JP3285946B2 - 変圧貫流ボイラの蒸気温度制御装置 - Google Patents

変圧貫流ボイラの蒸気温度制御装置

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JP3285946B2 JP22425492A JP22425492A JP3285946B2 JP 3285946 B2 JP3285946 B2 JP 3285946B2 JP 22425492 A JP22425492 A JP 22425492A JP 22425492 A JP22425492 A JP 22425492A JP 3285946 B2 JP3285946 B2 JP 3285946B2
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は変圧貫流ボイラの蒸気温
度を蒸気温度設定信号の近傍に維持するのに好適な変圧
貫流ボイラの蒸気温度制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年急増する電力需要に応えるために大
容量の火力発電所が建設されているが、これらのボイラ
は部分負荷時においても高い発電効率を得るために、超
臨界圧から亜臨界圧へ変圧運転を行なうことが要求され
ている。
【0003】これは最近の電力需要の特徴として、原子
力発電の伸びと共に、負荷の最大と最小の差も増大し、
火力発電はベースロード用から負荷調整用へと移行する
傾向にあるからである。
【0004】つまり、火力発電はボイラ負荷が常に全負
荷で運転されるものは少なく、負荷を75%負荷、50
%負荷、25%負荷へと負荷を上げ、下げして運転した
り、運転を停止するなど、いわゆる毎日起動停止(Da
ily Start Stop以下単にDSSという)
運転を行なって中間負荷を担うのである。
【0005】このように火力発電は部分負荷での運転が
増えた場合、負荷に応じて圧力を変化させて運転する、
いわゆる全負荷では超臨界圧域、部分負荷では亜臨界負
荷圧域で運転するDSS運転を行なうことによって、部
分負荷での発電効率を数%向上させることができる。
【0006】図3は変圧貫流ボイラの概略系統図、図4
は縦軸に蒸気圧力、横軸にボイラ負荷を示す特性曲線
図、図5は従来技術の燃料制御系統図、図6はボイラ伝
熱面の配置を示す断面図である。
【0007】図3および図6において、1は給水ポン
プ、2は給水流量調整弁、4は節炭器、5は水冷壁、6
は煙道蒸発器、7は気水分離器で、これらによって給水
系統3が形成されている。8は貯水タンク、9は再循環
ポンプで、これらによって再循環系統10が形成されて
いる。11は1次過熱器、12は2次過熱器、13は3
次過熱器でこれらによって主蒸気系統14が形成されて
いる。15は2次過熱器スプレ流量調整弁、16は3次
過熱器スプレ流量調整弁、17は2次、3次スプレ配
管、18は高圧タービン、19は再熱器、20は中、低
圧タービンである。
【0008】従来の変圧貫流ボイラの概略系統は図3に
示す様に、給水ポンプ1によって昇圧された給水は、給
水流量調整弁2を通って、節炭器4、水冷壁5及び煙道
蒸発器6の給水系統3を通過して熱吸収を受け、気水分
離器7において、蒸気と水に分離され、水は貯水タンク
8を通り、再循環ポンプ9よりなる再循環系統10より
節炭器4へ再循環される。一方、蒸気は、1次過熱器1
1、2次過熱器12及び3次過熱器13の主蒸気系統1
4で過熱され、2次過熱器スプレ流量調整弁15及び3
次過熱器スプレ流量調整弁16を流れる2次、3次スプ
レ配管17の給水によって蒸気温度が調整され、所定の
蒸気温度となった蒸気は高圧タービン18に供給され
る。高圧タービン18で仕事を終えた蒸気の大部分は、
再熱器19で再熱され、中・低圧タービン20に供給さ
れる。
【0009】この変圧貫流ボイラは、負荷が高くなり、
煙道蒸発器6の出口で蒸発が完了すると、気水分離器7
には蒸気のみが供給される。この場合には、再循環ポン
プ9を停止し、水/蒸気系統は貫流運転となる。この貫
流運転状態では、ボイラ負荷に応じて、給水量を変え、
蒸気圧力を図4に示すように制御すると、すなわち、変
圧運転すると低負荷時のプラント効率が改善できる。
【0010】特に、貫流運転時には、高負荷変化率で運
用すると、タービン入口の蒸気温度が変動しやすく、こ
の変動幅が蒸気温度設定信号に対して大きい場合には、
タービンの寿命消費が大きくなること、また、プラント
効率の低下等の問題がある。
【0011】貫流運転時の主蒸気系統14の蒸気温度制
御は、基本的には、給水流量と燃料流量の比、すなわ
ち、水・燃比を一定に維持することである。
【0012】給水流量の制御は、主蒸気圧力が図4に示
した変圧パターンになるよう、給水量を調整するが、給
水量に対する蒸気圧力の応答は比較的早いので容易に制
御できる。
【0013】一方、燃料流量の制御は、図5に示したよ
うに、負荷要求設定器21からの負荷要求設定信号22
より関数発生器23によって、静特性上から決定される
燃料流量先行信号24と、負荷要求設定信号22を微分
器25で微分した負荷変化率燃料流量先行信号26を加
算器27で加算した燃料流量補正先行信号28を加算器
29に入力する。加算器29では、1次過熱器出口蒸気
温度検出器30の蒸気温度検出信号31と、負荷要求設
定器21からの負荷要求設定信号22から関数発生器3
2によって決められる1次過熱器出口蒸気温度設定信号
33とを引算器34で比較し、この偏差信号35を調節
計36で出力信号45を処理し、前記加算器27からの
燃料流量補正先行信号28を加算する。この加算器29
の出力信号は燃料流量デマンド信号37であり、この燃
料流量デマンド信号37と燃料流量検出器38の燃料流
量検出信号39を引算器40で偏差信号41とし、この
偏差信号41を調節計42で信号処理し、この調節計4
2の出力信号43にもとづいて燃料流量調整弁44を
開、閉することにより燃料流量を調整していた。
【0014】しかしながら、この燃料流量制御方式にお
いては、以下のような問題が発生する。例えば、高速で
負荷降下させる場合には、図4に示すように蒸気圧力も
急速に低下する。このとき、火炉水冷壁5及び煙道蒸発
器6の熱容量が大きいために、水冷壁5及び煙道蒸発器
6のメタル温度は急速には低下しないので、メタルから
水/蒸気への放熱量が増加して、気水分離器7の出口の
蒸気温度は、静的にバランスする温度よりも上昇する。
このため、1次過熱器出口蒸気温度検出器30からの蒸
気温度検出信号31も静的な値より上昇するので、図5
の燃料流量制御方式では、調節計36の出力信号45は
負の値となり、燃料流量は低下することになる。このよ
うに、燃料流量が静的なバランス値よりも低下すると、
図6に示すように、再熱器19の入口ガス温度が低下
し、再熱器19の熱吸収量の低下によって、再熱器出口
蒸気温度、すなわち、中・低圧タービン20の入口蒸気
温度が低下する。再熱器出口蒸気温度は、通常ガス再循
環流量によって制御されるが、再熱蒸気温度の低下が大
きい場合には、ガス再循環量を増加させるために図示し
ていないガス再循環ファンの容量が過大となり、この動
力の増加が問題となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の蒸気温度制
御装置においては高速負荷変動時における再熱器出口の
蒸気温度の変動が大きく、中・低圧タービンの寿命消費
が大きくなる欠点があった。本発明はかかる従来技術の
欠点を解消しようとするもので、その目的とするところ
は、高速負荷変動時であっても再熱器出口の蒸気温度の
変動が小さく、中・低圧タービンの寿命消費が少ない蒸
気温度制御装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、1次過熱器の入口から出口に1次過熱器
バイパス制御弁を有する1次過熱器バイパスラインと、
1次過熱器の入口に1次過熱器入口スプレ流量調整弁を
有する1次過熱器スプレ配管を設けたのである。さらに
詳述するならば、1次過熱器の入口から出口にかけて設
けられ1次過熱器バイパス制御弁を有する1次過熱器バ
イパスラインと、その1次過熱器バイパスラインの入口
と1次過熱器の入口の間に接続され1次過熱器スプレ流
量調整弁を有する1次過熱器スプレ配管と、負荷要求設
定器と、前記1次過熱器の出口側に設けられた蒸気温度
検出器と、前記負荷要求設定器からの負荷要求設定信号
に基づいて求められた1次過熱器出口蒸気温度設定信号
と前記蒸気温度検出器からの1次過熱器出口蒸気温度検
出信号との偏差を求める引算器と、その引算器からの偏
差信号に基づいて前記1次過熱器スプレ流量調整弁を開
閉操作をする例えば後述する調節計58などの第1の調
節計と、前記負荷要求設定器からの負荷要求設定信号に
基づいて負荷先行信号を求める例えば後述する微分器5
9や係数器61などからなる負荷先行信号演算器と、前
記引算器からの偏差信号に基づいて補正信号を出力する
例えば後述する調節計64などの第2の調節計と、前記
負荷先行信号と補正信号に基づいて前記1次過熱器バイ
パス制御弁を開閉操作する例えば後述する加算器63な
どの演算器とを備えたことを特徴とするものである。
【0017】
【作用】1次過熱器をバイパスする蒸気流量を1次過熱
器バイパス制御弁の開操作により増加させるとともに、
1次過熱器入口に低温のスプレ水を注入することによ
り、1次過熱器出口蒸気温度の上昇が抑えられるように
なる。それによって、燃料供給量の絞り込みが抑制され
るので、再熱器出口蒸気温度は蒸気温度設定信号から大
きくはずれることがない。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は本発明の実施例に係る蒸気温度制御装置を示
す概略構成図、図2は図1の蒸気温度制御系統図であ
る。図1において、11は1次過熱器、14は主蒸気系
統で従来のものと同一のもを示す。46は1次過熱器バ
イパス制御弁、47は1次過熱器バイパスライン、48
は1次過熱器入口スプレ流量調整弁、49は1次過熱器
スプレ配管、50は1次過熱器出口蒸気温度検出器、5
1は1次過熱器出口蒸気温度検出信号である。
【0019】この様な構造において、1次過熱器出口蒸
気温度検出器50の1次過熱器出口蒸気温度検出信号5
1に対応して、1次過熱器バイパスライン47の1次過
熱器バイパス制御弁46及び1次過熱器スプレ配管49
の1次過熱器入口スプレ流量調整弁48を開、閉して蒸
気温度を制御するようにしたものである。
【0020】図2において、46は1次過熱器バイパス
制御弁、47は1次過熱器バイパスライン、48は1次
過熱器入口スプレ流量調整弁、49は1次過熱器スプレ
配管、50は1次過熱器出口蒸気温度検出器、51は1
次過熱器出口蒸気温度検出信号で図1のものと同一のも
のを示す。
【0021】以下、図2を用いて1次過熱器バイパス制
御弁46と1次過熱器入口スプレ流量調整弁48の開・
閉操作について説明する。
【0022】図2において、負荷要求設定器52からの
負荷要求設定信号53を関数発生器54に入力し、1次
過熱器出口蒸気温度設定信号55を求め、引算器56に
おいて1次過熱器出口蒸気温度検出器50からの1次過
熱器出口蒸気温度検出信号51との偏差信号57を、調
節計58で信号処理して、1次過熱器入口スプレ流量調
整弁48を開、閉操作する。
【0023】一方、負荷要求設定器52からの負荷要求
設定信号53を微分器59に入力して負荷変化率信号6
0を求め、係数器61で一定の値を掛け合わせた信号、
すなわち負荷先行信号62を加算器63に入力する。加
算器63では、偏差信号57を調節計64で信号処理し
た補正信号65と前記の負荷先行信号62を加算し、こ
の加算器63の出力信号66にもとづいて1次過熱器バ
イパス制御弁46を開開操作する。
【0024】なお、負荷先行信号62は、1次過熱器1
1の伝熱おくれを補償するためのものである。要する
に、本発明においては、1次過熱器バイパス制御弁46
及び1次過熱器入口スプレ流量調整弁48を併用して、
高速負荷変化時における1次過熱器出口蒸気温度を設定
信号55の近傍に維持できる。
【0025】このように、1次過熱器出口蒸気温度の制
御性を向上させることにより、図5に示した燃料供給量
制御において、調節計36の出力信号45が小さくな
り、燃料供給量は、負荷要求設定信号22に対応した静
的バランス量(関数発生器23の燃料流量先行信号2
4)と負荷変化率燃料流量先行信号26(微分器25の
出力信号)より決定される。
【0026】したがって、高速負荷変動時においても、
燃料供給量は、静的バランス量とオーバ/アンダファイ
アリング量の合計値(通常オーバ/アンダファイアリン
グ量は静的バランス量の10〜20%程度である。)と
なり、再熱器19の入口燃焼ガス温度の変化が軽減さ
れ、再熱器出口蒸気温度の制御性が向上することにな
る。
【0027】このため、中・低圧タービン20の寿命消
費を軽減できるので、ボイラプラントの高負荷変化率運
用が可能となる。
【0028】以上のように、本発明は、変圧貫流ボイラ
の水・燃比制御の基本となる1次過熱器出口蒸気温度の
制御性を向上させたものである。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、高速負荷変動時であっ
ても1次過熱器出口蒸気温度を設定信号近傍に維持する
ことができ、中・低圧タービンの寿命消費が少なくな
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制御装置を示す
概略構成図である。
【図2】図1の蒸気温度制御系統図である。
【図3】変圧貫流ボイラの概略系統図である。
【図4】縦軸に蒸気圧力、横軸にボイラ負荷を示した特
性曲線図である。
【図5】従来技術の燃料制御系統図である。
【図6】ボイラ伝熱面の配置を示す断面図である。
【符号の説明】
11 1次過熱器 12 2次過熱器 13 3次過熱器 14 主蒸気系統 46 1次過熱器バイパス制御弁 47 1次過熱器バイパスライン 48 1次過熱器入口スプレ流量調整弁 49 1次過熱器スプレ配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F22B 35/00 F22G 5/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボイラへの給水が熱吸収を受けて蒸気
    なった後、気水分離器を介して供給される主蒸気系統に
    1次過熱器を有する変圧貫流ボイラにおいて、前記1次過熱器の入口から出口にかけて設けられ1次過
    熱器バイパス制御弁を有する1次過熱器バイパスライン
    と、 その1次過熱器バイパスラインの入口と1次過熱器の入
    口の間に接続され1次過熱器スプレ流量調整弁を有する
    1次過熱器スプレ配管と、 負荷要求設定器と、 前記1次過熱器の出口側に設けられた蒸気温度検出器
    と、 前記負荷要求設定器からの負荷要求設定信号に基づいて
    求められた1次過熱器出口蒸気温度設定信号と前記蒸気
    温度検出器からの1次過熱器出口蒸気温度検出信号との
    偏差を求める引算器と、 その引算器からの偏差信号に基づいて前記1次過熱器ス
    プレ流量調整弁を開閉操作をする第1の調節計と、 前記負荷要求設定器からの負荷要求設定信号に基づいて
    負荷先行信号を求める負荷先行信号演算器と、 前記引算器からの偏差信号に基づいて補正信号を出力す
    る第2の調節計と、 前記負荷先行信号と補正信号に基づいて前記1次過熱器
    バイパス制御弁を開閉操作する演算器と を備えた ことを
    特徴とする変圧貫流ボイラの蒸気温度制御装置。
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CN101137720B (zh) * 2005-03-08 2012-05-30 昭和电工株式会社 灯反射罩用不饱和聚酯树脂组合物及其成型物
CN102759093A (zh) * 2012-08-06 2012-10-31 贵州电力试验研究院 提升锅炉蒸汽温度的方法
KR101453388B1 (ko) 2013-08-26 2014-10-22 (주)귀뚜라미동광 증기보일러의 증기온도 조절장치

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