JP2000297902A - ドラムボイラの給水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 急激な負荷低下が生じてもドラムレベルの変
化を最小にし、常に安定したドラムレベルを維持する。 【解決手段】 負荷遮断またはＦＣＢの指令を受けた時
は、第２の信号切替器２０はＦＣＢ指令の入力直前に更
新した給水弁開度信号Ｄ’を、第３の信号切替器２１は
同様にボイラ圧力Ｆをそれぞれ保持し、その保持した値
に切り替えて加算器２３と関数発生器１４にそれぞれ出
力する。関数発生器は、第３の信号切替器から前記ボイ
ラ圧力信号Ｆの値の入力に応じてボイラの状態に見合っ
た給水弁開度増バイアス信号Ｇを作成し、加算器２３に
入力する。加算器前記信号Ｄ’と前記信号Ｇとを加算
し、この加算した信号Ｈを第１の信号切替器に出力す
る。第１の信号切替器はＦＣＢの指令入力に応じてＦＣ
Ｂ指令入力前の比例積分器９の出力信号Ｄから加算され
た弁開度信号Ｈ（＝Ｄ’＋Ｇ）に切り替えてボイラ流量
調整弁１２側に出力し、ボイラへの給水流量を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドラムボイラの給
水制御装置に係り、負荷遮断またはＦＣＢ等のボイラ負
荷を急変させる指令を受けた場合であっても、ボイラ内
の水量を適切なものとし、ボイラを安定して運転するこ
とができるドラムボイラの給水制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のドラムボイラの給水制御系
統を示す図で、ドラムレベル信号、ボイラ給水流量信号
およびボイラ主蒸気流量信号の三要素に基づいてドラム
レベル制御を行ういわゆる三要素制御のドラムレベル制
御を示す給水制御系統図である。

【０００３】この系統図では、図示しないドラムレベル
検出手段から出力されるドラム内の水位を示すドラムレ
ベル信号１と、設定したいドラム内の水位を示すドラム
レベル設定信号２を減算器３に入力し、減算器３によっ
て偏差信号として演算した後、比例積分器４によりボイ
ラ給水調節弁開度信号Ａに変換する。一方、ボイラに給
水する水量を示す給水水量信号５と各ドラムからの発生
蒸気を示すボイラ主蒸気流量信号６とを減算器７に入力
して演算し、偏差信号Ｂとする。そして、この偏差信号
Ｂと前記ボイラ給水調節弁開度信号Ａとを加算器８で加
算し、ドラムレベルとボイラ給水流量とボイラ主蒸気流
量に基づく三要素の合成偏差信号Ｃを作成する。合成偏
差信号Ｃはさらに比例積分器９に入力され、比例積分器
９でボイラ給水流量調整弁１２への開度指令信号Ｄが作
成される。開度指令信号Ｄは第１の信号切替器１０を介
して自動でもしくは手動で開度を切り換える自動／手動
切替器１１に入力され、ボイラ給水流量調整弁１２の開
度が前記開度指令信号Ｄに基づいて調整される。

【０００４】前記第１の信号切替器１０は、ＦＣＢ動作
あるいは負荷遮断発生時に前記開度指令信号Ｄをボイラ
内の圧力測定値であるボイラ圧力信号１３に基づいて関
数発生器１４によって設定されるボイラ給水ポンプの制
限流量範囲内で可能な限り給水流量を増加させる指令値
に一定時間切り替える機能を備えている。ここで、ＦＣ
Ｂ動作のＦＣＢは、Fuel Cut Backの略であって、外線
系統事故によりタービンの蒸気を急速に所内負荷に遮断
するとともにボイラ燃料流量を所内負荷相当まで急速に
絞り込んで再起動に備える運転のことを指している。し
たがって、第１の切替器１０に負荷遮断が発生した場
合、あるいは前記ＦＣＢ動作を行う旨の信号が入力され
たときには、前記切り替えを行ってこれに対応できるよ
うにしている。

【０００５】負荷変動が小さいか、あるいは負荷が一定
の割合で変動する通常の運転状態には、この制御系で
は、前述のようにドラムレベル検出信号１と、前記ボイ
ラ給水流量信号５およびボイラ主蒸気流量信号６の３種
類の測定値に基づいてボイラへ供給する給水流量調節弁
１２を制御し、ドラムレベルをボイラごとに予め定めら
れている設定値に維持する。なお、ここでは前記信号
１，５，６の検出手段は図示していないが、これらの信
号の検出手段は従来から行われている三要素制御に使用
されているものなので、ここでの説明は省略する。

【０００６】負荷遮断またはＦＣＢの指令を受けた時に
は（以下、ＦＣＢを例にとって説明するが、負荷遮断の
場合も同様である。）、ボイラ負荷が急速に遮断される
とともにボイラへの入熱も所内負荷もしくは、タービン
無負荷相当まで急速に絞り込まれる。そして、余熱によ
りボイラ内で発生する余剰蒸気は、図示しないタービン
バイパス系統によってバイパスされて図示しない復水器
へ導入される。一方、関数発生器１４は、ＦＣＢの指令
を受けた時に測定されたボイラの圧力信号１３に基づい
て、給水流量調節弁１２を通る給水流量をボイラ給水ポ
ンプの制限流量範囲内で可能な限り給水流量を増加させ
る給水量増加信号Ｅを作成し、第１の信号切替器１０を
切り替えて、それまでの給水弁開度信号Ｄに代えて、前
記給水弁開度増加信号Ｅを第１の信号切替器１０に入力
し、一定時間設定された開度にボイラ給水流量調整弁１
２の開度を設定し、ボイラ給水流量を調節する。

【０００７】なお、給水流量調節弁１２の開度を前述の
ように制御する理由は以下の通りである。すなわち、負
荷が遮断されると、ボイラの内部圧力が上昇するため、
ドラム内の気水混合流体中の気泡がつぶれ、ドラムレベ
ルは急速に低下する。ドラムレベルの低下によるトリッ
プの発生を防止するためには、ボイラに供給する水量を
増加する必要があるが、ドラムレベルの低下速度が速
く、また水量と主蒸気流量の関係がアンバランスとなる
ため、通常と同じ制御をしたのでは、トリップが発生し
てボイラが損傷する。そこで、関数発生器１４でボイラ
圧力信号１３に基づいてボイラ給水ポンプの制限流量範
囲内で可能な限り給水流量を増加させる指令値を演算
し、この指令値に基づいた開度に一定時間切り替えてボ
イラに対する給水量を増加させるようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、負荷遮断時あ
るいはＦＣＢの発生時に遮断される前のボイラ負荷によ
ってボイラの圧力上昇値、言い換えればドラムレベルの
低下量が相違するため、ボイラの負荷の遮断時の状態に
応じてドラムレベルの低下に対応した適正な給水量を供
給する必要があるが、この適正な給水量の供給が難しい
ため給水量に過不足が生じ、ドラムレベルが安定せず、
給水ポンプが過負荷になったり、ドラムレベルのハンチ
ングが生じるなどの問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、急激なボイラ負荷の低下が生じた後のドラ
ムレベルの変化を最小なものとし、常に安定したドラム
レベルを維持することができるドラムボイラの給水制御
装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、ドラムレベル、ボイラへの給水流量
およびボイラ主蒸気流量に基づいて、ボイラへの給水流
量を制御する制御手段を有するドラムボイラの給水制御
装置において、ボイラ負荷が急激に低下したとき、その
低下直前に検出されたボイラ運転値に基づいて前記ドラ
ムレベルの回復と安定化をより短時間で実現できるボイ
ラへの給水流量を算出する演算手段を備え、前記制御手
段は前記ボイラ負荷が急激に低下したときには、前記演
算手段によって算出された給水流量に基づいてボイラへ
の給水制御を行うことを特徴とする。

【００１１】第２の手段は、第１の手段において、前記
演算手段によって算出される給水流量は前記ボイラ負荷
の低下直前のボイラへの給水流量に加える給水流量であ
り、前記制御手段は前記演算手段によって算出された給
水流量を前記ボイラ負荷直前のボイラへの給水流量に加
えてボイラに供給することを特徴とする。

【００１２】第３の手段は、第１および第２の手段にお
いて、前記制御手段は流量調節弁と当該流量調節弁の開
度を設定する開度設定手段とからなり、ボイラへの給水
流量の制御は弁の開度を設定することにより行われるこ
とを特徴とする。

【００１３】第４の手段は、第１および第２の手段にお
いて、前記制御手段は給水ポンプと当該給水ポンプの回
転数を設定する回転数設定手段とからなり、ボイラへの
給水流量の制御は前記給水ポンプの回転数を設定するこ
とにより行われることを特徴とする。

【００１４】第５の手段は、第１の手段において、前記
ボイラの運転値が、ボイラ圧力、ボイラ負荷、発電量お
よび主蒸気流量のいずれかからなることを特徴とする。

【００１５】第６の手段は、第１の手段において、前記
ボイラ負荷が急激に低下したとき、前記ドラムレベルの
設定値とドラムレベルの測定値との差を監視し、前記測
定値が前記設定値よりも大きくなった時は、前記制御手
段は前記給水流量を加算した制御に代えて通常の給水制
御を実行することを特徴とする。

【００１６】第７の手段は、第１または第６の手段にお
いて、前記ボイラ負荷の急激な低下は、ボイラ運転時に
おける負荷遮断またはＦＣＢ発生に基づくものであるこ
とを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施形態に係るドラムボ
イラの給水制御系統図であり、図３に示した従来例と同
等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は適
宜省略する。

【００１９】この実施形態は、従来例においてボイラ圧
力信号１３から給水弁開度増加信号を作成する関数発生
器１４と第１の信号切替器１０との間に加算器２３を設
けるとともに、この加算器２３と前記比例積分器９との
間に比例積分器９から出力される開度指令信号Ｄを切り
替える第２の信号切替器２０および前記関数発生器１４
の前段に前記ボイラ圧力信号１３を切り替える第３の信
号切替器２１をそれぞれ設けたもので、その他各部の構
成は図３に示した従来例と同等に構成されている。

【００２０】前記第２の信号切替器２０は、前述のよう
に比例積分器９と加算器２３に接続され、給水弁開度信
号Ｄの最新の値を記憶する。最新の値とは比例積分器９
から入力された給水弁開度信号Ｄを常に更新し、保持し
ておくことにより得られる値である。前記第３の信号切
替器２１は、関数発生器１４のボイラ圧力信号１３の入
力側の前段側に接続され、入力されたボイラ圧力の最新
の値を記憶する。この場合も最新の値とは第２の信号切
替器２０の場合と同様に入力されたボイラ圧力信号１３
を更新し、保持しておくことにより得られる値である。
加算器２３には前述のように第２の信号切替器２０の出
力と関数発生器１４の出力とが入力され、加算器２３か
らは両者の入力信号を加算してボイラの状態に見合った
給水弁開度増加信号を第１の信号切替器１０側に出力す
る。

【００２１】このように構成すると、前述のようにＦＣ
Ｂの指令を受けたとき、第２の信号切替器２０は前記Ｆ
ＣＢ指令の入力直前に更新した給水弁開度信号Ｄを、第
３の信号切替器２１は同様に前記ＦＣＢ指令の入力直前
に更新したボイラ圧力Ｆをそれぞれ保持し、その保持し
た値に切り替えて加算器２３と関数発生器１４にそれぞ
れ出力する。また、関数発生器１４は、第３の信号切替
器２１から前記ＦＣＢ指令入力直前に保持されたボイラ
圧力信号Ｆの値の入力に応じてボイラの状態に見合った
給水弁開度増バイアス信号Ｇを作成し、この信号を加算
器２３に入力する。加算器２３は前記第２の信号切替器
２０からの給水弁開度信号Ｄと関数発生器１４からの給
水弁開度増バイアス信号Ｇとを加算し、この加算した信
号Ｈを第１の信号切替器１０に出力する。第１の信号切
替器１０は前記ＦＣＢの指令入力に応じてＦＣＢ指令入
力前の比例積分器９の出力信号Ｄ’から前記加算された
弁開度信号Ｈ（＝Ｄ’＋Ｇ）に切り替えてボイラ流量調
整弁１２側に出力し、ボイラへの給水流量を制御する。
この制御はボイラ圧力信号Ｆの値に基づいて関数発生器
１４により給水弁開度増バイアス信号Ｇを求め、さらに
加算器２３によってベースとなる開度信号Ｄ’に前記バ
イアス信号Ｇを加算してボイラ給水流量調整弁１２を制
御するいわゆるプログラム制御である。

【００２２】ＦＣＢ指令入力による前記第１、第２およ
び第３の信号切替器１０，２０，２１の切替状態は、Ｆ
ＣＢ指令入力によってドラムレベルが一旦降下した後、
回復してドラムレベルを越えたとき、言い換えればドラ
ムレベルの測定値が設定値を越えたときに前記プログラ
ム制御から給水弁開度信号Ｄを直接入力する通常の三要
素制御に切り替える。

【００２３】図２はＦＣＢ発生時の時刻を０としたとき
の時刻と各種の状態量の関係を示す図であり、（ａ）は
ドラムレベルを、（ｂ）はボイラ給水流量調節弁１２の
開度を、（ｃ）は制御方法をそれぞれ示す。この図から
分かるようにＦＣＢが発生すると、ドラムレベルが急激
に下がる。同時に流量制御が三要素制御から前述のよう
なプログラム制御に切り替えられ、前述のように第１の
信号切替器１０の切り替えにより、ボイラ給水流量調整
弁１７の開度を設定する信号が前記開度信号Ｄから、Ｆ
ＣＢ指令入力前の比例積分器９の出力信号Ｄ’に前記給
水弁開度増バイアス信号Ｇが加算されたＨ（＝Ｄ’＋
Ｇ）になる。これにより、ボイラに供給される給水量が
図２（ｂ）の実線で示すような増加した給水量（給水持
ち上げ量）に設定すると、同図（ａ）の実線に示すよう
にドラムレベルに対して急速に回復する。そして、ドラ
ムレベルに達した（越えた）時点で前述のプログラム制
御を同図（ｃ）に示すように通常の三要素制御に戻して
弁開度を小さくし、比例積分器９からの給水弁開度信号
Ｄによってボイラ給水流量調整弁１７の開度制御を行う
ことにより、速やかに安定化に向かう。

【００２４】このように制御すると、ボイラ圧力信号Ｆ
から求めた給水量増バイアス信号Ｇに基づいて給水量の
供給が行われるので、最小の時間でドラムレベルの回復
と安定化を図ることができる。

【００２５】これに対し、図２（ｂ）のイとして示すよ
うに給水量（給水持ち上げ量）が適正な給水増加量（持
ち上げ量）より多すぎる場合には、図２（ａ）イとして
示すようにドラムレベルまで急速に回復はするが、安定
化するまで時間がかかる。一方、図２（ｂ）のロに示す
ように適正な給水増加量より少ない場合には、同図
（ａ）のロに示すように回復までの時間がかかるという
結果になる。

【００２６】なお、この実施形態では、ＦＣＢを例に取
って説明したが、負荷遮断時の場合も同様であることは
言うまでもない。

【００２７】また、この実施形態では、ボイラ運転値の
例としてボイラ圧力信号Ｆから前記給水量増バイアス信
号Ｇを求めて制御しているが、前述の図４に示すように
ＦＣＢ発生時にはボイラ運転値であるボイラ負荷とボイ
ラ圧力との間には相関関係がある。したがって、ボイラ
圧力に代えてボイラ負荷に基づいて同様の制御を行うこ
とができることは言うまでもない。同様に、ボイラ圧力
に代えて発電機出力や主蒸気流量等のボイラの内部状態
を示す量を監視し、当該量の負荷遮断時もしくはＦＣＢ
の指令を受ける直前の値を記憶し、これに見合って給水
量を制御するようにすることもできる。

【００２８】さらに、図１に２点鎖線で示すように、給
水量がポンプの回転数に応じて変化する電動給水ポンプ
あるいはタービン駆動給水ポンプを用いて給水する場合
は、給水流量調節弁１２の開度の制御に代えてポンプの
回転数を制御するように構成することができる。このよ
うに給水量を回転数で制御する給水ポンプの場合にも、
前述のように制御すると、給水ポンプが過負荷運転にな
ることはない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷遮断またはＦＣＢの指令を受けた時のボイラ負荷に
かかわらず、給水量を最適な値に設定することができ
る。したがって、ドラムレベル低下によるトリップの発
生を防止できるだけでなく、ドラムレベルのハンチング
による給水ポンプの過負荷運転等を回避でき、安定した
運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドラムボイラの給水制御系統図で
ある。

【図２】本発明に係るＦＣＢの指令を受けた時刻を０と
したときの時刻と各種の状態量の関係を示す図である。

【図３】従来のドラムボイラの給水制御系統図である。

【図４】あるボイラ圧力におけるＦＣＢの指令を受けた
時のボイラ負荷の大きさとその後のボイラ圧力の上昇値
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ ドラムレベル検出信号 ２ ドラムレベル設定信号 ３，７ 減算器 ４，９ 比例積分器 ５ ボイラ給水流量信号 ６ ボイラ主蒸気流量信号 ８，２３ 加算器 １０ 第１の信号切替器 １１ 自動／手動切替器 １２ ボイラ給水流量調整弁 １３ ボイラ圧力信号 １４ 関数発生器 ２０ 第２の信号切替器 ２１ 第３の信号切替器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドラムレベル、ボイラへの給水流量およ
   びボイラ主蒸気流量に基づいて、ボイラへの給水流量を
   制御する制御手段を有するドラムボイラの給水制御装置
   において、 ボイラ負荷が急激に低下したとき、その低下直前に検出
   されたボイラ運転値に基づいて前記ドラムレベルの回復
   と安定化をより短時間で実現できるボイラへの給水流量
   を算出する演算手段を備え、 前記制御手段は前記ボイラ負荷が急激に低下したときに
   は、前記演算手段によって算出された給水流量に基づい
   てボイラへの給水制御を行うことを特徴とするドラムボ
   イラの給水制御装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段によって算出される給水流
   量は前記ボイラ負荷の低下直前のボイラへの給水流量に
   加える給水流量であり、前記制御手段は前記演算手段に
   よって算出された給水流量を前記ボイラ負荷直前のボイ
   ラへの給水流量に加えてボイラに供給することを特徴と
   する請求項１記載のドラムボイラの給水制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は流量調節弁と当該流量調
   節弁の開度を設定する開度設定手段とからなり、ボイラ
   への給水流量の制御は弁の開度を設定することにより行
   われることを特徴とする請求項１または２に記載のドラ
   ムボイラの給水制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は給水ポンプと当該給水ポ
   ンプの回転数を設定する回転数設定手段とからなり、ボ
   イラへの給水流量の制御は前記給水ポンプの回転数を設
   定することにより行われることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のドラムボイラの給水制御装置。
5. 【請求項５】 前記ボイラの運転値が、ボイラ圧力、ボ
   イラ負荷、発電量および主蒸気流量のいずれかからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のドラムボイラの給水
   制御装置。
6. 【請求項６】 前記ボイラ負荷が急激に低下したとき、
   前記ドラムレベルの設定値とドラムレベルの測定値との
   差を監視し、前記測定値が前記設定値よりも大きくなっ
   た時は、前記制御手段は前記給水流量を加算した制御に
   代えて通常の給水制御を実行することを特徴とする請求
   項１に記載のドラムボイラの給水制御装置。
7. 【請求項７】 前記ボイラ負荷の急激な低下は、ボイラ
   運転時における負荷遮断またはＦＣＢ発生に基づくもの
   であることを特徴とする請求項１または６記載のドラム
   ボイラの給水制御装置。