(57)【要約】【課題】ボイラの火炉壁へのスートブロワ噴射時に、ボイラ主蒸気温度の低下を抑制すること。【解決手段】ボイラを制御するボイラ制御装置であって、前記ボイラの火炉壁へのスートブロワの噴射に応じた主蒸気温度変化の前に、前記ボイラに供給する燃料若しくは空気の少なくとも一つの流量制御を先行的に行うことを特徴とするボイラ制御装置 。また望ましくは、前記ボイラの火炉壁へのスートブロワの噴射に応じて、前記ボイラに供給する燃料流用を増やす制御、若しくはアフターエアポートの空気流量配分を増やす制御の少なくとも一つを行うことを特徴とするボイラ制御装置 。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラを制御するボイラ制御装置であって、
前記ボイラの火炉壁へのスートブロワの噴射に応じた主蒸気温度変化の前に、前記ボイラに供給する燃料若しくは空気の少なくとも一つの流量制御を先行的に行うことを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラ制御装置であって、
前記ボイラの火炉壁へのスートブロワの噴射に応じて、前記ボイラに供給する燃料流用を増やす制御、若しくは前記ボイラのアフターエアポートの空気流量配分を増やす制御の少なくとも一つを行うことを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のボイラ制御装置であって、
前記スートブロワの起動指令を認識した後、前記スートブロアが起動する前に、前記燃料若しくは空気の少なくとも一つの流量制御を開始することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記火炉壁へのスートブロワの稼働状態を示す信号を燃料制御ロジックに取り込み、前記稼働状態を示す信号から燃料流量を補正するための先行信号を作成し、前記先行信号を燃焼流量指令信号に加えることにより、燃料流量を先行的に制御することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記スートブロワを稼働したときの前記ボイラのプラント信号を取り込み、
前記プラント信号を基に、前記スートブロワの稼働状態を示す信号から前記燃料流量を指示する先行信号の作成に使用するパラメータを決定し、前記パラメータを用いて前記燃料流量の先行信号を作成することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のボイラ制御装置であって、
前記火炉壁へのスートブロワの稼働状態を示す信号及び前記ボイラの主蒸気温度のトレンドから、前記火炉壁へのスートブロワによる主蒸気温度への感度を求め、前記燃料流量の先行信号を作成するためのパラメータを決定することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項７】
請求項５乃至６のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
燃料流量の先行信号を作成するためのパラメータは、スートブロワ起動信号の状態が変化した時刻と主蒸気温度の変化が開始する時刻の時間差、または、主蒸気温度が上昇または下降している時間、または、主蒸気温度が低下した状態の持続時間の少なくとも一つからなることを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記燃料流量の先行信号を作成するためのパラメータを決定する処理において、決定された該パラメータ、または、決定する処理に使用した前記プラント信号の少なくとも一つを表示、または、決定された該パラメータの編集内容の格納の少なくとも一つを行うことを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記スートブロワが稼働したときのボイラのプラント信号を取り込む際に、前記ボイラの主蒸気温度に対する燃料流量制御を停止することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記ボイラの備えるバーナのバーナパターン、若しくは前記スートブロワの位置、若しくは前記スートブロワの負荷の少なくとも一つごとに、前記先行信号を作成することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至３のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記火炉壁へのスートブロワの稼働状態を示す信号を前記燃料を制御する燃料制御ロジックに取り込み、取り込んだ前記稼働状態を示す信号に応じて前記燃料制御ロジックの制御器のゲインを変えることにより、燃料流量を先行的に制御することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至３のいずれかに記載のボイラ制御装置であって、
前記火炉壁へのスートブロワの噴射に応じて、前記ボイラが備えるバーナとアフターエアポートの空気流量の配分を変化させる制御することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のボイラ制御装置であって、
前記火炉壁へのスートブロワの起動指令信号を空気制御ロジックに取り込み、前記バーナと前記アフターエアポートの空気流量の配分制御することを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項１４】
火炉と、前記火炉に燃料及び空気を供給するバーナと、前記火炉の熱を主蒸気系に伝える熱交換器と、前記火炉壁にスートブロワを噴射する装置を有する石炭火力プラントであって、
前記火炉壁へのスートブロワの噴射に応じて、前記燃料若しくは前記空気の少なくとも一つの流量制御を、前記主蒸気系の出口温度の変化に先行して行うボイラ制御装置を備えることを特徴とする石炭火力プラント。
【請求項１５】
ボイラの制御方法であって、
前記ボイラの火炉壁へのスートブロワに伴い前記ボイラの主蒸気系の温度が変化する前に、
前記ボイラに供給する燃料若しくは空気の少なくとも一つの流量制御を前記スートブロアに応じて開始することを特徴とするボイラ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの火炉壁へのスートブロワを行う際に、主蒸気温度低下に伴うプラント効率低下を回避することを目的とした先行制御機能を有するボイラ制御装置を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントに使用される燃料の中で、石炭は世界中に広く分布し、価格も安く、安定している。このため、今後も石炭火力発電は電力の安定供給に重要な役割を果たすことが期待されている。しかしながら、石炭火力は、LNGや石油などを燃料とする他方式の火力発電に比べて、発電量当たりの二酸化炭素の排出量が最も多い。このため、石炭火力プラントは、燃料消費量削減による発電コスト低減という経済面、及び、二酸化炭素排出量の削減という環境面の両観点から高効率化が求められている。
【０００３】
定常運転中にボイラの燃料消費量が増加する要因は幾つかある。一つは、ボイラ主蒸気温度の低下に伴うプラント効率の低下が挙げられる。ボイラプラントは、ボイラ、蒸気タービン、復水器、及び給水加熱器による蒸気サイクルを構成しているが、ボイラ主蒸気温度が低下すると、サイクル効率が低下する。したがって、主蒸気温度の低下に伴う効率低下分は、ボイラの出力制御によって主蒸気弁開度が増加し、主蒸気流量を増やすことによって、出力を一定に維持しようとする。これにより、ボイラの出力熱量が増えるため、燃料が過剰に投入される。以上の点から、ボイラ主蒸気温度の変動、特に、温度低下を回避することが、燃料消費量削減の点で非常に重要となる。
【０００４】
一方、ボイラの伝熱効率を維持するためには、スートブロワが有効である。スートブロワとは、火炉壁や伝熱管の表面に付着した灰を取り除いて伝熱効率を回復させることを目的として、蒸気を噴射して灰を飛ばす装置である。通常のスートブロワでは間欠的に蒸気が噴射される。このため、噴射前後で伝熱特性が急変するので、蒸気温度に変動をもたらす。
【０００５】
スートブロワによる蒸気温度変動を抑制する方法として、例えば、特許文献１に記載された制御方法が挙げられる。この制御方法では、伝熱管へのスートブロワの噴射によって伝熱効率が回復し、蒸気温度が所定の値よりも上昇するのを抑えるため、先行的にスプレイ流量を増やす制御を行っている。このように、スートブロワの稼働に応じてスプレイ流量の先行制御を行うことで、蒸気温度変動をより効果的に抑えることができる。
【０００６】
また、特許文献２に記載された制御方法では、燃料流量に対して補正を行っている。この制御方法では、石炭成分から求めた燃料流量の予測値と、ボイラ各部の蒸気温度、流量、圧力の計測値から求めた燃料流量との偏差を基に、燃料制御プログラムの変更を行っている。このとき、二つの燃料流量に対して、スートブロワの作動状態に応じた補正処理を加えることで、スートブロワによる収熱量変化の影響をなくすようにしている。スートブロワの作動状態は、蒸気温度・流量・圧力の計測値から判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭60-226604号公報
【特許文献２】特開平1-114611号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、前記した特許文献１に記載のスプレイ流量に対する制御方法では、スートブロワの噴射に伴う蒸気温度の上昇を抑えることを目的としている。この方法は、ボイラ内に配置された熱交換器へのスートブロワに対しては有効であるが、火炉壁へのスートブロワに対しては有効ではない。なぜなら、火炉壁へのスートブロワの場合は、蒸気温度が一時的に低下する現象が発生するためである。
【０００９】
また、スートブロワの噴射を蒸気温度・流量・圧力の計測値から判断した場合、スートブロワによる収熱変化の影響が蒸気に表れた後に、燃料流量が補正される。したがって、ミルで石炭を粉砕し、微粉炭をバーナに供給する時間遅れ、さらに、ボイラに供給した微粉炭が燃焼して蒸気へ伝熱する時間遅れが伴う。このため、スートブロワによる蒸気温度の低下に対する効果が限定的である。
【００１０】
そこで本発明は、火炉壁へのスートブロワに伴う蒸気温度の低下を抑制するボイラ制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲の記載の構成を採用する。
【００１２】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ボイラを制御するボイラ制御装置であって、前記ボイラの火炉壁へのスートブロワの噴射に応じた主蒸気温度変化の前に、前記ボイラに供給する燃料若しくは空気の少なくとも一つの流量制御を先行的に行うことを特徴とするボイラ制御装置 。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、火炉壁へのスートブロワによる主蒸気温度の低下を低減できる。これにより、主蒸気温度の低下に伴う燃料消費量の増加を抑制できる。したがって、燃料コストの削減という経済面での効果、及び、二酸化炭素排出量の削減という環境面での効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明になるボイラ制御装置を実装した石炭火力発電プラント。
【図２】火炉壁のスートブロワと主蒸気温度の変化傾向との関係。
【図３】本発明の第一実施例になる制御方式を示すロジック図。
【図４】火炉スートブロワ起動指令信号と先行信号との関係。
【図５】本発明の第二実施例になる制御方式を示すロジック図。
【図６】プラント信号格納部の構成。
【図７】先行信号格納部の構成。
【図８】操作端末の表示画面例。
【図９】本発明の第三実施例になる制御方式を示すロジック図。
【図１０】本発明の第三実施例でのＰＩ制御器の構成。
【図１１】本発明の第四実施例になる制御方式を示すロジック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例であるボイラ制御装置の構成について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の一実施例であるボイラ制御装置を含むプラント全体の概略図である。１がボイラ制御装置である。２が石炭火力プラントである。３が運転員がプラントを監視制御するためのモニタである。ただし、図に示す石炭火力プラントでは、本実施例に関連するボイラのみを示している。蒸気タービン、発電機、給水加熱器などの他の機器は省略している。石炭火力プラントにおいて、４がボイラ、５が石炭を粉砕するミルである。ボイラ４で、バーナとアフターエアポートが設置されている側を火炉と呼ぶ。一方、熱交換器が設置されている側を後部伝面と呼ぶ。６はバーナであり、７は火炉内に空気を投入するアフターエアポートである。図に示した一次空気は、ミルを通って微粉炭と共にバーナに供給される。一方、二次空気はミルを通らず空気単独で火炉に供給される。二次空気はバーナから供給するラインと、アフターエアポートから供給するラインに分岐される。ボイラに供給する空気をバーナとアフターエアポートで調整して微粉炭を燃焼させる方式を二段燃焼と呼ぶ。二段燃焼を行うことにより、ＮＯｘの生成量が低減できる。８はアフターエアポートの空気流量を調整するためのアフターエアポート入口空気ダンパである。このダンパにより、バーナとアフターエアポートの空気流量の配分を変えることができる。
【００１７】
図１では、ボイラ４において、スートブロワを噴射するための噴射管を挿入する位置を模式的に示した。説明の都合上、火炉壁用のスートブロワと熱交換器用のスートブロワを区別して示しているが、両方のスートブロワは同じ蒸気源を使用しており、また、構造的にも大きな違いはない。相違点としては、火炉壁用のスートブロワは壁に蒸気を噴射するので、噴射管の長さが熱交換器用に比べて短いことである。スートブロワの蒸気源としては、ボイラ内の熱交換器を流れる蒸気の一部を分岐して使用する。図１ではスートブロワ用の蒸気が流れる配管等の機器は省略している。
【００１８】
本実施例になる制御装置は火炉壁用のスートブロワを対象としている。主蒸気系の流れとして、ボイラ給水はまず火炉壁を囲う水壁に導かれた後に複数配置された過熱器の中を順に通って昇温され蒸気タービンに供給される。火炉壁用のスートブロワの場合、灰が取り除かれ火炉壁の伝熱性能が回復することによって、燃焼ガスから火炉壁への伝熱量が増加する。このため、火炉から後部伝面に供給される燃焼ガス温度は低下する。火炉の上部には、主蒸気系の過熱器（熱交換器）が配置されており、過熱器の周囲に流れるガス温度が低下することから、過熱器での伝熱量が低下し、主蒸気温度が低下する。これは、火炉の上部に配置された過熱器が主蒸気系の後流に対応し、過熱器での伝熱量の変化は主蒸気系の出口温度である主蒸気温度に即座に影響を与えるためである。しかしながら、火炉壁にも主蒸気系の上流に対応する伝熱部が配置されており、火炉壁へのスートブロワによって、過熱器での伝熱量は低下するが、火炉壁での伝熱量は増加する。したがって、ボイラ全体の収熱量は変わらないため、時間遅れを伴って主蒸気温度は回復する。
【００１９】
以上の点から、火炉壁にスートブロワを噴射した場合、主蒸気温度は一時的に低下する。
【００２０】
一方、火炉壁の伝熱性が向上したことで、ボイラ全体の収熱量が保たれたまま、火炉のガス温度が低下することで、ＮＯｘの生成量は抑えられる。ＮＯｘには排出規制があり、火炉壁のスートブロワは排出量を規制値以下に抑える手段として有効である。
【００２１】
図２に、火炉壁のスートブロワと主蒸気温度の変化傾向の関係を模式的に示した。(a)は火炉壁のスートブロワの稼働状態を示す。(b)は主蒸気温度の変化を示す。火炉壁へのスートブロワの噴射が開始されると、時間遅れを伴って主蒸気温度が低下する。ただし、これは一時的なもので、スートブロワの噴射が終わって、しばらく経過すると主蒸気温度は回復する。
【００２２】
以上の現象を踏まえ、本実施例になるボイラ制御装置には、図３に示す制御ロジックを実装し、燃料流量の指令信号を演算する。図では、本実施例に関係する燃料流量の指令信号を決定するロジックの主要部分のみを示している。一定負荷の運転では、燃料流量はＢＩＤ(Boiler Input Demand：ボイラ入力信号)信号を基に決定される。ＢＩＤとは、ＭＷＤ(Mega Watt Demand：発電負荷要求値)に主蒸気圧力の設定偏差分を加えた信号である。図に示す関数発生器１１では、ＢＩＤを入力として、あらかじめ設定した関数により、燃料流量の指令値に変換して出力する。また、ＰＩ制御器１２では、主蒸気温度の計測値と設定値の差分として求めた設定偏差を入力とし、前述のＢＩＤから求めた燃料流量の指令値を補正するための信号を出力する。主蒸気温度の計測値が設定値よりも低ければ、燃料流量を増やすための補正値を出力し、逆に、計測値が設定値よりも高ければ、燃料流量を減らすための補正値を出力する。この補正信号は加算器１３で、ＢＩＤから求めた燃料流量の指令信号に加算される。
【００２３】
さらに、本実施例の制御装置では、前述した火炉壁のスートブロワによる主蒸気温度の低下を回避するため、燃料流量を先行的に増やすための補正を行う。図の先行信号演算部１４では、火炉スートブロワの起動指令信号を入力として、補正値を演算して出力する。出力された補正値は、加算器１５で燃料流量の指令信号に加算される。
【００２４】
本実施例では、本実施例における火炉壁へのスートブロアによる先行信号を、すでにある燃料流量指令信号に加算する構成とすることで、止まることによる社会的影響が大きい発電システムにおいて、頻繁に使用されるスートブロアに対する装置改善で、実績ある既存のシステムの信頼性を引き継ぐことができる効果がある。さらに、実装が容易であり、既存設備への増設も容易となる効果がある。
【００２５】
図４は、先行信号演算部１４における燃料流量の補正信号の演算方法を示している。図の(a)は先行信号演算部１４の入力となる火炉スートブロワ起動指令信号を示す。この信号は、スートブロワが稼働状態にある場合は１、停止状態にある場合は０を示す二値化された波形の信号である。また、(b)は演算によって得られた先行信号を示している。スートブロワ起動指令信号から先行信号を演算する際のパラメータとして、スートブロワを起動したときの先行信号の開始遅れに対応する時間Ta1、先行信号を増やすときの変化率を決定する時間Ta2、スートブロワを停止したときの先行信号の終了遅れに対応する時間Tb1、先行信号を終了するときの変化率を決定する時間Tb2、先行信号として加算する燃料流量の最大値に対応するΔFがある。これらのパラメータは、あらかじめ先行信号演算部１４に設定されている。先行信号演算部は、火炉スートブロワ起動指令信号と、これらの変換用のパラメータを用いて、燃料流量の先行信号を演算して出力する。
【００２６】
これらパラメータは、火炉壁へのスートブロアにより発生する、主蒸気温度の一時的低下に追従するために、十分な精度を得るために望ましい要素であるが、例えばどれか一つのパラメータのみで先行信号を作成したとしても、効果は奏する。
【００２７】
本実施例においてこれらのパラメータは、蒸気温度の測定値、又は設計値、又は解析値等を用いて、あらかじめオフラインで決めておく。それにより、ボイラ制御装置の構成をシンプルにでき、導入コスト的に安価であり、複雑なロジック利用による想定外のトラブル発生の可能性を低減する。
【００２８】
以上に述べた制御方式により、上記パラメータを用いた制御が行われることで、火炉壁のスートブロワ起動に応じて燃料流量を先行的に補正できるので、図２の説明のような主蒸気温度の低下を低減できる。
【００２９】
ここで、本実施例の説明のために比較例を用いる。比較例として図３から先行信号演算部１４を除いた構成を考える。この比較例のような、スートブロア起動信号に応じた先行的な処理が無い制御ロジックにおいても、ＰＩ制御器１２で主蒸気温度の設定偏差に対する燃料流量の補正をすることで、実際に温度変化があった後に制御値が変化することで、時間的遅れをもって主蒸気温度変化への対応は行なわれる。火炉壁のスートブロワによって主蒸気温度が低下した場合にも、この補正処理が動作し、燃料流量を増やすことによって、しばらく後に主蒸気温度を設定値まで回復させることができる。
【００３０】
例えば、比較例の制御方法として具体的には、石炭成分から求めた燃料流量の予測値と、ボイラ各部の蒸気温度、流量、圧力の計測値から求めた燃料流量との偏差を基に、燃料制御プログラムの変更を行う。このとき、二つの燃料流量に対して、スートブロワの作動状態に応じた補正処理を加えることで、スートブロワによる収熱量変化の影響をなくすようにする。スートブロワの作動状態は、蒸気温度・流量・圧力の計測値から判断する。
【００３１】
ただし、比較例の制御方法ではスートブロワの噴射を蒸気温度・流量・圧力の計測値から判断しているため、主蒸気温度の設定偏差が増えた時点から補正処理を開始する。スートブロワによる収熱変化の影響が蒸気に表れた後に、燃料流量が補正される。したがって、ミルで石炭を粉砕し、微粉炭をバーナに供給する時間遅れ、さらに、ボイラに供給した微粉炭が燃焼して蒸気へ伝熱する時間遅れが伴う。このため、火炉壁へのスートブロワによる蒸気温度の低下に対する効果が限定的である。制御の遅れから温度の低下が発生すると、温度が低下した分だけ発電の効率が落ちる。同時に発電量も低下するため、発電量負荷要求値を維持するために燃料が多く投入されることになり、その量は先行的に計画的に補完された場合に比べ、燃焼効率の悪い燃焼状態になることもあり、多くなる。また、この制御方法では、燃料流量の測定値ではなく、推定値を用いた場合は、推定誤差の影響を受けやすく、効果的な燃料流量の補正ができない恐れがある。さらには、主蒸気温度の回復までには時間を要する。また、比較例において燃料流量の測定値ではなく、推定値を用いた場合は推定誤差の影響を受けやすく、効果的な燃料流量の補正ができないことがある。
【００３２】
比較例の問題を鑑み、本実施例のボイラ制御装置では、火炉壁へのスートブロワの起動指令信号をトリガとして燃料制御ロジックに取り込み、望ましくはスートブロワを起動する前に、先行的に燃料流量を増やす制御、つまりミルやバーナ等様々な機器に係る燃料流量の制御を開始する。それにより、火炉壁へのスートブロアに応じて主蒸気温度が変化する前に、具体的には例えばボイラ制御装置が入力される主蒸気温度等を元に温度低下を認識する前に、先行的に燃料流量を補正するので、温度低下を効果的に抑制できる。
【００３３】
火炉壁へのスートブロアで低下する熱交換器周辺のガス温度を維持するように先行的に制御する上で、バーナへ供給する燃料の流量を変化させることは、他の手段、例えば空気流量を変化させる方法と比較して、必要となる熱量に対して必要な量の燃料を増やすのみの変化のため、燃焼条件を最適に近い状態で維持できる効果がある。
【００３４】
本実施例では石炭を燃料として用いたボイラについて記載されているが、例えばバイオマス等他の燃料を使ったボイラでも効果を奏する。また、火炉に燃料と共に空気を供給しているが、これは大気と同じ構成のいわゆる空気だけを意味するものではなく、例えば酸素濃度の高い気体等も含まれる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明になる装置の第二実施例を説明する。
【００３６】
図５に、本実施例におけるボイラ制御装置に実装する制御ロジックを示す。第一実施例との相違点は、プラントの計測データを基に、燃料流量指令に対する先行信号の作成処理を行うロジックが加えられている点、また、噴射位置ごとのスートブロワの起動指令信号を取り込み、先行信号の演算に反映している点である。
【００３７】
第一実施例では、スートブロワの起動指令信号から先行信号を演算するためのパラメータをあらかじめ設定していたが、本実施例ではプラントの計測値を基に、これらのパラメータを決定するための処理を行う。さらに、先行信号を演算するためのパラメータは、プラント負荷、使用バーナのパターン、及びスートブロワの噴射位置に応じて決定する。
【００３８】
本実施例のボイラ制御装置では、火炉壁へのスートブロワの動作信号を受けて主蒸気温度制御ロジックの動作を停止する手段と、プラント信号を取り込み格納する手段と、格納したプラント信号を用いて、先行的に燃料流量を増やすための先行信号の波形を作成する手段を有する。
【００３９】
以下、図５を用いて、燃料流量指令に対する先行信号の作成処理を説明する。２１は先行信号作成制御部であり、先行信号を作成するときの処理を統括制御する役割をもつ。先行信号作成制御部２１が、火炉スートブロワの起動指令信号を取り込むと、作成処理を開始する。このとき、スートブロワの起動指令信号は噴射位置ごとに設定した信号であり、火炉壁に設置された複数のスートブロワのうち、どのスートブロワから蒸気が噴射されたかが分かるようになっている。
【００４０】
先行信号作成処理は、ボイラの経年変化等によりプラント特性に変化があった時に作成処理を実施するのが望ましい。
【００４１】
先行信号作成制御部２１は、火炉壁のスートブロワが起動すると、ＰＩ制御器１２の動作を停止する。これは、ＰＩ制御器１２が主蒸気温度の設定偏差に対して燃料流量を調整するため、この動作を停止することで、スートブロワが主蒸気温度に与える応答を正確に把握するためである。
【００４２】
次に、信号取込部２２がプラントの運転条件を定義するのに使用するプラント信号を取り込む。本実施例では、プラント負荷、各ミルの石炭流量を取り込む。各ミルの石炭流量は、バーナの使用パターンを把握するのに使用する。ボイラの火炉には複数のバーナが設置されているが、これらのバーナは複数台あるミルと１対１に対応している。したがって、各ミルの石炭流量を監視することで、使用しているバーナを把握できる。通常のボイラでは、ミルは定格出力運転に必要な台数よりも１台多く設置される。つまり、ミルの保守作業や緊急時の予備を考慮し、最低１台のミルは停止した状態にある。停止した状態にあるミルに接続されたバーナは使用されていない。石炭流量が０を示すミルは停止状態にあるので、この情報から使用されているバーナが分かる。
【００４３】
また、信号取込部２２は、前述の運転条件を定義するプラント信号に加えて、主蒸気温度の設定偏差、及び、火炉スートブロワの起動指令信号も取り込む。取り込まれた信号は、プラント信号格納部２３に格納される。図６は、プラント信号格納部２３の構成を示す。各信号の値が時刻と共に時系列に格納される。
【００４４】
次に、先行信号作成部２４が、プラント信号格納部２３のデータを用いて先行信号を作成する。先行信号作成部は、スートブロワが稼働しているときの主蒸気温度のトレンドから、火炉壁へのスートブロアによる主蒸気温度への感度を求める。そして、蒸気温度のトレンドを基に、燃料流量の補正量を算出する。燃料流量と主蒸気温度との関係、すなわち、燃料流量が変化したときの主蒸気温度への応答は、一次遅れなどの伝達関数を用いてあらかじめ定義しておく。これを基に主蒸気温度の低下幅に見合う燃料流量の補正量のトレンドを求める。この補正量のトレンドとスートブロワ起動指令信号から、前述した先行信号を定義するためのパラメータを計算する。パラメータの計算結果は、先行信号格納部２５に格納される。補正量を蒸気温度への感度を用いて決定することで、燃料流量と主蒸気温度の実際の対応関係に基づき、精度よく燃料流量を補正することができる。
【００４５】
図７は、先行信号格納部２５の構成を示す。スートブロワの噴射位置、負荷帯、稼働ミルのパターンごとに先行信号パラメータの計算結果が格納される。
【００４６】
燃料流量の先行信号を作成するためのパラメータは、スートブロワ起動信号の状態が変化した時刻と主蒸気温度の変化が開始する時刻の時間差、または、主蒸気温度が上昇または下降している時間、または、主蒸気温度が低下した状態の持続時間のいずれか一つ以上に応じて決定する。これらはスートブロアによる温度変化に適切に追従するための先行信号を作成する上で有効な値・組み合わせであるが、どれか一つに基づいて作成されていても蒸気温度低下抑制の効果を奏する。
【００４７】
本実施例のボイラ制御装置では、スートブロワを起動する前に先行的に燃料流量を増やすための先行信号の波形を作成する処理において、稼働しているスートブロワの位置情報、または、負荷、または、バーナパターンごとに先行信号の波形を作成し、格納する手段を有する。これにより、先行信号を作成する負荷を抑制したうえで、そのときの運転状態に最も適した先行信号を用いることができる。
【００４８】
以上が、燃料流量指令に対する先行信号の作成処理の概要である。作成処理は運転条件ごとに一度行えばよく、作成後は、先行信号格納部２５に格納されたパラメータを用いて、先行信号の演算が行われる。以下にスートブロワ起動時の通常の制御処理を説明する。
【００４９】
前述の図５に示す先行信号演算部１４では、運転条件を定義するプラント信号(負荷、各ミル石炭流量)、及び、スートブロワの起動指令信号を取り込む。次に、先行信号演算部１４は、先行信号格納部２５から取り込んだ運転条件に合致する先行信号パラメータを取り込み、先行信号を演算する。先行信号パラメータを用いた演算方法は、第一実施例と同様である。先行信号演算部１４が出力した補正値は、加算器１５で燃料流量指令値に加算される。
【００５０】
先行信号作成処理については、図１に示した操作端末３を通して結果を確認できる。図８は、操作端末画面３の表示例である。画面には、スートブロワ噴射位置、負荷帯、稼働ミルのパターンに対する先行信号パラメータの計算結果を表示している。また、計算に関連した各信号のトレンドとして、スートブロワ起動指令信号、燃料流量先行信号、主蒸気温度の設定偏差を表示している。操作端末画面を通して、運転員が先行信号パラメータを手動で修正することもできる。これにより、先行信号の微調整が可能となる。
【００５１】
本実施例のボイラ制御装置では、作成した先行信号の波形、及び、作成処理に用いたプラント信号のトレンドを表示する手段を有する。
【００５２】
また、本実施例のボイラ制御装置では、運転員が画面操作によって作成された先行信号の波形を編集する手段、または、運転員が画面操作によって先行信号の波形を作成する手段を有する。
【００５３】
以上に説明した本実施例になる装置によれば、プラントで計測した信号を基に、燃料流量指令値に対する先行信号を自動的に作成できる。それにより、ボイラの経年変化等プラント特性が変わった時に早期に手間少なく最適化することができる。
【００５４】
さらに、運転条件により変化する、火炉壁へのスートブロア稼働中の主蒸気温度のトレンドに応じて、先行信号の波形を作成、切り替えることができるので、温度低下に対する抑制効果を向上する。
【００５５】
また、操作端末画面により、作成された先行信号の波形を確認できるので、先行制御に対する信頼性が向上する。また、運転員が先行信号を手動で微調整できるので温度低下に対する抑制効果が向上する。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明になる装置の第三実施例を説明する。図９に、本実施例におけるボイラ制御装置に実装する制御ロジックを示す。第一実施例との相違点は、燃料流量の先行信号を作成するのではなく、ＰＩ制御器のゲインを変えることで対応する点である。火炉スートブロワ起動指令信号は、ＰＩ制御器３１が取り込む。
【００５７】
図１０は、ＰＩ制御器３１の構成を示す。火炉スートブロワ起動指令信号は、最初にゲイン設定部３０１が取り込む。ゲイン設定部３０１は、火炉壁のスートブロワを稼働している間、ＰＩ制御器の比例ゲイン３０２及び積分ゲイン３０３を通常よりも大きな値に変更する。この値はあらかじめ決めておく。また、積分ゲインの変更による出力の急変を防ぐため、積分器側の出力が同じ値になるよう積分器３０４に格納された値を変更する。ゲインを増やすことで、主蒸気温度偏差に対する感度が高まり、スートブロワによる温度低下幅を低減できる。スートブロワが停止した場合は、ゲインは元の値に戻される。
【００５８】
本実施例のボイラ制御装置では、火炉壁へのスートブロワの起動指令信号をトリガとして、スートブロワを起動する前に先行的に主蒸気温度制御ロジックの比例・積分制御器の制御ゲインを変更する手段を有する。
【００５９】
以上に説明した本実施例になる装置によれば、主蒸気温度偏差のＰＩ制御器に対するゲイン変更のみで、主蒸気温度の低下幅を低減できる。このＰＩ制御器は、従来制御器にも設置されているものであり、火炉壁のスートブロワに対する温度低下を抑制する処理が容易に実現できる。使用実績のあるシステムの部分的な流用を可能とすることは、本実施例が適用された新たなシステムの信頼性を向上させる効果もある。
【実施例４】
【００６０】
次に、本発明になる装置の第四実施例を説明する。第一・第二実施例では、火炉壁のスートブロワ起動に応じて、先行的に燃料流量を制御した。これに対し、本実施例では、先行的に空気流量を制御する。ただし、全空気流量の制御ではなく、バーナとアフターエアポートの空気流量配分を制御する。前述の図１において、バーナとアフターエアポートの空気流量配分を制御するのは、アフターエアポート入口空気ダンパ８である。ダンパ開度を増やすと、アフターエアポートから火炉へ供給する空気は増え、一方で、バーナから供給する空気は減る。ダンパ開度を減らすと、逆に作用する。
【００６１】
図１１に、本実施例におけるボイラ制御装置に実装する制御ロジックを示す。図では、本実施例に関係するアフターエアポート入口空気ダンパ開度の指令信号を決定するロジックの主要部分のみを図示している。したがって、ボイラに投入する全空気流量の指令信号を決定する制御ロジックは図示していない。
【００６２】
バーナとアフターエアポートの空気流量の配分はあらかじめ決定し、制御ロジックに実装する。図の制御ロジックでは、関数発生器４１において、全空気流量指令信号を入力として、あらかじめ設定された関数を用いて、アフターエアポートから供給する空気流量を決定する。減算器４２において、この指令信号とアフターエアポート空気流量の計測値の偏差を計算し、次に、ＰＩ制御器４３でアフターエアポート入口空気ダンパ開度の指令信号を出力する。
【００６３】
次に、先行信号演算部４４は、火炉スートブロワ起動指令信号を取り込み、スートブロワ起動時にはアフターエアポート入口空気ダンパ開度を補正するための先行信号を出力する。原理は、第一・第二実施例の燃料流量の先行信号の演算方法と同様である。スートブロワ起動時には、アフターエアポート入口空気ダンパ開度を増加するように先行信号を出力する。この操作により、バーナから供給される空気流量は減少する。これにより、火炉内でのガス温度のピークが上方向にシフトし、火炉壁への伝熱を抑制し、逆に、火炉上部に配置された過熱器での伝熱を促進できる。したがって、火炉壁へのスートブロワ噴射時における火炉壁への伝熱量の増加による主蒸気温度の低下を回避できる。
【００６４】
本実施例のボイラ制御装置では、火炉壁へのスートブロワの起動指令信号をトリガとして、スートブロワを起動する前に先行的にバーナとアフターエアポートの空気流量配分を変更する手段を有する。
【００６５】
以上に説明した本実施例になる装置によれば、空気流量の先行制御によって、火炉壁のスートブロワによる主蒸気温度の低下を回避できる。燃料流量による制御の場合ミルに石炭を投入し、石炭を粉砕した後、ボイラに空気と共に供給するのに時間を要する。空気流量の制御の場合は、ダンパ開度を調整するのみであり、制御の速応性が高く、制御性能を向上できる。そして、火炉壁へのスートブロワの噴射に応じた主蒸気温度変化の前にこの制御を行うことで、主蒸気温度の低下をより効果的に抑制できる。
【００６６】
本実施例では空気の流量制御について記載されているが、これは火炉内の燃焼に使われる酸化剤であればどのようなものでも効果を奏する。例えば酸素燃焼方式の石炭ボイラであれば、火炉内で酸素供給する位置を分配ダンパ開度で流量調整する機構があれば同様に制御できる。
【符号の説明】
【００６７】
１：ボイラ制御装置、２：石炭火力プラント、３：操作端末、４：ボイラ、５：ミル、６：バーナ、７：アフターエアポート、８：アフターエアポート入口空気ダンパ、１１：関数発生器、１２：ＰＩ制御器、１３：加算器、１４：先行信号演算部、１５：加算器、２１：先行信号作成制御部、２２：信号取込部、２３：プラント信号格納部、２４、先行信号作成部、２５：先行信号格納部、３１：ＰＩ制御器、４１：関数発生器、４２：加算器、４３：ＰＩ制御器、４４：先行信号演算部、４５：加算器、３０１：ゲイン設定部、３０２：比例ゲイン、３０３：積分ゲイン、３０４：積分器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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