JP2002286202A - ボイラ蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料供給量制御による主蒸気圧力偏差と主蒸
気温度偏差との増減タイミングにずれが生じた場合で
も、主蒸気温度が制限値を越えることのないボイラ蒸気
温度制御装置を提供する。 【解決手段】 主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰを微分器１４で
圧力偏差速度に変換し、一次遅れ回路１５で一次遅れを
施し、比例器１６で出力の利得を調整し、上下限制限器
１７で出力の上限、下限が制限した値を先行回路演算器
６の出力と共に加算器５に入力させて、蒸気温度低減器
の温度調節弁８に出力される開度信号ＤＢを補正するこ
とにより、従来の注水制御に先行して注水制御を行うこ
とができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラから排出され
た主蒸気の温度と主蒸気温度設定値との偏差に応じて、
主蒸気管内の主蒸気に注水する注水量を制御して主蒸気
温度を所望の値だけ低下させるようにしたボイラ蒸気温
度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電設備においては、ボイ
ラで燃料を燃焼させて蒸気を発生させ、該蒸気を蒸気配
管から蒸気タービンに供給し、該蒸気タービンで仕事を
させ、該蒸気タービンに連結した発電機により電力を発
生させている。前記ボイラは発電機に連結した蒸気ター
ビンとは異なり、内部に保有する熱量が大きいため、負
荷変化時における応答性が良くない。

【０００３】このため、ボイラから蒸気タービン（以
下、単にタービンと称する）へ蒸気を供給する主要な蒸
気配管（以下、主蒸気配管と称し、この内部を流通する
蒸気を主蒸気と称する）のタービンの入口にはタービン
に供給される主蒸気の供給量を加減するタービン加減弁
が設けられている。発電機における電力の出力を制御す
る場合には、発電機に直接的に連結されたタービンに供
給される主蒸気の供給量を制御することにより行えば良
く、この時は前記タービン加減弁の弁開度を調整するこ
とにより行う。一方、タービンに主蒸気を供給するボイ
ラが無駄な蒸気を発生しないようにするために、ボイラ
の発生蒸気量を前記出力に応じた値とするための制御を
行うが、この制御についてはボイラの燃料制御系を制御
することにより行っている。

【０００４】図４は従来例に係る火力発電設備の負荷制
御系の全体構成を示す系統図である。同図に示すよう
に、変化率制限器１０は火力発電設備の負荷目標値ＬＤ
および予め設定された負荷変化率ＬＲを入力して所定の
変化率で負荷要求指令ＭＷＤを出力する。発電機出力
（ＭＷ）制御系を構成するタービンマスタ（ＴＭ）１１
は、負荷要求指令ＭＷＤを発電機出力ＭＷと比較し、ボ
イラからタービンに供給される主蒸気の供給量を加減す
るタービン加減弁の弁開度を調整するタービン加減弁開
度指令ＴＢＲを出力する。

【０００５】一方、主蒸気配管に設けられた図示しない
圧力計で計測された主蒸気圧力ＭＳＰは、ボイラ圧力制
御系を構成するボイラマスタ（ＢＭ）９に入力され、主
蒸気圧力設定値ＲＰと比較され、それらの偏差である主
蒸気圧力偏差ΔＭＳＰが加算器１２に出力される。加算
器１２では、負荷要求指令ＭＷＤが主蒸気圧力偏差ΔＭ
ＳＰにより補正され、ボイラ要求指令ＢＩＤとして燃料
制御系（ＡＣＣ）１３に出力される。燃料制御系１３は
ボイラ要求指令ＢＩＤに従ってボイラで発生する主蒸気
の圧力を主蒸気圧力設定値に戻すための燃料供給量過不
足修正の演算を行い、燃料供給指令ＦＦを図示しないボ
イラ操作端に出力する。なお、ボイラ要求指令ＢＩＤは
燃料供給量の調整の外、空気供給量や給水供給量の調整
のための指令値として用いられる。

【０００６】図５は従来例に係る蒸気温度低減器の温度
調節弁の弁開度制御系の構成を示す系統図である。ボイ
ラからタービンへの主蒸気配管の蒸気流れの上流側には
過熱器が設けられている。過熱器は、ボイラにおける燃
料燃焼部であるボイラ火炉からの燃焼によって生じた排
ガスの温度が最も高いボイラ火炉出口近傍に設置され、
排ガスの熱を吸収して、蒸気をタービン側で要求する温
度に過熱する。この時、過熱された蒸気温度は一定では
なく、高温または低温側に変動するため、過熱器を２，
３分割し、その前流側やそれらの間の蒸気配管に注水に
より蒸気温度を低下させる蒸気温度低減器を設け、蒸気
温度がタービン側で要求する許容範囲内になるように制
御している。

【０００７】なお、ボイラ火炉は周囲が水壁で構成され
ており、水壁には燃料を燃焼するバーナが設けられてい
る。水壁は下部入口からのボイラへの給水を火炉内部の
燃焼によって加熱し、一部または全てを蒸気として上部
出口から蒸気過熱系統へと供給する。

【０００８】同図に示すように、図示しない主蒸気温度
検出器で検出された主蒸気温度ＭＳＴは減算器３に入力
され、負荷要求指令ＭＷＤに従って関数発生器２で発生
させた主蒸気温度設定値ＲＴとの温度偏差ＴＤが演算さ
れる。温度偏差ＴＤは調節計４に入力され、主蒸気温度
ＭＳＴを調整するための図示しない蒸気温度低減器の温
度調節弁（注水調節弁とも称す）８の開度信号ＤＢに変
換される。開度信号ＤＢは加算器５に入力され、主蒸気
温度ＭＳＴを速やかに制御するために設けられた先行回
路演算器６から出力された先行補正値と加算され、自動
／手動切替器７を経て温度調節弁８に出力される。

【０００９】上述のように、火力発電設備の負荷制御で
は、主蒸気圧力を安定させるために、負荷要求指令ＭＷ
Ｄを主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰにより補正した燃料供給指
令ＦＦをボイラ操作端に出力して、ボイラへの燃料供給
量の過不足を修正するようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料供給量
の増減によるボイラ火炉水壁部の内部流体（水または水
と蒸気の２相流体）圧力の応答時定数は比較的小さい
（応答が速い）が、ボイラの排ガス系統内に縦横に配置
された蒸気系統の出口側となるため、主蒸気温度ＭＳＴ
の昇降応答時定数は大きい（応答が遅い）。従って、圧
力偏差解消のための燃料供給量制御による主蒸気圧力偏
差と主蒸気温度偏差との増減タイミングにずれ（位相
差）が生じることがある。そして、このプロセス制御の
位相差がたまたま所定値に一致した場合に、例えば、主
蒸気温度ＭＳＴの上昇過程で負の圧力偏差解消のための
燃料供給量制御が行われると、主蒸気温度ＭＳＴの上昇
が加速され、過熱低減器の温度調節弁８を開いて主蒸気
管内に注水する過熱低減制御を行っただけでは主蒸気温
度ＭＳＴの過剰上昇を抑えることができず、蒸気温度制
限値を越えてしまうことがあった。

【００１１】本発明は従来技術におけるかかる不具合の
発生を解消すべく為されたものであり、燃料供給量制御
による主蒸気圧力偏差と主蒸気温度偏差との増減タイミ
ングにずれが生じた場合でも、主蒸気温度が制限値を越
えることのないボイラ蒸気温度制御装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ボイラから排出された主蒸気の温度と主蒸
気温度設定値との偏差に対して主蒸気圧力偏差の変化速
度に応じた補正を施したものであり、好ましくは、主蒸
気圧力偏差の変化速度に一次遅れ処理を施したものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１および図２はそれぞれ本
発明の実施例に係る蒸気温度低減器の温度調節弁８の弁
開度制御系の構成を示す系統図およびボイラマスタ９の
内部回路を示す系統図である。図１において、１４は主
蒸気圧力偏差ΔＭＳＰを時間微分して圧力偏差速度に変
換する微分器、１５はボイラ水壁部温度の昇降応答時定
数に見合う一次遅れを施す一次遅れ回路（ＬＡＧ）、１
６は出力の利得を調整するための比例器（Ｋ）、１７は
出力の上限、下限を制限する上下限制限器である。

【００１４】また、図２において、９１は発電機出力Ｍ
Ｗを主蒸気圧力変化分に換算する関数発生器、９２は関
数発生器９１から出力された主蒸気圧力変化分と主蒸気
圧力設定値ＲＰとを加算する加算器、９３は主蒸気圧力
変化率ＰＶを所定の範囲に制限して加算器９２の出力に
加える変化率制限器、９４は主蒸気圧力ＭＳＰから変化
率制限器９３の出力を減算して主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰ
として出力する減算器である。そして、従来例と同一ま
たは同一とみなせる箇所には同一の符号を附して重複す
る説明を省略する。

【００１５】このように構成された本実施例では、主蒸
気圧力偏差ΔＭＳＰは微分器１４で圧力偏差速度に変換
され、一次遅れ回路１５で一次遅れが施され、比例器１
６で出力の利得を調整され、上下限制限器１７で出力の
上限、下限が制限されて加算器５に入力される。従っ
て、主蒸気温度ＭＳＴと主蒸気温度設定値ＲＴとの温度
偏差ＴＤは加算器５で、主蒸気温度ＭＳＴを速やかに調
整するために設けられた先行回路演算器６による先行補
正と共に、主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰの変化速度に応じた
補正を受けることになる。

【００１６】図３は本発明の実施例に係る主蒸気圧力偏
差ΔＭＳＰ（ａ）、燃料供給指令ＦＦ（ｂ）、主蒸気温
度ＭＳＴ（ｃ）および蒸気温度低減器の注水量（ｄ）
と、従来例に係る主蒸気温度ＭＳＴ（ｃ′）および蒸気
温度低減器の注水量（ｄ′）の経時変化の具体例を示す
波形図である。これらの波形図では、（ａ）に示すよう
に、主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰが０から徐々に増加した
後、減少に転じ、負の値までゆっくり大きく変化した時
の各制御量の値の変化を示したものである。

【００１７】上記主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰの変化に応じ
て、図４に示す燃料制御系１３は燃料供給量過不足を補
うための燃料供給指令ＦＦを出力する。つまり、主蒸気
圧力偏差ΔＭＳＰが減少した時、その減少に追随して燃
料供給指令ＦＦが増加して主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰを０
に戻そうとする。しかし、実際の燃料供給に対して主蒸
気圧力偏差ΔＭＳＰは一定の時間遅れを伴うため、燃料
供給指令ＦＦが減少に転じても主蒸気温度ＭＳＴは上昇
し続けており、（ｂ）の斜線領域分の燃料供給Ｆ_１に相
当する主蒸気温度ＭＳＴの温度曲線は温度低減制御を行
わなければ、温度曲線Ｔ_１に示すように急上昇し、蒸気
温度制限値を大きく越えてしまう。

【００１８】このような主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰの過大
上昇を抑えるべく、注水量（ｄ′）に示す従来例のよう
に、蒸気温度低減器で注水する温度低減制御を行って
も、十分な蒸気温度低減効果を得ることができない。

【００１９】そこで、本実施例では蒸気温度低減器の温
度調節弁８に出力される開度信号ＤＢに、主蒸気圧力偏
差ΔＭＳＰを圧力偏差速度に変換した値で補正すること
により、（ｄ′）に示す従来の注水制御（注水開始時刻
ｔ_１）に先行して、（ｄ）に示すように（注水開始時刻
ｔ_２）、主蒸気管内の主蒸気に注水して主蒸気温度ＭＳ
Ｔの上昇を効果的に抑制した（温度曲線Ｔ_２）ものであ
る。

【００２０】なお、加算器５に主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰ
を圧力偏差速度に変換した値で補正した指令信号を加算
する代わりに、関数発生器２の後段に同様の指令信号を
加算するようにしても同様の効果を奏することができ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、主蒸気の温度の設定値からの偏差に対して主
蒸気圧力偏差の変化速度に応じた補正を施したので、従
来の注水制御に先行して主蒸気圧力偏差の変化速度に応
じた注水制御を行うことができるから、主蒸気圧力偏差
と主蒸気温度偏差との増減タイミングにずれが生じた場
合でも、燃料供給量制御により主蒸気温度が一方向に昇
降して制限値を越えるのを防止して、効率良いボイラ蒸
気温度制御を行うことができる。請求項２記載の発明に
よれば、主蒸気圧力偏差の変化速度に一次遅れ処理を施
したので、性状が異なる燃料を燃焼させた時に、その発
熱量等の相違に基づく熱吸収特性が変化した場合に、主
蒸気温度偏差と主蒸気圧力偏差との増減タイミングが変
化する場合においても、一次遅れの調整によって対応す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る蒸気温度低減器の温度調
節弁の弁開度制御系の構成を示す系統図

【図２】同じく、ボイラマスタの内部回路を示す系統図

【図３】本発明の実施例に係る主蒸気圧力偏差ΔＭＳＰ
（ａ）、燃料供給指令ＦＦ（ｂ）、主蒸気温度ＭＳＴ
（ｃ）および蒸気温度低減器の注水量（ｄ）と、従来例
に係る主蒸気温度ＭＳＴ（ｃ′）および蒸気温度低減器
の注水量（ｄ′）の経時変化の具体例を示す波形図

【図４】従来例に係る火力発電設備の負荷制御系の全体
構成を示す系統図

【図５】同じく、蒸気温度低減器の温度調節弁の開度制
御系の構成を示す系統図

【符号の説明】

２，９１ 関数発生器 ３，９４ 減算器 ４ 調節計 ５，１２，９２ 加算器 ６ 先行回路演算器 ７ 自動／手動切替器 ８ 温度調節弁 ９ ボイラマスタ（ＢＭ） １０，９３ 変化率制限器 １１ タービンマスタ（ＴＭ） １３ 燃料制御系 １４ 微分器 １５ 一次遅れ回路（ＬＡＧ） １６ 比例器（Ｋ） １７ 上下限制限器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラから供給された主蒸気の温度と主
   蒸気温度設定値との偏差に応じて、主蒸気管内の主蒸気
   に注水する注水量を制御し、主蒸気の温度を所望の値だ
   け低下させるようにしたボイラ蒸気温度制御装置におい
   て、上記偏差に対して主蒸気圧力偏差の変化速度に応じ
   た補正を施したことを特徴とするボイラ蒸気温度制御装
   置。
2. 【請求項２】 主蒸気圧力偏差の変化速度に一次遅れ処
   理を施したことを特徴とする請求項１記載のボイラ蒸気
   温度制御装置。