JP5086966B2 - 石炭粉砕装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、固形燃料を粉砕して微粉化した微粉燃料を、搬送空気とともにボイラに送給する石炭粉砕装置の制御装置に関する。

一般に、様々な種類の石炭を燃料として使用するボイラにおいては、石炭の硬さを示す指標であるハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）や水分率等の石炭性状が異なるため、ミルでの粉砕性や搬送性が大幅に異なる。ボイラの負荷変動のため、石炭の供給機からミルへの給炭量を変化させた場合、石炭性状が異なるためにミルからの出炭量の遅れが各々の炭種によって異なり、ボイラの蒸気温度や蒸気圧力制御の外乱となっていた。

このようなボイラの運転を適正化する方法として、例えば、特許文献１（特許第３７４６５２８号公報）には、火炉の吸収熱量推定値を算出する第１の推定手段と、最終再燃器の吸収熱量推定値を算出する第２の推定手段とを備えて、火炉の吸収熱量推定値と最終再燃器の吸収熱量推定値の比に基づいてボイラの燃焼特性を把握する構成が開示されている。また、特許文献２（特許第３７８５０８８号公報）には、ボイラに付設された石炭粉砕装置（ミル）に供給される給炭量に応じて、回転分級器の回転数における基準値を算出し、該回転数の制御に与える影響を正規化した第１補正係数と、ボイラ運転中に推定された石炭の固さ指標値から得られる第２補正係数とを前記基準値に加算し、出力された回転数に基づいて回転分級器の回転数制御を行うようにした構成が開示されている。

ここで、従来の制御系について以下に具体例を示す。
図７は、ミル給炭量指令を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＦＸ１、ＦＸ２及びＦＸ３は関数発生器であり、発電機出力指令値による先行信号で切替スイッチＴに入力される。切替スイッチＴは、収熱比又は収熱比推定信号によって自動又は手動にて選択先が切り替わる。不完全微分回路はいわゆるボイラ加速信号（ＢＩＲ）で、この信号も切替スイッチＴによって収熱比により選択先が切り替わる。３つの不完全微分回路はゲインや時定数等が相違する。図７は循環ボイラの場合を示しており、ドラム圧力偏差が制御系に入力されている。制御系は例えばＰＩＤ制御等である。貫流ボイラの場合は、ドラム圧力偏差に変わって主蒸気温度偏差が制御系に入力される。

ここで算出されたミル出炭量指令に基づいて、図８に示す制御装置によりミルの制御信号を演算する。図８は従来のＭＲＳ回転数指令を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、ＦＸ１１はミル給炭量指令値に基づく先行信号を与える関数発生器である。ＦＸ１２は、ミル給炭量指令値に対する標準のミル電流を与える関数発生器である。粉砕されにくい石炭の場合は、この標準のミル電流よりも大きくなる。偏差は制御器に入力されるが、制御器は、例えば比例制御器である。先行信号と制御系の出力信号の和がＭＲＳ回転数指令信号となる。

また、他の例として、図９は従来のミル加圧装置油圧設定を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。ＦＸ２１はミル給炭量指令値に基づく先行信号を与える関数発生器である。ＦＸ２２は、ミル給炭量指令値に対するミルロールリフトを与える関数発生器である。偏差は制御器に入力されるが、制御器は、例えば比例制御器等である。先行信号と制御系の出力信号の和がミル加圧装置油圧設定信号となる。

特許第３７４６５２８号公報 特許第３７８５０８８号公報

上記したように、多炭種の石炭の場合、ＨＧＩや水分率等の石炭性状が異なるため、石炭粉砕装置での粉砕性や搬送性が大幅に異なり、またボイラの負荷変動のために給炭量を変化させた場合に石炭粉砕装置からの出炭量の遅れがボイラの蒸気温度や蒸気圧力制御の外乱となって、安定した制御を行うことができなかった。また、同一炭種でもＨＧＩや水分率はかなりバラツキがあり同様の状態であった。
また、従来は石炭の性状に応じた制御をリアルタイムで行うことができなかったため、ボイラの安定した運転が困難であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、目的に叶う精度にて出炭量の推定を可能とした石炭粉砕装置の制御装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、石炭粉砕装置により石炭を粉砕し、該粉砕した微粉炭をボイラに出炭する出炭量を推定する石炭粉砕装置の制御装置において、
前記制御装置は、前記ボイラ若しくは該ボイラに接続された発電機からの検出データに基づいて給炭量に関連する指令信号を演算する主演算回路を有するとともに、
前記石炭粉砕装置に予め設定された標準の出炭量パターンと、現在の出炭量パターンとの偏差を算出する追加制御部を備え、該追加制御部による算出結果を補正信号として前記主演算回路に加えるようにしたことを特徴とする。
このように本発明によれば、石炭性状が変化しても、現在運転中の出炭量パターンと目標とする予め設定された標準の出炭量のパターンとの偏差を小さくする運転をすることにより、安定したミル出炭量制御ができ、安定した対応制御が可能となる。

また、前記追加制御部は、前記石炭粉砕装置からの検出データ、前記ボイラからの検出データ、及び前記発電機からの検出データのうち少なくとも何れかを用いて微粉炭の出炭量を推定する出炭量推定部を備え、
前記出炭量推定部にて、前記石炭粉砕装置の静定中又は変化中の何れかを選択し、該選択された側の出炭量推定値に基づいて前記追加制御部にて前記補正信号を算出することを特徴とする。

このとき、前記主演算回路に入力される検出データ及び前記給炭量に関連する指令信号としては、以下のものが挙げられる。
第１に、前記主演算回路に入力される検出データが発電機出力指令値と主蒸気圧力偏差又は主蒸気温度偏差であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が給炭量指令値であることを特徴とする。
第２に、前記主演算回路に入力される検出データが給炭量指令値と石炭粉砕装置電流値であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が前記石炭粉砕装置の回転数指令値であることを特徴とする。

第３に、前記主演算回路に入力される検出データが給炭量指令値とロールリフト圧力値であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が前記石炭粉砕装置が備える油圧荷重装置の圧力設定値であることを特徴とする。
また、前記予め設定された標準の出炭量パターンを、石炭発熱量、石炭水分率等の石炭性状により補正する補正回路を備えることが好適である。

以上記載のごとく本発明によれば、石炭性状が変化しても、現在運転中の出炭量パターンと目標とする予め設定された標準の出炭量のパターンとの偏差を小さくする運転をすることにより、安定したミル出炭量制御ができ、安定した対応制御が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

まず最初に、本実施形態に用いられる石炭粉砕装置（ローラミル）の一例を図６を参照して説明する。
図６に示すように、ローラミル１は実質的に密閉したケーシング２と、該ケーシング２内に設けられた各構成部材からなる。ケーシング２内には、ケーシング内部に繋がる石炭供給手段３と、該石炭供給手段３の投入口下方に設けられた回転テーブル４と、該回転テーブル４上面に摺動する複数のローラ５と、ケーシング２上面に設けられた微粉出口管６とが収容されている。

前記ローラミル１において、回転テーブル４は不図示の駆動機構により回転駆動され、ローラ５が回転テーブル４の上面に押し付けられ、回転テーブル４の回転に伴い摺動するようになっている。石炭は石炭供給手段３から回転テーブル４上面に供給され、ここで回転テーブル４とローラ５に挟まれて押しつぶし粉砕される。
一方、粉砕された微粉炭は、ケーシング２の下方から導入される搬送空気８によって微粉炭を分級した後に排出させる。

本実施形態では、上記したような石炭粉砕装置１の給炭量を適切に制御する制御装置に関し、具体的な制御装置の構成については以下の第１実施形態から第５実施形態に示す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。かかる発明は、標準のミル出炭量パターンと現在運転中のミル出炭量パターンの偏差を用いた制御系の出力信号を従来の制御系の基本信号に補正信号として付加することにより、より安定したミル出炭量制御を行うようにしており、第１実施形態は給炭量に関連する指令信号として給炭量指令値を用いた構成としている。

図１において、第１実施形態の制御装置は、従来の制御系である主制御器１０と、追加制御部２０と、ミル出炭量推定部３０とからなる。
前記ミル出炭量推定部３０は、既設の検出端であるミル火炉差圧（ΔＰ）３１と空気流量（Ｆａ）３２を計測して、ミル出炭量を推定する。ミル火炉差圧３１は固気混合流体の圧損であり、空気流量３２とで下記式（１）を用いて出炭量の概略値を求めることができる。
Ｆｃ＝ＫＦａ（ΔＰ／ΔＰａ（Ｆａ）−１） ・・・（１）
ここで、Ｆｃは出炭量、Ｋは係数、ΔＰａは流体が空気のみの時のミル火炉差圧であり、空気流量の関数である。空気流量Ｆａと流体が空気のみの時のミル火炉差圧ΔＰａの関係は、試運転時等で決定される。従って、係数Ｋが求められれば、ミル出炭量推定値３５が得られる。

係数Ｋは、水分率の相違やＨＧＩの相違に基づく微粉度の相違により、あるいは空気の湿度等によっても変化すると考えられる。係数Ｋは、ミル給炭管の抵抗係数であり、理論的に決定することは困難であるが、ミルの安定した運転時（完全静定時）には、ミル給炭量と出炭量とは必ず一致することにより求めることができる。

前記出炭量推定部３０のスイッチ３６には、給炭量３３と出炭量推定値３５との偏差信号と、零信号が入力され、ミル変化中は後者が、ミル静定中は前者が出力される。このスイッチ３６の出力信号は積分器３４に入力されゆっくり積分動作を行う。この積分器３４の出力が係数Ｋを与える。
ミル変化中は、出炭量は給炭量より遅れるため両者は一致しない。従って、積分器３４の入力を零として係数Ｋ演算を停止させる。
係数Ｋの演算はミル静定中のみ行うが、このミル静定中の信号は、給炭量やその他のミル廻りの状態量の変動が収まってから一定時限後等で定義する。
以上の動作により、ミル静定中は係数Ｋが常時更新されるため、炭種が変化したり、同一炭でも水分率等が変化した場合でもミル出炭量の概略値を推定できる。

前記追加制御部２０の関数発生器２２は、目標とするミル出炭量パターン２３を与える関数である。このパターンとミル出炭量推定信号の差が制御部２４に入力される。制御部２４は、例えば比例制御器等である。この追加制御部２０の出力信号が、従来の制御信号に付加されて給炭量指令１３となる。
目標とするミル出炭量の時間的パターンは、試運転時にある代表の炭（標準炭）によってボイラ応答として最も望ましいパターンとして決定されたものである。

このように、石炭性状が変化しても、現在運転中のミル出炭量パターンと目標とするミル出炭量のパターンとの偏差を小さくする運転をすることにより、安定したミル出炭量制御ができ、良好な対応制御が可能となる。
尚、本第１実施形態では、目標とする出炭量パターンを１つの関数で表示したが、実際には運用される発電機出力変化のパターン、例えば変化開始前の負荷、変化幅、変化率等に対応した関数とするか、又は関数発生器と等価な機能を有するロジックを用いるとよい。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
第２実施形態では、給炭量に関連する指令信号として、石炭粉砕装置のＭＲＳ回転数を用いた構成としている。
図２において、第２実施形態の制御装置は、従来の制御系である主制御器１０と、追加制御部２０と、ミル出炭量推定部３０とからなる。

前記ミル出炭量推定部３０及び前記追加制御部２０は、第１実施形態と同一のものである。
前記主制御器１０には、ミル給炭量指令１４とミル電流１５が入力され、これらに基づいて演算処理されてＭＲＳ回転数指令値１６が求められる。このとき、前記前記ミル出炭量推定部３０及び前記追加制御部２０により得られたＭＲＳ回転数指令補正値２５が従来のＭＲＳ回転数指令値に付加される。前記制御部２４は、例えば比例制御器等である。
かかる第２実施形態では、給炭量に関連する指令信号として、石炭粉砕装置のＭＲＳ回転数を用いているが、該ＭＲＳ回転数はミル出炭量を変化させる因子の一つであるため、これを用いることで簡単に給炭量に関連する指令信号を演算で求めることが可能である。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
第３実施形態では、給炭量に関連する指令信号として、石炭粉砕装置が備える油圧荷重装置の荷重圧力を用いた構成としている。荷重圧力とは、石炭粉砕装置にてローラに加える圧力を示すものである。
図３において、第３実施形態の制御装置は、従来の制御系である主制御器１０と、追加制御部２０と、ミル出炭量推定部３０とからなる。

前記ミル出炭量推定部３０及び前記追加制御部２０は、第１実施形態と同一のものである。
前記主制御器１０には、ミル給炭量指令１７とロールリフト１８が入力され、これらに基づいて演算処理されて油圧荷重装置圧力設定値１９が求められる。このとき、前記前記ミル出炭量推定部３０及び前記追加制御部２０により得られた油圧荷重装置圧力設定値補正２６が従来のＭＲＳ回転数指令値に付加される。前記制御部２４は、例えば比例制御器等である。
かかる第３実施形態では、給炭量に関連する指令信号として、石炭粉砕装置が備える油圧荷重装置の荷重圧力を用いているが、該荷重圧力はミル出炭量を変化させる因子の一つであるため、これを用いることで簡単に給炭量に関連する指令信号を演算で求めることが可能である。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
かかる第４実施形態は、上記した第１実施形態乃至第３実施形態に適用することができるが、一例として第１実施形態に適用した場合につき示す。
ここでは、目標とする出炭量パターンを、石炭発熱量、石炭水分率等の石炭性状で補正する補正回路を備えた構成となっている。
図４に示すように、補正回路２９は、目標出炭量パターン２３を決定した時の石炭の発熱量と、現在の石炭の発熱量の比を目標パターンに乗じるなどの補正処理を行っている。
このように、石炭性状によって補正信号をさらに補正することにより、石炭性状の異なる複数種類の石炭にも対応でき、高精度の出炭量制御が可能となる。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
かかる第５実施形態は、上記した第１実施形態乃至第４実施形態に適用することができるが、一例として第１実施形態に適用した場合につき示す。
ここでは、石炭性状によらず、なるべく目標出炭量パターンに近い出炭量特性が得られることを目的として、補正信号を作成している。この出炭量特性の改善は、ミルの変化中（特に変化開始直後）のみに必要であって、ミル静定中は不必要である。ミル静定中も補正動作を継続することは場合によってはむしろ従来制御の外乱となることも考えられる。本第５実施形態では、それを回避するものである。

図５に示すように、制御部２４の出力部に乗算器２０１を設ける。該乗算器２０１のもう一方の入力は１次遅れ回路２０２の出力信号である。ミル変化中は、１次遅れ回路２０２の入力ｘは１、時定数Ｔｄは０か略０が入力される。ミル変化中がＯＦＦの時は、ｘは０で、Ｔｄは大きな値が入力される。
上記回路により、ミル変化が開始されると、給炭量補正指令値２１は、直ちに制御部２４の出力とし、ミル変化が終了すると、ゆっくり給炭量指令補正を零とする。ゆっくり零にするのは、給炭量指令２１の急劇な変化を回避するためである。
これにより、石炭性状によらず目標出炭量パターンに近い出炭量特性を得ることが可能となる。

本発明の石炭粉砕装置の制御装置は、目的に叶う精度にて微粉燃料の送出量を推定することができ、安定した制御を可能として多種類の固形燃料に適用可能であるため、石炭焚きボイラなどに好適に用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明が適用される石炭粉砕装置の概略構成図である。 従来のミル給炭量指令を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のＭＲＳ回転数指令を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のミル加圧装置油圧設定を算出する回路を備えた制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 石炭粉砕装置
４ 回転テーブル
５ ローラ
１０ 主制御器（主演算回路）
１１ 発電機出力指令
１２ ドラム圧力偏差
１３ 給炭量指令
１４ ミル給炭量指令
１５ ミル電流
１６ ＭＲＳ回転数指令
１７ ミル給炭量指令
１８ ロールリフト
２０ 追加制御部
２２ 関数発生器
２３ 目標出炭量パターン
２４ 制御部
２５ ＭＲＳ回転数指令補正
２６ 圧力設定値補正
２７ 石炭水分率
２８ 石炭発熱量
２９ 補正回路
３０ ミル出炭量推定部
３１ ミル火炉差圧
３２ 微粉炭搬送空気流量
３３ 給炭量
３４ 積分器
３５ 出炭量推定値
３６ スイッチ

Claims (6)

1. 石炭粉砕装置により石炭を粉砕し、該粉砕した微粉炭をボイラに出炭する出炭量を推定する石炭粉砕装置の制御装置において、
   前記制御装置は、前記ボイラ若しくは該ボイラに接続された発電機からの検出データに基づいて給炭量に関連する指令信号を演算する主演算回路を有するとともに、
   前記石炭粉砕装置に予め設定された標準の出炭量パターンと、現在の出炭量パターンとの偏差を算出する追加制御部を備え、該追加制御部による算出結果を補正信号として前記主演算回路に加えるようにしたことを特徴とする石炭粉砕装置の制御装置。
2. 前記追加制御部は、前記石炭粉砕装置からの検出データ、前記ボイラからの検出データ、及び前記発電機からの検出データのうち少なくとも何れかを用いて微粉炭の出炭量を推定する出炭量推定部を備え、
   前記出炭量推定部にて、前記石炭粉砕装置の静定中又は変化中の何れかを選択し、該選択された側の出炭量推定値に基づいて前記追加制御部にて前記補正信号を算出することを特徴とする請求項１記載の石炭粉砕装置の制御装置。
3. 前記主演算回路に入力される検出データが発電機出力指令値と主蒸気圧力偏差又は主蒸気温度偏差であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が給炭量指令値であることを特徴とする請求項１記載の石炭粉砕装置の制御装置。
4. 前記主演算回路に入力される検出データが給炭量指令値と石炭粉砕装置電流値であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が前記石炭粉砕装置の回転数指令値であることを特徴とする請求項１記載の石炭粉砕装置の制御装置。
5. 前記主演算回路に入力される検出データが給炭量指令値とロールリフト圧力値であり、且つ前記給炭量に関連する指令信号が前記石炭粉砕装置が備える油圧荷重装置の圧力設定値であることを特徴とする請求項１記載の石炭粉砕装置の制御装置。
6. 前記予め設定された標準の出炭量パターンを、石炭発熱量、石炭水分率等の石炭性状により補正する補正回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の石炭粉砕装置の制御装置。

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