JP4539351B2 - ボイラ自動制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラと通風路と通風機のボイラシステム，ボイラへ空気を送る通風機を制御するボイラ自動制御装置及び制御方法に係わる。

従来、一般的には火力発電プラント用の通風機の動力としては商用周波数電源が用いられているが、近年省エネルギーの観点からインバータ（周波数変換装置）の適用が火力発電プラント用の通風機においても始まっている。この場合、通風機を通過する流体（空気あるいは燃焼ガス）の流量を調節するにはインバータの出力すなわち周波数（回転数）とダンパやベーンなどの調節用操作端を用いることになり、種々の制御方式が提案され実施されている（特許文献１）。

特開２００２−２６７１０５号公報

上記従来技術は、一つの通風系統が１台の通風機からなる一般的な構成のシステムに関する技術であり、一つの通風系統が２台の通風機により構成されるシステムの場合については考慮されていない。この場合でも２台の通風機の両方にインバータを適用した場合には従来技術によっても特段の問題は生じないが、コスト削減のために２台の通風機の内の一方のモータのみをインバータ駆動化する場合がある。この場合に、１台の通風機が運転中の状態から２台目の通風機を起動する際にインバータ駆動側の通風機の風量が不安定化する可能性が高くなるという問題がある。本発明は、この点を考慮して安定かつ安全に通風機を起動するための制御方法を確立することを目的とする。

上記課題は、ボイラへの一つの通風系統が複数台の通風機により構成され、その複数台の通風機の内の一部をインバータ駆動化した構成のシステムを制御するボイラ自動制御装置であって、一部の通風機が運転中の状態から他の通風機を起動する際に、インバータ駆動側の通風機の風量の不安定化を生じさせずに安定かつ安全に通風機を起動するのに好適なボイラ自動制御装置を提供することによって解決される。

本発明によれば、複数台の通風機の内の一部をインバータ駆動化した場合の通風機起動において、低回転数でのインバータ駆動側通風機の風量不安定化を避けながら、安定かつ安全に一部通風機を追加した複数台運転に移行させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図２は、本発明を適用する火力発電プラントと制御装置の構成を示す。火力発電プラントは、燃料を燃焼させ熱交換により蒸気を発生させる火炉１と、火炉１に燃焼用の空気を送風する押込通風機２，３（以下、押込通風機２を「Ａ−ＦＤＦ２」、押込通風機３を
「Ｂ−ＦＤＦ３」と称す。）と、Ａ−ＦＤＦ２の動力であるＡ−ＦＤＦモータ４と、Ｂ−ＦＤＦ３の動力であるＢ−ＦＤＦモータ５と、火炉１から排出される燃焼ガスを大気に放出する煙突６と、Ａ−ＦＤＦ２が送風する空気流量を調節するＡ−ＦＤＦ入口ベーン２８と、Ｂ−ＦＤＦ３が送風する空気流量を調節するＢ−ＦＤＦ入口ベーン２９と、火炉１に送風される空気流量を検出するＡ系空気流量検出器１０と、火炉１に送風される空気の風圧を検出するＡ系ＦＤＦ出口通風圧力検出器１２と、図示しないタービン及び発電機等から構成される。

また、Ａ−ＦＤＦモータ４の電源は、主電源１４と、遮断器１５から構成され、Ｂ−
ＦＤＦモータ５の電源は、主電源１４と、遮断器１６と、インバータ９及びインバータ電源用の遮断器１７及び遮断器１８と、商用周波数電源用の遮断器１９から構成される。

ここで、Ａ−ＦＤＦ２，Ｂ−ＦＤＦ３，Ａ−ＦＤＦモータ４，Ｂ−ＦＤＦモータ５，Ａ−ＦＤＦ入口ベーン２８，Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン２９，Ａ系空気流量検出器１０，Ａ系
ＦＤＦ出口通風圧力検出器１２，インバータ９，遮断器１５，遮断器１６，遮断器１７，遮断器１８，遮断器１９はそれぞれ２台ずつあり各々独立した系統を構成している（以下、それぞれの系統をＡ系及びＢ系と称するが、両系統とも同一構成，同一機能であるので特に断りのない限りはＡ系について説明するものとする。）。

また、制御装置は、ボイラのプロセス量の総合的な制御を行うボイラ自動制御装置７と、インバータ９の出力制御を行うインバータ制御装置８から構成される。

尚、本実施形態では火力発電プラントの押込通風機にインバータを適用した場合について説明するが、誘引通風機や一次通風機（微粉炭搬送用空気を送風する装置）など、空気あるいは燃焼ガス通風圧力制御に関わる他の機器に適用した場合でも、本発明によるボイラ自動制御装置は適用可能である。

次に、図２に示した各要素の機能について説明する。ＦＤＦ２，３から送られた空気は、火炉１で燃焼に用いられ燃焼ガスとなり煙突６より排出される。ここで火炉１に送風される空気の流量は、ボイラ負荷あるいは燃料量に応じて規定値に制御されなければならない。この空気流量を制御するためにＦＤＦ２，３から送風される空気流量を調節する操作端がＦＤＦ入口ベーン２８，２９である。以下、ボイラ負荷を一定負荷として説明するが、負荷が変化していても良い。

ボイラ自動制御装置７は、空気流量検出器１０，１１からの空気流量信号２０，２１及びボイラ自動制御装置７に内蔵される制御演算回路の演算結果に基づきＦＤＦ入口ベーン開度指令２４，２５を出力しＦＤＦ入口ベーン２８，２９を駆動して空気流量の制御を行う。さらに、ボイラ自動制御装置７は制御演算回路の演算結果に基づきＢ−ＦＤＦ回転数指令２６を出力する。ボイラ自動制御装置７は、上記の他にも発電機出力や蒸気温度・圧力などの制御も行う装置であるが、ここでは本発明に関連する機能のみ説明する。

インバータ制御装置８は、ボイラ自動制御装置７からのＢ−ＦＤＦ回転数指令２６に基づきインバータ出力指令２７を出力しインバータ９を制御して、Ｂ−ＦＤＦモータ５の回転数（周波数）がボイラ自動制御装置７からのＢ−ＦＤＦ回転数指令２６と同じになるように制御する。

Ｂ−ＦＤＦモータ５の駆動電源は、交流商用周波数の主電源１４から遮断器１６を介し、遮断器１７，インバータ９，遮断器１８を介して供給される。但し、インバータ９やインバータ制御装置８の故障等によりインバータ電源が使用不能となった場合には、遮断器１７及び遮断器１８を引き外して遮断器１９を投入し、電源供給ラインをインバータ側から商用周波数電源側へと切替えるバックアップ機能をボイラ自動制御装置７は持つ。一方、Ａ−ＦＤＦモータ４に対してはインバータを適用せず、駆動電源は、交流商用周波数の主電源１４から遮断器１５を介して供給されるのみである。

本発明が解決しようとする課題は、図２のような構成の火力発電プラントにおいてFDFを起動する際に生じる問題を解決することにある。まず、課題について図３，図４を用いて具体的に説明する。ボイラ起動後ある負荷まではＡ系及びＢ系共１台ずつのＦＤＦで運転することができる。この場合は、省エネルギーの観点からインバータ駆動側のＦＤＦすなわちＡ系で言えばＢ−ＦＤＦ３を運転する。しかし、ボイラの負荷上昇に伴い１台の
ＦＤＦでは容量が不足してくるので、ある負荷以上になったらもう１台のＦＤＦすなわち商用周波数電源駆動側のＡ−ＦＤＦ２を起動しなければならない。この時、今まで１台のＦＤＦで送風していた空気流量を２台のＦＤＦで送風することになるので、起動する側のＡ−ＦＤＦ２が送風する空気流量の増加に応じて既に起動している側のＢ−ＦＤＦ３が送風する空気流量を減少させて、ＦＤＦ２台運転時の運転点に移行させなければならない。ここで、この運転点の移行における挙動について、商用周波数電源駆動のＦＤＦとインバータ駆動のＦＤＦとの違いを図３及び図４を用いて説明する。

図３は商用周波数電源駆動のＦＤＦについて風量特性を示したものである。グラフの横軸は風量を示し縦軸はＦＤＦ出口の通風圧力を示す。商用周波数電源駆動の場合は回転数を変えることができないので、風量の調節はベーンの開度を変えることによって行う。グラフに示した曲線３０，３１，３２はベーン開度を変化させた時の風量特性曲線であり、曲線３０が高開度、曲線３１が中開度、曲線３２が低開度の時の風量特性曲線である。例えば、ＦＤＦ出口通風圧力がある値ｃの時に風量をａからｂに増加させようとする場合にはベーンの開度を増加させることにより運転点を運転点３５から３４，３３へと移行させていくことになり、逆に風量をｂからａに減少させようとする場合にはベーンの開度を減少させることにより運転点を運転点３３から３４，３５へと移行させていくことになる。

図４はインバータ駆動のＦＤＦについて風量特性を示したものである。グラフの横軸は風量を示し縦軸はＦＤＦ出口の通風圧力を示す。インバータ駆動の場合でも風量の調節はベーンの開度を変えることによって行うこともできるが、省エネルギーの観点から通常はベーン開度をできるだけ高開度に保って、回転数を変えることによって風量を調節する。グラフに示した曲線３６，３７，３８は回転数を変化させた時の風量特性曲線であり、曲線３６が高回転数、曲線３７が中回転数、曲線３８が低回転数の時の風量特性曲線である。例えば、ＦＤＦ出口通風圧力がある値ｃの時に風量をａからｂに増加させようとする場合には回転数を増加させることにより運転点を運転点４１から４０，３９へと移行させていくことになり、逆に風量をｂからａに減少させようとする場合には回転数を減少させることにより運転点を運転点３９から４０，４１へと移行させていくことになる。ここで、ＦＤＦ出口通風圧力は種々の外乱の影響により変動しうるが、図４に示したようにＦＤＦ出口通風圧力の変動に対する風量の変動は回転数が低くなるほど大きくなる。一方、ベーンの開度により風量を調節する場合には、図３に示したようにＦＤＦ出口通風圧力の変動に対する風量の変動はベーンの開度によって顕著に大きくなるようなことはない。従って、インバータ駆動の場合は低回転数では外乱の影響を受けやすくなると言える。

以上を考慮した上で、ボイラ負荷上昇に伴いＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させる際の操作について述べる。図３及び図４におけるＦＤＦ出口通風圧力値ｃをＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させる時の負荷におけるＦＤＦ出口通風圧力とし、風量ａをＦＤＦ２台運転時のＦＤＦ１台あたりの風量とし、風量ｂをＦＤＦ１台運転時の風量とすると、起動する側のＡ−ＦＤＦ２については、図３の曲線に従って風量を０からａに増加させることになり、既に起動している側のＢ−ＦＤＦ３については、図４の曲線に従って風量をｂからａに減少させることになる。これらの風量移行操作がボイラに対する外乱となり
ＦＤＦ出口通風圧力を変動させる要因となる。このことは、先に述べたようにインバータ駆動側のＦＤＦの回転数を下げていくに従ってＦＤＦ出口通風圧力変動の影響により大きな風量変動を生じ、ボイラ運転の不安定化を招く可能性が大きいことを意味する。従って、安定かつ安全にＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させるためには、低回転数でのインバータ駆動側ＦＤＦ風量不安定化を避ける制御方法とする必要がある。以下に、この課題を解決する実施例を説明する。

図１を用いて本実施形態によるボイラ自動制御装置７の詳細制御機能を説明する。Ａ系空気流量検出器１０からのＡ系空気流量信号２０とＢ系空気流量検出器１１からのＢ系空気流量信号２１から加算器７０１により合計空気流量信号７５１を算出し、ボイラ負荷あるいは燃料量や燃焼ガスの酸素濃度等から算出される空気流量指令信号７９１と合計空気流量信号７５１から減算器７０２により空気流量偏差信号７５２を算出し、空気流量偏差信号７５２を比例積分演算器７０３により比例積分演算を行って空気流量制御信号７５３を作成する。

空気流量制御信号７５３はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ−ＦＤＦの制御に用いられるが、Ｃ，Ｄ−
ＦＤＦに関する下流の制御回路はＡ，Ｂ−ＦＤＦと同様であるため、図１ではＡ，Ｂ−
ＦＤＦの制御回路のみ図示している。空気流量制御信号７５３は加算器７０５によりＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度信号７５４が加算されてＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５となりバンプレス信号切替器７０６を通った後、最終的なＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４となり、このＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４によりＡ−ＦＤＦ入口ベーン２８が動作する。

Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度信号７５４は空気流量指令信号７９１から関数発生器７０４により決められる信号であり、関数発生器７０４には空気流量に応じたＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度の静特性値を設定する。バンプレス信号切替器７０６はＡ−ＦＤＦを駆動させていない時は０％側を選択しＡ−ＦＤＦを駆動させている時はＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５側を選択する。バンプレス信号切替器は、入力された制御指令が変化する場合は、変化率制限をしてゆっくり切り替わるものである。

また、空気流量制御信号７５３は加算器７１０によりＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度信号
７５９とＡ−ＦＤＦを駆動させている時の先行指令７６７が加算されてＢ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７６０となりバンプレス信号切替器７１１を通った後、最終的なＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５となり、このＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５によりＢ−FDF入口ベーン２９が動作する。

Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン開度信号７５９は、空気流量指令信号７９１から関数発生器707により決められる信号であるＢ−ＦＤＦ入口ベーン商用開度信号７５７と空気流量指令信号７９１から関数発生器７０８により決められる信号であるＢ−ＦＤＦ入口ベーンインバータ開度信号７５８とをバンプレス信号切替器７０９で切替えて得られる信号であり、バンプレス信号切替器７０９はＢ−ＦＤＦが商用周波数電源で駆動している時はＢ−ＦＤＦ入口ベーン商用開度信号７５７側を選択しインバータで駆動している時はＢ−ＦＤＦ入口ベーンインバータ開度信号７５８側を選択する。

関数発生器７０７及び７０８には空気流量に応じたＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度の静特性値を設定する。バンプレス信号切替器７１１はＢ−ＦＤＦを駆動させていない時は０％側を選択しＢ−ＦＤＦを駆動させている時はＢ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７６０側を選択する。

一方、Ｂ−ＦＤＦ回転数制御指令７６４は、空気流量指令信号７９１から関数発生器
７１２により決められる信号であるＦＤＦ１台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６２と空気流量指令信号７９１から関数発生器７１３により決められる信号であるＦＤＦ２台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６３とをバンプレス信号切替器７１４で切替えて得られる信号である。Ｂ−ＦＤＦ回転数制御指令７６４は変化率制限器７１５を通った後、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６としてインバータ制御装置８に出力され、インバータ制御装置８により制御演算が行われた後、Ｂ−ＦＤＦインバータ出力指令２７としてインバータ９の出力を制御し、Ｂ−ＦＤＦモータ５の回転数をボイラ自動制御装置７からのＢ−ＦＤＦ回転数指令
２６の値に制御する。

バンプレス信号切替器７１４は２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０が
ＯＮの時はＦＤＦ２台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６３側を選択し、２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０がＯＦＦの時はＦＤＦ１台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６２側を選択する。

Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の先行指令７６７は、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令
２４がバンプレス信号切替器７１６を通った後、ゲイン７１７により定数倍されて得られる信号である。ゲイン７１７には負の定数を設定する。これによりＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４の増加とＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５の減少を同期させることができる。

バンプレス信号切替器７１６は２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０が
ＯＮの時は０％側を選択し、２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０がＯＦＦの時はＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４側を選択する。

２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０は、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５とＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とを比較器７１８により比較判定した論理演算信号７６８とＡ−ＦＤＦを駆動させる為のＡ−ＦＤＦインサービス指令７９２とを論理積演算器７１９により論理積演算した信号７６９を限時動作即時復帰タイマ７２０に通した後の信号である。

次に図５を用いて、図１に示したボイラ自動制御装置７の制御回路による、インバータ駆動側のＢ−ＦＤＦ３運転中の状態から商用周波数電源駆動側のＡ−ＦＤＦ２を追加起動してＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させる場合の制御動作について説明する。尚、この時の挙動はＡ−ＦＤＦ２の運転点を図３における運転点３５に移行させ、Ｂ−ＦＤＦ３の運転点を図４における運転点３９から運転点４１へ移行させる場合と考えることができる。

Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２により、バンプレス信号切替器７０６は０％側からＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５側に切替り、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４は０％から徐々にＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５に向かって増加していく。ここで、Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２は、例えば発電所運転員によるボタン操作や制御用計算機等からの自動指令等の方法により発令されるものである。

この動作と同時に、Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の先行指令７６７がＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４の増加に伴い減少していくのでＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５は減少していく。そしてＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４がＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５と一致すると比較器７１８の出力７６８がＯＮする。この時点で、Ａ−ＦＤＦ２の運転点は図３における運転点３５に、Ｂ−ＦＤＦ３の運転点は図４における運転点４１へ移行している。但し、Ｂ−ＦＤＦ３に関しては、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６が高回転数のままであるので運転点の移行の軌跡は図３に示したものに近い。従って、低回転数でのインバータ駆動側ＦＤＦ風量不安定化を避けることができる。

比較器７１８は、図５のタイムチャートにおいて信号７６９ＯＮ〜信号７７０ＯＮを実現するためのものである。インサービス時に回路７１８の２つの入力信号は、Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２〜信号７６９ＯＮの間は値が異なっている。例えば、信号７５５は２０％一定であるのに対し、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４は０％からゆっくりと２０％へ上昇するからである。従って、インサービス時に、回路７１８の出力は信号755とＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４が一致してから初めてＯＮになる。これによりＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４がＡ，Ｂ−ＦＤＦそれぞれの通風機による運転時の開度に到達したことを検出することができる。

比較器７１８の出力７６８がＯＮすると論理積演算器７１９の出力７６９は入力信号がいずれもＯＮしているのでＯＮとなり、限時動作即時復帰タイマ７２０がカウントアップを開始する。この限時動作即時復帰タイマ７２０は、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５の変化による外乱が抑えられるまで一定期間Ｂ−
ＦＤＦ回転数指令２６を変化させず、Ａ−ＦＤＦ投入による乱れを抑えた後にＢ−ＦＤＦ回転数指令２６を変化させるので、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６を変化させる際には安定した制御を行うことができる。

設定時限までカウントアップを終了すると限時動作即時復帰タイマ７２０の出力である２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号選択指令７７０がＯＮとなり、バンプレス信号切替器７１４はＦＤＦ１台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６２側からＦＤＦ２台運転用Ｂ−FDF回転数信号７６３側に切替り、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６は徐々にＦＤＦ２台運転用のＢ−ＦＤＦ回転数信号７６３に向かって減少していく。

この動作と同時に、バンプレス信号切替器７１６はＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４側から０％側に切替り、それに伴いＡ−ＦＤＦを駆動させている時の先行指令７６７が０％に向かって増加していくのでＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５は増加していく。この時、Ｂ−ＦＤＦ３の回転数を低下させていくので風量特性曲線は図４の曲線３８に近づいていく。但し、この場合はＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４が一定のままでの移行操作であるのでＦＤＦ出口通風圧力の変動は小さく、故にそれによる風量の変動も小さく抑えたまま移行操作を行うことができる。

Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５の増加と、Ｂ−ＦＤＦ３の回転数の減少の同期については、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４を増加させた後のＡ−ＦＤＦ出口通風圧力が安定した状態であるので、多少の変動があっても良い。Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令
２５の増加と、Ｂ−ＦＤＦ３の回転数指令２６の減少の同期の精度をより上げる為には、バンプレス信号切替器７１６とバンプレス信号切替器７１４の変化が同時期に終わる様にそれぞれのバンプレス信号切替器の変化率制限を調整することができる。

そして、最終的にＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５とＢ−ＦＤＦ回転数指令２６はそれぞれその負荷での運転点に移行してバランスする。ここでＡ−ＦＤＦインサービスが完了し、Ａ−ＦＤＦがシステムに追加投入された複数台の通風器によるボイラ制御を行うことができる。このように、Ｂ−ＦＤＦの運転中にＡ−ＦＤＦを起動する場合に、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４の増加に伴ってＢ−FDF入口ベーン開度指令２５を減少させる手段と、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４が、Ａ−ＦＤＦ，Ｂ−ＦＤＦそれぞれの通風機による運転時の開度に到達した後にＢ−ＦＤＦの回転数を前記それぞれの通風機による運転時の回転数に変更する手段とを具備することで、低回転数でのインバータ駆動側ＦＤＦ風量不安定化を避けながら、安定かつ安全にFDF１台運転から２台運転に移行させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図面を用いて説明する。

図６を用いて本実施形態によるボイラ自動制御装置７の詳細制御機能を説明する。図１と同じ符号のものについては図１と同じ機能であるので説明を省略する。

バンプレス信号切替器７１４はＡ−ＦＤＦを駆動させるＡ−ＦＤＦインサービス指令
７９２がＯＮの時はＦＤＦ２台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６３側を選択しＡ−ＦＤＦインサービス指令７９２がＯＦＦの時はＦＤＦ１台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６２側を選択するが、Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の切替動作中断指令７７５がＯＮしている間はバンプレス切替動作を一時中断し出力信号を保持する。

Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の切替動作中断指令７７５は、Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２とＡ系ＦＤＦ出口通風圧力変動大信号７７４とを論理積演算器７２５により論理積演算した信号である。Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力変動大信号７７４は、Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力検出器１２からのＡ系ＦＤＦ出口通風圧力信号２２を微分器７２１により微分演算し、絶対値演算器７２２により絶対値とした後、高値検出器７２３によりある設定値を超えているかどうかを判定した結果の論理信号７７３を即時動作限時復帰タイマ７２４に通した後の信号である。論理信号７７３により、通風機の出口圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出している。Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力変動大信号７７４は、即時動作限時復帰タイマ７２４により、Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力信号２２がある規定の変化率以上の速度で変化した場合にＯＮとなり、変化速度が規定の変化率を下回った後も一定時間
ＯＮとなる様に保持し続ける。これにより、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とＢ−
ＦＤＦ回転数指令２６の変更動作をタイマにより一定時間中断し、現状の指令値に保持するものである。尚、変化率の変動による検出の他、変化量の変動による検出でも良いが、変化率の変動による検出の方がより早く変動に対応できる。

次に図７を用いて、図６に示したボイラ自動制御装置７の制御回路による、インバータ駆動側のＢ−ＦＤＦ３運転中の状態から商用周波数電源駆動側のＡ−ＦＤＦ２を追加起動してＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させる場合の制御動作について説明する。尚、この時の挙動は、Ａ−ＦＤＦ２の運転点を起動により図３における運転点３５に移行させ、Ｂ−ＦＤＦ３の運転点を図４における運転点３９から運転点４１へ移行させる場合と考えることができる。

Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２により、バンプレス信号切替器７０６は０％側からＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５側に切替り、Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４は０％から徐々にＡ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７５５に向かって増加していく。ここで、Ａ−ＦＤＦインサービス指令７９２は、例えば発電所運転員によるボタン操作や制御用計算機等からの自動指令等の方法により発令されるものである。

この動作と同時に、バンプレス信号切替器７１４はＦＤＦ１台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６２側からＦＤＦ２台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６３側に切替り、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６は徐々にＦＤＦ２台運転用Ｂ−ＦＤＦ回転数信号７６３に向かって減少していく。

Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４の増加と、Ｂ−ＦＤＦ３の回転数指令２６の減少の同期の精度をより上げる為には、バンプレス信号切替器７１６とバンプレス信号切替器
７１４の変化が同時期に終わる様に変化率制限を調整することができる。

これらの動作の途中でＡ系ＦＤＦ出口通風圧力信号２２がある規定の変化率以上の速度で変化した場合には、乱れを検出して、Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力変動大信号７７４がＯＮとなる。そして、Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の切替動作中断指令７７５がＯＮしてバンプレス信号切替器７０６及びバンプレス信号切替器７１４の切替え動作が一時中断されＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４及びＢ−ＦＤＦ回転数指令２６は現状値に保持される。そして、Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力信号２２の変動が収まって一定時限後にＡ系ＦＤＦ出口通風圧力変動大信号７７４がＯＦＦとなるので、Ａ−ＦＤＦを駆動させている時の切替動作中断指令７７５がＯＦＦとなり、バンプレス信号切替器７０６及びバンプレス信号切替器７１４の切替え動作が再開される。従って、低回転数でのインバータ駆動側ＦＤＦ風量不安定化を避けることができる。

そして、最終的にＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とＢ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２５とＢ−ＦＤＦ回転数指令２６はそれぞれその負荷での運転点に移行してバランスする。

このように、通風機の出口圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出する手段と、Ａ−ＦＤＦを起動する場合に、通風機の出口圧力が変動したことを検出したときにＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令２４とＢ−ＦＤＦの回転数指令２６を一時的に現状値に保持する手段を具備することにより、低回転数でのＢ−ＦＤＦの風量の乱れを抑えることができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図８を用いて説明する。

図５と同様のやり方によるＡ−ＦＤＦを投入する方法に、更に安定させる為、Ｂ−FDF回転数指令２６を予め１００％まで昇速させておくことにより、Ａ−ＦＤＦをシステムへ投入するのに時間がかかるが、さらに安定したＡ−ＦＤＦへの投入過程をとることができる。

Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６を予め１００％まで昇速させる手段として、図１のボイラ自動制御装置の制御機能に、次の構成を加える。Ａ−ＦＤＦをシステムに投入する為のＡ−ＦＤＦインサービス指令７９２に基づいて、バンプレス信号切替器７０６はＢ−ＦＤＦ回転数指令２６が１００％になるまでＡ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令を０％に保つ構成とし、バンプレス信号切替器７１４は回転数１００％を選択し、それをＢ−ＦＤＦ回転数制御指令７６４として出力する構成とし、バンプレス信号切替器７１１はＢ−ＦＤＦ回転数が変動したことを補償するＢ−ＦＤＦ入口ベーン制御指令７６０を選択し、それをＢ−FDF入口ベーン開度指令２５として出力する構成を加える。これによりＡ−ＦＤＦを駆動する前に、Ｂ−ＦＤＦ回転数指令２６を予め１００％まで昇速させることができる。その後の制御は図５で説明したものと同様であるので省略する。

このように、Ａ−ＦＤＦを駆動する前に、Ｂ−ＦＤＦの回転数指令２６を１００％とする手段を有することにより、Ａ−ＦＤＦ投入時のインバータによる不安定さを無くすことができる。

上述した各実施例に記載した様に、一つの通風系統が２台のＦＤＦにより構成され、その２台のＦＤＦの内の一方をインバータ駆動化した場合の２台目ＦＤＦ起動において、第１の実施形態では、商用周波数電源駆動側のＦＤＦを駆動させている時に、商用周波数電源駆動側ＦＤＦ入口ベーン開度指令がＦＤＦ２台運転時の運転点に到達した後にインバータ駆動側ＦＤＦの回転数信号をＦＤＦ１台運転用から２台運転用に切替える回路と、商用周波数電源駆動側ＦＤＦ入口ベーン開度指令の増加に伴ってインバータ駆動側ＦＤＦ入口ベーン開度指令を減少させる先行制御回路を設けることにより、また第２の実施形態では、ＦＤＦ出口通風圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出する回路と、商用周波数電源駆動側のＦＤＦを駆動させている時に、ＦＤＦ出口通風圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出した際に商用周波数電源駆動側ＦＤＦ入口ベーン開度指令とインバータ駆動側ＦＤＦ回転数指令を一時的に現状値に保持する回路を設けることにより、低回転数でのインバータ駆動側ＦＤＦ風量不安定化を抑制し、安定かつ安全にＦＤＦ１台運転から２台運転に移行させることができる。

上述した実施例１〜３では、ベーンを用いて説明したが、ダンパを用いても同様に制御することができる。

上述した実施例１〜３の制御装置は、回路図で説明したが、この回路図により達成されるのと同等の機能を有するプログラムをコンピュータに備えることにより、同様に制御できる。また、このプログラムは記録媒体に記録して、この記録媒体をコンピュータに読み込ませることで同様に制御できる。

本発明の第１の実施形態におけるボイラ自動制御装置の制御機能ブロック図である。 本発明の実施形態における火力発電プラントと制御装置の構成図である。 本発明の実施形態における商用周波数電源駆動のＦＤＦの風量特性説明図である。 本発明の実施形態におけるインバータ駆動のＦＤＦの風量特性説明図である。 本発明の第１の実施形態における制御動作説明図である。 本発明の第２の実施形態におけるボイラ自動制御装置の制御機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態における制御動作説明図である。 本発明の第３の実施形態における制御動作説明図である。

符号の説明

１…火炉、２…押込通風機Ａ（Ａ−ＦＤＦ）、３…押込通風機Ｂ（Ｂ−ＦＤＦ）、４…Ａ−ＦＤＦモータ、５…Ｂ−ＦＤＦモータ、７…ボイラ自動制御装置、８…インバータ制御装置、９…インバータ、１０…Ａ系空気流量検出器、１１…Ｂ系空気流量検出器、１２…Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力検出器、１３…Ｂ系ＦＤＦ出口通風圧力検出器、１４…主電源、２０…Ａ系空気流量信号、２１…Ｂ系空気流量信号、２２…Ａ系ＦＤＦ出口通風圧力信号、２３…Ｂ系ＦＤＦ出口通風圧力信号、２４…Ａ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令、２５…Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン開度指令、２６…Ｂ−ＦＤＦ回転数指令、２７…Ｂ−ＦＤＦインバータ出力指令、２８…Ａ−ＦＤＦ入口ベーン、２９…Ｂ−ＦＤＦ入口ベーン。

Claims (10)

1. ボイラへの通風路の一つに備えられた、インバータにより駆動される通風機及び商用周波数電源により駆動される通風機を、前記それぞれの通風機の風量を調節する流量調節操作端の開度指令及び前記インバータにより駆動される通風機のモータの回転数指令により制御するボイラ自動制御装置であって、
   前記インバータにより駆動される通風機の運転中に前記商用周波数電源により駆動される通風機を起動する場合に、前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令の増加に伴って前記インバータにより駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令を減少させる手段と、
   前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令が前記それぞれの通風機による運転時の開度に到達した後に前記インバータにより駆動される通風機の回転数を前記それぞれの通風機による運転時の回転数に変更する手段とを具備することを特徴とするボイラ自動制御装置。
2. 請求項１に記載のボイラ自動制御装置において、
   前記変更する手段は、前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令が前記それぞれの通風機を運転する場合の開度に到達した後、前記開度指令の変化による乱れを抑える為のタイマを有することを特徴とするボイラ自動制御装置。
3. 請求項１に記載のボイラ自動制御装置において、
   前記商用周波数電源により駆動される通風機を駆動する前に、前記インバータにより駆動される通風機のモータの回転数指令を１００％とする手段を有することを特徴とするボイラ自動制御装置。
4. ボイラへの通風路の一つに備えられた、インバータにより駆動される通風機及び商用周波数電源により駆動される通風機を、前記それぞれの通風機の風量を調節する流量調節操作端の開度指令及び前記インバータにより駆動される通風機のモータの回転数指令により制御するボイラ自動制御装置の制御方法であって、
   前記インバータにより駆動される通風機の運転中に前記商用周波数電源により駆動される通風機を起動する場合に、前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令の増加に伴って前記インバータにより駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令を減少させ、
   前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令が前記それぞれの通風機による運転時の開度に到達した後に前記インバータにより駆動される通風機の回転数を前記それぞれの通風機による運転時の回転数に変更することを特徴とする制御方法。
5. 請求項４に記載の制御方法において、
   請求項１に記載のボイラ自動制御装置において、
   前記変更する手段は、前記商用周波数電源により駆動される通風機の流量調節操作端への開度指令が前記それぞれの通風機を運転する場合の開度に到達した後、前記インバータにより駆動される通風機の回転数を前記それぞれの通風機による運転時の回転数に一定期間経過後に変更することを特徴とする制御方法。
6. 請求項４に記載の制御方法において、
   前記商用周波数電源により駆動される通風機を駆動する前に、前記インバータにより駆動される通風機のモータの回転数指令を１００％とすることを特徴とする制御方法。
7. ボイラへの通風路の一つに備えられた、インバータにより駆動される通風機及び商用周波数電源により駆動される通風機を、前記それぞれの通風機の風量を調節する流量調節操作端の開度指令及び前記インバータによる前記通風機のモータの回転数指令により制御するボイラ自動制御装置であって、
   前記通風機の出口圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出する手段と、
   前記商用周波数電源により駆動される通風機を起動する場合に、前記商用周波数電源により駆動される通風機の前記流量調節操作端への開度指令と前記インバータにより駆動される通風機の回転数指令の変更動作をタイマにより一定期間中断し、保持する手段とを具備することを特徴とするボイラ自動制御装置。
8. 請求項７に記載のボイラ自動制御装置において、
   前記検出する手段は、検出した圧力信号を微分器により微分演算し、絶対値演算器により絶対値とした後、高値検出器によりある設定値を超えているかどうかを判定した結果の論理信号により検出することを特徴とするボイラ自動制御装置。
9. ボイラへの通風路の一つに備えられた、インバータにより駆動される通風機及び商用周波数電源により駆動される通風機を、前記それぞれの通風機の風量を調節する流量調節操作端の開度指令及び前記インバータによる前記通風機のモータの回転数指令により制御するボイラ自動制御装置の制御方法であって、
   前記通風機の出口圧力が規定値以上の変化率で変動したことを検出し、前記商用周波数電源により駆動される通風機を起動する場合に、前記商用周波数電源により駆動される通風機の前記流量調節操作端への開度指令と前記インバータにより駆動される通風機の回転数指令の変更動作をタイマにより一定期間中断し、保持することを特徴とする制御方法。
10. 請求項９に記載の制御方法において、
    前記検出する際には、検出した圧力信号を微分器により微分演算し、絶対値演算器により絶対値とした後、高値検出器によりある設定値を超えているかどうかを判定した結果の論理信号により検出することを特徴とする制御方法。

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