JPH11304143A

JPH11304143A - ボイラ燃料混合制御装置

Info

Publication number: JPH11304143A
Application number: JP10113508A
Authority: JP
Inventors: Yukio Miyama; 幸穂深山; Katsumi Shimodaira; 克己下平; Yoshio Murakami; 義雄村上; Shunichi Tsumura; 俊一津村
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】多様な燃料を混合して経済的に良好なボイラ
の運転性能を実現するに好適なボイラ燃料混合制御装
置。【解決手段】バーナ４を設けた火炉７と、火炉を取り
囲む水冷壁１２と、水冷壁で発生した蒸気を火炉の排ガ
ス流路中で過熱する過熱器１８と、を備えたボイラ装置
であって、水冷壁と過熱器とにおける熱交換量について
の割合を検知する検知手段と、燃焼速度の異なる複数の
燃料を供給する複数の燃料供給手段５５，５６と、燃料
供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節する燃料調
節手段５１，５２と、燃料調節手段で調節された複数の
燃料を混合し且つバーナに供給する混合手段と、を有
し、水冷壁の熱交換量の過熱器に対する相対割合の増加
または減少を検知手段により検知し、検知に基づいて複
数燃料の流量調節を行うことによって、燃焼速度の大な
る燃料の混合割合をそれぞれ減少または増加するボイラ
燃料混合制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ制御装置に係
わり、特に多様な燃料を混合して経済的に良好なボイラ
の運転性能を実現するに好適なボイラ燃料混合制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来技術による貫流ボイラ装置本
体である。燃料ライン１の流量は流量調節手段２で流量
を加減される。前記流量調節手段２は液体燃料であれば
弁開度、気体燃料であればダンパ開度、石炭であれば石
炭粉砕機へのベルトコンベア速度等を調節し、制御装置
からの指令１０７に燃料流量を追従させる。前記燃料は
火炉７中に設けられたバーナ４で燃焼させる。このとき
燃焼用空気は空気ライン５から通風機６を介してエアレ
ジスタ８から炉内に供給する。

【０００３】一方、給水ライン１０からポンプ１１を介
して給水は主として火炉を取り囲む水壁１２に供給さ
れ、前記水壁中で蒸気に変わる。水壁の一部は格子上の
スクリーン１３となって、その間を火炉排ガス９が通過
する。水壁で発生した蒸気は火炉上部や天井の水壁内を
通過する間に過熱され、その温度は温度検出器１４で計
測される。その後、前記蒸気は減温器１５で注水１７と
混合され、その際、注水弁１７で注水量を加減する。

【０００４】さらに、前記蒸気は過熱器１８で昇温し、
その際の過熱ガス量はガスダンパ１９で加減される。過
熱器１８を出た蒸気は温度検出器２０で温度を計測され
た後、主蒸気ライン２１を経て高圧タービン２２に供給
される。タービン２２で仕事をして膨張した蒸気は低温
再熱蒸気ライン２３を経て再熱器２４に入り、再び加熱
され、その際の加熱ガス量はガスダンパ２５で加減され
る。再熱器２４を出た蒸気は高温再熱蒸気ライン２７を
経て低圧タービン２８に供給される。

【０００５】また過熱器１８または再熱器２４を通過し
た排ガスはダンパ２９の開度に応じガス再循環ライン３
０を通り、通風機３１を経て火炉の底に投入される。

【０００６】これは、火炉ガス温度を低下させて火炉水
壁１２の輻射伝熱量を低下させ、一方、過熱器１８や再
熱器２４の通過ガス量を増加させ、前記部位での接触伝
熱を増加させる作用を有する。最後にボイラ排ガスは煙
道３２を経て煙突へ抜ける。

【０００７】図４は、図３に示すボイラ装置に用いる従
来技術による制御装置である。前記制御装置は要約すれ
ば、負荷指令１０１に応じた蒸気流量を発生させるこ
と、および、主蒸気ライン２１と再熱蒸気ライン２７の
蒸気温度を負荷指令１０１に応じた規定温度に維持する
こと、を主眼としている。

【０００８】総燃料指令１０７は、関数要素１０５で負
荷指令１０１に応じて与えられる基本値に、温度検出器
１４で検知した過熱器１８入口の蒸気温度と関数要素１
０２の出力の偏差をＰＩＤ要素１０４を通して得た補正
信号を、加算要素１０６で加えて得られる。言い換えれ
ば、総燃料量指令１０７は負荷指令を基本に給水量や実
際の燃料供給ライン１の流量の変動に係わる火炉・水壁
１２における水燃比の変動をＰＩＤ制御で補正する構成
と言える。

【０００９】ガス再循環ダンパ２９の開度指令１０９は
負荷指令１０１に応じて関数要素１０８で求める。これ
は、ボイラの低負荷帯では相対的に火炉・水壁の熱吸収
量が過大となるため、上述のガス再循環ライン３０のガ
ス量を増加し、輻射伝熱が主体の火炉・水壁１２の熱吸
収を低下させ、接触伝熱が主体の過熱器１８、再過熱器
２４の熱吸収を増加させる作用を有する。

【００１０】主蒸気ライン２１の蒸気温度は指令信号１
２４により注水弁１７を加減して行う。すなわち、関数
要素１２２による基本信号と、温度検出器２０で検知し
た実温度と関数要素１１９による目標値を減算要素１２
０で比較しこれをＰＩＤ要素１２１に与えて得られる補
正信号と、を加算要素１２３で加えて弁１７の指令信号
１２４を得る。このような減温器１５を用いる主蒸気ラ
イン２１の温度調整は速応性もあり、これによるプラン
トのエネルギ変換効率の低下も僅かであるため常套的に
用いられる。

【００１１】再熱蒸気ライン２７の蒸気温度は指令信号
１１６により再熱器２４の加熱ガス量を加減して行う。
すなわち、関数要素１１３による基本信号と、温度検出
器２６で検知した実温度と関数要素１１０による目標値
を減算要素１１１で比較しこれをＰＩＤ要素１１２に与
えて得られる補正信号と、を加算要素１１４で加え、ダ
ンパの開度・流量を補正する関数要素１１５によりダン
パ２５の開度指令信号１１６を得る。

【００１２】このとき関数要素１１７によりダンパ１９
の開度指令１１８を指令１１６と逆方向に動かして再熱
器２４の通過ガス量の調節を支援する。これは過熱器１
８の熱吸収量に外乱を与え、主蒸気ライン２１の温度変
動をもたらすが、上述したスプレ弁１７による減温器１
５への注水量変化で十分吸収できるので問題はない。な
お、再熱蒸気温度制御には他の方法として再熱器への注
水を行う方法も知られているが、これは効率の悪い低圧
タービン２８の蒸気量を増加させ、トータルのエネルギ
変換効率を損なうため、非常用としてのみ用いられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図３のボイラ本体及び
図４のボイラ制御装置は、燃料性状がボイラ本体の設計
値近傍であれば良好に動作する。また、燃料の性状につ
いては、一般に発熱量、燃焼速度、灰の生成量が重要視
され、このうち「発熱量の相違」には運転制御の立場で
は負荷指令に応じてボイラの所要熱量が定まるため、発
熱量に反比例して燃料供給ライン１の流量を加減して対
処できる。しかしながら、「燃焼速度の相違」や「灰付
着による伝熱面の汚れ」は図３、図４のボイラ本体、ボ
イラ制御装置に技術課題をもたらす。

【００１４】ここで、本発明の背景について補足説明を
行う。一般に化石燃料は含有元素のうち炭素分／水素分
の比を考えるとき、前記値が低いほど燃焼速度が大であ
る。また、石炭の場合は、固定炭素／揮発分の比を燃料
比と定義した整理法が用いられ、同様に前記値が低いほ
ど燃焼速度大である。従って、一例を示せば、燃焼速度
が大から小へ並べて、天然ガス、ナフサ、軽油Ａ重油、
Ｃ重油、アスファルト、褐炭、瀝青炭、無煙炭の順にな
る。

【００１５】ことに石炭の場合は、例えば瀝青炭であっ
ても産炭地（銘柄）により燃料比（従って、燃焼速度）
に大きな差があり、また同一銘柄の石炭でも俗に「地層
を噛む」というとおり、鉱脈のどの部分を掘るかによっ
て燃料比は大きくばらつく傾向がある。加えて、灰成分
（シリカ、アルミナ、カルシウム、マグネシウム等）を
多く含有する場合がある。

【００１６】常識的に言って、典型的なボイラの設計値
から燃焼速度がはずれたり、燃焼速度のばらつきが大き
かったり、また灰成分の多い燃料（以下、低品位燃料と
称す）は安価であるが、前記燃料単独ではボイラの運転
が困難になるため、通常は前記欠点の少ない高価な燃料
（以下、高品位燃料と称す）を混合して運転を行ってい
る。

【００１７】そこで、本発明の目的は、可能な限り高品
位燃料の混合を低減して経済的なボイラ運転を実現する
燃料混合制御装置を提供することにあり、以下、具体的
に解決すべき技術課題について説明する。

【００１８】例えば、燃焼速度小の燃料を使用した場
合、火炉内の発熱量の分布は燃焼ガスの流れに沿って後
流側（火炉出口側）に移動し、火炉下部の水壁の熱吸収
量が大きく低下するため、火炉の総熱吸収量が低下す
る。火炉伝熱面が汚れた場合も火炉熱吸収量が低下し、
これらの場合は同一入熱を与えても火炉で熱吸収されに
くいことから火炉排ガス温度が上昇し、後流の過熱器１
８、再熱器２４のガス温度が上昇することにより、これ
らにおける熱吸収量が増加する。

【００１９】逆に、燃焼速度大の燃料を用いた場合や、
伝熱面の汚れが剥離した場合は火炉排ガス温度が低下
し、後流の過熱器１８、再熱器２４熱吸収量が減少する
ことになる。

【００２０】従って、次に列記するような問題が生じ
る。

【００２１】（１）水壁１２の熱吸収量が設計値より大
幅に減少すると、水壁出口の流体のエンタルピが低下
し、極端な場合には水滴を含む湿り蒸気になる場合があ
る。過熱器１８に湿り蒸気を通じることはできないか
ら、このような場合は湿分分離器が必要になる場合があ
る。なお、湿分分離とは、過熱器１８に通じる蒸気量の
減少を意味するから、前記のような場合ではボイラ発生
蒸気の不足をきたすことになる。

【００２２】逆に、水壁１２の熱吸収量が過大になる
と、水壁１２のメタル温度高の状態になって危険であ
る。従来技術ではかかる水壁１２熱吸収量の過不足の事
態をさけるため、常に高品位燃料を大目に使用せざるを
得ない。

【００２３】なお、ボイラは、負荷、蒸気量（給水
量）、燃料量（総熱吸収量）の順で制御するのが前提で
あり、負荷帯毎に総熱吸収量が制御されているという条
件で課題並びにそれへの対処について説明する。

【００２４】（２）過熱器１８の熱吸収増加・減少によ
り注水弁１７の開度を増加・減少する必要がある。これ
らはボイラ水壁１２と過熱器の熱吸収バランスの設計点
からのずれに起因しており、注水弁１７の開度が全開ま
たは全閉近傍で常時運用する事態となりやすい。前記全
開、全閉近傍では、注水弁３６開度の片側の操作余地が
小さく、この状態で何らかの外乱が発生したり、負荷指
令１０１を変化させると、主蒸気ライン２１温度の過渡
的変動に対処できない場合が生じる。従来技術では前記
事態を避けるため、高品位燃料を大目に使用せざるを得
ない。

【００２５】（３）再熱器２４の熱吸収増加・減少によ
り再熱器ガス分配ダンパ２５の開度を減少・増加する必
要がある。これらは再熱器２４の熱吸収量の設計点から
のずれに起因しており、ダンパ２５の開度が全開または
全閉近傍で常時運用する事態となりやすい。前記全開、
全閉近傍では、ダンパ２５開度の片側の操作余地が小さ
く、この状態で何らかの外乱が発生したり、負荷指令１
０１を変化させると、再熱蒸気ライン２７温度の過渡的
変動に対処できない場合が生じる。従来技術では前記事
態を避けるため、高品位燃料を大目に使用せざるを得な
い。

【００２６】（４）水壁１２の熱吸収増加・減少により
ガス再循環ダンパ２９の開度を増加・減少する必要があ
る。これらは水壁１２熱吸収量と過熱器１８および再熱
器２４の熱吸収量のバランスの設計的からのずれに起因
しており、このような場合、従来技術による図４の実施
形態では関数要素１０８を設定変更する必要があり、面
倒である。

【００２７】また、ガス再循環は不足すると火炉７下部
の過熱やバーナ４の燃焼における窒素酸化物の増加を招
きやすく、過剰になりすぎると燃焼が不安定になる場合
が生じるため、前記関数１０８の設定変更は慎重でなけ
ればならず、水壁１２の熱吸収増加・減少に即応的対処
が困難になりやすい。従来技術では前記事態を避けるた
め、高品位燃料を大目に使用せざるを得ない。

【００２８】（５）火炉排ガス９温度が増加すると燃料
中の灰成分の融点を上回り、過熱器１８や再過熱器２４
付近に灰が進入する可能性が高まる。前記灰は火炉７に
落下すれば問題ないが、過熱器１８や再熱器２４付近に
進入すると冷却してその表面に付着し、伝熱性能の大幅
低下や閉塞をきたし、ボイラは概ね運転不可能になる。
従来技術では、前記事態は極めて重大であるので、火炉
排ガス９温度を下げる、燃料中の灰の融点を上げる、ま
たは、灰自体の含有量を減らす、のいずれかの観点で、
十分な余裕に配慮して高品位燃料を大目に使用せざるを
得ない。

【００２９】（６）低品位燃料と高品位燃料を混合する
場合、高品位燃料の割合を可能な限り低減したボイラの
運転が望ましいが、低品位燃料は前述のように性状がば
らつく場合が多く、その最悪の性状を想定して、高品位
燃料を大目に使用せざるを得ない。

【００３０】

【課題を解決するための手段】前記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。

【００３１】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り囲
む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火炉の排
ガス流路中で過熱する過熱器と、を備えたボイラ装置で
あって、前記水冷壁と前記過熱器とにおける熱交換量に
ついての割合を検知する検知手段と、燃焼速度の異なる
複数の燃料を供給する複数の燃料供給手段と、前記燃料
供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節する燃料調
節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を
混合し且つ前記バーナに供給する混合手段と、を有し、
前記水冷壁の熱交換量の前記過熱器に対する相対割合の
増加または減少を前記検知手段により検知し、前記検知
に基づいて前記複数燃料の流量調節を行うことによっ
て、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそれぞれ減少ま
たは増加するボイラ燃料混合制御装置。

【００３２】また、バーナを設けた火炉と、前記火炉を
取り囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火
炉の排ガス流路中で過熱する過熱器と、前記過熱器への
注水量を調節する注水調節手段と、を備えたボイラ装置
であって、前記注水量を検知する検知手段と、燃焼速度
の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給手段と、
前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数
の燃料を混合し且つ前記バーナに供給する混合手段と、
を有し、前記注水量の増加または減少を前記検知手段に
より検知し、前記検知に基づいて前記複数燃料の流量調
節を行うことによって、燃焼速度の大なる燃料の混合割
合をそれぞれ増加または減少するボイラ燃料混合制御装
置。

【００３３】また、バーナを設けた火炉と、前記火炉を
取り囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火
炉の排ガス流路中で過熱する過熱器および再熱器と、前
記再熱器への前記火炉の排ガスの流量配分を調節する流
量配分調節手段と、を備えたボイラ装置であって、前記
再熱器への前記火炉の排ガスの流量配分を検知する検知
手段と、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の
燃料供給手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの
燃料流量を調節する燃料調節手段と、前記燃料調節手段
で調節された複数の燃料を混合し且つ前記バーナに供給
する混合手段と、を有し、前記再熱器への排ガス流量配
分の増加または減少を前記検知手段により検知し、前記
検知に基づいて前記複数燃料の流量調節を行うことによ
って、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそれぞれ減少
または増加するボイラ燃料混合制御装置。

【００３４】また、バーナを設けた火炉と、前記火炉を
取り囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火
炉の排ガス流路中で過熱する過熱器および再熱器と、前
記過熱器および再熱器を通過した排ガスの前記火炉への
再循環量を調節する再循環量調節手段と、を備えたボイ
ラ装置であって、前記再循環量を検知する検知手段と、
燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量
を調節する燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節さ
れた複数の燃料を混合し且つ前記バーナに供給する混合
手段と、を有し、前記再循環量の増加または減少を前記
検知手段により検知し、前記検知に基づいて前記複数燃
料の流量調節を行うことによって、燃焼速度の大なる燃
料の混合割合をそれぞれ減少または増加するボイラ燃料
混合制御装置。

【００３５】また、バーナを設けた火炉と、前記火炉を
取り囲む水冷壁と、前記火炉出口の排ガス温度を計測す
る排ガス温度計測手段と、を備えたボイラ装置であっ
て、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料
供給手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料
流量を調節する燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調
節された複数の燃料を混合し且つ前記バーナに供給する
混合手段と、を有し、前記火炉排ガス温度の増加または
減少を前記排ガス温度計測手段により計測し、前記計測
に基づいて前記複数燃料の流量調節を行うことによっ
て、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそれぞれ増加ま
たは減少するボイラ燃料混合制御装置。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図１
及び図２に基づいて以下説明する。ここで、４はバー
ナ、５は空気ライン、６は通風機、７は火炉、８はエア
レジスタ、９は火炉排ガス、１０は給水ライン、１１は
ポンプ、１２は水壁、１４は温度検出器、１５は減温
器、１７は注水弁、１８は過熱器、１９はガスダンパ、
２０は温度検出器、２１は主蒸気ライン、２２は高圧タ
ービン、２４は再熱器、２５はガスダンパ、２６は温度
検出器、２７は高温再熱蒸気ライン、２８は低圧タービ
ン、２９は再循環ダンパ、３０はガス再循環ライン、３
１は通風機、５１，５２は弁、５３は火炉排ガス温度計
測手段、５４は燃料性状分析器、５５は燃料供給Ａ系ラ
イン、５６は燃料供給Ｂ系ライン、をそれぞれ表す。

【００３７】図１は本発明の実施形態に係る制御装置を
示し、図２は本発明の実施形態のボイラ装置本体を示
す。以下、従来技術による図３のボイラ装置本体と図４
の制御装置と同一部分には同一の番号を付してあり、共
通する構成要素についてはその説明を省略する。ところ
で、図３と図４に図示された全構成が本発明の一つの実
施形態であるとして、まず説明するが、図示の全構成の
内のいくつかの構成要素部分を省いたものも本発明の他
の実施形態を構成するものであるが、これについては後
述する。

【００３８】図２の本実施形態に係るボイラ装置本体の
構成において、従来技術を図示した図３と異なる点は、
燃料供給ラインとして燃焼速度の異なる２種類のライン
をＡ系５５とＢ系５６として設け、対応する燃料流量
を、弁５１と弁５２で個別に調整可能とした点、火炉排
ガス温度計測手段５３を設けた点、バーナ入り口のオン
ライン燃料性状分析器５４を設けた点、の３点である。

【００３９】ここで、計測手段５３は、本出願人による
特開平８−１４５８１２号公報、特開平９−１７８５７
６に係わる音響式ガス温度計測装置が一例として挙げら
れ、この音響式ガス温度計測装置は高精度で耐久性があ
って好適である。また、分析器５４は、例えば、レーザ
誘起ブレークダウン法（ＬＩＢＳ法）でスペクトル上に
おける各元素に対応する山の高さを得て、水素と炭素の
前記高さの比を得る方法を用いたものが一例である。こ
の方法の詳細は、公知の、例えば、Ｏｔｔｅｓｅｎ，
Ｄ．Ｋ．ｅｔａｌ：Ｌａｓｅｒｓｐａｒｋｅｍｉｓ
ｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒｉｎ
ｓｉｔｕ．Ｒｃａｌ−ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｏｆｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌｐａｒｔｉ
ｃｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｅｎｅｒｇｙａｎ
ｄＦｕｅｌｓ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．２，ｐｐ３０４−
３１２，１９９１等に記載されている。

【００４０】図１の制御装置において、従来技術の図４
と異なる点は以下の通りである。即ち、スプレ弁１７の
開度指令１２４およびガスダンパ２５の開度に係わる再
熱器ガス配分指令１７８を、それぞれ関数要素１５５お
よび関数要素１５３に入力して、それぞれスプレ弁開度
に係わる補正１５６およびダンパ開度に係わる補正１５
４を得る。そして、これらの補正１５６および１５４
と、負荷指令１０１を関数要素１５１に与えて得られる
火炉排ガス温度基本目標値１５２と、を加算要素１５７
で加え、火炉排ガス温度の目標値１５８を得る。

【００４１】次に、目標値１５８と温度検出手段５３に
よる前記排ガス温度計測値１６４の偏差１６０を減算要
素１５９で算出し、これをＰＩＤ要素１６１に与えて、
燃料性状目標信号１８６を得る。前記燃料性状は前述し
た炭素と水素の比で与えても良いし、燃料比で与えても
良い。

【００４２】さらに、目標信号１８６と燃料性状実測信
号１８５とを減算要素１８４で比較し、前記偏差をＰＩ
要素１８７で処理して燃料混合比司令信号１８８を得
る。

【００４３】このとき、司令信号１８８は流量調整手段
５１，５２の非直線性を補償し、一方が単調増加、他方
は単調減少の関数要素１６７，１７１を介して総燃料司
令信号１０７に乗じられ、対応する流量調整手段５１，
５２を駆動する。すなわち、司令信号１８８に応じて、
流量調整手段５１に係わる燃料量が増加すれば、流量調
整手段５２に係わる燃料量は減少する構成をなしてい
る。

【００４４】以上の説明は、図１に示された制御装置の
全ての構成、機能、作用について開示したものである
が、図１の制御装置の部分的構成についても、本発明の
実施形態を構成し、且つ前記構成に伴う機能、作用を奏
するものである。以下、その部分的構成の特徴を挙げ
る。

【００４５】（１）過熱器注水弁１７の状態を考慮し
て、関数要素１５５を設ける構成。

【００４６】（２）再熱器ガスダンパ２５の状態を考慮
して、関数要素１５３を設ける構成。

【００４７】（３）負荷司令（従って、水壁１２の熱吸
収配分の設計値）を考慮して、関数要素１５１を設ける
構成。

【００４８】（４）火炉排ガス９温度の影響を考慮し
て、計測手段５３、減算要素１５９，ＰＩＤ要素１６１
を設ける構成。

【００４９】（５）燃料性状のばらつきの影響を考慮し
て、計測手段５４、減算要素１８４，ＰＩ要素１８７を
設ける構成。

【００５０】そして、ボイラ制御装置中にあって、上記
５つの部分的構成のうち１つでも図４に示す制御装置の
構成に加えれば、本発明の他の実施形態を構成するもの
であり、且つ前記部分的構成を採用したことに伴って、
本発明の目的である「可能な限り高品位燃料の混合を低
減した経済的なボイラ運転の実現」を達成できるもので
ある。また、上記５つの部分的構成のそれぞれを任意に
組み合わせて、それらを図４の制御装置に適用したもの
も本発明の他の実施形態として成立するものである。

【００５１】実際上、例えば、燃料が安価であって、燃
焼速度が特殊な値であるが、性状のばらつきがさほど問
題でなければ、高価な計測手段５４を含む上記部分的構
成（５）の部分を省略して、本発明の他の実施形態を構
成することで、本発明の実施コストを低減することも有
益である。

【００５２】また、図１に示す構成において、ガス温度
目標値１５２、ガス温度計測値１６４、及び燃料性状目
標値１８６、燃料性状計測値１８５は、それぞれ絶対値
（例えば、ガス温度１２００℃、燃料比１．５等）で与
えた場合を想定して説明しているが、制御システム設計
上の基準値からの相対値（例えば、ガス温度＋１０℃、
燃料比−０．１等）で与えても良い。これにより、前記
部分的構成の追加、削除の際の関数要素類の設定変更が
簡単になる。

【００５３】また、「発明が解決しようとする課題」で
述べた水壁と過熱器とにおける熱吸収量の大小に伴う問
題点を解消するために、水壁１２と過熱器１８とにおけ
る熱吸収量を検知する必要があるが、これを検知するに
は種々の方法があり、例えば、水側から求める方法で
は、水壁と過熱器の両者の出、入口における水、蒸気の
温度、圧力からエンタルピを求め、両伝熱面におけるエ
ンタルピの上昇幅に両者を通過する水、蒸気の流量を乗
じれば良い。もし、両伝熱面の前記流量がほぼ等しけれ
ば、単にエンタルピの上昇幅を比較することで両者の熱
吸収量を検知することができる。また、ガス側において
ガス温度、流量、比熱を乗じれば当該位置のガスが保有
する総エネルギが知れるから、火炉７出口及び過熱器１
８出口のガス保有エネルギとバーナ４入熱の関係から、
両伝熱面における熱交換量を知ることができる。

【００５４】いずれにせよ、両伝熱面の熱交換量の相対
割合を知れば、水冷壁１２の熱交換量の相対割合の増加
または減少時において燃焼速度の大なる燃料の割合をそ
れぞれ減少または増加して、本発明の目的を達すること
ができる。

【００５５】以上説明したように、本発明の実施形態
は、次のような構成上の特徴、作用乃至機能を奏するも
のを含むものである。

【００５６】（１）水冷壁の熱交換量の相対割合の増加
または減少時において、燃焼速度の大なる燃料の割合を
それぞれ減少または増加する。なお、水冷壁の熱交換量
の相対割合という意味は、「水冷壁の熱交換量の、過熱
器の熱交換量に対する割合」のことであり、運転負荷が
異なれば各部熱吸収量の絶対値がそれぞれ異なってくる
のは当然であるから、同一負荷の条件で考えるという意
味で「相対」値に着目している。そして、水冷壁の熱交
換量の相対割合の変更についての解決手法は、図１に示
す全体構成であって、以下の（２）〜（６）とは別異の
技術観点から把握した技術的思想である。

【００５７】（２）注水量１６の増加または減少時にお
いて、燃焼速度の大なる燃料の割合をそれぞれ増加また
は減少する。

【００５８】（３）再熱器２４への排ガス流量配分の増
加または減少時において、燃焼速度の大なる燃料の割合
をそれぞれ減少または増加する。

【００５９】（４）ガス再循環量３０の増加（火炉の温
度が上がり過ぎ）または減少時において、燃焼速度の大
なる燃料の割合をそれぞれ減少または増加する。

【００６０】（５）火炉排ガス温度の計測または推定手
段を設置し、火炉排ガス温度の増加または減少時におい
て、燃焼速度の大なる燃料の割合をそれぞれ増加または
減少する。

【００６１】（６）バーナ入口の燃料性状のオンライン
分析手段を設け、前記バーナ入口の燃料性状の目標値を
司令し、前述のオンライン分析手段の計測値と前記目標
値との偏差を低減する方向に前述した複数の燃料の混合
割合を調節する。

【００６２】そして、それぞれの作用乃至機能は次の通
りである。

【００６３】（１）水冷壁１２の熱交換量の相対割合の
増加、減少時において燃焼速度の大なる燃料の割合をそ
れぞれ減少、増加すれば、火炉内のガス温度分布（従っ
て熱交換量の分布）が、それぞれ、後流側、前流側に移
動し、過熱器１８との比較において水冷壁１２の熱交換
量の相対割合が減少、増加して適正値となる。前記燃料
割合の変更は状況に応じて必要かつ十分に行われる。

【００６４】（２）注水量１６の増加、減少時において
燃焼速度の大なる燃料の割合をそれぞれ増加、減少すれ
ば、ガス温度分布（従って熱吸収）の中心部がそれぞれ
水壁１２側、過熱器１８側に移動して過熱器１８の熱吸
収量がそれぞれ減少、増加し、ボイラ水壁１２と過熱器
の熱吸収バランスの設計点からのずれが解消する。

【００６５】すなわち、図４のＰＩＤ要素１２１の作用
で注水弁１７の開度がそれぞれ減少、増加し、開閉側と
もに操作余地を残した開度になり、以後の主蒸気ライン
２１温度の過渡的変動に余裕をもって対処できる。前記
燃料割合の変更は状況に応じて必要かつ十分に行われ
る。

【００６６】（３）再熱器２４への排ガス流量配分の増
加、減少時において燃焼速度の大なる燃料の割合をそれ
ぞれ減少、増加すれば、ガス温度分布（従って熱吸収）
の中心部がそれぞれ再熱器２４側、水壁１２側に移動し
て、再熱器２４の熱吸収量がそれぞれ増加、減少し、再
熱器２４の熱吸収の設計点からのずれが解消する。

【００６７】すなわち、図４のＰＩＤ要素１１２の作用
でダンパ２５の開度がそれぞれ減少、増加し、開閉側と
もに操作余地を残した開度になり、以後の再熱蒸気ライ
ン２７温度の過渡的変動に余裕をもって対処できる。前
記燃料割合の変更は状況に応じて必要かつ十分に行われ
る。

【００６８】（４）ガス再循環量３０の増加、減少時に
おいて、燃焼速度の大なる燃料の割合をそれぞれ減少、
増加すれば、ガス温度分布（従って熱吸収）の中心部が
それぞれ過熱器１８側、水壁１２側に移動して水壁１２
側の熱吸収量がそれぞれ減少、増加し、面倒な関数要素
１０８の設定変更を行うことなく水壁１２の熱吸収の設
計点からのずれが解消する。前記燃料割合の変更は状況
に応じて必要かつ十分に行われる。

【００６９】（５）火炉排ガス温度の計測または推定手
段を設置し、火炉排ガス温度の増加、減少時において、
燃焼速度の大なる燃料の割合をそれぞれ増加、減少すれ
ば、ガス温度分布の中心部がそれぞれ水壁１２前流側、
過熱器１８側（水壁１２後流側）に移動して火炉排ガス
９温度がそれぞれ減少、増加する。従って、前記燃料割
合の状況に応じた必要かつ十分な変更により、火炉排ガ
ス９温度を燃料中の灰成分の融点以下に管理して、前記
灰が過熱器１８や再熱器２４付近に進入する危険が解消
できる。

【００７０】（６）バーナ入口の燃料性状のオンライン
分析手段を設け、前記バーナ入口の燃料性状の目標値を
司令し、前述のオンライン分析手段の計測値と前記目標
値との偏差を低減する方向に前述した複数の燃料の混合
割合を調節することにより、低品位燃料の性状のばらつ
きに応じて、高品位炭を必要かつ十分な量だけ混合でき
る。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
ることができる。

【００７２】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、水壁１２の熱交換量を適正範囲に維持し、ボイラ発
生蒸気量の不足や、水壁１２メタル温度高、等の重大な
不具合を未然に防止できる。

【００７３】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、主蒸気ライン２１温度の過渡的変動に余裕をもって
対処できる。

【００７４】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、再熱蒸気ライン２７温度の過渡的変動に余裕をもっ
て対処できる。

【００７５】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、面倒な関数要素１０８の設定変更を行うことなく水
壁１２の熱吸収の設計点からのずれが解消する。

【００７６】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、燃料中の灰が過熱器１８や再熱器２４付近に進入す
る危険が解消できる。

【００７７】高価な高品位炭の必要最低量の混合によ
り、低品位燃料の性状のばらつきに係わる不具合を解消
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施形態に係るボイラ装置本体を示す
図である。

【図３】従来技術のボイラ装置本体を示す図である。

【図４】従来技術の制御装置を示す図である。

【符号の説明】

１燃料ライン２流量調節手段４バーナ５空気ライン６通風機７火炉８エアレジスタ９火炉排ガス１０給水ライン１１ポンプ１２水壁１４温度検出器１５減温器１７注水弁１８過熱器１９ガスダンパ２０温度検出器２１主蒸気ライン２２高圧タービン２４再熱器２５ガスダンパ２６温度検出器２７高温再熱蒸気ライン２８低圧タービン２９再循環ダンパ３０ガス再循環ライン３１通風機５１，５２弁５３火炉排ガス温度計測手段５４燃料性状分析器５５燃料供給Ａ系ライン５６燃料供給Ｂ系ライン

フロントページの続き (72)発明者津村俊一広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り
囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火炉の
排ガス流路中で過熱する過熱器と、を備えたボイラ装置
であって、前記水冷壁と前記過熱器とにおける熱交換量についての
割合を検知する検知手段と、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を混合し且つ
前記バーナに供給する混合手段と、を有し、前記水冷壁の熱交換量の前記過熱器に対する相対割合の
増加または減少を前記検知手段により検知し、前記検知
に基づいて前記複数燃料の流量調節を行うことによっ
て、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそれぞれ減少ま
たは増加することを特徴とするボイラ燃料混合制御装
置。
【請求項２】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り
囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火炉の
排ガス流路中で過熱する過熱器と、前記過熱器への注水
量を調節する注水調節手段と、を備えたボイラ装置であ
って、前記注水量を検知する検知手段と、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を混合し且つ
前記バーナに供給する混合手段と、を有し、前記注水量の増加または減少を前記検知手段により検知
し、前記検知に基づいて前記複数燃料の流量調節を行う
ことによって、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそれ
ぞれ増加または減少することを特徴とするボイラ燃料混
合制御装置。
【請求項３】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り
囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火炉の
排ガス流路中で過熱する過熱器および再熱器と、前記再
熱器への前記火炉の排ガスの流量配分を調節する流量配
分調節手段と、を備えたボイラ装置であって、前記再熱器への前記火炉の排ガスの流量配分を検知する
検知手段と、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を混合し且つ
前記バーナに供給する混合手段と、を有し、前記再熱器への排ガス流量配分の増加または減少を前記
検知手段により検知し、前記検知に基づいて前記複数燃
料の流量調節を行うことによって、燃焼速度の大なる燃
料の混合割合をそれぞれ減少または増加することを特徴
とするボイラ燃料混合制御装置。
【請求項４】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り
囲む水冷壁と、前記水冷壁で発生した蒸気を前記火炉の
排ガス流路中で過熱する過熱器および再熱器と、前記過
熱器および再熱器を通過した排ガスの前記火炉への再循
環量を調節する再循環量調節手段と、を備えたボイラ装
置であって、前記再循環量を検知する検知手段と、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を混合し且つ
前記バーナに供給する混合手段と、を有し、前記再循環量の増加または減少を前記検知手段により検
知し、前記検知に基づいて前記複数燃料の流量調節を行
うことによって、燃焼速度の大なる燃料の混合割合をそ
れぞれ減少または増加することを特徴とするボイラ燃料
混合制御装置。
【請求項５】バーナを設けた火炉と、前記火炉を取り
囲む水冷壁と、前記火炉出口の排ガス温度を計測する排
ガス温度計測手段と、を備えたボイラ装置であって、燃焼速度の異なる複数の燃料を供給する複数の燃料供給
手段と、前記燃料供給手段におけるそれぞれの燃料流量を調節す
る燃料調節手段と、前記燃料調節手段で調節された複数の燃料を混合し且つ
前記バーナに供給する混合手段と、を有し、前記火炉排ガス温度の増加または減少を前記排ガス温度
計測手段により計測し、前記計測に基づいて前記複数燃
料の流量調節を行うことによって、燃焼速度の大なる燃
料の混合割合をそれぞれ増加または減少することを特徴
とするボイラ燃料混合制御装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１つの請求項
に記載のボイラ燃料混合制御装置において、前記バーナの入口の燃料性状を分析する分析手段を設
け、前記バーナ入口の燃料性状の目標値を司令し、前記分析手段の計測値と前記目標値との偏差が低減する
ように前記複数の燃料の混合割合を調節することを特徴
とするボイラ燃料混合制御装置。