特開 2024-59410 ボイラ制御装置、プログラム、ボイラ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024059410

(43)【公開日】2024-05-01

(54)【発明の名称】ボイラ制御装置、プログラム、ボイラ制御方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/38 20060101AFI20240423BHJP

   F23N 5/00 20060101ALI20240423BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20240423BHJP

   F23J 3/00 20060101ALI20240423BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

F22B37/38 E

F23N5/00 J

F23N5/24 107Z

F23N5/24 107B

F23J3/00 101A

F22B35/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022167072

(22)【出願日】2022-10-18

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】森田 愛士

(72)【発明者】

【氏名】吉川 広治

【テーマコード（参考）】

3K003

3K261

3L021

【Ｆターム（参考）】

3K003EA07

3K003FA04

3K003FB05

3K003GA03

3K003TB06

3K003TC02

3K003TC07

3K003TE07

3K261GB11

3L021AA05

3L021DA05

3L021DA09

3L021DA28

3L021FA14

(57)【要約】

【課題】ボイラの流路入口から出口までの燃焼ガス流の流れが把握され、ボイラの制御追従性が向上し、燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得るボイラ制御装置を提供する。
【解決手段】ボイラ制御装置１は、ボイラ３における節炭器３９の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付部１０１と、ボイラ３の燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、燃焼ガスの流路の断面方向の両端に設けられる酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付部１０２及び第３の酸素濃度受付部１０３と、第１から第３の酸素濃度受付部１０１から１０３が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、流路の入り口に設けられるダンパ４１の開度を制御するダンパ制御部１０７と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラにおける節炭器の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付部と、
前記ボイラの燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、前記燃焼ガスの前記流路の断面方向の両端に設けられる前記酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付部及び第３の酸素濃度受付部と、
前記第１から第３の酸素濃度受付部が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、前記流路の入り口に設けられるダンパの開度を制御するダンパ制御部と、
を有するボイラ制御装置。

【請求項2】

前記第１から第３の酸素濃度受付部が受け付けた前記酸素濃度の情報に基づいて、前記ボイラの加熱配管に付着するクリンカの量を評価するクリンカ評価部を有する
請求項１に記載のボイラ制御装置。

【請求項3】

クリンカ除去用のスートブロワが運転されている間においては、発電機出力によるダンパ開度の情報に２次の再熱器の出口における温度の信号と２次ＳＨスプレイＣＶ開度についての情報の比例制御と前記第１の酸素濃度受付部が受け付けた前記酸素濃度の情報を加算した信号に基づいて前記ダンパ制御部が前記ダンパの開度を制御する、
請求項１又は請求項２に記載のボイラ制御装置。

【請求項4】

ボイラにおける節炭器の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付手段と、
前記ボイラの燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、前記燃焼ガスの前記流路の断面方向の両端に設けられる前記酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付手段及び第３の酸素濃度受付手段と、
前記第１から第３の酸素濃度受付部が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、前記流路の入り口に設けられるダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、
をコンピュータに実行させるプログラム。

【請求項5】

ボイラにおける節炭器の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付ステップと、
前記ボイラの燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、前記燃焼ガスの前記流路の断面方向の両端に設けられる前記酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付ステップ及び第３の酸素濃度受付ステップと、
前記第１から第３の酸素濃度受付部が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、前記流路の入り口に設けられるダンパの開度を制御するダンパ制御ステップと、
を有するボイラ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ制御装置、プログラム、ボイラ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、石炭炊きの火力発電所では、ボイラ燃焼に伴い発生するクリンカ（灰分等、石炭が保有する成分溶出分の塊）がボイラ内に配列された加熱配管に付着する事は避けられず、これが付着することで加熱配管の表面の熱伝達が阻害され、ボイラ熱吸収の低下及びボイラ効率の低下に繋がっていた。これらボイラ内の加熱配管は、ボイラケーシングで囲まれた高温で閉塞、且つ暗所な場所に設置されているため、目視によるクリンカ付着状況の確認は不可能に近く、ボイラ内の正確な汚損状態を把握することは困難である。

【0003】

また、付着したクリンカはボイラ内の燃焼ガスの流れを阻害し、バーナ燃焼用の空気量の制御に用いられるガス酸素濃度の流路断面の両端におけるアンバランスの誘発にも繋がっている。

【0004】

この解決手法として、ボイラの流路出口に設置した酸素濃度計の濃度信号と温度計で測定した温度信号を用いて演算しボイラ燃焼の状況を判断して内部の汚損状況を把握する技術が例えば、特許文献１に記載されている。

【0005】

排煙脱硫装置で発生する石膏の色度をボイラ本体内における燃焼状態の良悪の判定指標として用いて一次的な燃焼管理が行われ、石膏の色度（３種類（３．５．７度））の色見本を基準）が所定の管理値以上である場合に、節炭器の出口（Ａ・Ｂ）側流路に複数設置した酸素濃度計の数値（Ａ側平均値とＢ側平均値）と標準偏差に基づき、二次的な燃焼管理が行われる。

【0006】

より具体的な燃焼管理としては、定格負荷時において、節炭器の出口（Ａ・Ｂ）側流路に複数設置した酸素濃度計の数値（Ａ側平均値・Ｂ側平均値）の差が０．４％より大きくなる場合にはエアレジスタの設定開度の確認が行われ、通風系統の酸素濃度分布から燃焼不良と思われるバーナの入替えが行われる。酸素濃度の数値に基づいて燃焼管理の行われる点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第２９５４７３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

石炭焚きボイラで使用する石炭は銘柄が数多く存在し、単一銘柄であったとしても同じ成分の石炭は、ほぼ無いに等しい。銘柄が異なる石炭の混炭燃焼の場合には言うまでもなく、単一銘柄での燃焼或いは同じ質量の石炭の燃焼においても、ボイラ燃焼ガス中における窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度は常に同じ値を示す事はない。また、燃焼時に用いる燃焼空気は、夏季と冬季でかなり温度差が生じており、ボイラ燃焼ガス温度の動向にも影響を及ぼす。

【0009】

先行技術は、ボイラ燃焼で発生した燃焼ガス濃度や燃焼ガス温度等、燃焼で生じるプロセス測定データを用いてボイラ汚損度合いを検出する手法である。しかしながら、先行技術は、石炭性状の差異や外気温度の変化ほか、ボイラ燃焼に影響が生じる不確定要素を反映したものではない。このため、ボイラ汚損の判定精度は高いと言い難い。

【0010】

節炭器の出口に設置した酸素濃度計の数値に基づいて、バーナの入替えを行う、に過ぎない。

【0011】

また、ボイラ内に付着した汚損はボイラ燃焼ガス流の流れを阻害し、バーナ燃焼空気の制御に用いる燃焼ガス酸素濃度のアンバランスを誘発させる。詳細に把握して管理することがボイラ燃焼の安定化に繋がるが、先願は汚損把握のみに着眼しボイラ設備全般を考慮した内容となっていない。

【0012】

本発明は、きめ細やかなボイラ汚損除去によるボイラ効率への貢献と燃焼空気量の自動平衡制御の追従性向上を一元化したシステムを構築することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するため、本発明の一態様であるボイラ制御装置は、ボイラにおける節炭器の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付部と、ボイラの燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、燃焼ガスの流路の断面方向の両端に設けられる酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付部及び第３の酸素濃度受付部と、第１から第３の酸素濃度受付部が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、流路の入り口に設けられるダンパの開度を制御するダンパ制御部と、を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ボイラにおける燃焼用空気量制御性を向上させて燃焼のアンバランスが起こらないようにするともに蒸気温度制御の安定性向上を図ることができる。ボイラの流路入口から出口までの燃焼ガス流の流れが把握され、ボイラの制御追従性が向上し、燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の石炭火力発電システムにおける微粉炭燃焼部を示すブロック図である。

【図2】本発明の石炭火力発電システム、特に、ボイラの断面模式図である。

【図3】本発明に係るボイラ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図4】本発明に係るボイラ制御装置の機能的構成を示すブロック図である。

【図5】本発明の石炭火力発電システム、特に、ボイラの断面模式図であって、クリンカが付着した状態における状況を示す図である。

【図6】本発明の石炭火力発電システム、特に、ボイラの断面模式図であって、付着したクリンカの内、中間部に付着したクリンカがスートブロワ処理により除去された状態における状況を示す図である。

【図7】本発明に係るボイラ制御装置の処理の流れを示すシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態に係るボイラ制御装置１について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付す。同一構成要素にて第１の構成要素、第２の構成要素のように区別する場合には、符号にａ、ｂ等が付加される。

【0017】

図１は、石炭火力発電システム２００における微粉炭燃焼部２を示すブロック図である。ここで、図１に示すように、微粉炭燃焼部２は、ボイラ（燃焼ボイラ）３と、ボイラ３を熱源とする空気予熱器４（熱交換ユニット）と、微粉炭とともに燃焼させる空気をボイラ３に供給する空気供給機５と、を備え、石炭微粉炭機６から石炭微粉炭を受け入れる。ボイラ３はボイラ制御装置１により制御される。

【0018】

ボイラ（燃焼ボイラ）３には、石炭微粉炭機６によって微細な粒度に粉砕された微粉炭が、図示されない微粉炭管を介して供給される。石炭微粉炭機６の種類としては、ローラミル、チューブミル、ボールミル、ビータミル、インペラーミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく微粉炭燃焼で用いられるミルであればよい。また、粉砕された微粉炭は、空気供給機５から供給された空気と混合される。これにより、微粉炭は予熱され、乾燥させられて、燃焼を容易にすることができる。

【0019】

ボイラ３では、空気供給機５から供給されて空気予熱器４によって加熱された空気とともに微粉炭が燃焼される。加熱された空気を用いることにより、ボイラ３の燃焼温度が下がることを防ぐことができる。

【0020】

図２を参照して、石炭火力発電システム２００、特に、ボイラ３について詳しく説明する。図２は、石炭火力発電システム２００、特に、ボイラ３の断面模式図である。図２においては、図１に示した、空気供給機５、空気予熱器４、石炭微粉炭機６は省略されている。図２に示すように、ボイラ３は全体として略逆Ｕ字状をなしており、図中矢印に沿って燃焼ガスが逆Ｕ字状に移動した後、再度小さくＵ字状に反転し、ボイラ３の出口（図２における矢印の最後）は、図１における集塵装置７に接続されている。本実施形態に係る微粉炭燃焼部２においては、ボイラ３の高さは３０ｍから７０ｍである。

【0021】

ボイラ３の燃焼ガス流２０１の上流には、微粉炭を燃焼するための図２には図示されないバーナが設置されている。また、ボイラ３内の逆Ｕ字頂部付近には、過熱低減器（ＤＳＨ：Ｄｅ Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ）３４、最終過熱器（ＦＳＨ：Ｆｉｎａｌ Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ）３５、再熱器（ＲＨ：ＲｅＨｅａｔｅｒ）３６の各熱交換ユニットが設置されている。

【0022】

更に、第２再熱器（ＲＨ：Ｒｅｈｅａｔｅｒ）３７がボイラ３の流路方向に沿って４つ設けられている。

【0023】

更に第２の再熱器３７と平行して、熱交換ユニットとして１次過熱器（１ＳＨ：１ｓｔ Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ）３８が続いてボイラ３の流路方向に沿って設置されている。１次過熱器３８の終端付近からは、熱交換ユニットとして、節炭器３９が４段階に設けられている。節炭器３９は、ＥＣＯ（Ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ）とも呼ばれる。節炭器３９は、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群である。なお、本実施形態においては、ボイラ３中、節炭器３９は、４段階に分離して設置されているが、このような形態に限定されない。即ち、ボイラ３は単一の節炭器３９のみを有するものであってもよい。

【0024】

そして、ボイラ３を用いて微粉炭を燃焼することによって石炭灰（シンダーアッシュ、クリンカアッシュ）及び燃焼ガス（燃焼ガス）が生成し、集塵装置７に排出される。

【0025】

微粉炭燃焼工程では、図２には図示されない石炭微粉炭機６で生成された微粉炭が、ボイラ３において燃焼される。ここで、微粉炭の原料となる石炭は、具体的には瀝青炭、亜瀝青炭、又は褐炭等であるが、これらの石炭に限定されるものではなく微粉炭燃焼が行える石炭であればよい。また、ボイラ３に供給される微粉炭の平均の粒度は、微粉炭燃焼で一般的に用いられる粒径範囲であればよく、一般的には、７４μｍ未満の粒径で８０ｗｔ％以上の粉砕度である。

【0026】

図２に示すように、バーナーゾーン３３においては微粉炭が燃焼されるが、このときの温度は１３００℃から１５００℃に及び、燃焼によって生成される石炭灰は、矢印の方向に沿って上昇して燃焼ガスとともにボイラ３上部、最終過熱器３５、第１の再熱器３６、第２の再熱器３７、１次過熱器３８（いずれも熱交換ユニット）を通過し、４つの節炭器３９（熱交換ユニット）を順次通過する。上記のように、この熱交換ユニット付近は、４５０℃から９００℃前後が維持されている領域であり、この燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を通過することによって熱交換され、燃焼ガスの温度が低下する。燃焼ガスがバーナーゾーン３３から節炭器３９付近まで到達するまでに要する時間は、おおむね５秒から１０秒である。そして、その後燃焼ガスは後段の集塵装置７に送られる。

【0027】

バーナーゾーン３３においては、空気導入用のチャッキダンパ４１が設けられる。チャッキダンパ４１としては、空気の逆流防止機能を備えるチャッキダンパが好ましい。空気導入用の第１のチャッキダンパ（ＣＤ）４１ａと第２のチャッキダンパ（ＣＤ）４１ｂとが設けられており、第１ダンパ制御機４２ａ及び第２ダンパ制御機４２ｂによりそれぞれの開閉が制御される。チャッキダンパ４１は、チェックダンパ（Ｃｈｅｃｋ Ｄａｍｐｅｒ，ＣＤ）ともいう。片方向からの風のみを通す目的で設置され、逆向きの風が流れないように、羽根が自重もしくは、錘の力によって閉じられる構造となっている。

【0028】

燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を有する節炭器３９を経た燃焼ガス出口に第１の酸素濃度計４３が設けられる。更に、第２、第３の酸素濃度形が、ボイラ３の流路の第１の酸素濃度計の上流側に設けられる。ボイラ３の燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、前記燃焼ガスの前記流路の断面方向の両端に第２の酸素濃度計４４及び第３の酸素濃度計４５がそれぞれ二か所に設けられる。特に、第２の再熱器（ＲＨ）３７の上流側と下流側とに第２の酸素濃度計４４が設けられる。また、第１過熱器（１ＳＨ）に１方の第３の酸素濃度計４５ａが設けられ、節炭器３９に他方の第３の酸素濃度計４５ｂが設けられる。

【0029】

第１の酸素濃度計４３、第２の酸素濃度計４４及び第３の酸素濃度計４５の測定結果に基づいて石炭火力発電システム２００はボイラ制御装置１により制御される。ボイラ制御装置１は、連続監視を行い、測定信号に基づいて燃焼空気入り口のチャッキダンパ４１の制御信号を発出し、ボイラ３における流路入口から出口までの燃焼ガス流２０１を制御する。ボイラ制御装置１について以下に詳述する。

【0030】

ボイラ制御装置１は、本実施形態に係る石炭火力発電システム２００を制御する。図３はボイラ制御装置１のハードウェア構成を示す。図３に示すように、ボイラ制御装置１は、制御部１０と、入出力部１６と、通信手段１７と、記憶部１８と、を備える。制御部１０は、プロセッサ１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、バス１４と、入出力インタフェース１５とを有する。ボイラ制御装置１は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータであってもよいし、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。

【0031】

プロセッサ１１は、各種演算及び処理を行う。プロセッサ１１は、例えば、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＳｏＣ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）又はＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等である。或いは、プロセッサ１１は、これらのうちの複数を組み合わせたものである。また、プロセッサ１１は、これらにハードウェアアクセラレーター等を組み合わせたものであってもよい。

【0032】

プロセッサ１１、ＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３は、バス１４を介して相互に接続されている。プロセッサ１１は、ＲＯＭ１２に記録されているプログラム又はＲＡＭ１３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。プログラムの一部又は全部は、プロセッサ１１の回路内に組み込まれていてもよい。

【0033】

バス１４は入出力インタフェース１５にも接続される。入出力インタフェース１５には、入出力部１６と、通信手段１７と、記憶部１８と、が接続されている。

【0034】

入出力部１６は、有線又は無線により電気的に入出力インタフェース１５に接続される。入出力部１６は例えばキーボード及びマウス等の入力部と画像を表示するディスプレイ及び音声を拡声するスピーカ等の出力部とによって構成される。なお、入出力部１６はタッチパネルのように表示機能と入力機能が一体的な構成であってもよい。

【0035】

通信手段１７は、プロセッサ１１が、本発明の実施形態に係る第１の酸素濃度計４３、第２の酸素濃度計４４、第３の酸素濃度計４５、第１ダンパ制御機４２ａ、及び、第２ダンパ制御機４２ｂ等と、例えば図２に示した有線、或いは、図示されないインターネット等のネットワークを介して通信を行うための装置である。記憶部１８は、石炭火力発電システム２００全体を制御するプログラム、第１の酸素濃度計４３から第３の酸素濃度計４５の測定結果、チャッキダンパ４１の開度、過去の制御履歴等を記憶する例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、半導体ドライブ（ＳＳＤ）等の記憶装置である。

【0036】

図３に示したハードウェア構成は、あくまで一例であり、特にこの構成に限定されるわけではない。シングルプロセッサ、マルチプロセッサ及びマルチコアプロセッサ等の各種処理装置単体によって構成されるものの他、これら各種処理装置と、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の処理回路とが組み合わせられたものを、プロセッサとしての機能的構成を実現するものとして採用してもよい。ボイラ制御装置１が記憶部１８を有するのではなく、記憶部１８が別途設けられる構成が採用されてもよい。

【0037】

図４は、本実施形態に係るボイラ制御装置１の機能的構成を示すブロック図である。図４に示す各機能は、図３に示すボイラ制御装置１の有するプロセッサ１１等により実現される。

【0038】

第１の酸素濃度受付部１０１は、第１の酸素濃度計４３が測定した酸素濃度を受け付ける。第２の酸素濃度受付部１０２は、第２の酸素濃度計４４が測定した酸素濃度を受け付ける。第３の酸素濃度受付部１０３は、第３の酸素濃度計４５が測定した酸素濃度を受け付ける。ダンパ制御部１０４は、第１ダンパ制御機４２ａ及び第２ダンパ制御機４２ｂに信号を発出し、第１のチャッキダンパ４１ａと第２のチャッキダンパ４１ｂとを、第１ダンパ制御機４２ａ及び第２ダンパ制御機４２ｂを通して制御する。クリンカ評価部１０８は、第１の酸素濃度計４３から第３の酸素濃度計４５によりもたらされる酸素濃度情報、ダンパ開度、過去の履歴等に基づいて図４に図示されないクリンカ５１の付着状況を評価する。

【0039】

図１から図７を参照して、本発明に係るボイラ制御装置１による石炭火力発電システム２００の制御について説明を加える。

【0040】

図２に図示されない空気供給機５からボイラ３への空気の供給に対して、第１のチャッキダンパ４１ａ及び第２のチャッキダンパ４１ｂの開度に対して設定値が与えられる。例えば、第１のチャッキダンパ４１ａの開度５５％、第２のチャッキダンパ４１ｂの開度５５％が与えられる。

【0041】

本実施形態に係る石炭火力発電システム２００においては、節炭器３９を経た流路の出口付近には、第１の酸素濃度計４３が設置される。第１の酸素濃度計４３の測定結果は、信号線１９ａを通して、ボイラ制御装置１の第１の酸素濃度受付部１０１により受け付けられる。

【0042】

第１の酸素濃度計４３は２つ設置されてもよく、例えば、ボイラ３を正面、即ち反燃焼ガス流路側、から見て右側であるＡ側にＡ側の第１の酸素濃度計４３ａが設置され、ボイラ３を正面から見て左側であるＢ側にＢ側の第１の酸素濃度計４３ｂが設置される。そして、節炭器３９の出口のＡ側に設置される第１の酸素濃度計４３ａとＢ側に設置される第１の酸素濃度計４３ｂの間の偏差補正により第１のチャッキダンパ４１ａと２４２ｂとの開度が補正される。これらのみの場合、例えば、開度はそれぞれ４５％と６５％と補正量の上下限（－１０／＋１０％）に張りつくこととなり、燃焼のアンバランスが生じる可能性がある。

【0043】

本実施形態に係る石炭火力発電システム２００においては、更に、流路中間部に第２の酸素濃度計４４及び第３の酸素濃度計４５が設置され、連続的に酸素濃度が監視される。

【0044】

第２の酸素濃度計４４は、例えば、図２に示す再熱器（ＲＨ）３７の上流側及び下流側の２か所に設置される。或いは、第２の酸素濃度計４４は、図２に示すボイラ３における燃焼ガスの流路の下流或いは一端側（図２中右側）に位置する再熱器（ＲＨ）３７において流路断面の両端に設置される。測定された信号は、信号線１９ｂを通して、ボイラ制御装置１の第２の酸素濃度受付部１０２により受け付けられる。

【0045】

第３の酸素濃度計４５は、例えば、図２に示すボイラ３の図中右側即ちボイラ３内の流路の下流に位置する第１ＳＨ（ＳｕｐｅｒＨｅａｔｅｒ）３８付近、及び、図２に示すボイラ３の図中右側即ちボイラ３内の流路の下流に位置する節炭器（エコノマイザ、ＥＣＯ）３９付近に設置される。測定された信号は、信号線１９ｂを通して、ボイラ制御装置１の第３の酸素濃度受付部１０３により受け付けられる。

【0046】

本実施形態に係る石炭火力発電システム２００においては、これら第１の酸素濃度計４３と第２の酸素濃度計４４と第３の酸素濃度計４５とからの測定信号を補正要素として取り込み、燃焼空気入り口のチャッキダンパ４１である、第１のチャッキダンパ４１ａ及び第２のチャッキダンパ４１ｂの制御信号がボイラ制御装置１のダンパ制御部１０４において作成される。そして、図２に示すボイラ３内の流路の入口から出口までの燃焼ガス流２０１の流れが把握される。これにより、ボイラ３の制御追従性が向上する。燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得る。

【0047】

図５は、ボイラ３においてはボイラ燃焼に伴い発生するクリンカ（灰分等、石炭が保有する成分溶出分の塊）５１がボイラ内に配列された加熱配管に付着する例を示す。図５に示す例においては、２か所を中心にクリンカ５１が付着している。一か所目は流路の比較的上流で、過熱低減器（ＤＳＨ）３４近辺、及び、２か所目は流路の比較的中流で再熱器（ＲＨ）３６の近辺である。この時、燃焼ガス流２０１は、図５に示すように、流路の上流に付着したクリンカ５１ａと中流に付着したクリンカ５１ｂとにより、流れが阻害される。そして、例えば、燃焼ガス流２０１は上流に付着したクリンカ５１ａと中流に付着したクリンカ５１ｂとを迂回することとなり、例えば、図５に示すように、流路が二手に分かれる。

【0048】

この影響により、第１の酸素濃度計４３から第３の酸素濃度計４５の信号が変化する。例えば、石炭微粉の燃焼が不十分となり酸素が使われないことから、酸素濃度が上昇する。そして、上流に付着したクリンカ５１ａと中流に付着したクリンカ５１ｂとの付着の仕方に依存して、第２の酸素濃度計４４と第３の酸素濃度計４５とで、酸素濃度が異なるという状況が生じる。クリンカ５１の過去の付着状況と、第１の酸素濃度計４３から第３の酸素濃度計４５の酸素濃度との関係との統計情報に基づいて、クリンカ５１の発生状況をボイラ制御装置１のクリンカ評価部１０５が評価推定する。例えば、第１の酸素濃度計４３から第３の酸素濃度計４５における酸素濃度を時系列に集計し、並行してボイラ点検で得られるクリンカ５１の量を時系列に集計することにより、クリンカ５１の付着状況と酸素濃度との関係が明確化され得る。

【0049】

図６は、スートブロワを使ってボイラ内の中流に付着した図５に示したクリンカ５１ｂが除去された状態を示す。スートブロワを行うと、クリンカ５１の除去前と除去後とでボイラ内を流れる燃焼ガス流２０１に変化が生じる。結果、第２の酸素濃度計４４と第３の酸素濃度計４５付近を流れる燃焼ガス流２０１の流量も変化する。燃焼が安定すれば、石炭火力発電システム２００における蒸気温度制御の安定も期待できる。

【0050】

なお、スートブロワ運転中は、ボイラ制御装置１は節炭器（ＥＣＯ）３９の出口付近に設置される第１の酸素濃度計４３からの信号のみに基づいて第１ダンパ制御機４２ａ及び第２ダンパ制御機４２ｂに制御信号を送出することが好ましい。スートブロワ処理が外乱となり、酸素濃度の分布が変動するからである。

【0051】

きめ細やかなボイラ汚損除去によるボイラ効率への貢献と燃焼空気量の自動平衡制御の追従性向上を一元化したシステムが構築される。ボイラ燃焼のアンバランスが抑制され、燃焼ガス流２０１のガス偏流状態の把握をすることが可能となる。

【0052】

図７は、本発明に係るボイラ制御装置１の処理の流れを示すシーケンス図である。一方の第２の酸素濃度計４４ａの出力をボイラ制御装置１の第２の酸素濃度受付部１０２が受け付ける（ステップＳ０１）。他方の第２の酸素濃度計４４ｂの出力をボイラ制御装置１の第２の酸素濃度受付部１０２が受け付ける（ステップＳ０２）。一方の第３の酸素濃度計４５ａの出力をボイラ制御装置１の第３の酸素濃度受付部１０３が受け付ける（ステップＳ０３）。他方の第３の酸素濃度計４５ｂの出力をボイラ制御装置１の第３の酸素濃度受付部１０３が受け付ける（ステップＳ０４）。第２の酸素濃度受付部１０２が受け付けた酸素濃度の平均がダンパ制御部１０４により計算される（ステップＳ０５）。第３の酸素濃度受付部１０３が受け付けた酸素濃度の平均がダンパ制御部１０４により計算される（ステップＳ０６）。ダンパ制御部１０４はこれらの平均値の差分を計算する（ステップＳ０７）。

【0053】

ダンパ制御部１０４は、差分の履歴とクリンカ５１の付着との関係を、記憶部１８に記録されているデータベースから取得する（ステップＳ０８）。一方、スートブロワ起動中か否かの情報がボイラ制御装置１のダンパ制御機４２にもたらされる（ステップＳ０９）。Ａ／Ｍ（アナログメモリ）の設定値は０としスートブロワ起動中（ステップＳ０９）となった場合のみ設定値０を出力する（ステップＳ１０）。通常はＳ０８の値を使用し、スートブロワ起動中はＳ１０の値（０）を使用するアナログ切換を行う（ステップＳ１１）。

【0054】

ステップＳ１１で集約された情報に基づいて、ダンパ制御部１０４は、チャッキダンパ４１の開度を決めるための比例制御演算を、第１のチャッキダンパ４１ａと第２のチャッキダンパ４１ｂを念頭に行う（ステップＳ１２、Ｓ１３）。ここで、比例制御において、第１のチャッキダンパ４１ａを念頭に置いての比例係数（ステップＳ１２）と第２のチャッキダンパ４１ｂを念頭においての比例係数（ステップＳ１３）とは逆符号である。即ち、例えば、標準のチャッキダンパ４１の開度を例えば５５度とした場合、一方が５５度プラス６度の場合（スレップＳ１４）には、他方は、５５度マイナス６度（ステップＳ１５）のように設定される。

【0055】

制御係数を求めるため、積分を配慮したＰＩ制御のための演算が行われる（ステップＳ１６）。

【0056】

２次の再熱器（ＲＨ）３７の出口における温度の信号と三次過熱器出口蒸気温度制御を行っている２次ＳＨスプレイＣＶ開度についての情報をボイラ制御装置１のダンパ制御部１０４が取得する（ステップＳ１７）。ステップＳ１６で得られた比例積分制御とステップＳ１７で得られた情報とが足し合わされる（スレップＳ１８）。次に再度、比例制御の係数がダンパ制御部１０４により導出される（ステップＳ１９）。

【0057】

発電機の出力がダンパ制御部１０４に信号として入力される（ステップＳ２０）。発電機の出力の履歴とともにデータ処理がなされ（ステップＳ２１）、第１のチャッキダンパ４１ａ及び第２のチャッキダンパ４１ｂの開度の情報（ステップＳ２１）が、ステップＳ１９で導出される情報に加算される（ステップＳ２２）。

【0058】

一方、Ａ側に設置された第１の酸素濃度計４３ａの出力をボイラ制御装置１の第１の酸素濃度受付部１０１が受け付ける（ステップＳ２３）。Ｂ側に設置された第１の酸素濃度計４３ｂの出力をボイラ制御装置１の第１の酸素濃度受付部１０１が受け付ける（ステップＳ２４）。ダンパ制御部１０７は、ステップＳ２３及びステップＳ２４で得られた酸素濃度の差分を導出する（ステップＳ２５）。ダンパ制御部１０７は、得られた酸素濃度の差分についてデータ処理を行い（ステップＳ２６）、比例制御の係数を導出する（ステップＳ２７）。ステップＳ２２とステップＳ２７との結果は足し合わされ（ステップＳ２８）、自動或いは手動の選択がなされる（ステップＳ２９）。そして、ダンパ制御部１０７が開度の制御信号を第１ダンパ制御機４２ａに送り、第１のチャッキダンパ４１ａの開度が設定される（ステップＳ３０）。

【0059】

ボイラ制御装置１は、クリンカ５１除去用のスートブロワが運転されている間においては、発電機出力によるダンパ開度の情報（Ｓ２１）に２次の再熱器（ＲＨ）３７の出口における温度の信号と２次ＳＨスプレイＣＶ開度についての情報の比例制御（Ｓ１７～１９）と第１の酸素濃度受付部１０１が受け付けた酸素濃度の情報とを加算した（Ｓ２２、Ｓ２８）、信号に基づいてダンパ制御部１０４がチャッキダンパ４１の開度を制御する。

【0060】

第２のチャッキダンパ４１ｂの開度は、第１のチャッキダンパ４１ａの開度の制御と同様のステップにより制御される（ステップＳ３１）。但し、開度の増減についての符号が逆になり（ステップＳ１５）、比例制御定数が設定される（ステップＳ１３）。ステップＳ２７の後、開度制御の符号が正負逆転させられる（ステップＳ３２）。ステップＳ３１の結果と足し合わされ（ステップＳ３３）、自動か手動かの選択がされる（ステップＳ３４）。そして、ダンパ制御部１０７が開度の制御信号を第２ダンパ制御機４２ｂに送り、第２のチャッキダンパ４１ｂの開度が設定される（ステップＳ３５）。

【0061】

本開示は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【0062】

以上説明した実施形態に係るボイラ制御装置１によれば以下のような効果が奏される。

【0063】

（１）ボイラ制御装置１は、ボイラ３における節炭器３９の後段に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付部１０１と、ボイラ３の燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、燃焼ガスの流路の断面方向の両端に設けられる酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付部１０２及び第３の酸素濃度受付部１０３と、第１から第３の酸素濃度受付部１０１から１０３が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、流路の入り口に設けられるチャッキダンパ４１の開度を制御するダンパ制御部１０４と、を有する。

【0064】

これにより、流路入口から出口までの燃焼ガス流２０１の流れが把握され、ボイラ３の制御追従性が向上し、燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得る。

【0065】

（２）（１）のボイラ制御装置１は、第１から第３の酸素濃度受付部１０１～１０３が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、ボイラ３の加熱配管に付着するクリンカ５１の量を評価するクリンカ評価部１０５を有する。

【0066】

これにより、酸素濃度の測定に基づいてクリンカ５１の付着量が見積もられ、クリンカ５１の除去の時期が策定され得る。

【0067】

（３）（１）又は（２）のボイラ制御装置１は、クリンカ５１除去用のスートブロワが運転されている間においては、発電機出力によるダンパ開度の情報（Ｓ２１）に２次の再熱器（ＲＨ）３７の出口における温度の信号と２次ＳＨスプレイＣＶ開度についての情報の比例制御（Ｓ１７～１９）と第１の酸素濃度受付部１０１が受け付けた酸素濃度の情報とを加算した（Ｓ２２、Ｓ２８）、信号に基づいてダンパ制御部１０４がチャッキダンパ４１の開度を制御する。

【0068】

これにより、スートブロワが運転されている間に酸素濃度が外乱を受けて変動しボイラ３の制御が乱れる、という事象の発生を未然に防止することができる。

【0069】

（４）プログラムは、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を有する節炭器３９を経た燃焼ガス出口に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付手段１０１と、燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、燃焼ガスの流路の断面方向の両端に設けられる酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付部１０２及び第３の酸素濃度受付手段１０３と、第１から第３の酸素濃度受付部１０１～１０３が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、流路入り口に設けられるチャッキダンパの開度を制御するダンパ制御手段と、をコンピュータに実行させる。

【0070】

これにより、流路入口から出口までの燃焼ガス流２０１の流れが把握され、ボイラ３の制御追従性が向上し、燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得る。

【0071】

（５）ボイラ制御方法は、燃焼ガスの保有する熱を利用してボイラ給水を予熱するために設けられた伝熱面群を有する節炭器３９を経た燃焼ガス出口に設けられる酸素濃度計の信号を受信する第１の酸素濃度受付ステップと、燃焼ガスの流路の中間部付近、且つ、燃焼ガスの流路の断面方向の両端に設けられる酸素濃度計の信号をそれぞれ受信する第２の酸素濃度受付ステップ及び第３の酸素濃度受付ステップと、第１から第３の酸素濃度受付部１０１～１０３が受け付けた酸素濃度の情報に基づいて、流路入り口に設けられるチャッキダンパ４１の開度を制御するダンパ制御ステップと、を有する。

【0072】

これにより、流路入口から出口までの燃焼ガス流２０１の流れが把握され、ボイラ３の制御追従性が向上し、燃焼用空気量制御の素早い応答性能が確保され得る。

【符号の説明】

【0073】

１ ボイラ制御装置
２ 微粉炭燃焼部
３ ボイラ
４ 空気予熱器
５ 空気供給機
６ 石炭微粉炭機
７ 集塵装置
１０ 制御部
１１ プロセッサ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ バス
１５ 入出力インタフェース
１６ 入出力部
１７ 通信手段
１８ 記憶部
１９ 信号線
３３ バーナーゾーン
３４ 加熱低減器（ＤＳＨ）
３５ 最終過熱機（ＦＳＨ）
３６ 再熱器（ＲＨ）
３７ 第２再熱器（ＲＨ）
３８ 第１過熱器（１ＳＨ）
３９ 節炭器（エコマイザ、ＥＣＯ）
４１ ダンパ
４１ａ 第１のチャッキダンパ
４１ｂ 第２のチャッキダンパ
４２ａ 第１ダンパ制御機
４２ｂ 第２ダンパ制御機
４３ 第１の酸素濃度計
４４ 第２の酸素濃度計
４５ 第３の酸素濃度計
５１ａ 上流に付着したクリンカ
５１ｂ 中流に付着したクリンカ
１０１ 第１の酸素濃度受付部
１０２ 第２の酸素濃度受付部
１０３ 第３の酸素濃度受付部
１０４ ダンパ制御部
１０５ クリンカ評価部
２００ 石炭火力発電システム
２０１ 燃焼ガス流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】