(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定することを特徴とするボイラ。
【請求項２】
複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定するとともに、
ボイラに供給される燃料の流量に基づいて排ガス中の酸素濃度の制御目標値を設定する手段と排ガス中の酸素濃度を測定する手段とを設け、排ガス中の酸素濃度の測定値と前記制御目標値との差が０になるように前記ダンパの開度を補正することを特徴とするボイラ。
【請求項３】
複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定するとともに、
バーナスロート部の圧力を測定する手段を前記区画毎に設けると共に、炉内圧力を測定する手段を設け、バーナスロート部の圧力と炉内圧力の差からバーナへ供給される空気の流量を演算し、この流量が燃料の流量から換算した前記流量になるように前記ダンパの開度を補正することを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナの配置部を複数の区画（以下、コンパートメントという。）に分割し、コンパートメント毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続し、前記配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にしたボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のボイラにおける燃焼用空気の配管系統図である。図で、１はボイラ本体で、バーナの配置部は仕切２により複数（図では２個）のコンパートメント３ａ、３ｂに分割されている。そして、コンパートメント３ａ、３ｂには燃焼用空気を供給するための配管４から分岐された配管４ａ、４ｂがそれぞれ接続されている。５ａ、５ｂはダンパで、コンパートメント３ａ、３ｂに対応させて配置され、バーナ１０、１１の点火に連動して開閉する。６は押し込み通風機で、動翼調整ドライブ７により動翼の角度が調整可能である。８は燃焼排ガスを排出するための配管、９は熱交換器である。１０、１１はバーナで、コンパートメント３ａ、３ｂにそれぞれが少なくとも１本配置されている。１２は第１の燃料供給装置で、石炭をバーナ１０に供給する。１３は第２の燃料供給装置で、軽油、重油等の他の燃料（ここでは軽油）をバーナ１１に供給する。１４はバルブで、バーナ１０、１１毎に設けられている。なお、ダンパ５ａ、５ｂ、押し込み通風機６、動翼調整ドライブ７、燃料供給装置１２、１３およびはバルブ１４は図示しない制御装置により制御される。
【０００３】
次に、従来のボイラの動作を説明する。例えばボイラが発電用である場合、発電機出力の大きさに応じて発生しなければならない蒸気の温度と量が決まる。そして、蒸気の温度と量から生成すべき熱量が決まり、予め設定された燃料の使用割合や使用順序等に基づいて、使用する燃料の種類と量が決定される。ここでは、コンパートメント３ａ、３ｂにおいて軽油または重油を燃焼させる場合について説明する。バーナ１１のバルブ１４を開き、バーナ１１に点火する。すると、バーナ１１の点火に連動してダンパ５ａ、５ｂが全開になり、押し込み通風機６により送出された空気がバーナ１０の周りに供給されて軽油または重油を燃焼させる。そして、軽油または重油の燃焼状況に応じて動翼調整ドライブ７により押し込み通風機６の動翼の角度を変化させ、コンパートメント３ａ、３ｂに送出する空気の量を調整する。配管８を通りボイラの外部に排出される排ガスは、熱交換器９において、配管４を流れる空気を予熱する。そして、バルブ１４を閉じてバーナ１１を消火すると、バーナ１０の消火に連動してダンパ５ａ、５ｂは閉じられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、バーナ１０に点火すると直ちにダンパ５ａ、５ｂが全開になり、押し込み通風機６から供給される空気はコンパートメント３ａ、３ｂに略等分される。したがって、コンパートメント３ａ、３ｂで燃焼させる燃料の種類と量が同一であれば、特に問題はない。しかし、コンパートメント３ａ、３ｂで点火されるバーナ１０の数が異なる場合、燃焼用空気の量が不足するコンパートメント３（以下、任意のコンパートメントを表示する場合は、添字ａ、ｂを省略する。）が発生する。また、燃料を適切に燃焼させるのに必要な空気の量は燃料の種類により異なるから、一方のコンパートメント３では石炭、他方のコンパートメント３では軽油を燃焼させるような場合、空気の量が不足するコンパートメント３が発生し、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が増加して環境規制値をオーバーすることがあった。また、上記の問題点を解決するため、多量の空気を必要とするコンパートメント３に合わせて押し込み通風機６の動翼の角度を調整すると、空気が過剰に供給された例えば供給される燃料の量が少ない他方のコンパートメント３では燃焼ガスの温度が必要以上に上昇し、環境規制値をオーバーする窒素酸化物（ＮＯX）が生成されることがあった。このため、同時に使用できる燃料の種類および量が限られていた。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のコンパートメントに分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続し、前記配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にしたボイラにおいて、コンパートメント毎に点火するバーナの数が相違したり、あるいは異種燃料を同時に燃焼させる場合であっても、各コンパートメントに適切な量の空気を供給でき、排ガス中の一酸化炭素あるいは窒素酸化物を環境規制値以下に納めることができるボイラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の手段は、複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の手段は、複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定するとともに、
ボイラに供給される燃料の流量に基づいて排ガス中の酸素濃度の制御目標値を設定する手段と排ガス中の酸素濃度を測定する手段とを設け、排ガス中の酸素濃度の測定値と前記制御目標値との差が０になるように前記ダンパの開度を補正することを特徴とする。
【０００８】
さらに、第３の手段は、複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続すると共に、前記区画の後段に流路を開閉する開閉手段を設けた１以上の供給配管を接続し、少なくとも前記各配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にして燃料を複数段で燃焼させるようにしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設け、前記区画毎にその区画で点火されたバーナの本数とボイラ全体で点火されたバーナの本数とからその区画に供給される燃料の流量を燃料の種類ごとに演算し、得られた燃料の流量を空気の流量に換算し、得られた結果と予め定める各段の燃焼比率とからその区画に接続する前記ダンパの開度を設定し、前記供給配管を流れる空気の流量がボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量と前記各区画に供給する空気の合計流量との差になるように前記開閉手段の開度を設定するとともに、
バーナスロート部の圧力を測定する手段を前記区画毎に設けると共に、炉内圧力を測定する手段を設け、バーナスロート部の圧力と炉内圧力の差からバーナへ供給される空気の流量を演算し、この流量が燃料の流量から換算した前記流量になるように前記ダンパの開度を補正することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係る２段燃焼式のボイラにおける燃焼用空気の配管系統図で、図５と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。２２は流量計で、燃料供給装置１３から供給される軽油の流量を計測する。２４ａ、２４ｂはダンパで、任意の開度に、すなわちコンパートメント３ａ、３ｂに接続する流路の断面積を任意の大きさに、調節可能である。２５ａ、２５ｂは圧力計で、バーナスロート部の圧力を測定する。２６は圧力計で、火炉１ａの圧力測定する。２７は配管で、火炉１ａの上部に接続され、２段燃焼用空気を供給する。２８は調整ダンパで、任意の開度に調節可能である。２９は流量計で、配管２７を流れる空気の流量を測定する。３０は酸素濃度測定器で、排ガス中の酸素濃度を測定する。なお、押し込み通風機６、動翼調整ドライブ７、燃料供給装置１２、１３、バルブ１４、ダンパ２４ａ、２４ｂおよび調整ダンパ２８は図示しない制御装置により制御される。また、この図示しない制御装置は、後述する各種の演算装置と、ボイラに供給される燃料流量の種類と量に応じて燃焼量を制御するための排ガス中の酸素濃度の制御目標値を算出する演算装置または制御目標値を記憶するデータテーブルを備えている。
【００１２】
以下、動作を説明する。図２はダンパ２４ａ、２４ｂおよび調整ダンパ２８の開度を設定する手順を説明するである。なお、制御を行う制御装置内の演算装置名称を括弧内に示す。
【００１３】
先ず、コンパートメント３ａに着目する。いま、燃料供給装置１２からの給炭流量の流量測定値がＴＧＦであり、流量ＴＧＦの石炭を燃焼させるのに必要な空気の流量を求める（関数発生器５１）。関数発生器５１から出力される流量Ｑｃが石炭を燃焼させるのに必要な空気の流量である。
【００１４】
また、流量計２２の流量測定値がＴＯＦであり、コンパートメント３ａにおいて点火されたバーナ１１の数がｍ本、ボイラ全体で点火されたバーナ１１の数がＭ本である場合、コンパートメント３ａに供給される軽油の量はＴＯＦ・ｍ／Ｍである（乗算器５３）。そこで、流量ＴＯＦ・ｍ／Ｍの軽油を燃焼させるのに必要な空気の流量を求める（関数発生器５４）。なお、休止しているバーナ１１がある場合、休止しているバーナ１１のエアレジスタから空気が漏れる。そこで、関数発生器５４の演算結果に休止しているバーナ１１の数に応じた空気の流量を加算する（加算器５５）。加算器５５から出力される流量Ｑｏが軽油を燃焼させるのに必要な空気の流量である。
【００１５】
上記流量Ｑｃと流量Ｑｏの和である流量Ｑａ０が燃料の流量から求めたコンパートメント３ａに必要な空気量である（加算器５６）。なお、バーナ１０またはバーナ１１を点火あるいは消火する時のいわゆる過渡状態においては、流量Ｑａ０に過渡状態の内容に応じた正負の流量補正値を加える。そして、この流量補正値を加えた流量Ｑａ１がコンパートメント３ａの必要空気量である（加算器５７）。そして、１段燃焼の場合は、コンパートメント３ａに流入する空気の流量が流量Ｑａ１になるように、ダンパ２４ａの開度を設定する（関数発生器５８）。
【００１６】
本実施の形態では２段燃焼させるから、予め空気比手動調整器Ｈ（６０）により１段目すなわちコンパートメント３ａ、３ｂの燃焼比率α０が設定されている。したがって、定常状態の場合は、流量Ｑａ１に燃焼比率α０を乗算した流量をコンパートメント３ａに供給する（乗算器６３）。なお、発電機の出力は、計画に従ってあるいは負荷側の要求により変化させる必要があり、例えば出力を短時間で増加させたい時には、排ガスの成分が環境規制値に収まる範囲内でバーナ１０またはバーナ１１に過剰な空気を送らなければならない。そこで、そのような場合には、発電機出力ＭＷに応じて燃焼比率の補正量を求めて（関数発生器６１）、燃焼比率α０に加算し（加算器６２）、補正された燃焼比率α１を流量Ｑａ１に乗算するようにしている（乗算器６３）。乗算器６３で得られた空気量Ｑａ２がコンパートメント３ａに供給すべき空気量であるから、コンパートメント３ａに流入する空気の流量が流量Ｑａ２になるようにダンパ２４ａの開度を演算し（関数発生器５８）、得られた開度にダンパ２４ａを設定する。
【００１７】
また、上記と全く同様にして、コンパートメント３ｂに供給すべき上記流量Ｑａ１、Ｑａ２に対応する流量Ｑｂ１、Ｑｂ２を求め、ダンパ２４ｂの開度を設定する。
【００１８】
次に、上記流量Ｑａ２と流量Ｑｂ２の和を求めてから（加算器７０）、流量ＴＡＦ（ただし、流量ＴＡＦは流量Ｑａ１と流量Ｑｂ１の和である。）との差を求める（減算器７１）。そして、上記差と流量計２９の測定値ＮＯＰとの差を求め（減算器７２）、その差を０にできる調整ダンパ２８の開度の補正量を求め（比例積分器７３）、調整ダンパ２８の開度を調整する。
【００１９】
このように、本実施の形態においては、各コンパートメント３に供給される燃料の量から各コンパートメント３毎に必要な空気の流量Ｑａ１、Ｑｂ１あるいは流量Ｑａ２、Ｑｂ２を求めてダンパ２４ａ、２４ｂの開度を調整するから、排ガス中のＣＯあるいはＮＯXを環境規制値内の適正値に維持することができる。また、２段燃焼をさせる場合、配管２７を流れる空気の流量をボイラ全体に供給される燃料の量から演算したボイラ全体に必要な空気の流量とコンパートメント３ａ、３ｂに供給する空気の合計流量との差になるように調整ダンパ２８の開度を調整するから、特に排ガス中のＮＯXの発生を抑制することができる。
【００２０】
図３は排ガス中の酸素濃度によりダンパ２４ａ、２４ｂおよび調整ダンパ２８の開度を補正する手順を説明する図である。なお、この手順は、ダンパ２４ａ、２４ｂで実質的に同一であるから、ダンパ２４ａの補正手順について説明する。
【００２１】
燃焼量指令ＦＲＤから、燃料の種類および発電機の出力等に応じた排ガス中の酸素濃度制御目標値Ｏｐと、流量ＱＰを演算する（関数発生器８０、関数発生器８１）。そして、酸素濃度制御目標値Ｏｐと酸素濃度測定器３０により測定された排ガス中の酸素濃度測定値Ｏｊとを比較し（減算器８２）、得られた結果を比例積分して過剰あるいは不足の流量ＱＨを演算する（比例積分器８３）。そして、流量ＱＨを流量ＱＰに乗算して（乗算器８４）、全空気流量指令値ＱＰ１とする。なお、バーナ１０またはバーナ１１を点火あるいは消火する時のいわゆる過渡状態においては、全空気流量指令値ＱＰ１に過渡状態の内容に応じた正負の流量補正値を加えて、全空気流量指令値ＱＰ２とする（加算器８５）。
【００２２】
次に、全空気流量指令値ＱＰ２とボイラ全体に供給される合計燃料流量から演算した空気量（関数発生器８６）とを比較し、いずれか大きい方の値を選択する（高値信号選択器８８）。さらに、高値信号選択器８８で選択された空気量と最低空気量Ｔとを比較し、いずれか大きい方の値を選択する（高値信号選択器８９）。そして、高値信号選択器８９の出力信号とボイラ全体に供給される合計空気流量との差を求め（減算器９２）、コンパートメント３ａに対する補正係数を演算する（比例積分器９３）。そして、コンパートメント３ａ用の補正係数を上記空気量Ｑａ２に乗算し（乗算器９４）、得られる流量Ｑａ２ｈによりダンパ２４ａの開度を設定する。このようにすると、排ガス中の酸素濃度を制御目標値に合わせることができ、燃料が保持している熱量を効率よく取り出すことができる。また、上記と同様にして、流量Ｑａ２ｈに対応するコンパートメント３ｂの流量Ｑｂ２ｈを求め、ダンパ２４ｂの開度を設定する。
【００２３】
図４はバーナスロート部の差圧信号によりダンパ２４ａ、２４ｂおよび調整ダンパ２８の開度を補正する手順を説明する図である。なお、この手順はダンパ２４ａ、２４ｂで実質的に同一であるから、ダンパ２４ａの補正手順を説明する。流量Ｑａ２ｈ（または、流量Ｑａ２）がバーナスロート部を流れるときの圧力Ｐｐａを演算により求め（関数発生器１０１）、圧力計２５ａで測定したバーナスロート部の圧力Ｐｔａと圧力計２６で測定した火炉内部の圧力Ｐｂとの差（減算器１０２）と比較する（減算器１０３）。そして、得られた差圧Ｐｓａを比例積分して（比例積分器１０４）減算器１０３の信号が０になるように制御される。上記制御信号は予め上限値と下限値とを定めた所定範囲の値の範囲内で流量Ｑａ２ｈに加算して（加算器１０６）、流量Ｑａ２ｈ１とする。そして、流量Ｑａ２ｈ１に基づき、ダンパ２４ａの開度を演算する（関数発生器５８）。また、コンパートメント３ｂにおいても、流量Ｑａ２ｈ１に対応する流量Ｑｂ２ｈ１を求めてダンパ２４ｂの開度を演算する。
【００２４】
このように各コンパートメント３に実際に供給される空気量を測定してダンパ２４ａ、２４ｂを開度を調整するから、排ガス中のＣＯあるいはＮＯXの濃度をさらに精度良く制御することができる。
【００２５】
なお、上記の実施の形態においては配管２７に対する空気供給源を送風機６としたが、別に空気供給源を設けても良い。また、本発明は２段燃焼に限らず、さらに流路を増した場合にも適用できることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の区画に分割したバーナの配置部毎に流路を開閉するダンパを設けた配管を接続し、前記配管に燃焼用の空気を供給する送風手段を共通にしたボイラにおいて、前記ダンパを任意の開度に設定する手段を設けたから、コンパートメント毎に点火するバーナの数が相違したり、あるいは異種燃料を同時に燃焼させる場合であっても、各コンパートメントに適切な量の空気を供給でき、この結果、ボイラからの排ガス中の一酸化炭素あるいは窒素酸化物を環境規制値以下に納めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る２段燃焼式のボイラにおける燃焼用空気の配管系統図である。
【図２】ダンパ２４ａと調整ダンパ２８の開度を設定する手順を説明する図である。
【図３】排ガス中の酸素濃度によりダンパ２４ａと調整ダンパ２８の開度を補正する手順を説明する図である。
【図４】バーナスロート部の差圧信号によりダンパ２４ａと調整ダンパ２８の開度を補正する手順を説明する図である。
【図５】従来のボイラにおける燃焼用空気の配管系統図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
３ａ、３ｂ  コンパートメント
１０、１１  バーナ
２１、２２  流量計
２４ａ、２４ｂ  ダンパ
【図１】
0003755979.tif 000002
【図２】
0003755979.tif 000003
【図３】
0003755979.tif 000004
【図４】
0003755979.tif 000005
【図５】
0003755979.tif 000006