(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多品種の石炭を使用するボイラ設備で、ボイラ火炉内の灰を除去するために複数台設置されるスートブロワ制御装置において、
ボイラのエネルギーバランスに基づいて火炉出口ガス温度を推定し、且つ石炭焚きボイラの火炉の設計条件である火炉に対する有効熱量を推定し、
前記火炉出口ガス温度と前記火炉有効熱量との関係から、現状の火炉有効面積を求め、
前記現状火炉有効面積と設計火炉有効面積との比から火炉部伝熱面の汚れ度を推定し、
前記推定した火炉部伝熱面の汚れ度とボイラ運転状態と前回起動からの経過時間とについてそれぞれメンバーシップ関数を定義し、前記定義されたメンバーシップ関数をスートブロアの起動要求の高い集まりである起動側ルール群と起動要求の低い集まりである抑止側ルール群に分割されたルールに適用し演算することによって、起動要求度を算出し、
前記算出した起動要求度が火炉に対するスートブロワを起動するための指標となる起動しきい値以上となった場合に、予め設定しておいた起動順序および起動ペア数にしたがってスートブロアを起動させる
ことを特徴とするスートブロワ制御装置。
【請求項２】
多品種の石炭を使用するボイラ設備で、ボイラ火炉内の灰を除去するために複数台設置されるスートブロワ制御装置において、
ボイラのエネルギーバランスに基づいて火炉出口ガス温度を推定し、且つ石炭焚きボイラの火炉の設計条件である火炉に対する有効熱量を推定し、
前記火炉出口ガス温度と前記火炉有効熱量との関係から、現状の火炉有効面積を求め、
前記現状火炉有効面積と設計火炉有効面積との比から火炉部伝熱面の汚れ度を推定し、
前記推定した火炉部伝熱面の汚れ度とボイラ運転状態と前回起動からの経過時間とについてそれぞれメンバーシップ関数を定義し、前記定義されたメンバーシップ関数をスートブロアの起動要求の高い集まりである起動側ルール群と起動要求の低い集まりである抑止側ルール群に分割されたルールに適用し演算することによって、起動要求度を算出し、
前記算出した起動要求度が火炉に対するスートブロワを起動するための指標となる起動しきい値以上となった場合に、予め設定しておいた起動順序および起動ペア数にしたがってスートブロワを起動させるとともに、火炉内をバーナゾーンを含む多段の燃焼ゾーンに分割し、それぞれの燃焼ゾーンの境界の燃焼ガス温度分布を推定し、スートブロワ起動時の火炉内燃焼ガス温度分布と予め記憶しておいた基準炭での火炉内燃焼ガス温度分布との偏差を計算し、
前記偏差の状況の判断に基づく前記起動要求度から、前記予め設定された起動順序および起動ペア数にしたがってスートブロワを起動した場合に、次の順序のスートブロワへの起動インターバルを可変にし、またはその起動順序を修正できるようにした
ことを特徴とするスートブロワ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスートブロワ制御装置において、
火炉上部水壁、副側壁または天井壁出口に設置されるメタル温度計により測定された温度に対して水壁毎の最大値および最大値と平均値との差に基づいて、前記最大値および最大値と平均値との差が制限値以内であれば次のスートブロワ起動を続行し、制限値以上の場合には、一定時間に亘って次の起動順序であるスートブロワへの起動を中断し、前記最大値および最大値と平均値との差の前記制限値内への回復を待って次のスートブロワへの起動を行い、一定時間待っても回復していない場合はスーブロワ起動処理を中止する
ことを特徴とするスートブロワ制御装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のスートブロワ制御装置において、
ボイラ負荷と蒸気の過熱度または燃料比により、起動スートブロワのペア数を可変にすることを特徴とするスートブロワ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭焚きボイラのスートブロワ制御装置に係り、特に火炉ガス温度分布または伝熱面の汚れ状態による熱負荷分布の変動を抑制し、ボイラ制御性およびボイラ運用性に与える影響を低減するに好適なインテリジェント型スートブロワ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚きボイラにおいては、使用炭に含まれる灰の硬化点と成分によりボイラの伝熱面に灰やすすが付着する程度が異なり、汚れによる伝熱効率の低下に加えて、石炭焚きボイラの静特性の変化、特に火炉の熱吸収割合が変化する。
【０００３】
このため、石炭焚きボイラでは、複数のスートブロワを設置し、スートブロワより空気や蒸気を噴出させ、付着した灰やすすを除去するようにしている。
【０００４】
従来、スートブロワ制御装置により、代表的には、個別にスートブロワを動作させる手動モードや一定のパターンでシーケンシャルにスートブロワを動作させるシーケンスモードで運転されており、オペレーションの判断はあくまで運転員によるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来のスートブロワの運転は、運転員の判断により、汚れ度や収熱バランスの変化に応じて必要な伝熱面に対して運転タイミングを調整し予め設定された起動順序に従って起動を行うシーケンシャル制御が行われていた。
【０００６】
しかし、多品種の石炭を使用する石炭焚きボイラでは、炭種により伝熱面へ付着する石炭灰量の程度が異なるため、スートブロワを予め決められたサイクルで起動させるシーケンス制御では、真に起動が必要な時との間にタイミングのズレが生じ、これが過度の起動回数になる場合には、スートブロワ噴射媒体消費量の増加および伝熱面のエロージョンの発生、また、不足の場合は、ボイラの過熱度不足およびボイラ効率の低下といった事態が発生してしまう。
【０００７】
前述したように、予め決められた起動順序に従いスートブロワを順次起動させていくシーケンシャル制御方法では広範な炭種を燃焼させた場合、石炭性状の一つである燃料比（固定炭素と揮発分の割合）の違いやボイラ伝熱面の汚れの影響が相互に関係しあい、特に石炭焚きボイラの火炉内のガス温度分布が変化することによって、火炉の熱負荷特性がランダムに変動する点について、スートブロワ運用面での考慮がされていなかった。このため、火炉での熱吸収の大きい燃料比の低い炭種の燃焼時の過度のスートブロワの起動や、高熱負荷帯の伝熱面エリアへのスートブロワの起動によるメタル温度の上昇に対して調整が難しいという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、特に負荷整定時の火炉の汚れ度と石炭性状の一つである燃料比に起因する伝熱特性の違いによる火炉の熱負荷変動幅を考慮に入れ、火炉熱負荷がアンバランスにならないようスートブロワを起動することにより、火炉への必要な入熱を確保しつつ、メタル温度高を生じないように火炉ガス温度分布を推定し、火炉熱負荷バランスを把握したスートブロワ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【００１０】
多品種の石炭を使用するボイラ設備で、ボイラ火炉内の灰を除去するために複数台設置されるスートブロワ制御装置において、
ボイラのエネルギーバランスに基づいて火炉出口ガス温度を推定し、且つ石炭焚きボイラの火炉の設計条件である火炉に対する有効熱量を推定し、
前記火炉出口ガス温度と前記火炉有効熱量との関係から、現状の火炉有効面積を求め、
前記現状火炉有効面積と設計火炉有効面積との比から火炉部伝熱面の汚れ度を推定し、
前記推定した火炉部伝熱面の汚れ度とボイラ運転状態と前回起動からの経過時間とについてそれぞれメンバーシップ関数を定義し、前記定義されたメンバーシップ関数をスートブロアの起動要求の高い集まりである起動側ルール群と起動要求の低い集まりである抑止側ルール群に分割されたルールに適用し演算することによって、起動要求度を算出し、
前記算出した起動要求度が火炉に対するスートブロワを起動するための指標となる起動しきい値以上となった場合に、予め設定しておいた起動順序および起動ペア数にしたがってスートブロアを起動させるスートブロワ制御装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【００１２】
図１に本発明の実施形態に係わるインテリジェント型スートブロワ制御装置の構成図を示す。
【００１３】
本発明は、多品種の石炭を使用するボイラ設備で、ボイラ火炉内の灰を除去するために複数台設置されるスートブロワ制御装置であって、火炉部及び各バンク部の汚れ度を推定して伝熱面の汚れ状態を把握する伝熱面汚れ度計算手段１と（図２参照）、
当該伝熱面に対してスートブロワを起動する際に、ファジィ推論を用い前記汚れ度計算手段１で推定したボイラ伝熱面の汚れ状況とボイラの運転状態から総合的に判断し、最適なスートブロワ起動箇所を決定する最適起動伝熱面決定処理手段２と（図３参照）、
当該伝熱面へのスートブロワ起動に際して、同一伝熱管上のスートブロワ起動による火炉メタル温度の上昇および火炉熱負荷バランスを考慮に入れたスートブロワ起動順序および起動ペア数の設定機能を有したスートブロワ起動処理（１）手段３と（図４及び図７参照）、
火炉および各バンク部への１回の起動に際して、起動ペア数をボイラ負荷と蒸気の過熱度により、可変と出来るスートブロワ起動処理（３）手段７と（図７参照）、
水系の熱吸熱量を使用してエネルギーバランスにより火炉出口ガス温度を計算する手段４と（図２参照）、
前記温度計算手段４からボイラ火炉内のバーナゾーンを含む多段の火炉ガス温度分布を推定する手段５と、
前記推定手段５から火炉ガス温度分布の偏差が大きい伝熱面エリアのスートブロワに対して起動を行う場合、前記起動処理（１）手段３並びに前記起動処理（３）７にて予め決められた起動順序および起動ペア数を連続起動していく際、基準火炉ガス温度分布の偏差により次の起動ペアへのタイムインターバルを可変にする場合と起動順序の自動修正を行うスートブロワ起動処理機能および複数設置されたメタル温度の水壁毎の最大値と平均値を監視し、水壁毎の最大値および最大値と平均値との差が制限値を超えた場合に前記起動処理（１）手段３並びに前記起動処理（３）７にて連続してスートブロワに起動を行った場合に、前記最大値および最大値と平均値との差が制限値内へ回復するまで一時的に待機状態となるスートブロワ起動処理（２）手段６と、
から構成されている。
【００１４】
そして、伝熱面汚れ度計算手段１は、火炉の場合、設計火炉面積に対し、現状の有効火炉面積を計算し、その比を火炉の伝熱面の汚れ度とし、また、後部伝熱面の場合、設計熱貫流率に対し、現状の熱貫流率を計算し、その比を後部伝熱面の汚れ度として計算する処理を行う（図２参照）。
【００１５】
最適起動伝熱面決定処理手段２は、汚れ度とボイラの運転状態からファジィ推論により優先度を計算し、優先順位の高い伝熱面の決定を行う（図３参照）。
【００１６】
スートブロワ起動処理（１）手段３は、伝熱面単位に予め決められた起動順序および起動ペア数にてスートブロワの起動処理を行う（図４参照）。
【００１７】
スートブロワ起動処理（３）手段７において、スートブロワの起動ペア数を汚れ度の落ち具合と炭種差による伝熱特性の違いにより、ボイラ負荷および蒸気の過熱度から可変とする（図７参照）。
【００１８】
また、火炉出口ガス温度計算手段４で、火炉出口ガス温度を計算し、火炉内燃焼ガス温度分布計算手段５でバーナゾーンを含む多段の火炉ガス温度分布を推定し、スートブロワ起動処理（２）手段６にて起動しようとする伝熱面エリアの火炉ガス温度分布推定値が基準値と比較して偏差大の場合、起動順序を自動修正し、偏差小の場合、予め決められた起動ペア数を連続起動していく際の次ペアへのタイムインターバルを可変にし、また、メタル温度の水壁毎の最大値および最大値と平均値との差が制限値を超えた場合には、連続スートブロワ起動をメタル温度の前記最大値および最大値と平均値との差が制限値内へ回復するまで一時的に待機状態となるように動作する。
【００１９】
以上のように、火炉ガス温度分布、メタル温度の最大値および最大値と平均値との差からスートブロワの噴射時間間隔と起動順序の自動修正を行うようにしたので、汚れ度を規定値内に抑え、かつ熱効率および火炉熱負荷が適正に保たれるようにスートブロワを制御することができる。
【００２０】
更に、詳細に説明すると、図１に示す火炉出口ガス温度計算手段４において、図２のアルゴリズムに示すように、石炭性状１１と後部伝熱部の最下流のＥｃｏ出口Ｏ2（エコノマイザ出口酸素濃度）１２とから燃焼ガス量１３を算出し、このガス量１３と再循環ガス量１４とからトータルガス量１５を計算する。
【００２１】
また、各バンク部（図４に示す各伝熱面であって対流伝熱部を云い、これに対して火炉は輻射伝熱部を云う）の管内の出入口水／蒸気温度１６と各バンク部の管内の出入口水／蒸気圧力１７から各バンク部の吸熱量１８を計算する。各伝熱面の吸熱量は、水系のエネルギーバランス式により、（１）式から求める。
【００２２】
Ｑ＝Ｆ×（Ｈｏ−Ｈｉ）          ………………（１）
Ｑ  ：水系吸熱量          （Ｋｃａｌ／ｓ）
Ｈｏ：水系出口エンタルピ  （Ｋｃａｌ／ｋｇ）
Ｈｉ：水系入口エンタルピ  （Ｋｃａｌ／ｋｇ）
Ｆ  ：流量                （ｋｇ／ｓ）
また、ガス系状態量と水系状態量のようにそのデータに時間的なズレ（位相差）の生じるプロセス量に関しては、メタル及び流体の熱容量を考慮することによりその位相差を補正する。
【００２３】
0003809981.tif 000002
Ｗｍ：メタル質量（Ｋｇ）
Ｃｍ：メタル比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ°Ｃ）
Ｃｆ：流体比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ°Ｃ）
Ｖｐ：流体容積（ｍ3）
Ｖ  ：流体比容積（ｍ3／Ｋｇ）
前記（１’）式は伝熱面に対して、
出口流体熱量＋伝熱面蓄熱量＝入口流体熱量＋ガス系の失った熱量
の関係が成り立つので、これを表す次式により展開できる。
【００２４】
Ｆ×Ｈｏ＋ｄｑｔ／ｄｔ＝Ｆ×Ｈｉ＋Ｑ                     （１”）
ｑｔ：一時的な蓄熱量（Ｋｃａｌ／ｓ）
また、蒸発器設置のボイラにおいて、蒸発器の吸熱量は水系より求めることができないので、次のガス系のエネルギーバランス式により算出する。
【００２５】
Ｑ＝（ｔｇｉ−ｔｇｏ）×Ｃｇ×Ｗｇ
ｔｇｉ：入口ガス温度（°Ｃ）
ｔｇｏ：出口ガス温度（°Ｃ）
Ｃｇ  ：ガス比熱（Ｋｃａｌ／Ｋｇ°Ｃ）
Ｗｇ  ：ガス量（Ｋｇ／ｓ）
次に、トータルガス量１５と各バンク部吸熱量１８から各バンク部出入口の管外のガス温度を計算する。管外のガス側各部温度の算出は、（１）式で求めた水系の吸熱量を使用して、エネルギーバランス式により算出する。
【００２６】
つまり、節炭器（Ｅｃｏ）出口ガス温度が判明していれば（当該ガス温度を実測すれば）、（２）式により節炭器入口ガス温度を得ることができる。
【００２７】
このようにガス上流側の伝熱面について順次同様な計算をすることで、最終的には、火炉出口ガス温度２０まで求めることができる。
【００２８】
ｔｇｉ＝ｔｇｏ＋｛Ｑ／（Ｃｐｇ・Ｗｇ）｝      ……………（２）
ここで、ｔｇ  ：ガス温度（節炭器出口ガス温度から（２）式により各部入口ガス温度を順次算出）
Ｑ    ：吸熱量    （（１）式より算出）  （Ｋｃａｌ／ｓ）
Ｃｐｇ：ガス比熱（ガス温度より算出）  （Ｋｃａｌ／ｋｇ℃）
Ｗｇ  ：ガス量  （計算）               （ｋｇ／ｓ）
石炭焚きボイラの火炉の設計条件である火炉に対する有効熱量（輻射源となる有効面積）２１と火炉出口ガス温度２０との関係から現状の火炉有効面積２２を知ることができる。端的に言えば、火炉出口ガス温度２０が設計条件よりも上昇していれば、汚れが進行していることを示している。
【００２９】
そして、（３）式に示すように、現状の有効火炉面積と構造面積（設計火炉有効面積）の比から火炉伝熱面汚れ度２４を推定することができる。
【００３０】
火炉汚れ度ｄｆ＝設計有効火炉面積／現状有効火炉面積  ……（３）
また、バンク部の伝熱面汚れ度については、伝熱面の熱貫流率に基づいて決めることとなる。
【００３１】
ここで、現状熱貫流率２５は、
Ｑ＝Ｋ・Ａ・Δｔ………………（４）
により計算する。
【００３２】
ここで、Ｑ：吸熱量（１）式より計算
Ａ：伝熱面積（設計値）
Δｔ：対数平均温度差
基準熱貫流率２６は、
Ｋｏ＝（Ｕｃｇ＋Ｕｒｇ）×Ｕｃｓ／（Ｕｃｇ＋Ｕｒｇ＋Ｕｃｓ）…（５）
ここで、Ｕｃｇ：ガス側対流熱伝達率（ガス量、ガス温度より計算）
Ｕｒｇ：ガス側輻射熱伝達率（ガス温度より計算）
Ｕｃｓ：水蒸気側対流熱伝達率（蒸気流量、蒸気温度より計算）
により計算する。
【００３３】
そして、（６）式に示すように、現状熱貫流率と基準熱貫流率の比から各バンク部伝熱面汚れ度２７を推定することができる。
【００３４】
各バンク部伝熱面汚れ度ｄｆ＝基準熱貫流率／現状熱貫流率  ……（６）
最適起動伝熱面決定処理手段２では、図３に示すように、（３）式で求めた火炉汚れ度２４や（６）式で求めた各バンク部伝熱面汚れ度２７等のメンバシップ関数３４，３５およびルール（起動側及び抑止側）３３，３７，４１，４３からＭＩＮ演算４６とＭＡＸ演算４７のファジィ推論を実施し、起動要求度（−１〜０〜＋１）５０を算出する。
【００３５】
メンバシップ関数は汚れ度３４，３５以外に静的なボイラ運転状態３８，３９、動的なボイラ運転状態、前回起動からの経過時間４４，４５により定義する。
【００３６】
起動要求のメンバシップ関数３５，３９，４５は、スートブロワの起動要求を−１．０〜０〜＋１．０（低い〜高い）の数値により表現したメンバシップ関数を考える。この場合、正側（０．０〜＋１．０）を高い領域、負側（−１．０〜０．０）を低い領域とする。
【００３７】
また、ルール３３，３７，４３は、図３に示すように、
0003809981.tif 000003
が、一つのルールとなる。仮定部分６０には汚れ度やボイラ状態などの全てのメンバシップ関数を定義できるが、結論部分６１にはスートブロアの「起動要求」のメンバシップ関数を定義する。
【００３８】
さらに、仮定部分６０には複数のメンバシップ関数も定義することが出来る。
【００３９】
また、ルールにはスートブロアについての起動側ルール群３０と抑止側ルール群３１とに分割され、結論部３５，３９，４５の起動要求が高い（正側）ルールの集まりを起動側ルール群３０といい、反対に起動要求が低い（負側）ルールの集まりを抑止側ルール群３１とする。
【００４０】
まず、ルール単位の結論すなわちＭＩＮ演算４６を行う。本演算は、例えば、図３の▲１▼の伝熱面汚れ度ルール例３２において、仮定部６０の「火炉汚れ度が大」のメンバシップ関数３４で火炉汚れ度が１．１２の場合、縦軸の高さは０．３となる。次に、結論部６１の「火炉起動要求度が高い」６１のメンバシップ関数３５の縦軸の高さが０．３以下の部分（すなわち○ａ部）の面積を伝熱面汚れ度ルール例３２のルール単位の結論という。
【００４１】
同様に、図３の▲２▼のボイラ状態（静的）ルール例３６において火炉出口ガス温度偏差が＋２３℃の場合の結論は○ｂ部となる。同様に図３に示す抑止側ルール群についても各ルール単位の結論を求める（スートブロアを起動するルールとして例えば▲４▼に示すように、前回のスートブロア起動後どれぐらい時間が経過しているかというルールもある）。
【００４２】
全ルールについて算出した結論の高さ方向についてＭＡＸ演算４７により、最大の面積値を選択し、図３に示す○ｃ部が全体のルールの結論となる（○ｃ部を含む台形形状のハッチング部がスートブロアする領域を示し、その左側の台形形状のハッチング部がスートブロアしない領域を示す）。
【００４３】
起動要求度５０は、算出した結論について重心の計算４９を計算し、起動要求度５０とする。
【００４４】
前述の処理により最適起動箇所の決定５１においては、各スートブロワグループの起動要求度５０の中で、最大値（同一の場合はガス上流側優先）を計算し、その値が一定値（例えば＋０．５）を越えた場合にそのグループを最適とみなし起動をかける。
【００４５】
以上のような、メンバシップ関数を定義し、ＭＩＮ演算およびＭＡＸ演算を行うようなことは従来知られている手法であり、本発明においてもこの手法を利用している。
【００４６】
最適起動伝熱面箇所の決定５１では、スートブロワの起動の判定は、図６に示す位置に取り付けられたスートブロアについて、図４に示すように、ボイラの伝熱面単位６１で行い、スートブロワが完了した時点で、次に運用する必要のある伝熱面の判断を行う。
【００４７】
ここで、図４は、スートブロアの伝熱面区分と順序を示す図であり、輻射伝熱部である火炉の伝熱面名称のＦ’ＣＥは、ファーネスを表している。スートブロアの取付位置については、石炭の燃焼による溶融灰が火炉壁や過熱器、再熱器に付着する度合い（一般的な評価法としては、灰塩基性／酸性比と灰溶融温度を石炭灰の特性に応じて使い分ける）を考慮し、石炭焚きボイラの実績等を踏まえ、ガス温度と噴射有効範囲の関係から、図６に示す設置例のようにボイラスートブロアのアレンジメントを決定している。特に、火炉壁においては、灰付着が高いと予想される最上段バーナ近傍へスートブロアを集中配置している。図７は連続起動スートブロア台数を示す図である。
【００４８】
そして、対流伝熱部である火炉部後流のバンク部の伝熱面は８個に区分されていて、Ｐー２ＳＨはペンダント（吊り下げ）の２次過熱器（Ｓｕｐｅｒ  Ｈｅａｔｅｒ）であり、Ｈー１ＲＨはホリゾンタル（水平）の１次再熱器（Ｒｅｈｅａｔｅｒ）をそれぞれ表している。図４に記載のスートブロア順序における符号Ｆ、Ｂ、Ｒ、ＬはそれぞれＦｒｏｎｔ、Ｂａｃｋ、Ｒｉｇｈｔ、Ｌｅｆｔを表す。
【００４９】
いずれか伝熱面の起動条件が成立すると、図４に示すように、その伝熱面内で起動順序を火炉上段→下段の順に缶前後、左右スートブロワに配分して火炉用で対向するスートブロワを起動させるように、予め火炉スートブロワの設置場所と伝熱管との関係を整理しておき、火炉メタル温度の上昇原因となる同一伝熱管上のスートブロワ起動影響を極力廃した起動スケジュールとなる組み合わせを設定し、この時出来る限り火炉内の熱負荷バランスも考慮に入れたスートブロワ起動スケジュールを設定して予め決定しておき、スートブロワ起動処理（１）手段３において、その登録された伝熱面内スートブロワ順序６２および起動ペア数６３に従い（図４によれば、例えば火炉のスートブロアの総数は１６ペア存在するが、１回の起動で１６ペア全部をブロアするのではなくて、数ペアだけスートブロアするというように設計している。１回の起動でブロアするペア数は図７に示されている。）、前回終了した次のスートブロワより起動される。
【００５０】
ここで、１回の起動における起動ペア数を決めるための決め方について以下述べる。火炉、過熱器、再熱器の汚れの進行の速い石炭において、前記（３）式と（６）式の定義から、汚れていない状態で１．０であり、汚れが進行すると汚れ度は大きな値となる。そして、スートブロアの起動台数としては、各ボイラ負荷帯毎に規定のスートブロア台数を起動したときの汚れ度の最小値が約１．２以下（有効伝熱面積の８０％程度）となる値を目標とすると共に、各ボイラ負荷帯で同一本数では、低負荷帯になるほど火炉における熱吸収割合が大きくなるため、逆にブロアのし過ぎとなって伝熱特性に外乱を与えるため、１回の起動による汚れの落ち具合と伝熱特性に与える影響を考慮して起動ペア数を決定する。
【００５１】
ただし、スートブロワ起動処理（１）手段３では、起動しようとするスートブロワが自動モードでなく、手動モードである場合は、スキップして次のペアのスートブロワに起動要求がかかり、前述したように予め決めている起動ペア数分起動して終了またはスキップし続けて一巡すれば、当該伝熱面スートブロワ起動は終了となるが、この時、図７に記載の連続起動スートブロワ台数の設定値は前記ボイラ負荷により起動ペア数を可変となるように考慮すると共に、各伝熱面毎に規定本数分連続起動しても汚れ度が下がらない場合でも、同一伝熱面に対して次に起動指令を出せる最小時間を設定して、スートブロワ動作後経過時間にて一定時間起動抑止をかけ、同一伝熱面が長時間連続起動することにより、他の伝熱面のスートブロワが起動できなくなることを防止しておく。
【００５２】
また、石炭性状の相違により熱吸収が大きく変化し蒸気の過熱度が変動するため、スートブロワ起動処理（３）手段７において、蒸気の過熱度を汽水分離器入口温度の目標値に対して、現状の汽水分離器入口温度の偏差がプラス側にあればスートブロワの起動ペア数６３を減少し（蒸気温度が高いということは火炉伝熱面の熱吸収が良いと解され、したがって伝熱面の汚れ度が少ないと判断されて、図７に予め設定された起動ペア数を例えば６から４に減少する）、マイナス側にあればスートブロワの起動ペア数６３を増加するようにし、図７に記載の一回当たりの起動ペア数６３を汽水分離器入口温度偏差およびボイラ負荷により増減できるように、起動ペア数６３の設定の切替が可能な回路構成を合わせて付加させておく。また、前記処理手段７の判定条件である蒸気の過熱度を石炭性状の一つである燃料比により代用することもできる。
【００５３】
次に、前述のスートブロワの連続起動過程において、特に、火炉スートブロワの起動に際しては、図１に示すように、火炉内燃焼ガス温度分布処理手段５により、図５に示すように、バーナゾーンを含む多段の火炉出口ガス温度分布８６，８７を推定する。ここで、図５の８６は基準炭によるガス温度であり、８７は現状炭によるガス温度である。この火炉内燃焼ガス温度分布計算は、ボイラ火炉内における火炎の熱吸収分布より火炉内縦方向ガス温度分布８６，８７を算出するもので、図１に示すように、火炉出口ガス温度計算処理手段４により計算された火炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）７４を基準として燃焼ガスのエンタルピ差により温度分布を求める。
【００５４】
そして、図５の現状の火炉内縦方向ガス温度分布８７を求め、他の条件（例えばメタル温度変化率）を勘案してスートブロアの起動制御を行うことが本発明の他の重要な特徴であって、これについて以下説明する。
【００５５】
火炉内は図５に示すように、基本的に４つのゾーン７０，７１，７２，７３に分割しそれぞれの境界の温度分布９７，９８，９９の計算を行い、バーナゾーンのみ各バーナ段の温度分布１１０，１１１，１１２を計算するのに細分割する。
【００５６】
以下に、火炉内燃焼ガス温度分布の計算方法について説明する。
【００５７】
１．初期設定項目
１．１  伝熱面積（ＳC）１２０
伝熱面積（ＳC）１２０は、表面伝熱効率（ＡR）１２１により投影面積（ＡP）１２２の補正を行った面積とする。
【００５８】
ここで、ＡP１２２は、垂直面では０．９１、天井及び火炉出口部では０．９７とし壁面の汚れ度（ＡSB）１２３により補正を行い、
ＳC＝ＡP・ＡR・ＡSB          ………………（７）
で示される。
【００５９】
ここで、ＳC１２０はボイラ火炉全体の伝熱面積であり、各ゾーンでは、
Ｘ−ゾーン  ＝ＳX
バーナゾーン＝(i=3)ΣＳBi                         …（８）
Ｙ−ゾーン  ＝ＳY＋(i=3)ΣＳBi＋Ｐ
Ｚ−ゾーン  ＝ＳZ＋ＳY＋(i=3)ΣＳBi＋Ｒ＝ＳC
となる。
【００６０】
ただし、最上下段のバーナ段はそれぞれ上下５ｆｅｅｔ１３０，１３１の範囲をバーナゾーン７１とし、バーナゾーンを１４０，１４１，１４２，１４３の４つに分割する。バーナゾーンの温度分布１１０，１１１，１１２は、入熱量により配分されるものとして給炭量の比例配分比によって近似し、各ゾーンの伝熱面積９６，９４，９２，９０により算出する。
【００６１】
１．２  境界条件
炉内燃焼の熱収支によるエンタルピ差ΔＱgは、火炎の境界と燃焼ガス量の変数Ｅ・ＳC／Ｗgにより得られる。燃焼ガス温度を基にした境界条件Ｅは、再循環ガス量１５０の影響を考慮しているが、ガス混合による影響は考慮していない。
【００６２】
よって、境界条件Ｅは、
Ｅ＝（Ｅ・Ｓc／Ｗg）・（Ｗg／Ｓc）
となり、ここで、
0003809981.tif 000004
であり、また、Ｅ・Ｓc／Ｗgは,ΔＱgとＱgoのエンタルピによる関数（グラフ）より、
ΔＱg＝（Ｑgf−Ｑgo）Ｃw      …………（１０）
Ｑgf  ：炉全体のエンタルピ
となり、Ｑgfは、
Ｑgf＝（ＱgcＷgc＋ＱgrＷgr）／（Ｗgc＋Ｗgr）    ……（１１）
Ｑgo：火炉出口燃焼ガスエンタルピ
Ｃw ：湿度による温度補正係数（グラフより）
Ｑgc：燃焼ガスエンタルピ
Ｑgr：再循環ガスエンタルピ
Ｗgc：燃焼ガス量
Ｗgr：再循環ガス量
で表される。
【００６３】
２．火炎の伝熱計算
２．１  バーナゾーン７１
バーナゾーン７１のエンタルピの変化量ｑBは、
【００６４】
【数１２】
0003809981.tif 000005
【００６５】
で示される。ここで、ΔＱgBは、Ｅ・Ｓc／ＷgとＱgBの関数で示され、
【００６６】
【数１３】
0003809981.tif 000006
【００６７】
より得られる。４分割１４０，１４１，１４２，１４３したバーナゾーン７１は、各ゾーンに入る熱量及び伝熱面積をそれぞれ積算して順次計算を行う。（ｑBi，i＝１〜４）
２．２  Ｘ−ゾーン７０
Ｘ−ゾーン７０でのエンタルピの変化量は、
【００６８】
【数１４】
0003809981.tif 000007
【００６９】
で示され、変数はすべて既述の数式による。
【００７０】
２．３  Ｙ−ゾーン７２
Ｙ−ゾーン７２でのエンタルピの変化量は、バーナゾーン７１との関係より、
【００７１】
【数１５】
0003809981.tif 000008
【００７２】
ここで、ΔＱgYは、Ｅ・Ｓc／ＷgとＱgYの関数で与えられ、
【００７３】
【数１６】
0003809981.tif 000009
【００７４】
【数１７】
0003809981.tif 000010
【００７５】
によりｑYが求められる。ここで使用する定数は既述のものを用いる。
【００７６】
２．４  Ｚ−ゾーン７３
燃焼ガスのテンパリングゾーンとなるＺ−ゾーン７３でのエンタルピの変化量は、
【００７７】
【数１８】
0003809981.tif 000011
【００７８】
ここで、ΔＱZは、（Ｅ・Ｓc／Ｗg）と火炉出口エンタルピＱgより得られ、
【００７９】
【数１９】
0003809981.tif 000012
【００８０】
を用いてｑzを算出する。
【００８１】
３．火炉内ガス温度の計算８６，８７
以上の計算により得たｑを表面伝熱効率（ＡR）１２１を垂直面と天井、火炉平坦部に分けて、それぞれ算出し、それぞれの有効表面積（垂直面：ＳH，水平面：ＳV）より、エンタルピを得る。
【００８２】
【数２０】
0003809981.tif 000013
【００８３】
以上より得られたエンタルピおよびガス水分量％（ＷH20）より、火炉出口ガス温度ＦＥＧＴ７４をベースにした熱収支計算によって温度分布を得る。
【００８４】
ＨFEGT＝ｇ（ＴFEGT，ＷH20）          …………（２１）
（２０）式よりバーナゾーン７１、Ｙ−ゾーン７２のガス温度Ｔ９８，９７は、    ＨYO＝ＨFEGT＋Ｑz
ＨBO＝ＨFEGT＋Ｑz＋Ｑy
ＴYO＝ｆ（ＨYO，ＷH20）
ＴBO＝ｆ（ＨBO，ＷH20）              …………（２２）
次に、バーナゾーン７１から、Ｘ−ゾーン７０への温度分布は、図５に示すＢｕｒｎｅｒ  Ｚｏｎｅ  Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  Ｆａｃｔｏｒ８５により推定する（各缶ごとの特性曲線）。すなわち、係数のカーブを図５に示すバーナゾーン７１でのエンタルピの変化量として、バーナ段ごとに配分して温度を計算する。
【００８５】
例えばある缶においては、次式により計算を行っている。
【００８６】
【数２３】
0003809981.tif 000014
【００８７】
ここで、ｘはバーナゾーン７１下端よりの高さの割合（％）である。よって、
0003809981.tif 000015
このようにして、火炉内の温度分布８６，８７の計算値を得る。
【００８８】
以上の説明の通り、図１に示すように、火炉出口ガス温度計算処理手段４にて、図５に示すように、火炉出口ガス温度７４を推定し、図１に示すように、火炉内燃焼ガス温度計算処理手段５にて、図５に示すように、火炉内燃焼ガス温度分布８６，８７を推定することにより、火炉熱負荷の状態を把握する。
【００８９】
図１に示すスートブロワ起動処理（２）手段６において、特に火炉におけるスートブロアを起動する際、図５に示すように、プラント毎の基準炭の当該ガス温度分布８６から、図８に示すように、火炉に設置されるスートブロワを上・中・下段の伝熱面エリアに分割（図６から、缶前後および左右設置のスートブロワを上段２０１、中段２０２とし、缶左右設置のスートブロワを下段２０３に分割）し、本スートブロワが設置されるＹゾーンのガス温度分布を計算する手段３０７にて、前記伝熱面エリア毎にガス温度分布を記憶しておき、現状の炭種におけるガス温度分布８７から、前記と同様にして分割単位毎にガス温度分布の推定値を計算し、前記伝熱面エリア毎にその偏差が基準炭燃焼時に比べて大きいガス温度分布になっているか判定（図８の手段３０９）して、このガス温度の偏差が大きい伝熱面エリアに属するスートブロワを起動する際、図１に示すように、スートブロワ起動処理（１）手段３、スートブロア起動処理（３）手段７にて予め決められた起動ペア数を連続起動していく場合の次ペアへのタイムインターバルを可変（図８の手段３１１）にし、次ペアへのスートブロワの起動インターバルを長くする。
【００９０】
この際、現状のガス温度分布８７が基準炭ガス温度分布８６より規定の偏差以上に高い伝熱面エリアが存在する場合（図８の手段３０８）には、そのゾーンに該当するスートブロアへブロアするようにスートブロワ起動処理（１）手段３、スートブロア起動処理（３）手段７により起動順序が指示された場合には、図８に示す起動可能エリア探索処理手段３１０により、規定の偏差未満の伝熱面エリアに属するスートブロワまで前記起動順序に従いスキップして、ブロア処理を行い、起動可能なエリアがない場合にはブロア処理を中止するように制御する。
【００９１】
また、起動しようとする火炉スートブロワの設置エリア毎（図６の２０１，２０２，２０３を示す）の火炉内燃焼ガス温度大の場合には、図１に示すように、スートブロワ起動処理（２）手段６において、予めメタル温度の設置場所から水壁面単位にグループ分けを行い、本水壁毎のメタル温度の上昇を防止する目的からスートブロワを１ペア目起動した場合に水壁毎に最大値および平均値を計算（図８の手段３１２）し、水壁毎のメタル温度の最大値およびメタル温度差（最大値から平均値を引いた値）を火炉上部水壁および天井壁および副側壁底壁（火炉と後部伝熱壁との間の側壁）出口について監視し、メタル温度監視処理手段３１３により、制限値内であれば次ペアのスートブロワを起動するが、制限値外の場合は、一定時間次の起動順序であるスーブロワへの起動を中断し、一定時間待って回復していれば次ペアのスートブロワを起動し、待っても回復しない時は処理を打ち切る処理機能を合わせて付加しておく。
【００９２】
なお、１ペア目起動後に２ペア目以降を起動する場合も１ペア目起動処理と同様とする。ここにおいて、前記制限値について、メタル温度高およびメタル温度差大の制限値ーαとし、αについては火炉スートブロワが動作したときのメタル温度の上昇分を考慮して決定する。
【００９３】
このようにして、図５におけるスートブロアが設置されているＹゾーンにおける現状のガス温度分布８７が基準のガス温度分布８６より高い場合は、一般的に云って、その箇所の熱吸収量が低下しているためスートブロアを起動するのであるが、スートブロアを起動したことによって汚れが改善されてその結果スートブロアされた箇所の伝熱面の温度上昇が高くなり過ぎてメタルの損傷を引き起こすこともあるので、メタル温度を勘案して故意にスーブロアを止めたり次のペアへのインターバルを長くしたりするものである。
【００９４】
以上説明したようなスートブロワ起動処理を自動的に行うことにより、炭種差による燃料比の違いによる燃焼性、伝熱特性の変動および汚れ度の相違による熱負荷バランスを考慮したスートブロワ運用が可能となる。
【００９５】
また、ボイラ負荷と蒸気の過熱度または燃料比により、起動スートブロワ台数を可変にして制御することもできる。
【００９６】
本発明の他の実施形態として、音速のガス温度依存性を動作原理とする音響式ガス温度計により音波伝播経路の平均ガス温度計測を行い、これから火炉バーナゾーンを含むガス温度を多段に計測して、計算された火炉出口ガス温度（ＦＥＧＴ）を基準として燃焼ガスのエンタルピ差により温度分布を求めるＡＳ  Ｍｅｔｈｏｄ（ボイラ火炉内における火炎の熱吸収分布より火炉内縦方向ガス温度分布を算出）により算出した当該ガス温度分布推定値を補間して、火炉のガス温度の連続的な分布をオンライン推定することができる。
【００９７】
この実施形態の効果として、物理モデルを補間として用いることにより物理現象を忠実に反映した温度予測値が得られ、石炭の燃焼特性、つまり、火炉内の熱負荷分布の集中状況が精度よく把握することができ、火炉内の高熱負荷帯へのスートブロワ起動によるメタル温度高を防止しながら自動的にスートブロワ制御を行えることが挙げられる。
【００９８】
以上説明したように、本発明は、主として次のような機能と作用を備えているものである。
【００９９】
▲１▼火炉部と各バンク部の伝熱面の汚れ度を推定し、
▲２▼推定した汚れ度とボイラ運転状況から判断して最適なスートブロア起動箇所を決定し、
▲３▼特に、火炉メタル温度の上昇と火炉熱負荷バランスから火炉部のスートブロアの起動順序と起動ペア数を決定し、
▲４▼ボイラ負荷と蒸気過熱度から１回の起動における起動ペア数を可変（各バンプ部も同様）にし、
▲５▼スートブロワが設置されている火炉のＹゾーンを３分割にに分けて、それぞれのゾーンの火炉内ガス温度分布を現状炭において計算し、これと基準炭でのガス温度分布との偏差を求め、
その偏差が制限値よりも小さいときには、前記▲３▼および▲４▼で決められた起動順序と起動ペア数のスートブロアを実施し、
その偏差が大きいときには次の起動ペアへのインターバルを長くしてスート
ブロアを実施し、
また、その偏差が制限値より大きいとき、その偏差が現れた火炉のゾーンに存在するスートブロアをブロアするように前記▲３▼、▲４▼で指示されたときには、
偏差未満のエリアに属するスートブロワまで起動順序に従いスキップして、ブ
ロア処理を行う。
【０１００】
以上の処理の流れが基本的な技術思想であるが、このような思想の背景は次のとおりである。
【０１０１】
火炉の現状炭のガス温度が基準炭のそれに比べて規定値より高くなる場合、
イ．伝熱面が汚れていて熱吸収されないことが要因である
ロ．石炭性状が要因である（基準炭を中燃料炭と仮定すると、高燃料比炭でプラス側にガス温度偏差大となり、低燃料比炭の場合マイナス側にガス温度偏差大となる）
が考えられ、前記イであれば、ブロアを実施して汚れを落とせば良いが、前記ロであれが、ブロアを実施すると、多少の汚れが落ちてますますメタル温度が上昇し、メタルを傷めることとなる。このメタル損傷だけはどうしても避けねばならない。これが本発明の解決すべき一課題である。
【０１０２】
本発明の特徴は、▲１▼＋▲２▼＋▲３▼を構成要件とするもの、▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼を構成要件とするもの、また、▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＋▲５▼を構成要件とするものが挙げられる。
【０１０３】
さらに、本発明は、前記▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼を備えると共に、
▲６▼として、火炉上部水壁、副側壁または天井壁出口に設置される温度計により実測された火炉伝熱面のメタル温度の最大値とメタル温度差（最大値ー平均値）（以下、要件Ａという）に基づいて、ブロアの起動制御するものである。即ち、▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼＋▲５▼で決められた最初の起動ペアのスートブロア後に前記要件Ａをみて、
この要件Ａが制限値より小さい場合には次の起動ペアを起動し、
この要件Ａが制限値より大きい場合には次の起動ペアを起動させず一定時間待っていて、前記要件Ａを監視する。監視していて前記要件Ａが小さくなれば次の起動ペアを起動し、所定時間待っても回復しなければスートブロア処理を中止する。このように、前記要件Ａの制限値に着目する理由は、ブロアにより汚れが改善してその箇所の伝熱面の温度上昇が高くなりすぎることを防ぐためである。
【０１０４】
【発明の効果】
石炭焚きボイラにおいては使用炭に含まれる灰の融点と成分により伝熱面の汚れ状況が異なる特に石炭性状によりスラッギング性が異なり、同一銘柄炭の石炭でもその伝熱特性が異なる場合もある。
【０１０５】
伝熱面の汚れが問題となるのは、汚れによるボイラ効率の低下に加え、ボイラ静特性の変化、特に火炉の熱吸収割合が変化することにある。例えば火炉が汚れた場合、火炉の熱吸収が小さくなり、火炉内燃焼ガス温度分布が変化し火炉出口ガス温度が上昇する。一方後部伝熱面の熱吸収量が大きくなり、熱吸収のバランスが変化する。
【０１０６】
このように特性がずれることにより、制御操作端の動作範囲が変化し、外乱に対する動作上の余裕が低下する。
【０１０７】
また、熱吸収バランスが変化することから、過熱器スプレー等の操作量に対するゲインおよび時定数も変化し、ＰＩ制御の調整値（制御ゲイン）がずれてくる。
【０１０８】
このように、静特性のずれが制御性能（動特性）の低下要因となる。この外、石炭の燃焼特性の違いにより火炉熱吸収量が変化（主に石炭性状の一つである燃料比に起因する。）するため、火炉内燃焼ガス温度分布がランダムな変動をみせ、火炉内の熱負荷分布が変化することにより、高熱負荷帯へのスートブロワを連続起動することにより、水壁メタル温度の上昇を助長し、ボイラ運用性に影響を与えるなどの問題がある。
【０１０９】
本発明によれば、まず、従来機能であるボイラ伝熱面の汚れ状況から必要な伝熱面に対してスートブロワ運用を行い、熱吸収のバランスを回復させ、静特性のずれによる制御性能の低下を防止することに寄与し、また、物理モデルにより火炉内燃焼ガス温度分布を推定できるので、必要な入熱を確保しつつ、メタル温度高を生じないようにスートブロワ運用が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインテリジェント型スートブロワ制御装置の構成図である。
【図２】火炉部の伝熱面汚れ計算アルゴリズムを示す図である。
【図３】スートブロアの最適起動箇所を決定処理するための説明図である。
【図４】スートブロアの伝熱面区分と起動順序・台数を示す図である。
【図５】火炉内のガス温度分布を示す図である。
【図６】ボイラにおけるスートブロアの取付位置を示す図である。
【図７】燃料比炭毎及び負荷帯毎における連続起動スートブロア台数の設定値を示す図である。
【図８】  インテリジェント型スートブロワの制御フローを示す流れ図である。
【符号の説明】
１  伝熱面汚れ度計算処理手段
２  最適起動伝熱面決定処理手段
３  スートブロア起動処理手段（１）
４  火炉出口ガス温度計算処理手段
５  火炉内燃焼ガス温度分布計算処理手段
６  スートブロア起動処理手段（２）
７  スートブロア起動処理手段（３）
１１  石炭性状
１２  Ｅｃｏ出口Ｏ2
１３  燃焼ガス量
１４  再循環ガス量
１５  トータルガス量
１６  各バンク部出入口水／蒸気温度
１７  各バンク部出入口水／蒸気圧力
１８  各バンク部吸熱量
１９  各バンク部出入口ガス温度
２０  火炉出口ガス温度
２１  火炉有効熱量
２２  現状火炉有効面積
２３  設計火炉有効面積
２４  火炉部伝熱面汚れ度
２５  現状熱貫流率
２６  基準熱貫流率
２７  各バンク部伝熱面汚れ度
６０  伝熱面区分
６１  伝熱面名称
６２  伝熱面内スートブロア順序
６３  起動ペア数
８６  基準炭によるガス温度分布
８７  現状炭によるガス温度
【図１】
0003809981.tif 000016
【図２】
0003809981.tif 000017
【図３】
0003809981.tif 000018
【図４】
0003809981.tif 000019
【図５】
0003809981.tif 000020
【図６】
0003809981.tif 000021
【図７】
0003809981.tif 000022
【図８】
0003809981.tif 000023