JP2645707B2 - ボイラ自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所等におけるボイラ自動制御装置
に係り、異種燃料油をブレンドし使用するプラントや、
単味燃料のプラントにて通常運転時の負荷変化時あるい
はFCB（Fast Cut Back），ランバツク等の急激な負荷変
化時の燃料母管圧力やバーナヘツダ圧力の変動を制御せ
しめることを可能としたボイラ自動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、火力原子力発電Vol.32,No.3の「所内
単独運転の計画設計と実際」中の227〜233頁の「２・５
燃料油系統」に示されている。この装置は、燃料ブレン
ド制御を行つているプラントFCB時の燃料絞り込み方式
としては、FCB発生によりボイラ自動制御装置の指令信
号にて燃料流量制御弁を急速に絞り込み、かつバーナ制
御装置にて時限バーナカツト回路を設け、制御弁との協
調をはかる制御を行つている。ここで、FCBとは、送電
系統事故等ににより、発電所の所内単独運転の負荷ま
で、30秒以内で急速に負荷を落すべく燃料を絞り込む操
作をいう。すなわち、燃料流量弁の絞り込みと、バーナ
カツトのタイミングの不一致から発生する燃料母管圧力
やバーナヘツダ圧力の高，低トリツプを回避するため
に、燃料調整弁の絞り込み速度にバーナカツトスピード
を一致させるようにバーナカツト制御に時限回路を設
け、タイミングの協調をはかつた制御を行つている。

しかし、経年変化等による流調弁の速応性の劣化，流
調弁の開度特性から起こる絞り込み時間の違い等、さら
には流調弁の絞り込みとバーナカツトタイミングの不一
致から発生する燃料母管圧力やバーナヘツダ圧力変動時
の積極的な圧力修正制御の必要性については配慮されて
いない。

また従来より、燃料流量制御は、燃料流調弁による流
量制御が主であり、FCB,ランバツク等の負荷変化時に燃
料圧力が大きく変動した場合の圧力制御については、全
く配慮されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、通常運転時の負荷変化時や、FCB,ラ
ンバツク等の急激な負荷変化時においては、燃料流調弁
による流量制御が主であり、燃料圧力制御について配慮
されていなかつた。すなわち、通常負荷変化時におい
て、燃料圧力ミニマム制限による燃料流調弁の下限制限
を行う程度であつた。そのため、FCB,ランバツク発生に
よるバーナヘツダ圧力の低トリツプや、負荷変化時の燃
料圧力変動による主蒸気圧力の変動が発生するなど、安
定したプラント運転ができなくなるという問題があつ
た。

本発明の目的は、FCB,ランバツク等の負荷変化時の燃
料油圧力変動を抑制し、安定したプラント運転を可能な
らしめることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、燃料供給部と、この燃料供給部と燃料母管
により連通された複数のバーナを有するボイラと、燃料
母管に設けられた燃料流調弁を開閉させて燃料供給量を
制御する流量制御部と、前記ボイラの複数のバーナに個
々に設けた弁を開閉して各バーナの点火および消火を制
御するバーナ制御部と、を備えたボイラ自動制御装置に
おいて、燃料母管のバーナより上流側位置に圧力可変手
段を設け、燃料流調弁より上流側に燃料母管圧力検出器
を設け、バーナ部分にバーナヘツダ圧力検出器を設け、
前記圧力可変手段を前記両検出器の検出信号により制御
する圧力制御部を設けたものである。

〔作用〕

本発明は、負荷変化時に燃料母管を流れる燃料の流量
を検出して燃料流調弁を制御することの他に、さらに燃
料母管内の圧力およびその変動がバーナの失火に直結す
るバーナヘッダ圧力の両圧力を検出し、この検出信号に
より燃料母管内の圧力を調節する圧力可変手段を制御
し、もつて、燃料流量と圧力の両因子によつて負荷変化
に対応し、通常運転時のボイラの安定運転を図るととも
に、FCB等の急激な負荷変化時におけるバーナ制御部に
てバーナカツトを順次実施することで強制的に燃料を絞
る制御と、流量制御部にて燃料流調弁を急速に絞る制御
とを並行して行う際に、この二つの制御に伴う燃料流量
特性のずれに基づくバーナヘツダ圧力の変動を防止し、
急激な負荷変動に対してもバーナヘッダ圧力の低下によ
るバーナ失炎の失火やバーナヘッダ圧力の増加によるバ
ーナ火炎の吹き飛びに伴なう失火の恐れを低減できるよ
うにしてボイラの安定運転を可能にしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

まず、第２図において、火力発電プラントの概要を説
明する。火力発電プラントは、ボイラ本体である火炉2,
高圧タービン33,中圧タービン34,発電機35により構成さ
れ、ボイラの自動制御部31は、負荷（タービン・発電
機）からの要求、つまりタービン制御部32がタービンガ
バナ50の開度調整を行い、この開度により決定される蒸
気の圧力，温度を規定値に保つべく燃料母管17に設けら
れた燃料流調弁15により燃料を、ボイラ給水ポンプ（以
下、BFPと略す）37と給水流調弁38により給水量を、ま
た押込通風機（以下、FDFと略する）46とFDF入口ベーン
26により空気を、それぞれ制御する。

ここで、燃料として、硫黄分やカロリー分の異なるA,
B重油をブレンドする燃料供給部について説明すると、
Ａ重油ポンプ5,B重油ポンプ６にて送られた重油は、Ａ
重油とＢ重油との混合比をＡ重油ブレンド弁９とＢ重油
ブレンド弁10の開度により制御し、さらにブレンダ11に
よりA,B重油が均一に混合されるようにする。この均一
に混合された重油は、燃料流調弁15によりプラント状態
に見合つて流量制御される。

次に、燃料ガスの流れについて説明すると、火炉２に
て燃焼したガスは、火炉壁水管（以下、WWと略す）43,
ドラム47,2次過熱器（以下、2SHと略す）42,再熱器（以
下、RHと略す）41,1次過熱器（以下、1SHと略す）40,節
炭器（以下、ECOと略す）39を通り、一部は再循環ガス
としてガス再循環フアン（以下、GRFと略す）44とGRF入
口ダンパ45によりガス再循環量を調整して火炉へ注入さ
せることにより、WW43,ドラム47,2SH42,RH41,1SH40,ECO
39での伝熱量調整に使用し、残りの燃焼ガスは煙突より
大気へ排出される。

また、水蒸気系について説明すると、中圧タービン34
からの排気を復水器36により冷却して復水とし、この水
をBFP37により加圧し、給水流調弁38にて給水量を調整
した水は、ECO39にて加熱され,WW43にて過熱されて蒸気
となる。この蒸気は、ドラム47にて飽和蒸気と飽和水に
分離され、1SH40で過熱後、給水の一部をスプレー弁49
を介して減温器48に注入することにより、蒸気温度の調
整を行う。さらに、この蒸気は、2SH42にて定格温度ま
で過熱されて、タービンガバナ50を経て高圧タービン33
へ送られる。高圧タービンで仕事を終えた蒸気は、GRF
入口ダンパ45を調整することにより、ガス再循環量を調
整し、RH41にてガス対流熱を吸収し定格温度まで蒸気を
再熱させて中圧タービン34へ送られる。

その他の構成として、中央操作盤30,複数のバーナの
点火および消火を制御するバーナ制御部21,バーナ燃料
元弁22ないし25がある。

次に、本発明の根拠について、第８図ないし第13図に
基づいて説明する。

第８図に、従来の燃料制御系の負荷変化時およびFCB
時の主なプロセス量の挙動の一例を示す。同図より、ま
ず通常の負荷変化中においても、バーナ本数増加に伴う
バーナ点火時におけるバーナヘツダ圧力の変動および燃
料流調弁の応答遅れが主蒸気圧力の変動となつて現われ
ていることがわかる。すなわち、バーナヘツダ圧力の変
動については、第９図のバーナターンダウン特性に示し
ているように、燃料流量の増減、つまり負荷の変動によ
りバーナ１本当りの容量に見合つたバーナ本数として、
バーナヘツダ圧力の低下によるバーナ火炎の失火や、バ
ーナヘツダ圧力の増加によるバーナ火炎の吹き飛びに伴
う失火の防止を図つているものの、バーナ点火および消
火時においては、どうしてもバーナヘツダ圧力の変動が
発生する。具体的に説明すると、バーナ本数を増加する
場合、２本点火状態でバーナヘツダ圧力が増加すると、
ヘツダ上限設定圧Ｕに至るＡ点になると、３本目のバー
ナが点火し、それによりヘツダ圧力はＢ点に低下する
が、再び上昇してＣ点に至ると、４本目が点火する。矢
印実線で示したこの繰り返しにより、最終的に８本のバ
ーナが点火する。逆に消火の場合は、ヘツダ下限設定圧
Ｄを境点として同図ａ→ｂ→ｃ→…のごとく順次消火す
る。

燃料流調弁の開度と流量の特性については、第10図に
示した通り、弁開度が50〜100％の領域では、弁開度に
対する燃料流量のゲインが高くて、燃料流量の制御性は
良好となるが、弁開度が０〜50％の領域では、逆にゲイ
ンが低いため、流量の制御性はよくない。すなわち、負
荷帯により燃料流調弁の特性が異なるため、急激な負荷
変動に対しては、燃料流量の応答遅れとなつて現われて
くる。

次に、同じく第８図に、火力発電所の運転において最
も過酷な負荷変動であるFCBにおける、主なプロセスの
挙動を示す。FCB発生より燃料流調弁の絞り込みとバー
ナ消火が並列して行われるが、同図の場合、バーナヘツ
ダ圧力が低下したため、プラントトリツプとなつた場合
を示している。以下、この挙動について説明する。

第11図に、FCB時のバーナターンダウン特性を示す。
矢印の実線は、バーナヘツダ圧力が低トリツプ以下とな
る場合を示す。すなわち、バーナ本数が８本で、しかも
バーナヘツダ圧力が低くなつている場合には低トリツ
プ、バーナヘツダ圧力が高くなつている場合には高トリ
ツプとなつてしまう可能性が高くなることを示してい
る。

第12図には、FCB時のバーナ消火タイムチヤート（以
下、バーナカツトと呼ぶ）と、これに伴うバーナ側とし
て燃料を流すことのできる量以下、バーナ容量燃料流量
と呼ぶ）の特性を示す。本図より、バーナ本体の特性か
ら、バーナ制御装置の消火指令より、実際のバーナ消火
完了までは多少の応答遅れがあるものの、バーナ消火指
令からバーナ消火完了まで、６〜７秒と比較的速いこと
がわかる。

一方、第13図には、第12図で示したFCB時のバーナ容
量燃料流量特性と合わせて、燃料流調弁の応答特性を示
す。さらに、この２つの流量特性の違いにより、バーナ
ヘツダ圧力の変動を同じ時間軸に示す。すなわち、FCB
時においては、バーナ制御部によるバーナカツトを実施
することで、強制的に燃料を絞る制御と、燃料の流量制
御部による燃料流調弁を急速に絞る制御とが並行して行
われるため、この２つの制御による燃料流量特性のマツ
チングが難しく、結果的にバーナヘツダ圧力の変動とな
つてあらわれてくることを示している。

従来のプラントにおいては、このバーナヘツダ圧力変
動を抑制する方法としては、FCB試験を数多く実施し、
バーナカツトのタイミングや燃料流調弁の特性改善を検
討するしかなく、しかも、FCBは1/4,2/4,3/4,4/4負荷と
いう特定の負荷でしか試験せず、バーナ本数やバーナヘ
ツダ圧力が種々異なる実際のすべての運転負荷帯におい
ても、FCBが成功するという可能性は保障されていな
い。

よつて、以上の事実から、FCBに代表されるような急
激な負荷変動に伴うバーナヘツダ圧力および燃料母管圧
力の変動を抑制する機能をもたせることの必要性がある
ことがわかる。

第１図は、ブレンド弁にて燃料母管圧力，バーナヘツ
ダ圧力を制御する本発明を適用した制御回路を示す。

同図で、１は全制御部の範囲を示す。まず、燃料の流
量制御部について説明する。燃料流量要求値設定器18の
信号と、燃料流量検出器14の信号との偏差を加算器116
で演算し、この偏差信号を比例積分器117で演算する。
また、ボイラに対する負荷要求信号であるボイラマスタ
19の信号と、所内にて負荷要求を設置する設定器118の
信号を切換器119を介し、負荷要求信号を燃料流量ベー
スに換算する関数発生器120を介し、この信号を燃料流
量指令の先行指令として、加算器121にて加算し、燃料
流調弁15を操作する。

一方、ブレンド弁9,10の制御については、バーナ制御
部で行うが、これはＡ重油流量検出器７の信号と、Ｂ重
油流量検出器８の信号を加算器101にて加算し、除算器1
02にて燃料ブレンド比率を演算し、ブレンド比率設定器
103の設定信号との偏差を加算器104にて演算し、この偏
差信号を比例積分器105で演算し、第３図に示すブレン
ド弁開度特性を関数発生器106,107に設定し、ブレンド
弁9,10を操作する。第３図で、実線は、従来の燃料比率
（以下、ブレンド比と呼ぶ）により特性を示し、破線
は、ブレンド後の燃料油圧力補正を行つた場合の特性を
示す。すなわち、急激な負荷変動などにより、燃料母管
圧力や、バーナヘツダ圧力が変動した場合には、ブレン
ド比は変えることなくＡ重油ブレンド弁９とＢ重油ブレ
ンド弁10を同比率で絞る補正を行うことにより、上記燃
料油圧力の補正を実現させることができる。

本実施例では、燃料供給部を複数の燃料タンク3,4
と、この各燃料タンク3,4の下流に個々に設けた燃料送
給ポンプ5,6と、この燃料送給ポンプ5,6の下流に個々に
設けた流量調節用のブレンド弁9,10と、このブレンド弁
9,10の下流に設けたブレンダ11とから構成し、前記各ブ
レンド弁9,10に、後述する圧力制御部からの制御信号を
入力して、前記燃料送給ポンプ5,6およびブレンド弁9,1
0に燃料母管17内の圧力を調節する圧力可変手段を兼用
させた。

すなわち、通常、ブレンド弁9,10は、異種燃料のブレ
ンド制御を行うことを主機能としているが、本実施例で
は、このブレンド弁9,10にて、燃料母管圧力およびバー
ナヘツダ圧力の制御機能も持たせるため、既存要素を利
用して目的を達成することができる。つまり、圧力制御
部は、燃料母管圧力検出器13の信号と、バーナヘツダ圧
力検出器16の信号とを、各々圧力設定器110,114にて設
定し、加算器111,113にて偏差演算し、低信号選択器112
にて信号選択し、比例積分器115にて圧力修正信号を作
成し、Ａ重油流調弁操作信号とＢ重油流調弁操作信号
に、各々乗算器108,109にて圧力修正信号による補正を
行い、各ブレンド弁9,10を操作する。

すなわち、燃料母管圧力やバーナヘツダ圧力の変動を
上流に燃料送給ポンプ5,6を有する各ブレンド弁9,10を
圧力可変手段とし、この圧力可変手段を抑制することに
より圧力調節を行い、特にFCB,ランバツク等の負荷変動
発生時に、安定したプラント運用が継続できるものであ
る。

第４図は、上記実施例に係る本発明の機能を示すフロ
ーチヤートである。まず、制御ブロツク401にて、ブレ
ンド制御を行うプラントにおいては、使用燃料の硫黄分
やカロリー量によつて最適なブレンド比を設定する。

次に、演算ブロツク402にて、燃料母管圧力やバーナ
ヘツダ圧力が規定値内であるかを判定する。もし、規定
値内であれば処理は終了するが、規定値外であれば演算
ブロツク403に進む。

演算ブロツク403では、燃料母管圧力やバーナヘツダ
圧力などの燃料油圧力変動による主蒸気圧力変動や、バ
ーナ火炎の失火によるプラントのトリツプを未然に防ぐ
べく、圧力可変手段を調整する。

第５図に基づいて作用を説明する。同図は、上記実施
例に係る本発明の制御方式を採用した場合の燃料制御系
の負荷変化時およびFCB時の主なプロセス量の挙動の一
例を示す。同図より明らかなように、通常の負荷変化中
においては、バーナヘツダ圧力の変動を抑制すべくブレ
ンド弁9,10に補正を加えることにより、主蒸気圧力の変
動を押えている。さらに、FCB時においては、バーナヘ
ツダ圧力の低下を、低トリツプ値以下とならないように
ブレンド弁9,10を急速に開ける方向に補正することによ
り、プラントのトリツプ事故を防止するなど、プラント
運転全搬に対して安定した運用が可能となることがわか
る。

燃料流調弁15の開度を一定にし、ブレンド弁9,10の開
度を変化させると、燃料油母管圧力が変化するという事
実を利用し、燃料流量制御は従来通りに燃料流調弁15に
て行い、燃料油圧力の制御をブレンド弁9,10にて制御し
たものである。すなわち、FCB,ランバツク時などの急激
な負荷変化発生における強制的な燃料絞り込みは燃料流
調弁15で行い、その結果発生する燃料母管圧力の変動を
ブレンド弁9,10にて制御したものである。また、通常の
負荷変化時においても、燃料流量制御は、燃料流調弁15
で行い、燃料圧力の制御については、ブレンド弁9,10に
て制御することにより、負荷変動発生に起因する燃料母
管圧力変動によるプラントがトリツプする事故や、主蒸
気圧力が変動することを防止できる。

第６図は、本発明の他実施例に係り、単味燃料を使用
するプラントに本発明を適用した制御回路を示す。燃料
流調弁15の制御方式は、第１図と同様な方式である。

一方、燃料母管圧力やバーナヘツダ圧力の制御につい
ては、圧力可変手段として、上流側に高圧発生部として
燃料送給ポンプ５を有する燃料圧力流調弁20を燃料母管
17に設けることにより行う。つまり、燃料母管圧力検出
器13の信号と、バーナヘツダ圧力検出器16の信号を、各
々圧力設定器110,114にて設定し、加算器111,113にて偏
差演算し、低信号選択器112にて信号選択し、比例積分
器115を介し燃料圧力調整弁20を操作するものである。

本実施例においても、FCB,ランバツク等の負荷変化発
生時に、燃料母管圧力やバーナヘツダ圧力の変動を抑制
することができ、安定したプラント運転の継続ができ
る。

第７図も、本発明の他の実施例に係り、第６図の実施
例との相違点は、圧力可変手段の燃料圧力調整弁20の設
ける位置が異なるだけであり、作用および効果は変わら
ない。すなわち、バーナより上流側であれば、圧力可変
手段の設ける位置は限定されない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、油焚き火力発電所等のボイラにおい
て、通常運転時およびFCB,ランバツク発生時の燃料母管
圧力、バーナヘツダ圧力変動に起因したバーナ火炎失火
防止によるボイラトリツプや、負荷変化時の燃料母管圧
力，バーナヘツダ圧力変動による主蒸気圧力変動を抑制
できるので、安定したプラントの運用が継続できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御系統図の一実施例を示し、第
２図は代表的なドラムボイラの本体系統図および主要制
御装置の構成図を示し、第３図は従来制御方式と本発明
制御方式を採用した場合のフレンド弁の開度特性を示
し、第４図は第１図に示した実施例のフローチヤートを
示し、第５図は第１図に示した実施例の主なプロセス量
の挙動を示す図であり、第６図および第７図はそれぞれ
本発明の異なる他実施例を示す制御系統図、第８図は従
来方式による場合の第５図に相当する図、第９図および
第11図はバーナの点火および消火時の燃料流量とバーナ
ヘツダ圧力との関係図、第10図は燃料流調弁の開度特性
を示す図、第12図はFCB発生時のバーナカツトタイミン
グおよび流量特性を示す図、第13図は従来方式でのFCB
発生時の燃料流調弁とバーナ容量燃料流量の特性および
バーナヘツダ圧力の挙動を示す図である。 ２……火炉（ボイラ）、3,4……燃料タンク、5,6……燃
料送給ポンプ、9,10……ブレンド弁、13……燃料母管圧
力検出器、15……燃料流調弁、16……バーナヘツダ圧力
検出器、17……燃料母管、20……燃料圧力流調弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 物江 利江 日立市大みか町５丁目２番１号 株式会 社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭54−51027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−121432（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給部と、この燃料供給部と燃料母管
   により連通された複数のバーナを有するボイラと、燃料
   母管に設けられた燃料流調弁を開閉させて燃料供給量を
   制御する流量制御部と、前記ボイラの複数のバーナに個
   々に設けた弁を開閉して各バーナの点火および消火を制
   御するバーナ制御部と、を備えたボイラ自動制御装置に
   おいて、燃料母管のバーナより上流側位置に圧力変可手
   段を設け、燃料流調弁より上流側に燃料母管圧力検出器
   を設け、燃料流調弁より下流側であってバーナ部分に該
   バーナの失火に直結するバーナヘッダ圧力の変動を検出
   するバーナヘッダ圧力検出器を設け、前記圧力可変手段
   を前記両検出器の検出信号により制御する圧力制御部を
   設けたことを特徴とするボイラ自動制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、燃料供給
   部を複数の燃料タンクと、この各燃料タンクの下流に個
   々に設けた燃料送給ポンプと、この燃料送給ポンプの下
   流に個々に設けた流量調節用のブレンド弁と、このブレ
   ンド弁の下流に設けたブレンダーとから構成し、前記各
   ブレンド弁に前記圧力制御部からの制御信号を入力して
   前記燃料送給ポンプおよびブレンド弁に圧力可変手段を
   兼用させたボイラ自動制御装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、圧力可変
   手段は圧力制御部からの制御信号を受ける燃料圧力調整
   弁と、この燃料圧力調整弁より上流側に設けた圧力発生
   部とからなるボイラ自動制御装置。