JP5100338B2

JP5100338B2 - 再熱蒸気制御方法及び再熱蒸気温度管理システム

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Publication number: JP5100338B2
Application number: JP2007309884A
Authority: JP
Inventors: 繁一笠原
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP2009133538A

Description

本発明は、火力発電所においてボイラー装置の蒸気温度を制御するための方法に関し、特に、再熱蒸気温度を制御するための再熱蒸気温度制御方法及び再熱蒸気温度管理システムに関するものである。

一般に、火力発電所においては、ボイラー装置において、石油等の燃料の燃焼によって発生する燃焼排ガスの一部を、排ガス再循環ダクトを介して、ボイラー装置に規定された火炉（燃焼室）の底部に導入して（再循環して）、燃焼排ガスと燃料とを火炉内で混合するようにしている。そして、排ガス再循環ダクトには、排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）及び排ガス再循環量調整ダンパ（火炉ホッパダンパ）が設けられて、ＧＲＦ及び火炉ホッパダンパによって燃焼排ガスの再循環量が規制される。

一方、火炉の出口側には過熱器、再熱器、及び節炭器等が順次配列され、復水器から供給される水（復水）がまず節炭器で加熱（加温）された後、火炉水壁を通過して過熱器に与えられ、ここで過熱蒸気となり、この過熱蒸気は高圧タービンに送られ、高圧タービンで仕事をする（高圧タービンを駆動する）。

高圧タービンから排出された蒸気は再熱器に送られ、ここで再加熱されて、再熱蒸気として中圧タービンに送られ、ここで仕事をした後、さらに低圧タービンに送られる。そして、これらタービンの駆動によって発電機が駆動されて電力が送電線に送られることになる。一方、燃焼排ガスは脱硝装置、空気予熱器、電気集塵器、及び脱硫装置を介して煙突から排出される。

ところで、上述の火力発電所においては、火炉ホッパダンパの開度を調整して、燃焼排ガスの再循環量を調整して、所謂再熱蒸気温度制御を行っている。つまり、再熱器における熱吸収量の調整を行っている。そして、火炉ホッパダンパの開度を大きくした際には、つまり、燃焼排ガスの再循環量を大きくした際には、ＧＲＦを駆動するモータ（ＧＲＦモータ）に大きな負荷が掛かることになる。

一方、発電用のボイラー装置における再熱蒸気制御に関して、火炉の炉壁に第１及び第２のバーナ段を備えて、発電負荷が降下に伴う燃料流量の引き下げに応じて、休止中の第２のバーナ段から火炉内に投入される空気又は空気と燃焼排ガスとの混合気の投入量を過渡的に増加して、火炉における収熱を抑制し、再熱蒸気温度を所望の温度に維持するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２８１４０８号公報

前述のＧＲＦモータ等の電動機においては、一般に許容電流値が定められており、燃焼排ガスの再循環量を増加させると、ＧＲＦモータに負荷が掛かって、ＧＲＦモータに流れる電流値が許容電流値を越えてしまうことがある。このため、許容電流値にほぼ等しいモータ電流制限値を規定し、ＧＲＦモータに流れる電流値がモータ電流制限値となると、モータ電流制限警報（ＡＮＮ）を発生するようにしている。つまり、火炉ホッパダンパの開度を増加させて、燃焼排ガスの再循環量を増加させると、ＡＮＮが発生する。

また、排ガス再循環ダクトにはＧＲＦ入口ダンパが設けられるとともに、排ガス再循環ダクトから分岐して火炉の上部に燃焼排ガスを供給し、燃焼用空気と燃焼排ガスとを混合するための分岐ダクトが備えられている。そして、この分岐ダクトには排ガス混合ファン（ＧＲＢＦ）及びＧＲＢＦ入口ダンパが設けられている。

そして、前述のＡＮＮが発生すると、ＧＲＦ入口ダンパ、火炉ホッパダンパ、及びＧＲＢＦ入口ダンパの開度がロックされる（つまり、ＧＲＦ入口ダンパ、火炉ホッパダンパ、及びＧＲＢＦ入口ダンパの開度の増加がブロックされる）。その結果、ＧＩ比率（燃焼改善のための燃焼用空気と燃焼排ガスとの混合比）の増加が規制されることになって、例えば、火炉において窒素酸化物の濃度が高くなってもＧＩ比率を増加できないという課題がある。

さらに、従来、モータ電流制限警報（ＡＮＮ）の発生を防止するため、制御プログラムによって火炉ホッパダンパの開度に上限値を設定して燃焼排ガスの再循環量を制限するようにしているものの、経年変化等に応じてボイラー装置の燃焼状態が変化すると、再熱器における熱吸収量が変化する。そして、このような熱吸収量の変化に対処するためには、つまり、再熱蒸気温度を精度よく制御するためには、制御プログラムを変更して火炉ホッパダンパ上限値を変更しなければならないという課題がある。

従って、本発明の目的は、窒素酸化物濃度の上昇を抑えて、精度よく再熱蒸気温度を制御することのできる再熱蒸気温度制御方法及び再熱蒸気温度管理システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、経年変化による制御プログラムの変更を低減することのできる再熱蒸気温度制御方法及び再熱蒸気温度管理システムを提供することにある。

本発明は、火炉が規定されたボイラー装置と、前記火炉の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する火力発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を制御するための再熱蒸気温度制御方法であって、前記火力発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環するための再循環通路と、前記再循環通路に配置され前記燃焼排ガスを前記火炉の底部に供給する再循環送風機と、前記火炉と前記再循環送風機との間で前記再循環通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの再循環量を規制する再循環量規制部とが備えられており、前記再循環通路内の計測圧力と前記再循環通路内の設定圧力との偏差を第１の偏差として求める第１のステップと、前記再循環送風機に流れる電流値を計測した結果得られる計測電流値が前記再循環送風機の許容電流値未満に設定された電流制限値を越えたか否かを判定して、前記計測電流値が前記電流制限値を越えた際、前記第１の偏差に基づいて前記再循環送風機へ流す電流値を規制することを指令する電流制御動作信号を生成する第２のステップと、前記電流制御動作信号が生成されると前記再循環量規制部による前記燃焼排ガスの再循環量を予め定められた再循環閾値量以下とする第３のステップと、前記計測電流値が前記許容電流値未満で前記電流制限値を越える所定の電流値となると電流制限警報を生成する第４のステップとを有することを特徴とするものである。

本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第２のステップが、前記計測電流値と前記電流制限値との偏差を第２の偏差として求める第１のサブステップと、前記第１の偏差に応じて得られた第１の積分値と前記第２の偏差に応じて得られた第２の積分値とを比較してその値が小さい方を選択して選択信号とする第２のサブステップと、前記第１の偏差と前記選択信号によって示される値との差が予め規定された範囲から外れると前記電流制御動作信号を生成する第３のサブステップとを有し、前記第４のステップでは、前記第２の偏差が予め規定された電流閾値となると前記電流制限警報を生成することを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記火力発電システムが、前記再循環通路において前記再循環送風機の上流側に配置され前記再循環送風機が吸引する前記燃焼排ガスの流量を規制する流量規制部を備え、さらに前記選択信号に応じて前記流量規制部を制御する第５のステップを有することを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記第３のステップでは前記再循環量規制部による再循環量を再循環量下限値と再循環量上限値との間に制御し、前記電流制御動作信号が生成されるとその時点における前記再循環量に応じて前記再循環閾値量を規定するようにしたことを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度制御方法は、前記火力発電システムが、前記燃焼排ガスを前記火炉に供給される燃焼用空気と混合するため前記燃焼排ガスを前記火炉に供給するための燃焼排ガス供給通路と、該燃焼排ガス供給通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの供給量を規制する供給量規制部とを備え、前記燃焼用空気に前記燃焼排ガスを混合する割合を示すＧＩ比率に応じて前記供給量規制部を制御する第６のステップと、前記電流制限警報が生成された時点における前記供給量規制部で規制される供給量に応じた供給閾値量以下に前記供給量規制部を制御する第７のステップとを有することを特徴とする。

また、本発明は、火炉が規定されたボイラー装置と、前記火炉の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する火力発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を管理するための再熱蒸気温度管理システムであって、前記火力発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環するための再循環通路と、前記再循環通路に配置され前記燃焼排ガスを前記火炉の底部に供給する再循環送風機と、前記火炉と前記再循環送風機との間で前記再循環通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの再循環量を規制する再循環量規制部とが備えられており、前記再循環通路内の計測圧力と前記再循環通路内の設定圧力との偏差を第１の偏差として求める第１の偏差算出手段と、前記再循環送風機に流れる電流値を計測した結果得られる計測電流値が前記再循環送風機の許容電流値未満に設定された電流制限値を越えたか否かを判定して、前記計測電流値が前記電流制限値を越えた際、前記第１の偏差に基づいて前記再循環送風機へ流す電流値を規制することを指令する電流制御動作信号を生成する電流制御動作信号生成手段と、前記電流制御動作信号が生成されると前記再循環量規制部による前記燃焼排ガスの再循環量を予め定められた再循環閾値量以下とする再循環量管理手段と、前記計測電流値が前記許容電流値未満で前記電流制限値を越える所定の電流値となると電流制限警報を生成する電流制限警報生成手段とを有することを特徴とするものである。

本発明による再熱蒸気温度管理システムは、前記電流制御動作信号生成手段が、前記計測電流値と前記電流制限値との偏差を第２の偏差として求める第２の偏差算出手段と、前記第１の偏差に応じて得られた第１の積分値と前記第２の偏差に応じて得られた第２の積分値とを比較してその値が小さい方を選択して選択信号とする選択信号生成手段と、前記第１の偏差と前記選択信号によって示される値との差が予め規定された範囲から外れると前記電流制御動作信号を生成する比較生成手段とを備え、前記電流制限警報生成手段は、前記第２の偏差が予め規定された電流閾値となると前記電流制限警報を生成することを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度管理システムは、前記火力発電システムが、前記再循環通路において前記再循環送風機の上流側に配置され前記再循環送風機が吸引する前記燃焼排ガスの流量を規制する流量規制部を備え、さらに前記選択信号に応じて前記流量規制部を制御する流量規制部制御手段を有することを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度管理システムは、前記再循環量管理手段が、前記再循環量規制部による再循環量を再循環量下限値と再循環量上限値との間に制御し、前記電流制御動作信号が生成されるとその時点における前記再循環量に応じて前記再循環閾値量を規定するようにしたことを特徴とする。

本発明による再熱蒸気温度管理システムは、前記火力発電システムが、前記燃焼排ガスを前記火炉に供給される燃焼用空気と混合するため前記燃焼排ガスを前記火炉に供給するための燃焼排ガス供給通路と、該燃焼排ガス供給通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの供給量を規制する供給量規制部とを備え、前記燃焼用空気に前記燃焼排ガスを混合する割合を示すＧＩ比率に応じて前記供給量規制部を制御し、前記電流制限警報が生成された時点における前記供給量規制部で規制される供給量に応じた供給閾値量以下に前記供給量規制部を制御する供給量規制部制御手段を有することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、計測電流値が再循環送風機の許容電流値未満に設定された電流制限値を越えたか否かを判定し、計測電流値が前記電流制限値を越えた際、第１の偏差に基づいて電流制御動作信号を生成して、電流制御動作信号が生成されると再循環量規制部による燃焼排ガスの再循環量を予め定められた再循環閾値量以下とし、さらに、計測電流値が許容電流値未満で電流制限値を越える所定の電流値となると電流制限警報を生成するようにしたので、経年変化等によってボイラー装置の熱吸収バランスが変化しても、許容電流値にみあった経済的な運転を行って精度よく再熱蒸気温度の制御を行うことができ、しかも、経年変化等に起因する制御プログラムの変更を低減することができるという効果がある。

また、本発明によれば、第１の偏差に応じて得られた第１の積分値と第２の偏差に応じて得られた第２の積分値とのうち小さい方を選択した選択信号に応じて流量規制部を制御するようにしたので、電流値を許容電流値未満に抑えて、精度よく再熱蒸気温度の制御を行うことができるという効果がある。

本発明によれば、再循環量規制部による再循環量を再循環量下限値と再循環量上限値との間に制御し、電流制御動作信号が生成されるとその時点における再循環量に応じて再循環閾値量を規定するようにしたので、再循環送風機の許容電流値に応じて経済的に再熱蒸気温度制御を行うことができるという効果がある。

さらに、本発明によれば、ＧＩ比率に応じて供給量規制部を制御し、電流制限警報が生成された時点における供給量規制部で規制される供給量に応じた供給閾値量以下に供給量規制部を制御するようにしたので、窒素酸化物を低減させて、しかも精度よく再熱蒸気温度を制御できるという効果がある。

次に本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法の一例について説明する。図１を参照して、図１は本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御方法が適用される火力発電所（火力発電プラント）で用いられるボイラー装置の一例を示す図であり、ボイラー装置１１には、火炉（燃焼室）１２が規定されており、燃焼室１２に連続する煙道（燃焼排ガス路）１３には順次下流側に向かって２次過熱器１４、２次再熱器１５、１次過熱器１６、１次再熱器１７、及び節炭器（図示せず）が配設されている。そして、煙道１３は脱硝装置、空気予熱器、電気集塵器、及び脱硫装置を介して煙突（ともに図示せず）に繋がっている。

一方、１次再熱器１７の下流側において煙道１３には排ガス再循環ダクト（再循環通路）１８が連結され、この排ガス再循環ダクト１８は燃焼室１２の底部に連結されている。そして、排ガス再循環ダクト１８には排ガス再循環ファン（再循環送風機：ＧＲＦ）１９が配置されるとともに、燃焼室１２の底部付近において火炉ホッパダンパ（再循環量規制部）２０が配設されている。さらに、ＧＲＦ１９の上流側において、排ガス再循環ダクト１８には、ＧＲＦ入口ダンパ（流量規制部）２１が配設されている。

さらに、ＧＲＦ１９と火炉ホッパダンパ２０との間において、排ガス再循環ダクト１８には分岐ダクト（燃焼排ガス供給通路）２２が連結され、この分岐ダクト２２は燃焼室１２に達しており、後述する燃焼用空気と燃焼排ガスとが混合される。分岐ダクト２２には排ガス混合ファン（ＧＲＢＦ）２３が配置され、さらに、ＧＲＢＦ２３の上流側には、ＧＲＢＦ入口ダンパ（供給量規制部）２４が配設されている。

燃焼室１２には空気予熱器で予熱された燃焼用空気が通風ダクト２６を介して供給され、図示しない燃料供給管から供給される燃料が燃焼室１２で燃焼する。前述の節炭器には、復水器（図示せず）から復水（水）が供給され、この節炭器を通過した水は、燃焼室１２の壁に形成された水壁管２５を通って、１次過熱器１６に供給され、ここで１次過熱されて１次過熱蒸気となる。そして、１次過熱蒸気は２次過熱器１４に送られて、ここで２次過熱されて２次過熱蒸気として高圧タービン（図示せず）に送られて、ここで仕事をする。

高圧タービンを通過した蒸気は、１次再熱器１７で再加熱された後、２次再熱器１５で再度再加熱されて、再熱蒸気として中圧タービン（図示せず）に送られて、ここで仕事をした後、低圧タービン（図示せず）に送られる。そして、タービン（高圧タービン〜低圧タービン）の駆動によって、発電機が駆動されて発電が行われる。なお、低圧タービンを通過した蒸気は復水器で復水されることになる。

ところで、燃焼排ガスの一部はＧＲＦ１９によって排ガス再循環ダクト１８に取り込まれ、火炉ホッパダンパ２０によってその流量が規制されつつ、燃焼室１２の底部に送り込まれる。この際、ＧＲＢＦ２３によって分岐ダクト２２を介して燃焼排ガスが燃焼室１２に送られる。そして、後述するようにして、ＧＲＦ入口ダンパ２１、火炉ホッパダンパ２０、及びＧＲＢＦ入口ダンパ２４が制御されるとともに、ＧＲＦを駆動するＧＲＦモータ（図示せず）を流れる電流によって制御されて、再熱蒸気温度制御が行われる。

なお、ＧＲＢＦ２３によって燃焼排ガスの一部を燃焼室１２に取り込んで燃焼用空気と混合することによって、燃焼改善が図られ、燃焼の際発生する窒素酸化物を低減することができる。また、ＧＲＦ入口ダンパ２１はＧＲＦ１９の出口ドラフト（圧力）を設定値に調整するために用いられ、燃焼室１２から高温ガスがＧＲＦ１９側に逆流しないように、ＧＲＦ１９の出口ドラフトが燃焼室１２の圧力よりも高くなるようにしている。

さらに、火炉ホッパダンパ２０は再熱蒸気温度を調整するために用いられ、ＧＲＢＦ入口ダンパ２４は、燃焼用空気に混合する燃焼排ガスの割合を調整して、燃焼速度を遅くし、燃焼に起因する窒素酸化物の発生を抑制するためのものである。

ここで、図２を参照して、本発明の実施の形態による再熱温度制御方法で用いられる制御系について説明する。図示のように、制御装置３１には、設定器３２、圧力計３４、モータ電流計３５、及び燃焼用空気流量計３６が接続されており、設定器３２からは、再熱蒸気温度設定値、ＧＲＦ出口ドラフト（圧力）設定値、及びＧＩ比率設定値が設定され、ＧＲＦモータ電流制限値、火炉ホッパダンパ下限値（開度下限値）、火炉ホッパダンパ上限値（開度上限値）については制御装置３１内で設定される。

圧力計３４はＧＲＦ出口のドラフトを計測し、ＧＲＦ出口ドラフト値として制御装置３１に与える。モータ電流計３５はＧＲＦモータに流れる電流を計測して、ＧＲＦモータ電流値として制御装置３１に与える。また、燃焼用空気流量計３６は燃焼室１２に送られる燃焼用空気の流量を計測して、空気流量として制御装置３１に与える。そして、制御装置３１はこれら計測値及び設定値に応じて、後述するようにして、火炉ホッパダンパ２０、ＧＲＦ入口ダンパ２１、及びＧＲＢＦ入口ダンパ２４を制御する。

なお、図２において、火炉ホッパダンパ２０、ＧＲＦ入口ダンパ２１、及びＧＲＢＦ入口ダンパ２４をそれぞれ駆動するモータ（例えば、ステッピングモータ）は省略されているが、制御装置３１はこれらモータを駆動制御して、火炉ホッパダンパ２０、ＧＲＦ入口ダンパ２１、及びＧＲＢＦ入口ダンパ２４の開度を調整することになる。

ここで、図３を参照して、制御装置３１の制御動作について説明する。ＧＲＦ出口ドラフト設定値及びＧＲＦ出口ドラフト値は減算器（ＳＵＢ）４１に与えられて、ここでＧＲＦ出口ドラフト設定値とＧＲＦ出口ドラフト値との偏差が求められて、ドラフト偏差（第１の偏差）として比例積分器（ＰＩＦ）４２に入力される。そして、ＰＩＦ４２ではドラフト偏差を比例積分して、つまり、ドラフト偏差がゼロとなるまで比例積分を実行しつつ、その出力信号（第１のＰＩＦ出力信号（第１の積分値））を単純低値選択ゲート（ＬＳＧ）４３及びモータリレー（ＭＲ）４４に与える。

また、ＧＲＦモータ電流制限値（例えば７３．７Ａ；この電流値は許容電流値未満である）及びＧＲＦモータ電流値が減算器（ＳＵＢ）４５に与えられて、ここでＧＲＦモータ電流制限値とＧＲＦモータ電流値との偏差が求められて、モータ電流偏差（第２の偏差）としてＰＩＦ４６及び下側判定器（ＬＣＫ）４７に与えられる。そして、ＰＩＦ４６はモータ電流偏差の偏差がゼロとなるまで比例積分を実行しつつ、その出力信号（第２のＰＩＦ出力信号（第２の積分値））をＬＳＧ４３に与える。

ＬＳＧ４３は第１及び第２のＰＩＦ出力信号のうちその値が低い方を選択信号として出力するが、通常、ＬＳＧ４３は第１のＰＩＦ出力信号を選択し、第１のＰＩＦ出力信号に応じてＧＲＦ入口ダンパ２１の開度が制御される。つまり、ドラフト偏差（ＧＲＦドラフト設定値−ＧＲＦドラフト値）に応じて、ＧＲＦ入口ダンパ２１の開度が調整されることになり、ドラフト偏差がゼロとなるまでＧＲＦ入口ダンパ２１の開度が調整される。

一方、モータ電流偏差（ＧＲＦモータ電流値−ＧＲＦモータ電流制限値）がゼロを越えると、第２のＰＩＦ出力信号がＬＳＧ４３によって選択され、その結果、ＬＳＧ４３の出力信号は増加しなくなり、ＧＲＦ入口ダンパ２１の開度はその位置で固定される。なお、ＬＳＧ４３の出力信号はＭＲ４４に与えられる。

前述したように、モータ電流偏差がＬＣＫ４７に与えられており、ＬＣＫ４７には、予め下限閾値（ＬＣＫ下限閾値（例えば、−３Ａ））が設定され、例えば、モータ電流偏差＜下限閾値であると、ＬＣＫ４７は、論理”０”（オフ）の出力信号を出力し、モータ電流偏差≧下限閾値であると、ＬＣＫ４７は論理”１”（オン）の出力信号を出力する。ここでは、論理”１”の出力信号がＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮとなる。つまり、ＬＣＫ４７は、ＧＲＦモータ電流値がモータ電流制限値を越えてモータ電流許容値未満である所定の電流値となった時点で、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮを出力する。言い換えると、モータ電流偏差が予め規定された電流閾値となると。ＬＣＫ４７はＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮを出力する。（つまり、この場合はＬＣＫ設定値が−３Ａなので、ＧＲＦモータ電流制限値が７３．７Ａであるとすれば、ＧＲＦモータ電流値が７６．７Ａになると電流制限ＡＮＮが発生することになる。）

ＭＲ４４には、下限値（ＭＲ下限値）及び上限値（ＭＲ上限値）が設定されており、いま、第１のＰＩＦ出力信号及びＬＳＧ４３の出力信号をそれぞれＸ１及びＸ２で表すと、（Ｘ１−Ｘ２）の絶対値がＭＲ上限値より大きいか又はＭＲ下限値未満である場合、ＭＲ４４は論理”１”の出力信号を出力する。一方、ＭＲ下限値≦（Ｘ１−Ｘ２）の絶対値≦ＭＲ上限値である際には、ＭＲ４７は論理”０”の出力信号を出力する。ここでは、論理”１”の出力信号がＧＲＦモータ電流制御動作信号となる。

つまり、前述したように、ＧＲＦモータ電流がＧＲＦモータ電流制限値（例えば、７３．７Ａ）以上となると、ＬＳＧ４３の出力信号は、ドラフト偏差に拘わらず固定されることなり、その結果、第１のＰＩＦ出力信号が増加しても、ＬＳＧ４３の出力信号は増加しなくなり、第１のＰＩＦ出力信号とＬＳＧ４３の出力信号との間に差が生じる。そして、この差が所定の範囲（ＭＲ上限値とＭＲ下限値とによって規定される範囲）から外れると、ＭＲ４４は、ＧＲＦモータ電流制御動作信号を出力する。

続いて、図４を参照して、前述の火炉ホッパダンパ操作指令（この火炉ホッパダンパ操作指令は火炉ホッパダンパ上限値と火炉ホッパダンパ下限値との間に設定される設定値である）と火炉ホッパダンパ下限値とが単純高値選択ゲート（ＨＳＧ）４８に与えられ、ＨＳＧ４８は、火炉ホッパダンパ操作指令及び火炉ホッパダンパ下限値のうちその値が高い方を選択する。ここでは、火炉ホッパダンパ操作指令＞火炉ホッパダンパ下限値であるので、ＨＳＧ４８は火炉ホッパダンパ操作指令を選択して、ＬＳＧ４９に与える。

このＬＳＧ４９には、火炉ホッパダンパ上限値が与えられており、ＬＳＧ４９はその値が低い方を選択する。つまり、火炉ホッパダンパ操作指令＜火炉ホッパダンパ上限値であるので、ＬＳＧ４９は火炉ホッパダンパ操作指令を選択してＬＳＧ５０及び保持回路（ＨＯＬＤ）５１に出力する。

ＨＯＬＤ５１には、ＧＲＦモータ電流制御動作信号が制御信号として与えられる。ＨＯＬＤ５１は、ＧＲＦモータ電流制御動作信号が与えられると、その直前の入力信号（ＬＳＧ４９の出力信号）を保持する。つまり、ＧＲＦモータ電流制御動作信号が論理”０”から論理”１”に変化する直前におけるＬＳＧ４９の出力信号を保持する。一方、ＧＲＦモータ電流制御動作信号が与えられない場合には、ＨＯＬＤ５１はＬＳＧ４９の出力信号に追従した出力信号を出力する。

ＨＯＬＤ５１の出力信号はＬＳＧ５０に与えられており、ＬＳＧ５０はＬＳＧ４９の出力信号とＨＯＬＤ５１の出力信号とのうちその値が低い方を選択するから、ＧＲＦ電流制御動作信号がＨＯＬＤ５１に与えられる前においては、ＬＳＧ５０は、ＬＳＧ４９の出力信号、つまり、火炉ホッパダンパ操作指令を出力して、火炉ホッパダンパ２０の開度を火炉ホッパダンパ操作指令で規定される開度とする。

一方、ＧＲＦ電流制御動作信号がＨＯＬＤ５１に与えられると、ＨＯＬＤ５１はその直前におけるＬＳＧ４９の出力信号（ＨＯＬＤ信号）を保持して出力するから、あたかもＨＯＬＤ５１のＨＯＬＤ信号が開度閾値（再循環閾値量）となって、ＬＳＧ５０の出力信号はこの開度閾値以上に増加しない。つまり、火炉ホッパダンパ２０は、ＨＯＬＤ信号で規定される開度閾値以上には開かれないことになる（火炉ホッパダンパ２０の開度は、ＨＯＬＤ信号で規定される開度閾値以上には増加しない）。

図５を参照すると、前述のＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮ（７６．７Ａ）が出力されている場合は、インバータゲート（ＮＯＴ）５４に入力されて、ここで反転される（つまり、ここでは、論理”０”の信号となる）。そして、論理”０”のＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮはアンドゲート（ＡＮＤ）５５に与えられる。

前述したように、制御装置３１にはＧＩ比率設定値が与えられており、いま、ＧＩ比率設定値を増加させる指令（ＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増）が与えられると、このＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増は、ＡＮＤ５５に与えられる。前述のように、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが出力されている状態では、ＡＮＤ５５には論理”０”の信号が入力されているから、ＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増に拘わらず、ＡＮＤ５５の出力信号は論理”０”となる。つまり、ＡＮＤ５５はＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増を受け付けない状態となる。

一方、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが出力されていない状態では、ＡＮＤ５５には論理”１”の信号が入力されているから、ＡＮＤ５５の出力信号はＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増となる。つまり、ＡＮＤ５５はＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増を受け付ける状態となる。

アナログメモリ（ＡＭ）５６には、別にＧＩ比率設定値が与えられており（設定されており）、ＡＮＤ５５が出力信号として、ＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増を出力している際には、ＡＭ５６は、その増減で規定される比率でＧＩ比率設定値を変化させて出力する。一方、ＡＮＤ５５の出力信号が論理”０”である際には、ＡＭ５６はＧＩ比率設定値を出力する。

ＡＭ５６の出力信号（以下この出力信号を単にＧＩ比率と呼ぶ）は、補正付乗算器（ＭＬ）５２に与えられ、さらにＭＬ５２には、空気流量が与えられ、空気流量にＧＩ比率を補正係数として乗算して、乗算信号を出力する。そして、この乗算信号はＬＳＧ５３に与えられる。

図５に示すように、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが制御信号としてアナログスイッチ（ＡＳＷ）５８に与えられ、このＡＳＷ５８には入力信号として、ＬＳＧ５３の出力信号及び信号発生器（ＳＧ）５７の出力信号が与えられている。そして、ＡＳＷ５８は、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮに応じてこれら２つの出力信号を切り替えて出力する。

ＳＧ５７は予め設定された定数信号を出力しており、図示の例では、空気流量１００％を表す一定の信号を出力している。ＡＳＷ５８では、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮを受けないと、ＳＧ５７の出力、つまり、定数信号をＬＳＧ５３に与える。一方、ＧＲＦ電流制限ＡＮＮを受けると、ＡＳＷ５８は、ＬＳＧ５３の出力信号を出力する。

ＬＳＧ５３は、２つの入力信号のうちその値が低い方を選択するから、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが発生していない場合には、乗算信号を選択する（この乗算信号は、前述したように、ＧＩ比率設定Ｓ／Ｓ増で規定された比率でＧＩ比率設定値を増加させた値を補正係数として空気流量に乗算した値を示している）。そして、この乗算信号がＧＲＢＦ入口ダンパ制御信号となってＧＲＢＦ入口ダンパ２４の開度が調整されることになる。

一方、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが発生していると、当該ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが発生した時点におけるＬＳＧ５３の出力信号（ＬＳＧ出力信号）が、ＡＳＷ５８によって出力されることになり、このＬＳＧ出力信号があたかも上限閾値（供給閾値量）となってＬＳＧ５３の出力を規制することになる。

言い換えると、乗算信号で示す流量が増加したとしても、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが発生した時点におけるＬＳＧ５３の出力信号で規定される上限閾値以下にＬＳＧ５３の出力信号が抑えられることになる。従って、ＬＳＧ５３の出力信号をＧＲＢＦ入口ダンパ制御信号としてＧＲＢＦ入口ダンパ２４の開度を制御した際には、ＧＲＢＦ入口ダンパ２４の開度は上記の上限閾値で規制され、開度の増加が阻止されることになる。

なお、上述の実施の形態においては、図３〜図５に示すように、制御装置３１のハードウェア構成に基づいてその制御動作を説明したが、制御装置３１をコンピュータシステムで構成して、このコンピュータシステム上で動作する制御プログラム等のソフトウェアで上述の各種制御動作を実現することができる。

このようにして、上述の実施の形態では、ＧＲＦモータ電流制限値（例えば、７３．７Ａ）を、ＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮが出力される電流値（例えば、７６．７Ａ）よりも低く設定し、ＧＲＦ出口ドラフト設定値とＧＲＦ出口ドラフト値とのドラフト偏差及びＧＲＦモータ電流制限値とＧＲＦモータ電流値との電流偏差に応じてＧＲＦモータ電流制御動作信号を生成し、このＧＲＦモータ電流制御動作信号に応じて火炉ホッパダンパの開度を規制するようにしたので、経年変化等によってボイラー装置の熱吸収バランスが変化しても、許容電流値にみあった経済的な運転を行いつつ、再熱蒸気温度制御を行うことができる。

また、上述の実施の形態では、電流偏差に応じてＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮを生成し、このＧＲＦモータ電流制限ＡＮＮによってＧＲＢＦ入口ダンパの開度を規制するようにしたので、窒素酸化物濃度を低減しつつ、再熱蒸気温度制御を行うことができるという効果がある。

なお、上述の説明から明らかなように、ＳＵＢ４１が第１の偏差算出手段として機能し、ＳＵＢ４５、ＬＳＧ４３、及びＭＲ４４が集合的に電流制御動作信号生成手段として機能し、ＬＳＧ４３は単独で流量規制部制御手段として機能する。また、ＨＳＧ４８、ＬＳＧ４９及び５０、及びＨＯＬＤ５１が集合的に再循環量管理手段として機能し、ＬＣＫ４７が電流制限警報生成手段として機能する。さらに、ＭＬ５２、ＬＳＧ５３、ＮＯＴ５４、ＡＮＤ５５、ＡＭ５６、ＳＧ５７、及びＡＳＷ５８が集合的に供給量規制部制御手段として機能することになる。

本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御が適用される火力発電システムで用いられるボイラー装置の一例を示す図である。本発明の実施の形態による再熱蒸気温度制御で用いられる制御系の一例を示すブロック図である。図１に示すＧＲＦ入口ダンパの制御（ＧＲＦ出口ドラフト制御）を説明するためのブロック図である。図１に示す火炉ホッパダンパの制御（再熱蒸気温度制御）を説明するためのブロック図である。図１に示すＧＲＢＦ入口ダンパの制御（燃焼改善ＮＯＸ削減用）を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１１ボイラー装置
１２燃焼室
１３煙道
１４２次過熱器
１５２次再熱器
１６１次過熱器
１７１次再熱器
１８排ガス再循環ダクト
１９排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）
２０火炉ホッパダンパ
２１ＧＲＦ入口ダンパ
２２分岐ダクト
２３排ガス混合ファン（ＧＲＢＦ）
２４ＧＲＢＦ入口ダンパ
２５水壁管

Claims

火炉が規定されたボイラー装置と、前記火炉の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する火力発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を制御するための再熱蒸気温度制御方法であって、
前記火力発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環するための再循環通路と、前記再循環通路に配置され前記燃焼排ガスを前記火炉の底部に供給する再循環送風機と、前記火炉と前記再循環送風機との間で前記再循環通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの再循環量を規制する再循環量規制部とが備えられており、
前記再循環通路内の計測圧力と前記再循環通路内の設定圧力との偏差を第１の偏差として求める第１のステップと、
前記再循環送風機に流れる電流値を計測した結果得られる計測電流値と前記再循環送風機の許容電流値未満に設定された電流制限値との偏差を第２の偏差として求め、前記第１の偏差に応じて得られた第１の積分値と前記第２の偏差に応じて得られた第２の積分値とを比較してその値が小さい方を選択して選択信号とし、前記第１の偏差と前記選択信号によって示される値との差が予め規定された範囲から外れると、前記再循環送風機へ流す電流値を規制することを指令する電流制御動作信号を生成する第２のステップと、
前記再循環量規制部による再循環量を再循環量下限値と再循環量上限値との間に制御し、前記電流制御動作信号が生成されるとその時点における前記再循環量に応じて前記再循環量規制部による前記燃焼排ガスの再循環量を予め定められた再循環閾値量以下に規定する第３のステップと、
前記計測電流値が前記許容電流値未満で前記電流制限値を越える所定の電流値となると電流制限警報を生成する第４のステップとを有することを特徴とする再熱蒸気温度制御方法。
前記第４のステップでは、前記第２の偏差が予め規定された電流閾値となると前記電流制限警報を生成することを特徴とする請求項１記載の再熱蒸気温度制御方法。
前記火力発電システムは、前記再循環通路において前記再循環送風機の上流側に配置され前記再循環送風機が吸引する前記燃焼排ガスの流量を規制する流量規制部を備え、
さらに前記選択信号に応じて前記流量規制部を制御する第５のステップを有することを特徴とする請求項２記載の再熱蒸気温度制御方法。
前記火力発電システムは、前記燃焼排ガスを前記火炉に供給される燃焼用空気と混合するため前記燃焼排ガスを前記火炉に供給するための燃焼排ガス供給通路と、該燃焼排ガス供給通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの供給量を規制する供給量規制部とを備え、
前記燃焼用空気に前記燃焼排ガスを混合する割合を示すＧＩ比率に応じて前記供給量規制部を制御する第６のステップと、
前記電流制限警報が生成された時点における前記供給量規制部で規制される供給量に応じた供給閾値量以下に前記供給量規制部を制御する第７のステップとを有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の再熱蒸気温度制御方法。
火炉が規定されたボイラー装置と、前記火炉の燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス路内に配設された過熱器及び再熱器と、前記過熱器から得られる過熱蒸気によって駆動されるとともに、前記過熱蒸気が仕事した後に得られる蒸気を前記再熱器で再加熱して得られた再熱蒸気で駆動されるタービンと、該タービンの駆動によって駆動される発電機とを有する火力発電システムで用いられ、前記再熱蒸気の温度を管理するための再熱蒸気温度管理システムであって、
前記火力発電システムには前記燃焼排ガスを前記火炉に再循環するための再循環通路と、前記再循環通路に配置され前記燃焼排ガスを前記火炉の底部に供給する再循環送風機と、前記火炉と前記再循環送風機との間で前記再循環通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの再循環量を規制する再循環量規制部とが備えられており、
前記再循環通路内の計測圧力と前記再循環通路内の設定圧力との偏差を第１の偏差として求める第１の偏差算出手段と、
前記再循環送風機に流れる電流値を計測した結果得られる計測電流値と前記再循環送風機の許容電流値未満に設定された電流制限値との偏差を第２の偏差として求め、前記第１の偏差に応じて得られた第１の積分値と前記第２の偏差に応じて得られた第２の積分値とを比較してその値が小さい方を選択して選択信号とし、前記第１の偏差と前記選択信号によって示される値との差が予め規定された範囲から外れると、前記再循環送風機へ流す電流値を規制することを指令する電流制御動作信号を生成する電流制御動作信号生成手段と、
前記再循環量規制部による再循環量を再循環量下限値と再循環量上限値との間に制御し、前記電流制御動作信号が生成されるとその時点における前記再循環量に応じて前記再循環量規制部による前記燃焼排ガスの再循環量を予め定められた再循環閾値量以下に規定する再循環量管理手段と、
前記計測電流値が前記許容電流値未満で前記電流制限値を越える所定の電流値となると電流制限警報を生成する電流制限警報生成手段とを有することを特徴とする再熱蒸気温度管理システム。
前記電流制限警報生成手段は、前記第２の偏差が予め規定された電流閾値となると前記電流制限警報を生成することを特徴とする請求項５記載の再熱蒸気温度管理システム。
前記火力発電システムは、前記再循環通路において前記再循環送風機の上流側に配置され前記再循環送風機が吸引する前記燃焼排ガスの流量を規制する流量規制部を備え、
さらに前記選択信号に応じて前記流量規制部を制御する流量規制部制御手段を有することを特徴とする請求項６記載の再熱蒸気温度管理システム。
前記火力発電システムは、前記燃焼排ガスを前記火炉に供給される燃焼用空気と混合するため前記燃焼排ガスを前記火炉に供給するための燃焼排ガス供給通路と、該燃焼排ガス供給通路に配置され前記火炉に供給する前記燃焼排ガスの供給量を規制する供給量規制部とを備え、
前記燃焼用空気に前記燃焼排ガスを混合する割合を示すＧＩ比率に応じて前記供給量規制部を制御し、前記電流制限警報が生成された時点における前記供給量規制部で規制される供給量に応じた供給閾値量以下に前記供給量規制部を制御する供給量規制部制御手段を有することを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の再熱蒸気温度管理システム。