JP2763178B2 - 給水加熱器ドレン水位制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、発電プラント等の熱交換器の給水加熱器ド
レン水位制御装置に関する。

（従来の技術） 通常、発電プラントにおいては、タービンプラントの
熱効率を出来るだけ向上させるために、その熱交換器に
複数の給水加熱器がカスケード状に配設されている。

これらの給水加熱器では、蒸気タービン等からの抽気
等の蒸気をこれらに導入して、ボイラー等の蒸気発生装
置に供給される給水の予熱・昇温を行なっている。さら
に、給水加熱器内で給水と熱交換した蒸気は、凝縮しド
レンとなり、器内圧力の高い給水加熱器から順次器内圧
力の低い給水加熱器へカスケード方式によりドレンを流
し、復水系統等に回収するようになっている。すなわ
ち、発電プラント等が通常定格負荷時には、高圧系給水
加熱器からのドレンは高圧系最終段の給水加熱器より脱
気器に回収され、また、低圧系給水加熱器からのドレン
はドレンポンプにより復水系統に回収される。一方、発
電プラント等の負荷が低下して高圧系最終段の給水加熱
器（第１高圧給水加熱器）の器内圧力が低下し、これよ
りも数10m高所に設置されている脱気器へのドレンの回
収が出来なくなると、低圧系給水加熱器へドレンが回収
される。

このような給水加熱器では、熱交換系の熱交換率の低
下の防止および抽気管を介して蒸気タービンへドレンが
逆流する、いわゆるウォータ・インダクション（water
induction）を防止するために給水加熱器内の水位を一
定とする制御を行なっている。また、熱交換系の熱交換
率を向上させるために、高圧系給水加熱器からのドレン
を脱気器へ回収する配管を最終段の高圧系給水加熱器だ
けでなく、他の高圧系給水加熱器にも接続してドレンを
回収する場合もある。さらに、これら給水加熱器の加熱
源として、主蒸気タービンからの抽気のほかに、抽背型
ボイラ給水ポンプタービン（BFP・Ｔと略称する）から
の抽気と背気を用いる場合もある。

ここで、従来の給水加熱器ドレン水位制御装置の制御
方式を第３図について説明する。

まず、脱気器１に貯水されている給水は、給水ポンプ
２によって給水管３を通じ第１高圧給水加熱器６および
第２高圧給水加熱器７を経て予熱・昇温された後ボイラ
ー（図示せず）に送水される。高圧給水加熱器6,7には
給水と熱交換しそれを予熱・昇温させるために抽気蒸気
管8,9から抽気蒸気が、また、それらの前段に配置した
高圧給水加熱器からドレン管30,31によりドレンが供給
されるようになっている。高圧給水加熱器6,7で熱回収
を終了したドレンは、流量調節弁10,11,12,13,14を経
て、それぞれ所定の機器へ排出される。すなわち、第２
高圧給水加熱器７からのドレンは、ドレン管31,31aと流
量調節弁13を経て脱気器１へ、および流量調節弁14を経
て第１高圧給水加熱器６へそれぞれ排出され、また、高
圧給水加熱器６からのドレンは、ドレン管32,32aと流量
調節弁10を経て脱気器１へ、および低圧給水加熱器４と
復水器５へそれぞれ排出される。このように、ドレンの
排出先が複数ある場合、それぞれの振り分けは次のよう
にする。

すなわち、第１高圧給水加熱器６では、これに付設さ
れた水位検出器15からの水位信号とそれぞれのドレン管
32,32a,32bに配設した水位調節計18,17,19の目標設定値
との偏差により振り分けを行う。また、第２高圧給水加
熱器７では、これに付設された水位検出器16からの水位
信号を受けて水位を調節する水位調節計35の作動により
ドレン管31,31aに配設した流量調節弁14,13をストップ
制御し、負荷条件により作動する電磁弁34または手動切
替器により振り分けを行っている。つまり、第１高圧給
水加熱器６では、ドレンは、まず脱気器１に回収され、
次いで低圧給水加熱器４、復水器５の順に回収されるよ
う、それぞれの水位設定値は、標準水位（NWL）、NWL＋
α、NWL＋βとなり、かつ、それらの値はNWL＜NWL＋α
＜NWL＋βのカスケード状になっている。

このため、高負荷時においては、ドレン系は、第１高
圧給水加熱器６よりも数10m高い位置に設置されている
脱気器１へドレンを排出するのに十分な圧力を有してい
る。そのため、標準水位（NWL）になるよう流量調節弁1
0の弁開度を調節してドレンを排出する。一方、負荷が
減少し、第１高圧給水加熱器６の圧力が低下すると、脱
気器１へドレンの回収が出来なくなり、そのため第１高
圧給水加熱器６内の水位が上昇しNWL＋α（＞NWL）とな
る。そこで、水位調節計18を作動して流量調節弁11の弁
開度を調節し低圧給水加熱器４へドレンを排出する。こ
の場合、復水器５へは、通常、ドレンを排出しない。第
１高圧給水加熱器６内の水位に大きなレベル変動（NWL
＋α以上）が生じた場合、そのバックアップとしてドレ
ンを復水器５に排出する。

また、第２高圧給水加熱器７のドレン排出先の切り替
えは次のようにして行う。つまり、上述した第１高圧給
水加熱器６から脱気器１へのドレン回収条件に応じて、
具体的に負荷や第１高圧給水加熱器〜脱気器間の圧力差
に応じて、電磁弁34又は手動切替器によって流量調節弁
13及び流量調節弁14の開閉状態を切り替える。すなわ
ち、高負荷（例えば約50％負荷以上）の時には、第１高
圧給水加熱器６からのドレンを脱気器１へ回収している
ため、水位調節計35の出力を電磁弁34により流量調節弁
14側へ切り替え、第１高圧給水加熱器６へ第２高圧給水
加熱器７のドレンを回収する。その際、流量調節弁13は
全閉とする。一方、低負荷時には、この逆の動作を行
う。

ところで、このような給水・ドレン系統においては、
ボイラー変圧運転およびBFP・Ｔの運転モードの変化に
より、給水の加熱源である抽気圧力が負荷に対し規定圧
力運転時よりも大きく低下することがある。このため、
第１高圧給水加熱器６からのドレンは、脱気器１へ回収
されずに、低圧給水加熱器４へ継続して回収される。

しかしながら、第２高圧給水加熱器７よりも前段にあ
る第３および第４高圧給水加熱器（図示せず）は、その
抽気圧力が高いこと、および抽背型BFP・Ｔの抽背気を
使用していないこと等により、そのドレン量と圧力は、
規定圧力運転時とほぼ同等となっている。そして、ボイ
ラー変圧運転をし、かつ抽背気を用いている発電プラン
トでは、このような回収状態が負荷80％〜90％近くにな
るまで継続する。このため、第２高圧給水加熱器７から
のドレンを電磁弁34または手動切替器により上述したよ
うに50％負荷程度で切替えると、第２高圧給水加熱器７
からのドレンは、全量、第１高圧給水加熱器６へ回収さ
れる。しかし、第１高圧給水加熱器６からのドレンを脱
気器１へ回収する圧力がないので低圧給水加熱器４へ回
収される。なお、通常、低圧給水加熱器系列は、負荷50
％以上では高圧系のドレンが流入しないように設計され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の給水加熱器ドレン水
位制御装置では、上述したように第２高圧給水加熱器の
ドレン切替条件は、負荷や第１高圧給水加熱器〜脱気器
間の圧力差を予め求めておき、この値により切替えるよ
うにしてある。通常、この切替タイミングは50％〜75％
負荷であるが、ボイラー変圧運転やBFP・Ｔの運転モー
ド変化により80％〜90％負荷にずれこむことがある。

ところが、従来の給水加熱器ドレン制御装置において
は、上述したように第２高圧給水加熱器のドレン排出先
の切り替えを負荷等によって画一的に決定しているた
め、ボイラーの運転モードが規定圧力運転モードから変
圧運転モードに変化した場合やBFP・Ｔの運転モードが
変化した場合のように、器内圧力がヒートバランスと合
致しなくなった場合（圧力差と負荷との関係が変化した
場合）には、第１高圧給水加熱器からのドレンが低圧給
水加熱器へ回収されている状態であるにもかかわらず、
第２高圧給水加熱器からのドレンが第１高圧給水加熱器
へ切り替わってしまう。その結果、全量のドレンが低圧
給水加熱器へ回収されることになる。しかしながら、上
述したように低圧給水加熱器は、通常、50％負荷（規定
圧力ベース）以上では、高圧系給水加熱器からのドレン
が流入しないように設計されているため、低圧給水加熱
器および第１高圧給水加熱器からドレン水位の高、極高
を告知する警報が頻発されることになる。このようなこ
とは、発電プラントの運転上好ましくない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、高圧給水
加熱器および脱気器の器内圧力を計測して、これら器内
圧力に基づいて両者間の器内圧力差を演算してドレンの
回収条件を算出し、第２高圧給水加熱器からのドレンを
脱気器または第１高圧給水加熱器に回収するかを判断す
る給水加熱器のドレン水位制御装置を提供することを目
的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による給水加熱器ドレン水位制御装置は、第１
高圧給水加熱器および第２高圧給水加熱器から脱気器へ
のドレン配管を有し、かつ抽気および抽背気を給水加熱
源として用いる給水加熱器において、前記高圧給水加熱
器および脱気器の器内圧力を検出する検出手段と、前記
第２高圧給水加熱器からのドレンを前記脱気器または前
記第１高圧給水加熱器のいずれに回収するかを判断する
判断手段と、を備え、前記判断手段は、前記器内圧力に
基づいて前記第１高圧給水加熱器と脱気器間の器内圧力
差を演算し両者間のドレン回収条件を算出する手段と、
前記器内圧力に基づいて前記第２高圧給水加熱器と脱気
器間の器内圧力差を演算し両者間のドレン回収条件を算
出する手段と、を有し、算出された回収条件により前記
第２高圧給水加熱器からのドレンを前記脱気器または前
記第１高圧給水加熱器のいずれに回収するかを判断する
ことを特徴とする。

（作用） 上記のように構成された給水加熱器ドレン水位制御装
置において、高圧給水加熱器および脱気器の器内圧力を
常時検出し、各高圧給水加熱器と脱気器の器内圧力差を
演算し、各給水加熱器のインサービス時には、第２高圧
給水加熱器→第１高圧給水加熱器→低圧給水加熱器の順
にドレンを回収する。次にプラントの負荷が上昇した時
には、第２高圧給水加熱器→脱気器と第１高圧給水加熱
器→低圧給水加熱器の順にドレンを回収する。さらにプ
ラントの負荷が上昇した時には、第２高圧給水加熱器→
第１高圧給水加熱器→脱気器の順にドレンを回収する。

（実施例） 以下本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の実施例
を第１図と第２図について説明する。なお、第３図に示
した従来の給水加熱器ドレン水位制御装置と共通する部
分については、同一符号を付し、その説明をここでは省
略する。

第１図に示す給水加熱器ドレン水位制御装置の系統図
において、ボイラー等の蒸気発生装置（図示せず）に送
られる給水は、脱気器１の貯水部より給水ポンプ２によ
り給水管３、第１高圧給水加熱器６（最終段の高圧給水
加熱器）、第２高圧給水加熱器７（最終段の前段にある
高圧給水加熱器）、さらに、その前段にある第３および
第４高圧給水加熱器（図示せず）を経て予熱・昇温後、
蒸気発生装置へ送水される。また、各高圧給水加熱器、
例えば第１および第２高圧給水加熱器6,7には、主ター
ビンまたはBFP・Ｔの抽背気の蒸気が抽気蒸気管8,9から
流入するとともに、前段の高圧給水加熱器からのドレン
がドレン配管30,31により流入している。これらの抽気
蒸気とドレンとをエネルギー源として、高圧給水加熱器
で熱交換して給水を予熱・昇温する。

一方、ドレン配管30,31,31a、32,32a、32bは、高圧給
水加熱器、例えば第２および第１高圧給水加熱器7,6、
脱気器１、低圧給水加熱器４、復水器５へ接続されて、
それぞれドレンを排出する。また、ドレン配管31,31a,3
2,32a,32bには、第１図に示すように、流量調節弁10,1
1,12,13,14が配設されている。これらの流量調節弁10,1
1,12,13,14は、脱気器１、低圧給水加熱器４、復水器
５、第１および第２高圧給水加熱器6,7にそれぞれ付設
されたPI（比例、積分）水位調節計17,18,19,20,21から
の操作信号により作動する。また、PI水位調節計17,18,
19,20,21には、それらの目標水位設定値を別途配設され
た演算器26からの信号により切替える設定値切替器22,2
3,24,25が付設されている。この演算器26には、第１高
圧給水加熱器６、第２高圧給水加熱器７および脱気器１
の器内圧力がそれぞれに付設された圧力検出器27,28,29
により検出され、入力されるようになっている。また、
演算器26には、これらの器内圧力のほかに、各高圧給水
加熱器のドレーン・クーリングゾーンロス、ドレン配管
損失、流量調節弁取付け位置差等の諸条件（諸損失）が
予め入力されている。これらの入力条件に基づいて、演
算器26は、第２高圧給水加熱器〜脱気器および第１高圧
給水加熱器間のドレン回収条件を演算する。

そして、このようにして構成された給水加熱器ドレン
水位制御装置においては、ボイラー変圧運転およびBFP
・Ｔの運転モードの相異により発生する給水加熱器の水
位の不安定を防止する演算は、次のような構成をもつ演
算器26により行うようになっている。すなわち、第２図
に示すように、演算器26には、切替条件演算部33が内蔵
されていて、前述したように、第１高圧給水加熱器６、
第２高圧給水加熱器７および脱気器１の器内圧力が圧力
検出器27,28,29により検出され、演算器26へ入力される
とともに、ヒータドレンクーリングゾーンロス、配管損
失、流量調節弁取付け位置差等の諸条件（諸損失）が予
め入力されている。そして、これらの入力条件により、
演算器26の比較部34a,34bが第２高圧加熱給水器７〜脱
気器１および第１高圧加熱給水器６〜脱気器１間の圧力
差を比較演算し、次の判断を行う。条件設定 第２高圧給水加熱器器内圧力（Ｐ_２）−諸損失
（Ｐ_ｌ）＜脱気器器内圧力（Ｐ_ｄ）、かつ、 第１高圧給水加熱器器内圧力（Ｐ_１）−諸損失
（Ｐ_ｌ）＜脱気器器内圧力（Ｐ_ｄ）…条件Ａとする。

Ｐ_２−Ｐ_ｌ＞Ｐ_ｄ、かつ、 Ｐ_１−Ｐ_ｌ＜Ｐ_ｄ…条件Ｂとする。

Ｐ_１−Ｐ_ｌ＞Ｐ_ｄ…条件Ｃとする。

これらの条件設定により、設定値切替器22,23,24,25
への設定値切替指令信号を切替条件演算部33より出力す
る。また、これらの設定値切替器22,23,24,25は、これ
らの切替指令信号により、その時々のプロセス条件に見
合った設定値をとるようになっている。

より具体的にこれらの切替条件を図示すると次のよう
になる。

なお、下表中の４つの水位調節計は、表中左側より、
図１に符号20、符号21、符号17、符号18で示した各水位
調節計にそれぞれ対応する。

本発明の実施例によると、これらの関係を考慮して、
それぞれのドレン回収条件を相互に関連づけ、その時々
のプロセス条件により最適・最良の熱回収を行うととも
に、各給水加熱器ドレン水位の高・極高を抑え安定した
給水加熱器ドレン水位制御を行うことが可能となる。

すなわち、上記のように構成された給水加熱器ドレン
水位制御装置において、高圧給水加熱器および脱気器の
器内圧力を常時検出し、各高圧給水加熱器と脱気器の器
内圧力差を演算する。そして、各給水加熱器のインサー
ビス時には、第２高圧給水加熱器→第１高圧給水加熱器
→低圧給水加熱器の順にドレンを回収する。次にプラン
トの負荷が上昇した時には、第２高圧給水加熱器→脱気
器と第１高圧給水加熱器→低圧給水加熱器の順にドレン
を回収する。さらにプラントの負荷が上昇した時には、
第２高圧給水加熱器→第１高圧給水加熱器→脱気器の順
にドレンを回収する。

また、本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の他の
実施例について説明する。

他の実施例では、ドレン回収条件を演算する際、前述
した実施例のドレン流量を予め入力するのに代えて、給
水加熱器、脱気器の器内圧力と流量調節弁の弁開度また
は開度指令信号よりドレン流量を計算する。また、前述
した実施例では、演算器に入力する圧力の検出を給水加
熱器、脱気器の器内圧力によっているが、タービンまた
はBFP・Ｔの抽気圧力によってもよい。さらに、前述し
た実施例では、第１高圧給水加熱器の水位調節計の設定
値を可変としたが、第１高圧給水加熱器〜脱気器間のド
レン管32,32aに逆止弁を配設して該設定値を可変とする
ことなく、一定値として同等の効果を得るようにする。
この場合、各水位設定値は、水位調節計17では、NWL、
また、水位調節計18ではNWL＋αの値となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低圧給水加熱器、第１高圧給水加熱
器および脱気器へのドレン回収条件を相互に関連づけ、
その時々のプロセス条件により最適・最良の熱回収を行
うことができる。また、各給水加熱器ドレン水位の高・
極高を抑え安定したドレン水位制御を行うことができる
ので警報を頻発することなく極めて安定した発電プラン
トの運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の実施
例の系統図、第２図はこのドレン水位制御装置に用いる
演算器の構成図、第３図は従来の給水加熱器ドレン水位
制御装置の系統図である。 １…脱気器、２…給水ポンプ、３…給水配管、４…低圧
給水加熱器、５…復水器、6,7…高圧給水加熱器、26…
演算器、30〜32…ドレン配管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F22D 1/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１高圧給水加熱器および第２高圧給水加
   熱器から脱気器へのドレン配管を有し、かつ抽気および
   抽背気を給水加熱源として用いる給水加熱器において、 前記高圧給水加熱器および脱気器の器内圧力を検出する
   検出手段と、 前記第２高圧給水加熱器からのドレンを前記脱気器また
   は前記第１高圧給水加熱器のいずれに回収するかを判断
   する判断手段と、を備え、 前記判断手段は、前記器内圧力に基づいて前記第１高圧
   給水加熱器と脱気器間の器内圧力差を演算し両者間のド
   レン回収条件を算出する手段と、前記器内圧力に基づい
   て前記第２高圧給水加熱器と脱気器間の器内圧力差を演
   算し両者間のドレン回収条件を算出する手段と、を有
   し、算出された回収条件により前記第２高圧給水加熱器
   からのドレンを前記脱気器または前記第１高圧給水加熱
   器のいずれに回収するかを判断することを特徴とする給
   水加熱器ドレン水位制御装置。