JPS59195012A - 燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火炉の燃焼制御方法に係シ、特に低Ｎ　Ｏｘ
化が要求されるプラントに使用するに好適な燃焼制御方
法に関する。

〔発明の背景〕

従来は、火炉のＮ　Ｏｘ　量をオンラインで制御する技
術はなかった。Ｎ　Ｏｘ　量をオンラインで制御できな
かった理由は、燃焼中の状態を適格に把握する技術がな
かった点にある。すなわち、燃焼中の火炎の状態を把握
していないため、還元用のバーナが設けられているプラ
ントでも、その燃料を制御する指針がなく、負荷に対応
して決められた燃料になるように制御されていだにすぎ
ない。このため、燃料の性状の変化、例えば炭種の変化
などがあるプラントでは、ＮＯｘのオンライン制御は不
可能であった。

第１図は、本発明の適用対象の一つである石炭火力プラ
ントの概略図を示す。四によって石炭火力プラントの概
要を説明する。まず、ボイラ１で燃焼するための石炭は
、石炭バンカ２に貯わえられており、フィーダ４駆動用
モータ３によシミル５に供給され、粉砕された後バーナ
６へ送られる。

燃焼用空気は、押込通風機８によシ空気予熱器９へ送ら
れ、一方は、微粉炭搬送用として１次空気７７ン１２を
経てミルへ、他方は燃焼用として直接バーナ６へ導かれ
る。又、空気予熱器９には、バイパス系があり、ダンパ
１０によ９１次空気の温度が制御される仕組みとなって
いる。又、燃焼に必要な合計空気量はダンパ７で、微粉
炭搬送に必要な望見量はダンパ１１によシそれぞれ制御
される。一方、給水系１３によシ加圧された給水は、ボ
イラ１で過熱蒸気となシ、主蒸気管１４を経てタービン
１５．１６へ送られる。タービン１５゜１６は、過熱蒸
気の断熱膨張により回転し、発電する（発％１（４１７
）。又、ボイラ１で燃焼し、水・蒸気に熱を与えた燃料
の排ガスは、煙突１９へ送られ大気へ放出されるが、１
部のガスは、ガス再循環ファン１８によシボイラ１へ戻
される。

このような石炭火力プラントを負荷要求指令に応じて円
滑に運転するためには、各バルブ、ダンパ、モータを適
切に制御する必要がある。第２図は、従来から使用され
て来ている火力プラント自動制御系の概略図を示してい
る。以下、図に従ってその機能の概要を説明する。まず
、火力プラントへの負荷（発電機１７の出力）要求信号
１０００は、主蒸気圧力１１００が所定の値（定圧プラ
ントでは一定値、変圧プラントでは負荷に応じた値）に
なるように補正され（主蒸気圧力補償ブロック１００）
、ボイラ１へのボイラ入力デマンド信号３０００となる
。このボイラ入力デマンド信号３０００（は、給水流量
１２００の設定値として給水流量制御系４００へ導かれ
、給水流量加減弁２０の制御用として使用される一方、
燃焼量デマンド３１００決定用としても使用される。主
蒸気温度補償ブロック２００へ導かれたボイラ入力デマ
ンド信号３０００は、主蒸気温度１１０１が所定値にな
るように補正され、燃焼量デマンド３１００を決定する
。この燃焼量デマンド信号３１００は、合計石炭燃料流
量１２０１の設定値として燃料流量制御系５００へ導か
れ、フィーダ４の駆動用モータ３の制御用として使用さ
れる。又、燃焼量デマンド信号３１００は、空燃比補償
ブロック３００にて排ガスの過剰０２１１０２が所定値
になるように補正され合計空気流量デマンド信号３２０
０となる。望見流量制御系６００では、合計空気流１１
２０２がこのデマンド３２００に彦るようにダンパ７を
制御する。

以上が石炭火力プラント自動制御系の概要でりり、この
他に、再熱蒸気温度制御系やタービン加減弁制御系等が
あるが本発明と直接関係がないので省略しである。

このような従来システムには、次に示す問題がある。即
ち、燃料、例えば石炭の性状は、炭種によって大幅に異
なり、しかも、同じ炭種でもバラツキが大きい。また、
異なった油種の配分を制御しながら運転するプラント、
いわゆるＣＯ１’ｖｌで運転されるプラント等も燃料性
状が変化する。そのため、ある負荷状態でＮ　Ｏｘが規
定値を満足したとしても、その状態を常時保持できない
可能性が高い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃料の性状が変化しても、常に安定な
Ｎ　Ｏｘの制御を可能とする制御方式を提供するにある
。

〔発明の概要〕

本発明では、火炎の情報を利用してＮＯｘ生成蛍、還元
剤生成量をオンラインで推定し、ＮＯｘ制御のオンライ
ン化を実現しようとするものである。

〔発り」の笑施例〕

以下、本発明を第１図に示した石炭火力に適用するもの
として、具体的に説明する。

石炭火力の場合、発生するＮ　Ｏｘの約７割が燃料中に
含まれていたＮ分に起因していると言われている。この
だめ、同じ容量のボイラでも、石炭火力は石油焚火力に
比し２倍から３倍のＮ　Ｏｘが発生しているのが現状で
ある。従って、この石炭火力のＮ　Ｏｘ発生量を従来の
石油並あるいはそれ以下に下げるためには、燃焼によっ
て発生したＮ　Ｏｘをボイラ内で還元するプロセスを持
たせる必要かめる。石油火力にこの還元プロセスを持た
せた例はあるが、還元プロセスの制御方法は未だ確立さ
れていないのが現状である。その原因は、道元プロセス
のメカニズムを解明する計測技術がなかった点にある。

以下、第３図以降を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は、本発明を適用した場合の機能の全体構成図を
示す。図に示す千残能のうち、第１図と同一記号は同一
物あるいは等何物を表わしている。本実施例０制御方法
は、従来の方法で必要とする制御（幾能に対し、新だＶ
こ、次の７つの機能が付加されている。

（１）石炭発熱量推定機能４０００ （２）火炎画像計測機能４２００ （３）ＮＯｘ推定機能４３００ （４）微粉炭流量推定機能４４００，４５００（５）燃
料量配分決定機能４６００ （６）主燃焼領域制御機能４７００ （７）還元燃焼領域制御機能４８００ 各機能の詳７．ａについては、後述するので１．ここで
は、本実施例の基本概念について述べる。

（１）燃焼前の石炭性状、バーナ入口微粉炭流量の実時
間計測（推定）によって、燃焼炉内の最適な空燃比制御
を実現する。

（２）燃焼中に主燃焼（Ｎ　Ｏｘ生成）と還元燃焼（Ｎ
　Ｏｘ還元）を含む燃焼系を制御対象とし、火炎パター
ン、燃焼ガス中のＮ　Ｏｘの推定結果に基づいて、主燃
焼用燃料量デマンド３３００、還元燃焼用燃料量デマン
ド３４００を別々に決定している。

（３）微粉炭ミルの動特性を考慮して、石炭フィーダ速
度デマンド３３１０．３４１０．１次空気流量デマンド
３３２０，３４．２０．２次空気流量デマンド３３３０
．３４３０を決定している。

以下各機能について詳７ｉｉ！ｌＩ］に説明する。まず
、石炭性状の推定ＭＭｕ４０００について説明する。石
炭の組成実時間計測法としては、米国・３ｃｉｅｎｃｅ
Ａｐｐｌｉｃａｉｉｏｎｓ、　Ｉｎｃ、　　の開発によ
る計測法がある　（Ｃｏａｌ　　ＴｅＣｈｎｏｌｏｇｙ
　　Ｅｕｒｏｐｅ’８１　、Ｖｏｗ、２゜Ｊｕｎｅ９−
１１　、１９８１　、　Ｃｏｌｏｇｎｅ　、’Ｗｅｓｔ
Ｇｅ　ｒｍａ　ｎ　ｙ　、論文名：　Ｃｏａｌ　ｐｒｏ
ｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈ　Ｑｎ−１ｉｎｅ　
Ｎｕｃｏａｌｙｚｅｒ　）。この計測法の基本概念は、
第４図に示す如く「石炭の流れに中性子を照射すると含
有する成分特有のｒ綜を発生する」という原理を利用し
ている。このような計測装置を使用すれば、石炭の組成
（Ｉ−Ｉ、−８，Ｃ。

Ｎ、Ｃ１，Ｓ　ｉ、ｋｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｋ。

Ｎａ）を知ることができる。但し、この計量ｌＩｊ法は
、元素単位で計測するため、石炭に含まれる水分の補正
が必要である。このためには、３ｃｉｅｎｃｅＡｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎｓ、　■ｎｃ、のＮｕｃｏａｌｙｚｅｒ
でＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｏ１ｓｔｕｒｅ　Ｍｅｔｅｒ
によシ水分のＨの重量を計測して次式で補正することが
できる。

従って、このような計測装置によって、石炭の廃熱量を
計測することができるので、これを利用して合計燃料量
デマンド補正信号３０５０を決めることができる。第５
図に従ってその原理の１例を説明する。゛すなわち、石
炭のオンライン分析器４００１により石炭成分（炭素Ｃ
４水素Ｈ，イオウＳ）の重量比率を計測する。これをＣ
，）Ｉ、−８と書く。一方、−水分検出器４００２によ
シ水分の重量比率Ｈ２０と計測すれば、石炭発熱量Ｈｔ
、　（ｋｒ２ＶＫｙ）は、板１毛４００３で、 ）ｆｈ　＝８１０００＋　２８６００　（’ＨＨ２Ｏ）
＋２５００８　　・・・（１）の計算をすることによっ
て求められる。一方、合計燃料デマンド信号ＦＲＤ３１
００は、ボイラに必要な入力エネルギを示しているので
、ボイラ入力デマンドＢＩＤ３０００との関係は、次式
（２）となる。

ＢＩＤ＝ＦＲＤ・（Ｈ，Ｌ／ηＢ）　　・・・・・・・
・・・・・（２）ここに、ηＢはボイラ効率を示し、経
年変化するものなので、これを実時間で補正する必要力
；ある。その機能構成を示す１例が、第５図の４００５
゜４００６である。すなわち、ボイラ効率の変化は、主
蒸気温度１１０１の設定置５４００１からのずれとなっ
て表われることに着目し、その差を取り（機能４００５
）、比例・積分等の計算により（機能４０Ｇ）６）、１
／ηＢを求めることができる。従って、合計嚇料蚕デマ
ント責ＦＲＤ）３１００の補正信号３０５０は、との）
−Ｉ　Ｌと１／ηＢを掛は合せることにより（機能４０
０７）求めることができる。勿論、ボイラ効率の定格値
を１／ηＢアとしておき、機能４００６で変化分Δ）Ｉ
Ｌ　１／ηＢを求め、機能４００７を加算器にすること
も可能である。

第６図は、石炭の発熱量ＨＬのもう一つの推定法を示す
機能構成図である。この場合、検出器４０１０から得ら
れる燃焼ガス温度Ｔｇが、ガス比熱Ｃ９ｇｙ検出器４０
１１から得られる石炭流量Ｆ　ｆによシ Ｔ　ｇ＝　ＣＰ、ＨＬ−Ｆｔ　　　　　　・・・・・・
・・・・・・（３）で表わされることに着目し、ＨＬを
推定するものである。ここで４０１２は割算機能、４０
１３は係数機能である。勿論、ガスγ温度Ｔ、が、主蒸
気温度に転換されるまでには、ボイラ効率ηＢが問題と
なシ、第５図同様のＬ／ηＢの補正が必要となる。

次に火炎画像の３計測機能（４２００）について述べる
。石炭燃）焼用大型ボイラの火炉では例えば３段３列の
バーナ群が火炉の前面に配置されたり、バーナ群が火炉
の前、後面に配置される。バーナ火炎は、例えばバーナ
根元に配置された集光部で集光され、この火炎信号は撮
像カメラまでイメージガイドで導かれる。このガイドの
必要部分は火炉内に挿入されているので、集光部と共に
火炉内の高い温度に耐えなければならず、適当な冷却が
会友である。

第７図は、燃焼火炎４２０３の火炎情報を撮像カメラに
送るためのイメージガイドの具体例を示したものである
。

イメージガイドを使用する目的は、火炎の情報を詳細に
観察しようとするとき、もし撮像カメラ自体を火炎に近
づけることができれば可能であるが、ボイラの火炉内の
温度は１５００Ｃ以上もあシ、カメラを近つけることは
現状では不可能である。

そこでレンズ４２２７を火炉内に挿入し、結像した一？
（ＳＮ情＠（光学的形態の信号）を光ファイバーによっ
て火炉の外部に設置した撮像カメラ壕で導くわけである
。第７図中イメージガイドのファイバ素蔵４２０８は、
３０００乃至３００００不の本数で構成されその直径は
２隨程度でｐる。その周辺に冷却媒体（水又は免気など
）４２３０の通路、断熱材４２３２、外被４２２９など
が設けられ、その直径は５０喘程度である。尚、４２２
６は防護用ガラスである。又火炉内の燃焼時発生したス
スがレンズ系に耐着するのを防止するためＶこ、レンズ
の前面全空気４２３１などで清浄に保つ（パージする）
のが有効である。

上述のようなイメージファイバーから得られる火炎画像
情報より、燃焼領域の容積を逸足する方法を以下に述べ
る。

主燃焼項域におけるＮ　Ｏｘの生成ｆＪ　ＦｇＮｏ工、
還元燃焼領域におけるＮ　Ｏｘの還元量ＦｒＮｏ工は、
それぞれ（４）　、　（５）式で近似することができる
。

ここに、Ｔ：燻焼ガス温度 ■＝燃焼領域の容積 Ｐ：分圧 Ａ：定数 ナフィックスＭ：主燃焼 Ｒ二還元燃焼 Ｎ：望素 Ｎ０ｘ＝ＮＯｘ このことから、各燃焼・領域の容積が、ＮＯｘの生成、
ｃ元に大きな影響を及ぼすことが分る。

燃焼領域は、計測した映像のうちあるレベル以上の輝度
（７りるいは温度）の領域と考えられる。

この領域の容積を直接計測するのは非常に難しい。

以下、容積を計測あるいは推定する方法について説明す
る。

（１）　　ｒｍ　接計測：ＣＴ（コンピュータ・トモグ
ラフィ）のような断層国力）ら容積を直接計測する方法
である。精度は良いが、容積を計測するのに時間がかか
りすぎると言う欠点を持っている。

又、大形火炉の個々のバーナについては採用がむすかし
い面がある。

（匂　面積からの推定二火炎全映鍬として杷えた画面を
第８図に示すようにメッシュ分けし、ア−ルレベル以上
の輝度（あるいは温度）の部分（第８図の斜線部）を燃
暁部と定義すれば、燃焼領域の面積ＳＩ、Ｌを求めるこ
とかできる。容積ＶＭは、この面積ＳＭの関数である。

炎の揚台、燃料の増減による炎の長さ方向の坤び率ｋｚ
と幅方向の伸び率１（、が異なるが、ｋ、：＝に−ｋｔ
と考えても良い。一方、面積Ｓλ丁、容積Ｖ　Ｍは、。

炎の長さＸｔＸ幅Ｘ、により次のように表現することが
できる。

３　Ｍ＝　Ｘ　ｗ　・Ｘｔ　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（６）Ｖ　Ｍ　＝　Ｘｗ　−Ｘｔ　　　
　　　・・・・・・・・・・・・・・・（７）ここに、
Ｘ、：炎の平均幅 Ｘｔ：炎の長さ このよう外状況から燃料が増減した時の新しい火炎の面
積及び容積を８；、ｖ４とおけば、Ｓ誓／ＳＭ＝Ｘ、・
１（、・ＸＬｋ）４／（ｘｖ・Ｘｔ）二ｋＷｋｔ −！（（ｋＬ）２　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（８）Ｖ；／ＶＭ＝ＸＡ　ｋｖ　・ｘｔ
　ｋｔ／　（Ｘｗ　Ｘｔ　）＝に９ｚ ＝に２に２　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・（９）となる。（８）式ヲ（９）式に代入し整理す
ると、′Ｌ　　　　　ユ ■Ｍ／■Ｍ＝に２・（ＳＭ／ＳＭ）２　　　・・・・・
・・・・（１０）となる。ｋは定数と仮定できるから、
火炎の容、債は、火炎の面積の３／２乗に比例するもの
として推定することができる。

（３）火炎の長さＸ　からの推定： Ｘｌ／Ｘｚ＝ｋＬ Ｘご／　Ｘｗ　”　ｋｖ　＝　ｋ−ｋ　ｔより、Ｖ；／
ＶＰは、 ｖ、、／　ＶＭ　＝　ｋ２（ｘ／ｌ／ｘ　ｚ）３　　　
・＋＋・・＋＋＋＋　（１１）あるいは、 偶／ＶＭ　＝　’−＜ｘ−ｉｘ、、　）３　　　・・・
・・・・・・（１２）となシ、長さあるいは幅の３乗に
比例するものとして求めることができる。

基本的には、以上示した３つの方法で燃焼火炎の容積を
推定することができる。また、ノ（−すから火炎までの
距離ｄや最大輝度ム、えて補正することによって、ＮＯ
ｘ生成量推定の精度向上を図ることができる。すなわち
、空気量と・燃料量の比（空燃比λ）によって、バーナ
と火炎の１Ｌ巨離は第９図の如く変化すると共に、炎の
最大輝度７ｍ＊ｘも第１０図の如く変化する。従って、
最大輝度Ａ、、、ｌＸ　は、バーナと火炎の距離は逆比
例し、最大輝度ｔ□工が大きいところでは、バーナから
′」１すれたところで一気に燃えると解釈されるので小
さな容積ＶＭが小さくてもＮ　Ｏｘの生成量ＰｇＮＯｘ
は増加する。このことから、（４）式は、 であると想定される。従って、前述のＶ　Ｍ　／　Ｖ　
Ｒ１は、（ｖ′Ｍｄ）／（ｖＭｄ′）ノヨウニ補正シテ
使用スることによってＮＯｘ生成量の推定の精度を向上
することができる。

一つのバーナから主燃焼領域と還元燃焼′領域とを作り
出すように火炎を形成するいわゆる燃料分割形バーナで
（ｒ−１，還元燃焼領域が主燃焼領域で、包みこまれた
形となるだめ、還元燃わ゛６領域が第８図に示す火炎・
１′６服から得られない可能性がるる。

このようなときは主燃焼領域の火炎情報と、夫々の丸イ
ζ焼須域の燃料量の比とから還元燃焼領域を推定するも
のとするのが良い。又、夫々の燃焼領域の火炎の持つ光
の波長に応じたフィルタを介して夫々の火炎情報を得る
ものとするのも良い。

−次にＮＯｘ１６定槻能（４３００）について述べる。

ここでは推定機能として、一応の精度が得られる計測器
として知られているものを利用するものとする。その一
つはカース光の利用である。火炉上部にレーザ発振器と
分光分析器からなるカース計ｊｉｉｌＪ装置を設置２す
る。この装置によるガス濃度計測の原理は公知のように
（カース診断システム、０ｐｌｕｓ　Ｅ、１９８１年１
０月）、レーザ発振器からポンプ光とストークス光を燃
焼ガスに照射したとき発生する反ストークス光と元のポ
ンプ光の干渉で新たな反ストークス光が発生し、このよ
うな連鎖作用の結果として発生するコヒーレントなカー
ス光を利用したものである。このカース光のスペクトル
分析を行なえばガス濃度分析値としてＮＯｘ濃度を求め
ることができる。このようンこしてｉｒ？＄’ｉしたＮ
Ｏｘ濃度は本実施例におけるＮ　Ｏｘ推定値として利用
できる。

前述の燃料分割バ〜すに対しては、燃焼火炎の先端で計
測するのが良いが、１−一タル的なＮ　Ｏｘ量としてみ
るとすれば、前述のやり方と同様で良い。

次に微粉炭流量推定機能４４００．４５００について述
べる。

石炭流量Ｆｆｊは燃焼直前すなわち、バーナ入口が望ま
しい。ところがバーナ入口の微粉炭流量を直接計測する
手段がないので、石炭フィーダ流量及びミル差圧等から
間接的に推定する必要がある。

給炭機を流れる石炭流量の従来の計測方法には、容積式
と重量式がある。容積式とは、レベルバーにより給炭機
上の石炭層の茜さを一定に維持し、給炭機の４Ｋ　ン宍
ら石炭の容積流量を計測する方法でちる。又、重量式と
は、給炭機上の石炭の重量を測定し、給炭機の速度と掛
は算することにより石炭の重量流量を計測する方法であ
る。給炭機上の石、炙富変のバラツキを考慮すると、重
量式の方が計測精度が良く、最近は、重量式が主流とな
っている。又、もう一つの方法として、ミル出口の微粉
炭流量がＫ１１’：’Ａに示すようにミル差圧に部分比
例することを利用し、ミル出口の微粉炭流量を計測する
方法がある。

以上−・、を明した二つの計測方法には、一長一短がろ
り、いずれも完全なものでＩ−１ない。このため、ミル
動巧注の影響、観測時のノイズの影汐を最小にする微粉
炭流量の推定技術の開発が必要である。

プロセスの動特性及び観測過程におけるノイズノ形響を
Ｊシト少にする推定方法としては、カルマンフィルタが
最も適している。対象プロセスの状態方程式が（１４）
式、観測方程式が（１５）式で表わされる賜金、 Ｘ（ｉ−４−１）＝Ｃ（ｉ）・ｘｍ＋Ｈｃ＊＞・Ｕ（ｉ
）・・・・・・・・・・・・（１４） Ｙ（ｉ）＝Ｃ（ｉ）−Ｘ（ｉ）＋Ｗ（ｉ）　　　−・−
−−川−・−（１５）ここに、Ｘ（Ｑ：時刻ｉＫおける
ｎ次元状態ベクトル、Ｌｌ（ｉ）：時刻ｉにおけるｍ次
元制御ベクトル、Ｙ（ｉ）：時刻ｉにおけるｒ次元観測
ベクトル、Ｗ（ｉ）：ｒ次元観測ノイズベクトル、Φ、
Ｈ，Ｃ：ｎＸｎ、ｎｘｍ、ｒｘｎの行列 信号Ｘ　（ｉ）のカルマンフィルタは、（１６）〜（２
０）式で示される。

×（リ−Ｘ（ｉ）−１−ＰωＣ’Ｗ−１（Ｙ（ｉΣ−（
ｃ（ｉ＞ｘ（ｉ＞＋ｗ（ｉ＞）　　）・・・・・・・・
・（１６） ここに、 Ｘ（ｉ）＝Ｃ（ｉ−１）Ｘ（ｉ−１）＋Ｈ（ｉ−１）・
Ｕ（ｉ−１）・・・・・・・・・（１７） Ｐ（す＝　（Ｍ−’　（ｉ）十Ｃ’　（ｉ）・Ｗ−１・
Ｃ（ｉ））−’　　　・・・・・・・・・　（１８）Ｍ
（ｉ）＝Ｃ（ｉ　−１）Ｐ（ｉ　−１）Φ’（ｉ　−１
）　＋Ｈ（ｉ−１）Ｕ（ｉ−１）Ｉ−Ｉ’（ｉ　−１）
・・・・・・・・・・・・（１９） とζに、Ｘ、Ｗ、［Ｊ：Ｘ、Ｗ、Ｌｌの分散従って、微
粉炭ミルに対する状態方程式（１４）を導けば、カルマ
ンフィルタを応用した微粉炭流量の推定が可能となる。

以下、微粉炭ミルの状態方程式の求め方につぃて説明す
る。

石炭は、第１２図に示すような過程を経て粉砕　−され
る。すなわち、フィーダから供給された石炭が一度テー
ブルに蓄積され、遠心力によりボルル部へかみ込まれる
。ボール部で粉砕された粉炭は、搬送用空気（通称−次
空気と呼ばれる）によってドラムへ搬送されるが、２０
０メツシュ未満の粒径は、ドラムからテーブル部へ再循
環する。以上を繰シ返すことによ先途々に粉砕され、２
００メツシュ以上になるとバーナへ搬送される。従って
、ミルテーブルの直径をＤ５デープル上の石炭の平均比
重をγｅｍとおくと、ミルテーブル上に蓄積される石炭
の高さＨゎは、次式で示される。

πＤ２　　　ｄＨｏ −へ、、、７−　＝Ｆ’、、＋１！’、、−ｔ”、。　
・旧・値乙）ことに、Ｆｅｅ　：フィーダからの供給石
炭流量ＦｅｒＨドラムからの再循環石炭流量 Ｆ０゜：ボール部へのかみ込み石炭流量一方、ボール部
へのかみ込み石炭流ｉ　ｐｅ、は−ζミルテーブル上に
硲積されている石炭の遠心力に比例すると考えられるの
で、次式により求めることができる。

ＦｃＤ−Ｋｋ−Ｔ　　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・（２２）ここに、Ｋｋ：かみ込み率 Ｔ：石炭の遠心力 フ”；−Ｄ”Ｎｙｒ−ｉ−・Ｈｅ・−”・（２３）ＮＭ
Ｔ：テーブル回転速度 又、ボール部の粉砕特注が無駄時間特注で近似でき、ド
ラムからの再循環が、ドラム１ｃ入つて釆た粉炭に比例
するものと仮定すると、前衛ｆ２ｕはＦ　ｅＦは、次式
となる。

Ｆｅｒ＝Ｋｒ’ｅ　　　−ｐｅａ　　　　　・−用団・
（２４）従って、（２２）〜（２４）式を（２１）式に
代入し整理すると、 ここに、 となる。

一方、ドラム内の石炭は、搬送用空気の被輸送物本と仮
定すると、バーナへの微粉炭流量Ｆ　ｅｂは、搬送用空
気の体積流量に比例する。従って、空気の重量流量をＦ
ａ１比重量をｒ６とすると■へ Ｆ’ｅｂ”γ。ｂ・−・・・・・・・・・（２６）乙 が成り立つ。ところが、ドラム内の微粉炭濃度ｒｅ。は
、質量保存の法則より ここに、ｖニドラム内容積 で示されるので、（２６）　、　（２７）を壷理すると
次式を得る。

従って、（２５）、　（２ｓ）式を監理すると、（２９
）　。

（３０）式の基本式が得られる。

ここで、Ｘ＝　（ｉ；”ｅｂ、　Ｈｃ）’、　ｕ＝　（
ｏ、　Ｆｅｅ）’　　とおき、ベクトル表示すると、 ここに、 Ａｕ＝　Ｆａ／　（Ｖｒ、　）、　Ａ１２＝Ｆ、に、’
／　（Ｖｒ、　）Ａ２１＝　０　　　　　　、　Ａ２２
＝−４Ｋｃ／（πＤ２γａｍ）Ｂ＋ｔ＝−’０　　　　
　　、　Ｂ２２＝４／’（πＤ２γ。、、、）となり、
Φ（ｔ　ｒ　ｔｏ　）　−Ｌ−１（ＳｉＡ）−’　。

Ｈ（ｔ、　ｔｏ　）＝、／　　Φ（ｔ、　Ｔ）Ｂ（Ｔ）
ｄτとおき、離０ 数値形式に直すと、次式となる。

Ｘ（ｋ）−Φ（ｋ−１）−Ｘ（ｋ−１）＋Ｈ（ｋ−１）
−Ｕ（ｋ−１）・・・・・・・・・（３２） ここに、Ｘ（ｋ）＝Ｘ（ｋΔｔ） Φ（ｋ−１）＝Φ（ｋΔｔ、　（、に−ｔ）Δｔ）又、
先にも述べたようにバーナへの微粉炭流量・Ｆｅｂｓ　
　は、第１１図に示す如く、ミル差圧ΔＰに部分比例し
、その観測方程式は次式で表わすことができる。

Ｆ、ｂ、（：）−Ｙｔ　（ｉ）−ｃ　（ΔＰ（ｉ）−Δ
ｐｏ　）＋Ｗ（す・・・・・・（３３）ここに、Ｗ（ｉ
）は、正規乱数である。

以上群いた（３２）　、　（３３）式を（１４）　、　
（１５）に代入すれば、バーナ入口の微粉炭流量を推定
することができる。

次に、主燃焼及び還元燃焼用の燃料の配分機能４６００
について説明する。先にも述べたが、まず燃焼領域及び
還元領域における反応のメカニズムについて説明する。

主Ｒｉ焼頒域におけるＮ　Ｏｘ生成＠　Ｐ　ｇ　Ｎｏ　
ｘ、及び還元燃焼領域におけるＮ　Ｏｘ還元量ＦｒＮＯ
ｘは、それぞれ次式で示される。

ここに、ｋ、、に、：ＮＯｘ生成及び還元の反応速度定
数 ＶＭ　、　Ｖａ　：主？焼及び還元燃焼領域の容私 ＡＭ　、　Ａａ　：定数 ＴＲＩ、Ｔ！Ｌ：主燃焼及び還元燃焼領域の代表温度 ＰＮ：燃料中の窒素分比率 ＰＮＯＩＩ　：童元燃焼須域のＮ　Ｏｘ分圧一方、童元
燃焼領域のＮ　Ｏｘ分圧は、主燃焼・項域で発生したＮ
　Ｏｘ生成量Ｎ　Ｏｘに比例するから、（３５）式は（
３６）式のように変形できる。

・・・・・・・・・（３６） ここに、ｋＰ　：定数 従って排出するＮ　Ｏｘ量ＦＮＯｘは、ＦＮＯｘ”Ｆｇ
ＮＯｘ　　ＦｒＮＯｘ ・・・・・・・・・（３７） となる。

一方、ボイラにお・ける合計燃料量ＦｔＤは、機能２０
０より与えられるので、主燃焼用の燃料量Ｆｒｙと還元
用燃料量Ｆｔｎは、（３８）式の条件を満足しなければ
ならない。

ＦｆＭ＋　Ｆ’ｔｎ　＝　ＰｒＤ　　　　　　　・・・
・・・・・・（３８）又、主燃焼及び還元燃焼領域の容
積ＶＭ、ＶＲは、それぞれの”、、４ノミＮ量Ｆｔｂ＋
　、　ＦｔＲに比例するので、次式が成立する。

■＋、Ｉ；ｌ（ｖＭ−Ｆｆｌ（・・・・・・・・・・・
・（３９）Ｖｎ　＝　ｋｖｎ−ＦｔＲ”・＝　−・”　
（４０）ここに、ｋｖＭ、　ＫｖＲ：定数 （３８）式に（３９）　、　（４０）式を代入すると、
となり、これを更に（３７）式に代入すると、（４２）
式で求まるＰＮｏ工が、規定１ａＩＰＮｏよりとなるた
めには、 が成シ豆つ必要がある。これを整理すると、となる。従
って、 −ＡＭ　　　　　Ｉ　　　　　　　　　　ＡＲα２＝［
ｋｇｋｖＭｅＸｐ（）ＰＮ（−＋に、に、ｅｘｐ（−）
Ｒｎ））２’、ＦＭ　　　　　ｋｖＢ　　　　　　　　
Ｔａ−４１・、ｋｖｙｅ”ｌ）（力）Ｐ・（枦！・・ｐ
■と））ＴＭｋｖＲＴＴＮ Ｍ ・（ｋ、ｋｖＭｅＸｉ）　（−）ＰＨＦｔｏ　−Ｆｙｏ
ｘｏ　）　・”・べ４３）Ｍ となる。（４３）式は、燃・焼ガス温度ＴＶ、ＴＲ１燃
料性状ＰＮ、燃料量デマンドＰｒＤ、ＮＯｘ量規定値Ｆ
’ｈ＋ｏよりが与えられれば、ＶＲの目標値が決゛まる
ことを示している。すなわち、（４３）式により決まる
■。をＶｎＤとすれば、（４１）式より、ＶＭの目標値
ＶＲ（Ｄも ＶＲＤ Ｖｙｒｏ＝　ｋｖｗ　（Ｆｔｎ　　　　）　　　　−−
・・・（４４）ＶＲ として求められ、火炎計測機能４２００で求められた火
炎容４ｊ（Ｖｈ（、ＶＲがコノＶＭ　ｏ　、　ＶＲｏに
一致するように燃料その他を制御すれば、ＮＯｘの発生
量を規定埴ＦＮＯＸＤに抑えつつ、必要燃料（Ｆｆｎ）
を燃焼させることができる。

又、（３９）　、　（４０）式に、ＶＭＤ、ＶＲＤを代
入すれば、主燃焼及び還元燃焼用の燃料デマンドＦｔＭ
ｏ（３３００）及びＦ　’ｔＲＤ（、，３４００）を次
式により決定することができる。

Ｆｔｕｏ　＝　　ＶＭＤ　／　　ｋｖＭ　　　　　　　
　　　　　　　−−＝！−（４５）Ｆｚａｎ　＝　ＶＲ
Ｄ／　ｋｖｍ　　　　　　・・・−・−・・（４６）と
ころで、（３７）式に現われるに、・ＰＮ　＋ｋｐ　ｋ
、は燃料の性状やその天候等環境条件によって大きく変
化するので、オンラインで逐次推定し、その社で補正す
るのが望ましい。以下、その方法を説明する。

Ｎ’Ｏｘ−火炎形状ＶＭ、ＶＲ，火炎温度１１１　Ｍ。

ＴＲの２組の実測値をＮ　Ｏｘ　（１）　、　Ｖ　Ｍ（
１）　、　Ｖ　Ｒ（１）　。

Ｔ　Ｍ（１）　、　Ｔ　Ｒ（１）及びＮ０Ｘ（２Ｌ　Ｖ
Ｍ（２）、　ＶＲ（２）。

・ＴＭ（匂、ＴＲ（２）　　とすると、（３７）式よシ
、・・・・・・・・・・・・（４７） ・・・・・・・・・・・・（４８） （４７）式と（４８）式の比をとると 、’、　（ＦＮｏＪ２）Ｖｕ（１’）ｅｘ’ｉ’（Ｑ＞
）Ｖｎ（１）ｅＸｐ（ｙ＞）−ＦｙｏＪｌ）Ｖａ鴫ｔ）
Ｍ 十Ｆ　ＮＯｘ　（１％ｔ（２）ｅＸｐ　（）ＴＭ（２） ・・・・・・・・・（４９） として、ｋ、ｋｒを求めることができる。又、ｋ、Ｐｓ
も、求められたに、　ｋｒを（４７）あるいは（４８）
式に代入すればに、ＰＮを求めることができる。

又、（３９）　、　（４０）式に示したｋＶＭ、ｋＶｌ
ｌ　　も環境条件に左右されるので、毎回補正するのが
望ましい。

この求め方は簡単であり、実’６ｉ１１　ＶＭ（１）、
　Ｆｆｙ（１）。

Ｖａ（１）、　Ｆｔ　Ｒ（１）よシ、 ｋｖＭ＝　ＶＭ（１）／　ＦｆＭ（１）　　　　　　　
−−−（５０）ｋｖｕ　＝　ＶＲ（１）／　Ｆ　ｆｒｔ
（１）　　　　　　−・”　−（５１）として求めるこ
とができる。

以上説明した機能の概念を図示したのが第１３図でるる
。図で、計算手順を示すと次のようになる。

（１）壕ず、機能４６３０．４６４０にて、式（５０）
　、　（５１）を利用してｋＶＭ　、　ｋＶＲを求める
。

（２）機能４６１０ｔ／こて、式（０）を利用して、Ｖ
ａｎを求める。

（３）機能４６２０にて、式（４４）を利用して、ＶＭ
Ｄ　（ｃ求める。

（４）機能４６５０及び４６６０にて、式（４５）　、
　（４６）　　を利用して、ＦｆＭｎ（３３００）、　
ＬａＤ（３４００）を求め、出力する。

次に、主燃焼領域及び還元燃焼領域の制御方法についで
説明する。それぞれの燃料量デマンドは、機能４６００
によって決定されているので、機能４７００．４８００
では、夫々の石炭フィーダの速度デマンド３３１０．３
４１０．１次空気流量３３２０゜３４２０．２次空気流
指デマンド３３３０．３４３０を決定する。機能４７０
０で代表して説明する。第１４図は、その原理を説明し
たものである。図で、３３００は、主燃焼用バーナの燃
料量デマンドＦＭＲＤを示しており、検出器４７１０で
、検出された石炭重量ＧｃでＰＭｎｏ　　を割る（機能
４７２０）ことによって石炭フィーダの速度デマンド３
３１Ｏが決定される。又、Ｊ次望気の目的は、石炭の搬
送であるから、その流Ｖデマンド３３２０は、燃料流量
デマンドＦＭＲＤに比例係数に夏を掛ける（機能４７３
０）ことによって求めることができる。但し、空気流量
が少なくなると搬送力が極端に低下するので、ＦＭＲＤ
　　が小さくなっても１次空気流量がおる規定以下にな
らないように制限値が設けられるのが一般的である（恢
能４７３１）。次に２次空気流量デマンド３３３０であ
るが、図に示すよう（ζ基本的には、燻・斜流−ｆマン
トＦ■Ｄ　に比例定数に２を掛けて（機能４７４０）求
められる。しかしながら、石炭の場合その性状が大幅に
変化する。従って、どの性状の石炭でも比例定数Ｋｌ　
、に２が一定であるのが最適とは限らず、むしろ比例定
数Ｋｌ。

Ｋ２は、石炭の杆状によって適応修正するのが望ましい
。この適応修正の一実施例を示したのが第１５図である
。図で、４０００は石炭性状のオンライン計測機能で、
石炭の揮発分と固形炭素分の比εを求める。基準石炭性
状の揮発分と固形炭素分の比を６１で表現すれば、この
差を求め（機能４７５１）、−１１ｉｆ正保数Ｋ（機能
４７５２　）を掛け、基準として選定された石炭の時の
比例係数Ｋｌ　ｒ、　Ｋ２−を補正する（機能４７５３
．４７５４）。この考え方は次のような原理に基づいて
いる。すなわち、ｆａ形炭素分の多い石炭は、εが小さ
く燃焼しにくいので、このような場合は、１次空気側を
増加し、石炭と空気を良く混合し、燃焼しゃすくすると
いう考え方である。第１６図はもう一つの実施例を示す
。考え方は、第１５図と本質的に同じである。

この実施例では、石炭の性状の代シに火炎とバーナの距
、遮ｄを指標として用いている。すなわち、固形炭素分
が多ければ、距離ｄが大きくなるので、これを利用して
、比例定数Ｋｌ、に２を補正することができる。

〔発明の効果〕

主燃焼領域、還元領域の形状を直接計測するととのメリ
ットは、（４９）〜（５１）式に示したように、時々刻
々変化する石炭特性に、　ｋｒ、　ｋｇ　ＰＨ、ｋｖＮ
ｋｖＲを逐次推定修正できる点である。それ故、ＮＯｘ
生成、還元剤生成について、常時適切な情報が得られ、
ＮＯｘ低減に大きな成果をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、石炭火力プラントの概略図、第２図は、石炭
火力プラントの従来の制御系統図、第３図は、本発明の
１実施例を示す概略機能線図、第４１図す式石炭組成の
中性子計測の原理図、第５図は、合計燃焼量デマンド決
定アルゴリズム、第６図は、石炭発熱量計測の変形例を
示す概念図、第７図は、イメージガイドの一例を示す断
面図、第８図は、火炎情報のとらえ方の一例を示す図、
第９図（ｒ：Ｊ、、空燃比とバーナ・火炎間との距離の
関係を示す・７」、第１０図は、を燃比と最大輝度との
関係を示す図、第１１図は、ミル差圧と出口微粉炭光景
との関係を示す図、第１２図は、ミルの構造を示す、厩
念図、第１３図は、本発明の実施例に関る・；にミ料デ
マンド決定の機能構成の概念図、第１４図は、本発明の
実施列に関る石炭量、空気量制御の（段能ｒ１・【成の
概念図、第１５図、第１６図は、第１４図の（戊能の適
応修正の機能、ｉｈ成の概念１ス。 ４０００・・・発熱量推定・セ８能、４２００・・・火
炎計測機能、４３００・・・ｉ’ＪＯ’ｘ推定様能、４
４機能、４５００・・・微粉炭流指詑定機能、４６００
・・・燃料量配分決定機能、４７００．４８００・・・
上燃〉見、還元燃焼領域Ｍ御機能。 代理人　弁理士　高橋明夫 箔　６１ｉ１ 第　ｌ　阻 第　８　圀 イ氏呈く軍度 ２ 空燃比 第　１０　　口 第　１ＩＩ２１ ミ１し　差　圧　　ＡＰ 第　１４男 第　１！５０ 〈１　　　　　　　　　　ど２ 第１６記 手続補正書く方式） ％式％ 小作の表杓く 昭　和５８年　ｂ許願ｊｉ８７０６０９　　号発　明　
の　名　ＩＴ４、　　燃焼制御方法補止をする者 ・１１件との関係　　１、旨′１−出）９丁［人名　手
１５１ｔｌｉ抹式会（１日　立　製　イ乍　所代　　　
理　　　人 居　　１す１（〒ｌ１ｌｔｌ　１東京都千代田区丸の内
−丁目５番１号補正の対象 図面の第４図、Ｌ虞・本社板 補正の内容 別紙の通シ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼炉内の主燃焼領域で生成されるＮＯｘを還元燃
   焼領域で生成される還元剤で還元する炉内脱硝を行う燃
   焼炉の燃焼制御方法において、前記生成されるＮ　Ｏｘ
   量を燃焼領域の大きさに関する情報から推定し、生成さ
   れる還元剤の量を還元燃焼領域の大きさに□関する情報
   から推定して夫々の燃焼領域への燃料配分を制御するこ
   とを特徴とする燃焼制御方法。 ２、第１項忙おいて、燃焼領域の大きさに関する情報が
   燃焼領域を形成する火炎の形状に関する情報から得られ
   ることを特徴とする燃焼制御方法。 ３、燃焼炉の目標Ｎ　Ｏｘ値と検出Ｎ　Ｏｘ値との差か
   ら燃料配分を修正することを特徴とする第１項記載の燃
   焼制御方法。