JP4875989B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発電プラント用ボイラ，産業用ボイラ等において燃料（流体）の供給量を制御するのに好適な流量制御装置に関する。

従来の技術として、例えば、〔特許文献１〕に記載されているように、ボイラ燃料流量制御において、バーナ本数と燃料流量及び燃料圧力からファジィ制御器により燃料流量調節弁の先行動作させるものがある。

又、〔特許文献２〕に記載されているように、ボイラの負荷によって定められる燃焼量要求値と稼動バーナの本数に基づいて燃料調整器の開度を演算し、燃焼量要求値とバーナに供給される燃料量の偏差に対応した燃焼量調整器の開度を加算した加算値に基づいて開度を設定するものがある。

特開平７−２３３９３６号公報 特開昭６３−２８６６１４号公報

〔特許文献１〕に記載の技術では、燃料流量制御は燃料流量調節弁後流側の燃料流量，燃料圧力とバーナ本数との組合せで、ジャンピング関数を使用するファジイ制御により、バーナ点消火時の制御弁開度補正量を求めている。

この方法では、ジャンピング関数を使用するファジイ制御で流量調節弁補正信号により修正された流量調節弁指令信号を出力しているので、燃料流量が変化し、さらに燃料流量変化が、補正信号に影響を与えるため、燃料流量調節弁後の圧力が不安定となる要素がある。又、燃料流量制御への相互干渉が避けられない状況となると、流量調節弁の前圧力の変動及び流量要求値の変化に対して、フィードバック制御であるため、制御弁前圧力及び流量要求値に対応する燃料流量制御の応答性に難点がある。

〔特許文献２〕に記載の技術では、ボイラの負荷によって定められる燃焼量要求値と稼動バーナの本数に基づいて燃料調整器の開度を演算して先行制御させるだけであるので、フィードバック制御の影響が大きく、流量調節弁の前圧力の変動及び流量要求値の変化に対して、フィードバック制御であるため、制御弁前圧力及び流量要求値に対応する燃料流量制御の応答性に難点がある。

本発明の目的は、フィードバック制御に頼る比率が少なく、流体の流量制御を安定して行うことができる流量制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の流量制御装置は、流量調節弁を備える燃料流量制御系において、点火バーナ本数と燃料流量要求値からバーナ前圧力を算出し、バーナ前圧力の算出値と流量調節弁の上流側の圧力及び燃料流量要求値より流量調節弁の弁係数を算出して全開の流量調節弁の弁係数との比率から流量調節弁の弁開度を算出するものである。

又、弁開度算出手段は、バーナ点火本数と燃料流量要求値から所要バーナ前圧力算出値を算出するバーナ前予測圧力演算部と、バーナ前圧力算出値と流量調節弁の上流側の圧力から流量調節弁の弁係数を算出する弁流量係数演算部と、流量調節弁全開時の弁流量係数に対する弁係数の比率を演算する比率演算部と、比率演算部で演算された比率を流量調節弁の弁開度に変換する関数発生部から構成される。

本発明によれば、供給先の流量要求値と点火バーナ本数により所要バーナ前圧力を算出し、この所要バーナ前圧力，流量調節弁の上流側の圧力により流量調節弁の開度信号を算出し、この開度信号を先行信号とすることにより、いち早く所定の流量調節弁の開度が得られるので、フィードバック制御に頼る比率が少なくなり、流体の流量制御を安定して行うことができる。

本発明の一実施例を図１から図３を用いて説明する。図１は、本実施例の流量制御装置の構成図である。本実施例は、流量を制御する流量制御装置を液体燃料を燃料とするボイラの燃料流量装置に適用した例であるが、ボイラ以外にも適用できるものである。

図１に示すように、燃料供給部１１に燃料供給母管１２が接続され、燃料供給母管１２には流量調節弁６，バーナ止弁１３を介してバーナ１４が接続されており、燃料供給部
１１からバーナ１４に燃料が供給される。流量調節弁６の上流側で、燃料供給部１１と流量調節弁６との間の燃料供給母管１２には、流量を測定する流量伝送器５と、圧力を測定する圧力伝送器７が設けられている。バーナ止弁１３には、バーナ止弁リミットスイッチ１５が設けられている。

バーナ止弁リミットスイッチ１５は、点火バーナカウント回路１６に接続され、点火バーナカウント回路１６は、バーナ止弁１３の開閉を検知してバーナ点火本数を演算している。点火バーナカウント回路１６は、バーナ前圧力演算部１７に接続されている。

バーナ１４で必要とされる燃料の流量要求値ＦＳの設定を行い、記憶する燃料設定部１は、バーナ前圧力演算部１７，後述するＣＶ値演算器８，比較演算器２に接続されている。ＣＶ値演算器８は、バーナ前圧力演算部１７，圧力伝送器７に接続されている。比較演算器２は流量伝送器５と接続されている。

ＣＶ値演算器８は、順次、比率演算器９，関数発生器１０，加算演算器４，流量調節弁６に接続され、比較演算器２は、順次、比例積分演算器３，加算演算器４に接続されている。

点火バーナカウント回路１６とバーナ前圧力演算部１７でバーナ前予測圧力演算部１０１が構成され、ＣＶ値演算器８と比率演算器９と関数発生器１０で弁開度指令部１００が構成されている。流量調節弁６を制御し、燃料の流量制御を行う燃料流量制御系は、燃料設定部１，弁開度指令部１００，バーナ前予測圧力演算部１０１，比較演算器２，比例積分演算器３で構成される。

燃料設定部１で設定されたバーナ１４で必要とされる燃料の流量要求値ＦＳと流量伝送器５で計測された燃料流量値５Ｓは、比較演算器２に入力されて比較され、偏差値が演算されて、その演算結果を比例積分演算器３へ出力する。比例積分演算器３は、比較演算器２で演算された偏差値を比例積分処理し、その演算結果を加算演算器４へ出力する。

バーナ１４は、バーナ止弁１３が開になったことにより点火したものとみなすことができ、バーナ止弁１３が開になったことは、リミットスイッチ１５により検知され、点火バーナカウント回路１６によりバーナ点火本数１６Ｓが演算される。演算されたバーナ点火本数１６Ｓ、燃料設定部１からの燃料流量要求値ＦＳは、バーナ前予測圧力演算部１０１に入力され、バーナ前圧力Ｐ２が演算される。

図３は、バーナ点火本数をパラメータとして、燃料流量要求値ＦＳとバーナ前燃料圧力との関係を示した例である。この例に示すように、燃料設定部１からの燃料流量要求値
ＦＳに対して、点火バーナカウント回路１６により演算されたバーナ点火本数１６Ｓから、バーナ前圧力Ｐ２が演算される。

次に、弁開度指令部１００について説明する。弁開度指令部１００のＣＶ値演算器８では、圧力伝送器７で計測された圧力Ｐ１と、バーナ前予測圧力演算部１０１で演算されたバーナ前圧力Ｐ２が入力されＣＶ値が演算される。

液体である燃料の流量が液体流体の流量が重量表示の場合、流量調節弁６のＣＶ値は、数１により演算できる。

ここで、ＣＶは弁流量係数、Ｇは比重、Ｗは流量（ｔ／ｈ）、ΔＰは圧力差（ＭＰａ）であり、ΔＰは数２で表される。

ＣＶ値演算器８で演算されたＣＶ値は、比率演算器９に入力され、流量調節弁６の全開時のＣＶ値と比較されてその比率（％）が計算される。流量調節弁６の全開時のＣＶ値をＣＶｍａｘとすると、比率演算器９の出力は数３で得られる。

比率演算器９で得られた比率（％）は、関数発生器１０に入力され、流量調整弁９の開度が計算される。この演算は、プログラム関数として与えられる。関数は、内弁特性とレンジアビリティ要因から決定されるものであり、図２にその特性の一例を示す。

この特性を用いて、関数発生器１０のプログラムにより演算することにより流量調節弁６の開度を算出することができる。図２に示すイコールパーセント特性の弁の場合、その特性は、レンジアビリティ５０であるが、流量調節弁６の全開時のＣＶ値に対する計算されたＣＶ値の割合が３０％のときの流量調節弁６の弁開度は約６７％となる。

関数発生器１０の出力、すなわち弁開度指令部１００の信号である先行制御信号１０Ｓと、比例積分演算器３からの比例・積分信号は、加算演算器４に入力されて加算され、加算後の信号が流量調節弁６の駆動部へ出力される。

弁開度指令部１００の信号出力１０Ｓは、流量調節弁６の上流側の圧力及びバーナ前圧力における流量調節弁開度であり、この先行制御信号１０Ｓを加算演算器４に出力して流量調節弁６を先行制御（フィードフォワード制御）することで、より早く安定した流量制御が得られる。即ち諸条件の急激な変化に追随して流量調節弁６の適切な開度を計算し、その計算結果を先行値として流量調節弁６に与え先行制御するので、制御性が向上する。

なお、上述した実施例では、燃料供給母管１２を流れる燃料が液体燃料の場合について説明したが、気体燃料に適用することも出来る。燃料に気体燃料を適用した場合、流量調節弁のＣＶ値計算を気体流体の計算式に置き換えることにより同様に構成できる。

本実施例によれば、供給先の流量要求値と点火バーナ本数により所要バーナ前圧力を算出し、この所要バーナ前圧力，流量調節弁の上流側の圧力により流量調節弁の開度信号を算出し、この開度信号を先行信号とすることにより、いち早く所定の流量調節弁の開度が得られるので、フィードバック制御に頼る比率が少なくなり、流体の流量制御を安定して行うことが出来るため、プラントの安定運転継続に寄与できる。

近年の火力発電プラントにおいては、電力需要に応じた負荷変化に対応することが求められる一方で、非常に稀なケースではあるが負荷急減動作時にも、その変化に対し柔軟且つ迅速に対応できる効果がある。

本発明の一実施形態例に係わる概略構成図である。 流量調節弁全開時のＣＶ値に対する計算されたＣＶ値の割合と調節弁開度との関を表した図である。 燃料流量要求値ＦＳとバーナ前燃料圧力との関係を示した図である。

符号の説明

１ 燃料設定部
２ 比較演算器
３ 比例積分演算器
４ 加算演算器
５ 流量伝送器
６ 流量調節弁
７ 圧力伝送器
８ ＣＶ値演算器
９ 比率演算器
１０ 関数発生器
１１ 燃料供給部
１２ 燃料供給母管
１３ バーナ止弁
１４ バーナ
１５ バーナ止弁リミットスイッチ
１６ 点火バーナカウント回路
１７ バーナ前圧力演算部
１００ 弁開度指令部
１０１ バーナ前予測圧力演算部
ＦＳ 燃料流量要求値

Claims (2)

1. 流体を供給する配管に設けられた流量調節弁を制御する流量制御系を備える流量制御装置において、前記流量調節弁の上流側に設けられた圧力伝送器により測定された流量調節弁の上流側の圧力，燃料設定部により設定された燃料流量要求値、バーナ点火本数をパラメータとして前記燃料流量要求値とバーナ前圧力との関係から算出されるバーナ前圧力を用いてＣＶ値を算出し、算出されたＣＶ値から流量調整弁全開時のＣＶ値との比率を演算する比率演算部と、前記比率演算部で演算された比率を前記流量調節弁の補正開度に変換する関数発生部により算出される弁開度指令信号を先行制御信号として与え、前記流量調節弁の上流側に設けられた流量伝送器により測定された燃料流量値と前記燃料流量要求値の偏差を比例・積分演算して求められた弁開度補正信号を前記弁開度指令信号に加算して前記流量調節弁に出力する加算演算手段を有する流量制御装置。
2. 前記バーナ前圧力算出値は、各バーナのバーナ止弁毎に設置されたリミットスイッチから点火バーナ本数を算出する点火バーナ本数カウント回路と、点火バーナ本数カウント回路により算出された点火バーナ本数と燃料流量要求値によりバーナ前圧力を算出する関数発生部により、バーナの点消火に伴うバーナ前圧力が算出されるバーナ前予測圧力演算部を有する請求項１に記載の流量制御装置。

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