TW202417781A - 煤氨混燒鍋爐控制裝置、煤氨混燒鍋爐控制方法、煤氨混燒鍋爐控制程式 - Google Patents
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Abstract
煤氨混燒鍋爐控制裝置所控制的煤氨混燒鍋爐，關於混合於從煤炭燃料噴出噴嘴噴出之煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從氨噴出噴嘴噴出之氨的第2燃燒用空氣，是可獨立地調整各自的流量。煤氨混燒鍋爐控制裝置，取得關於從煤炭燃料噴出噴嘴噴出之煤炭燃料的著火位置的指標參數，在指標參數為事先設定的規定值以下的情況，將第2燃燒用空氣的流速調整成增加。
Description
本發明，關於煤氨混燒鍋爐控制裝置、煤氨混燒鍋爐控制方法、煤氨混燒鍋爐控制程式。
本案是基於2022年9月16日在日本國特許廳申請的特願2022-147704號來主張優先權，將其內容引用於此。
發電用鍋爐等之大型的鍋爐，具有呈中空形狀且於大致鉛直方向設置的火爐，在該火爐壁配設有複數個噴燃器。且，大型的鍋爐，在火爐的鉛直方向上方連結有煙道，在該煙道配置有用來產生蒸氣的熱交換器。然後，噴燃器對火爐內噴射燃料與空氣（氧化氣體）的混合氣體藉此形成火炎，產生燃燒氣體而流往煙道。在流動有燃燒氣體的區域設置熱交換器，將在構成熱交換器的傳熱管內流動之水或蒸氣予以加熱來產生過熱蒸氣。
在這種鍋爐，為了去除燃燒氣體中所含的氮氧化物(NOx)，是對燃燒氣體供給氨(NH3)，藉此在氨的存在下使用觸媒來進行氮氧化物的還元。這種脫硝反應，是以下面的化學反應式來表示。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O ・・・(1)
例如在專利文獻1，揭示有藉由使用氨的脫硝反應來去除鍋爐之排氣中的氮氧化物用的技術之一例。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-228918號公報
[發明所欲解決之問題]
如上述專利文獻1，為了去除鍋爐之燃燒氣體所含的氮氧化物而使用在脫硝反應的氨，已知可低成本且效率良好地輸送、貯藏氫。因此，氨除了作為能量載體的作用以外，還可直接利用為火力發電的燃料，作為在燃燒時不排出CO2的燃料，期待著能在溫室效應氣體之排出刪減有著較大的優點。於是，進行著將氨與煤炭燃料一起作為燃料來使用，藉此將煤炭燃料與氨予以混燒之煤氨混燒鍋爐的開發。
作為煤氨混燒鍋爐的一個方式，已知有將用來對火爐噴出煤炭燃料的煤炭燃料噴出噴嘴與用來對火爐噴出氨的氨噴出噴嘴予以鄰接配置，藉此使煤炭燃料及氨以各自的噴燃器來燃燒的方式(此處所指的鄰接配置，是指用來使煤炭燃料燃燒的噴燃器與用來使氨燃燒的噴燃器隔著火爐壁管來配置的意思)。在該方式，是對於從煤炭燃料噴出噴嘴噴出的煤炭燃料、以及從氨噴出噴嘴噴出的氨，分別混合燃燒用空氣來燃燒，但混合於煤炭燃料的第1燃燒用空氣之流量、混合於氨的第2燃燒用空氣之流量是構成為可獨立地調整。
這種煤氨混燒鍋爐，在負載變化的情況(例如從額定負載減少成部分負載的情況)，從煤炭燃料噴出噴嘴對火爐噴出之煤炭燃料的著火位置會變化成從噴嘴噴出口遠離(在額定負載時，煤炭燃料的著火位置是在噴嘴噴出口的附近)。在火爐產生之燃燒氣體所含的氮氧化物(NOx)的排出量，是可以使噴出至火爐的氨與第2燃燒用空氣以既定的混合比來燃燒藉此降低，若煤炭燃料的著火位置變化的話，與用來使NOx降低的氨混合的第2燃燒用空氣的比率(空氣比)會變化。也就是說，因為煤炭燃料的著火位置變化，導致用來使燃燒氣體所含的氮氧化物降低的空氣比會變化，其結果，從鍋爐排出的氮氧化物會增大。這是因為，若煤炭燃料的著火位置變化成從煤炭燃料噴出噴嘴遠離的話，煤炭燃料之燃燒用空氣的一部分，會在噴嘴附近因氨的燃燒而先被消費所導致的。
本發明的至少一實施形態是有鑑於上述情事而完成者，其目的在於提供煤氨混燒鍋爐控制裝置、煤氨混燒鍋爐控制方法、煤氨混燒鍋爐控制程式，即使是煤炭燃料的著火位置變化的情況，亦可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物。
[解決問題之技術手段]
本發明的至少一實施形態的煤氨混燒鍋爐控制裝置，為了解決上述課題，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制裝置，具備：
指標參數取得部，其用來取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數；以及
第2燃燒用空氣流速調整部，其根據前述指標參數，以前述氨的著火位置接近前述煤炭燃料的著火位置的方式，調整前述第2燃燒用空氣的流速。
本發明的至少一實施形態的煤氨混燒鍋爐控制方法，為了解決上述課題，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制方法，具備：
取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、
根據前述指標參數，以前述氨的著火位置接近前述煤炭燃料的著火位置的方式，調整前述第2燃燒用空氣的流速的工程。
本發明的至少一實施形態的煤氨混燒鍋爐控制程式，為了解決上述課題，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制程式，可在電腦裝置執行：
取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、
根據前述指標參數，以前述氨的著火位置接近前述煤炭燃料的著火位置的方式，調整前述第2燃燒用空氣的流速的工程。
[發明之效果]
根據本發明的至少一實施形態，可提供煤氨混燒鍋爐控制裝置、煤氨混燒鍋爐控制方法、煤氨混燒鍋爐控制程式，即使是煤炭燃料的著火位置變化的情況，亦可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物。
以下，針對本發明之一實施形態，參照圖式來說明。又，本發明不限定於該實施形態，且，實施形態有複數的情況時，亦包含組合各實施形態的構造。在以下的說明，上或上方表示鉛直方向上側，下或下方表示鉛直方向下側，這鉛直方向並不嚴密，含有誤差。
首先參照圖1，說明鍋爐控制裝置的控制對象亦即煤氨混燒鍋爐的構造。圖1是一實施形態之煤氨混燒鍋爐10的概略構造圖。
煤氨混燒鍋爐10，是將煤炭燃料Fc及氨Fa(NH3)以含有噴燃器21的燃燒裝置20來燃燒，可藉由該燃燒所發生的熱來與供水或蒸氣進行熱交換而產生過熱蒸氣。煤炭燃料Fc，使用有生質燃料或煤炭等，使該等粉碎成為微粉燃料來使用。
煤氨混燒鍋爐10，具有：火爐11、燃燒裝置20、燃燒氣體通路12。火爐11，是呈大致四角筒的中空形狀且沿著大致鉛直方向來設置。構成火爐11之內壁面的火爐壁17，是由複數個傳熱管與將傳熱管彼此予以連接的連管片所構成，將因燃料的燃燒而產生的熱與流通於傳熱管之內部的水或蒸氣進行熱交換來回收，並抑制火爐壁17的溫度上升。
燃燒裝置20，設置在火爐11的下部區域。在本實施形態，燃燒裝置20，具備安裝在火爐壁17的複數個噴燃器21。噴燃器21，使煤炭燃料Fc或氨Fa與燃燒用空氣(二次空氣)一起燃燒藉此產生燃燒氣體。在本實施形態，噴燃器21是配置成，使因燃燒而產生的燃燒氣體一邊形成迴旋流一邊在火爐11上升，藉此送到燃燒氣體通路12。
煤炭燃料Fc，例如是藉由磨碎機來產生的微粉燃料。在本案說明書雖省略圖示，但磨碎機，例如是在內部將粉碎平台支撐成可驅動旋轉，在粉碎平台的上方使複數個粉碎輥與粉碎平台的旋轉連動而被支撐成可旋轉的豎輥磨碎機。因粉碎輥與粉碎平台的協同運作而粉碎後的固體燃料，是藉由供給至磨碎機的一次空氣(搬運用氣體、氧化性氣體)來搬運至磨碎機所具備的分級機。在分級機，是分級成適合噴燃器21之燃燒之粒徑以下的微粉燃料、比該粒徑還大的團塊燃料。微粉燃料，是通過分級機來與一次空氣一起被供給至噴燃器21。沒通過分級機的團塊燃料，是在磨碎機的內部因自身重量而落下至粉碎平台上，再次粉碎。
燃燒氣體通路12，連結於火爐11之鉛直方向上部。在燃燒氣體通路12，作為用來回收燃燒氣體之熱的熱交換器，設有：過熱器、再加熱器、省煤器等，使在火爐11產生的燃燒氣體與在各熱交換器的內部流通的供水或蒸氣之間進行熱交換。
在燃燒氣體通路12的下游側，連結有將在熱交換器進行過熱回收的燃燒氣體予以排出的煙道13。在煙道13，亦可設有：以流動於煙道13的燃燒氣體來將供給至噴燃器21的燃燒用空氣(二次空氣)予以預熱用的空氣預熱器或用來將燃燒氣體中的氮氧化物予以除去、降低用的脫硝裝置。且，在煙道13的下游側連結有氣體通道，通過氣體通道而從煙囪將燃燒氣體作為排氣排出至系統外。在氣體通道，亦可設有：將燃燒氣體中之灰等予以去除的電集塵機等之集塵裝置或將硫氧化物予以除去的脫硫裝置等之環境裝置、或是將排氣予以導引至該等之環境裝置的吸引送風機(IDF：Induced Draft Fan)。
噴燃器21，將煤炭燃料Fc或氨Fa與被空氣預熱器加熱過的燃燒用空氣(二次空氣)一起吹入至火爐11，使其著火藉此形成火炎。在火爐11內的下部區域形成火炎時，高溫的燃燒氣體在火爐11內上升，而流入燃燒氣體通路12。又，在本實施形態，作為氧化性氣體(一次空氣、二次空氣)是使用空氣，但亦可為氧氣比例比空氣還多者或還少者，將氧氣量對所供給之燃料量的比率調整至適當的範圍，藉此在火爐11實現穩定的燃燒。
且，在比火爐11之噴燃器21的安裝位置還上方(下游側)，設有用來對火爐11內供給燃燒用追加空氣(AA：Additional Air)用的複數個額外空氣通口(AA通口)25。在額外空氣通口25，是將從吹入送風機供給之空氣的一部分，作為燃燒用追加空氣來供給。
流入至燃燒氣體通路12的燃燒氣體，藉由配置在燃燒氣體通路12之內部的過熱器、再加熱器、省煤器來與水或蒸氣進行熱交換之後，排出至煙道13，藉由脫硝裝置來去除氮氧化物，藉由空氣預熱器來與一次空氣及二次空氣進行熱交換之後，進一步排出至氣體通道，藉由集塵裝置來去除灰等，藉由脫硫裝置來去除硫氧化物之後，從煙囪排出至系統外。
又，從燃燒氣體通路12之各熱交換器及煙道13到氣體通道之各裝置的配置，並不一定要對於燃燒氣體的流動配置成上述記載的順序。
接著參照圖2說明燃燒裝置20的具體構造。圖2是圖1之燃燒裝置20的剖面構造圖。
燃燒裝置20，含有設置在火爐壁17的複數個噴燃器21。複數個噴燃器21，含有用來使煤炭燃料Fc燃燒的煤炭燃料噴燃器21A、以及用來使氨Fa燃燒的氨噴燃器21B。
煤炭燃料噴燃器21A，具有：用來使煤炭燃料Fc與燃燒用空氣(以下適當稱為「第1燃燒用空氣A1」)混合來燃燒的噴燃器21、用來使煤炭燃料Fc噴出至火爐11的煤炭燃料噴出噴嘴21A1、用來使第1燃燒用空氣A1噴出至火爐11的第1燃燒用空氣噴出噴嘴21A2。煤炭燃料噴出噴嘴21A1及第1燃燒用空氣噴出噴嘴21A2是設置成互相鄰接(在此所指的「鄰接」，例如是在煤炭燃料噴出噴嘴21A1及第1燃燒用空氣噴出噴嘴21A2之間存在有火爐壁17而沒有距離上的隔離的意思)。從煤炭燃料噴出噴嘴21A1噴出的煤炭燃料Fc，是與從第1燃燒用空氣噴出噴嘴21A2噴出的第1燃燒用空氣A1混合來燃燒。
氨噴燃器21B，具有：用來使氨Fa與燃燒用空氣(以下適當稱為「第2燃燒用空氣A2」)混合來燃燒的噴燃器21、用來使氨Fa噴出至火爐11的氨噴出噴嘴21B1、用來使第2燃燒用空氣A2噴出的第2燃燒用空氣噴出噴嘴21B2。氨噴出噴嘴21B1及第2燃燒用空氣噴出噴嘴21B2是設置成互相鄰接(在此所指的「鄰接」，例如是在氨噴出噴嘴21B1及第2燃燒用空氣噴出噴嘴21B2之間存在有火爐壁17而沒有距離上的隔離的意思)。從氨噴出噴嘴21B1噴出的氨Fa，是與從第2燃燒用空氣噴出噴嘴21B2噴出的第2燃燒用空氣A2混合來燃燒。
具有這種構造的煤炭燃料噴燃器21A及氨噴燃器21B，在燃燒裝置20是配置成互相鄰接(在此所指的「鄰接」，是在兩者之間有火爐壁17等而沒有距離上的隔離的意思)。
接著說明具有上述構造的燃燒裝置20中，鍋爐負載與煤炭燃料噴燃器21A及氨噴燃器21B的著火位置之間的關係。圖3A是示意表示額定負載(負載為100%)時之煤炭燃料噴燃器21A及氨噴燃器21B的著火位置的圖，圖3B是示意表示部分負載時(負載未達100%)時之煤炭燃料噴燃器21A及氨噴燃器21B的著火位置的圖。
又，以下所說明的著火位置，是指藉由噴燃器21所形成之火炎距離噴嘴前端的距離。且，在以下的實施形態，雖示例成煤炭燃料噴燃器21A所具有的煤炭燃料噴出噴嘴21A1、以及氨噴燃器21B所具有的氨噴出噴嘴21B1的前端位置為相同的情況，但各自的前端位置不同亦可。
在圖3A表示出，鍋爐負載為額定負載的情況時，由煤炭燃料噴燃器21A所形成的火炎Pfa、以及由氨噴燃器21B所形成的火炎Pfb。煤炭燃料噴燃器21A的著火位置、以及氨噴燃器21B的著火位置，分別在火炎Pfa、Pfb之中特定在煤炭燃料噴出噴嘴21A1及氨噴出噴嘴21B1之前端側的位置，且皆為距離x1。另一方面如圖3B所示般，鍋爐負載為部分負載(比額定負載還低負載)的情況時，伴隨著煤炭燃料對煤炭燃料噴燃器21A的供給量減少，煤炭燃料噴燃器21A的著火位置會遠離成距離x2(＞x1)。此時氨噴燃器21B的著火位置依然為距離x1。
圖4是表示氨噴燃器21B之空氣比與燃燒氣體所含的NOx濃度之間關係的圖表。鍋爐負載為額定負載的情況時，伴隨著氨噴燃器21B的空氣比增加，燃燒氣體所含的NOx濃度會顯示逐漸增加的趨勢。另一方面，若鍋爐負載為部分負載的話，伴隨著氨噴燃器21B的空氣比增加，燃燒氣體所含的NOx濃度會顯示逐漸減少的趨勢。如上述般，鍋爐負載有變化時，燃燒氣體所含的NOx濃度對於氨噴燃器21B之空氣比的趨勢會變化。這認為是因為，如圖3B所示般，由於煤炭燃料噴燃器21A的著火位置遠離，而使供給至煤炭燃料噴燃器21A的燃燒用空氣(第1燃燒用空氣A1)會在著火位置比較近的氨噴燃器21B處被消費，而使燃燒氣體所含的NOx濃度增加。因此，煤氨混燒鍋爐10，在鍋爐負載變化之際，煤炭燃料噴燃器21A的著火位置會變化，而有著燃燒氣體所含的NOx濃度增加之虞。這種課題，可藉由以下說明的煤氨混燒鍋爐控制裝置100來適當地解決。
圖5是表示一實施形態煤氨混燒鍋爐控制裝置100的方塊構造圖。煤氨混燒鍋爐控制裝置100，例如由CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及可由電腦讀取的記憶媒體等來構成。然後，用來實現各種功能之一連串的處理，作為一例，是以程式的形式儲存於記憶媒體等，CPU將該程式讀取至RAM等，執行資訊的加工、演算處理，藉此實現各種功能。又，程式，亦可適用於：事先安裝於ROM或其他記憶媒體的形態、以儲存在可由電腦讀取之記憶媒體的狀態來提供的形態、透過有線或無線通訊手段來傳輸的形態等。可由電腦讀取的記憶媒體，是指磁碟片、磁光碟、CD-ROM、DVD-ROM、半導體記憶體等。
煤氨混燒鍋爐控制裝置100，具備指標參數取得部102與第2燃燒用空氣流速調整部104。
指標參數取得部102，構成為用來取得指標參數Pi。指標參數Pi，是具有關於從煤炭燃料噴出噴嘴21A1噴出之煤炭燃料Fc的著火位置(煤炭燃料噴燃器21A的著火位置)的參數。
在幾個樣態，指標參數Pi，是關於使從煤炭燃料噴出噴嘴21A1噴出的煤炭燃料Fc燃燒藉此形成之火炎Pfa的參數亦可。作為這種參數，例如，可使用：以拍攝裝置(攝影機等)所拍攝得到的亮度資訊、表示著火狀況的FD(幀檢測器)訊號、設置在煤炭燃料噴出噴嘴的金屬溫度計的檢測溫度值等。如此地使用以煤炭燃料Fc的燃燒所形成之火炎相關的參數來作為指標參數Pi，藉此可適當操作煤炭燃料噴燃器21A的著火位置。
且在其他的樣態，指標參數Pi是煤氨混燒鍋爐10的負載亦可。參照圖4如前述般，與氨噴燃器21B的空氣比有關連的燃燒氣體所含的NOx濃度是依存於鍋爐負載，故亦可將鍋爐負載作為指標參數Pi。該情況時，就沒有必要直接測量煤炭燃料噴燃器21A的火炎Pfa。
第2燃燒用空氣流速調整部104構成為，在指標參數Pi為事先設定之規定值Pi0以下的情況時，用來將供給至氨噴燃器21B之第2燃燒用空氣A2的流速調整成增加。規定值Pi0，是關於與煤炭燃料噴燃器21A的著火位置相關之指標參數Pi的閾值，是事先設定為用來判斷煤炭燃料噴燃器21A的著火位置在與額定負載的情況(參照圖3A)相較之下是否充分遠離的基準值。
然後，指標參數Pi成為規定值Pi0以下，藉此判斷煤炭燃料噴燃器21A的著火位置與額定負載的情況相較之下充分遠離的情況，將供給至氨噴燃器21B之第2燃燒用空氣A2的流速調整成增加。藉此，如圖6所示般，使氨噴燃器21B的著火位置遠離，藉此接近煤炭燃料噴燃器21A的著火位置。其結果，防止從煤炭燃料噴燃器21A噴出的第1燃燒用空氣A1先被氨噴燃器21B消耗的情況，即使是鍋爐負載有變化的情況亦可抑制燃燒氣體所含的NOx濃度增加。
接著說明藉由具有上述構造的煤氨混燒鍋爐控制裝置100所實施的煤氨混燒鍋爐控制方法。圖7是表示一實施形態之煤氨混燒鍋爐控制方法的流程圖。
首先，煤氨混燒鍋爐控制裝置100，監視控制對象亦即煤氨混燒鍋爐10的運轉條件，藉此判斷運轉條件是否有變化(步驟S100)。在步驟S100，煤氨混燒鍋爐控制裝置100，取得表示煤氨混燒鍋爐10之運轉狀態的運轉參數，根據運轉參數是否有變化來判斷運轉條件有無變化。運轉參數可選擇與煤氨混燒鍋爐10的運轉狀態相關之任意的參數。例如作為運轉參數來監視鍋爐負載的情況，是根據所取得之鍋爐負載的值，在從額定負載變化成部分負載的情況時，判斷運轉條件有變化。
接著指標參數取得部102，取得指標參數Pi(步驟S101)，判斷該指標參數Pi是否為規定值Pi0以下(步驟S102)。指標參數Pi，如前述般，是與煤炭燃料噴燃器21A的著火位置相關的參數。且，規定值Pi0，如前述般，是關於與煤炭燃料噴燃器21A的著火位置相關之指標參數Pi的閾值，是用來判斷煤炭燃料噴燃器21A的著火位置是否充分遠離的基準值。
在此，圖8是表示指標參數Pi與煤炭燃料噴燃器21A的著火位置之間關係的圖表。在圖8，表示有作為指標參數Pi使用FD訊號、亮度資訊、或金屬溫度的情況，隨著煤炭燃料噴燃器21A的著火位置從基準位置(例如煤炭燃料噴出噴嘴的前端)遠離，指標參數Pi表示出減少的傾向。由此顯示出指標參數Pi作為評價煤炭燃料噴燃器21A的著火位置的指標有發揮功能。
在指標參數Pi為規定值Pi0以下的情況(步驟S102：YES)，煤氨混燒鍋爐控制裝置100，取得在火爐11產生之燃燒氣體的NOx濃度(步驟S103)，判斷與運轉條件變化之前相較之下NOx濃度是否有增加(步驟S104)。燃燒氣體的NOx濃度是以既定的時機測量，該測量值例如與測量時刻建立關連來儲存在記憶體等的儲存手段。在步驟S104，讀取如此事先儲存之運轉條件變化之前的NOx濃度，來與在步驟S103取得的NOx濃度進行比較。藉此，在步驟S104，判斷是否有因煤炭燃料噴燃器21A的著火位置變化導致燃燒氣體所含的NOx濃度增加。
在與運轉條件變化之前相較之下NOx濃度有增加的情況(步驟S104：YES)，第2燃燒用空氣流速調整部104，將供給至氨噴燃器21B之第2燃燒用空氣A2的流速調整成增加(步驟S105)。在步驟S105，例如，進行調整來使第2燃燒用空氣A2的流速增加事先設定的單位量。
然後，煤氨混燒鍋爐控制裝置100，再次取得火爐11之燃燒氣體的NOx濃度(步驟S106)，判斷與步驟S105的調整前相較之下NOx濃度是否有降低(步驟S107)。在與步驟S105的調整前相較之下NOx濃度有降低的情況(步驟S107：YES)，煤氨混燒鍋爐控制裝置100，判斷藉由步驟S105的調整改善了煤氨混燒鍋爐10的運轉狀態，使處理回到步驟S105，藉此反覆調整第2燃燒用空氣A2的流速。另一方面，在與步驟S105的調整前相較之下NOx濃度沒有降低的情況(步驟S107：NO)，使第2燃燒用空氣A2的流速回到之前的值(步驟S108)。如上述般，若判斷藉由步驟S105的調整並沒有改善煤氨混燒鍋爐10的運轉狀態時，取消步驟S105的調整。
在這種煤氨混燒鍋爐控制方法，是以燃燒氣體所含的NOx濃度有效果地降低的方式，調整第2燃燒用空氣A2的流速。其結果，參照圖6如前述般，在煤炭燃料噴燃器21A的著火位置遠離的情況時，藉由第2燃燒用空氣A2的流速調整，使氨噴燃器21B的著火位置變更成靠近煤炭燃料噴燃器21A的著火位置。其結果，防止從煤炭燃料噴燃器21A噴出的第1燃燒用空氣A1先被氨噴燃器21B消耗的情況，即使是鍋爐負載有變化的情況亦可抑制燃燒氣體所含的NOx濃度增加。
在步驟S105調整第2燃燒用空氣A2的流速之際，第2燃燒用空氣流速調整部104，是將用來對火爐11噴出第2燃燒用空氣A2的噴嘴開口面積予以固定，並增加第2燃燒用空氣A2的流量，藉此增加第2燃燒用空氣A2的流速亦可。該情況時，第2燃燒用空氣流速調整部104，是以氨噴燃器21B的氨與第2燃燒用空氣A2的空氣比成為0.95以下的方式來調整第2燃燒用空氣的流量為佳。
在此，圖9是表示氨噴燃器21B之空氣比與燃燒氣體所含的NOx濃度之間關係的圖表。如圖9所示般，若氨噴燃器21B的空氣比增加而到達0.95附近時，燃燒氣體所含的NOx濃度會顯示急遽增加的傾向。因此，在調整第2燃燒用空氣A2的流量之際，將氨噴燃器21B的空氣比限制在0.95以下，藉此可有效地抑制燃燒氣體所含的氮氧化物增加。
在步驟S105調整第2燃燒用空氣A2的流速之際，第2燃燒用空氣流速調整部104，是將第2燃燒用空氣A2的流量予以固定，並減少用來對火爐11噴出第2燃燒用空氣A2的噴嘴開口面積，藉此增加第2燃燒用空氣A2的流速亦可。該情況時，第2燃燒用空氣流速調整部104，是以第2燃燒用空氣A2的流速成為70m/s以下的方式來調整噴嘴開口面積為佳。藉此，可有效迴避第2燃燒用空氣A2之過度的增加導致在調整時發生氨燃燒的熄火。
且，在上述說明，雖舉例了在步驟S105調整第2燃燒用空氣的流速之際，是以事先設定的單位量來使流速微調變化的情況，但亦可使用事先準備的基準資料D來算出與指標參數Pi對應之第2燃燒用空氣A2的流速目標值，以成為該目標值的方式來調整第2燃燒用空氣A2的流速亦可。該情況時，基準資料D，是作為將指標參數Pi與第2燃燒用空氣A2的流速目標值之間的關係予以規定的資料來事先準備。
圖10是界定出指標參數Pi與第2燃燒用空氣A2之流速的目標值之間關係的基準資料D的一例。在圖10，是對每個指標參數Pi(FD訊號、亮度資訊或金屬溫度)規定第2燃燒用空氣A2的流速目標值。在本實施形態，第2燃燒用空氣A2的流速目標值，是根據鍋爐負載、氨混燒率、煤炭狀態(燃料比)來細分化並規定。在該樣態，第2燃燒用空氣流速調整部104，取得指標參數Pi、鍋爐負載、氨混燒率、煤炭狀態(燃料比)，從基準資料D來特定出與該取得結果對應的目標值。第2燃燒用空氣流速調整部104，將第2燃燒用空氣A2的流速調整成所特定出的目標值，藉此與以單位量來調整流速的情況相較之下，可迅速地實施流速的調整，可提升鍋爐控制的反應性。
如以上說明般，根據上述各實施形態，取得指標參數Pi，藉此掌握從煤炭燃料噴出噴嘴21A1噴出至火爐11之煤炭燃料噴燃器21A的著火位置。指標參數Pi成為事先設定的規定值以下，藉此判斷煤炭燃料噴燃器21A的著火位置從噴出噴嘴遠離的情況時，將第2燃燒用空氣A2的流速調整成增加。藉此，使氨噴燃器21B的著火位置接近煤炭燃料噴燃器21A的著火位置。其結果，能抑制從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐的煤炭燃料Fc與燃燒的第1燃燒用空氣A1先被氨噴燃器21B消耗的情況，可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物增加。
上述各實施形態所記載的內容，例如把握成如下。
(1)一種煤氨混燒鍋爐控制裝置，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制裝置，具備：
指標參數取得部，其用來取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數；以及
第2燃燒用空氣流速調整部，其在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，用來將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加。
根據上述(1)的樣態，取得指標參數，藉此掌握從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐之煤炭燃料的著火位置。指標參數成為事先設定的規定值以下，藉此判斷煤炭燃料的著火位置從噴出噴嘴遠離的情況時，將第2燃燒用空氣的流速調整成增加。藉此，從氨噴出噴嘴噴出至火爐之氨的著火位置，會接近煤炭燃料的著火位置。其結果，能抑制從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐的煤炭燃料與燃燒的第1燃燒用空氣先與氨燃燒而消耗的情況，可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物增加。
(2)在其他樣態，是上述(1)的樣態，其中，
前述指標參數，是關於使從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出的前述煤炭燃料燃燒藉此形成之火炎的參數。
根據上述(2)的樣態，是使用以煤炭燃料的燃燒所形成之火炎相關的參數來作為指標參數，藉此可適當特定出從煤炭燃料噴出噴嘴噴出之煤炭燃料的著火位置。作為這種參數，例如，可使用：以拍攝裝置(攝影機等)所拍攝得到的亮度資訊、表示著火狀況的FD(幀檢測器)訊號、設置在煤炭燃料噴出噴嘴的金屬溫度計的檢測溫度值等。
(3)在其他樣態，是上述(1)的樣態，其中，
前述指標參數是前述煤氨混燒鍋爐的負載。
根據上述(3)的樣態，隨著鍋爐負載減少，從煤炭燃料噴出噴嘴噴出之煤炭燃料的著火位置有著從煤炭燃料噴出噴嘴遠離的傾向。因此採用鍋爐負載作為指標參數，藉此在判斷鍋爐負載為規定值以下因此煤炭燃料的著火位置遠離的情況時，將第2燃燒用空氣的流速調整成增加，藉此可有效降低燃燒氣體所含之氮氧化物的增加。
(4)在其他樣態，是上述(1)至(3)之任一樣態，其中，
前述第2燃燒用空氣流速調整部，是將用來對前述火爐噴出前述第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積予以固定，並增加前述第2燃燒用空氣的流量，藉此增加前述第2燃燒用空氣的流速。
根據上述(4)的樣態，是將用來對火爐噴出第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積予以固定，並使第2燃燒用空氣的流量成為可變，藉此可將第2燃燒用空氣的流速調整成增加。
(5)在其他樣態，是上述(4)的樣態，其中，
前述第2燃燒用空氣流速調整部，是以前述氨與前述第2燃燒用空氣的空氣比成為0.95以下的方式來調整前述第2燃燒用空氣的流量。
根據上述(5)的樣態，在調整第2燃燒用空氣的流量之際，是使氨與第2燃燒用空氣的空氣比限制成為0.95以下。藉此，可有效抑制混合於氨的第2燃燒用空氣過度地增加導致燃燒氣體所含的氮氧化物增加的情況。
(6)在其他樣態，是上述(1)至(3)之任一樣態，其中，
前述第2燃燒用空氣流速調整部，是將前述第2燃燒用空氣的流量予以固定，並減少用來對前述火爐噴出之前述第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積，藉此使前述第2燃燒用空氣的流速增加。
根據上述(6)的樣態，是固定第2燃燒用空氣的流量，並使用來對火爐噴出之第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積成為可變，藉此可增加第2燃燒用空氣的流速。
(7)在其他樣態，是上述(6)的樣態，其中，
前述第2燃燒用空氣流速調整部，是以前述第2燃燒用空氣的流速成為70m/s以下的方式來調整前述噴嘴開口面積。
根據上述(7)的樣態，在調整第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積之際，是使第2燃燒用空氣的流速限制成70m/s以下。藉此，可有效迴避第2燃燒用空氣之過度的增加導致在調整時發生氨燃燒的熄火。
(8)在其他樣態，是上述(1)至(7)之任一樣態，其中，
進一步具備儲存部，其用來儲存基準資料，該基準資料規定前述指標參數與前述第2燃燒用空氣的流速目標值之間的關係，
前述第2燃燒用空氣流速調整部，根據前述基準資料，算出與前述指標參數取得部所取得之前述指標參數相對應的前述目標值，並將前述第2燃燒用空氣的流速調整成前述目標值。
根據上述(8)的樣態，是將指標參數與成為調整對象之第2燃燒用空氣的流速目標值之間的關係事先作為基準資料儲存在儲存部。然後，第2燃燒用空氣流速調整部，參照基準資料，藉此特定出與所取得之指標參數相對應之第2燃燒用空氣的流速目標值，並以成為該目標值的方式進行調整，藉此可進行反應性較佳的鍋爐控制。
(9)在其他樣態，是上述(1)至(8)之任一樣態，其中，
前述煤炭燃料噴出噴嘴及前述氨噴出噴嘴，配置成使前述煤炭燃料及前述氨在前述火爐內形成迴旋流。
根據上述(9)的樣態，使用來噴出煤炭燃料及氨的各噴嘴配置成在火爐內形成迴旋流，這種鍋爐可有效降低燃燒氣體所含之氮氧化物的增加。
(10)一種煤氨混燒鍋爐控制方法，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制方法，具備：
取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、
在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加的工程。
根據上述(10)的樣態，取得指標參數，藉此掌握從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐之煤炭燃料的著火位置。指標參數成為事先設定的規定值以下，藉此判斷煤炭燃料的著火位置從噴出噴嘴遠離的情況時，將第2燃燒用空氣的流速調整成增加。藉此，從氨噴出噴嘴噴出至火爐之氨的著火位置，會接近煤炭燃料的著火位置。其結果，能抑制從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐的煤炭燃料與燃燒的第1燃燒用空氣先與氨燃燒而消耗的情況，可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物增加。
(11)一種煤氨混燒鍋爐控制程式，
具備：
煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及
氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐，
關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量，
前述煤氨混燒鍋爐控制程式，可在電腦裝置執行：
取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、
在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加的工程。
根據上述(11)的樣態，取得指標參數，藉此掌握從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐之煤炭燃料的著火位置。指標參數成為事先設定的規定值以下，藉此判斷煤炭燃料的著火位置從噴出噴嘴遠離的情況時，將第2燃燒用空氣的流速調整成增加。藉此，從氨噴出噴嘴噴出至火爐之氨的著火位置，會接近煤炭燃料的著火位置。其結果，能抑制從煤炭燃料噴出噴嘴噴出至火爐的煤炭燃料與燃燒的第1燃燒用空氣先與氨燃燒而消耗的情況，可有效降低燃燒氣體所含的氮氧化物增加。
10:煤氨混燒鍋爐
11:火爐
12:燃燒氣體通路
13:煙道
17:火爐壁
20:燃燒裝置
21:噴燃器
21A:煤炭燃料噴燃器
21A1:煤炭燃料噴出噴嘴
21A2:第1燃燒用空氣噴出噴嘴
21B:氨噴燃器
21B1:氨噴出噴嘴
21B2:第2燃燒用空氣噴出噴嘴
25:額外空氣通口
100:煤氨混燒鍋爐控制裝置
102:指標參數取得部
104:第2燃燒用空氣流速調整部
Fc:煤炭燃料
Fa:氨
A1:第1燃燒用空氣
A2:第2燃燒用空氣
D:基準資料
Pi:指標參數
[圖1] 一實施形態之煤氨混燒鍋爐的概略構造圖。
[圖2] 圖1之燃燒裝置的剖面構造圖。
[圖3A] 示意表示額定負載時之煤炭燃料噴燃器及氨噴燃器之著火位置的圖。
[圖3B] 示意表示部分負載時之煤炭燃料噴燃器及氨噴燃器之調整前之著火位置的圖。
[圖4] 表示氨噴燃器之空氣比與燃燒氣體所含的NOx濃度之間關係的圖表。
[圖5] 表示一實施形態之煤氨混燒鍋爐控制裝置的方塊構造圖。
[圖6] 示意表示部分負載時之煤炭燃料噴燃器及氨噴燃器之調整後之著火位置的圖。
[圖7] 表示一實施形態之煤氨混燒鍋爐控制方法的流程圖。
[圖8] 表示指標參數與煤炭燃料噴燃器的著火位置之間關係的圖表。
[圖9] 表示氨噴燃器的空氣比與燃燒氣體所含的NOx濃度之間關係的圖表。
[圖10] 界定出指標參數與第2燃燒用空氣之流速的目標值之間關係的基準資料的一例。
10:煤氨混燒鍋爐
11:火爐
12:燃燒氣體通路
13:煙道
17:火爐壁
20:燃燒裝置
21:噴燃器
25:額外空氣通口
Claims (11)
- 一種煤氨混燒鍋爐控制裝置，具備： 煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及 氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐， 關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量， 前述煤氨混燒鍋爐控制裝置，具備： 指標參數取得部，其用來取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數；以及 第2燃燒用空氣流速調整部，其在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，用來將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加。
- 如請求項1所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述指標參數，是關於使從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出的前述煤炭燃料燃燒藉此形成之火炎的參數。
- 請求項1所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述指標參數是前述煤氨混燒鍋爐的負載。
- 如請求項1或2所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述第2燃燒用空氣流速調整部，是將用來對前述火爐噴出前述第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積予以固定，並增加前述第2燃燒用空氣的流量，藉此增加前述第2燃燒用空氣的流速。
- 如請求項4所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述第2燃燒用空氣流速調整部，是以前述氨與前述第2燃燒用空氣的空氣比成為0.95以下的方式來調整前述第2燃燒用空氣的流量。
- 如請求項1或2所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述第2燃燒用空氣流速調整部，是將前述第2燃燒用空氣的流量予以固定，並減少用來對前述火爐噴出之前述第2燃燒用空氣的噴嘴開口面積，藉此使前述第2燃燒用空氣的流速增加。
- 如請求項6所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述第2燃燒用空氣流速調整部，是以前述第2燃燒用空氣的流速成為70m/s以下的方式來調整前述噴嘴開口面積。
- 如請求項1或2所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中， 進一步具備儲存部，其用來儲存基準資料，該基準資料規定前述指標參數與前述第2燃燒用空氣的流速目標值之間的關係， 前述第2燃燒用空氣流速調整部，根據前述基準資料，算出與前述指標參數取得部所取得之前述指標參數相對應的前述目標值，並將前述第2燃燒用空氣的流速調整成前述目標值。
- 如請求項1或2所述之煤氨混燒鍋爐控制裝置，其中，前述煤炭燃料噴出噴嘴及前述氨噴出噴嘴，配置成使前述煤炭燃料及前述氨在前述火爐內形成迴旋流。
- 一種煤氨混燒鍋爐控制方法，具備： 煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及 氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐， 關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量， 前述煤氨混燒鍋爐控制方法，具備： 取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、 在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加的工程。
- 一種煤氨混燒鍋爐控制程式，該煤氨混燒鍋爐具備： 煤炭燃料噴出噴嘴，其用來將煤炭燃料噴出至火爐；以及 氨噴出噴嘴，其用來將氨噴出至火爐， 關於混合於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的第1燃燒用空氣、混合於從前述氨噴出噴嘴噴出之前述氨的第2燃燒用空氣，是將煤氨混燒鍋爐控制成可獨立地調整各自的流量， 前述煤氨混燒鍋爐控制程式，可在電腦裝置執行： 取得關於從前述煤炭燃料噴出噴嘴噴出之前述煤炭燃料的著火位置的指標參數的工程、 在前述指標參數為事先設定的規定值以下的情況，將前述第2燃燒用空氣的流速調整成增加的工程。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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