JP2009150619A - Boiler device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a boiler device that can use various types of coal fuel, and particularly, an operation in which a load command signal changes frequently and boldly and rapidly according to a demand from a customer, and an operation that uses coal fuel whose properties are greatly different. It is related with the boiler apparatus which has favorable responsiveness with respect to.
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。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a pulverized coal fired boiler apparatus. Coal as fuel is sent from a
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。
The adjustment of the combustion air is performed by an air flow
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。
The combustion air passing through the
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。
The other flow of the diverted air passes through the
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。
Regarding the control of nitrogen oxides (NOx), the opening degree of the NO
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。
Further, the exhaust gas is denitrated by controlling the amount of NH 3 injected into the flue
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。
FIG. 8 is a system diagram for explaining the control of the conventional wind
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。
The air flow rate of the boiler device is directly controlled for each compartment of the wind
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。
The burner air ratio control is a wind box as shown in FIG. 8 for the purpose of reducing unburned components such as NOx and CO in the exhaust gas and performing stable combustion according to each mill load / burner load. The
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。
In the figure,
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。
On the other hand, in the air-fuel ratio control, the deviation between the Eco outlet O 2 set value created by the
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。
A basic air flow rate command signal created by the
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。
Here, since the wind
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。
A deviation between the NO port inlet air flow rate command signal 51 and the measured NO port
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。
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。 In the multi-fuel co-fired boiler system, especially in the case of coal with different fuel properties, the combustion adjustment is carried out for each coal type. As a result, the NOx reduction effect on the burner air ratio is achieved by the fuel ratio (fixed carbon / volatile content). Different.
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。 Further, when the fuel ratio and the N content increase, NOx tends to increase. However, if the burner air ratio is not reduced as the coal type has a higher fuel ratio, a sufficient NOx reduction effect cannot be obtained.
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。 However, the higher the fuel ratio, the lower the stability of ignition and combustion, so it is difficult to automatically set the optimal burner air ratio when burning a high-fuel ratio coal type. The optimal burner air ratio is set.
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。 The air ratio control in the conventional multi-fuel co-fired boiler apparatus is a control in which fuel and air are always supplied at a certain ratio (constant air ratio).
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。
The fuel flow rate is controlled by a combustion amount command signal created based on the boiler
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。 Since the conventional air-fuel ratio control is set to a constant air-fuel ratio, the operation is not necessarily efficient and NOx decreases due to a decrease in the amount of air, but the NOx reduction effect differs depending on the coal type. It was.
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。 Originally, an efficient air-fuel ratio condition is not always constant under all conditions, and is affected by various conditions of the combustion facility such as fuel properties and operating load. For this reason, in order to realize high-efficiency operation, it is necessary to change the air-fuel ratio condition to an optimal value in accordance with the constantly changing situation.
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。 Furthermore, since the air-fuel ratio condition in a general combustion facility is set so that harmful CO concentration does not increase, the amount of supplied air is excessive. Due to this excessive amount of air, heat loss due to the exhaust gas is increased, and the efficiency is deteriorated. As a result, in a general combustion facility, not only the efficiency decrease due to the above-mentioned constant air-fuel ratio condition but also the efficiency decrease due to exhaust gas heat loss occurs, leading to further increase in fuel consumption.
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。 Normally, exhaust gas components are used as parameters representing the combustion state. In particular, among exhaust gas components, O 2 concentration and CO concentration are used as parameters representing the combustion state. In order to control from this combustion state to an optimum operation state, when attention is paid to the relationship between the O 2 concentration in the exhaust gas, the CO concentration and the combustion efficiency, unburned CO is usually generated even in the presence of O 2 .
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。 If the O 2 concentration is high, heat loss due to the exhaust gas increases due to the excess air ratio, which causes a reduction in combustion efficiency. Conversely, if the CO concentration is high, there is a large amount of unburned fuel, heat loss due to incomplete combustion increases, and combustion efficiency decreases.
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。 In general, when the O 2 concentration and the CO concentration are suppressed, for example, when the characteristic curve of the O 2 concentration and the CO concentration intersects the air-fuel ratio, the heat loss due to the excess air ratio and the heat loss due to incomplete combustion occur. It is said that the sum is minimal and efficient.
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。 However, since the optimum air-fuel ratio condition (the above-mentioned intersection) is affected by the operating condition, the operation with the conventional constant air-fuel ratio condition is not always efficient.
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。 An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and to provide a boiler device having high boiler device efficiency and high NOx reduction effect.
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。
To achieve the above object, the present invention provides a nitrogen oxide concentration meter for measuring the concentration of nitrogen oxide in exhaust gas at the boiler outlet,
A wind box inlet damper for adjusting the flow rate of combustion air to the wind box equipped with a burner;
The present invention is intended for a boiler apparatus that includes damper control means for controlling the opening degree of the wind box inlet damper and that can use various types of coal fuel.
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。
The first means of the present invention obtains in advance a burner air ratio set value obtained from a bivariate function of the fuel ratio of the coal fuel and the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas measured by the nitrogen oxide concentration meter. Providing storage means for storing
The damper control means is stored in the storage means based on a change in fuel ratio of coal fuel supplied to the burner or a change in nitrogen oxide concentration in exhaust gas measured by the nitrogen oxide concentration meter. The burner air ratio set value is read out, and the opening degree of the wind box inlet damper is controlled based on the burner air ratio set value.
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。
According to a second means of the present invention, in the first means,
The nitrogen oxide concentration obtained at regular intervals by the nitrogen oxide concentration meter is stored in the storage means as a pattern table for each burner stage,
When the identity of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas in the latest pattern table and the next new pattern table is determined and the latest nitrogen oxide concentration is higher than the next new nitrogen oxide concentration, the burner air ratio A burner air ratio correcting means for correcting the set value is provided in the damper control means.
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。
According to a third means of the present invention, in the second means,
The burner air ratio correcting means is
A standard deviation calculating means for calculating a standard deviation value of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas for each burner stage when a deviation occurs in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas for each burner stage;
Average nitrogen oxide concentration value calculating means for selecting the burner stage whose standard deviation value calculated by the standard deviation calculating means is equal to or less than a specified value and calculating the average value of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of the selected burner stage. When,
Level determining means for selecting a burner stage whose average nitrogen oxide concentration value calculated by the average nitrogen oxide concentration value calculating means is not less than a specified nitrogen oxide concentration value;
And a decreasing direction correcting means for correcting the burner air ratio in the burner stage selected by the level determining means in the decreasing direction.
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。
A fourth means of the present invention is the second or third means,
Burner air ratio balance determining means for determining whether the burner air ratio correction value of the burner stage to be corrected by the burner air ratio correcting means satisfies all of the following constraints. It is characterized by this.
(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。
(Constraint 1): Lower can before / after burner air ratio> Middle before can / after can burner air ratio (Restriction 2): Middle can before / after can burner air ratio> Upper can before / can Rear burner air ratio (constraint condition 3): upper can front / after can burner air ratio ≧ total burner air ratio The fifth means of the present invention is the first to fourth means,
A carbon monoxide concentration meter that measures the carbon monoxide concentration in the exhaust gas at the boiler outlet is installed.
An air-fuel ratio correcting means is provided for adjusting the oxygen concentration at the outlet of the economizer according to the carbon monoxide concentration in the exhaust gas measured by the carbon monoxide concentration meter.
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。 The present invention is configured as described above, and can provide a boiler device that is highly efficient and has a high NOx reduction effect.
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。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram for explaining the control of the windbox inlet damper according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram for explaining the control of the NO port inlet damper according to the embodiment of the present invention.
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。
First, control of the wind box inlet damper, that is, control of the burner air ratio will be described with reference to FIG. The burner air ratio control circuit according to this embodiment is configured by adding a first burner air ratio
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。
The basic flow of the burner air ratio control circuit according to the present embodiment, which controls the opening degree of the wind
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。
The first burner air ratio
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。
Note that the
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。
In FIG. 1,
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。
The
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。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship of each parameter between the X and Y coordinates of the binary function and the output Z. Here, the X-coordinate is the
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。 Specifically, combustion is performed for each coal type having a different fuel ratio using a test combustion furnace or an actual boiler device, and the NOx value at the furnace outlet or boiler outlet is changed by changing the burner air ratio at that time. The measurement is performed, and the relationship among the fuel ratio, the burner air ratio, and the NOx value is collected as table data as shown in FIG. 3 and stored in a storage means such as a RAM (not shown). When the boiler device is operated, the necessary burner air ratio is obtained by interpolating the table data from the fuel ratio of the pulverized coal used and the target NOx value.
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。
The second burner air ratio
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。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the state of the exhaust gas flow from the
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。
In the figure, 3F is the burner group arranged in the lower stage before the can of the boiler device, 2F is the burner group arranged in the middle stage before the can, 1F is the burner group arranged in the upper stage before the can, and 3R is the lower stage after the can The
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。 The combustion exhaust gas generated by the combustion of the burners installed in each stage and each row is not mixed positively as if a straight line was drawn from each burner group, and the NOx on the downstream side from the burner through the boiler is not mixed. It flows to the measurement region S (see exhaust gas flow chart). Although not shown, a large number of NOx concentration meters 102 (see FIG. 7) are installed in the NOx measurement region S corresponding to each measurement point.
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。 The figure shown in the middle of the figure is a NOx concentration measurement point position diagram, and a large number of measurement points are set corresponding to each burner row and burner stage. The diagram shown in the upper part of the figure is a diagram showing a NOx influence pattern table provided corresponding to each measurement point.
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。
In addition, the boiler apparatus which employ | adopts the two-stage combustion method employ | adopts the method which divides combustion air into two stages (a burner and an overair port), guides it in a furnace, and performs a slow combustion. In this case as well, the correlation between the change in the burner air ratio of each burner stage and the
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。 The NOx influence pattern setting method determines from the measurement result which measurement point is affected by the NOx influence pattern table based on the measurement point position diagram when each burner air ratio is changed. Can be set arbitrarily.
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。
When the current NOx measurement value is different from the previous NOx measurement value, the correction process by the second burner air ratio
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。
As shown in FIG. 1, the
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。 Standard deviation is an index that indicates whether the overall result is scattered or scattered around the average value.The smaller the standard deviation, the more the data is collected at the average value, and the larger the standard deviation, the more the data from the average value. It will be distributed. Therefore, the burner stage that is equal to or less than the above-mentioned standard deviation means a burner stage that is gathered at an average value and has no variation (or little variation).
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。
Therefore, the purpose of the determination by the burner stage standard
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。 Next, the burner stage average NOx value calculation means 18 reads the calculated value from the NOx influence pattern table preset by the NOx influence pattern table setting means 19 for the burner stage that is equal to or less than the specified standard deviation. Calculate the average NOx value of the burner stage.
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。 The specified standard deviation is obtained by setting a standard deviation calculated based on the measurement result of the NOx value obtained from the combustion adjustment result as the specified standard deviation.
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。 When the burner air ratio of each stage is changed, the NOx influence pattern table setting means 19 has a different NOx influence pattern for each burner stage. The correlation of influence is arranged and set.
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。 Regarding the correlation between each stage burner air ratio and the effect on NOx, for example, when the 3F burner air ratio shown in FIG. 4 is arbitrarily changed (the burner air ratios in other stages are constant), the measurement points shown in FIG. In the position diagram, the measurement point where the measured value of NOx changes is confirmed. For example, when the measurement points of A1, B2, A3, A4, B7, BA, BB, BC in the figure change significantly as the measurement points where the change in NOx is significant in accordance with the air ratio change of the burner stage, this Measurement points are set (stored) in the NOx influence pattern table setting means 19.
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。
Next, in the average NOx value
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。
When there are a plurality of burner stages whose average NOx value determined by the average NOx value
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。 The next NOx influence pattern identity determination means 22 determines whether the influence patterns on the NOx of the burner stage are the same when there are a plurality of maximum average NOx values.
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。 If the NOx influence pattern of the burner stage is the same, a burner stage having a high burner air ratio value is selected by the burner air ratio high selection means 23. When the NOx influence pattern of the burner stage is different, the process proceeds to the previous stage of the burner air ratio balance determination means 24 described later.
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。
Finally, the burner air ratio
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。 The relationship between the burner air ratio of each burner stage is as follows: lower can front burner group / after can burner group (3F / 3R)> middle can front burner group / after can burner group (2F / 2R)> upper can front burner Since the group / post-can burner group (1F / 1R) ≧ the overall burner air ratio, the following constraints are provided to balance the overall burner air ratio.
(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。
(Restriction condition 1): Lower can front burner group / post-can burner group burner air ratio> Middle pre-can burner group / post-can burner group burner air ratio (Restriction condition 2): Middle pre-can burner group / after can Burner group burner air ratio> Upper can burner group / can after burner group burner air ratio (Restriction condition 3): Upper can burner group / can after burner group burner air ratio ≧ Overall burner air ratio Correction of burner air ratio As for the correction only for the reduction operation to reduce the burner air ratio, the burner air ratio correction reduction command update condition shown in FIG. The
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。 The burner air ratio correction reduction command update condition is satisfied when all of the following seven conditions are satisfied.
(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。
(Condition 1): The standard deviation value for each burner stage is small.
(Condition 2): The measured NOx value at the boiler outlet is not less than the guaranteed value.
(Condition 3): The average NOx value for each burner stage is not less than a specified value.
(Condition 4): The measured unburned fuel concentration at the boiler outlet is not more than the upper limit value.
(Condition 5): The measured O 2 concentration at the boiler outlet is not less than the lower limit.
(Condition 6): The overall burner air ratio is not less than a specified value.
(Condition 7): A predetermined time (for example, 1 hour) has passed since the previous correction update of the burner air ratio.
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。
Next, air-fuel ratio correction control according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Based on the boiler
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。
A basic air flow rate command signal created by the
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。
Here, since the wind
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。
The deviation between the NO port inlet air flow rate command signal 51 and the measured NO port
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。
The characteristic point of this embodiment is that the
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。
Thus, by changing the Eco outlet O 2 concentration set value in accordance with the change with time of the
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。 The purpose of weighted moving average processing here is that the normal moving average method eliminates fluctuations and is suitable not only for the time you want to know, but also for looking at the overall transition, etc., but suitable for predicting the time you want to know Not. For this reason, by applying a weight using the weighted moving average method, predicting the upward trend of the CO value, and predicting at a value close to the value of the timing at which the air-fuel ratio correction is to be performed, making appropriate corrections at appropriate times Is possible.
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。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the CO value and the Eco outlet O 2 concentration, that is, the excess air ratio correction function.
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。 As described above, according to the present invention, when the burner air ratio corresponding to the reference coal is constantly controlled for each coal type, and the Eco outlet O 2 and the CO balance are adjusted, the distribution of certain measurement points is caused over time. An appropriate burner air ratio is set based on a bivariate function of the fuel ratio and the measured NOx value.
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。 And the 1st burner air ratio correction circuit including the contents which change a burner air ratio setting by change of charcoal type (change of fuel ratio) and change with time of NOx, and the burner air ratio of each burner stage were changed. The second burner air ratio correction circuit that changes the burner air ratio setting of each burner stage according to the influence pattern of NOx in the case, the windbox inlet damper opening corresponding to the direction to reduce the deviation, that is, the actual burner By adjusting the air ratio, it is possible to reduce NOx and unburned content.
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。 Further, paying attention to changes in O 2 and CO at the Eco outlet with respect to changes in the air-fuel ratio due to changes in the boiler state quantity (for example, boiler load and fuel), that is, by shifting to low O 2 concentration operation of the boiler device, Boiler efficiency can be improved by performing bias correction for the air-fuel ratio when there is a margin in operation in the small direction of the Eco outlet O 2 while suppressing the increase.
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。 1: Windbox inlet damper, 2: Proportional integrator, 3: Subtractor, 4: Wind window air flow rate, 5: Multiplier, 6: Adder, 7: Function generator, 8: Generator output, 9: Function generator, 10: burner stage fuel amount, 11: adder, 12: bivariate function, 13: NOx value, 14: fuel ratio, 15: signal generator, 16: switch, 17: burner stage standard deviation determination Means: 18: burner stage average NOx value calculating means, 19: NOx influence pattern table means, 20: average NOx value level judging means, 21: maximum value judging means, 22: NOx influence pattern identical judging means, 23: burner air ratio High selection means, 24: burner air ratio balance judgment means, 30: NO port inlet damper, 31: proportional integrator, 32: subtractor, 33: NO port air flow rate, 34: subtractor, 35: I command box air flow command signal, 36: multiplier, 37: function generator 38: integrator, 39: subtractor, 40: Eco outlet O 2 measurements, 41: adder, 42: function generator 43 : Boiler input command signal, 44: Function generator, 45: CO value, 50: Air flow rate command signal, 51: NO port inlet air flow rate command signal, 52: Weighted moving average calculation means, 60: First burner air ratio Correction control circuit, 70: second burner air ratio correction control circuit, 85: pulverized coal burner, 86: window box, 87: furnace, 89: air register, 90: NO port, 95: Eco outlet O 2 concentration meter, 102: NOx concentration meter, S: NOx measurement area.
Claims (5)
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。 A nitrogen oxide concentration meter that measures the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas at the boiler outlet;
A wind box inlet damper for adjusting the flow rate of combustion air to the wind box equipped with a burner;
In a boiler apparatus that can use various types of coal fuel with damper control means for controlling the opening degree of the wind box inlet damper,
A storage means is provided for preliminarily obtaining and storing a burner air ratio set value obtained from a bivariate function of the fuel ratio of the coal fuel and the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas measured by the nitrogen oxide concentration meter;
The damper control means is stored in the storage means based on a change in fuel ratio of coal fuel supplied to the burner or a change in nitrogen oxide concentration in exhaust gas measured by the nitrogen oxide concentration meter. A boiler apparatus that reads out a burner air ratio set value and controls the opening degree of the wind box inlet damper based on the burner air ratio set value.
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。 The boiler device according to claim 1,
The nitrogen oxide concentration obtained at regular intervals by the nitrogen oxide concentration meter is stored in the storage means as a pattern table for each burner stage,
When the identity of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas in the latest pattern table and the next new pattern table is determined and the latest nitrogen oxide concentration is higher than the next new nitrogen oxide concentration, the burner air ratio A boiler apparatus characterized in that a burner air ratio correcting means for correcting a set value is provided in the damper control means.
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。 The boiler device according to claim 2,
The burner air ratio correcting means is
A standard deviation calculating means for calculating a standard deviation value of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas for each burner stage when a deviation occurs in the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas for each burner stage;
Average nitrogen oxide concentration value calculating means for calculating the average value of nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of the selected burner stage by selecting a burner stage whose standard deviation value calculated by the standard deviation calculating means is equal to or less than a specified value When,
Level determining means for selecting a burner stage whose average nitrogen oxide concentration value calculated by the average nitrogen oxide concentration value calculating means is not less than a specified nitrogen oxide concentration value;
A boiler apparatus comprising: a reduction direction correction means for correcting the burner air ratio in the burner stage selected by the level determination means in a reduction direction.
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 The boiler device according to claim 2 or 3,
Burner air ratio balance determining means for determining whether the burner air ratio correction value of the burner stage to be corrected by the burner air ratio correcting means satisfies all of the following constraints. A boiler device characterized by that.
(Constraint 1): Lower can before / after burner air ratio> Middle before can / after can burner air ratio (Restriction 2): Middle can before / after can burner air ratio> Upper can before / can Rear burner air ratio (constraint condition 3): Upper can front / after can burner air ratio ≧ total burner air ratio
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。 The boiler device according to any one of claims 1 to 4,
A carbon monoxide concentration meter that measures the carbon monoxide concentration in the exhaust gas at the boiler outlet is installed.
A boiler apparatus comprising air-fuel ratio correction means for adjusting an oxygen concentration at the outlet of a economizer according to a carbon monoxide concentration in exhaust gas measured by the carbon monoxide concentration meter.
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