(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を流動層の中で撹拌しつつ燃焼させる流動層ボイラ本体と、該流動層ボイラ本体に接続されて排ガスから灰を捕集除去し且つ必要に応じて逆洗エアが供給されるフィルタ装置とを備えた流動層ボイラにおける層高計測装置であって、
流動層内の差圧を検出することにより層高を求めるための差圧検出器と、
フィルタ装置逆洗時の層高変動波形を打ち消すための模擬入力波形を作成し、層高変動波形の発生タイミングと同期して該層高変動波形に対し模擬入力波形が合成されるよう、差圧検出器からの層高信号に対し補正信号を加算する層高変動防止回路と
を備えたことを特徴とする流動層ボイラにおける層高計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動層ボイラにおける層高計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、流動層ボイラとしては、炉内が常圧のものと加圧されているものとがあるが、加圧流動層ボイラの一例を図６によって説明すると、内部が加圧雰囲気になっている圧力容器１の中に加圧流動層ボイラ本体２が設けられており、加圧流動層ボイラ本体２内の下部には複数本の散気管３が配設されており、該散気管３は、圧力容器１内の加圧空気４を、途中に後述する灰クーラ５が設けられた取入管６から風箱７へ取り入れて上方に噴出するようになっている。
【０００３】
前記散気管３の上部には、石炭スラリ等の燃料を供給する燃料供給管８が配設されていると共に、流動層９を形成するための石灰石等の脱硫材、石炭灰等が混合されたベッド材１０がベッド材貯蔵容器（図示せず）から供給されるようになっており、コンプレッサ１１から圧力容器１内に供給された加圧空気４が前記取入管６から風箱７を介して散気管３に供給され上方に噴出されることにより流動層９が形成され、前記燃料供給管８から供給された燃料が流動層９の中で撹拌されて効率よく燃焼されるようになっている。
【０００４】
前記加圧流動層ボイラ本体２内における流動層９の形成部には、伝熱管によって形成された蒸発器１２及び過熱器１３と再熱器１４とが配設されており、過熱器１３の蒸気流通方向上流側端部は蒸発器１２を介して管路１５によりボイラ給水系統１６に、下流側端部は管路１７により蒸気タービン１８の高圧タービン１９の蒸気入口に接続され、又、再熱器１４の蒸気流通方向上流側端部は管路２０により蒸気タービン１８の高圧タービン１９の蒸気出口に、下流側端部は管路２１により蒸気タービン１８の中低圧タービン２２を構成する中圧タービン２２ａの蒸気入口に接続されており、更に、前記中圧タービン２２ａから蒸気が導入される低圧タービン２２ｂの蒸気出口は管路２３により復水器２４に接続されている。
【０００５】
前記ボイラ給水系統１６は、中低圧タービン２２から排出された蒸気を冷却凝縮する復水器２４と、該復水器２４の出側に設けられた復水ポンプ２５と、該復水ポンプ２５で昇圧されたボイラ給水を加熱する低圧給水加熱器２６と、該低圧給水加熱器２６からのボイラ給水を脱気するための脱気器２７と、該脱気器２７の出側に設けられた給水ポンプ２８と、該給水ポンプ２８で昇圧されたボイラ給水を加熱する高圧給水加熱器２９とを備えてなる構成を有している。
【０００６】
前記加圧流動層ボイラ本体２の上部には、蒸発器１２、過熱器１３、並びに再熱器１４内の水や蒸気を加熱した後の高温で且つ高圧の排ガス３０が分岐ダクト３１を介して導かれる複数（例えば六基）のサイクロン３２が配設されて、前記排ガス３０中の灰を分離するようになっており、サイクロン３２には、排ガス管３３を介して圧力容器１外部に設けられたセラミックチューブフィルタ等のフィルタ装置３４が接続され、該フィルタ装置３４には、前述したコンプレッサ１１を駆動し且つ余剰動力でガスタービン発電機３７を駆動するガスタービン３６が排ガス管３５を介して接続されている。
【０００７】
前記ガスタービン３６のガス出口は煙道３８により煙突３９に接続され、該煙道３８途中には、高圧給水加熱器２９より下流側における管路１５を流れるボイラ給水によってガスタービン３６からの排ガス３０の熱を回収する第一段高圧ガスクーラ４０と、高圧給水加熱器２９のバイパスライン４１を流れるボイラ給水によってガスタービン３６からの排ガス３０の熱を回収する第二段高圧ガスクーラ４２と、低圧給水加熱器２６のバイパスライン４３を流れるボイラ給水によってガスタービン３６からの排ガスの熱を回収する低圧ガスクーラ４４とが設けられている。
【０００８】
一方、前記圧力容器１内には、サイクロン３２で分離された分離灰４５の熱を加圧空気４によって回収する灰クーラ５が設けられている。
【０００９】
又、前記圧力容器１内には、流動層９内の差圧を検出することにより層高を求めるための差圧検出器４６が設けられている。
【００１０】
更に又、前記フィルタ装置３４には、途中に逆洗弁４７が設けられた逆洗ライン４８が接続されている。
【００１１】
前述の如き加圧流動層ボイラにおいては、コンプレッサ１１により圧縮した加圧空気４を圧力容器１内へ供給し、該圧力容器１内の加圧空気４を取入管６から取り入れて灰クーラ５で分離灰４５により加熱した後、風箱７を介して散気管３から上方に噴出させると、加圧流動層ボイラ本体２内で流動層９が形成され、燃料供給管８から供給された燃料が流動層９の中で撹拌されて効率よく燃焼される。
【００１２】
前記流動層９の中で燃料が燃焼すると、その熱エネルギーは、流動状態のベッド材１０に伝達され、更に、該ベッド材１０及び燃焼ガスからの熱伝達により、前記熱エネルギーが蒸発器１２、過熱器１３、再熱器１４に伝達される。
【００１３】
ボイラ給水系統１６から蒸発器１２へ供給されるボイラ給水は前記熱エネルギーによって蒸気化し、その蒸気は過熱器１３により過熱蒸気となり、該過熱蒸気は蒸気タービン１８の高圧タービン１９に流入して該高圧タービン１９が駆動される。
【００１４】
高圧タービン１９を駆動した後の蒸気は、再熱器１４へ流入し、該再熱器１４によって再熱された蒸気は中低圧タービン２２に流入して、該中低圧タービン２２を駆動し、更に中低圧タービン２２を駆動した後の蒸気は、ボイラ給水系統１６の復水器２４によってボイラ給水に戻され、復水ポンプ２５を経て低圧給水加熱器２６において加熱されると共に、バイパスライン４３へ分岐されたボイラ給水の一部により低圧ガスクーラ４４においてガスタービン３６からの排ガス３０の熱が回収された後、脱気器２７でボイラ給水の脱気が行われ、該脱気器２７で脱気されたボイラ給水は、給水ポンプ２８により昇圧された後、高圧給水加熱器２９において加熱されると共に、バイパスライン４１へ分岐されたボイラ給水の一部により第二段高圧ガスクーラ４２においてガスタービン３６からの排ガス３０の熱が回収され、更に第一段高圧ガスクーラ４０においてガスタービン３６からの排ガス３０の熱が回収され、再び蒸発器１２へ供給される。
【００１５】
このようにして、蒸気タービン１８は蒸気により駆動され、蒸気タービン１８に接続された蒸気タービン発電機４９によって発電が行われる。
【００１６】
一方、前記加圧流動層ボイラ本体２内において燃焼した燃料の排ガス３０は、蒸発器１２、過熱器１３、並びに再熱器１４内の水や蒸気を加熱した後、分岐ダクト３１を介してサイクロン３２へ導入され、排ガス３０中の灰が分離され、サイクロン３２で大部分の灰が分離された排ガス３０は、排ガス管３３を介して圧力容器１外部に設けられたセラミックチューブフィルタ等のフィルタ装置３４へ導入され、該フィルタ装置３４において更に灰が捕集除去された後、排ガス管３５を介してガスタービン３６に供給され、これによりガスタービン３６が駆動され、該ガスタービン３６により前記コンプレッサ１１が駆動されると共に、余剰動力でガスタービン発電機３７が駆動され、発電が行われる。
【００１７】
前記ガスタービン３６を駆動した後の排ガス３０は、煙道３８を流れ、第一段高圧ガスクーラ４０において高圧給水加熱器２９の下流側のボイラ給水によって熱が回収され、第二段高圧ガスクーラ４２において高圧給水加熱器２９のバイパスライン４１を流れるボイラ給水によって熱が回収され、更に低圧ガスクーラ４４において低圧給水加熱器２６のバイパスライン４３を流れるボイラ給水によって熱が回収され、煙突３９から大気へ放出される。
【００１８】
前記サイクロン３２で分離された分離灰４５は、前記灰クーラ５において取入管６から風箱７を介して散気管３へ供給される加圧空気４により熱が回収されて冷却された後、圧力容器１の外部の灰処理装置（図示せず）に輸送される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記流動層９の層高は、差圧検出器４６により流動層９内の差圧を検出し該差圧に基づく計算を行うことによって計測され、負荷指令に応じて制御されるようになっているが、前記セラミックチューブフィルタ等のフィルタ装置３４の目詰りを防止するために、逆洗弁４７を開いて逆洗ライン４８からフィルタ装置３４内へ逆洗エアを供給し、該フィルタ装置３４の逆洗を行った場合、図７に示されるように、逆洗弁４７が開かれてから所要時間Ｔ１経過後に、実際の層高が低下していないにもかかわらず、差圧検出器４６による検出値としての層差圧又は計算で求められた層高が低下する現象が発生してしまい、層高制御に影響が出る虞があった。
【００２０】
このため、従来においては、図８に示される如く、差圧検出器４６からの検出値としての層差圧又は計算で求められた層高を表わす層高信号５０の変動に対し、予め設定した時定数に相当する時間遅れが生じるよう追従させることにより、前記層高信号５０の変動を滑らかに且つその変動幅を少なくし、層高信号５０’として出力する一次遅れ器５１を設けたり、或いは、図９に示される如く、差圧検出器４６からの検出値としての層差圧又は計算で求められた層高を表わす層高信号５０を、逆洗開始後、所要時間だけホールドし、層高信号５０’として出力することにより、前記層高信号５０の変動をなくすための切換器５２を設けたりすることが行われていた。
【００２１】
しかしながら、前述の如く、一次遅れ器５１を設けるのでは、時定数が大きくなって応答性が悪くなり、層高の制御性が悪化し、高負荷変化率に対応できないという欠点を有しており、又、切換器５２を設けるのでは、層高信号５０をホールドしている間に層高変化があった場合には、その変化を検出することができず、層高計測の信頼性が低下するという欠点を有していた。
【００２２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、フィルタ装置逆洗時の差圧検出器による層高の変動を応答性を阻害することなく抑制し得、層高制御への影響をなくすことができ、且つ負荷変化時等、実際に層高が変化している時は、フィルタ装置逆洗中であっても層高の変化を検出することができ、層高計測の信頼性を向上し得る流動層ボイラにおける層高計測装置を提供しようとするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料を流動層の中で撹拌しつつ燃焼させる流動層ボイラ本体と、該流動層ボイラ本体に接続されて排ガスから灰を捕集除去し且つ必要に応じて逆洗エアが供給されるフィルタ装置とを備えた流動層ボイラにおける層高計測装置であって、
流動層内の差圧を検出することにより層高を求めるための差圧検出器と、
フィルタ装置逆洗時の層高変動波形を打ち消すための模擬入力波形を作成し、層高変動波形の発生タイミングと同期して該層高変動波形に対し模擬入力波形が合成されるよう、差圧検出器からの層高信号に対し補正信号を加算する層高変動防止回路と
を備えたことを特徴とする流動層ボイラにおける層高計測装置にかかるものである。
【００２４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２５】
層高変動防止回路において、フィルタ装置逆洗時の層高変動波形を打ち消すための模擬入力波形が作成され、層高変動波形の発生タイミングと同期させて該層高変動波形に対し模擬入力波形を合成するよう、差圧検出器からの層高信号に対し補正信号が加算され、変動の抑えられた合成波形を有する層高信号が出力され、層高制御に利用される。
【００２６】
この結果、実際の層高が低下していないにもかかわらず、差圧検出器からの層高信号が低下する現象が発生しなくなり、層高制御に影響が出なくなると共に、従来のように、一次遅れ器を設けるのとは異なり、応答性が悪くならず、層高の制御性が悪化せず、高負荷変化率に対応可能となり、又、従来のように、切換器を設けて層高信号をホールドするのとは異なり、負荷変化時等、実際に層高変化があった場合には、その変化を検出することが可能となり、層高計測の信頼性が低下しなくなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２８】
図１〜図５は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図６〜図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、フィルタ装置３４逆洗時の層高変動波形を打ち消すための模擬入力波形を作成し、層高変動波形の発生タイミングと同期して該層高変動波形に対し模擬入力波形が合成されるよう、差圧検出器４６からの検出値としての層差圧又は計算で求められた層高を表わす層高信号５０に対し補正信号５３を加算する層高変動防止回路５４を追加装備して層高計測装置を構成したものである。
【００２９】
前記層高変動防止回路５４は、高さがＶ１で幅がＴ２の矩形波を、図５に示すような模擬入力波形とし、層高変動波形に合成するようにしたものであって、
負荷指令５５に基づき層差圧又は層高の変動幅Ｖ１を求めて出力する第一関数発生器５６と、
「０」の信号が設定入力された信号発生器５７と、
逆洗弁４７が開かれた際に「１」の信号として出力される逆洗弁開信号５８によってセットされ「１」の信号５９を出力するシングルフリップフロップ６０と、
負荷指令５５に基づき逆洗弁４７が開かれてから層差圧又は層高が低下し始めるまでの時間Ｔ１を求めて出力する第二関数発生器６１と、
該第二関数発生器６１から出力される時間Ｔ１が時間遅れとして設定され、且つ前記シングルフリップフロップ６０から出力される信号５９が「０」から「１」に変化した時に、前記時間Ｔ１に相当する時間遅れを生じさせて「０」から「１」に変化する遅延信号６２を出力するオンディレイタイマ６３と、
負荷指令５５に基づき層差圧又は層高が低下し始めてから再び上昇し始めるまでの時間Ｔ２を求めて出力する第三関数発生器６４と、
該第三関数発生器６４から出力される時間Ｔ２が時間遅れとして設定され、且つ前記オンディレイタイマ６３から出力される遅延信号６２が「０」から「１」に変化した時に、前記時間Ｔ２に相当する時間遅れを生じさせて「０」から「１」に変化する遅延信号６５を前記シングルフリップフロップ６０へリセット信号として出力するオンディレイタイマ６６と、
回路使用時に「１」とし回路除外時に「０」とする回路使用／除外信号６７と前記オンディレイタイマ６３から出力される遅延信号６２との論理積信号６８を出力するＡＮＤ回路６９と、
負荷指令５５に基づき層差圧又は層高が低下する際の時定数に相当する時定数Ｓ１を求めて出力する第四関数発生器７０と、
負荷指令５５に基づき層差圧又は層高が低下してから再び上昇する際の時定数に相当する時定数Ｓ２を求めて出力する第五関数発生器７１と、
前記ＡＮＤ回路６９から出力される論理積信号６８が「０」である場合には、図１中、ｂ側に切り換えられ、信号発生器５７から出力される「０」の信号を補正信号５３として出力し、前記ＡＮＤ回路６９から出力される論理積信号６８が「０」から「１」に切り換った場合には、前記第四関数発生器７０から出力される時定数Ｓ１で、図１中、ｂ側からａ側に切り換えられ、信号発生器５７から出力される「０」の信号を第一関数発生器５６から出力されるＶ１へ前記時定数Ｓ１に相当する変化率で補正信号５３として出力する一方、前記ＡＮＤ回路６９から出力される論理積信号６８が「１」から再び「０」に切り換った場合には、前記第五関数発生器７１から出力される時定数Ｓ２で、図１中、ａ側からｂ側に切り換えられ、第一関数発生器５６から出力されるＶ１の信号を信号発生器５７から出力される「０」の信号へ前記時定数Ｓ２に相当する変化率で補正信号５３として出力する切換器７２と、
該切換器７２から出力される補正信号５３を差圧検出器４６からの検出値としての層差圧又は計算で求められた層高を表わす層高信号５０に対し加算し、層高信号５０’として出力する加算器７３と
を備えてなる構成を有している。
【００３０】
尚、試運転時等に得られたデータに基づいて、前記第一関数発生器５６には、図２に示す如く、負荷指令５５の増減に対し略比例させる形で層差圧又は層高の変動幅Ｖ１を増減させるような関数を設定し、前記第二関数発生器６１及び第三関数発生器６４には、図３に示す如く、負荷指令５５の増減に対し略比例させる形で時間Ｔ１及び時間Ｔ２を増減させるような関数を設定し、前記第四関数発生器７０及び第五関数発生器７１には、図４に示す如く、負荷指令５５の増減に対し略比例させる形で時定数Ｓ１及び時定数Ｓ２を増減させるような関数を設定してある。
【００３１】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００３２】
回路使用／除外信号６７を「１」とした状態で、セラミックチューブフィルタ等のフィルタ装置３４の目詰りを防止するために、逆洗弁４７を開いて逆洗ライン４８からフィルタ装置３４内へ逆洗エアを供給し、該フィルタ装置３４の逆洗を行った場合、逆洗弁開信号５８が「１」となってシングルフリップフロップ６０がセットされ、該シングルフリップフロップ６０からオンディレイタイマ６３へ出力される信号５９が「０」から「１」に変化し、時間Ｔ１経過後に、オンディレイタイマ６３からＡＮＤ回路６９へ出力される遅延信号６２が「０」から「１」に変化し、ＡＮＤ回路６９から切換器７２へ出力される論理積信号６８が「１」となる。
【００３３】
前記ＡＮＤ回路６９から切換器７２へ出力される論理積信号６８が「１」となると、切換器７２が第四関数発生器７０から出力される時定数Ｓ１で、図１中、ｂ側からａ側に切り換えられ、信号発生器５７から出力される「０」の信号が第一関数発生器５６から出力されるＶ１へ前記時定数Ｓ１に相当する変化率で補正信号５３として加算器７３へ出力される。
【００３４】
ここで、前記オンディレイタイマ６３からＡＮＤ回路６９へ出力される遅延信号６２は、オンディレイタイマ６６にも出力されており、オンディレイタイマ６３から出力される遅延信号６２が「０」から「１」に変化した後、時間Ｔ２が経過すると、オンディレイタイマ６６からの遅延信号６５が「０」から「１」に変化し前記シングルフリップフロップ６０へリセット信号として出力されるため、前記ＡＮＤ回路６９から切換器７２へ出力される論理積信号６８が「１」から再び「０」となる。
【００３５】
前記ＡＮＤ回路６９から切換器７２へ出力される論理積信号６８が「１」から再び「０」となると、切換器７２が第五関数発生器７１から出力される時定数Ｓ２で、図１中、ａ側からｂ側に切り換えられ、第一関数発生器５６から出力されるＶ１の信号が信号発生器５７から出力される「０」の信号へ前記時定数Ｓ２に相当する変化率で補正信号５３として加算器７３へ出力される。
【００３６】
これにより、フィルタ装置３４逆洗時の層高変動波形を打ち消すための模擬入力波形が、図５に示すような形で作成され、層高変動波形の発生タイミングと同期させて該層高変動波形に対し模擬入力波形を合成するよう、差圧検出器４６からの検出値としての層差圧又は計算で求められた層高を表わす層高信号５０に対し補正信号５３が前記加算器７３において加算され、変動の抑えられた合成波形を有する層高信号５０’が加算器７３から出力され、層高制御に利用される。
【００３７】
この結果、実際の層高が低下していないにもかかわらず、差圧検出器４６による検出値としての層差圧又は計算で求められた層高が低下する現象が発生しなくなり、層高制御に影響が出なくなると共に、従来のように、一次遅れ器５１（図８参照）を設けるのとは異なり、応答性が悪くならず、層高の制御性が悪化せず、高負荷変化率に対応可能となり、又、従来のように、切換器５２（図９参照）を設けて層高信号５０をホールドするのとは異なり、負荷変化時等、実際に層高変化があった場合には、その変化を検出することが可能となり、層高計測の信頼性が低下しなくなる。
【００３８】
こうして、フィルタ装置３４逆洗時の差圧検出器４６による層高の変動を応答性を阻害することなく抑制し得、層高制御への影響をなくすことができ、且つ負荷変化時等、実際に層高が変化している時は、フィルタ装置３４逆洗中であっても層高の変化を検出することができ、層高計測の信頼性を向上し得る。
【００３９】
尚、本発明の流動層ボイラにおける層高計測装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、加圧流動層ボイラに限らず、炉内が常圧の流動層ボイラにも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の流動層ボイラにおける層高計測装置によれば、フィルタ装置逆洗時の差圧検出器による層高の変動を応答性を阻害することなく抑制し得、層高制御への影響をなくすことができ、且つ負荷変化時等、実際に層高が変化している時は、フィルタ装置逆洗中であっても層高の変化を検出することができ、層高計測の信頼性を向上し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例のブロック図である。
【図２】図１に示す第一関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図３】図１に示す第二関数発生器並びに第三関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図４】図１に示す第四関数発生器並びに第五関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図５】本発明を実施する形態の一例において、フィルタ装置の逆洗によって生じる層高変動波形と、層高変動波形に合成される模擬入力波形と、層高変動波形に模擬入力波形を合成することによって形成される合成波形とを表わす線図である。
【図６】加圧流動層ボイラの一例の全体概要構成図である。
【図７】図６に示す加圧流動層ボイラの一例において、フィルタ装置の逆洗によって生じる層高変動波形を表わす線図である。
【図８】従来の層高計測装置の一例のブロック図である。
【図９】従来の層高計測装置の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
９    流動層
３４    フィルタ装置
４６    差圧検出器
４７    逆洗弁
５０    層高信号
５３    補正信号
５４    層高変動防止回路
５５    負荷指令
５８    逆洗弁開信号
【図１】
0004415473.tif 000002
【図２】
0004415473.tif 000003
【図３】
0004415473.tif 000004
【図４】
0004415473.tif 000005
【図５】
0004415473.tif 000006
【図６】
0004415473.tif 000007
【図７】
0004415473.tif 000008
【図８】
0004415473.tif 000009
【図９】
0004415473.tif 000010