JP4690904B2 - Boiler system and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラシステム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a boiler system and a control method thereof.
ボイラにおいて高温のガスを生成し、そのガスを用いて蒸気を加熱し、その蒸気によって蒸気タービンを駆動するボイラシステムが知られている。こうしたボイラシステムにおいて、蒸気の温度が低下した場合、蒸気を加熱するために用いられるガスの流量を増やすことにより、蒸気温度の低下を抑制する制御が行われる。負荷変化に対する追従性をより向上することを可能にするボイラシステムとその制御方法が求められている。 There is known a boiler system that generates high-temperature gas in a boiler, heats the steam using the gas, and drives a steam turbine by the steam. In such a boiler system, when the temperature of the steam is lowered, the control for suppressing the drop in the steam temperature is performed by increasing the flow rate of the gas used for heating the steam. There is a need for a boiler system and a control method thereof that can further improve the followability to a load change.
特許文献1には、負荷上昇時に、ボイラ蓄熱を増やすために燃料の燃焼による熱量が多く費やされ、再熱器出口蒸気温度が低下してしまうことが避けられないという課題に鑑み、再熱器ガスダンパの開度が実際の負荷変化前に広げられるボイラの再熱蒸気温度制御装置が記載されている。 In Patent Document 1, in view of the problem that, when the load increases, a large amount of heat is consumed due to the combustion of fuel to increase boiler heat storage, and the reheater outlet steam temperature is unavoidably reduced. A reheat steam temperature control device for a boiler in which the opening of the gas damper is widened before the actual load change is described.
特許文献2には、急速負荷降下時に再熱器蒸気温度が過渡的に低下するのを、安定燃焼を損なうことなく、また、NOx発生量を増加させることなく防ぐことを課題とした再熱ボイラ、及び再熱ボイラの運転方法が記載されている。この文献には、負荷変化時においてボイラ入力加速信号(BIR)を用いた制御が記載されている。
本発明の目的は、ボイラの制御性を向上することである。
本発明の他の目的は、負荷変動時におけるボイラの蒸気温度の安定性を向上することである。
本発明の更に他の目的は、負荷の変動速度を大きく設定することのできるボイラシステムを提供することである。
An object of the present invention is to improve the controllability of a boiler.
Another object of the present invention is to improve the stability of the steam temperature of the boiler when the load fluctuates.
Still another object of the present invention is to provide a boiler system capable of setting a large load fluctuation speed.
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].
本発明によるボイラシステムは、周囲(6)のガスとの熱交換によって内部蒸気を加熱する再熱器(10)と、再熱器(10)に内部蒸気として導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らす抽気部(45、46、102、104)と、再熱器(10)にて検出された内部蒸気の温度に基づいて抽気蒸気の量を制御する抽気制御部(56)とを備える。 The boiler system according to the present invention includes a reheater (10) that heats internal steam by heat exchange with surrounding gas (6), and a part of the introduced steam that is introduced into the reheater (10) as internal steam. An extraction unit (45, 46, 102, 104) that is reduced by extracting as extraction steam, and an extraction control unit that controls the amount of extraction steam based on the temperature of the internal steam detected by the reheater (10) ( 56).
本発明によるボイラシステムは、開度指令に応答して周囲(6)のガスの流量を制御するガス流量制御部(54)を備える。抽気制御部(56)は、ガス流量制御部(54)の開度指令が所定の基準よりも大きいとき抽気蒸気の量を増加させる。 The boiler system according to the present invention includes a gas flow rate control unit (54) that controls the flow rate of the surrounding gas (6) in response to the opening degree command. The extraction control unit (56) increases the amount of extraction steam when the opening degree command of the gas flow control unit (54) is larger than a predetermined reference.
本発明によるボイラシステムにおいて、抽気制御部(56)は、ガス流量制御部(54)の開度指令が所定の基準よりも小さい所定の第2基準よりも小さいとき抽気蒸気の量を減少させる。 In the boiler system according to the present invention, the extraction control unit (56) reduces the amount of extraction steam when the opening degree command of the gas flow rate control unit (54) is smaller than a predetermined second reference smaller than a predetermined reference.
本発明によるボイラシステムにおいて、ガス流量制御部(54)は、周囲のガスが流れる流路(6)の断面積を変化させることによって流量を制御するガスダンパ(12)を含む。 In the boiler system according to the present invention, the gas flow rate control unit (54) includes a gas damper (12) that controls the flow rate by changing the cross-sectional area of the flow path (6) through which the surrounding gas flows.
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲(6)のガスとして再熱器(10)に供給する火炉(4)を備える。ガス流量制御部(54)は、再熱器(10)の下流側における周囲(6)のガスを火炉の内部に循環させることによって流量を制御する再循環ファン(50)を含む。 The boiler system according to the present invention comprises a furnace (4) that burns fuel therein and supplies it to the reheater (10) as ambient (6) gas. The gas flow rate control unit (54) includes a recirculation fan (50) that controls the flow rate by circulating the gas in the surrounding (6) downstream of the reheater (10) into the furnace.
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲(6)のガスとして再熱器(10)に供給する火炉(4)と、再熱器(10)から供給される内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービン(32、34)と、タービン(32、34)の負荷に応答して火炉(4)に供給される燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部(24)と、負荷が減少するとき、燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部(25)とを備える。 The boiler system according to the present invention drives a furnace (4) that burns fuel therein and supplies the fuel as ambient (6) gas to the reheater (10), and internal steam supplied from the reheater (10). Turbine (32, 34) used as steam and a fuel command value generation unit for generating a fuel command value for controlling the amount of fuel supplied to the furnace (4) in response to the load of the turbine (32, 34) (24) and a fuel command value correction unit (25) that performs feedforward control so that the fuel command value decreases when the load decreases.
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲(6)のガスとして再熱器(10)に供給する火炉(4)と、火炉(4)が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器(図示せず)と、過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して導入蒸気を吐出するタービン(34)とを備える。抽気部(45、46)は、タービン(34)から吐出された導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気する。 The boiler system according to the present invention includes a furnace (4) that burns fuel therein and supplies it to the reheater (10) as ambient (6) gas, and heats the steam by heat generated by the furnace (4). A superheater (not shown) that generates superheated steam, and a turbine (34) that drives using superheated steam as drive steam and discharges introduced steam. The extraction unit (45, 46) extracts a part of the introduced steam discharged from the turbine (34) as extraction steam.
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲(6)のガスとして再熱器(10)に供給する火炉(4)と、火炉(4)が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器(図示せず)と、過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して導入蒸気を吐出するタービン(34)とを備える。抽気部(102、104)は、過熱器とタービン(34)との間を流れる過熱蒸気の一部を抽気蒸気として抽気する。 The boiler system according to the present invention includes a furnace (4) that burns fuel therein and supplies it to the reheater (10) as ambient (6) gas, and heats the steam by heat generated by the furnace (4). A superheater (not shown) that generates superheated steam, and a turbine (34) that drives using superheated steam as drive steam and discharges introduced steam. The extraction unit (102, 104) extracts a part of superheated steam flowing between the superheater and the turbine (34) as extracted steam.
本発明によるボイラシステムの制御方法は、ボイラ(2a)によって生成される燃焼ガスとの熱交換により再熱器(10)の蒸気流路を流れる蒸気を加熱するステップと、再熱器(10)の出口側において蒸気の出口温度を検出するステップと、出口温度が低下したとき、再熱器(10)の周囲における燃焼ガスの流量を調節するダンパー(12、52)の開度を大きくすることによって流量を大きくするステップと、ダンパー(12、52)の開度が所定の基準開度以上のとき、再熱器(10)に導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らすステップとを備える。 The boiler system control method according to the present invention includes the steps of heating the steam flowing through the steam flow path of the reheater (10) by heat exchange with the combustion gas generated by the boiler (2a), and the reheater (10). Detecting the steam outlet temperature on the outlet side of the heater, and increasing the opening of the damper (12, 52) for adjusting the flow rate of the combustion gas around the reheater (10) when the outlet temperature decreases. A step of increasing the flow rate by extracting a part of the introduced steam introduced into the reheater (10) as the extraction steam when the opening degree of the damper (12, 52) is equal to or greater than a predetermined reference opening degree. Reducing steps.
本発明によれば、ボイラの制御性が向上する。
更に本発明によれば、負荷変動時におけるボイラの蒸気温度の安定性が向上する。
更に本発明によれば、負荷の変動速度を大きく設定することのできるボイラシステムが提供される。
According to the present invention, the controllability of the boiler is improved.
Furthermore, according to this invention, the stability of the steam temperature of the boiler at the time of load fluctuation improves.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a boiler system capable of setting a large load fluctuation speed.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、ボイラシステムの構成を示す。ボイラシステムは、ボイラ2aを備える。ボイラ2aは、内部に燃焼空間を有する火炉4を備える。火炉には図示しないバーナが設置される。バーナには、燃料供給部18から燃料配管20を通して燃料が供給され、空気配管22を通して空気が供給される。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a boiler system. The boiler system includes a
火炉4は、後部伝熱部に接続される。後部伝熱部は、隔壁で相互に仕切られた再熱器流路6と過熱器流路8とを備える。再熱器流路6には再熱器10が設置される。再熱器10には、過熱を防ぐための給水スプレイ16が設けられる。再熱器10は、内部蒸気が流れる蒸気流路を備える。内部蒸気は、再熱器10の周囲、即ち再熱器流路6の内部のガスと熱交換を行う。再熱器流路6の再熱器10よりも下流側には再熱器ガスダンパ12が設けられる。再熱器ガスダンパ12は、再熱器流路6の断面積を絞ることによって、再熱器流路6を流れるガスの流量を調節する。過熱器流路8の過熱器よりも下流側には、過熱器流路8を流れるガスの流量を調節するための過熱器ガスダンパ14が設けられる。
The
ボイラ2aの内部には、直列に接続された複数の過熱器が設置される。それらの過熱器は、内部に蒸気が流れる蒸気流路を備える。複数の過熱器のうち最下段の蒸気流路の出口側は、高圧タービン34の入口に接続される。
A plurality of superheaters connected in series are installed in the
高圧タービン34の出口側は、再熱器入口側配管42の一端に接続される。再熱器入口配管42の内部には再熱器6に導入される導入蒸気が流れる。再熱器入口配管42の他端は、再熱器10の蒸気流路の入口に接続される。再熱器10の蒸気流路の出口側は、再熱器出口側配管を介して中低圧タービン32の入口に接続される。中低圧タービン32の出口側は、復水器入口側配管を介して復水器40の入口に接続される。高圧タービン32と中低圧タービン34とはトルクを合成するためのシャフトで結合されている。合成されたトルクは発電機38に伝達される。
The outlet side of the
再熱器入口側配管42には、抽気ポイント44が設定される。その抽気ポイント44において、再熱器入口側配管42はバイパス配管45の一端に接続される。バイパス配管45の他端は、復水器入口側配管に接続される。バイパス配管45には抽気弁46が設けられる。
An
ボイラシステムは、燃料指令値生成部24を備えている。燃料指令値生成部24には、中低圧タービン32と高圧タービン34を含むタービン群にかかる負荷を制御するための信号である負荷指令26が入力される。燃料指令値生成部24は、負荷指令26が入力されると、予め記憶している関数を用いて、火炉4のバーナに供給される燃料の量と空気の量を示す開度指令23を生成する。
The boiler system includes a fuel command
ボイラシステムは更に、BIR部25を備えている。BIRは「Boiler Input Regulator」又は「Boiler Incremental Rate」の略である。BIR部25には、燃料指令値生成部24が生成した開度指令23と、負荷指令26を補正するために用いられる先行信号27とが入力される。BIR部25は、負荷指令26が入力されないとき、開度指令23をそのまま補正開度指令28として燃料供給部18に出力する。BIR部25は、負荷指令26が入力されると、開度指令23を先行信号27に応答して補正した補正開度指令28を生成し燃料供給部18に出力する。燃料供給部18は入力した補正開度指令28を用いて火炉4に供給する燃料と空気の量を制御する。
The boiler system further includes a
再熱器出口側配管には、その内部を流れる蒸気の温度を検出して再熱器出口蒸気温度検出値を生成する温度センサ30が設置される。ボイラシステムは更に、制御部48aを備える。制御部48aは、温度センサ30から受信した温度情報を用いて、再熱器ガスダンパ開度指令と再熱器バイパス制御弁開度指令とを生成する。再熱器ガスダンパ12の開度は、再熱器ガスダンパ開度指令に応答して変化する。抽気弁46の開度は、再熱器バイパス制御弁開度指令に応答して変化する。
The reheater outlet side pipe is provided with a
図2は、制御部48aの構成を示す。制御部48aは、ガス流量制御部54とバイパス制御部56とを備える。バイパス制御部56は、再熱器入口側配管からの抽気を制御するため抽気制御部とも呼ばれる。ガス流量制御部54は、減算器58とPI演算器60とを備える。減算器58には、再燃器出口蒸気温度設定値と、温度センサ30が生成する再熱器出口蒸気温度検出値とが入力される。減算器58は、入力された再燃器出口蒸気温度設定値と再熱器出口蒸気温度検出値との差を出力する。PI演算器60は比例積分補償演算を行い、減算器58が出力する差を小さくするように再熱器ガスダンパ開度指令を生成して出力する。
FIG. 2 shows the configuration of the
バイパス制御部56は、第1開度指令判定部62、第2開度指令判定部64、切換器66、信号発生器68、PI演算器70、切換器72、信号発生器74及びゲートリミッタ76を備える。第1開度指令判定部62には、PI演算器60が出力する再熱器ガスダンパ開度指令が入力される。第1開度指令判定部62は、第1開度指令基準値を記憶する。第1開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ12が全開あるいは全開に近い開度であることを示す値に設定されることが好ましい。第1開度指令判定部62は、再熱器ガスダンパ開度指令と第1開度指令基準値との大小関係を示す情報を含むバイパス使用開始情報を生成する。以下の説明において、再熱器ガスダンパ開度指令が第1開度指令基準値よりも小さいときのバイパス使用開始情報を「バイパス使用開始せず」、再熱器ガスダンパ開度指令が第1開度指令基準値よりも大きいときのバイパス使用開始情報を「バイパス使用開始」と表現する。
The
第2開度指令判定部64には、PI演算器60が出力する再熱器ガスダンパ開度指令が入力される。第2開度指令判定部64は、第2開度指令基準値を記憶する。第2開度指令基準値は、第1開度指令基準値と同じ値又は第1開度指令基準値よりも小さい値に設定される。以下、第1開度指令基準値よりも小さい値に設定された場合について説明がなされる。第2開度指令判定部64は、再熱器ガスダンパ開度指令と第2開度指令基準値との大小関係を示す情報を含むバイパス使用停止情報を生成する。以下の説明において、再熱器ガスダンパ開度指令が第2開度指令基準値よりも大きいときのバイパス使用停止情報を「バイパス使用停止せず」、再熱器ガスダンパ開度指令が第2開度指令基準値よりも小さいときのバイパス使用停止情報を「バイパス使用停止」と表現する。
The second opening
信号発生器68は、数値0を示す数値情報を生成する。切換器66には、第1開度指令判定部62が生成するバイパス使用開始情報と、減算器58が出力する差と、信号発生器68が生成する数値情報とが入力される。切換器66は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始せず」のとき、信号発生器68から入力される数値情報をPI演算入力偏差としてPI演算器70に出力する。切換器66は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始」のとき、減算器58から入力される差をPI演算入力偏差としてPI演算器70に出力する。PI演算器70は比例積分補償演算を行い、PI演算入力偏差を小さくするように再熱器ガスダンパ制御弁開度指令を生成して出力する。
The
信号発生器74は、数値0を示す数値情報を生成する。切換部72には、第2開度指令判定部64が出力するバイパス使用停止情報と、PI演算器70が出力する再熱器ガスダンパ制御弁開度指令と、信号発生器74が生成する数値情報とが入力される。切換部72は、バイパス使用停止情報が「バイパス使用停止せず」のときには、PI演算器70から入力する再熱器ガスダンパ制御弁開度指令をゲートリミッタ入力値として出力する。切換部72は、バイパス使用停止情報が「バイパス使用停止」のときには、信号発生器74から入力する数値情報をゲートリミッタ入力値として出力する。ゲートリミッタ76は、切換部72から入力されるゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。
The
燃料指令値生成部24、BIR部25又は制御部48は、コンピュータシステムを用いて実現することができる。その場合、各々の外部との通信は通信インターフェースを介して行われ、各々の内部の情報処理は、記憶媒体に格納されたプログラムを演算制御装置が読み取って実行することによってソフトウェア的に実行される。
The fuel command
次に、以上の構成を備えるボイラシステムの動作について説明する。
(負荷静定時)
負荷を制御する図示しない制御装置は、その制御に用いている負荷指令26を所定の時間周期で燃料指令値生成部24に送信する。負荷静定時には、BIR部25に先行信号27は入力されない。このとき、BIR部は開度指令23をそのまま補正開度指令値28として出力する。
Next, operation | movement of a boiler system provided with the above structure is demonstrated.
(When load is settled)
A control device (not shown) that controls the load transmits a
燃料供給部18は、補正開度指令値28に応答した量の燃料と空気とを火炉4のバーナに供給する。バーナ4はその燃料と空気を用いて火炎を生成し、火炉4の内部のガスを加熱する。加熱されたガスは、後部伝熱部に導入され、再熱器流路6と過熱器流路8とを通って排出される。再熱器流路6のガス流量と加熱器流路8のガス流量とは、再熱器ガスダンパ12の開度と過熱器ガスダンパ14の開度とによって制御される。
The
図示しない過熱器の内部の蒸気流路を流れる蒸気は、ボイラ2aのガスと熱交換することによって加熱され、高圧タービン入口配管36を介して高圧タービン34に駆動蒸気として導入される。高圧タービン34から吐出された駆動蒸気は、再熱器入口側配管42を介して再熱器10の内部の蒸気流路に導入される。通常時、再熱器バイパス制御弁46は全閉しており、高圧タービン34から吐出された駆動蒸気はバイパス配管45を流れない。
The steam flowing through the steam flow path inside the superheater (not shown) is heated by exchanging heat with the gas of the
再熱器10の蒸気流路に導入された駆動ガス(内部蒸気)は、再熱器10の周囲の再熱器流路6を流れるガスと熱交換して加熱され、再熱器出口側配管を介して中低圧タービン32に駆動蒸気として導入される。中低圧タービン32から吐出された駆動蒸気は、復水器40によって凝縮される。
The driving gas (internal steam) introduced into the steam flow path of the
温度センサ30は、再熱器出口側配管の内部を流れる蒸気の温度を所定の周期で検出し、検出された温度を示す再熱器出口蒸気温度検出値を生成して制御部48aに送信する。制御部48aは更に、再熱器出口蒸気温度設定値を入力する。制御部48aのガス流量制御部54は、再熱器出口蒸気温度検出値と再熱器出口蒸気温度設定値との差の絶対値が小さくなるように、再熱器ガスダンパ開度を比例積分制御するための再熱器ガスダンパ開度指令を出力する。
The
バイパス制御部56は、PI演算器60が生成した再熱器ガスダンパ開度指令を入力する。再熱器ガスダンパ開度指令が第1開度指令基準値よりも小さいときは「バイパス使用開始せず」であり、切換部66は信号発生器68から入力する0を示す数値情報を後段に送信する。PI演算器70は、0が入力され続けている間、0を出力し続ける。切換部72は、PI演算器70から入力した0か、信号発生器74から出力された0のいずれかを選択し、結局は0を後段に出力する。この出力信号はゲートリミッタ76を通過して、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力される。この信号により、再熱器バイパス制御弁46は開度がゼロであるように制御される。高圧タービン34から吐出された駆動蒸気はバイパス配管45に逃れずに再熱器入口側配管42を通って再熱器10に供給される。
The
(負荷降下時)
低中圧タービン32と高圧タービン34を含むタービン部にかかる負荷が降下(減少)するとき、ボイラ2aに蓄熱された熱量が大きいため、ボイラ2aの応答遅れが発生する。即ち、負荷降下時にはボイラ2aに要求される熱量が減少するため、バーナに供給される燃料と空気が減少して火炎を弱くするように制御が行われるが、ボイラ2aに蓄熱された熱量が大きいため、火炉4によって生成される燃焼ガスの圧力及び温度はすぐには低下しない(ボイラの応答遅れ)。
(At load drop)
When the load applied to the turbine section including the low and
ボイラの応答遅れを回避するために、ボイラシステムはBIR部25を備える。負荷を制御する図示しない制御装置は、負荷を降下するとき、先行的に負荷の低下を知らせる先行信号27をBIR部25に送信する。BIR部25は、先行信号27を用いて火炉4のバーナに供給される空気と熱の量をフィードフォワード制御する。即ち、BIR部25は、火炉4のバーナに供給される燃料と空気の量が、燃料指令値生成部24が生成する開度指令23よりも大きなレート(BIR)で絞り込まれるように、補正開度指令28を生成し出力する。燃料供給部18は、補正開度指令28に応答して、火炉4のバーナに供給する空気と燃料の量を減らす。火炉4のガス流量及び燃焼温度が低下する。
In order to avoid a response delay of the boiler, the boiler system includes a
BIR部によるフィードフォワード制御の結果、ボイラ2aの蓄熱を補償する以上に熱量が低下する可能性が考えられる。その場合、一方では、ボイラ2aのガス流量が低下することにより、再熱器10の内部の蒸気流路で加熱される内部蒸気の温度が一時的に低下する。他方、負荷が降下することにより、再熱器10の蒸気流路を流れる蒸気の流量も低下し、この流量の低下は、蒸気温度を上昇させる方向に作用する。この結果、蒸気の温度は過渡期を経て再び安定する。
As a result of the feedforward control by the BIR section, there is a possibility that the amount of heat is reduced more than compensating for the heat storage of the
過渡期において、再熱器10の出口側における蒸気の温度が低下する傾向が発生する。このときガス流量制御部54は、再熱器ガスダンパ12の開度が大きくなるように再熱器ガスダンパ開度指令を生成する。その結果、再熱器流路6を流れるガスの流量が増大し、再熱器10の出口側における蒸気の温度が上昇する。この制御は、再熱器ガスダンパ12の開度が全開に近づくまで行われる。
In the transition period, the steam temperature on the outlet side of the
再熱器ガスダンパ12が全開となり、更に再熱器10の出口側の蒸気温度を上昇させることが求められる場合、再熱器バイパス制御弁46が開けられる。すると、再熱器入口側配管42から蒸気の一部がバイパス配管45に抽気される。再熱器入口配管42と復水器40との圧力差は大きいため、抽気は高速で行われる。その結果、再熱器10に導入される蒸気の流量が減少し、再熱器10の出口側の蒸気温度が上昇する。こうした制御により、再熱器ガスダンパ12が開ききった場合でも、さらに蒸気温度を上げる制御が可能になる。これにより、負荷降下時におけるボイラの蒸気温度の安定性が向上する。あるいは、蒸気温度の安定性を維持しながら、負荷の変動速度を大きく設定することが可能である。
When the
再熱器バイパス制御弁46の制御について以下に説明する。再熱器ガスダンパ12が全開(または全開に近い開度)になると、再熱器ガスダンパ開度指令が、第1開度指令判定部62の記憶する第1開度指令基準値を上回る。すると、切換器66は減算器58が出力する再熱器出口蒸気温度の検出値と設定値の差を、PI演算器70に送信する。PI演算器70はその差に元づいて再熱器バイパス制御弁開度指令を生成する。
Control of the reheater
第2開度指令判定部64の記憶する第2開度指令基準値が第1開度指令基準値以下に設定されていることにより、切換器72はPI補償器70の出力の方をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ76に出力する。ゲートリミッタ76は、ゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。その結果、再熱器10の出口側における蒸気温度の検出値と設定値の差に基づいて、再熱器バイパス制御弁46が比例積分制御される。
Since the second opening command reference value stored in the second opening
再熱器バイパス制御弁46が開けられることにより、再熱器出口蒸気温度検出値が上昇する。その結果、再熱器ガスダンパ開度指令の値が小さくなる。再熱器ガスダンパ開度指令が、第2開度指令判定部64が記憶する第2開度指令基準値を下回ると、切換器72は信号発生器74の発生する数値0を示す数値情報をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ76に出力する。その結果、再熱器バイパス制御弁46は、ゲートリミッタ76によって許容される範囲で最も速い速度で閉じられる。これにより、蒸気温度の上昇が要求されない場合にバイパス配管45に逃される蒸気が低減し、効率の高い運転が可能である。
When the reheater
第2開度指令基準値が第1開度指令基準値よりも小さく設定されると、再熱器バイパス制御弁46の開度のハンチングが確実に防止され好ましい。以下により詳しく説明する。再熱器10の下流側における蒸気温度が低下したとき、次の4つの過程が自己循環的に繰り返されることによるハンチングが発生する可能性がある。
(1)蒸気温度の低下に応答して再熱器ガスダンパ開度指令が大きくなり、基準値を超える。
(2)再熱器バイパス制御弁が開けられる。
(3)蒸気温度の上昇に応答して再熱器ガスダンパ開度指令が小さくなり、基準値を下回る。
(4)再熱器バイパス制御弁が閉じられる。
第2開度指令基準値が第1開度指令基準値よりも小さく設定されることは、(3)における基準値が(1)における基準値よりも小さく設定されることを意味する。この基準値間の余裕により、再熱器バイパス制御弁46の制御がハンチングする可能性が回避される。
When the second opening command reference value is set smaller than the first opening command reference value, it is preferable that hunting of the opening of the reheater
(1) The reheater gas damper opening command is increased in response to a decrease in the steam temperature and exceeds the reference value.
(2) The reheater bypass control valve is opened.
(3) The reheater gas damper opening command becomes smaller in response to the increase in the steam temperature and falls below the reference value.
(4) The reheater bypass control valve is closed.
Setting the second opening command reference value to be smaller than the first opening command reference value means that the reference value in (3) is set to be smaller than the reference value in (1). The margin between the reference values avoids the possibility of hunting control of the reheater
制御部48aは、温度低下基準値に関する処理を行う機能を有することが好ましい。この場合、制御部48aは温度低下基準値を記憶する。そして、再熱器ガスダンパ12が全開となった時点と比較して再熱器出口蒸気温度検出値の温度低下が温度低下基準値を下回ったときのみ、再熱器バイパス制御弁46を開けることを許可する。こうした制御により、温度低下が小さく温度を回復させることが要求されない場合に、蒸気がバイパス配管45に逃げて効率が低下することが防止される。
The
図3は、ボイラシステムを制御するための制御部の他の実施例を示す。図1に記載されたボイラシステムにおける制御部48aに代えて、図3に示された制御部48bを使用することができる。制御部48bは、ガス流量制御部78とバイパス制御部80とを備える。ガス流量制御部78は、図2に記載されたガス流量制御部54と同一の減算器58とPI演算器60とを備える。ガス流量制御部78は、図2に記載されたガス流量制御部54において減算器58の出力信号を切換器66に送信する信号線を有しない。ガス流量制御部78のその他の構成はガス流量制御部54と同一である。
FIG. 3 shows another embodiment of a control unit for controlling the boiler system. Instead of the
バイパス制御部80は、図2におけるバイパス制御部56と同じ第1開度指令判定部62、第2開度指令判定部64及びゲートリミッタ76を備える。バイパス制御部80は更に、切換器90、信号発生器92、切換器94及び信号発生器96を備える。
The
切換器90には、第1開度判定部62が生成するバイパス使用開始情報と、信号発生器96が生成する数値情報と、信号発生器96が生成する数値情報とが入力される。信号発生器92が生成する数値情報は、再熱器バイパス制御弁46の0%(全閉)より大きい所定の開度、例えば100%(全開)を示す。信号発生器92の数値情報は、オペレータが入力装置から行う入力によって設定される。信号発生器96が発生する数値情報は、再熱器バイパス制御弁の開度0%を示す。切換器90は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始せず」のとき、信号発生器96から入力される数値情報(開度0%)を切換部94に送信する。切換器90は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始」のとき、信号発生器92から入力される数値情報(0%より大きい所定の開度)を切換部94に送信する。
The
切換部94には、第2開度判定部64が生成するバイパス使用停止情報と、切換部94が出力する情報と、信号発生器96が生成する数値情報とが入力される。切換部94は、入力されたバイパス使用停止情報が「バイパス使用停止せず」のときには、切換部90から入力された情報をゲートリミッタ76に出力する。切換部94は、入力されたバイパス使用停止情報が「バイパス使用停止」のときには、信号発生器96から入力された情報をゲートリミッタ76に出力する。ゲートリミッタ76は、入力された情報に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。
The switching
こうした制御部48bを備えたボイラシステムの制御について以下に説明する。再熱器ガスダンパ12が全開(または全開に近い開度)になると、再熱器ガスダンパ開度指令が、第1開度指令判定部62の記憶する第1開度指令基準値を上回る。すると、切換器66は信号発生器92がにより生成された数値情報(0%より大きい所定の開度を示す)を切換器94に送信する。
Control of a boiler system provided with such a
第2開度指令判定部64の記憶する第2開度指令基準値が第1開度指令基準値以下に設定されていることにより、切換器94は切換器90の出力の方をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ76に出力する。ゲートリミッタ76は、ゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。その結果、信号発生器92に記憶されている所定の開度を目標値として、再熱器バイパス制御弁46が制御される。
Since the second opening command reference value stored in the second opening
再熱器バイパス制御弁46が開けられることにより、再熱器出口蒸気温度検出値が上昇する。その結果、再熱器ガスダンパ開度指令の値が小さくなる。再熱器ガスダンパ開度指令が、第2開度指令判定部64が記憶する第2開度指令基準値を下回ると、切換器94は信号発生器96の発生する数値0を示す数値情報をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ76に出力する。その結果、再熱器バイパス制御弁46は、ゲートリミッタ76によって許容される範囲で最も速い速度で閉じられる。
When the reheater
こうした制御部48bは、オペレータによって設定される所定の開度を目標値として再熱器バイパス制御弁46が開けられる。この動作が行われるのは、再熱器ガスダンパ12が全開且つ蒸気温度を更に上げることが要求される場合である。これはどちらかと言えば例外的な運転条件なので、オペレータの人的な判断に依った制御が望ましい場合がある。その場合は、オペレータが設定する開度(信号発生器68に記憶される)を用いた本実施例の制御が望ましい。
In such a
図4は、他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。ボイラシステムは、ボイラ2bを備える。ボイラ2bは、内部に燃焼空間を有する火炉4を備える。火炉には図示しないバーナが設置される。バーナには、燃料供給部18から燃料配管20を介して燃料が供給され、空気配管22を通して空気が供給される。
FIG. 4 shows the configuration of a boiler system according to another embodiment. The boiler system includes a
火炉4は、後部伝熱部に接続される。後部伝熱部は、再熱器流路6aを備える。再熱器流路6aには再熱器10aが設置される。再熱器10aは、内部に蒸気が流れる蒸気流路を備える。ボイラ2bは更に、再循環流路49、再循環ファン50及び再循環ファン入口ベーンを備える。再熱器10aよりも下流側において、再熱器流路6aを流れるガスの一部は再循環ファン50が生成する流れによって再循環流路49を通って火炉4に導入される。再熱器流路6aを流れるガスの他の一部はボイラ2aの外部に排出される。再循環流路49を通るガスの流量は、再循環ファン入口ベーンの開度を制御することにより調節される。
The
ボイラシステムは、制御部48cを備える。制御部48cの構成は、図2に示された制御部48a又は図3に示された制御部48bの構成とほぼ同一である。異なる点は、ガス流量制御部54が出力する再熱器ガスダンパ開度指令に代えて、再循環ファン入口ベーン開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。図2又は3において第1開度指令判定部62に記憶されている第1開度指令基準値及び第2開度指令判定部64に記憶されている第2開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ12の開度を示す値ではなく再循環ファン入口ベーン52の開度を意味する。
The boiler system includes a
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器10aの出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再循環ファン入口ベーン52が全開であるとき、制御部48cは再熱器バイパス制御弁46を開ける制御を行い、再熱器10aに導入されていた蒸気の一部がバイパス配管45に逃れる。その結果、再熱器10aの蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器10aの出口側の蒸気温度が上昇する。
In such a boiler system, when it is required to increase the steam temperature on the outlet side of the
図5は、更に他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。本実施の形態におけるボイラシステムは、図1に示されたボイラシステムが備えるバイパス配管45、再熱器バイパス制御弁46及び制御部48に代えて、バイパス配管102、高圧タービンバイパス制御弁104及び制御部48dを備える。バイパス配管102の一端は、再熱器10に蒸気を供給する高圧タービン34の入口側の配管に設定される抽気ポイント100に接続される。バイパス配管102の他端は、復水器40の入口側の配管に接続される。
FIG. 5 shows the configuration of a boiler system in still another embodiment. The boiler system in the present embodiment is replaced with a
制御部48dの構成は、図2に示された制御部48a又は図3に示された制御部48bの構成とほぼ同一である。異なる点は、バイパス制御部が出力する再熱器バイパス制御弁開度指令に代えて、高圧タービンバイパス開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。図2又は3において第1開度指令判定部62に記憶されている第1開度指令基準値及び第2開度指令判定部64に記憶されている第2開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ12の開度を示す値ではなく高圧タービンバイパス制御弁104の開度を意味する。
The configuration of the
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器10の出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再熱器ガスダンパ12が全開であるとき、制御部48cは高圧タービンバイパス制御弁104を開ける制御を行い、高圧タービン34に導入されていた蒸気の一部がバイパス配管102に逃れ、高圧タービン34から吐出される蒸気の量も減る。その結果、再熱器10の蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器10の出口側の蒸気温度が上昇する。
In such a boiler system, when it is required to increase the steam temperature on the outlet side of the
図6は、更に他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。本実施の形態におけるボイラシステムは、図4に示されたボイラシステムが備えるバイパス配管45、再熱器バイパス制御弁46及び制御部48cに代えて、バイパス配管102、高圧タービンバイパス制御弁104及び制御部48eを備える。バイパス配管102の一端は、再熱器10に蒸気を供給する高圧タービン34の入口側の配管に設定される抽気ポイント100に接続される。バイパス配管102の他端は、復水器40の入口側の配管に接続される。
FIG. 6 shows the configuration of a boiler system in still another embodiment. The boiler system in the present embodiment is replaced with a
制御部48eの構成は、図4の制御部48cの構成とほぼ同一である。異なる点は、バイパス制御部が出力する再熱器バイパス制御弁開度指令に代えて、高圧タービンバイパス開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。
The configuration of the control unit 48e is almost the same as the configuration of the
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器10の出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再循環ファン入口ベーン52が全開であるとき、制御部48eは高圧タービンバイパス制御弁104を開ける制御を行い、高圧タービン34に導入されていた蒸気の一部がバイパス配管102に逃れ、高圧タービン34から吐出される蒸気の量も減る。その結果、再熱器10の蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器10の出口側の蒸気温度が上昇する。
In such a boiler system, when it is required to increase the steam temperature on the outlet side of the
2…ボイラ
4…火炉
6…再熱器流路
8…過熱器流路
10…再熱器
12…再熱器ガスダンパ
14…過熱器ガスダンパ
16…給水スプレイ配管
18…燃料供給部
20…燃料配管
22…空気配管
23…開度指令
24…燃料指令値生成部
25…BIR部
26…負荷指令
27…先行信号
28…補正開度指令
30…温度センサ
32…中低圧タービン
34…高圧タービン
36…高圧タービン入口配管
38…発電機
40…復水器
42…再熱器入口側配管
44…抽気ポイント
45…バイパス配管
46…再熱器バイパス制御弁
48…制御部
50…再循環ファン
52…再循環ファン入口ベーン
54…ガス流量制御部
56…バイパス制御部
58…減算器
60…PI演算器
62…第1開度判定部
64…第2開度判定部
66…切換器
68…信号発生器
70…PI演算器
72…切換器
74…信号発生器
76…ゲートリミッタ
78…ガス流量制御部
80…バイパス制御部
90…切換器
92…信号発生器
94…切換器
96…信号発生器
100…抽気ポイント
102…バイパス配管
104…高圧タービンバイパス制御弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ...
Claims (7)
前記再熱器に前記内部蒸気として導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らす抽気部と、
前記再熱器にて検出された前記内部蒸気の温度に基づいて前記抽気蒸気の量を制御する抽気制御部と、
開度指令に応答して前記周囲のガスの流量を制御するガス流量制御部とを具備し、
前記抽気制御部は、前記開度指令が所定の基準値よりも大きいとき前記抽気部による抽気を開始し、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉と、
前記火炉が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、
前記過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して前記導入蒸気を吐出するタービンとを具備し、
前記抽気部は、前記タービンから吐出され前記再熱器に導入される前の前記導入蒸気の一部を前記抽気蒸気として抽気する
ボイラシステム。 A reheater that heats the internal steam by heat exchange with surrounding gas,
An extraction part that reduces by extracting a part of the introduction steam introduced as the internal steam into the reheater as extraction steam;
An extraction control unit that controls the amount of the extraction steam based on the temperature of the internal steam detected by the reheater;
A gas flow rate control unit for controlling the flow rate of the surrounding gas in response to an opening degree command,
The extraction control unit starts extraction by the extraction unit when the opening degree command is larger than a predetermined reference value .
Furthermore, a furnace for burning fuel inside and supplying the reheater as the surrounding gas;
A superheater that generates superheated steam by heating steam with heat generated by the furnace;
A turbine that drives using the superheated steam as driving steam and discharges the introduced steam;
The extraction unit is a boiler system that extracts a part of the introduced steam that is discharged from the turbine and introduced into the reheater as the extracted steam.
前記抽気制御部は、前記開度指令が前記所定の基準よりも小さい所定の第2基準よりも小さいとき前記抽気蒸気の量を減少させる
ボイラシステム。 A boiler system according to claim 1,
The extraction control unit is a boiler system that reduces the amount of extraction steam when the opening degree command is smaller than a predetermined second reference smaller than the predetermined reference.
前記ガス流量制御部は、前記周囲のガスが流れる流路の断面積を変化させることによって前記流量を制御するガスダンパを含む
ボイラシステム。 A boiler system according to claim 1,
The gas flow control unit includes a gas damper that controls the flow rate by changing a cross-sectional area of a flow path through which the surrounding gas flows.
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉
を具備し、
前記ガス流量制御部は、前記再熱器の下流側における前記周囲のガスを前記火炉の内部に循環させることによって前記流量を制御する再循環ファンを含む
ボイラシステム。 A boiler system according to claim 1,
And a furnace for combusting fuel therein and supplying the surrounding gas as the surrounding gas to the reheater,
The gas flow control unit includes a recirculation fan that controls the flow rate by circulating the surrounding gas on the downstream side of the reheater into the furnace.
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉と、
前記再熱器から供給される前記内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービンと、
前記タービンの負荷に応答して前記火炉に供給される前記燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部と、
前記負荷が減少するとき、前記燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部
とを具備する
ボイラシステム。 A boiler system according to claim 3,
Furthermore, a furnace for burning fuel inside and supplying the reheater as the surrounding gas;
A turbine that uses the internal steam supplied from the reheater as driving steam;
A fuel command value generator for generating a fuel command value for controlling the amount of the fuel supplied to the furnace in response to the load of the turbine;
A boiler system comprising: a fuel command value correction unit that performs feed-forward control so that the fuel command value decreases when the load decreases.
更に、前記再熱器から供給される前記内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービンと、
前記タービンの負荷に応答して前記火炉に供給される前記燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部と、
前記負荷が減少するとき、前記燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部
とを具備する
ボイラシステム。 A boiler system according to claim 4, wherein
Furthermore, a turbine that uses the internal steam supplied from the reheater as driving steam;
A fuel command value generator for generating a fuel command value for controlling the amount of the fuel supplied to the furnace in response to the load of the turbine;
A boiler system comprising: a fuel command value correction unit that performs feed-forward control so that the fuel command value decreases when the load decreases.
前記再熱器の出口側において前記蒸気の出口温度を検出するステップと、
前記出口温度が低下したとき、前記再熱器の周囲における前記燃焼ガスの流量を調節するダンパーの開度を大きくすることによって前記流量を大きくするステップと、
前記ダンパーの開度が所定の基準開度以上のとき、前記再熱器に導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らすステップとを具備し、
前記ダンパーの前記開度の開度指令が所定の基準値よりも大きいとき前記減らすステップが開始され、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲における前記燃焼ガスとして前記再熱器に供給する火炉が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するステップと、
前記過熱蒸気を駆動蒸気として用いることにより前記導入蒸気を吐出するタービンを駆動するステップとを具備し、
前記タービンから吐出され前記再熱器に導入される前の前記導入蒸気の一部は、前記抽気蒸気として抽気される
ボイラシステムの制御方法。 Heating the steam flowing through the steam flow path of the reheater by heat exchange with the combustion gas generated by the boiler;
Detecting the outlet temperature of the steam on the outlet side of the reheater;
Increasing the flow rate by increasing the opening of a damper that adjusts the flow rate of the combustion gas around the reheater when the outlet temperature decreases;
Reducing the amount of introduced steam introduced into the reheater by extracting as extracted steam when the opening of the damper is equal to or greater than a predetermined reference opening;
The reducing step is started when the opening command of the opening of the damper is larger than a predetermined reference value ,
Furthermore, heating the steam with heat generated by a furnace that burns fuel inside and supplies the reheater as the combustion gas in the surroundings to generate superheated steam;
Driving the turbine that discharges the introduced steam by using the superheated steam as driving steam,
A boiler system control method in which a portion of the introduced steam discharged from the turbine and introduced into the reheater is extracted as the extracted steam.
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