焦点を合わせたものであり、燃焼産出物からの何らかの情報を考慮してはいなかった。その後、P. Andersenらが、その人たちが2006年にIFAC Symposium on Power Plants and Power Systemsに提出した「Observer-based Coal Mill Control using Oxygen Measurement」で、この手法をさらに拡張し、微粉化プロセスと燃焼との間の関係に注目した。微粉化プロセスと燃焼との間の関係に注目することにより、Andersenらは、微粉炭機を中心とする内部制御ループを閉じるために、O2の測定値を含むことを提案した。しかしながら、このシステムでは、未燃炭素のレベルは測定されない。韓国特許出願第KR20040019462A号(Kim Eun Gee.)「System for Controlling Unburned Carbon and Air Damper for Optimal Combustion of Boiler」で詳細に説明される異なる手法では、発明者は、灰中未燃炭素の測定値が粒径分布を調整するために使用され、煙道ガスの測定値が二次燃焼空気流量を調整するために使用される、2つの制御ループを用いる微粉炭機用の分散化された制御システムを詳細に説明している。しかしながら、このシステムは、微粉化および燃焼のプロセスを管理するために単一変数のフィードバックコントローラに単に依存し、これは、外乱に応答する際のシステムの精度を制限し、負荷の変化に対する発電プラントの応答時間を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国特許出願第KR20040019462A号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Yukio Fukayamaら、An Adaptive State Estimator for Pulverizer Control Using Moments of Particle Size Distribution.(IEEE Transactions On Control Systems Technology、第12巻、第6号、2004年11月)
【非特許文献２】P. Andersenら、「Observer-based Coal Mill Control using Oxygen Measurement」、IFAC Symposium on Power Plants and Power Systems、2006年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記を考えると、本発明の目的は、上述の問題の少なくとも1つを除去または軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第1の態様によれば、発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有する発電プラントとともに使用するための制御システムであって、
燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するための第1のセンサと、
燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するための第2のセンサと、
燃焼システムの少なくとも1つの変数パラメータを調整かつ記録するための調整器システムと、
そのような第1のパラメータに関係する第1の信号、そのような第2のパラメータに関係する第2の信号、およびそのような少なくとも1つの変数システムパラメータに関係する第3の信号を受信するように動作可能であり、材料パラメータ指標信号およびシステム状態指標信号を発生させるために、第1の信号、第2の信号および第3の信号を使用するように動作可能である状態推定器構成要素と、
そのような材料パラメータ指標信号およびそのようなシステム状態指標信号を受信するように、かつ、出力制御信号を発生させるために前記材料パラメータ指標信号とシステム状態指標信号とを組み合わせるように動作可能である出力構成要素と
を備える制御システムが提供される。
【００１４】
好ましくは、出力構成要素が、そのような出力制御信号を発電プラントに出力するように動作可能である。
【００１５】
この制御システムでの第1のセンサ、第2のセンサおよび調整器システムの配置構成は、フィードバックを提供することにより、発電プラントの最適な動作状況が達成されることを確実にするために動作することになる、多変数閉ループ制御スキームを提供するように働く。
【００１６】
一実施形態では、出力制御信号が、燃焼システム制御信号である。
【００１７】
代替実施形態では、発電プラントに提供される出力制御信号は、燃焼システムを制御するように動作可能となる。
【００１８】
あるいは、出力構成要素が、出力制御信号を少なくとも1つの警報手段に提供するように動作可能である。
【００１９】
この制御システムでの第1のセンサ、第2のセンサおよび調整器システムの配置構成は、運転員が、発電プラントのシステム内で起こる任意の重大な問題に基づいて行動することを可能にするための警報手段を提供するように働く。
【００２０】
好ましくは、第1のセンサが、灰中炭素センサである。
【００２１】
灰中炭素センサを設けることにより、燃焼システムから産出される灰中未燃炭素に関する情報が提供される。
【００２２】
さらに好ましくは、第2のセンサが、ガスセンサである。
【００２３】
ガスセンサは、一酸化炭素センサであってよい。
【００２４】
好ましくは、材料が石炭である。あるいは、材料は、1つまたは複数のバイオマス燃料であってよい。
【００２５】
一実施形態では、材料が、石炭と少なくとも1つのバイオマス燃料との組合せである。
【００２６】
好ましくは、粉砕機が、例えば垂直スピンドル微粉機などの、少なくとも1つの微粉機を備える。しかしながら、当業者に知られる他の任意の適した微粉機が、垂直スピンドル微粉機の代替物として、またはそれに加えて使用され得ることが理解されよう。
【００２７】
一実施形態では、材料パラメータ指標信号が、粒径分布を指し示す信号である。
【００２８】
システム状態指標信号は、粉砕機の内部状態の指標となる粉砕機状態指標信号であり得る。
【００２９】
一実施形態では、調整器システムが、燃焼システムへの石炭総投入量、燃焼システムへの空気流量、発電プラントの負荷から必要とされるエネルギー出力、少なくとも1つの微粉機のそれぞれの微粉燃料の出口温度、少なくとも1つの微粉機のそれぞれの入口空気温度、粉砕機への材料投入の供給速度、粉砕機内の搬送空気の流速、少なくとも1つの微粉機のそれぞれのモータ電流、電圧および負荷、ならびに、少なくとも1つの微粉機のそれぞれの内部の差圧のうち少なくとも1つを調整かつ記録するように動作可能である。
【００３０】
本発明の第2の態様によれば、発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有する発電プラントを制御する方法であって、
燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するステップと、
燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するステップと、
燃焼システムの少なくとも1つの調整可能な変数パラメータを記録するステップと、
材料パラメータ指標信号および粉砕機状態指標信号を発生させるために、第1の信号、第2の信号および第3の信号を使用するステップと、
出力制御信号を発生させるために前記材料パラメータ指標信号とシステム状態指標信号とを組み合わせるステップと
を含む、発電プラントを制御する方法が提供される。
【００３１】
好ましくは、前記出力制御信号が、発電プラントのシステムに提供される。
【００３２】
第1のパラメータ、第2のパラメータおよび変数パラメータから生出される制御信号の、発電プラントへの提供の配置構成は、発電プラントの最適な動作状況が達成されることを確実にするために繰り返し動作し得る、多変数閉ループ制御スキームを提供するように働く。
【００３３】
あるいは、前記出力制御信号は、警報手段に提供され得る。
【００３４】
第1のパラメータ、第2のパラメータおよび変数パラメータから生出される制御信号の、警報手段への提供の配置構成は、重大な問題が発電プラント内で起こったかどうかを運転員に知らせるスキームを提供するように働く。
【００３５】
本発明のこれらおよび他の態様が、以下の説明から、それを添付の図面とともに行う際に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】発電プラントの燃焼システムでの使用のための最適な粒径を強調するための、微粉炭の粒径分布の概念図を示す。
【図２】本発明の好適な実施形態による発電プラントの監視および制御のシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図2を参照すると、発電プラント(図示せず)、および特に発電プラントの微粉炭機(図示せず)の動作を監視および制御するためのシステム10が示されている。システム10は、灰中炭素(CIA)センサ12、および煙道ガス中のCOレベルを測定するように動作可能であるガスセンサ14、およびこの場合では燃焼制御システムである調整器システム16を備える。COレベルは、燃焼状況の直接的な指示である。調整器システム16は、燃焼プロセス(図2には示さない)を制御するために、燃焼システムの炉内の空気ダンパ位置またはバーナ傾斜レベルなどの操作可能な変数を監視かつ調整するように動作可能である。
【００３８】
CIAセンサ12、ガスセンサ14からの測定値、および、調整器システム16からの操作された変数レベルの読み取り値が、状態推定器18に提供される。状態推定器18は、微粉燃料の粒径分布用の材料パラメータ指標信号20、および微粉炭機の他の内部状態を表す粉砕機状態指標信号22を決定するために、燃焼プロセスおよび微粉炭機の数学モデルを適用する。粒径分布用の指標信号20は、単純な平均値から、いくつかのモーメントを用いた粒径分布のより複雑な記述まで、複雑度が変動し得る。指標信号22で表される内部状態は、微粉炭機の状況に関係するパラメータと同様に、微粉化される石炭の水分含有量および硬度指数を含み得る。
【００３９】
状態推定器18から出力される指標信号20および22は、この場合は微粉炭機の動作用の多変数モデルベースのコントローラ24である出力構成要素に提供されることにより、発電プラントの粉砕機および燃焼システムの閉ループ制御を容易にする。この場合、コントローラ24は、微粉炭機の設定値25が追加的に提供される。これらの設定値は、発電プラントのマスターコントローラにより送信され、どれだけの量の石炭が必要とされるかを粉砕機に伝える。この場合、コントローラ24は、制御処置の計算においてプロセスの制約を考慮し得るモデル予測制御技法によって動作する。状態推定器18および多変数コントローラ24で使用される数学モデルの内部的な特質は、石炭の微粉化および燃焼の基本的な物理的原理に基づき得るものであり、または、履歴データもしくはプラントテストから構築されるブラックボックスタイプのものであり得る。
【００４０】
コントローラ24で使用される微粉炭機モデルは、燃焼システムの具体的なバーナの、使用されているそれぞれの垂直微粉機またはボールミルを含むことになる。したがって、多変数コントローラ24は、粉砕機内のすべての微粉機を制御するように実現され得る。
【００４１】
本文書で説明する本発明は、フライアッシュの未燃炭素含有量および煙道ガスのCO濃度を測定するためのセンサを用いて動作する、状態推定およびモデル予測制御の技術に基づく、発電プラントの微粉炭機の動作に対する新しい監視および制御の手法を提案する。
【００４２】
発電プラントの運転中、フライアッシュ内の未燃炭素レベルの変動は、炉内の燃焼状況、または燃焼用に使用される微粉燃料の粒径分布のいずれかによって決まる。燃焼システムを離れる燃焼生産物の物理化学的特性、および燃焼システム内の燃焼状況を特徴付ける情報を測定するために、センサ12および14を使用すると、ならびに、この情報を制御システム10内に提供すると、未燃炭素レベルに対しての、不適切な燃焼状況の影響を、石炭の粒径の影響と区別することが可能である。
【００４３】
さらに、様々な要因の厳密な量的な影響が決定され得ない場合でも、システム10は、所望の動作状況が達成されるまで、燃焼状況に影響を与えるすべての要因を継続して操作することになる、フィードバックを有する多変数閉ループ制御スキームを形成する。
【００４４】
動作に当たり、システム10は、ボイラが、燃焼制御システム16、オンラインの灰中炭素(CIA)センサ12およびCOセンサ14を備え付けられたプラントで実現される。任意の所与の時点で、制御システムは、CIAおよびCOの読み取り値の両方の変動に応答すべきである。燃焼制御システム16の後続の操作は、本発明の範囲外である。しかしながら、燃焼システムの煙道での、燃焼パラメータに対するCO産出の応答は、燃焼が空気/燃料バランスにより制約されているか否かを、したがってCIA読み取り値への燃焼空気の影響を指し示す。CIAレベルへの燃焼状況の第2の重要な効果は、炉内のチャー粒子の滞留時間によるものである。プラントが高い負荷のもとにある場合、燃焼システム内のチャー粒子の滞留時間は、2秒もの短さとなり得る。この短い滞留時間が、高いCIAレベルを招く可能性がある。状態推定器18に提供される、これらすべての相互作用を考慮する燃焼プロセスのパラメータの情報は、指標信号22として状態推定器から出力される微粉炭機の動作状態の効果から、指標信号20として状態推定器から出力される燃焼の効果を確立するために使用され得る。この情報を使用して、微粉炭機コントローラ24は、この場合は、望ましいCIA産出レベルを保持するために微粉炭機上で働くことになる出力信号を生出することができる。
【００４５】
調整器システム16は、燃焼プロセスを制御するために、燃焼システムの炉内の空気ダンパ位置またはバーナ傾斜レベルなどの操作可能な変数を監視かつ調整するように動作可能であると、上記で説明した。しかしながら、垂直スピンドルミルを有するボイラを有し、2つ以上の微粉機を有するプラントなどの好適な実施形態では、調整器システム16に提供される情報の組は、CIAおよびCOの測定値、燃焼システムの炉に対する総石炭量および空気流量、ならびに発電プラントの負荷を含む。この情報と同様に、微粉燃料の出口温度、微粉機の入口空気温度、微粉炭機の石炭供給速度、微粉炭機の搬送空気(一次空気)の流速、微粉機のモータ電流、電圧および負荷、微粉機の差圧、ならびに分級器の回転数を含む、各微粉機に対する追加的な情報が、調整器システム16にさらに提供される。微粉機の入口、出口、モータおよび分級器はすべて、粉砕機内の各微粉機の構成要素であることに留意されたい。
【００４６】
指標信号22で表される内部状態は、微粉炭機の状況に関係するパラメータと同様に、微粉化される石炭の水分含有量および硬度指数を含むと、詳細に説明した。そのような微粉炭機の状況に関係するパラメータは、微粉炭機のタイプによって異なることになり、例えば、垂直スピンドルミルでは、パラメータはローラ摩耗を含む場合があり、またはボールミルでは、パラメータは有効ボール充填量(effective ball charge)を含む場合がある。
【００４７】
本発明のさらなる実施形態では、発電プラントの分散型制御システム(図示せず)からのローカルコントローラの誤差の読み取り値が、状態推定器18にさらに提供され得る。推定誤差の変動が、CIAおよびCOの測定される値に関して追跡され得るとともに、大きな変動は、センサまたはアクチュエータの故障などの、予想外のプロセスの欠陥の指示として使用され得る。
【００４８】
代替実施形態では、多変数コントローラ24は、粉砕機内のそれぞれの微粉機またはボールミルのユニットに対して複製された個別のコントローラとして動作する場合もある。この場合、状態推定器は、やはり同等の多数のものであるべきであり、対応する微粉機のモデルおよびパラメータを用いて構成されるべきである。実際に、制御システムは、粉砕機内のそれぞれの微粉機に対して、状態推定器18およびコントローラ24を備えることになる。
【００４９】
本発明の第4の実施形態では、状態推定器18から出力される指標信号20および22は、プラントのプロセスの監視を容易にし、重大な問題が起こるかどうかを運転員に通知する警報手段(図示せず)に提供され得る。警報手段は、点滅するスイッチ板(faceplate)の項目を含むが、それに限らない、任意の適した警報手段であり得る。
【００５０】
状態推定器18からの出力は、燃焼制御のためにさらに使用され得ることが理解されよう。この実施形態では、状態推定器からの出力は表現を行うことになる。そのような実施形態では、20および22は、同じものとなるが、燃焼最適化ルーチンによりさらに受信されることになり、コントローラ24に対する設定値25は、同じ燃焼最適化ルーチンにより決定されることになる。
【００５１】
様々な修正が、上記で説明した実施形態に対して、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。例えば、状態推定器18および多変数コントローラ24で使用される数学モデルの内部的な特質は、石炭の微粉化および燃焼の基本的な物理的原理に基づき得るものであり、または、履歴データもしくはプラントテストから構築されるブラックボックスタイプのものであり得ることを上記で説明した。しかしながら、異なるタイプのモデルが、状態推定18またはコントローラ24の計算に統合され得る。例えば、主成分分析などの技法に基づく静的統計モデルが、具体的には異常動作をチェックするために、および低い推定誤差を伴う正常動作を検証する手段として、状態推定器18とともに並列に使用され得る。
【００５２】
状態推定器18への種々のパラメータ入力を詳細に説明した一方で、制御システムの範囲および精度を拡張することになる他の入力が、さらに提供され得る。例えば、適切な粒径センサなどの直接的な粒径測定の手段が、状態推定器18に追加的な情報を提供するために、制御システム10に統合され得る。これにより、測定値が入手される頻度が非常に低い場合でも、価値が高い入力が提供されることになる。O2の測定値が、COの測定値の代わりに、またはそれと同様に使用され得る。NO産出の制御は、燃焼システムの煙道に位置するセンサにより入手される適切な測定値を用いて、粉砕機および燃焼システムの両方を制御することにより達成可能な、制御システム10に対する追加的な目的となり得るものであり、この情報は、状態推定器18および出力構成要素24を介して、制御システム10に通されるため、生出される出力信号は、燃焼の空燃比を制御することができる。制御システム10は、より高速の微粉炭機の応答のためにより大きな粒径を一時的に許容し、その後、低減された微粉炭機の応答が必要とされる場合に、許容される粒径を低減することにより、粉砕機への材料投入の先進的な上昇および下降の方策をさらに実現し得る。より高速の/より低速の蒸気側の応答のための、燃焼システムの炉内の火球位置の段階的な上昇または低下もまた、燃焼制御システム16へのフィードバックによって、制御システム10に統合され得る。
【符号の説明】
【００５３】
10  システム、制御システム
12  灰中炭素(CIA)センサ、CIAセンサ
14  ガスセンサ、COセンサ
16  調整器システム、燃焼制御システム
18  状態推定器、状態推定
20  材料パラメータ指標信号、指標信号
22  粉砕機状態指標信号、指標信号
24  コントローラ、多変数コントローラ、微粉炭機コントローラ、出力構成要素
25  設定値
【図１】
2013513773.tif 000003
【図２】
2013513773.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月18日(2011.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントの制御システム(10)であって、前記発電プラントが、前記発電プラントの燃焼システムに投入される材料を微粉化するための粉砕機を有し、前記制御システムが、
前記燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するための第1のセンサ(12)と、
前記燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するための第2のセンサ(14)と、
前記燃焼システムの少なくとも1つの変数パラメータを調整かつ記録するための調整器システム(16)と、
前記第1のパラメータに関係する第1の信号、前記第2のパラメータに関係する第2の信号、および前記少なくとも1つの変数システムパラメータに関係する第3の信号を受信するように動作可能であり、材料粒径分布指標信号およびシステム状態指標信号を発生させるために、前記第1の信号、第2の信号および第3の信号を使用するように動作可能である状態推定器構成要素(18)と、
前記材料粒径分布指標信号(20)および前記システム状態指標信号(22)を受信するように、かつ、前記粉砕機内の少なくとも1つの微粉機に送信される出力制御信号(26)を発生させるために前記材料粒径分布指標信号(20)とシステム状態指標信号(22)とを組み合わせるように動作可能である出力構成要素(24)と
を備える制御システム。
【請求項２】
前記出力構成要素が、前記出力制御信号(26)を発電プラントに出力するように動作可能である、請求項1に記載の制御システム。
【請求項３】
前記出力制御信号(26)が、粉砕機制御信号である、請求項1または2に記載の制御システム。
【請求項４】
前記出力制御信号(26)が、燃焼システム制御信号である、請求項1または2に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第1のセンサ(12)が、灰中炭素センサである、請求項1から4のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記第2のセンサ(14)が、ガスセンサである、請求項1から5のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項７】
前記ガスセンサが、一酸化炭素センサである、請求項6に記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御システムが、少なくとも1つの最適化計算を用いる多変数コントローラである、請求項1から7のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項９】
前記出力構成要素が、前記出力制御信号(26)を少なくとも1つの警報手段に提供するように動作可能である、請求項1から8のいずれかに記載の制御システム。
【請求項１０】
前記材料が石炭である、請求項1から9のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記材料が、石炭と少なくとも1つのバイオマス燃料との組合せである、請求項1から10のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記粉砕機が、少なくとも1つの微粉機を備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記システム状態指標信号(22)が、前記粉砕機の内部状態の指標となる信号である、請求項1から12のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記調整器システムが、前記燃焼システムへの石炭総投入量、前記燃焼システムへの空気流量、前記発電プラントの負荷から必要とされるエネルギー出力、少なくとも1つの微粉機のそれぞれの微粉燃料の出口温度、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれの入口空気温度、前記粉砕機への材料投入の供給速度、前記粉砕機内の搬送空気の流速、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれのモータ電流、電圧および負荷、ならびに、前記少なくとも1つの微粉機のそれぞれの内部の差圧のうち少なくとも1つを調整かつ記録するように動作可能である、請求項1から13のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１５】
発電プラントを制御する方法であって、前記発電プラントが、前記発電プラントの燃焼システムへの投入用の材料を微粉化するための粉砕機を有し、前記方法が、
前記燃焼システムからの第1の産出物の第1のパラメータを記録するステップと、
前記燃焼システムからの第2の産出物の第2のパラメータを記録するステップと、
前記燃焼システムの少なくとも1つの調整可能な変数パラメータを記録するステップと、
材料粒径分布指標信号およびシステム状態指標信号を発生させるために、前記第1のパラメータ、第2のパラメータ、および前記少なくとも1つの調整可能な変数パラメータに関係する第3のパラメータを使用するステップと、
前記粉砕機内の少なくとも1つの微粉機に送信される出力制御信号(26)を発生させるために前記材料粒径分布指標信号(20)とシステム状態指標信号(22)とを組み合わせるステップと
を含む、発電プラントを制御する方法。
【請求項１６】
前記出力制御信号(26)を、前記発電プラントのシステムに提供するステップを含む、請求項15に記載の発電プラントを制御する方法。
【請求項１７】
前記出力制御信号(26)を、警報手段に提供するステップを含む、請求項15に記載の発電プラントを制御する方法。
【国際調査報告】
2013513773.tif 000005
2013513773.tif 000006
2013513773.tif 000007