(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで発生した蒸気を利用する蒸気タービンと、前記ボイラの火炉に押し込む燃焼用空気に混合する燃焼用排ガスを排出するガスタービンとを有する排気再燃型コンバインドサイクルの前記ボイラであって、前記燃焼用空気を前記ボイラの火炉に押し込むボイラ押込通風機の制御方法において、前記ボイラの節炭器の出口酸素濃度の高低と前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量の大小により前記ボイラ押込通風機の動翼開度を制御すると共に、前記ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時に出力するランバック指令により、前記ボイラ押込通風機の動翼開度を増加させ、前記節炭器の出口酸素濃度の回復と共に前記動翼開度を減少させることを特徴とするボイラ押込通風機の制御方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ボイラ節炭器の出口酸素濃度検知信号と前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号とから求めた信号に前記ランバック指令を加えた先行動翼開度指令信号と前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号とを加算した指令信号により前記ボイラ押込通風機の動翼開度を制御することを特徴とするボイラ押込通風機の制御方法。
【請求項３】
請求項２において、予め定められた増加率で前記ボイラ押込通風機の動翼開度を速やかに増加させると共に、前記節炭器の出口酸素濃度の回復と共に予め定められた減少率で前記ボイラ押込通風機の動翼開度を減少させることを特徴とするボイラ押込通風機の制御方法。
【請求項４】
ボイラの火炉に燃焼用空気を押し込むボイラ押込通風機と、前記燃焼用空気に混合する燃焼用排ガスを排出するガスタービンと、前記ボイラで発生した蒸気を利用する蒸気タービンと、前記ボイラの燃焼ガスの余熱を利用する節炭器とを有する排気再燃型コンバインドサイクルボイラのボイラ押込通風機の制御装置において、前記ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時に、前記節炭器の出口酸素濃度検知信号、前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号及び前記ボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号から求めた前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号に先行して前記動翼開度を速やかに増加させる先行動翼開度指令信号を出力する先行信号出力手段を備えたものであることを特徴とするボイラ押込通風機の制御装置。
【請求項５】
請求項４において、前記先行信号出力手段は、前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号を入力する関数発生器と、該関数発生器からの指令信号と前記ランバック指令とを入力する速度変換器と、該速度変換器からの前記先行動翼開度指令信号と前記動翼開度指令信号とを加算する加算器とを備えたものであることを特徴とするボイラ押込通風機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気再燃型コンバインドサイクルボイラのコンバインドモードにおいて、ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時のボイラ押込通風機の制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来技術に係る排気再燃型コンバインドサイクルボイラのボイラ押込通風機の動翼開度を制御する制御回路の系統図である。ボイラ押込通風機の動翼開度２４は、燃料流量指令信号３から関数発生器４ａで求めたボイラ押込通風機の燃焼用空気流量指令信号５に節炭機の出口酸素（Ｏ2）濃度検知信号（偏差）７を乗算器８により乗算した信号からガスタービン燃焼用排ガス流量検知信号１０を減算器９により減算した動翼開度指令信号１４ａと実測値のボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号（偏差）１２を減算器１１により減算して求めた偏差信号を調節器１３による比例、積分した動翼開度指令信号１４ｂによりボイラ押込通風機動翼開度２４を制御するようにしている。尚、参照番号４ｂで示す関数発生器は、ガスタービンの排ガスをボイラの燃焼用空気として使用しない場合のボイラ押込通風機の燃焼用空気流量指令信号を出力するものである。
【０００３】
一方、特開昭６１−７２９２４号公報に開示されているように、負荷ランバック時に、通風系の操作端を先行的に動作させることにより、負荷ランバック時における火炉内圧力の変動を抑え、これを規定範囲内に保持することを容易にしたボイラ押込通風機の制御方法及び装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンバインドモードにおいてガスタービン事故等によりボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時の負荷急速絞り込み指令（以下、「ランバック指令」と云う）が発せられると、ガスタービン排ガス風道入口ダンパ（図２の参照番号３０）が絞り込まれ、風箱に供給されるガスタービン燃焼用排ガス流量が途絶えることから、ボイラ押込通風機の動翼開度２４は、燃焼用空気を確保するように動作するが、所定の開度まで動作するまでに時間がかかる。一方ガスタービン燃焼用排ガス流量の低下が早い為、燃焼用空気が不足となり、節炭器の出口酸素濃度が急激に低下し、燃焼不安定となる恐れがあった。
【０００５】
更に、ボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号１２に、節炭器の出口酸素濃度検知信号７が乗算器８により乗算されている為、節炭器の出口酸素濃度とボイラ押込通風機の燃焼用空気流量の位相が異なることから、一端大きく節炭器の出口酸素濃度が変動した場合、ボイラが整定するまでに時間を要する恐れがあった。
【０００６】
更に、ボイラの火炉に投入される燃焼用空気流量が減少する為、火炉のドラフトも低下する恐れがあった。
【０００７】
一方、特開昭６１−７２９２４号公報に開示されたボイラ押込通風機の制御方法及び装置においては、ボイラ火炉の圧力変動を抑えるものであるので、必ずしも火炉の燃焼状態を的確に捕らえ、それを良好に維持することが出来ない恐れがあった。
【０００８】
本発明の目的は、排気再燃型コンバインドサイクルボイラのコンバインドモードにおいて、ランバック動作時に安定したボイラ火炉の燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さいボイラ押込通風機の制御方法及び装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ボイラで発生した蒸気を利用する蒸気タービンと、前記ボイラの火炉に押し込む燃焼用空気に混合する燃焼用排ガスを排出するガスタービンとを有する排気再燃型コンバインドサイクルの前記ボイラであって、前記燃焼用空気を前記ボイラの火炉に押し込むボイラ押込通風機の制御方法において、前記ボイラの節炭器の出口酸素濃度の高低と前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量の大小により前記ボイラ押込通風機の動翼開度を制御すると共に、前記ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時に出力するランバック指令により、前記ボイラ押込通風機の動翼開度を増加させ、前記節炭器の出口酸素濃度の回復と共に前記動翼開度を減少させることである。
【００１０】
節炭器の出口酸素濃度の高低とガスタービンの燃焼用排ガス流量の大小によりボイラ押込通風機の動翼開度を制御すると共に、ランバック動作時に出力するランバック指令により、ボイラ押込通風機の動翼開度を増加させ、節炭器の出口酸素濃度の回復と共に動翼開度を減少させることにより、節炭器の出口酸素濃度の低下を軽減し、安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。
【００１１】
コンバインドモード運転中にランバックが発生した時は、ランバック指令によるボイラ押込通風機の動翼開度を速やかに増加させ、燃焼用空気流量を増加させることにより節炭器出口酸素濃度の低下を軽減し、ボイラの燃焼を安定させ、火炉その他の部分のドラフトの低下も軽減される。
【００１２】
更に、上記ボイラ押込通風機の制御方法において、前記ボイラ節炭器の出口酸素濃度検知信号と前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号とから求めた信号に前記ランバック指令を加えた先行動翼開度指令信号と前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号とを加算した指令信号により前記ボイラ押込通風機の動翼開度を制御することである。節炭器の出口酸素濃度検知信号とガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号とから求めた信号にランバック指令を加えた先行動翼開度指令信号とボイラ押込通風機の動翼開度指令信号とを加算した指令信号によりボイラ押込通風機の動翼開度を制御することにより、上記ボイラ押込通風器の制御方法と同様の作用を有する。
【００１３】
そして、上記ボイラ押込通風機の制御方法において、予め定められた増加率で前記ボイラ押込通風機の動翼開度を速やかに増加させると共に、前記節炭器の出口酸素濃度の回復と共に予め定められた減少率で前記ボイラ押込通風機の動翼開度を減少させることである。予め定められた増加率で動翼開度を増加させると共に、節炭器の出口酸素濃度の回復と共に予め定められた減少率で動翼開度を減少させることにより、上記ボイラ押込通風機の制御方法の作用が一層確実に行なわれ、安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。
【００１４】
又、ボイラの火炉に燃焼用空気を押し込むボイラ押込通風機と、前記燃焼用空気に混合する燃焼用排ガスを排出するガスタービンと、前記ボイラで発生した蒸気を利用する蒸気タービンと、前記ボイラの燃焼ガスの余熱を利用する節炭器とを有する排気再燃型コンバインドサイクルのボイラのボイラ押込通風機の制御装置において、前記ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時に、前記節炭器の出口酸素濃度検知信号、前記ガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号及び前記ボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号から求めた前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号に先行して前記動翼開度を速やかに増加させる先行動翼開度指令信号を出力する先行信号出力手段を備えたものである。
【００１５】
ランバック動作時に、節炭器の出口酸素濃度検知信号、ガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号及びボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号から求めたボイラ押込通風機の動翼開度指令信号に先行して動翼開度を速やかに増加させる先行動翼開度指令信号を出力する先行信号出力手段を備えたものは、節炭器の出口酸素濃度の低下を軽減し、安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。
【００１６】
そして、上記ボイラ押込通風機の制御装置において、前記先行信号出力手段は、前記ボイラ押込通風機の動翼開度指令信号を入力する関数発生器と、該関数発生器からの指令信号と前記ランバック指令とを入力する速度変換器と、該速度変換器からの前記先行動翼開度指令信号と前記動翼開度指令信号とを加算する加算器とを備えたものである。
【００１７】
先行信号出力手段が動翼開度指令信号を入力する関数発生器と、この関数発生器からの指令信号とランバック指令を入力する速度変換器と、この速度変換器からの先行動翼開度指令信号と動翼開度指令信号とを加算する加算器とを備えたものは、上記ボイラ押込通風機の制御装置の作用に加え、簡単な制御機器の組み合わせにより確実に制御が可能であると共に経済的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るボイラ押込通風機の制御方法及び装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本実施の形態のボイラ押込通風機の制御方法及び装置を採用した排気再燃型コンバインドサイクルのボイラの燃焼用空気の系統図である。本実施の形態の排気再燃型コンバインドサイクルボイラ１は、ガスタービン２８を運転した状態のコンバインドモードでは、ボイラ本体２の火炉２０に風箱３５を介して燃焼用空気５３ａを供給するボイラ押込通風機２３と、第３ガス給水加熱器２９を通して供給するガスタービン排ガス５５の一部である燃焼用排ガス５７をガスタービン排ガス風道入口ダンパ３０を介して燃焼用空気５３ｂに合流させて火炉２０に供給するガスタービン２８とを有している。ガスタービン排ガス５５の他の一部であるガスタービン排ガス５６は、ボイラ本体２の出口２７の燃焼ガスにボイラバイパスダンパ３１を介して合流される。ボイラ押込通風機２３の燃焼用空気５３ａは、空気予熱器３２を通して火炉２０に供給される。
【００２０】
更に、ボイラ本体２の出口２７から吸込ダンパ４３ａを介して燃焼ガスを吸い込み、供給ダンパ４３ｂを介して火炉２０及び供給ダンパ４３ｃを介して火炉２０の風箱３５に供給するガス再循環ファン４３が設けられている。ボイラ本体２の出口２７から排出された燃焼ガスは、ガスタービン排ガス５６と合流してボイラ排ガス５８となって、その一部は第２ガス給水加熱器入口ダンパ４１を介して第２ガス給水加熱器４０に入り、更に第１ガス給水加熱器４２に入るものと、入口ガスダンパ３３を介して空気予熱器３２に供給されるものとに別れ、これら二つが更に合流して入口ダンパ３８を介して誘引通風機３７によって煙突４４に排気される。誘引通風機３７にはバイパスダンパ３９が設けられている。又、空気予熱器３２に供給されるボイラ排ガスは、ボイラ押込通風機２３によって供給される燃焼用空気５３ａを予熱する。
【００２１】
図１は、本発明に係るボイラ押込通風機の制御方法及び装置の一実施の形態を説明する系統図である。図２で使用した参照番号も使用して説明する。
【００２２】
本実施の形態のボイラ押込通風機の制御方法は、ボイラ本体２の節炭器２５の出口２６における出口酸素濃度の高低とガスタービン２８の燃焼用排ガス流量の大小によりボイラ押込通風機２３の動翼２４ａの開度、即ち動翼開度２４を制御すると共に、ボイラ１の負荷が急速に降下するランバック動作時に出力するランバック指令１８により、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を増加させ、節炭器２５の出口酸素濃度の回復と共に動翼開度２４を減少させることである。
【００２３】
更に、詳細には、ボイラ節炭器２５の出口酸素濃度検知信号７とガスタービン２８の燃焼用排ガス流量検知信号１０とから求めた信号にランバック指令１８を加えた先行動翼開度指令信号１９とボイラ押込通風機２３の動翼開度指令信号１４ｂとを加算した指令信号によりボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を制御する。即ち、燃料流量指令信号３を関数発生器４ａに導いて求めたボイラ押込通風機２３の燃焼用空気流量指令信号５に節炭器の出口２６の酸素濃度検知信号（偏差）７で補正した数値よりガスタービンの燃焼用排ガス流量検知信号１０を減算して求めた信号を関数発生器１５に導き出力された信号を速度変換器１６に入力し、ランバック指令１８が加えられて先行動翼開度指令信号１９を出力し、この先行動翼開度指令信号１９と調節器１３の出力信号である動翼開度指令信号１４ｂとを加算器１７によって加算し、先行信号（バイアス）として動翼開度を制御する。
【００２４】
速度変換器１６は、通常時速度変化率を広げておき（速度変換器１６の影響を無くしておき）、ランバック指令時には直ちにその信号を受けて、速度変換器１６を介した信号が、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４の先行信号となる。
【００２５】
このような構成を有することにより、コンバインドモードで、且つ、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４により節炭器出口２６の酸素濃度が制御されている状態において、関数発生器１５と速度変換器１６を追加し、ランバック指令１８を入力することにより先行信号を加算してボイラ押込通風機の動翼開度２４を速やかに上昇させ、節炭器出口２６の酸素濃度の回復を検知して、このタイミングに合わせてボイラ押込通風機の動翼開度先行信号を抜くことにより節炭器の出口酸素濃度の低下を軽減し、安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。
【００２６】
図３は、ランバック動作時の経過時間とボイラ押込通風機動翼開度の関係曲線図、図４は、ランバック動作時の経過時間と節炭器出口酸素濃度の関係曲線図である。実線で示す曲線４６、４８は本実施の形態の場合を示し、破線で示す曲線４７、４９は従来技術の場合を示す。本実施の形態のボイラ押込通風機の制御方法は、予め定められた増加率でボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を速やかに増加させると共に、節炭器２５の出口酸素濃度の回復と共に予め定められた減少率でボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を減少させることである。但し、図３の曲線４６、４７は、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４の予め定められた増加率又は減少率に他の制御条件を加味して表示しているので、曲線４６、４７から増加率又は減少率を直接読み取ることは出来ない。
【００２７】
図３において、△印で示す時刻５０でランバック指令がかかると、時刻５０と時刻５１の間においては、略０．５％／秒の予め定められた増加率でボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を速やかに増加させると、曲線４６に示すように、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４が増加する。これによって、図４の曲線４８に示すように、節炭器の出口酸素濃度は比較的低下せずに回復する。節炭器の出口酸素濃度が十分回復した後は、図３の時刻５１と時刻５２の間において、略０．０３３％／秒の予め定められた減少率でボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を減少させると、曲線４６に示すように、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４が減少する。これによって、図４に示すように、節炭器の出口酸素濃度が緩やかに減少する。図３に示す従来技術による曲線４７の場合は、図４の曲線４９に示すように△印で示す時刻５０でランバック指令がかかると、節炭器の出口酸素濃度が０になってから回復するので、火炉の燃焼不安定の原因となる。
【００２８】
ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４を速やかに増加させる予め定められた増加率は、上記実施の形態においては略０．５％／秒であったが、０．５〜１．０％／秒の範囲にあれば、節炭器の出口酸素濃度は比較的低下せずに回復する。増加率が０．５％／秒未満の場合には節炭器の出口酸素濃度の低下が大きくなり燃焼不安定の恐れがある。増加率が１．０％／秒を超える場合にはボイラ押込通風機２３の動翼開度の速度が大きく十分に追従しない恐れがある。同様に、ボイラ押込通風機２３の動翼開度２４の予め定められた減少率は、上記実施の形態においては略０．０３３％／秒であった。減少率が必要以上に低い場合には節炭器の出口酸素濃度の低下が遅く、酸素過剰の状態となり燃焼振動或いはＮＯｘ値の環境規制値を超える恐れがある。
【００２９】
次に、本実施の形態のボイラ押込通風機の制御装置について説明する。図２に示すように、本実施の形態のボイラ押込通風機の制御装置は、ボイラ本体２の火炉２０に燃焼用空気５３ａを押し込むボイラ押込通風機２３と、燃焼用空気５３ａに混合する燃焼用排ガス５７を排出するガスタービン２８と、ボイラ１で発生した蒸気を利用する図示していない蒸気タービンと、ボイラ１の燃焼ガスの余熱を利用する節炭器２５とを有する排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ１に設けられる。
【００３０】
更に、図１に示すように、本実施の形態のボイラ押込通風機の制御装置は、ボイラの負荷が急速に降下するランバック動作時に、節炭器２５の出口酸素濃度検知信号７、ガスタービン２８の燃焼用排ガス流量検知信号１０及びボイラ押込通風機２３の燃焼用空気流量検知信号１２を基に調節器１３から求めたボイラ押込通風機２３の動翼開度指令信号１４ｂに先行して動翼開度２４を速やかに増加させる先行動翼開度指令信号１９を出力する先行信号出力手段を備えたものである。
【００３１】
先行信号出力手段は、先に説明したように、燃料流量指令信号３から関数発生器４ａで求めたボイラ押込通風機の燃焼用空気流量指令信号５に節炭機の出口酸素（Ｏ2）濃度検知信号（偏差）７を乗算器８により乗算した信号からガスタービン燃焼用排ガス流量検知信号１０を減算器９により減算したボイラ押込通風機２３の動翼開度指令信号１４ａを入力する関数発生器１５と、この関数発生器１５からの指令信号とランバック指令１８を入力する速度変換器１６と、この速度変換器１６が出力した先行動翼開度指令信号１９と動翼開度指令信号１４ａと実測値のボイラ押込通風機の燃焼用空気流量検知信号（偏差）１２を減算器１１により減算した信号を調節器１３に入力し、調節器１３から出力した動翼開度指令信号１４ｂとを加算する加算器１７とを備えたものである。
【００３２】
上記構成を有する本実施の形態のボイラ押込通風機の制御装置は、節炭器の出口酸素濃度の低下を軽減し、安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。更に、簡単な制御機器の組み合わせにより確実に制御が可能であると共に経済的である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のボイラ押込通風機の制御方法及び装置によれば、排気再燃型コンバインドサイクルボイラの蒸気タービン負荷運転中にガスタービンを運転したコンバインドモードにおいて、ランバック動作時に節炭器の出口酸素濃度の急激な低下を軽減して安定したボイラの燃焼が得られ、火炉その他のドラフトの低下も小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボイラ押込通風機の制御方法及び装置の一実施の形態を説明する系統図である。
【図２】図１の実施の形態のボイラ押込通風機の制御方法及び装置を採用した排気再燃型コンバインドサイクルボイラの燃焼用空気の系統図である。
【図３】ランバック動作時の経過時間とボイラ押込通風機動翼開度の関係曲線図である。
【図４】ランバック動作時の経過時間と節炭器出口酸素濃度の関係曲線図である。
【図５】従来技術に係るボイラ押込通風機の制御方法及び装置を説明する系統図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
７  酸素濃度検知信号
１０  燃焼用排ガス流量検知信号
１２  燃焼用空気流量検知信号
１４ａ、１４ｂ  動翼開度指令信号
１５  関数発生器（先行信号出力手段）
１６  速度変換器（先行信号出力手段）
１７  加算器（先行信号出力手段）
１８  ランバック指令
１９  先行動翼開度指令信号
２０  火炉
２３  ボイラ押込通風機
２４  動翼開度
２４ａ  動翼
２５  節炭器
２６  節炭器の出口
２８  ガスタービン
【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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