JP2984097B2 - スチーム使用プラントのスチーム制御方法及びその装置 - Google Patents

スチーム使用プラントのスチーム制御方法及びその装置

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JP2984097B2 JP3183300A JP18330091A JP2984097B2 JP 2984097 B2 JP2984097 B2 JP 2984097B2 JP 3183300 A JP3183300 A JP 3183300A JP 18330091 A JP18330091 A JP 18330091A JP 2984097 B2 JP2984097 B2 JP 2984097B2
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順一 坂口
隆 井村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、既設プラントに接続
されるスチームヘッダを有するスチーム使用プロセスの
スチーム制御方法及びその装置に係り、特に、スチーム
ヘッダからのスチームを蒸気タービンを含む各種スチー
ム使用機器へ供給するようにしたスチーム使用プロセス
において有効なスチーム制御方法及びその装置の改良に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来におけるスチーム使用プラントBと
しては例えば図6に示すようなものがある。これは、既
設プラントAに連結バルブ109を介して接続されるス
チームヘッダ101を有し、このスチームヘッダ101
には蒸気タービン102及び他の各種スチーム使用機器
103を連通接続する一方、既設プラントAからの導入
スチームを流量検出器104にて検出し、このアナログ
検出信号を電子カバナ105へ送出すると共に、この電
子カバナ105からのバルブ開度信号に基づいてカバナ
バルブ106の開度を制御し、既設プラントAからの導
入スチームの流量を一定に調整するようにしたものであ
る。尚、蒸気タービン102にはギア107を介して発
電機108が接続されている。
【0003】この場合において、上記電子ガバナ105
は、例えば流量検出器104からのアナログ検出信号を
デジタル信号である実流量信号に変換するA/D変換器
111と、外部操作盤112からの流量設定値上昇/下
降信号に基づいて導入スチーム流量設定値を設定する流
量設定器113と、流量検出器104からの実流量信号
と流量設定器113からの流量設定値との偏差に基づい
てガハナバルブ106のバルブ開度信号を設定するコン
トローラ(CT)114と、このコントローラ114か
らのバルブ開度信号をアナログ信号に変換するD/A変
換器115とで構成される。
【0004】また、スチームヘッダ101圧は既設プラ
ントAと接続されているため、通常は略一定に維持され
るが、プラントBの運転状況によっては、スチームヘッ
ダ101を利用している他のスチーム使用機器103の
スチーム消費量が変化してスチーム余剰または不足状態
となり、結果としてスチームヘッダ101圧が増減す
る。従って、従来にあっては、例えば上記スチームヘッ
ダ101よりも低圧の低圧スチームヘッダ121と上記
スチームヘッダ101とを連通接続すると共に、両ヘッ
ダ間の連通部にレットダウン弁122を介装する一方、
上記スチームヘッダ101圧を圧力検出器123にて検
出し、この圧力検出器123からの実圧力信号と外部操
作盤124からの圧力設定値上昇/下降信号(圧力設定
信号)との偏差に基づいてコントローラ125を働か
せ、レットダウン弁122のバルブ開度信号を設定し、
スチームヘッダ101圧を一定に保つようにしたものが
考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のスチーム使用プラントにあっては、導入スチーム
量をカバナバルブ106で、スチームヘッダ101圧を
レットダウン弁122で制御するようにしているが、例
えばレットダウン弁122のコントローラ125へ送る
圧力設定値を低く設定した場合には、レットダウン弁1
22の弁開度は図7(a)のような傾向になり、通常運
転時でもスチームをレットダウンすることになる分、ス
チームを無駄に消費してしまうという技術的課題を生じ
る。逆に、レットダウン弁122のコントローラ125
へ送る圧力設定値を高く設定した場合には、レットダウ
ン弁122の弁開度は図7(b)のような傾向になり、
スチームヘッダ101圧が下がったとしても、既にレッ
トダウン弁122が全閉状態になっている事態が起こ
り、スチームヘッダ101圧を制御することができない
という技術的課題が見出された。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、以上の技術
的課題を解決するためになされたものであって、スチー
ムを無駄に消費することなく、スチームヘッダ圧及び導
入スチーム流量を効率良く制御することが可能なスチー
ム使用プラントのスチーム制御方法及びその装置を提供
するものである。
【0007】すなわち、この発明に係るスチーム使用プ
ラントのスチーム制御方法は、図1に示すように、既設
プラントAに接続されるスチームヘッダ1を有し、この
スチームヘッダ1から蒸気タービン2及びその他の各種
使用機器3へスチームを供給するようにしたスチーム使
用プラントBを前提とし、既設プラントAからの実際の
スチーム導入量及びスチーム流量設定値に基づく流量制
御情報に対応してスチームヘッダ1圧の圧力設定値を変
化させた後、当該圧力設定値及び実際のスチームヘッダ
1圧情報に基づいて既設プラントAからのスチーム導入
量がスチーム流量設定値になるように蒸気タービン1へ
のスチーム導入量調整用のタービン流量調整バルブ4を
制御するスチーム基本制御工程と、スチームヘッダ1圧
が圧力設定値の許容下限値未満になった条件下で、スチ
ームヘッダ1圧が圧力設定値の許容下限値未満にならな
いようにタービン流量調整バルブ4を制御するスチーム
圧力下限規制工程と、スチームヘッダ1圧が圧力設定値
の許容上限値を超えた条件下で、スチームヘッダ1圧が
圧力設定値の許容上限値を超えないようにスチームヘッ
ダ1内のスチームを排出するスチーム圧力上限規制工程
とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】そして、このような方法発明を具現化する
装置発明は、図1に示すように、既設プラントAに接続
されるスチームヘッダ1を有し、このスチームヘッダ1
から蒸気タービン2及びその他の各種使用機器3へスチ
ームを供給するようにしたスチーム使用プラントBを前
提とし、スチームヘッダ1及び蒸気タービン2間に介装
されて蒸気タービン2へのスチーム導入量を調整するタ
ービン流量調整バルブ4と、スチームヘッダ1からのス
チーム排出量を調整するスチーム排出調整バルブ5と、
既設プラントAからの実際のスチーム導入量を検出する
スチーム流量検出手段6と、既設プラントAからのスチ
ーム導入量を設定するスチーム流量設定手段7と、実際
のスチームヘッダ1圧を検出するスチーム圧力検出手段
8と、スチームヘッダ1圧を設定するスチーム圧力設定
手段9と、スチームヘッダ1圧の圧力設定値の許容下限
値を設定するスチーム下限圧力設定手段10と、スチー
ムヘッダ1圧の圧力設定値の許容上限値を設定するスチ
ーム上限圧力設定手段11と、上記スチーム流量検出手
段6及びスチーム流量設定手段7からの情報に基づく流
量制御情報を圧力制御情報に変換し、この圧力制御情報
に応じてスチーム圧力設定手段9の圧力設定値を変化さ
せる設定圧力変更手段12と、この設定圧力変更手段1
2及び上記スチーム圧力検出手段8からの情報に基づい
て既設プラントAからのスチーム導入量がスチーム流量
設定値になるように上記タービン流量調整バルブ4の開
度を制御する第一のタービンバルブ制御手段13と、ス
チームヘッダ1圧が圧力設定値の許容下限値未満になっ
た時点で、スチームヘッダ圧1が圧力設定値の下限値未
満にならないように蒸気タービン流量調整バルブ4の開
度を制御する第二のタービンバルブ制御手段14と、ス
チームヘッダ1圧が圧力設定値の許容上限値を超えた時
点で、スチームヘッダ1圧が圧力設定値の許容上限値を
超えないようにスチーム排出調整バルブ5の開度を制御
するスチーム排出バルブ制御手段15とを備えたことを
特徴とするものである。
【0009】このような技術的手段において、上記スチ
ーム排出調整バルブ5としては、スチームヘッダ1のス
チーム圧力を調整できるものであれば、大気放出弁等適
宜選定して差し支えないが、排出スチームを有効に利用
するという観点からすれば、上記スチームヘッダ1とこ
のスチームヘッダ1より低圧の他のスチームヘッダ等と
の接続配管中に介装されるレットダウン弁を用いるよう
にすることが好ましい。
【0010】また、設定圧力変更手段12としては、ス
チーム流量検出手段6及びスチーム流量設定手段7から
の情報に基づく流量制御情報(流量偏差)が流量増加を
示す場合にはスチーム圧力を低下させ、また、流量制御
情報(流量偏差)が流量減少を示す場合にはスチーム圧
力を上昇させるものであれば、連続的に変化させるよう
にしたり、途中に不感帯を設けて不連続的に変化させる
ようにする等適宜設計変更することができる。
【0011】更に、第一のタービンバルブ制御手段1
3,第二のタービンバルブ制御手段14,スチーム排出
バルブ制御手段15については、夫々の圧力偏差に基づ
いて当該圧力偏差を無くすように制御対象バルブの開度
を制御するものであれば、比例、積分、微分動作等を適
宜組み合わせたもの等適宜選定して差し支えない。
【0012】
【作用】上述したような技術的手段の作用をスチーム制
御装置を例に挙げて説明する。図1において、スチーム
流量検出手段6が既設プラントAからの実際のスチーム
導入量を検出すると、設定圧力変更手段12がスチーム
流量検出手段6及びスチーム流量設定手段7からの情報
に基づく流量制御情報を圧力制御情報に変換し、この圧
力制御情報に応じてスチーム圧力設定手段9の圧力設定
値を変化させる。すると、第一のタービンバルブ制御手
段13は上記設定圧力変更手段12及び上記スチーム圧
力検出手段8からの情報に基づいて既設プラントAから
のスチーム導入量がスチーム流量設定値になるように上
記タービン流量調整バルブ4の開度を制御する。
【0013】また、第二のタービンバルブ制御手段14
は、スチームヘッダ1圧がスチーム下限圧力設定手段1
0にて設定された圧力設定値の許容下限値未満になった
時点で、スチームヘッダ圧1が圧力設定値の下限値未満
にならないように蒸気タービン流量調整バルブ4の開度
を制御する。
【0014】更に、スチーム排出バルブ制御手段15
は、スチームヘッダ1圧がスチーム上限圧力設定手段1
1にて設定された圧力設定値の許容上限値を超えた時点
で、スチームヘッダ1圧が圧力設定値の許容上限値を超
えないようにスチーム排出調整バルブ5の開度を制御す
る。
【0015】
【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。図2はこの発明が適用されたス
チーム使用プラントのスチーム制御装置の一実施例であ
る。同図において、スチーム使用プラントBの基本的構
成は、既設プラントAに連結バルブ22を介して接続さ
れるスチームヘッダ21を有し、このスチームヘッダ2
1には蒸気タービン23及び他の各種スチーム使用機器
24を連通接続すると共に、上記スチームヘッダ21と
蒸気タービン23との間にはカバナバルブ25を介装す
る一方、上記スチームヘッダ21より低圧の低圧スチー
ムヘッダ26と上記スチームヘッダ21とを連通接続す
ると共に、両ヘッダ21,26間にはレットダウン弁2
7を介装したものである。尚、蒸気タービン22にはギ
ア28を介して発電機29が接続されており、蒸気ター
ビン22の回転数は発電機29の同期周波数に支配され
ている。
【0016】この実施例において、符号31は既設プラ
ントAからのスチーム導入量を検出する流量検出器(例
えばオリフィス流量計)であり、32は既設プラントA
からのスチーム導入量(流量設定値上昇/下降信号:流
量設定信号)を設定する外部操作盤、33は流量検出器
31からの実流量信号及び外部操作盤32からの流量設
定信号の偏差に対応する流量制御信号(アナログ信号)
を送出する流量コントローラ[図中CTで表示](この
実施例ではPID動作[比例+積分+微分動作からなる
制御動作]のものを使用)、34はスチームヘッダ21
圧を検出する圧力検出器である。
【0017】また、符号40は上記ガバナバルブ25の
開度を制御する電子ガバナであり、上記流量コントロー
ラ33からの流量制御信号及び圧力検出器34からの実
圧力信号を夫々入力信号としている。そして、この実施
例では、上記流量コントローラ33からの流量制御信号
はA/D変換器41にてデジタル信号に変換されるよう
になっており、例えば流量制御信号である4〜20mA
のアナログ信号に対応して単位時間当たりのデジタル信
号のパルス数に変換されている。尚、この場合におい
て、プラントBからプラントAへスチームを供給する必
要性がある場合には、流量コントローラ33の設定を変
え、流量制御信号の中位に導入量0、例えば、流量制御
信号であるアナログ信号を4〜20mAとした場合の1
2mAを0,12mA以下の時にプラントBからプラン
トAへスチームを供給するようにし、一方、12mA以
上の時にプラントAからプラントBへスチームを供給す
るように設定することも可能である。
【0018】この電子ガバナ40において、符号42は
例えば図3に示すような特性にて上記デジタル流量制御
信号を圧力設定値信号に変換する可変設定器であり、例
えばデジタル流量制御信号が所定レベルの流量制御信号
に対し増加した場合(+)には対応するレベルの圧力設
定値下降信号(ー)のパルス数を増やし、一方、デジタ
ル流量制御信号が所定レベルの流量制御信号に対し減少
した場合(ー)には対応するレベルの圧力設定値上昇信
号(+)のパルス数を増やすようになっている。そして
また、この実施例では、上記可変設定器42の圧力設定
値信号は外部操作盤44からの圧力設定値上昇/下降信
号に基づいても変化設定されるようになっている。尚、
この可変設定器42の特性としては、図3に点線で示す
ような不感帯mを設定することにより、流量制御信号の
多少の変化には応答しないようにしてもよい。
【0019】また、45はスチームヘッダ21圧の圧力
設定値の許容下限値(下限圧力設定信号)を設定する低
値設定器であり、外部操作盤44にて任意の値に設定さ
れるようになっている。46は上記可変設定器42から
の圧力設定信号及び低値設定器45からの下限圧力設定
信号のうちいずれか大きい方を選択する信号選択器であ
る。
【0020】更に、符号47は圧力検出器34からの実
圧力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、48
は図4に示す特性にて圧力検出器34からの実圧力信号
と信号選択器46からの信号との偏差に基づくガバナバ
ルブ25の弁開度信号を生成するバルブコントローラ
[図中CTで表示](この実施例ではPID動作のもの
を使用)、49はバルブコントローラ48からの弁開度
信号をアナログ信号に変換するD/A変換器である。
【0021】また、符号51はスチームヘッダ21の圧
力設定値の許容上限値(上限圧力設定信号)を設定する
外部操作盤、52は図5(a)に示す特性にて圧力検出
器34からの実圧力信号と外部操作盤51からの上限圧
力設定信号Pmaxとの偏差に基づくレットダウン弁27
の弁開度信号を生成するバルブコントローラ[図中CT
で表示](この実施例ではPID動作のものを使用)で
あり、結果として、圧力検出器34からの実圧力信号が
上限圧力設定信号Pmaxを超えた場合のみレットダウン
弁27を開くようになっている(図5(b)参照)。よ
り具体的に述べると、図5(a)に示すように、圧力偏
差のPID結果が(+)であればレットダウン弁開度は
開く方向へ、圧力偏差のPID結果が(ー)となればレ
ットダウン弁開度は閉じる方向へ進み、結果として、実
圧力信号が上限圧力設定信号Pmaxを超えると、レット
ダウン弁27が開き出し、圧力偏差のPID結果が0に
なるまで開き続け、このまま圧力偏差が0であればこの
開度を維持し、圧力偏差のPID結果が(ー)になった
時始めてレットダウン弁27が閉じ始める。
【0022】次に、この実施例に係るスチーム使用プラ
ントのスチーム制御装置の作動について説明する。 ◎スチームヘッダ圧安定時(圧力許容範囲内) 今、流量設定信号を実流量信号より少なく設定すると、
流量コントローラ33からの流量制御信号は所定レベル
の流量減少信号(ー)となり、可変設定器42は圧力設
定値上昇信号(+)のパルス数を増加し、現在の圧力設
定値に上記圧力設定値上昇信号(+)のパルス数分だけ
加算された圧力設定信号を出力する(図3参照)。この
ため、上記バルブコントローラ48は弁開度信号を現在
よりも閉じる方向へシフトさせることになり(図4参
照)、カバナバルブ25の開度が閉じ、その分、既設プ
ラントAからのスチーム導入量は減少し、流量設定信号
に対応する設定値を目標値として収束する。
【0023】また、流量設定信号を実流量信号より多く
設定すると、流量コントローラ33からの流量制御信号
は所定レベルの流量増加信号(+)となり、可変設定器
42は圧力設定値下降信号(ー)のパルス数を増加し、
現在の圧力設定値に上記圧力設定値下降信号(ー)のパ
ルス数分だけ減少された圧力設定信号を出力する(図3
参照)。このため、上記バルブコントローラ48は弁開
度信号を現在よりも開く方向へシフトさせることになり
(図4参照)、カバナバルブ25の開度が開き、その
分、既設プラントAからのスチーム導入量は増加し、流
量設定信号に対応する設定値を目標値として収束する。
【0024】◎スチームヘッダ圧減少時(許容下限値未
満) スチーム使用プラントB内のスチーム消費量が増加し、
スチームヘッダ21圧が低下して許容下限値未満に達す
ると、上記バルブコントローラ48は、圧力検出器34
からの実圧力信号と低値設定器45の下限圧力設定信号
との偏差に基づいて弁開度信号を生成し(図4参照)、
スチームヘッダ21圧が下限圧力設定値未満にならない
ようにカバナバルブ25の開度を調整する。
【0025】◎スチームヘッダ圧増加時(許容上限値超
過) スチーム使用プラントB内のスチーム消費量が減少し、
スチームヘッダ21圧が増加して許容上限値を超過する
と、上記バルブコントローラ52は、圧力検出器34か
らの実圧力信号と外部操作盤51の上限圧力設定信号と
の偏差に基づいて弁開度信号を生成し(図5(a)参
照)、スチームヘッダ21圧が上限圧力設定値を超過し
ないようにレットダウン弁27の開度を調整する(図5
(b)参照)。
【0026】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項1及び
2記載の発明によれば、スチームヘッダ圧を設定可能な
ある範囲内に制御でき、しかも、スチームヘッダ圧の圧
力設定値の許容上限値を超えた場合のみスチームヘッダ
内のスチームを排出すると共に、スチームヘッダ圧の圧
力設定値の許容下限値に達しない限り既設プラントから
のスチーム導入量を制御できるようにしたので、スチー
ムを無駄に消費することなく、スチームヘッダ圧及び導
入スチーム流量を効率良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るスチーム使用プラントのスチ
ーム制御方法及びその装置の概略を示す説明図である。
【図2】 この発明が適用されたスチーム使用プラント
のスチーム制御装置の一実施例を示す説明図である。
【図3】 可変設定器42の特性を示すグラフ図であ
る。
【図4】 バルブコントローラ48の特性を示すグラフ
図である。
【図5】 (a)はバルブコントローラ52の特性を示
すグラフ図、(b)はバルブコントローラ52によるレ
ットダウン弁開度特性を示すグラフ図である。
【図6】 従来におけるスチーム使用プラントのスチー
ム制御装置の一例を示す説明図である。
【図7】 従来のコントローラ125によるレットダウ
ン弁開度特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
A…既設プラント,B…スチーム使用プラント,1…ス
チームヘッダ,2…蒸気タービン,3…他のスチーム使
用機器,4…タービン流量調整バルブ,5…スチーム排
出調整バルブ,6…スチーム流量検出手段,7…スチー
ム流量設定手段,8…スチーム圧力検出手段,9…スチ
ーム圧力設定手段,10…スチーム下限圧力設定手段,
11…スチーム上限圧力設定手段,12…設定圧力変更
手段,13…第一のタービンバルブ制御手段,14…第
二のタービンバルブ制御手段,15…スチーム排出バル
ブ制御手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−8802(JP,A) 特開 昭57−112601(JP,A) 実開 昭59−76803(JP,U) 実開 昭63−116703(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01K 7/38 101 F01D 17/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 既設プラント(A)に接続されるスチー
    ムヘッダ(1)を有し、このスチームヘッダ(1)から
    蒸気タービン(2)及びその他の各種使用機器(3)へ
    スチームを供給するようにしたスチーム使用プラント
    (B)において、既設プラント(A)からの実際のスチ
    ーム導入量及びスチーム流量設定値に基づく流量制御情
    報に対応してスチームヘッダ(1)圧の圧力設定値を変
    化させた後、当該圧力設定値及び実際のスチームヘッダ
    (1)圧情報に基づいて既設プラント(A)からのスチ
    ーム導入量がスチーム流量設定値になるように蒸気ター
    ビン(1)へのスチーム導入量調整用のタービン流量調
    整バルブ(4)を制御するスチーム基本制御工程と、ス
    チームヘッダ(1)圧が圧力設定値の許容下限値未満に
    なった条件下で、スチームヘッダ(1)圧が圧力設定値
    の許容下限値未満にならないようにタービン流量調整バ
    ルブ(4)を制御するスチーム圧力下限規制工程と、ス
    チームヘッダ(1)圧が圧力設定値の許容上限値を超え
    た条件下で、スチームヘッダ(1)圧が圧力設定値の許
    容上限値を超えないようにスチームヘッダ(1)内のス
    チームを排出するスチーム圧力上限規制工程とを備えた
    ことを特徴とするスチーム使用プラントのスチーム制御
    方法。
  2. 【請求項2】 既設プラント(A)に接続されるスチー
    ムヘッダ(1)を有し、このスチームヘッダ(1)から
    蒸気タービン(2)及びその他の各種使用機器(3)へ
    スチームを供給するようにしたスチーム使用プラント
    (B)において、スチームヘッダ(1)及び蒸気タービ
    ン(2)間に介装されて蒸気タービン(2)へのスチー
    ム導入量を調整するタービン流量調整バルブ(4)と、
    スチームヘッダ(1)からのスチーム排出量を制御する
    スチーム排出調整バルブ(5)と、既設プラント(A)
    からの実際のスチーム導入量を検出するスチーム流量検
    出手段(6)と、既設プラント(A)からのスチーム導
    入量を設定するスチーム流量設定手段(7)と、実際の
    スチームヘッダ(1)圧を検出するスチーム圧力検出手
    段(8)と、スチームヘッダ(1)圧を設定するスチー
    ム圧力設定手段(9)と、スチームヘッダ(1)圧の圧
    力設定値の許容下限値を設定するスチーム下限圧力設定
    手段(10)と、スチームヘッダ(1)圧の圧力設定値
    の許容上限値を設定するスチーム上限圧力設定手段(1
    1)と、上記スチーム流量検出手段(6)及びスチーム
    流量設定手段(7)からの情報に基づく流量制御情報を
    圧力制御情報に変換し、この圧力制御情報に応じてスチ
    ーム圧力設定手段(9)の圧力設定値を変化させる設定
    圧力変更手段(12)と、この設定圧力変更手段(1
    2)及び上記スチーム圧力検出手段(8)からの情報に
    基づいて既設プラント(A)からのスチーム導入量がス
    チーム流量設定値になるように上記タービン流量調整バ
    ルブ(4)の開度を制御する第一のタービンバルブ制御
    手段(13)と、スチームヘッダ(1)圧が圧力設定値
    の許容下限値未満になった時点で、スチームヘッダ圧
    (1)が圧力設定値の下限値未満にならないように蒸気
    タービン流量調整バルブ(4)の開度を制御する第二の
    タービンバルブ制御手段(14)と、スチームヘッダ
    (1)圧が圧力設定値の許容上限値を超えた時点で、ス
    チームヘッダ(1)圧が圧力設定値の許容上限値を超え
    ないようにスチーム排出流量調整バルブ(5)の開度を
    制御するスチーム排出バルブ制御手段(15)とを備え
    たことを特徴とするスチーム使用プラントのスチーム制
    御装置。
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