特許 6372171 ボイラ装置及びボイラ装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6372171

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】ボイラ装置及びボイラ装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F23L 9/02 20060101AFI20180806BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20180806BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   F23L9/02

   F22B35/00 H

   F23N5/00 C

   F23N5/00 G

   F23N5/00 T

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-113200(P2014-113200)

(22)【出願日】2014年5月30日

(65)【公開番号】特開2015-227746(P2015-227746A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2017年2月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】藤田 直史

【審査官】 青木 良憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０４２１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７４２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１３３０５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−３２２３３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｌ ９／０２

Ｆ２２Ｂ ３５／００

Ｆ２３Ｎ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼ガスが流通するガス流路を備える火炉と、
前記火炉の内部で燃料を燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させるバーナと、
前記ガス流路の前記バーナより下流側において、前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、
前記ガス流路の前記バーナと前記熱交換器との間において、前記ガス流路を横断する方向における一方側と他方側のそれぞれからガスを吹き込むガス吹込装置と、
前記熱交換器の前記一方側と前記他方側における蒸気温度差を計測する温度計測装置と、
前記温度計測装置の計測結果に基づいて、前記ガス流路の前記一方側及び前記他方側の少なくともいずれか一方からの前記ガスの吹込量を、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記ガス吹込装置は、前記ガス流路を横断する第一方向における前記一方側と前記他方側のそれぞれに、前記ガス流路を横断し且つ前記第一方向と交差する第二方向において対向する一対のガス吹込部を有しており、
前記制御装置は、前記一対のガス吹込部のうちの一方から吹き込まれる前記ガスの吹込量のみを、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する、ことを特徴とするボイラ装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記蒸気温度差の大きさに基づいて、前記ガスの吹込量を変化させるステップ幅を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記温度計測装置の計測結果が予め設定した閾値を超えた状態で、予め設定した規定時間を経過したとき、前記ガス吹込装置の駆動の制御を開始する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ装置。

【請求項4】

前記ガス吹込装置は、前記ガスとして、前記燃料を二次燃焼させる二次燃焼用空気を吹き込む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のボイラ装置。

【請求項5】

燃焼ガスが流通するガス流路を備える火炉と、
前記火炉の内部で燃料を燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させるバーナと、
前記ガス流路の前記バーナより下流側において、前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、
前記ガス流路の前記バーナと前記熱交換器の間において、前記ガス流路を横断する方向における一方側と他方側のそれぞれからガスを吹き込むガス吹込装置と、を有するボイラ装置の制御方法であって、
前記ガス吹込装置は、前記ガス流路を横断する第一方向における前記一方側と前記他方側のそれぞれに、前記ガス流路を横断し且つ前記第一方向と交差する第二方向において対向する一対のガス吹込部を有しており、
前記熱交換器の前記一方側と前記他方側における蒸気温度差に基づいて、前記ガス流路の前記一方側及び前記他方側の少なくともいずれか一方において、前記一対のガス吹込部のうちの一方から吹き込まれる前記ガスの吹込量のみを、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する、ことを特徴とするボイラ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ装置及びボイラ装置の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボイラ装置は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、その燃焼熱で蒸気を発生させる装置である。ボイラ装置には、燃焼ガスが流通するガス流路に設けられ、燃焼ガスと熱交換する対流型の熱交換器を備えるものがある。このような熱交換器を備えるボイラ装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。このボイラ装置は、熱交換器として、過熱器と再熱器とを備えている。

【0003】

この過熱器と再熱器とが配置されるガス流路は仕切られており、それぞれのガス流路には、ガス流量を調整するダンパが設けられている。このボイラ装置は、過熱器において高温の蒸気を生成し、高圧の蒸気タービンを駆動すると共に、高圧の蒸気タービンから還流する蒸気を再熱器において中温・低温の蒸気とし、中圧・低圧の蒸気タービンを駆動する構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１０３３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ボイラ装置を部分負荷帯で運転すると、燃焼ガス量が少ないため、ガス流路におけるガス流量に偏りが生じる。これにより、ガス流路に設けられた熱交換器では、ガス流量が偏った側の蒸気温度が高くなり、逆にその反対側では蒸気温度が低くなり、蒸気温度差が発生してしまうことがある。この蒸気温度差が発生すると、熱伸び差による熱応力が発生し、ボイラ装置や蒸気タービンにおける構造物にストレスがかかる、という問題がある。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃焼ガス量が少ない場合でも、熱交換器において蒸気温度の均一化を図り、ボイラ装置の安定した運転を可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、燃焼ガスが流通するガス流路を備える火炉と、前記火炉の内部で燃料を燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させるバーナと、前記ガス流路の前記バーナより下流側において、前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、前記ガス流路の前記バーナと前記熱交換器との間において、前記ガス流路を横断する方向における一方側と他方側のそれぞれからガスを吹き込むガス吹込装置と、前記熱交換器の前記一方側と前記他方側における蒸気温度差を計測する温度計測装置と、前記温度計測装置の計測結果に基づいて、前記ガス流路の前記一方側及び前記他方側の少なくともいずれか一方からの前記ガスの吹込量を、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する制御装置と、を有する、ボイラ装置を採用する。

【0008】

本発明では、ボイラ装置に係る第２の解決手段として、前記制御装置は、前記蒸気温度差の大きさに基づいて、前記ガスの吹込量を変化させるステップ幅を設定する、という構成を採用する。

【0009】

本発明では、ボイラ装置に係る第３の解決手段として、前記ガス吹込装置は、前記ガス流路を横断する第一方向における前記一方側と前記他方側のそれぞれに、前記ガス流路を横断し且つ前記第一方向と交差する第二方向において対向する一対のガス吹込部を有しており、前記制御装置は、前記一対のガス吹込部のうちの一方から吹き込まれる前記ガスの吹込量のみを、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する、という構成を採用する。

【0010】

本発明では、ボイラ装置に係る第４の解決手段として、前記制御装置は、前記温度計測装置の計測結果が予め設定した閾値を超えた状態で、予め設定した規定時間を経過したとき、前記ガス吹込装置の駆動の制御を開始する、という構成を採用する。

【0011】

本発明では、ボイラ装置に係る第５の解決手段として、前記ガス吹込装置は、前記ガスとして、前記燃料を二次燃焼させる二次燃焼用空気を吹き込む、という構成を採用する。

【0012】

また、本発明では、燃焼ガスが流通するガス流路を備える火炉と、前記火炉の内部で燃料を燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させるバーナと、前記ガス流路の前記バーナより下流側において、前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、前記ガス流路の前記バーナと前記熱交換器の間において、前記ガス流路を横断する方向における一方側と他方側のそれぞれからガスを吹き込むガス吹込装置と、を有するボイラ装置の制御方法であって、前記熱交換器の前記一方側と前記他方側における蒸気温度差に基づいて、前記ガス流路の前記一方側及び前記他方側の少なくともいずれか一方からの前記ガスの吹込量を、ステップ状に変化させるよう前記ガス吹込装置の駆動を制御する、ボイラ装置の制御方法を採用する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ガス流路を横断する方向における一方側と他方側において熱交換器の蒸気温度差が生じた場合、ガス流路においてバーナと熱交換器との間に設けられたガス吹込装置からのガスの吹込量を一方側と他方側とで、ステップ状に変化させる。ガス流路における燃焼ガス量の偏りは、落ち着くことは少なく、左から右、右から左とサイクリックに移り変わることの方が多いため、ガスの吹込量を連続的に変化させたのでは、後追い制御になり、燃料ガス量の偏りを低減することは難しい。このため、本発明では、ガスの吹込量をステップ状に変化させることで、燃焼ガスの流れにインパクトを与えて、ガス流路における燃焼ガス量の偏りを低減させる。
したがって、本発明では、燃焼ガス量が少ない場合でも、熱交換器において蒸気温度の均一化を図り、ボイラ装置の安定した運転を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るボイラ装置１の概略構成図である。

【図2】図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る制御装置７の制御フローを示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るＯＡＰ開度と蒸気温度差との関係を示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態に係るボイラ装置１の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係るボイラ装置１の概略構成図である。図２は、図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。
本実施形態のボイラ装置１は、蒸気を生成し、不図示の蒸気タービンを駆動させ発電を行うものである。このボイラ装置１は、図１に示すように、火炉２と、バーナ３と、熱交換器４と、ガス吹込装置５と、図２に示すように、温度計測装置６と、制御装置７と、を有する。

【0017】

火炉２は、図１に示すように、微粉炭等の燃料がバーナ３で燃焼され、その燃焼により生成された固形物を排出する排出口２０を有する。また、火炉２は、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスを排気する排気口２１を有する。火炉２内には、燃料ガスのガス流路２２が形成されている。ガス流路２２は、火炉２の長手方向に延在し、排気口２１と連通している。燃焼ガスは、排気口２１を介して排出された後、排ガス処理を経て大気に放出される。

【0018】

バーナ３は、火炉２の内部で燃料を燃焼させ、燃焼ガスを発生させるものである。バーナ３は、燃料を供給する燃料供給管３０と、燃焼用空気を供給する空気供給管３１と、を有する。燃料供給管３０からは、燃料として、例えば微粉炭が噴射される。この燃料は、空気供給管３１から噴射される燃焼用空気と混合し、輻射や対流伝熱によって加熱され、石炭から放出された揮発成分が着火することで燃焼する。この結果、火炉２内に燃焼ガスが発生する。

【0019】

空気供給管３１からは、燃焼用空気として、燃料を一次燃焼させる一次燃焼用空気が吹き込まれる。本実施形態のボイラ装置１では、燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるため、燃焼用空気を一次及び二次に分けて供給している。すなわち、燃料に対する所定の空気比よりも低い一次燃焼用空気で燃料を一次燃焼させると共に熱分解する。これにより、一次燃焼で燃焼温度を下げてＮＯｘ発生を抑制することができる。なお、ボイラ装置１では、その下流側のガス吹込装置５から所定の空気比に不足分の二次燃焼用空気を吹き込み二段燃焼させることで、燃焼を完結させるものとしている。

【0020】

熱交換器４は、ガス流路２２のバーナ３より下流側において、燃焼ガスと熱交換するものである。熱交換器４は、対流型のものであり、火炉２内に複数設けられている。本実施形態の熱交換器４は、燃焼ガスの熱で生成した蒸気を不図示の蒸気タービンに必要な温度まで過熱する過熱器からなり、蒸気は複数段で過熱されることにより高温になる。この熱交換器４は、図２に示すように、蒸気を搬送する複数の蒸気配管４０と、複数の蒸気配管４０が接続される出口寄配管４１と、を有する。

【0021】

蒸気配管４０は、燃焼ガスの対流伝熱により加熱される熱交換器４を形成する配管であり、熱交換器４の出口側から延出するものである。出口寄配管４１は、ガス流路２２を横断する方向（第一方向）における一方側１０Ａで熱交換した複数の蒸気配管４０と接続される出口寄配管４１Ａと、ガス流路２２を横断する第一方向における他方側１０Ｂで熱交換した複数の蒸気配管４０と接続される出口寄配管４１Ｂと、からなる。なお、出口寄配管４１Ａ，４１Ｂを流通する蒸気は、下流側で合流して、不図示の蒸気タービンに供給される。

【0022】

ガス吹込装置５は、図１に示すように、ガス流路２２のバーナ３と熱交換器４との間においてガスを吹き込むものである。本実施形態のガス吹込装置５は、吹き込むガスとして、燃料を二次燃焼させる二次燃焼用空気を吹き込むようになっている。このガス吹込装置５は、ガスを吹き込む複数のＯＡＰ５０（Over Air Port：ガス吹込部）と、複数のＯＡＰ５０に接続された空気供給管５１と、ＯＡＰ５０のそれぞれから吹き込まれるガスの吹込量を調整するＯＡＰダンパ５２と、を有する。

【0023】

ＯＡＰ５０は、図２に示すように、ガス流路２２を横断する第一方向における一方側１０Ａと他方側１０Ｂのそれぞれに、ガス流路２２を横断し且つ第一方向と交差する第二方向において対向して設けられている。ガス吹込装置５は、第一方向の一方側１０Ａにおいて第二方向で対向する一対のＯＡＰ５０Ａ１，５０Ａ２と、第一方向の他方側１０Ｂにおいて第二方向で対向する一対のＯＡＰ５０Ｂ１，５０Ｂ２と、を有する。なお、本実施形態の第一方向は、火炉２の断面の長手方向に対応しており、本実施形態の第二方向は、火炉２の断面の短手方向に対応している。

【0024】

空気供給管５１は、図１に示すように、バーナ３に接続された空気供給管３１から分岐して設けられている。空気供給管５１は、その下流側で分岐して図２に示すＯＡＰ５０Ａ１，５０Ａ２，５０Ｂ１，５０Ｂ２のそれぞれに接続されている。
ＯＡＰダンパ５２は、空気供給管５１の流路に設けられた風量調整板を有し、その風量調整板の傾き（ＯＡＰ開度）に応じて、各ＯＡＰ５０からのガスの吹込量を調整する構成となっている。ガス吹込装置５は、ＯＡＰ５０Ａ１からのガスの吹込量を調整するＯＡＰダンパ５２Ａ１と、ＯＡＰ５０Ａ２からのガスの吹込量を調整するＯＡＰダンパ５２Ａ２と、ＯＡＰ５０Ｂ１からのガスの吹込量を調整するＯＡＰダンパ５２Ｂ１と、ＯＡＰ５０Ｂ２からのガスの吹込量を調整するＯＡＰダンパ５２Ｂ２と、を有する（図２参照）。

【0025】

温度計測装置６は、熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差を計測するものである。温度計測装置６は、熱交換器４の出口寄配管４１Ａを流通する蒸気の温度を計測する温度センサ６０Ａと、熱交換器４の出口寄配管４１Ｂを流通する蒸気の温度を計測する温度センサ６０Ｂと、を有する。温度計測装置６は、温度センサ６０Ａと温度センサ６０Ｂとの差分から熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差を計測することが可能な構成となっている。

【0026】

制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び電気的に接続されたガス吹込装置５、温度計測装置６と通信を行うインターフェイス回路等から構成されている。この制御装置７は、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行い、演算結果に基づいてガス吹込装置５の駆動を制御する構成となっている。

【0027】

制御装置７は、温度計測装置６の計測結果に基づいて、ガス流路２２の一方側１０Ａ及び他方側１０Ｂの少なくともいずれか一方からのガスの吹込量を、ステップ状に変化させるようガス吹込装置５の駆動を制御するようになっている。また、制御装置７は、蒸気温度差の大きさに基づいて、ガスの吹込量を変化させるステップ幅を設定するようになっている。また、制御装置７は、温度計測装置６の計測結果が予め設定した閾値を超えた状態で、予め設定した規定時間を経過したとき、ガス吹込装置５の駆動の制御を開始するようになっている。

【0028】

図３は、本発明の一実施形態に係る制御装置７の制御フローを示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係るＯＡＰ開度と蒸気温度差との関係を示すグラフである。なお、図３において、過熱器出口蒸気温度（左）とは温度センサ６０Ａから出力された信号であり、過熱器出口蒸気温度（右）とは温度センサ６０Ｂから出力された信号である。
制御装置７は、図３に示すように、熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差に基づいて、ＯＡＰ開度を変化させるステップ幅を変更するようになっている。

【0029】

具体的には、先ず、温度センサ６０Ａから出力された信号と、温度センサ６０Ｂから出力された信号は、加減算器７０に入力される。加減算器７０は、温度センサ６０Ａから出力された信号と、温度センサ６０Ｂから出力された信号と、の差の信号を出力する。加減算器７０から出力された信号は、符号が＋の場合（温度センサ６０Ａの蒸気温度が大きい場合）、高側モニタ７１ａ〜７１ｄ若しくは低側モニタ７２ｅに入力される。一方、加減算器７０から出力された信号は、符号が−の場合（温度センサ６０Ｂの蒸気温度が大きい場合）、低側モニタ７２ａ〜７２ｄ若しくは高側モニタ７１ｅに入力される。

【0030】

蒸気温度差がα４より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、高側モニタ７１ａに入力される。また、蒸気温度差がα４より小さくα３より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、高側モニタ７１ｂに入力される。また、蒸気温度差がα３より小さくα２より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、高側モニタ７１ｃに入力される。また、蒸気温度差がα２より小さくα１より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、高側モニタ７１ｄに入力される。また、蒸気温度差がα１より小さいβより小さい場合、加減算器７０から出力された信号は、低側モニタ７２ｅに入力される。なお、β、α１〜α４は、０＜β＜α１＜α２＜α３＜α４の関係を有する（図４参照）。

【0031】

高側モニタ７１ａ〜７１ｄから出力された信号は、オンディレイタイマ７２に入力される。オンディレイタイマ７３は、予め設定した規定時間を経過したとき信号を出力する。オンディレイタイマ７３から出力された信号は、セット・リセット７４のセット側に入力される。また、低側モニタ７２ｅから出力された信号は、セット・リセット７４のリセット側に入力される。すなわち、蒸気温度差がほとんどなくなったとき（蒸気温度差＜βとなったとき）、低側モニタ７２ｅから出力された信号によって、蒸気温度差の大きさに基づくＯＡＰ開度のステップ幅の設定がベース（初期）にリセットされる。

【0032】

セット・リセット７４のセット側から出力された信号は、切換器７６に入力される。切換器７６は、入力された信号に基づき、ＯＡＰ開度指令（ベース）に、関数発生器７５においてボイラ負荷に応じて発生したバイアス（レベル１〜４）を掛ける。高側モニタ７１ｄに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル１のバイアスを掛ける。また、高側モニタ７１ｃに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル２のバイアスを掛ける。また、高側モニタ７１ｂに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル３のバイアスを掛ける。また、高側モニタ７１ａに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル４のバイアスを掛ける。なお、ＯＡＰ開度はステップ状に設定されており、ベース＜レベル１＜レベル２＜レベル３＜レベル４の関係を有する（図４参照）。

【0033】

一方、蒸気温度差が−α１より小さく−α２より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、低側モニタ７２ａに入力される。また、蒸気温度差が−α２より小さく−α３より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、低側モニタ７２ｂに入力される。また、蒸気温度差が−α３より小さく−α４より大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、低側モニタ７２ｃに入力される。また、蒸気温度差が−α４より小さい場合、加減算器７０から出力された信号は、低側モニタ７２ｄに入力される。また、蒸気温度差が−α１より大きい−βより大きい場合、加減算器７０から出力された信号は、高側モニタ７１ｅに入力される。なお、−β、−α１〜−α４は、−α４＜−α３＜−α２＜−α１＜−β＜０の関係を有する（図４参照）。

【0034】

低側モニタ７２ａ〜７２ｄから出力された信号は、オンディレイタイマ７２に入力される。オンディレイタイマ７３は、予め設定した規定時間を経過したとき信号を出力する。オンディレイタイマ７３から出力された信号は、セット・リセット７４のセット側に入力される。一方、高側モニタ７１ｅから出力された信号は、セット・リセット７４のリセット側に入力される。すなわち、蒸気温度差がほとんどなくなったとき（蒸気温度差＞−βとなったとき）、高側モニタ７１ｅから出力された信号によって、蒸気温度差の大きさに基づくＯＡＰ開度のステップ幅の設定がベース（初期）にリセットされる。

【0035】

セット・リセット７４のセット側から出力された信号は、切換器７６に入力される。切換器７６は、入力された信号に基づき、ＯＡＰ開度指令（ベース）に、関数発生器７７においてボイラ負荷に応じて発生したバイアス（レベル−１〜−４）を掛ける。低側モニタ７２ａに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル−１のバイアスを掛ける。また、低側モニタ７２ｂに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル−２のバイアスを掛ける。また、低側モニタ７２ｃに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル−３のバイアスを掛ける。また、低側モニタ７２ｄに係る信号が入力された切換器７６は、出力する信号ａにレベル−４のバイアスを掛ける。なお、ＯＡＰ開度はステップ状に設定されており、レベル−４＜レベル−３＜レベル−２＜レベル−１＜ベースの関係を有する（図４参照）。

【0036】

次に、変化率制限器７８において、バイアスが所定範囲を超えないように制限する。変化率制限器７８から出力された信号は、切換器７９に入力される。切換器７９は、左右温度差制御が入力された場合（蒸気温度差の大きさが所定の閾値を超えた場合）、ＯＡＰ開度指令にバイアスを掛けた指令を出す。切換器７９は、それ以外の場合、ＯＡＰ開度指令にバイアスを掛けない。このＯＡＰ開度指令に基づいて、図２に示すＯＡＰダンパ５２の開度が制御される。

【0037】

本実施形態の制御装置７は、図２に示すように、第二方向で対向する一対のＯＡＰ５０のうちの一方から吹き込まれるガスの吹込量のみを、図３に示す制御フローでステップ状に変化させるようガス吹込装置５の駆動を制御する。本実施形態では、ＯＡＰダンパ５２Ａ１、ＯＡＰダンパ５２Ｂ１のみが図３に示す制御フローにより制御される。すなわち、ＯＡＰダンパ５２Ａ２、ＯＡＰダンパ５２Ｂ２では、熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差に基づいて、ＯＡＰ開度を変化させるステップ幅を変更するようになってはいない。

【0038】

続いて、上記構成のボイラ装置１の具体的な動作（制御方法）について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係るボイラ装置１の動作を説明するための図である。なお、図５は、図２に対応する図であり、図中の符号Ｇは、燃焼ガスを模式的に示したものである。

【0039】

ボイラ装置１を部分負荷帯で運転すると、燃焼ガス量が少ないため、図５おいてＧが付された二点鎖線で示すように、ガス流路２２におけるガス流量に偏りが生じる。これにより、ガス流路２２に設けられた熱交換器４では、ガス流量が偏った側（第一方向の一方側１０Ａ）の蒸気温度が高くなり、逆にその反対側（第一方向の他方側１０Ｂ）では蒸気温度が低くなり、蒸気温度差が発生してしまうことがある。この蒸気温度差が発生すると、熱伸び差による熱応力が発生し、ボイラ装置１や蒸気が供給される不図示の蒸気タービンにおける構造物にストレスがかかる。

【0040】

このため、本実施形態のボイラ装置１は、熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差を計測する温度計測装置６と、温度計測装置６の計測結果に基づいて、ガス流路２２の一方側１０Ａ及び他方側１０Ｂの少なくともいずれか一方からのガスの吹込量を、ステップ状に変化させるようガス吹込装置５の駆動を制御する制御装置７と、を有する。ガス吹込装置５は、ＮＯｘ低減のために二次燃焼用空気を吹き込むＯＡＰ５０を第一方向における一方側１０Ａと他方側１０Ｂとに複数備えており、この設備を利用してガス流路２２における燃焼ガス量の偏りを低減させることで、別途設備を追加することがないようにすることができる。

【0041】

ガス流路２２における燃焼ガス量の偏りは、落ち着くことは少なく、左から右、右から左とサイクリックに移り変わることの方が多い。このため、ガスの吹込量を連続的に変化させたのでは、後追い制御になり、燃料ガス量の偏りを低減することは難しい。そこで、本実施形態では、ガスの吹込量をステップ状に変化させることで、燃焼ガスの流れにインパクトを与えて、ガス流路２２における燃焼ガス量の偏りを低減させる。図３に示す制御フローによれば、一方側１０Ａの蒸気温度が上昇し始めたら、その一方側１０Ａからのガスの吹込量をステップ状に増加させる。また、蒸気温度が上昇するようであれば、さらにステップ状にガスの吹込量を増加させる。蒸気温度が下がり始めたら、逆にステップ状にガスの吹込量を減少させる、といった制御が可能となる。

【0042】

このように、本実施形態では、ガス流路２２を横断する方向における一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおいて熱交換器４の蒸気温度差が生じた場合、ガス流路２２においてバーナ３と熱交換器４との間に設けられたガス吹込装置５からのガスの吹込量を一方側１０Ａと他方側１０Ｂとで、ステップ状に変化させることで、燃焼ガスの流れにインパクトを与えて、ガス流路２２における燃焼ガス量の偏りを低減させることができる。例えば、図５に示す例では、第一方向の一方側１０Ａの蒸気温度が高い場合、第一方向の他方側１０ＢのＯＡＰ５０Ｂ１の開度を低減させ、燃焼ガスが他方側１０Ｂに流れ易いように調整することができる。このため、本実施形態では、燃焼ガス量が少ない場合でも、熱交換器４において蒸気温度の均一化を図り、ボイラ装置１の安定した運転を可能とすることができる。

【0043】

また、本実施形態では、制御装置７は、蒸気温度差の大きさに基づいて、ガスの吹込量を変化させるステップ幅を設定する、という構成を採用する。この構成によれば、図４に示すように、蒸気温度差の大きさに基づいてＯＡＰ開度のバイアスが比例的に大きくなるため、蒸気温度差が大きさに対応したインパクトを燃焼ガスの流れに与えることができる。このため、本実施形態では、ガス流路２２における燃焼ガス量の偏りを速く効果的に低減させることができる。

【0044】

また、本実施形態では、制御装置７は、ＯＡＰ５０Ａ１，５０Ｂ１から吹き込まれるガスの吹込量のみを、ステップ状に変化させるようガス吹込装置５の駆動を制御する、という構成を採用する。上述した様に、燃焼ガスの流れは、落ち着くことなく移り変わり易い。したがって、例えば、全てのＯＡＰ５０でガスの吹込量を変化させてしまうと、燃焼ガスがランダムに動き、燃焼ガス量の偏りを制御することが困難になってしまう。このため、本実施形態では、ＯＡＰ５０の制御を、一方側１０Ａと他方側１０Ｂとで一つずつに絞ることで、燃焼ガス量の偏りの制御を容易にさせている。

【0045】

また、本実施形態では、制御装置７は、温度計測装置６の計測結果が予め設定した閾値（例えばα１）を超えた状態で、オンディレイタイマ７３で予め設定した規定時間を経過したとき、ガス吹込装置５の駆動の制御を開始（セット）する、という構成を採用する。上述した様に、ガス流路２２における燃焼ガス量の偏りは、落ち着くことは少なく、左から右、右から左とサイクリックに移り変わることの方が多い。したがって、一時的な温度変化にとらわれると、燃焼ガス量の偏りを正確に把握できず、逆に偏りを助長させてしまう制御をかけてしまうことがある。このため、本実施形態では、一時的な温度変化に伴う制御を排除すべく、蒸気温度差がある閾値を超えて規定時間が経過した場合に、ＯＡＰ開度指令をステップ状に切り換えるようになっている。

【0046】

このように、上述の本実施形態によれば、燃焼ガスが流通するガス流路２２を備える火炉２と、火炉２の内部で燃料を燃焼させ、燃焼ガスを発生させるバーナ３と、ガス流路２２のバーナ３より下流側において、燃焼ガスと熱交換する熱交換器４と、ガス流路２２のバーナ３と熱交換器４との間において、ガス流路２２を横断する方向における一方側１０Ａと他方側１０Ｂのそれぞれからガスを吹き込むガス吹込装置５と、熱交換器４の一方側１０Ａと他方側１０Ｂにおける蒸気温度差を計測する温度計測装置６と、温度計測装置６の計測結果に基づいて、ガス流路２２の一方側１０Ａ及び他方側１０Ｂの少なくともいずれか一方からのガスの吹込量を、ステップ状に変化させるようガス吹込装置５の駆動を制御する制御装置７と、を有する、ボイラ装置１を採用することによって、燃焼ガス量が少ない場合でも、熱交換器４において蒸気温度の均一化を図り、ボイラ装置１の安定した運転を可能とすることができる。

【0047】

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0048】

例えば、以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、蒸気温度差の大きさに基づいて、ガスの吹込量を変化させるステップ幅を設定すると説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではなく、図３に示す制御フローは一例である。例えば、温度差に応じて比例的にステップ幅を設定するのではなく、二次関数的にステップ幅を設定する手法を採用してもよい。

【0049】

（２）上記実施形態では、熱交換器４は過熱器であると説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではなく、例えば熱交換器４が再熱器であってもよい。

【0050】

（３）上記実施形態では、ガス吹込装置５は、ガスとして、燃料を二次燃焼させる二次燃焼用空気を吹き込むと説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではなく、例えばガスとして、不活性ガスや蒸気、燃焼排ガスの一部等を吹き込む手法を採用してもよい。

【0051】

（４）上記実施形態では、ＯＡＰ５０を４つ配置すると説明したが、本発明はこの手法に限定されるものではなく、ＯＡＰ５０の個数や配置はボイラ装置１の仕様によって適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0052】

１…ボイラ装置、２…火炉、３…バーナ、４…熱交換器、５…ガス吹込装置、６…温度計測装置、７…制御装置、１０Ａ…一方側、１０Ｂ…他方側、２２…ガス流路、５０…ＯＡＰ（ガス吹込部）、Ｇ…燃焼ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】