| 【発明の名称】 |
プロセスの制御方法と流動層ボイラ及びその燃料供給方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮本 英治
【氏名】伊丹 哲郎
【氏名】植中 忠男
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| 【要約】 |
【課題】高速負荷変動時においても再熱蒸気温度または層温のハンチングを防ぎ、設計計画値に入るようなプロセス制御ができるようにすることと流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージ時点を適切にすることで流動層温度の過上昇および燃料の燃え残りを防ぐことである。
【解決手段】第１の発明は、現時点で計測される物理量から時間差分ｎを推算し、現時点からｎ時間後の制御量を予測し、これらの対応する測定値との偏差により操作量を補正するものである。ここで現時点ｔから時点（ｔ＋ｎ）の間は現時点での操作量が保持されるとする。第２の発明は、流動層ボイラの燃焼反応の頻度因子Ｆと活性化エネルギーＥおよび燃料中水分含有率（１−ｗｃｋ）を用いて適切な層温範囲の上限値ＴＢ１*を算出し、層温の測定値がこの値になった時点で流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージを行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 計算モデルによる予測制御において、予測値を計算する時点の現時点からの時間的隔たりを、現時点のオンラインで計測できる状態量を用いて計算することを特徴とするプロセス制御方法。
【請求項２】 水を流動層火炉内の蒸発器に供給して蒸気を生成させ、該蒸気から水を分離した後、蒸気を再び流動層火炉内の過熱器で過熱して高圧タービンに送り、高圧タービンで仕事をした蒸気を流動層火炉内の再熱器で再熱して再熱蒸気を生成させ、該再熱蒸気により中低圧タービンで仕事をさせる流動層火炉を備えた流動層ボイラの蒸気温度及び流動層の層温制御方法であって、所定時間後の再熱蒸気温度の予測値と再熱蒸気温度設定値との偏差によって流動層の層高設定値を修正することを特徴とする流動層ボイラの再熱蒸気温度及び流動層の層温制御方法。
【請求項３】 所定時間後の再熱蒸気温度の予測値と再熱蒸気温度設定値との偏差によって層高設定値を修正するとともに、所定時間後の層温予測値と層温設定値との偏差によって流動層に供給する燃料流量設定値を修正することを特徴とする請求項２記載の流動層ボイラの再熱蒸気温度及び流動層の層温制御方法。
【請求項４】 所定時間後の再熱蒸気温度及び流動層の層温の予測値を計算する時点の現時点からの時間的隔たりを、流動層ボイラの出口酸素濃度と入口酸素濃度の平均値を用いて算出することを特徴とする請求項２記載の流動層ボイラの再熱蒸気温度及び流動層の層温制御方法。
【請求項５】 所定時間後の再熱蒸気温度及び流動層の層温の予測値を計算するためのパラメータとして、当該時点のオンラインで計測できる状態量を使用することを特徴とする請求項２記載の流動層ボイラ再熱蒸気温度及び層温制御方法。
【請求項６】 蒸気発生用の伝熱管を流動層内部に配置し、流動層中に燃料を供給する燃料供給ノズルを備えた流動層ボイラにおいて、運転停止後に燃料供給ノズル中に残存する燃料を火炉内パージする時点での適切な流動層の層温度範囲の上限値と下限値を、燃焼反応の頻度因子と活性化エネルギーおよび燃料中水分含有率を用いて演算する演算装置を有することを特徴とする流動層ボイラ。
【請求項７】 運転停止後に燃料供給ノズル中に残存する燃料を炉内パージする時点として、流動層の層温度が上限の温度となった時点とすることを特徴とする請求項６記載の流動層ボイラ。
【請求項８】 蒸気発生用の伝熱管を流動層内部に配置し、流動層中に燃料を供給する燃料供給ノズルを備えた流動層ボイラに燃料を供給する方法において、燃焼反応の頻度因子と活性化エネルギー、および燃料中水分含有率を用いて流動層ボイラの運転停止後に燃料供給ノズル中に残存する燃料を炉内パージする時点を決める適切な層温度範囲の上限値を演算することを特徴とする流動層ボイラの燃料供給方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動層ボイラなどのモデルによる予測制御装置に係わり、特に好適な計算モデルを有するプロセスの制御装置などに関する。
【０００２】また、本発明は、流動層ボイラなどの燃料供給方法と燃料供給ノズル中の残存燃料を炉内パージする際に好適な流動層温度の演算装置を有する流動層ボイラに関する。本発明の適用例の一例として加圧流動層ボイラを説明するが、本発明の利用分野は加圧流動層ボイラに限定されるものではなく、通常の流動層ボイラをはじめとする各種装置のモデルによる予測制御装置および燃料供給装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】計算モデルを有するプロセスの制御において、操作量は次のように決められる。すなわち、現時点での操作量及び計測される物理量を用いて、ある時間後の時点での制御量をモデルにより計算予測し、これらの対応する測定値との偏差により操作量を補正する。
【０００４】加圧流動層ボイラを例として説明する。図２に加圧流動層ボイラの水／蒸気フローを示す。給水過熱器（図示せず）からポンプ（図示せず）によって昇圧された水は火炉１０１内の蒸発器２０３において蒸気となり、汽水分離器２０４において水と蒸気が分離され、蒸気は再び火炉１０１内の過熱器２０５において過熱された後、高圧タービン２０６に到る。高圧タービン２０６で仕事をした蒸気は再熱器２０７で過熱されて火炉１０１外に出て、中低圧タービン２０８から復水器２０９に戻る。
【０００５】次に火炉１０１に関して、従来技術の流動層温度及び再熱蒸気温度の制御方式を図９を用いて説明する。再熱蒸気温度は以下のように流動層の層高により制御される。すなわち、再熱蒸気温度３０１と負荷要求３０２から関数発生器３０３ａで算出される再熱蒸気温度設定値３０４とを減算器３０５ａで比較し、その偏差３０６ａを調節器３０７ａに導き、フィードバック信号３０８ａを作る。
【０００６】ボイラマスタ３０９からは関数発生器３０３ｂで構成される流動層の層高先行信号３１０が作られ、加算器３１１ａでフィードバック信号３０８ａと加算され、層高設定値３１２を作る。層高３１３と層高設定値３１２とを減算器３０５ｂで比較して、その偏差３０６ｂを調節器３０７ｂに導き、フィードバック信号３０８ｂを作り、再熱蒸気温度３０１が再熱蒸気温度設定値３０４に追従するように層高制御設備３１４にて層高３１３を変動させる。
【０００７】層温３１５と負荷要求３０２から関数３０３ｃで構成される層温設定値３１６とを減算器３０５ｃで比較し、その偏差３０６ｃを調節器３０７ｃに導き、操作信号３０８ｃを作る。また、ボイラマスタ３０９からは関数発生器３０３ｄで構成される燃料流量先行信号３１７が作られる。操作信号３０８ｃと燃料流量先行信号３１７を加算器３１１ｂで加算し、火炉１０１に導く燃料流量設定値３１８を作るが、層高変動時に層温３１５を安定化させるために層高３１３と層高設定値３１２との偏差３０６ｂから調節器３０７ｄにより、操作信号３０８ｄを作り、これを加算器３１１ｂにて加算する。
【０００８】また、図１１に従来技術の加圧流動層ボイラの火炉運転停止後に燃料供給ノズル中に残存する燃料を炉内パージするフローを示す。炉内パージ時刻の設計計画値と現在時刻とを比較装置５０４で比較し、両値が等しいときパージ指令信号を作り、燃料供給設備５０５によりノズル内残存燃料をパージさせる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記図９に例示した従来技術の計算モデルを有するプロセスの制御では、ある時点ｔにおいて予測値を計算するべき時点（ｔ＋△ｔ）を決定する際の根拠が無く、制御対象の状態が刻々と変化するような場合には適切な制御ができず、制御量が設計計画値を逸脱することがあった。
【００１０】加圧流動層ボイラを例に説明すると、火炉内の層温均一化を目的として燃料は石炭・水ペーストの形で供給されており火炉での燃焼遅れが通常のボイラに比べて大きい。すなわち石炭・水ペーストが火炉に供給されると塊状となったペーストは流動化空気によって火炉流動層内において拡散し、この拡散プロセスにおいてペースト中の水分が蒸発し、微粉炭となって着火に至る。
【００１１】従来技術になる計算モデル予測に基づく再熱蒸気温度及び層温制御では、ある時点ｔにおいて△ｔ後の予測計算をするが、この△ｔは経験等により、ある特定の値に固定されている。すなわち、水分が変動する時などには、燃焼遅れ時間が変動し、この△ｔが変動する。従って負荷変化時に再熱蒸気温度または流動層の層温がハンチングし、設計計算値を逸脱する場合がある。また、再熱スプレーが作動する場合にはプラント効率を低下させることになる。本発明の第１の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、高速負荷変動時においても再熱蒸気温度または層温のハンチングを防ぎ、設計計画値に入るようなプロセス制御ができるようにすることである。
【００１２】また、図１１に示す従来技術の加圧流動層ボイラの火炉運転停止後に燃料供給ノズル中に残存する燃料を炉内パージする燃料供給量制御方式では、運転停止後にノズル中に残存する燃料を炉内にパージする時点は、設計計画上決められた運転停止時点から所定時間経過後のある時刻として決定されており、パージ時点での適切な層温度範囲は配慮されていなかった。このため、図１２に模式的に示すように、パージ時点で層温が適切な範囲より高い場合はパージした燃料は短時間で燃焼するが、層温が過度に上昇するおそれがあり、アグロメ生成または伝熱管損傷の危険があった。逆にパージ時点で層温が適切な範囲より低い場合は層温が過度に上昇することはないが層内に燃料が残ったままで失火、停止するおそれがあり、次回起動時に層温が過度に上昇する危険があった。本発明の第２の課題は、流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージ時点を適切にすることで流動層温度の過上昇および燃料の燃え残りを防ぐことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決するための、第１の発明は、現時点で計測される物理量から時間差分ｎを推算し、現時点からｎ時間後の制御量を予測し、これらの対応する測定値との偏差により操作量を補正するものである。ここで現時点ｔから時点（ｔ＋ｎ）の間は現時点での操作量が保持されるとする。
【００１４】加圧流動層ボイラを例として説明すると、例えば、現時点で計測される物理量から推算される燃焼の遅れ、メタル温度の遅れ、再熱蒸気温度の遅れ、層内物質（これをＢＭと記す）の熱容量による遅れ、及び、燃料がＣＷＰの場合ならＣＷＰ中の水分の蒸発による遅れなどによる関数で表される時間ｎの後の再熱蒸気温度及び層温を予測し、これらの対応する測定値との偏差により層高設定値及び燃料流量設定値を補正する。
【００１５】ここで現時点ｔから時点（ｔ＋ｎ）の間は現時点での操作量が保持されるとする。これにより高速負荷変動時においても再熱蒸気温度または層温のハンチングを防ぎ、設計計画値に入るような制御ができる。また、上記第２の課題を解決するための、本発明の第２の発明は、流動層ボイラの燃焼反応の頻度因子Ｆと活性化エネルギーＥおよび燃料中水分含有率（１−ｗｃｋ）を用いて適切な層温範囲の上限値ＴＢ１＊を算出し、層温の測定値がこの値になった時点で流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージを行えばよい。こうして層温の過上昇を防ぎ、層内にパージさせて燃料を最短時間で燃え切らせることができる。
【００１６】
【作用】加圧流動層ボイラを例として、本発明の第１の発明の計算モデルを有するプロセスの制御を説明する。本発明では現時点からｎ時間後の再熱蒸気温度及び層温を予測し、この予測値がｎ時間後のそれぞれの設定値に追従するようにして、高速負荷変化時においても再熱蒸気温度または層温のハンチングを防ぐものである。上記の予測値を計算するための動特性計算モデルと遅れ時間の推算方法を以下に示す。
【００１７】（１）動特性モデル層温、再熱蒸気温度の動特性は下式で記述される。
【数１】
ここでｔは時間［ｓ］、ｄ／ｄｔは時間微分［ｓ−１］であり、ＴＢ（ｔ）：層温 ［℃ ］
ＴＳ（ｔ）：再熱蒸気温度 ［℃］
ＣＳ：層比熱 ［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
ρＳ：層密度 ［ｋｃａｌ／ｍ３］
Ｘ（ｔ）：層高 ［ｍ］
ＶＢ（Ｘ（ｔ））：層体積 ［ｍ３］
Ｈｕ：石炭の発熱量 ［ｋｃａｌ／ｋｇ］
Ｇｆ（ｔ）：燃焼量 ［ｋｃａｌ／ｓ］
Ｃｇ：燃焼ガス比熱 ［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
α（Ｘ（ｔ））：層〜水／蒸気の熱貫流率 ［ｋｃａｌ／(ｍ２・℃・ｓ)］
Ａ（Ｘ（ｔ））：再熱器有効伝熱面積 ［ｍ２］
【００１８】ρｗ：水／蒸気密度 ［ｋｃａｌ／ｍ３］
Ｖｗ：再熱器水／蒸気容積 ［ｍ３］
Ｈ（ｔ）：再熱器出口エンタルピ ［ｋｃａｌ／ｋｇ］
ＨＳＨ（ｔ）：再熱器入口エンタルピ ［ｋｃａｌ／ｋｇ］
Ｐ（ｔ）：圧力 ［ａｔ］
Ｊ：単位換算係数 ［ａｔ・ｍ３／ｋｃａｌ］
ＧＢＭｉｎ（ｔ）：ＢＭタンクから火炉へのＢＭ投入流量 ［ｋｇ／ｓ］
ＧＢＭｏｕｔ（ｔ）：火炉からＢＭタンクへのＢＭ抜出し流量 ［ｋｇ／ｓ］
ＣＢＭ：ＢＭタンク内ＢＭ比熱 ［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃）］
ＶＢ（Ｘ（ｔ））：層体積 ［ｍ３］
ＴＢＭ（ｔ）：ＢＭタンク内ＢＭ温度 ［℃］
であり、火炉層内燃料濃度ρｃ（t）は、【数２】
であり、また、燃料量Ｇｆ（ｔ）は、火炉層内燃料濃度ρｃ（ｔ）を用い、【数３】
また、Ｔｓ（ｔ）＝ｆ（Ｈ（ｔ），Ｐ（ｔ）） （５）
の関係がある。
【００１９】ここで、Ｍｏ２：酸素分子量 ［ｋｇ／ｋｍｏｌ］
ｕｈ：空塔速度 ［ｍ／ｓ］
Ｓ（Ｘ（ｔ））：層表面積 ［ｍ２］
Ｇｆｕｅｌ（ｔ）：燃料流量 ［ｋｇ／ｓ］
ｆ（Ｈ、Ｐ）：エンタルピＨと圧力Ｐから温度を算出する関数 ［℃］
である。また層体積ＶＢ（Ｘ（ｔ））及び層表面積Ｓ（Ｘ（ｔ））は層高（Ｘ（ｔ）により変化する、火炉形状から決まる関数であり、層高（Ｘ（ｔ）の変化は次の式で決まる。
【００２０】
【数４】
すなわち、【数５】
である。
【００２１】（２）遅れ時間の推算以上式（１）、（２）から、層温ＴＢ（ｔ）を制御する操作量は、燃料流量Ｇｆｕｅｌ（ｔ）及び層高Ｘ（ｔ）であり、再熱蒸気温度を制御する操作量は層高Ｘ（ｔ）であり、現時点で流量Ｇｆｕｅｌ（ｔ）を操作しても、それはｎ時間後の層温ＴＢ（ｔ＋ｎ）に効果を及ぼすことになる。すなわち式（１）において再熱蒸気温度と層温の動特性式には時間遅れが含まれることが分かる。
【００２２】式（３）を変形して、【数６】
式（８）より、【数７】
となる。ただし、【数８】
ρｃ（ｔ）：火炉層内燃料濃度 ［ｋｇ／ｍ３］
ρｏ２（ｔ）：平均酸素濃度 ［ｋｇ／ｍ３］
Ｐｕｂｃ：未燃分飛散率 ［−］
Ｋ：燃焼反応速度定数 ［ｋｍｏｌ／（ｍ３・ｓ）］。
【００２３】ここで、ρｏ２（ｔ）を平均値と考えるならば、ρｏ２（ｔ）は時間的に一定の値であるので、式（９）より燃焼の時間遅れτ１は、【数９】
と、火炉内平均酸素濃度ρｏ２（ｔ）を使って表現できることが分かる。
【００２４】メタル温度の動特性は、【数１０】
である。ここで、ＣＭ：メタル管比熱 ［ｋｃａｌ／（ｋｇ ・℃）］
ρＭ：メタル管密度 ［ｋｇ／ｍ３］
θＭ：メタル管温度 ［℃］
θｓ：メタル管内蒸気温度 ［℃］
αｇ：メタル管外部伝熱管係数 ［ｋｃａｌ／（ｍ２ ・℃・ｓ ）］
αｓ：メタル管内部伝熱管係数 ［ｋｃａｌ／（ｍ２ ・℃・ｓ ）］
Ａｇ：メタル管外部表面積 ［ｍ２／ｍ３］
Ａｓ：メタル管外部表面積 ［ｍ２／ｍ３］
Ｇｗ（ｔ）：給水流量 ［ｍ３／ｓ］
であり、式（１２）を変形すると、【数１１】
となる。
【００２５】従って、メタル温度の時間遅れτ２は、【数１２】
さらに、式（２）を変形して、同様に蒸気温度の時間遅れτ３を求めると、【数１３】
また、式（１）を変形して、ＢＭの熱容量による遅れτ４は、【数１４】
燃料がＣＷＰの場合は、これに加えてＣＷＰ中水分の蒸発による遅れ時間τ５を用いて、 ｎ＝ｆ（τ１、τ２、τ３、τ４、τ５） （１７）
ここで、ｆ（τ１、τ２、τ３、τ４、τ５）は、τ１、τ２、τ３、τ４、τ５からｎを求める関数である。
【００２６】本発明の第２の発明ではノズル内残存燃料の炉内パージ時点での適切な層温の上限値および下限値を計算し、この上限値に層温測定値が一致した時点で流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージを行い、層温の過上昇および燃料の燃え残りを防ぐものである。上記の上限値および下限値の計算方法については実施の形態の項で述べる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の第１の発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１には本発明の好適な計算モデルを有するプロセスの制御方式の一実施の形態である加圧流動層ボイラの制御構成図を示す。図９で説明した従来技術との相違点のみ説明する。
【００２８】動特性モデル４０１は前記微分方程式に従い、現時点ｔの空気流量Ｇａ（ｔ），給水流量Ｇｗ（ｔ）、燃料流量Ｇｆｕｅｌ（ｔ）４０２、層高Ｘ（ｔ）３１３、ＢＭタンク内ＢＭ温度ＴＢＭ４０３、ＢＭ投入・抜出し流量ＧＢＭｉｎ（ｔ）、ＧＢＭｏｕｔ（ｔ）４０４を現時点からｎ時間後まで保持し、初期条件として現時点ｔでの再熱蒸気温度ＴＳ（ｔ）３０１、層温ＴＢ（ｔ）３１５を与え、時点（ｔ＋ｎ）での再熱蒸気温度予測計算値ＴＳ（ｔ＋ｎ）での層温予測計算値ＴＢ（ｔ＋ｎ）４０６を算出するものである。
【００２９】動特性モデル４０１から算出された時点（ｔ＋ｎ）での再熱蒸気温度予測計算値４０５と、負荷要求３０２から関数４０７ａで構成される時点（ｔ＋ｎ）の再熱蒸気温度設定値４０８とを減算器４０９ａで比較し、その偏差４１０ａを調節器４１１ａに導き、操作信号４１２ａを作る。これを加算器３１１ａで層高先行信号３１０及び現時点ｔでの再熱蒸気温度３０１と再熱蒸気温度設定値３０４との偏差３０６ａから決る操作信号３０８ａと加算し、層高設定値３１２を作る。層高３１３と層高設定値３１２とを減算器３０５ｂで比較し、その偏差３０６ｂを調節器３０７ｂに導き、操作信号３０８ｂを作つた後、層高制御設備３１４において層高３１３を再熱蒸気温度３０１が再熱蒸気温度設定値３０４に追従するように変動させる。
【００３０】動特性モデル４０１から算出された時点（ｔ＋ｎ）での層温計算予測値４０６と、ボイラマスタ３０９から関数４０７ｂで構成される時点（ｔ＋ｎ）の層温設定値４１４とを減算器４０９ｂで比較し、その偏差４１０ｂを調節器４１１ｂに導き操作信号４１２ｂを作る。これを加算器３１１ｂで燃料流量先行信号３１７及び現時点ｔでの層温３１５と層温設定値３１６との偏差３０６ｃから決まる操作信号３０８ｃと加算し、燃料流量設定値４１５を作る。
【００３１】
【数１５】
【数１６】
は、例えばρｏ２出とρｏ２入の算術平均で計算される。
【００３２】
【数１７】
燃料がＣＷＰである場合はτ５も加え、ｎは一例として ｎ＝τ１＋τ２＋τ３＋τ４＋τ５ （２２）
で表される。
【００３３】図３は燃焼遅れ時間τ１を求めるフローチャートを示す図であり、図４はメタル温度遅れ時間τ２を求めるフローチャートを示す図であり、また、図５は蒸気温度遅れ時間τ３を求めるフローチャートを示す図である。
【００３４】本発明による負荷上げ制御の一例を図６に示す。図６でＭＷＤはＭＷｄｅｍａｎｄの略号である。層温の上昇に対して、火炉出口ＮＯｘ、ＳＯｘはそれぞれ単調増加、単調減少の減少の傾向にあり、火炉出口ＮＯｘ、ＳＯｘの両方の値を設計計画値以下に抑える層温域が存在するので、層温をこの範囲に制御することにより、火炉出口ＮＯｘ、ＳＯｘの値を設計計画値内に入れることができる。
【００３５】また、ゴミ焼却炉の場合、ｎは ｎ＝τ１＋τ２＋τ３＋τ４＋τ５ （２３）
により求める。ここで、【数１８】
ここで、ＫＭは燃料中各成分の組成等から決定される値であり、τ２、τ３、τ４については、加圧流動層ボイラにおける式と同様である。
【００３６】また、常圧流動層ボイラの場合は、ｎは ｎ＝τ１＋τ２＋τ３＋τ４＋τ５ （２５）
であり、τ１、τ２、τ３、τ４、τ５については、加圧流動層ボイラにおける式と同様である。
【００３７】従って、ゴミ焼却炉及び常圧流動層ボイラの場合も、加圧流動層ボイラの場合と同様に予測値を計算する時点（ｔ＋ｎ）の現時点ｔからの隔たりの時間ｎを計算することができ、時点（ｔ＋ｎ）での制御量計算予測値と設定値の差から現時点ｔでの操作量を決定することができる。
［比較例］図１０は、図６に示した加圧流動層ボイラの本発明による負荷上げ制御と同じ条件で、従来法による制御を行った結果である。本発明では、計算時点（ｔ＋ｎ）の、現時点ｔからの時間的隔たりｎを、現時点ｔで計測される物理量から算出するため、より有効的な制御量予測値を用いて制御を行うことができ、設定値と実際の制御量のずれが小さい。一方、従来法では、ｎを根拠なくある固定値としているため、計算予測する時点（ｔ＋ｎ）での制御量が不安定になり、両者のずれが大きい。
【００３８】次に第２の発明の流動層ボイラの運転停止後の燃料供給ノズル中に残存する燃料の炉内パージ時点を適切に決定する燃料供給制御の実施の形態について説明する。本例では燃料供給ノズル内残存燃料の炉内パージ時点での適切な層温の上限値および下限値を計算し、この上限値に層温測定値が一致した時点でパージすることで層温の過上昇および燃料の燃え残りを防ぐものである。層温、層内燃料濃度の動特性は下式で記述される。
【数１９】
【００３９】ここでｔ：時間［ｓ］
ｄ／ｄｔ：時間微分［ｓ−１］
ＴＢ（ｔ）：層温 ［℃ ］
ρｃ（ｔ）：層内燃料濃度［ｋｇ／ｍ３ ］
Ｇａｉｒ:入口空気比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ］
ＣＢ：層内物質（ＢＭ）比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］
Ｃｇ：燃焼ガス比熱 ［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
ＣＨ２Ｏ：水蒸気比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
Ｃｐｋ：投入燃料比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
ＣＳ：層外飛散未燃分比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃ ）］
ρＢ：ＢＭ密度［ｋｇ／ｍ３ ］
ρＯ２：層内酸素濃度［ｋｇ／ｓ］
【００４０】Ｇａｉｒ:入口空気流量［ｋｇ／ｓ］
Ｇｃｗｐ：投入燃料量［ｋｇ／ｓ］
Ｇｇｍ：燃焼ガス流量［ｋｇ／ｓ］
Ｔａｉｒ:入口空気温度［℃ ］
Ｔｋ：投入燃料温度［℃ ］
Ｑｅｖａｐ:水の蒸発潜熱［ｋｃａｌ／ｋｇ］
ｈｕ：無水燃料発熱量［ｋｃａｌ／ｋｇ］
Ｐｕｂｃ：未燃分層外飛散率［−］
ｕｈ：空塔速度［ｍ／ｓ］
ＭＯ２：酸素分子量［ｋｇ／ｋｍｏｌ］
ｓ：層表面積［ｍ２］
ｖ：層体積［ｍ３］
（１−ｗｃｋ）：燃料中水分含有率［−］
Ｋ（Ｆ，Ｅ，ＴＢ(ｔ））：燃焼反応速度係数［ｍ３／(ｋｍｏｌ・ｓ)］
であり、 Ｋ(Ｆ，Ｅ，ＴＢ(ｔ))＝Ｆ・ｅｘｐ[−Ｅ／Ｒ・ＴＢ(ｔ）] （２８）
である。
【００４１】ここで、式（２６）、（２７）により、燃料パージ後の層温度ＴＢ（ｔ）および層内燃料濃度ρｃ（ｔ）の値は、頻度因子Ｆ、活性化エネルギーＥ、および燃料中有水分含有率（１−ｗｃｋ）を入力することで算出できる。燃料パージ後の層温度ＴＢ（ｔ）の最大値がその許容値を超えないような燃料パージ時点の層温度の最大値をＴＢ１＊と決定する。また、燃料パージ後の層内燃料濃度ρｃ（ｔ）の最小値がその許容値を超えないような燃料パージ時点の層温度の最小値をＴＢ２＊と決定する。
【００４２】図７を用いて本発明の流動層ボイラの燃料供給装置における実施の形態について説明する。限界層温演算装置６０１は前頁に示した微分方程式に従い、頻度因子Ｆ、活性化エネルギーＥ、燃料注水分含有率（１−ｗｃｋ）、およびアグロメ生成と電熱感損傷の起こらないための層温最大値の許容値、次回起動時にアグロメの生成が起こらないための層内燃料残留濃度の最大値の許容値、および初期条件として運転停止時の層温度、層内燃料濃度を与え、炉内パージ時点の適切な層温度範囲の上限値ＴＢ１＊と下限値ＴＢ２＊を算出するものである。
【００４３】限界層温演算装置６０１から算出された層温度範囲の上限値ＴＢ１＊と下限値ＴＢ２＊とを比較装置６０２で比較し、高温側の値ＴＢ１＊をパージ時点の最適温度をＴＢ＊とする。これと層温度測定値ＴＢ（ｔ）とを比較装置６０４で比較し、両値が等しいときパージ指令信号を作り燃料供給設備６０５にてノズル内残存温燃料をパージさせる。この場合の層温度変化を模式的に示したのが第４図で、層温度は流動層温最大値の許容値を超えることなく層を冷却することが出来る。
【００４４】こうして、流動層ボイラの運転停止後にノズル内に残存する燃料を炉内パージする時点での適切な層温度範囲を算出し、その範囲内の最適層温と層温測定値が一致した時点でパージを行うため、アグロメ生成や伝熱管損傷が起こるような層音の過上昇を防ぎ、パージされた燃料を最短時間で燃やし切ることができる。
【００４５】
【発明の効果】本発明の第１の発明においては、モデルを使って、現時点ｔよりも、計測される物理量を使って計算される時間ｎだけ後の時点（ｔ＋ｎ）での制御量を計算予測し、これらがそれぞれの設定値に追従するように操作量を与えるので、遅れを補償し、高速変化時においても制御量を設計計画値内とすることができるという効果がある。
【００４６】加圧流動層ボイラを例とすると、計測される物理量である入口酸素量と出口酸素量の平均の値を使って計算される燃焼遅れ時間だけ現時点より後の時点での再熱蒸気温度及び層温を計算予測し、これらがそれぞれの設定値に追従するように層高設定値及び燃料流量設定値を与え、加圧流動層に特有の燃焼遅れを補償し、高速負荷変化時においても再熱蒸気温度及び層温を設計計画値内とすることができるという効果がある。
【００４７】また、再熱蒸気温度が設計計画値内に入ると非常用としての再熱スプレーが作動せず、プラント効率を落とさないという効果がある。また層温が設計計画値内に入ると火炉出口ＮＯｘ、ＳＯｘを設計計画値内に入れることができ、ＮＯｘについては脱硝装置への負荷を低減し、アンモニア使用量を低減できるという効果がある。
【００４８】また、本発明の第２の発明においては、流動層ボイラの運転停止後にノズル内に残存する燃料を炉内パージする時点での適切な層温度範囲を算出し、その範囲内の最適層温と層温測定値が一致した時点でパージを行うため、アグロメ生成や伝熱管損傷が起こるような層温の過上昇を防ぎ、パージされた燃料を最短時間で燃やしきることが出来るという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４４１
【氏名又は名称】バブコック日立株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１０日（１９９９．３．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６５４１
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 孝義
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７８０１（Ｐ２０００−２５７８０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６４０１５ |
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