JP3150536B2

JP3150536B2 - 定圧貫流ボイラの給水・燃料比率制御装置

Info

Publication number: JP3150536B2
Application number: JP15380094A
Authority: JP
Inventors: 秀也園田; 通夫小山田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH0821603A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定圧貫流ボイラにおけ
る給水・燃料の投入比率を決定する水燃比制御に適用さ
れる定圧貫流ボイラの給水・燃料比率制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、本発明の対象となる火力発電プ
ラントにおける定圧貫流ボイラの水蒸気系統部分の概略
構成を示したものである。図３において、１ａ，１ｂは
並列的に設けられた給水ポンプで、一方の給水ポンプ１
ａに給水制御用タービン５３により駆動され、他方の供
水ポンプ１ｂｂは電動モータ５４により駆動される。そ
して、上記給水ポンプ１ａ，１ｂにより供給される水
は、給水ヒーター２で加熱された後、節炭器３を通り、
混合球４において、後述するボイラ９内の水冷壁１０の
出口側から逆止弁５を介して還流される蒸気と混合さ
れ、更にボイラ循環ポンプ６により圧力が高められてボ
イラ９へ供給される。上記ボイラ循環ポンプ６には、逆
止弁７が並列的に設けられる。上記ボイラ９への燃料
は、燃料調節弁５５を介して供給される。

【０００３】上記ボイラ９には、水冷壁１０、１次過熱
器１１、２次過熱器１２が設けられ、水冷壁１０の入口
加熱水温度が水冷壁入口温度（Ｔwwi ）発信器１３によ
り計測され、水冷壁１０の出口蒸気温度が水冷壁出口温
度（Ｔwwo ）発信器１４により計測される。上記水冷壁
入口温度（Ｔwwi ）発信器１３及び水冷壁出口温度（Ｔ
wwo ）発信器１４により計測された信号は、給水・燃料
比率制御装置（水燃比制御装置）６０に送られる。

【０００４】また、１次過熱器１１と２次過熱器１２と
の間に過熱低減器１５が設けられ、この過熱低減器１５
にスプレー水が過熱器スプレー調節弁（ＩＳ弁）１６を
介して供給される。そして、２次過熱器１２の複数の出
口、例えば４つの出口からそれぞれ配管を介して蒸気が
取り出され、その後、合流により主蒸気となって発電用
タービン（図示せず）へ送られると共に、その一部が蒸
気調節弁５６を介して給水制御用タービン５３へ送られ
る。上記２次過熱器１２の４つの出口側の蒸気温度は、
最終過熱出口温度発信器１７ａ〜１７ｄにより検出さ
れ、その検出信号ＴFSO が上記給水・燃料比率制御装置
６０へ送られる。この給水・燃料比率制御装置６０に
は、更に自動プラントコントローラ６２から発電機出力
指令（発電量指令）ＭＷＤが入力されると共に、昇温制
御部６４からボイラ入力先行信号ＢＩＲが与えられる。
上記給水・燃料比率制御装置６０は、上記各入力信号に
基づいて演算動作を実行し、水燃比信号を各量演算回路
６５へ出力する。この各量演算回路６５は、上記水燃比
信号に基づいて燃料制御信号及び給水制御信号を演算に
より求め、燃料制御信号を燃料制御部６６に出力し、給
水制御信号を給水ポンプ回転数制御部６７へ出力する。
燃料制御部６６は、燃料制御信号に基づいて燃料調節弁
５５を調節し、給水ポンプ回転数制御部６７は、給水制
御信号に基づいて蒸気調節弁５６を調節する。

【０００５】上記給水・燃料比率制御装置６０は、従来
では図４に示すように構成されている。即ち、自動プラ
ントコントローラ６２より与えられる発電機出力指令Ｍ
ＷＤは、関数発生器（可変ゲイン）２１，２２に入力さ
れる。また、温度設定器６１により設定された水冷壁出
口温度設定値Ｔwws と上記水冷壁出口温度発信器１４か
ら送られてくる水冷壁出口温度Ｔwwo との偏差が減算器
２３で求められる。そして、この減算器２３から出力さ
れる偏差信号と上記関数発生器２１の出力信号が乗算器
２４で乗算され、その乗算結果がボイラ入力先行信号Ｂ
ＩＲと加算器２５で加算された後、加算器３０に入力さ
れる。上記ボイラ入力先行信号ＢＩＲは、昇温制御部６
４から与えられるもので、発電量の変化中においても、
主蒸気温度を安定に制御するため先行的に燃料の増減を
行なわせる信号である。

【０００６】また、上記最終過熱出口温度発信器１７ａ
〜１７ｄの出力信号ＴFSO は、平均値演算器２６に入力
されてその平均値が求められる。この平均値は減算器２
７に入力され、温度設定器６３により設定された主蒸気
温度設定値ＴFSS との偏差が求められ、更に乗算器２８
において上記関数発生器２２の出力と間で乗算される。
この乗算器２８の出力は、比例積分演算器２９により演
算処理され、その演算結果が加算器３０で上記加算器２
５の出力と加算されて水燃比信号となり、各量演算回路
６５へ送られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】水燃比制御は、タービ
ンに送る良好な蒸気温度、圧力を得るための給水・燃料
の比率制御であり、従来の制御方法は、上記のように設
定値Ｔwws に加え、先行的に最終加熱器出口蒸気温度Ｔ
FSO 平均とその設定値ＴFSS との偏差、水冷壁出口温度
Ｔwwo とその設定値Ｔwws との偏差及びボイラ入力先行
信号（ＢＩＲ）を与えた制御回路となっている。

【０００８】従って、主蒸気温度変化は、水冷壁１０の
入口加熱水温度変化、水冷壁１０の出口蒸気温度Ｔwwo
変化の影響を受ける。通常、１次過熱器１１の出口蒸気
温度変化は、過熱器スプレー調節弁１６により相殺され
るため、従来では、水冷壁１０の出口温度Ｔwwo 変化を
検知し、給水・燃料比率制御部の先行信号としている。

【０００９】しかしながら、水冷壁１０の出口温度は、
水冷壁入口流体温度に影響を受けるため、より良い経済
性、運用性を得るには、水冷壁入口温度変化も先行信号
として用いる必要がある。

【００１０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、水冷壁入口温度変化についても先行信号として用い
ることができ、ボイラ起動時より、定格負荷まで良好な
制御結果が得られる定圧貫流ボイラの給水・燃料比率制
御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る定圧貫流ボ
イラの給水・燃料比率制御装置は、定圧貫流ボイラの水
冷壁入口温度の偏差を検出する偏差検出手段と、この手
段により検出された水冷壁入口温度偏差信号に基づいて
上記水冷壁入口温度の上昇及び下降を検知する検知手段
と、この手段により水冷壁入口温度の上昇が検知された
場合には給水・燃料比率を下げるための設定値、水冷壁
入口温度の下降が検知された場合には給水・燃料比率を
上げるための設定値を選択する手段と、この手段により
選択された設定値に対して上記水冷壁入口温度偏差信号
に応じた関数を乗算し、更に、実際の発電量に応じた関
数を乗算して水冷壁入口温度偏差先行信号を作成する手
段と、この手段により作成された水冷壁入口温度偏差先
行信号を主蒸気温度変化に基づく給水・燃料比率信号に
加算して主蒸気温度制御を行なう温度制御手段とを具備
したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】水冷壁入口温度を一次遅れ要素及び減算器に入
力し、「一次遅れ＋微分」の近似を行なって水冷壁入口
温度偏差信号を求める。この水冷壁入口温度偏差信号に
基づいて水冷壁入口温度の上昇あるいは下降を検知し、
この検知信号に基づいて水冷壁入口温度先行信号を求め
る。この水冷壁入口温度先行信号は、水冷壁入口温度が
変化していない定常状態においては、“０”となってい
る。

【００１３】水冷壁入口温度が上昇あるいは下降した場
合には、その検知信号に基づいて予め設定された値が選
択される。即ち、水冷壁入口温度が上昇した場合は水燃
比を下げることを目的とする値、また、水冷壁入口温度
が下降した場合は水燃比を上げることを目的とする値が
選択される。この選択された設定値は、例えばレート付
アナログ切替器に入力され、緩やかな変化率で変化しな
が出力される。そして、このレート付アナログ切替器か
ら出力される信号は、水冷壁入口温度偏差量に応じた関
数と乗算され、更に、実際の発電量に応じた関数と乗算
され、その乗算結果が水冷壁入口温度先行信号として取
り出される。

【００１４】上記水冷壁入口温度先行信号は、レベルを
調整された後、従来の水燃比信号、つまり、水冷壁出口
温度に基づく先行信号と加算されて水燃比信号となる。
そして、この水燃比信号により、主蒸気温度が制御され
る。

【００１５】上記のようにして、水冷壁入口温度を基づ
く水冷壁入口温度先行信号を求め、主蒸気温度変化に基
づく水燃比信号に加算することにより、定圧貫流ボイラ
の挙動変化に対し、より速く追従した水燃比制御を行な
うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１及び図２は、本発明の一実施例に係る定圧
貫流ボイラの給水・燃料比率制御装置６０ａ，６０ｂの
構成図である。図１の給水・燃料比率制御装置（水燃比
制御装置）６０ａは、水冷壁入口の温度に基づく先行信
号（Ｔwwi 先行信号）を発生する回路部分、図２の給水
・燃料比率制御装置６０ｂは、上記水冷壁入口の温度変
化の先行信号及び他の信号に基づいて水燃比信号を発生
する回路部分を示している。

【００１７】本発明では、水冷壁出口の蒸気温度の変化
だけでなく、水冷壁入口温度（流体温度）の変化も先行
信号として用いるもので、この水冷壁入口の温度変化の
先行信号（Ｔwwi 先行信号）を図１に示す回路により作
成している。

【００１８】即ち、上記図３に示す水冷壁入口温度発信
器１３からの信号Ｔwwi を一次遅れ要素３１に入力し、
この一次遅れ要素３１の出力と上記水冷壁入口温度発信
器１３からの信号Ｔwwi との偏差を減算器３２により求
めている。この減算器３２により求めた水冷壁入口温度
（Ｔwwi ）偏差信号は、関数発生器（可変ゲイン）３３
に入力されると共に、デッドバンド３４を介して低モニ
タ３５，高モニタ３６に入力される。上記関数発生器３
３のゲインは、プラント特性から求めて設定される。上
記デッドバンド３４は、信号の微小変化を無視するため
のもので、本実施例に於いては入力信号が「−１」〜
「１」の間は出力を「０」に保持する。上記低モニタ３
５，高モニタ３６は、上限及び下限がパラメータとして
設定され、その入力が上限、下限を越えた時に出力Ｙを
“１”とし、それ以外では“０”に保っている。この場
合、低モニタ３５は、例えば上限値ＨＬが「９９９
９」、下限値ＬＬが「−１」に設定されて水冷壁入口温
度（Ｔwwi ）下降中信号を出力する。また、高モニタ３
６は、上限値ＨＬが「１」、下限値ＬＬが「−９９９
９」に設定されて水冷壁入口温度（Ｔwwi ）上昇中信号
を出力する。また、低モニタ３５，高モニタ３６の出力
は、ＯＲ回路３７を介して水冷壁入口温度（Ｔwwi ）変
化中信号として取り出される。

【００１９】そして、上記水冷壁入口温度（Ｔwwi ）上
昇中信号は、アナログ切替器３８の制御端子に入力さ
れ、水冷壁入口温度（Ｔwwi ）変化中信号はオフディレ
イ３９及びオンディレイ４０を介してアナログ切替器４
１の制御端子に入力される。上記オフディレイ３９及び
オンディレイ４０の値は、例えば１０秒に設定される。

【００２０】上記アナログ切替器３８には、定値設定器
４２，４３が接続される。アナログ切替器３８は、水冷
壁入口温度（Ｔwwi ）上昇中信号が“０”の時に定値設
定器４２の値を選択し、水冷壁入口温度（Ｔwwi ）上昇
中信号が“１”の時に定値設定器４３の値を選択してア
ナログ切替器４１へ出力する。また、このアナログ切替
器４１には、定値設定器４４が接続される。上記定値設
定器４２には、水冷壁入口温度（Ｔwwi ）が下降中に水
燃比を上げる目的で例えば「５０」の値が設定される。
定値設定器４３には、水冷壁入口温度（Ｔwwi ）が上昇
中に水燃比を下げる目的で例えば「−５０」の値が設定
される。そして、定値設定器４４には、水冷壁入口温度
（Ｔwwi ）が完全安定中に水燃比に影響を与えない目的
で「０」の値が設定される。

【００２１】アナログ切替器４１は、水冷壁入口温度
（Ｔwwi ）変化中信号が“１”になって１０秒後にアナ
ログ切替器３８の出力を選択し、水冷壁入口温度（Ｔww
i ）変化中信号が“０”になって１０秒後に定値設定器
４４を選択してレート付アナログ切替器４５へ出力す
る。このレート付アナログ切替器４５の制御端子には、
零値設定器４６が接続される。レート付アナログ切替器
４５は、制御端子に入力されるデジタル信号が“１”の
ときレート無し、“０”のとき所定のレートでアナログ
信号を切替える。本実施例では、レート付アナログ切替
器４５が常に所定のレートで信号が切替え動作するよう
に零値設定器４６を用いている。従って、レート付アナ
ログ切替器４５は、アナログ切替器４１から送られてく
る信号の変化に対し、あるレートを持って変化する信号
を出力する。

【００２２】上記レート付アナログ切替器４５から出力
される信号は、乗算器４７に入力されて関数発生器３３
の出力と乗算され、その結果が乗算器４８へ送られる。
また、この乗算器４８には、自動プラントコントローラ
６２から送られてくる実際の発電量（実ＭＷ）が可変ゲ
インの関数発生器４９を介して入力される。この関数発
生器４９のゲインは、プラント特性から求めて設定され
る。乗算器４８は、乗算器４７と関数発生器４９からの
信号を乗算し、その乗算結果を水冷壁入口温度（Ｔwwi
）先行信号ＴＩＲとして図２の回路へ出力する。

【００２３】この図２に示す給水・燃料比率制御装置６
０ｂは、前記図４に示した回路において、加算器３０の
出力側に加算器５１を設け、この加算器５１に上記図１
の回路から送られてくる水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行
信号ＴＩＲをゲイン設定器５２を介して入力している。
即ち、図１の回路により生成した水冷壁入口温度（Ｔww
i ）先行信号ＴＩＲをゲイン設定器５２に入力してゲイ
ンＰを乗じ、その乗算結果と加算器３０の出力とを加算
器５１で加算し、水燃比信号として各量演算回路６５へ
出力するように構成したものである。その他は、図４に
示した給水・燃料比率制御部と同様の構成であるので、
詳細な説明は省略する。

【００２４】次に上記実施例の動作を説明する。まず、
図１により水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩＲを
求める場合の動作について説明する。図３の水冷壁入口
温度発信器１３から送られてくる水冷壁入口温度（流体
温度）を一次遅れ要素３１及び減算器３２に入力し、
「一次遅れ＋微分」の近似を行なって水冷壁入口温度
（Ｔwwi ）偏差信号を求める。このとき減算器３２から
出力される水冷壁入口温度（Ｔwwi ）偏差信号は、水冷
壁入口温度が一定の時は「０」、下降中の時は「−」、
上昇中は「＋」の値となる。そして、上記水冷壁入口温
度（Ｔwwi ）偏差信号は、微小変化を無視するためにデ
ッドバンド３４を介して低モニタ３５，高モニタ３６へ
送られる。低モニタ３５は、水冷壁入口温度が下降して
いるときに“１”信号を出力し、その他の状態では
“０”信号を出力する。また、高モニタ３６は、水冷壁
入口温度が上昇しているときに“１”信号を出力し、そ
の他の状態では“０”信号を出力する。従って、ＯＲ回
路３７からは、水冷壁入口温度が下降あるいは上昇して
いるときに“１”となる水冷壁入口温度（Ｔwwi ）変化
中信号が出力される。

【００２５】しかして、水冷壁入口温度が変化していな
い定常状態においては、ＯＲ回路３７から出力される水
冷壁入口温度（Ｔwwi ）変化中信号が“０”であるの
で、定値設定器４４の設定値「０」がアナログ切替器４
１により選択され、レート付アナログ切替器４５及び乗
算器４７、４８を介して水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行
信号ＴＩＲとして出力される。従って、この水冷壁入口
温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩＲは、定常値が“０”とな
っている。

【００２６】そして、水冷壁入口温度が変化し、ＯＲ回
路３７から水冷壁入口温度（Ｔwwi）変化中信号
（“１”）が出力されると、この水冷壁入口温度（Ｔww
i ）変化中信号がオフディレイ３９、オンディレイ４０
を介してアナログ切替器４１に入力される。これにより
アナログ切替器４１が定値設定器４４からアナログ切替
器３８側に切替えられる。このときアナログ切替器３８
は、高モニタ３６から出力される水冷壁入口温度（Ｔww
i ）上昇中信号が“１”であれば水燃比を下げる目的で
定値設定器４３の設定値「−５０」を選択し、水冷壁入
口温度（Ｔwwi ）上昇中信号が“０”、つまり、温度が
下降中であれば水燃比を上げる目的で定値設定器４２の
設定値「５０」を選択して出力する。このアナログ切替
器３８により選択された信号が、更にアナログ切替器４
１を通ってレート付アナログ切替器４５に入力される。
即ち、アナログ切替器４１は、水冷壁入口温度（Ｔwwi
）変化中信号が“１”になると、その１０秒後にオフ
ディレイ３９及びオンディレイ４０を経て入力される信
号によりアナログ切替器３８の出力を選択してレート付
アナログ切替器４５へ出力する。

【００２７】このレート付アナログ切替器４５は、アナ
ログ切替器４１からの入力信号を緩やかな変化率（レー
ト）で変化させながら出力する。そして、このレート付
アナログ切替器４５から出力される信号が乗算器４７に
入力され、関数発生器３３から水冷壁入口温度（Ｔwwi
）偏差信号に応じて出力される関数と乗算される。更
に、この乗算結果が乗算器４８に入力され、関数発生器
４９から出力される実際の発電量に応じた関数と乗算さ
れ、その乗算結果が水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号
ＴＩＲとなる。

【００２８】図２の給水・燃料比率制御装置６０ｂは、
上記水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩＲをゲイン
設定器５２によりゲインＰを乗じてレベルを調整し、そ
の結果を加算器５１に入力する。この加算器５１は、加
算器３０から出力される従来の水燃比信号に上記レベル
調整した水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩＲを加
算して水燃比信号とする。

【００２９】そして、上記水燃比制御により水冷壁入口
温度が定常状態になると、アナログ切替器４１は再び定
値設定器４４の設定値「０」を選択し、レート付アナロ
グ切替器４５、乗算器４７、乗算器４８を介して出力
し、この結果、水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩ
Ｒは、定常値“０”となる。

【００３０】上記のようにして、水冷壁入口温度を基づ
く水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号ＴＩＲを求め、水
冷壁出口温度変化に基づく水燃比に加算することによ
り、定圧貫流ボイラの挙動変化に対し、より速く追従し
た水燃比制御を行なうことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、水
冷壁入口温度が継続的に変化した際に水冷壁入口温度
（Ｔwwi ）温度変化中の水冷壁入口温度（Ｔwwi ）偏差
量及び負荷に対応した設定値をそれぞれ可変ゲインとし
て乗算して水冷壁入口温度（Ｔwwi ）先行信号とし、主
蒸気温度変化に基づく水燃比信号に加算するようにした
ので、定圧貫流ボイラの挙動変化に対し、より速く追従
した水燃比制御を行なうことができ、ボイラ起動時より
定格負荷まで常に良好なボイラ制御を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る水冷壁入口温度に基づ
く給水・燃料比率制御装置の一部を示す回路構成図。

【図２】同実施例における給水・燃料比率制御装置の他
の部分を示す回路構成図。

【図３】本発明の対象となる火力発電プラントにおける
定圧貫流ボイラの水蒸気系統部分の概略構成を示す図。

【図４】従来の給水・燃料比率制御回路の構成図。

【符号の説明】１３水冷壁入口温度（Ｔwwi ）発信器１４水冷壁出口温度（Ｔwwo ）発信器２１，２２関数発生器２３減算器２４，２８乗算器２６平均値演算器２９比例積分演算器３０，５１加算器３１一次遅れ要素３３，４９関数発生器３４デッドバンド３５低モニタ３６高モニタ３８，４１アナログ切替器３９オフディレイ４０オンディレイ４２，４３，４４定値設定器４５レート付アナログ切替器４６零値設定器５２ゲイン設定器６０，６０ａ，６０ｂ給水・燃料比率制御装置６１，６３温度設定器６２自動プラントコントローラ６４昇温制御部６５各量演算回路６６燃料制御部６７給水ポンプ回転数制御部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定圧貫流ボイラの水冷壁入口温度の偏差
を検出する偏差検出手段と、この手段により検出された
水冷壁入口温度偏差信号に基づいて上記水冷壁入口温度
の上昇及び下降を検知する検知手段と、この手段により
水冷壁入口温度の上昇が検知された場合には給水・燃料
比率を下げるための設定値、水冷壁入口温度の下降が検
知された場合には給水・燃料比率を上げるための設定値
を選択する手段と、この手段により選択された設定値に
対して上記水冷壁入口温度偏差信号に応じた関数を乗算
し、更に、実際の発電量に応じた関数を乗算して水冷壁
入口温度偏差先行信号を作成する手段と、この手段によ
り作成された水冷壁入口温度偏差先行信号を主蒸気温度
変化に基づく給水・燃料比率信号に加算して主蒸気温度
制御を行なう温度制御手段とを具備したことを特徴とす
る定圧貫流ボイラの給水・燃料比率制御装置。