ボイラー装置
【課題】ボイラー装置の効率が高く、しかもＮＯｘ低減効果の高いボイラー装置を提供する。
【解決手段】ＮＯｘ濃度計１０２、ウィンドボックス入口ダンパ１、ダンパ制御手段を備え、燃料比とＮＯｘ濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を記憶した記憶手段を設け、燃料比の変化あるいはＮＯｘ濃度の変化に基づいて、バーナー空気比設定値を読み出して、ウィンドボックス入口ダンパ１の開度を制御する。
【解決手段】ＮＯｘ濃度計１０２、ウィンドボックス入口ダンパ１、ダンパ制御手段を備え、燃料比とＮＯｘ濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を記憶した記憶手段を設け、燃料比の変化あるいはＮＯｘ濃度の変化に基づいて、バーナー空気比設定値を読み出して、ウィンドボックス入口ダンパ１の開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置に係り、特に負荷指令信号が需要先の要求により、頻繁にまた大胆且つ急速に変化する運用、及び性状が大きく異なる石炭燃料を使用する運用に対して良好な応答性を有するボイラー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、微粉炭焚ボイラー装置の概略構成図である。燃料となる石炭は石炭バンカ８１から給炭機８２を経て微粉炭機（ミル）８３に送られて粉砕され、微粉炭を生成する。微粉炭は微粉炭管８４を経由して各微粉炭バーナ８５に分配供給され、ウインドボックス８６から供給された燃焼用空気とともに火炉８７に噴射されて燃焼し、火炎８８を形成する。ウインドボックス８６内には、エアレジスタ８９と二段燃焼用のＮＯポート９０が設けられている。
【０００３】
燃焼用空気の調整は、通風機９１の入口側に配置された空気流量制御ダンパ９２によって行われ、この空気流量制御ダンパ９２はＥｃｏ（節炭器）出口Ｏ2濃度計９６の計測値に基づいてフィードバック制御される。
【０００４】
通風機９１を通った燃焼用空気は分流され、一方の流れは火炉８７からの排ガスを利用した空気予熱器９３により予熱された後、ＮＯポート入口ダンパ３０あるいはウインドボックス入口ダンパ１を経て火炉８７内に送られる。
【０００５】
分流した空気の他の流れは一次通風機９７を通り、さらに分流して前記空気予熱器９３により一部が予熱されて熱空気９８となり、予熱されなかった冷空気９９とともにダンパ１００を通して混合され、前記微粉炭機８３内に供給される。
【０００６】
窒素酸化物（ＮＯｘ）の制御に関しては、燃焼用空気のうちのある一定の割合の量が二段燃焼用空気として分離してＮＯポート９０に供給するＮＯポート入口ダンパ３０の開度調整することにより、微粉炭バーナ８５のバーナ空気比を制御して、まず火炉８７出口のＮＯｘ発生量を抑える。
【０００７】
さらに排煙脱硝装置１０１に注入されるＮＨ３の量を制御することにより、排ガスの脱硝を行う。ＮＨ３の注入量は、ＮＯｘ濃度計１０２の計測値に基づいてフィードバック制御される。煙道１０３の途中には、電気集塵機１０４ならびに誘引通風機１０５などが設けられている。
【０００８】
図８はボイラー装置における従来のウィンドボックス入口ダンパ１の制御を説明するための系統図、図９は従来のＮＯポート入口ダンパ３０の制御を説明するための系統図である。
【０００９】
ボイラー装置の空気流量は、ウィンドボックス入口ダンパ１とＮＯポート入口ダンパ３０のコンパーメント毎に直接制御している。
【００１０】
バーナー空気比制御は、排ガス中のＮＯｘやＣＯなどの未燃分を低減し、かつ安定燃焼を各々のミル負荷／バーナー負荷に応じて行うことを目的に、図８に示すように、ウィンドボックス入口ダンパ１はバーナー段燃料量１０に基づいて空気流量を制御している。
【００１１】
図中の符号２は比例積分器、３は減算器、４は当該ウィンドボックス空気流量、５は乗算器、６は加算器、７は関数発生器、８は発電機出力、９は関数発生器である。
【００１２】
一方、空燃比制御はボイラー装置が最適燃焼となるように、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器４２で作成されたＥｃｏ出口Ｏ2設定値とＥｃｏ出口Ｏ2の計測値４０との偏差を減算器３９で求め、それを積分器３８で積算して空気比補正信号を作成する。
【００１３】
そしてこの空気比補正信号に、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器３７で作成された基本空気流量指令信号が乗算器３６によって加えられて、空気流量指令信号５０を作成する。
【００１４】
ここでウィンドボックス入口ダンパ１は、バーナー段燃料量１０を基に個々のバーナー段の空気流量を制御しているため、合計空気流量の制御は、前記空気流量指令信号５０からウィンドボックス空気流量指令信号３５を減算器３４で差し引いてＮＯポート入口空気流量指令信号５１を求める。
【００１５】
そしてこのＮＯポート入口空気流量指令信号５１と計測したＮＯポート空気流量３３との偏差を減算器３２で求め、比例積分器３１を通した制御信号を基にＮＯポート入口ダンパ３０で制御している。
【００１６】
また、ウィンドボックス入口ダンパ１、ＮＯポート入口ダンパ３０が適正開度で流量制御ができるように空気予熱器（ＡＨ）出口空気ドラフトを確保する必要があり、これをＦＤＦ動翼で制御している。
【特許文献１】特開昭６３―６１８１５号公報
【特許文献２】特公平０１―５０８０５号公報
【特許文献３】特開平０８―１４５０５号公報
【特許文献４】特開平０４―９１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
多種燃料混焼ボイラー装置において、特に燃料の性状が異なる石炭の場合には、各炭種毎に燃焼調整を実施した結果、燃料比（固定炭素／揮発分）によりバーナー空気比に対するＮＯｘの低減効果が異なる。
【００１８】
また、燃料比およびＮ分が増加するとＮＯｘは上昇傾向となるが、高燃料比の炭種ほどバーナー空気比を絞らなければ、ＮＯｘの十分な低減効果が得られない。
【００１９】
しかし、燃料比が高くなるほど着火および燃焼の安定性が劣るため、高燃料比の炭種を専焼させる場合、自動的に最適なバーナー空気比の設定を行うことは難しく、燃焼調整を実施した後、最適なバーナー空気比の設定を行っている。
【００２０】
また、従来の多種燃料混焼ボイラー装置における空気比制御は、燃料と空気を常にある一定の割合（空気比一定）で供給する制御である。
【００２１】
燃料流量は、ボイラー蒸気量に応じたボイラー入力指令信号４３に基づいて作成された燃焼量指令信号によって制御されるが、空気流量は燃料流量と一定の比率を保つように、空気流量と燃料流量とをそれぞれ検出して、燃料量指令信号に対してＯ2補正を加えて作成した前記空気量指令信号５０によって制御される比率制御方式が一般に採用されている。
【００２２】
従来の空燃比制御は空燃比が一定に設定されているため、必ずしも効率が良い運転となっておらず、空気量の減少によりＮＯｘが減少するものの、炭種によりＮＯｘの低減効果が異なる結果となっていた。
【００２３】
本来、効率の良い空燃比条件は、あらゆる条件下でも常に一定である訳ではなく、燃料の性状や運転負荷などの燃焼設備の諸条件により影響を受ける。このため、高効率運転を実現するためには、刻々と変化する状況に応じて空燃比条件を最適な値に変化させる必要がある。
【００２４】
さらに、一般的な燃焼設備における空燃比条件は、有害なＣＯ濃度が増加しないような設定となっているため、供給される空気量が過剰となっている。この過剰な空気量により、排ガスによる熱損失が大きくなり、効率が悪くなる。その結果、一般的な燃焼設備では、前述の空燃比条件一定による効率低下だけではなく、排ガス熱損失による効率低下も発生し、更なる燃料消費量の増加につながっている。
【００２５】
燃焼状態を表すパラメータとして、通常、排ガス成分が用いられている。特に、排ガス成分の中でもＯ2濃度とＣＯ濃度が燃焼状態を表すパラメータとして用いられている。この燃焼状態から、最適な運転状態に制御するために、排ガス中のＯ2濃度、ＣＯ濃度と燃焼効率の関係に着目すると、通常はＯ2存在下でも未燃ＣＯが発生する。
【００２６】
Ｏ2濃度が高いと空気過剰率により排ガスによる熱損失が大きくなり、燃焼効率低下の原因となる。逆にＣＯ濃度が高いと未燃分が多く、不完全燃焼による熱損失が大きくなり燃焼効率が低下する。
【００２７】
一般的にはＯ2濃度、ＣＯ濃度が抑制されたところ、例えば空燃比に対してＯ2濃度とＣＯ濃度の特性曲線が交わる辺りが、空気過剰率による熱損失と不完全燃焼による熱損失の和が最小となり、効率が良いと言われている。
【００２８】
しかし、最適な空燃比の条件（前述の交点）は運転条件により影響を受けるので、従来の空燃比一定条件による運転では常に効率が良い運転になっているとは限らない。
【００２９】
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解消し、ボイラー装置の効率が高く、しかもＮＯｘ低減効果の高いボイラー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するため本発明は、ボイラー出口での排ガス中の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
バーナーを備えたウィンドボックスへの燃焼用空気流量を調整するウィンドボックス入口ダンパと、
そのウィンドボックス入口ダンパの開度を制御するダンパ制御手段とを備えて多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置を対象とするものである。
【００３１】
そして本発明の第１の手段は、前記石炭燃料の燃料比と、前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を予め求めて記憶しておく記憶手段を設け、
前記ダンパ制御手段は、前記バーナーに供給する石炭燃料の燃料比の変化あるいは前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、前記記憶手段に記憶されているバーナー空気比設定値を読み出して、そのバーナー空気比設定値に基づいて前記ウィンドボックス入口ダンパの開度を制御することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記窒素酸化物濃度計によって一定時間毎に得られた窒素酸化物濃度を各バーナー段毎にパターンテーブルとして前記記憶手段に記憶しておき、
最新の前記パターンテーブルとその次に新しいパターンテーブルにおける排ガス中窒素酸化物濃度の同一性を判定して、最新の窒素酸化物濃度が次に新しい窒素酸化物濃度よりも高いと、前記バーナー空気比設定値を補正するバーナー空気比補正手段を前記ダンパ制御手段に設けたことを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記バーナー空気比補正手段は、
前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度に偏差が生じたとき、前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度の標準偏差値を算出する標準偏差算出手段と、
その標準偏差算出手段によって算出された標準偏差値が規定値以下のバーナー段を選択して、選択されたバーナー段の排ガス中窒素酸化物濃度の平均値を算出する平均窒素酸化物濃度値計算手段と、
その平均窒素酸化物濃度値計算手段によって算出された平均窒素酸化物濃度値が規定の窒素酸化物濃度値以上であるバーナー段を選択するレベル判定手段と、
そのレベル判定手段によって選択されたバーナー段におけるバーナー空気比を減少方向に補正する減少方向補正手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、
前記バーナー空気比補正手段によってバーナー空気比補正を行おうとするバーナー段のバーナー空気比補正値が、以下に示す制約条件を全て満足しているかの判定を行うバーナー空気比バランス判定手段を備えていることを特徴とするものである。
【００３５】
（制約条件１）：下段の缶前／缶後バーナー空気比＞中段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前／缶後バーナー空気比＞上段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前／缶後バーナー空気比≧全体バーナー空気比
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、
ボイラー出口での排ガス中の一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素濃度計を設け、
その一酸化炭素濃度計で計測される排ガス中の一酸化炭素濃度に応じて節炭器出口の酸素濃度を調整する空燃比補正手段を備えたことを特徴とする
ものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は前述のような構成になっており、ボイラー装置の効率が高く、しかもＮＯｘ低減効果の高いボイラー装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は本発明の実施形態に係るウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図、図２は本発明の実施形態に係るＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【００３８】
先ずウィンドボックス入口ダンパの制御、すなわちバーナー空気比の制御について図１を用いて説明する。本実施形態に係るバーナー空気比制御回路は、従来のバーナー空気比制御回路に第１のバーナー空気比補正制御回路６０と第２のバーナー空気比補正制御回路７０を追加して構成されている。
【００３９】
本実施形態に係るバーナー空気比制御回路も、バーナー段燃料量１０に基づいてウィンドボックス入口ダンパ１の開度制御、すなわち空気流量の制御を行うという基本的なフローは従来技術と同じである。
【００４０】
これに追加される第１のバーナー空気比補正制御回路６０は、図1に示すように使用する石炭の燃料比１４とＮＯｘ値１３の２変関数１２に基づいてバーナー空気比の設定値を補正する。すなわち燃料比１４の変化およびＮＯｘ値１３の経時的変化により、バーナー空気比設定を変化させることにより、実際のバーナー空気比を変化させるように制御することで、ＮＯｘの低減を図る。
【００４１】
なお、ＮＯｘ値１３は図７に示すようにボイラー出口に設置されているＮＯｘ濃度計１０２によって一定時間毎に計測されて制御部（図示せず）に読み込まれる。また、ボイラー装置に使用する微粉炭の燃料比１４は、当該ボイラー装置に備えられているオペレータパネル（図示せず）から制御部に入力することができる。
【００４２】
図１において符号２は比例積分器、３は減算器、４は当該ウィンドボックス空気流量、５は乗算器、６は加算器、７は関数発生器、８は発電機出力、９は関数発生器、１０はバーナー段燃料量、１１は加算器であり、図に示すような接続関係になっている。
【００４３】
前記２変関数１２は、２つの入力（Ｘ，Ｙ）から、Ｚ＝Ｆ（Ｘ，Ｙ）なる関係の値を出力するものである。なお、式中ＦはＺがＸとＹからなる関数であることを示す記号である。
【００４４】
図３は、２変関数のＸ，Ｙ座標と出力Ｚとの各パラメータの関係を示した図である。ここでＸ座標を燃料比１４とし、Ｙ座標をＮＯｘ値１３とし、出力Ｚにバーナー空気比を設定しておくことで、燃料比１４とＮＯｘ値１３の変化に応じてバーナー空気比設定が、この２変関数に補間されて出力されることになる。
【００４５】
具体的には、試験用燃焼炉あるいは実際のボイラー装置を用いて、燃料比の異なる各炭種毎で燃焼を行い、その際にバーナー空気比を変化させて炉出口あるいはボイラー出口のＮＯｘ値を計測して、燃料比とバーナー空気比とＮＯｘ値の関係を図３に示すようなテーブルデータとしてまとめて、図示しないＲＡＭなどの記憶手段に記憶する。そしてボイラー装置の運転の際に、使用する微粉炭の燃料比と目標とするＮＯｘ値から前記テーブルデータを補間して必要なバーナー空気比を求めることになる。
【００４６】
第２のバーナー空気比補正制御回路７０は、各バーナー段毎の燃焼排ガスのＮＯｘ値１３の計測点の分布に偏差が生じた場合、各段のバーナー空気比を変化させた際のＮＯｘの影響パターンを予めテーブル値として設定しておき、そのＮＯｘの影響パターンに応じてバーナー空気比設定を変化させるものである。
【００４７】
図４は、火炉８７からの排ガスの流れの状態、排ガス性状計測点、ならびにその計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルの関係を示す図である。
【００４８】
図中の３Ｆはボイラー装置の缶前下段に列設されたバーナー群、２Ｆは缶前中段に列設されたバーナー群、１Ｆは缶前上段に列設されたバーナー群、３Ｒは缶後下段に列設されたバーナー群、２Ｒは缶後中段に列設されたバーナー群、１Ｒは缶後上段に列設されたバーナー群を示している。
【００４９】
そして各段、各列に設置されたバーナーの燃焼によって発生した燃焼排ガスは、各バーナー群から直線を引いたように、積極的に混合されることなく、バーナーからボイラー内を後流側のＮＯｘ計測領域Ｓまで流れる（排ガス流れ図参照）。図示していないがこのＮＯｘ計測領域Ｓには、各計測点に対応してＮＯｘ濃度計１０２（図７参照）が多数設置されている。
【００５０】
同図の中段に示している図はＮＯｘ濃度計測点位置図で、各バーナー列ならびにバーナー段に対応して計測点が多数設定されている。同図の上段に示している図は、各計測点に対応して設けられたＮＯｘ影響パターンテーブルを示す図である。
【００５１】
なお、２段燃焼法を採用しているボイラー装置は、燃焼空気を２段階（バーナーおよびオーバーエアポート）に分けて火炉内に導き、緩慢な燃焼を行わせる方法を採用している。この場合も、各バーナー段のバーナー空気比の変化とＮＯｘ値１３との間に相関関係があることは、実際のボイラー装置での燃焼調整試験で確認済みである。
【００５２】
前記ＮＯｘ影響パターンの設定方法は、各バーナー空気比を変化させた場合に、前記計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルに対して、どの計測点が影響されるのかを、計測結果から判断して、任意に設定できるようになっている。
【００５３】
今回のＮＯｘ計測値が前回のＮＯｘ計測値と異なっていることで、前記第２のバーナー空気比補正制御回路７０による補正処理を開始する。
【００５４】
図１に示すようにバーナー段標準偏差判定手段１７には今回計測されたＮＯｘ値１３が入力され、そのバーナー段標準偏差判定手段１７により、各バーナー段毎のＮＯｘ値の分布について、ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９に予め設定されているＮＯｘ影響パターンテーブルより前回のＮＯｘ計測値を読み込み、各バーナー段毎に標準偏差を計算し、その結果、規定標準偏差以下となっているバーナー段を取捨選択する。
【００５５】
標準偏差は全体の結果が平均値のところにまとまっているか散らばっているかを表す指標であり、標準偏差が小さいほどデータは平均値のところにまとまっていて、標準偏差が大きいほどデータは平均値から分散したものとなる。従って前述の規定標準偏差以下となっているバーナー段とは、平均値のところにまとまり、ばらつきのない（あるいはばらつきの少ない）バーナー段のことを意味する。
【００５６】
よって、このバーナー段標準偏差判定手段１７による判定の目的は、特定位置のＮＯｘ値１３の計測値が著しく大きい場合は、全体的に平均値が上昇する傾向となり、一時的な計測値のアンバランスであっても補正を行うことが考えられるから、この現象を防止するために、各バーナー段毎のＮＯｘ分布が規定した標準偏差以上となっているバーナー段については除外するために行う。
【００５７】
次にバーナー段平均ＮＯｘ値計算手段１８では、前記規定標準偏差以下となっているバーナー段について、ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９で予め設定されているＮＯｘ影響パターンテーブルにより計算値を読み込んで、当該バーナー段の平均ＮＯｘ値を計算する。
【００５８】
なお、前記規定標準偏差は、燃焼調整結果により得られたＮＯｘ値の計測結果を元に計算した標準偏差を規定標準偏差として設定したものである。
【００５９】
前記ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９は、各段のバーナー空気比を変化させた場合に、各バーナー段毎にＮＯｘへの影響パターンが異なるため、燃料調整により、各段バーナー空気比とＮＯｘへの影響の相関関係を整理して設定するものである。
【００６０】
各段バーナー空気比とＮＯｘへの影響の相関関係については、例えば図４に示す３Ｆのバーナー空気比を任意に変化させた場合（他の段のバーナー空気比は一定）、同図示す計測点位置図においてＮＯｘの計測値が変化する計測点を確認する。当該バーナー段の空気比変化に応じてＮＯｘの変化が顕著な計測点として、例えば図中のＡ１，Ｂ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ７，ＢＡ，ＢＢ，ＢＣの計測点が顕著に変化した場合、この計測点をＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９に設定（記憶）しておく。
【００６１】
次に平均ＮＯｘ値レベル判定手段２０において、前記バーナー段平均ＮＯｘ値計算手段１８で計算したバーナー段の平均ＮＯｘ値が、ボイラー装置毎に決定されるＮＯｘの保証値α以上（≧α）であるバーナー段、すなわちＮＯｘ値を低減しなくてはいけないバーナー段を選択する。バーナー段の平均ＮＯｘ値がＮＯｘの保証値α未満（＜α）の場合は、後述するバーナー空気比バランス判定手段２４の前段に進む。
【００６２】
前記平均ＮＯｘ値レベル判定手段２０で判定されたバーナー段平均ＮＯｘ値が保証値以上のバーナー段が複数ある場合、最大値判定手段２１においてその中の平均ＮＯｘ値が最大のバーナー段が選択される。
【００６３】
また次のＮＯｘ影響パターン同一判定手段２２では、平均ＮＯｘ値の最大値が複数存在する場合、そのバーナー段のＮＯｘへの影響パターンが同一かどうかの判定がなされる。
【００６４】
そしてバーナー段のＮＯｘ影響パターンが同一であれば、バーナー空気比高選択手段２３でバーナー空気比の値が高いバーナー段が選択される。バーナー段のＮＯｘ影響パターンが異なる場合は、後述するバーナー空気比バランス判定手段２４の前段に進む。
【００６５】
最後にバーナー空気比バランス判定手段２４では、バーナー空気比補正を行おうとするバーナー段の補正値が以下に示す制約条件を全て満足しているか否かの判定がなされる。
【００６６】
各バーナー段のバーナー空気比の関係は、下段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（３Ｆ／３Ｒ）＞中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（２Ｆ／２Ｒ）＞上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（１Ｆ／１Ｒ）≧全体バーナー空気比となることから、全体のバーナー空気比のバランスをとるため、以下に示す制約条件を設けている。
【００６７】
（制約条件１）：下段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比＞中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比＞上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比≧全体バーナー空気比
バーナー空気比の補正については、バーナー空気比を減らす減操作のみの補正として、図５に示すバーナー空気比補正減指令更新条件により、最終的に選択されたバーナー段のバーナー空気比が制限値以上であれば、切り替え器１６をＸ１からＸ２側に切り替えて、その段のバーナー空気比設定に対して補正信号を前記第１のバーナー空気比補正回路６０の加算器１１に出力する。なお図中の１５は、信号発生器である。
【００６８】
前記バーナー空気比補正減指令更新条件は、以下に示す７つの条件を全て満足することによって成立する。
【００６９】
（条件１）：各バーナー段毎の標準偏差値が小さいこと。
（条件２）：ボイラー出口の計測ＮＯｘ値が保証値以上であること。
（条件３）：各バーナー段毎の平均ＮＯｘ値が規定値以上であること。
（条件４）：ボイラー出口の計測未燃分濃度が上限値以下であること。
（条件５）：ボイラー出口の計測Ｏ2濃度が下限値以上であること。
（条件６）：全体のバーナー空気比が規定値以上であること。
（条件７）：前回のバーナー空気比の補正更新から所定時間（例えば１時間）経過していること。
【００７０】
次に本発明の実施形態に係る空燃比の補正制御について図２を用いて説明する。ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器４２で作成されたＥｃｏ出口Ｏ2設定値とＥｃｏ出口Ｏ2の計測値４０との偏差を減算器３９で求め、それを積分器３８で積算して空気比補正信号を作成する。
【００７１】
そしてこの空気比補正信号に、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器３７で作成された基本空気流量指令信号が乗算器３６により加えられて、空気流量指令信号５０を作成する。
【００７２】
ここでウィンドボックス入口ダンパ１は、バーナー段燃料量１０を基に個々のバーナー段の空気流量を制御しているため、合計空気流量の制御は、前記空気流量指令信号５０からウィンドボックス空気流量指令信号３５を減算器３４で差し引いてＮＯポート入口空気流量指令信号５１を求める。
【００７３】
そしてこのＮＯポート入口空気流量指令信号５１と計測したＮＯポート空気流量３３との偏差を減算器３２で求め、比例積分器３１を通した制御信号を基にＮＯポート入口ダンパ３０で制御するという基本的なフローは従来技術と同じである。
【００７４】
本実施形態の特徴点は、ボイラー出口で計測されたＣＯ値４５を加重移動平均演算手段５２で加重移動平均処理して、関数器４４においてＣＯ値４５の経時変化に応じたＥｃｏ出口Ｏ2濃度設定値を演算し、それを加算器４１で前記関数発生器４２から出力されるＥｃｏ出口Ｏ2設定値に加える点である。
【００７５】
このようにＣＯ値４５の経時変化に応じてＥｃｏ出口Ｏ2濃度設定値を変化させることにより、低Ｏ2濃度運転に寄与し、ボイラー効率の向上を図ることができる。
【００７６】
ここで加重移動平均処理を行う目的は、通常の移動平均法は変動をなくしてしまい、知りたい時期ではなく、全体の推移などを見ることに適しているが、知りたい時期の予測には適していない。そのため、加重移動平均法によりウェイトを付けることでＣＯ値の上昇傾向を予測し、空燃比の補正を行いたいタイミングの値に近い値で予測することによって、適切な時期に適切な補正を行うことが可能となる。
【００７７】
図６はＣＯ値とＥｃｏ出口Ｏ2濃度との関係、すなわち空気過剰率補正関数を示す図である。
【００７８】
前述のように本発明は、各炭種毎に基準炭相当のバーナー空気比に一定制御し、Ｅｃｏ出口Ｏ2およびＣＯバランス調整後、経時的に或る計測点の分布に偏差が生じた場合、燃料比および計測されたＮＯｘ値の２変関数に基づいて適正なバーナー空気比を設定している。
【００７９】
そして炭種の変化（燃料比の変化）およびＮＯｘの経時的変化によりバーナー空気比設定を変化させる内容を含んだ第１のバーナー空気比補正回路と、各バーナー段のバーナー空気比を変化させた場合のＮＯｘの影響パターンに応じて、各バーナー段のバーナー空気比設定を変化させる第２のバーナー空気比補正回路により、偏差を小さくする方向に対応するウィンドボックス入口ダンパ開度、つまり実際のバーナー空気比を調整することで、ＮＯｘや未燃分の低減を図ることができる。
【００８０】
また、ボイラー状態量（例えばボイラー負荷や燃料）の変化による空燃比の変化に対するＥｃｏ出口のＯ2とＣＯの変化に着目し、つまりボイラー装置の低Ｏ2濃度運転へ移行することにより、ＣＯの上昇を抑制しつつ、かつＥｃｏ出口Ｏ2の小方向に対して運転に余裕がある場合に、空燃比に対してバイアス補正を行うことにより、ボイラー効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係るウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図３】２変関数のＸ，Ｙ座標と出力Ｚとの各パラメータの関係を示した図である。
【図４】火炉からの排ガスの流れの状態、排ガス性状計測点、ならびにその計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルの関係を示す図である。
【図５】バーナー空気比補正減指令更新条件を示す図である。
【図６】本発明の実施形態においてＣＯ値とＥｃｏ出口Ｏ2濃度との関係を示す特性図である。
【図７】微粉炭焚ボイラー装置の概略構成図である。
【図８】ボイラー装置における従来のウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図９】ボイラー装置における従来のＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：ウィンドボックス入口ダンパ、２：比例積分器、３：減算器、４：当該ウィンドボックス空気流量、５：乗算器、６：加算器、７：関数発生器、８：発電機出力、９：関数発生器、１０：バーナー段燃料量、１１：加算器、１２：２変関数、１３：ＮＯｘ値、１４：燃料比、１５：信号発生器、１６：切り替え器、１７：バーナー段標準偏差判定手段、１８：バーナー段平均ＮＯｘ値計算手段、１９：ＮＯｘ影響パターンテーブル手段、２０：平均ＮＯｘ値レベル判定手段、２１：最大値判定手段、２２：ＮＯｘ影響パターン同一判定手段、２３：バーナー空気比高選択手段、２４：バーナー空気比バランス判定手段、３０：ＮＯポート入口ダンパ、３１：比例積分器、３２：減算器、３３：ＮＯポート空気流量、３４：減算器、３５：ウィンドボックス空気流量指令信号、３６：乗算器、３７：関数発生器、３８：積分器、３９：減算器、４０：Ｅｃｏ出口Ｏ2計測値、４１：加算器、４２：関数発生器、４３：ボイラー入力指令信号、４４：関数発生器、４５：ＣＯ値、５０：空気流量指令信号、５１：ＮＯポート入口空気流量指令信号、５２：加重移動平均演算手段、６０：第１のバーナー空気比補正制御回路、７０：第２のバーナー空気比補正制御回路、８５：微粉炭バーナー、８６：ウィンドボックス、８７：火炉、８９：エアレジスタ、９０：ＮＯポート、９５：Ｅｃｏ出口Ｏ2濃度計、１０２：ＮＯｘ濃度計、Ｓ：ＮＯｘ計測領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置に係り、特に負荷指令信号が需要先の要求により、頻繁にまた大胆且つ急速に変化する運用、及び性状が大きく異なる石炭燃料を使用する運用に対して良好な応答性を有するボイラー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、微粉炭焚ボイラー装置の概略構成図である。燃料となる石炭は石炭バンカ８１から給炭機８２を経て微粉炭機（ミル）８３に送られて粉砕され、微粉炭を生成する。微粉炭は微粉炭管８４を経由して各微粉炭バーナ８５に分配供給され、ウインドボックス８６から供給された燃焼用空気とともに火炉８７に噴射されて燃焼し、火炎８８を形成する。ウインドボックス８６内には、エアレジスタ８９と二段燃焼用のＮＯポート９０が設けられている。
【０００３】
燃焼用空気の調整は、通風機９１の入口側に配置された空気流量制御ダンパ９２によって行われ、この空気流量制御ダンパ９２はＥｃｏ（節炭器）出口Ｏ2濃度計９６の計測値に基づいてフィードバック制御される。
【０００４】
通風機９１を通った燃焼用空気は分流され、一方の流れは火炉８７からの排ガスを利用した空気予熱器９３により予熱された後、ＮＯポート入口ダンパ３０あるいはウインドボックス入口ダンパ１を経て火炉８７内に送られる。
【０００５】
分流した空気の他の流れは一次通風機９７を通り、さらに分流して前記空気予熱器９３により一部が予熱されて熱空気９８となり、予熱されなかった冷空気９９とともにダンパ１００を通して混合され、前記微粉炭機８３内に供給される。
【０００６】
窒素酸化物（ＮＯｘ）の制御に関しては、燃焼用空気のうちのある一定の割合の量が二段燃焼用空気として分離してＮＯポート９０に供給するＮＯポート入口ダンパ３０の開度調整することにより、微粉炭バーナ８５のバーナ空気比を制御して、まず火炉８７出口のＮＯｘ発生量を抑える。
【０００７】
さらに排煙脱硝装置１０１に注入されるＮＨ３の量を制御することにより、排ガスの脱硝を行う。ＮＨ３の注入量は、ＮＯｘ濃度計１０２の計測値に基づいてフィードバック制御される。煙道１０３の途中には、電気集塵機１０４ならびに誘引通風機１０５などが設けられている。
【０００８】
図８はボイラー装置における従来のウィンドボックス入口ダンパ１の制御を説明するための系統図、図９は従来のＮＯポート入口ダンパ３０の制御を説明するための系統図である。
【０００９】
ボイラー装置の空気流量は、ウィンドボックス入口ダンパ１とＮＯポート入口ダンパ３０のコンパーメント毎に直接制御している。
【００１０】
バーナー空気比制御は、排ガス中のＮＯｘやＣＯなどの未燃分を低減し、かつ安定燃焼を各々のミル負荷／バーナー負荷に応じて行うことを目的に、図８に示すように、ウィンドボックス入口ダンパ１はバーナー段燃料量１０に基づいて空気流量を制御している。
【００１１】
図中の符号２は比例積分器、３は減算器、４は当該ウィンドボックス空気流量、５は乗算器、６は加算器、７は関数発生器、８は発電機出力、９は関数発生器である。
【００１２】
一方、空燃比制御はボイラー装置が最適燃焼となるように、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器４２で作成されたＥｃｏ出口Ｏ2設定値とＥｃｏ出口Ｏ2の計測値４０との偏差を減算器３９で求め、それを積分器３８で積算して空気比補正信号を作成する。
【００１３】
そしてこの空気比補正信号に、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器３７で作成された基本空気流量指令信号が乗算器３６によって加えられて、空気流量指令信号５０を作成する。
【００１４】
ここでウィンドボックス入口ダンパ１は、バーナー段燃料量１０を基に個々のバーナー段の空気流量を制御しているため、合計空気流量の制御は、前記空気流量指令信号５０からウィンドボックス空気流量指令信号３５を減算器３４で差し引いてＮＯポート入口空気流量指令信号５１を求める。
【００１５】
そしてこのＮＯポート入口空気流量指令信号５１と計測したＮＯポート空気流量３３との偏差を減算器３２で求め、比例積分器３１を通した制御信号を基にＮＯポート入口ダンパ３０で制御している。
【００１６】
また、ウィンドボックス入口ダンパ１、ＮＯポート入口ダンパ３０が適正開度で流量制御ができるように空気予熱器（ＡＨ）出口空気ドラフトを確保する必要があり、これをＦＤＦ動翼で制御している。
【特許文献１】特開昭６３―６１８１５号公報
【特許文献２】特公平０１―５０８０５号公報
【特許文献３】特開平０８―１４５０５号公報
【特許文献４】特開平０４―９１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
多種燃料混焼ボイラー装置において、特に燃料の性状が異なる石炭の場合には、各炭種毎に燃焼調整を実施した結果、燃料比（固定炭素／揮発分）によりバーナー空気比に対するＮＯｘの低減効果が異なる。
【００１８】
また、燃料比およびＮ分が増加するとＮＯｘは上昇傾向となるが、高燃料比の炭種ほどバーナー空気比を絞らなければ、ＮＯｘの十分な低減効果が得られない。
【００１９】
しかし、燃料比が高くなるほど着火および燃焼の安定性が劣るため、高燃料比の炭種を専焼させる場合、自動的に最適なバーナー空気比の設定を行うことは難しく、燃焼調整を実施した後、最適なバーナー空気比の設定を行っている。
【００２０】
また、従来の多種燃料混焼ボイラー装置における空気比制御は、燃料と空気を常にある一定の割合（空気比一定）で供給する制御である。
【００２１】
燃料流量は、ボイラー蒸気量に応じたボイラー入力指令信号４３に基づいて作成された燃焼量指令信号によって制御されるが、空気流量は燃料流量と一定の比率を保つように、空気流量と燃料流量とをそれぞれ検出して、燃料量指令信号に対してＯ2補正を加えて作成した前記空気量指令信号５０によって制御される比率制御方式が一般に採用されている。
【００２２】
従来の空燃比制御は空燃比が一定に設定されているため、必ずしも効率が良い運転となっておらず、空気量の減少によりＮＯｘが減少するものの、炭種によりＮＯｘの低減効果が異なる結果となっていた。
【００２３】
本来、効率の良い空燃比条件は、あらゆる条件下でも常に一定である訳ではなく、燃料の性状や運転負荷などの燃焼設備の諸条件により影響を受ける。このため、高効率運転を実現するためには、刻々と変化する状況に応じて空燃比条件を最適な値に変化させる必要がある。
【００２４】
さらに、一般的な燃焼設備における空燃比条件は、有害なＣＯ濃度が増加しないような設定となっているため、供給される空気量が過剰となっている。この過剰な空気量により、排ガスによる熱損失が大きくなり、効率が悪くなる。その結果、一般的な燃焼設備では、前述の空燃比条件一定による効率低下だけではなく、排ガス熱損失による効率低下も発生し、更なる燃料消費量の増加につながっている。
【００２５】
燃焼状態を表すパラメータとして、通常、排ガス成分が用いられている。特に、排ガス成分の中でもＯ2濃度とＣＯ濃度が燃焼状態を表すパラメータとして用いられている。この燃焼状態から、最適な運転状態に制御するために、排ガス中のＯ2濃度、ＣＯ濃度と燃焼効率の関係に着目すると、通常はＯ2存在下でも未燃ＣＯが発生する。
【００２６】
Ｏ2濃度が高いと空気過剰率により排ガスによる熱損失が大きくなり、燃焼効率低下の原因となる。逆にＣＯ濃度が高いと未燃分が多く、不完全燃焼による熱損失が大きくなり燃焼効率が低下する。
【００２７】
一般的にはＯ2濃度、ＣＯ濃度が抑制されたところ、例えば空燃比に対してＯ2濃度とＣＯ濃度の特性曲線が交わる辺りが、空気過剰率による熱損失と不完全燃焼による熱損失の和が最小となり、効率が良いと言われている。
【００２８】
しかし、最適な空燃比の条件（前述の交点）は運転条件により影響を受けるので、従来の空燃比一定条件による運転では常に効率が良い運転になっているとは限らない。
【００２９】
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解消し、ボイラー装置の効率が高く、しかもＮＯｘ低減効果の高いボイラー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するため本発明は、ボイラー出口での排ガス中の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
バーナーを備えたウィンドボックスへの燃焼用空気流量を調整するウィンドボックス入口ダンパと、
そのウィンドボックス入口ダンパの開度を制御するダンパ制御手段とを備えて多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置を対象とするものである。
【００３１】
そして本発明の第１の手段は、前記石炭燃料の燃料比と、前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を予め求めて記憶しておく記憶手段を設け、
前記ダンパ制御手段は、前記バーナーに供給する石炭燃料の燃料比の変化あるいは前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、前記記憶手段に記憶されているバーナー空気比設定値を読み出して、そのバーナー空気比設定値に基づいて前記ウィンドボックス入口ダンパの開度を制御することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記窒素酸化物濃度計によって一定時間毎に得られた窒素酸化物濃度を各バーナー段毎にパターンテーブルとして前記記憶手段に記憶しておき、
最新の前記パターンテーブルとその次に新しいパターンテーブルにおける排ガス中窒素酸化物濃度の同一性を判定して、最新の窒素酸化物濃度が次に新しい窒素酸化物濃度よりも高いと、前記バーナー空気比設定値を補正するバーナー空気比補正手段を前記ダンパ制御手段に設けたことを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記バーナー空気比補正手段は、
前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度に偏差が生じたとき、前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度の標準偏差値を算出する標準偏差算出手段と、
その標準偏差算出手段によって算出された標準偏差値が規定値以下のバーナー段を選択して、選択されたバーナー段の排ガス中窒素酸化物濃度の平均値を算出する平均窒素酸化物濃度値計算手段と、
その平均窒素酸化物濃度値計算手段によって算出された平均窒素酸化物濃度値が規定の窒素酸化物濃度値以上であるバーナー段を選択するレベル判定手段と、
そのレベル判定手段によって選択されたバーナー段におけるバーナー空気比を減少方向に補正する減少方向補正手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、
前記バーナー空気比補正手段によってバーナー空気比補正を行おうとするバーナー段のバーナー空気比補正値が、以下に示す制約条件を全て満足しているかの判定を行うバーナー空気比バランス判定手段を備えていることを特徴とするものである。
【００３５】
（制約条件１）：下段の缶前／缶後バーナー空気比＞中段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前／缶後バーナー空気比＞上段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前／缶後バーナー空気比≧全体バーナー空気比
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、
ボイラー出口での排ガス中の一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素濃度計を設け、
その一酸化炭素濃度計で計測される排ガス中の一酸化炭素濃度に応じて節炭器出口の酸素濃度を調整する空燃比補正手段を備えたことを特徴とする
ものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は前述のような構成になっており、ボイラー装置の効率が高く、しかもＮＯｘ低減効果の高いボイラー装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は本発明の実施形態に係るウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図、図２は本発明の実施形態に係るＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【００３８】
先ずウィンドボックス入口ダンパの制御、すなわちバーナー空気比の制御について図１を用いて説明する。本実施形態に係るバーナー空気比制御回路は、従来のバーナー空気比制御回路に第１のバーナー空気比補正制御回路６０と第２のバーナー空気比補正制御回路７０を追加して構成されている。
【００３９】
本実施形態に係るバーナー空気比制御回路も、バーナー段燃料量１０に基づいてウィンドボックス入口ダンパ１の開度制御、すなわち空気流量の制御を行うという基本的なフローは従来技術と同じである。
【００４０】
これに追加される第１のバーナー空気比補正制御回路６０は、図1に示すように使用する石炭の燃料比１４とＮＯｘ値１３の２変関数１２に基づいてバーナー空気比の設定値を補正する。すなわち燃料比１４の変化およびＮＯｘ値１３の経時的変化により、バーナー空気比設定を変化させることにより、実際のバーナー空気比を変化させるように制御することで、ＮＯｘの低減を図る。
【００４１】
なお、ＮＯｘ値１３は図７に示すようにボイラー出口に設置されているＮＯｘ濃度計１０２によって一定時間毎に計測されて制御部（図示せず）に読み込まれる。また、ボイラー装置に使用する微粉炭の燃料比１４は、当該ボイラー装置に備えられているオペレータパネル（図示せず）から制御部に入力することができる。
【００４２】
図１において符号２は比例積分器、３は減算器、４は当該ウィンドボックス空気流量、５は乗算器、６は加算器、７は関数発生器、８は発電機出力、９は関数発生器、１０はバーナー段燃料量、１１は加算器であり、図に示すような接続関係になっている。
【００４３】
前記２変関数１２は、２つの入力（Ｘ，Ｙ）から、Ｚ＝Ｆ（Ｘ，Ｙ）なる関係の値を出力するものである。なお、式中ＦはＺがＸとＹからなる関数であることを示す記号である。
【００４４】
図３は、２変関数のＸ，Ｙ座標と出力Ｚとの各パラメータの関係を示した図である。ここでＸ座標を燃料比１４とし、Ｙ座標をＮＯｘ値１３とし、出力Ｚにバーナー空気比を設定しておくことで、燃料比１４とＮＯｘ値１３の変化に応じてバーナー空気比設定が、この２変関数に補間されて出力されることになる。
【００４５】
具体的には、試験用燃焼炉あるいは実際のボイラー装置を用いて、燃料比の異なる各炭種毎で燃焼を行い、その際にバーナー空気比を変化させて炉出口あるいはボイラー出口のＮＯｘ値を計測して、燃料比とバーナー空気比とＮＯｘ値の関係を図３に示すようなテーブルデータとしてまとめて、図示しないＲＡＭなどの記憶手段に記憶する。そしてボイラー装置の運転の際に、使用する微粉炭の燃料比と目標とするＮＯｘ値から前記テーブルデータを補間して必要なバーナー空気比を求めることになる。
【００４６】
第２のバーナー空気比補正制御回路７０は、各バーナー段毎の燃焼排ガスのＮＯｘ値１３の計測点の分布に偏差が生じた場合、各段のバーナー空気比を変化させた際のＮＯｘの影響パターンを予めテーブル値として設定しておき、そのＮＯｘの影響パターンに応じてバーナー空気比設定を変化させるものである。
【００４７】
図４は、火炉８７からの排ガスの流れの状態、排ガス性状計測点、ならびにその計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルの関係を示す図である。
【００４８】
図中の３Ｆはボイラー装置の缶前下段に列設されたバーナー群、２Ｆは缶前中段に列設されたバーナー群、１Ｆは缶前上段に列設されたバーナー群、３Ｒは缶後下段に列設されたバーナー群、２Ｒは缶後中段に列設されたバーナー群、１Ｒは缶後上段に列設されたバーナー群を示している。
【００４９】
そして各段、各列に設置されたバーナーの燃焼によって発生した燃焼排ガスは、各バーナー群から直線を引いたように、積極的に混合されることなく、バーナーからボイラー内を後流側のＮＯｘ計測領域Ｓまで流れる（排ガス流れ図参照）。図示していないがこのＮＯｘ計測領域Ｓには、各計測点に対応してＮＯｘ濃度計１０２（図７参照）が多数設置されている。
【００５０】
同図の中段に示している図はＮＯｘ濃度計測点位置図で、各バーナー列ならびにバーナー段に対応して計測点が多数設定されている。同図の上段に示している図は、各計測点に対応して設けられたＮＯｘ影響パターンテーブルを示す図である。
【００５１】
なお、２段燃焼法を採用しているボイラー装置は、燃焼空気を２段階（バーナーおよびオーバーエアポート）に分けて火炉内に導き、緩慢な燃焼を行わせる方法を採用している。この場合も、各バーナー段のバーナー空気比の変化とＮＯｘ値１３との間に相関関係があることは、実際のボイラー装置での燃焼調整試験で確認済みである。
【００５２】
前記ＮＯｘ影響パターンの設定方法は、各バーナー空気比を変化させた場合に、前記計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルに対して、どの計測点が影響されるのかを、計測結果から判断して、任意に設定できるようになっている。
【００５３】
今回のＮＯｘ計測値が前回のＮＯｘ計測値と異なっていることで、前記第２のバーナー空気比補正制御回路７０による補正処理を開始する。
【００５４】
図１に示すようにバーナー段標準偏差判定手段１７には今回計測されたＮＯｘ値１３が入力され、そのバーナー段標準偏差判定手段１７により、各バーナー段毎のＮＯｘ値の分布について、ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９に予め設定されているＮＯｘ影響パターンテーブルより前回のＮＯｘ計測値を読み込み、各バーナー段毎に標準偏差を計算し、その結果、規定標準偏差以下となっているバーナー段を取捨選択する。
【００５５】
標準偏差は全体の結果が平均値のところにまとまっているか散らばっているかを表す指標であり、標準偏差が小さいほどデータは平均値のところにまとまっていて、標準偏差が大きいほどデータは平均値から分散したものとなる。従って前述の規定標準偏差以下となっているバーナー段とは、平均値のところにまとまり、ばらつきのない（あるいはばらつきの少ない）バーナー段のことを意味する。
【００５６】
よって、このバーナー段標準偏差判定手段１７による判定の目的は、特定位置のＮＯｘ値１３の計測値が著しく大きい場合は、全体的に平均値が上昇する傾向となり、一時的な計測値のアンバランスであっても補正を行うことが考えられるから、この現象を防止するために、各バーナー段毎のＮＯｘ分布が規定した標準偏差以上となっているバーナー段については除外するために行う。
【００５７】
次にバーナー段平均ＮＯｘ値計算手段１８では、前記規定標準偏差以下となっているバーナー段について、ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９で予め設定されているＮＯｘ影響パターンテーブルにより計算値を読み込んで、当該バーナー段の平均ＮＯｘ値を計算する。
【００５８】
なお、前記規定標準偏差は、燃焼調整結果により得られたＮＯｘ値の計測結果を元に計算した標準偏差を規定標準偏差として設定したものである。
【００５９】
前記ＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９は、各段のバーナー空気比を変化させた場合に、各バーナー段毎にＮＯｘへの影響パターンが異なるため、燃料調整により、各段バーナー空気比とＮＯｘへの影響の相関関係を整理して設定するものである。
【００６０】
各段バーナー空気比とＮＯｘへの影響の相関関係については、例えば図４に示す３Ｆのバーナー空気比を任意に変化させた場合（他の段のバーナー空気比は一定）、同図示す計測点位置図においてＮＯｘの計測値が変化する計測点を確認する。当該バーナー段の空気比変化に応じてＮＯｘの変化が顕著な計測点として、例えば図中のＡ１，Ｂ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ７，ＢＡ，ＢＢ，ＢＣの計測点が顕著に変化した場合、この計測点をＮＯｘ影響パターンテーブル設定手段１９に設定（記憶）しておく。
【００６１】
次に平均ＮＯｘ値レベル判定手段２０において、前記バーナー段平均ＮＯｘ値計算手段１８で計算したバーナー段の平均ＮＯｘ値が、ボイラー装置毎に決定されるＮＯｘの保証値α以上（≧α）であるバーナー段、すなわちＮＯｘ値を低減しなくてはいけないバーナー段を選択する。バーナー段の平均ＮＯｘ値がＮＯｘの保証値α未満（＜α）の場合は、後述するバーナー空気比バランス判定手段２４の前段に進む。
【００６２】
前記平均ＮＯｘ値レベル判定手段２０で判定されたバーナー段平均ＮＯｘ値が保証値以上のバーナー段が複数ある場合、最大値判定手段２１においてその中の平均ＮＯｘ値が最大のバーナー段が選択される。
【００６３】
また次のＮＯｘ影響パターン同一判定手段２２では、平均ＮＯｘ値の最大値が複数存在する場合、そのバーナー段のＮＯｘへの影響パターンが同一かどうかの判定がなされる。
【００６４】
そしてバーナー段のＮＯｘ影響パターンが同一であれば、バーナー空気比高選択手段２３でバーナー空気比の値が高いバーナー段が選択される。バーナー段のＮＯｘ影響パターンが異なる場合は、後述するバーナー空気比バランス判定手段２４の前段に進む。
【００６５】
最後にバーナー空気比バランス判定手段２４では、バーナー空気比補正を行おうとするバーナー段の補正値が以下に示す制約条件を全て満足しているか否かの判定がなされる。
【００６６】
各バーナー段のバーナー空気比の関係は、下段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（３Ｆ／３Ｒ）＞中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（２Ｆ／２Ｒ）＞上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群（１Ｆ／１Ｒ）≧全体バーナー空気比となることから、全体のバーナー空気比のバランスをとるため、以下に示す制約条件を設けている。
【００６７】
（制約条件１）：下段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比＞中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比＞上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前バーナー群／缶後バーナー群バーナー空気比≧全体バーナー空気比
バーナー空気比の補正については、バーナー空気比を減らす減操作のみの補正として、図５に示すバーナー空気比補正減指令更新条件により、最終的に選択されたバーナー段のバーナー空気比が制限値以上であれば、切り替え器１６をＸ１からＸ２側に切り替えて、その段のバーナー空気比設定に対して補正信号を前記第１のバーナー空気比補正回路６０の加算器１１に出力する。なお図中の１５は、信号発生器である。
【００６８】
前記バーナー空気比補正減指令更新条件は、以下に示す７つの条件を全て満足することによって成立する。
【００６９】
（条件１）：各バーナー段毎の標準偏差値が小さいこと。
（条件２）：ボイラー出口の計測ＮＯｘ値が保証値以上であること。
（条件３）：各バーナー段毎の平均ＮＯｘ値が規定値以上であること。
（条件４）：ボイラー出口の計測未燃分濃度が上限値以下であること。
（条件５）：ボイラー出口の計測Ｏ2濃度が下限値以上であること。
（条件６）：全体のバーナー空気比が規定値以上であること。
（条件７）：前回のバーナー空気比の補正更新から所定時間（例えば１時間）経過していること。
【００７０】
次に本発明の実施形態に係る空燃比の補正制御について図２を用いて説明する。ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器４２で作成されたＥｃｏ出口Ｏ2設定値とＥｃｏ出口Ｏ2の計測値４０との偏差を減算器３９で求め、それを積分器３８で積算して空気比補正信号を作成する。
【００７１】
そしてこの空気比補正信号に、ボイラー入力指令信号４３に基づいて関数発生器３７で作成された基本空気流量指令信号が乗算器３６により加えられて、空気流量指令信号５０を作成する。
【００７２】
ここでウィンドボックス入口ダンパ１は、バーナー段燃料量１０を基に個々のバーナー段の空気流量を制御しているため、合計空気流量の制御は、前記空気流量指令信号５０からウィンドボックス空気流量指令信号３５を減算器３４で差し引いてＮＯポート入口空気流量指令信号５１を求める。
【００７３】
そしてこのＮＯポート入口空気流量指令信号５１と計測したＮＯポート空気流量３３との偏差を減算器３２で求め、比例積分器３１を通した制御信号を基にＮＯポート入口ダンパ３０で制御するという基本的なフローは従来技術と同じである。
【００７４】
本実施形態の特徴点は、ボイラー出口で計測されたＣＯ値４５を加重移動平均演算手段５２で加重移動平均処理して、関数器４４においてＣＯ値４５の経時変化に応じたＥｃｏ出口Ｏ2濃度設定値を演算し、それを加算器４１で前記関数発生器４２から出力されるＥｃｏ出口Ｏ2設定値に加える点である。
【００７５】
このようにＣＯ値４５の経時変化に応じてＥｃｏ出口Ｏ2濃度設定値を変化させることにより、低Ｏ2濃度運転に寄与し、ボイラー効率の向上を図ることができる。
【００７６】
ここで加重移動平均処理を行う目的は、通常の移動平均法は変動をなくしてしまい、知りたい時期ではなく、全体の推移などを見ることに適しているが、知りたい時期の予測には適していない。そのため、加重移動平均法によりウェイトを付けることでＣＯ値の上昇傾向を予測し、空燃比の補正を行いたいタイミングの値に近い値で予測することによって、適切な時期に適切な補正を行うことが可能となる。
【００７７】
図６はＣＯ値とＥｃｏ出口Ｏ2濃度との関係、すなわち空気過剰率補正関数を示す図である。
【００７８】
前述のように本発明は、各炭種毎に基準炭相当のバーナー空気比に一定制御し、Ｅｃｏ出口Ｏ2およびＣＯバランス調整後、経時的に或る計測点の分布に偏差が生じた場合、燃料比および計測されたＮＯｘ値の２変関数に基づいて適正なバーナー空気比を設定している。
【００７９】
そして炭種の変化（燃料比の変化）およびＮＯｘの経時的変化によりバーナー空気比設定を変化させる内容を含んだ第１のバーナー空気比補正回路と、各バーナー段のバーナー空気比を変化させた場合のＮＯｘの影響パターンに応じて、各バーナー段のバーナー空気比設定を変化させる第２のバーナー空気比補正回路により、偏差を小さくする方向に対応するウィンドボックス入口ダンパ開度、つまり実際のバーナー空気比を調整することで、ＮＯｘや未燃分の低減を図ることができる。
【００８０】
また、ボイラー状態量（例えばボイラー負荷や燃料）の変化による空燃比の変化に対するＥｃｏ出口のＯ2とＣＯの変化に着目し、つまりボイラー装置の低Ｏ2濃度運転へ移行することにより、ＣＯの上昇を抑制しつつ、かつＥｃｏ出口Ｏ2の小方向に対して運転に余裕がある場合に、空燃比に対してバイアス補正を行うことにより、ボイラー効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係るウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図３】２変関数のＸ，Ｙ座標と出力Ｚとの各パラメータの関係を示した図である。
【図４】火炉からの排ガスの流れの状態、排ガス性状計測点、ならびにその計測点位置図に基づくＮＯｘ影響パターンテーブルの関係を示す図である。
【図５】バーナー空気比補正減指令更新条件を示す図である。
【図６】本発明の実施形態においてＣＯ値とＥｃｏ出口Ｏ2濃度との関係を示す特性図である。
【図７】微粉炭焚ボイラー装置の概略構成図である。
【図８】ボイラー装置における従来のウィンドボックス入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【図９】ボイラー装置における従来のＮＯポート入口ダンパの制御を説明するための系統図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：ウィンドボックス入口ダンパ、２：比例積分器、３：減算器、４：当該ウィンドボックス空気流量、５：乗算器、６：加算器、７：関数発生器、８：発電機出力、９：関数発生器、１０：バーナー段燃料量、１１：加算器、１２：２変関数、１３：ＮＯｘ値、１４：燃料比、１５：信号発生器、１６：切り替え器、１７：バーナー段標準偏差判定手段、１８：バーナー段平均ＮＯｘ値計算手段、１９：ＮＯｘ影響パターンテーブル手段、２０：平均ＮＯｘ値レベル判定手段、２１：最大値判定手段、２２：ＮＯｘ影響パターン同一判定手段、２３：バーナー空気比高選択手段、２４：バーナー空気比バランス判定手段、３０：ＮＯポート入口ダンパ、３１：比例積分器、３２：減算器、３３：ＮＯポート空気流量、３４：減算器、３５：ウィンドボックス空気流量指令信号、３６：乗算器、３７：関数発生器、３８：積分器、３９：減算器、４０：Ｅｃｏ出口Ｏ2計測値、４１：加算器、４２：関数発生器、４３：ボイラー入力指令信号、４４：関数発生器、４５：ＣＯ値、５０：空気流量指令信号、５１：ＮＯポート入口空気流量指令信号、５２：加重移動平均演算手段、６０：第１のバーナー空気比補正制御回路、７０：第２のバーナー空気比補正制御回路、８５：微粉炭バーナー、８６：ウィンドボックス、８７：火炉、８９：エアレジスタ、９０：ＮＯポート、９５：Ｅｃｏ出口Ｏ2濃度計、１０２：ＮＯｘ濃度計、Ｓ：ＮＯｘ計測領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラー出口での排ガス中の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
バーナーを備えたウィンドボックスへの燃焼用空気流量を調整するウィンドボックス入口ダンパと、
そのウィンドボックス入口ダンパの開度を制御するダンパ制御手段とを備えて多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置において、
前記石炭燃料の燃料比と、前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を予め求めて記憶しておく記憶手段を設け、
前記ダンパ制御手段は、前記バーナーに供給する石炭燃料の燃料比の変化あるいは前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、前記記憶手段に記憶されているバーナー空気比設定値を読み出して、そのバーナー空気比設定値に基づいて前記ウィンドボックス入口ダンパの開度を制御することを特徴とするボイラー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラー装置において、
前記窒素酸化物濃度計によって一定時間毎に得られた窒素酸化物濃度を各バーナー段毎にパターンテーブルとして前記記憶手段に記憶しておき、
最新の前記パターンテーブルとその次に新しいパターンテーブルにおける排ガス中窒素酸化物濃度の同一性を判定して、最新の窒素酸化物濃度が次に新しい窒素酸化物濃度よりも高いと、前記バーナー空気比設定値を補正するバーナー空気比補正手段を前記ダンパ制御手段に設けたことを特徴とするボイラー装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボイラー装置において、
前記バーナー空気比補正手段は、
前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度に偏差が生じたとき、前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度の標準偏差値を算出する標準偏差算出手段と、
その標準偏差算出手段によって算出された標準偏差値が規定値以下のバーナー段を選択して、選択されたバーナー段の排ガス中窒素酸化物濃度の平均値を算出する平均窒素酸化物濃度値計算手段と、
その平均窒素酸化物濃度値計算手段によって算出された平均窒素酸化物濃度値が規定の窒素酸化物濃度値以上であるバーナー段を選択するレベル判定手段と、
そのレベル判定手段によって選択されたバーナー段におけるバーナー空気比を減少方向に補正する減少方向補正手段とを備えていることを特徴とするボイラー装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のボイラー装置において、
前記バーナー空気比補正手段によってバーナー空気比補正を行おうとするバーナー段のバーナー空気比補正値が、以下に示す制約条件を全て満足しているかの判定を行うバーナー空気比バランス判定手段を備えていることを特徴とするボイラー装置。
（制約条件１）：下段の缶前／缶後バーナー空気比＞中段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前／缶後バーナー空気比＞上段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前／缶後バーナー空気比≧全体バーナー空気比
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のボイラー装置において、
ボイラー出口での排ガス中の一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素濃度計を設け、
その一酸化炭素濃度計で計測される排ガス中の一酸化炭素濃度に応じて節炭器出口の酸素濃度を調整する空燃比補正手段を備えたことを特徴とするボイラー装置。
【請求項１】
ボイラー出口での排ガス中の窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
バーナーを備えたウィンドボックスへの燃焼用空気流量を調整するウィンドボックス入口ダンパと、
そのウィンドボックス入口ダンパの開度を制御するダンパ制御手段とを備えて多種の石炭燃料が使用可能なボイラー装置において、
前記石炭燃料の燃料比と、前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の２変関数から得られるバーナー空気比設定値を予め求めて記憶しておく記憶手段を設け、
前記ダンパ制御手段は、前記バーナーに供給する石炭燃料の燃料比の変化あるいは前記窒素酸化物濃度計で計測された排ガス中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、前記記憶手段に記憶されているバーナー空気比設定値を読み出して、そのバーナー空気比設定値に基づいて前記ウィンドボックス入口ダンパの開度を制御することを特徴とするボイラー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラー装置において、
前記窒素酸化物濃度計によって一定時間毎に得られた窒素酸化物濃度を各バーナー段毎にパターンテーブルとして前記記憶手段に記憶しておき、
最新の前記パターンテーブルとその次に新しいパターンテーブルにおける排ガス中窒素酸化物濃度の同一性を判定して、最新の窒素酸化物濃度が次に新しい窒素酸化物濃度よりも高いと、前記バーナー空気比設定値を補正するバーナー空気比補正手段を前記ダンパ制御手段に設けたことを特徴とするボイラー装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボイラー装置において、
前記バーナー空気比補正手段は、
前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度に偏差が生じたとき、前記各バーナー段毎の排ガス中窒素酸化物濃度の標準偏差値を算出する標準偏差算出手段と、
その標準偏差算出手段によって算出された標準偏差値が規定値以下のバーナー段を選択して、選択されたバーナー段の排ガス中窒素酸化物濃度の平均値を算出する平均窒素酸化物濃度値計算手段と、
その平均窒素酸化物濃度値計算手段によって算出された平均窒素酸化物濃度値が規定の窒素酸化物濃度値以上であるバーナー段を選択するレベル判定手段と、
そのレベル判定手段によって選択されたバーナー段におけるバーナー空気比を減少方向に補正する減少方向補正手段とを備えていることを特徴とするボイラー装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のボイラー装置において、
前記バーナー空気比補正手段によってバーナー空気比補正を行おうとするバーナー段のバーナー空気比補正値が、以下に示す制約条件を全て満足しているかの判定を行うバーナー空気比バランス判定手段を備えていることを特徴とするボイラー装置。
（制約条件１）：下段の缶前／缶後バーナー空気比＞中段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件２）：中段の缶前／缶後バーナー空気比＞上段の缶前／缶後バーナー空気比
（制約条件３）：上段の缶前／缶後バーナー空気比≧全体バーナー空気比
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のボイラー装置において、
ボイラー出口での排ガス中の一酸化炭素濃度を計測する一酸化炭素濃度計を設け、
その一酸化炭素濃度計で計測される排ガス中の一酸化炭素濃度に応じて節炭器出口の酸素濃度を調整する空燃比補正手段を備えたことを特徴とするボイラー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１５０６１９（Ｐ２００９−１５０６１９Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３０３２５（Ｐ２００７−３３０３２５）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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