JP5306000B2 - 給水制御装置および給水制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気ドラムへの給水を制御する給水制御装置および給水制御方法に関する。

例えばコンバインドサイクル発電プラントにおいて、蒸気タービンの負荷遮断が発生した場合、蒸気ドラムの水位が過渡的に大きく変動し、ドラム水位制御が難しくなる。ドラム水位が大きく変動すると、ドラム水位の追従制御ができなくなり、ドラム水位が限界を超えると、給水流量調節弁が強制閉動作を実施し、全閉となる。また、これに伴い、給水ポンプの吐出流量が低下すると、給水ポンプ再循環弁が開動作を実施するものの、給水ポンプの最低流量を確保できず、給水ポンプがトリップし、装置全体のユニットトリップに至る場合がある。

ここで、ドラム水位の変動要因を以下に示す。

（１）負荷遮断が発生すると、蒸気タービンの加減弁が急閉すると共に、タービンバイパス弁が急開し、蒸気圧力を一定に保つ動作に移行する。両弁の動作には時間差があるため、蒸気流量は、蒸気タービンの加減弁が急閉すると瞬時に減少し、一方、タービンバイパス弁が急開すると増加する。ドラム水位制御はこうした蒸気流量の変化に振られて行われるため、ドラム水位が変動する。

（２）また、蒸気タービンの加減弁が急閉すると、系統内が閉塞状態となり、蒸気圧力が上昇し、蒸気ドラム内でシュリンキング、すなわち蒸気ドラムの水の中にある水蒸気の泡の消滅が起こり、ドラム水位は低下する。一方、タービンバイパス弁が急開すると、蒸気圧力が低下し、ドラム水位は上昇する。このような圧力変化の影響により、ドラム水位は変動する。

（３）また、負荷遮断が発生すると、ガスタービンは無負荷、定格回転数での運転に移行し、ＨＲＳＧへの入熱は瞬時に減少するが、ＨＲＳＧの保有熱のため入熱が減少しても蒸気流量の減少はすぐには起こらず、数分後となる、すなわちＨＲＳＧからの蒸気流量は遅れ時定数を持っている。このように蒸気流量の減少が入熱の減少に対して遅れることにより、ドラム水位は上昇傾向となる。

なお、ドラム水位制御や給水制御に関しては、性能を向上させるために様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

特開２０００−２９７９０２号公報 特開２０００−１７９８０４号公報

しかしながら、従来の技術は、負荷遮断発生等によりドラム水位が大きく変動した場合の対策が十分であるとはいえない。例えば前述のようにドラム水位が大きく変動すると、ドラム水位制御偏差が大きくなり、その偏差の解消に時間がかかってしまう。また、ドラム水位の追従制御ができなくなり、ドラム水位が限界を超えると、給水流量調節弁が強制閉動作を実施してしまう。

また、従来の技術は、給水流量調節弁が強制閉動作により全閉した場合の対策も十分であるとはいえない。例えば前述のように給水流量調節弁の全閉により、給水ポンプの最低流量を確保できなくなると、給水ポンプはトリップしてしまう。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、ドラム水位が大きく変動しても、給水ポンプの最低流量を確保でき、安定したドラム水位制御を行うことができる給水制御装置および給水制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による給水制御装置は、給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御装置において、前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制限手段を備え、前記給水流量調節弁の閉動作に伴い、前記給水ポンプから吐出される水の一部を当該給水ポンプの上流側に再循環させる配管に設けられた給水ポンプ再循環弁を開動作させることを特徴とする。

本発明によれば、ドラム水位が大きく変動しても、給水ポンプの最低流量を確保でき、安定したドラム水位制御を行うことができる。

本発明の各実施形態に係る給水制御装置が適用されるコンバインドサイクル発電プラントの蒸気供給系統の構成の一例を示す図。 同蒸気タービンプラントと共に運転される蒸気タービンプラントの構成の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図。 図３の給水制御装置１２の動作の特徴部分を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図。 図５中の関数発生器６３の閉レート関数の一例を説明するための図。 図５の給水制御装置１２の動作の特徴部分を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図。 図８中の関数発生器６３の閉レート関数の一例を説明するための図。 図８の給水制御装置１２の動作の特徴部分を示すフローチャート。 本発明の第４の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図。 図１１の給水制御装置１２の動作の特徴部分を示すフローチャート。 本発明の第５の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図。 図１３の給水制御装置１２の動作の特徴部分を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（各実施形態に共通）
図１は、本発明の各実施形態に係る給水制御装置が適用されるコンバインドサイクル発電プラントの蒸気供給系統の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１の蒸気供給系統から供給される蒸気により駆動される蒸気タービンプラントの構成の一例を示す図である。

図１に示したように、本実施の実施形態に係る蒸気供給系統は、主な構成要素として、給水ポンプ１、給水流量計２、給水ポンプ再循環弁３、節炭器４、給水流量調節弁５、蒸発器６、蒸気ドラム７、ドラム水位計８、蒸気ドラムレベル低減弁９、蒸気過熱器１０、蒸気流量計１１、および給水制御装置１２を有する。一方、図２の蒸気タービンプラントは、主な構成要素として、高圧過熱器２１、再熱器２２、低圧過熱器２３、主蒸気加減弁２４、再熱蒸気加減弁２５、低圧蒸気加減弁２６、高圧タービンバイバス弁２７、中圧タービンバイバス弁２８、低圧タービンバイバス弁２９、高圧タービン３０、中圧タービン３１、低圧タービン３２、および復水器３３を有する。

図１に示したＨＲＳＧ（排熱回収ボイラ）には、ガスタービンの排気ガスが導かれる排ガス流路内に、排ガスの上流側から蒸気過熱器１０、蒸発器６、節炭器４の順番で熱交換器が配置されており、ガスタービンの排ガスはこれらの蒸気過熱器１０、蒸発器６、節炭器４の周囲を流れてそれぞれ熱交換を行って徐々に温度が低下していく。図１において、給水ポンプ１は、図２の蒸気タービンプラント側の復水ポンプ（図示せず）により送られてくる水を節炭器４へ供給する。給水流量計２は、給水ポンプ１と節炭器４との間の給水管に設けられ、給水ポンプ１の吐水流量（給水流量）を計測する。計測された給水流量は給水制御装置１２に入力される。給水ポンプ再循環弁３は、給水ポンプ１から吐出される水の一部を分岐させて図２の蒸気タービンプラント側の復水器３３（あるいは給水ポンプ１の上流（吸込み）側配管）へ再循環させる配管に設けられ、給水制御装置１２から送られる指令信号に従って開閉動作する。節炭器４は、ＨＲＳＧの下流側に設けられ、ＨＲＳＧ内を流れるガスタービンの排ガスの熱を利用して、給水ポンプ１から供給される水の温度を上昇させる。水温が上昇した水は給水管を通じてボイラの蒸気ドラム７へ供給される。給水流量調節弁５は、節炭器４と蒸気ドラム７との間の給水管に設けられ、給水制御装置１２から送られる指令信号に従って開閉動作する。蒸発器６は、ＨＲＳＧのガスタービン排ガス流路内のうち、節炭器４より上流側に設けられている。蒸発器６は、ＨＲＳＧの排ガス流路の外側に配置された蒸気ドラム７の直下部に配置されており、蒸気ドラム７内に供給された給水は蒸発器６内に下降するようになっている。そして、蒸発器６は、ガスタービンの排ガスの熱を利用して、蒸気ドラム７から供給された水を蒸発させる。蒸発器６にて蒸発して発生した蒸気は蒸気ドラム７へと上昇し、蒸気ドラム７から蒸気管を通じて蒸気過熱器１０へ供給される。ドラム水位計８は、蒸気ドラム７内の水の水位を計測する。計測されたドラム水位は給水制御装置１２に入力される。蒸気ドラムレベル低減弁９は、蒸気ドラム７内の水をブローダウンタンクへ排出させる配管に設けられ、給水制御装置１２から送られる指令信号に従って開閉動作する。蒸気過熱器１０はＨＲＳＧのガスタービン排ガス流路内の蒸発器６よりさらに上流側に設けられており、ガスタービンの排ガスの熱を利用して、蒸発器６にて蒸発し、蒸気ドラム７を経て供給された蒸気を過熱する。過熱した蒸気は蒸気管を通じて図２の蒸気タービンプラント側の蒸気タービンへ供給される。蒸気流量計１１は、蒸気過熱器１０の出力側の蒸気管に設けられ、当該蒸気管での蒸気流量を計測する。計測された蒸気流量は給水制御装置１２に通知される。

給水制御装置１２は、給水流量計２、ドラム水位計８、および蒸気流量計１１のそれぞれの計測値が入力されると共に、給水ポンプ再循環弁３、給水流量調節弁５、および蒸気ドラムレベル低減弁９のそれぞれの開度情報についても取得することが可能であり、蒸気ドラム７の水位が一定となるよう、蒸気ドラム７の水位，蒸気流量，給水流量に基づく三要素制御または蒸気ドラム７の水位のみに基づく単要素制御を通じて給水流量調節弁５を操作する（給水流量調節弁操作指令値を示す指令信号を給水流量調節弁５に送る）ことにより蒸気ドラム７への給水流量を調節する。また、給水制御装置１２は、蒸気ドラム７の水位が上限値を超えて上昇した場合に、ドラム水位が蒸気ドラム７の汽水分離に支障をきたす水位に到達しないようにするため、給水流量調節弁５を強制閉動作させる。

なお、図１に示した蒸気過熱器１０、蒸発器６、蒸気ドラム７、および節炭器４が接続されてなる蒸気供給系統については、高圧および低圧など、異なる蒸気タービンの圧力に応じて複数の系統がそれぞれ並列に配置される構成となるのが一般的である。

たとえば、図２に示した蒸気タービンプラントにおいて、ＨＲＳＧ（図示せず）は高圧タービンに主蒸気（高圧蒸気）を供給する高圧蒸気供給系統と、低圧タービンに低圧蒸気を供給する低圧蒸気供給系統とをそれぞれ有している。すなわち、図２に示した高圧過熱器２１および低圧過熱器２３は、それぞれ図１の蒸気供給系統の蒸気過熱器１０に相当する構成要件である。すなわち、図２に示した蒸気タービンプラントは、圧力の異なる図１で示した蒸気供給系統を２つ（すなわち高圧蒸気供給系統および低圧蒸気供給系統）有しており、それぞれ主蒸気（高圧蒸気）および低圧蒸気を発生させている。

図２に示したように、高圧過熱器２１にて過熱された主蒸気（高圧蒸気）は主蒸気加減弁２４が設けられた主蒸気管を通じて高圧タービン３０へ供給される。再熱器２２は、高圧過熱器２１および低圧過熱器２３と同様に図示しないＨＲＳＧの排ガス流路内に配置されており、高圧タービン３０で使用した蒸気をガスタービンの排ガスによって再熱する熱交換器である。再熱器２２にて再熱された蒸気は再熱蒸気加減弁２５が設けられた再熱管を通じて中圧タービン３１へ供給される。低圧過熱器２３にて過熱された低圧蒸気は低圧蒸気加減弁２６が設けられた蒸気管を通じて低圧タービン３２へ供給される。

なお、高圧過熱器２１からの主蒸気は、高圧タービンバイバス弁２７が設けられたバイパス管を通じて、高圧タービン３０をバイパスして復水器３３へ流入させることが可能である。同様に、再熱器２２からの再熱蒸気についても、中圧タービンバイバス弁２８が設けられたバイパス管を通じて、中圧タービン３１をバイパスして復水器３３へ流入させることが可能である。低圧過熱器２３からの低圧蒸気についても、低圧タービンバイバス弁２９が設けられたバイパス管を通じて、低圧タービン３２をバイパスして復水器３３へ流入させることが可能である。各種の加減弁２４，２５，２６およびバイパス弁２７，２８，２９は、図示しない制御装置から送られる指令信号に従って開閉動作する。復水器３３は、低圧タービン３２で膨張仕事を終えた蒸気を凝縮させて復水とする。復水は、図示しない復水ポンプにより図１の蒸気タービンプラントへそれぞれの圧力ごとに供給される。

以下の各実施形態では、図１および図２も適宜参照しつつ、給水制御装置１２の具体例について説明する。

（第１の実施形態）
最初に、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図である。

図３の給水制御装置１２は、減算器５１、ＰＩＤ演算器５２、加算器５３、ＰＩＤ演算器５４、比較器５５、減算器５６、ＰＩＤ演算器５７、信号切替器５８、比較器５９、信号発生器６０、信号切替器６１、および変化率制限器６２を有する。

減算器５１は、目標のドラム水位であるドラム水位設定値を入力すると共に、ドラム水位計８により計測されるドラム水位の値を入力し、双方の偏差を示す偏差信号を出力する。

ＰＩＤ演算器５２は、ドラム水位のフィードバック制御（三要素上位制御）を行うものであり、減算器５１から出力される偏差信号を入力し、ＰＩＤ（比較，積分，微分）演算を行い、給水流量調節弁５の開度を指示する信号を出力する。

加算器５３は、ＰＩＤ演算器５２から出力される信号を入力すると共に、蒸気流量計１１により計測される蒸気流量を示す信号を入力し、給水流量調節弁開度に蒸気流量の要素を加えた値を示す信号を出力する。

ＰＩＤ演算器５４は、給水流量のフィードバック制御（三要素下位制御）を行うものであり、加算器５３から出力される信号を入力すると共に、給水流量計２により計測される給水流量を示す信号を入力し、蒸気流量の要素が加えられた給水流量調節弁開度から給水流量の要素を差し引いた値を示す信号（三要素制御に基づく操作信号）を出力する。

比較器５５は、蒸気流量計１１により計測される蒸気流量が下限値を超えて下降したときに所定の信号を出力する。当該所定の信号は、単要素制御の選択を指示する選択信号として信号切替器５８に入力される。

減算器５６は、減算器５１と同様、目標のドラム水位であるドラム水位設定値を入力すると共に、ドラム水位計８により計測されるドラム水位の値を入力し、双方の偏差を示す偏差信号を出力する。

ＰＩＤ演算器５７は、ドラム水位のフィードバック制御（単要素制御）を行うものであり、減算器５６から出力される偏差信号を入力し、ＰＩＤ（比較，積分，微分）演算を行い、給水流量調節弁５の開度を指示する信号（単要素制御に基づく操作信号）を出力する。

信号切替器５８は、比較器５５から出力される単要素制御の選択を指示する選択信号の有無に応じて、操作信号の切り替えを行うものであり、比較器５５から選択信号が出力されていないときはＰＩＤ演算器５４から出力される操作信号（三要素制御に基づく操作信号）を選択してこれを出力し、比較器５５から単要素制御の選択を指示する選択信号が出力されたときはＰＩＤ演算器５７から出力される操作信号（単要素制御に基づく操作信号）を選択してこれを出力する。

比較器５９は、ドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えて上昇したときに、ドラム水位が蒸気ドラム７の汽水分離に支障をきたす水位に到達しないようにするため、ドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号を出力する。なお、蒸気ドラム７の汽水分離に支承をきたす水位とは、蒸気ドラム７内に設けられている図示しない汽水分離器に水面が到達する水位などを指す。

信号発生器６０は、給水流量調節弁５の開度を０％（全閉）にする強制閉動作を指示する操作信号を出力する。

信号切替器６１は、比較器５９から出力される高ＡＮＮ信号の有無に応じて、操作信号の切り替えを行うものであり、比較器５９から高ＡＮＮ信号が出力されていないときは信号切替器５８から出力される操作信号を選択してこれを出力し、比較器５９から高ＡＮＮ信号が出力されたときは信号発生器６０から出力される操作信号（すなわち弁開度＝０％）を選択してこれを出力する。

変化率制限器６２は、比較器５９から高ＡＮＮ信号の有無に応じて、給水流量調節弁５が全閉する際の弁開度の変化率（％／sec）、即ち、閉弁速度（閉レート）に対する制限の実施／解除を行うものであり、比較器５９から高ＡＮＮ信号が出力されていないときは信号切替器５８から信号切替器６１を経由して送られてくる操作信号をそのまま出力し、比較器５９から高ＡＮＮ信号が出力されたときは信号発生器６０から信号切替器６１を経由して送られてくる操作信号に示される強制閉動作に対して閉弁速度を制限する（例えば、閉弁速度がα（％／sec）となるようにする）。

なお、上述のＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算器５２，５４，５９の代わりに、ＰＩ演算を行うＰＩ演算器をそれぞれ適用することも可能である。

ここで、図４を参照して、第１の実施形態に係る給水制御装置１２の動作の特徴部分について説明する。

給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位，蒸気流量，給水流量を監視し（ステップＳ１１）、蒸気ドラム７のドラム水位が一定となるよう、三要素制御もしくは単要素制御を行って、指令信号（給水流量調節弁操作指令値）を給水流量調節弁５に送ることにより給水流量を調節している。

ドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えて上昇しなければ、比較器５９からはドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号は出力されず（ステップＳ１２のＮＯ）、変化率制限器６２は作動しない。

一方、もしドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えれば、比較器５９からドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号が出力され（ステップＳ１２のＹＥＳ）、変化率制限器６２が作動する。

このとき、信号切替器６１での信号切替により信号発生器６０から出力される強制閉動作、すなわち弁開度を０％とさせるような操作信号が変化率制限器６２へ送られ、変化率制限器６２は、信号発生器６０から信号切替器６１を経由して送られてくる操作信号に示される強制閉動作に対し、閉弁速度を制限する（例えば、閉弁速度がα（％／sec）となるようにする）。

これにより、給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位が限界を超えて給水流量調節弁５の強制閉動作を実施する場合であっても、変化率制限器６２の作用により給水流量調節弁５を瞬時に全閉させずに、例えば一定の閉弁速度に制限した状態で全閉させる（ステップＳ１３）。このとき、給水流量調節弁５の閉弁速度は一定となるため、給水流量の減速度も一定となる。このため、給水流量調節弁５の瞬時の全閉により給水ポンプ１の吐出流量が急減してトリップに至ることを防ぐことができる。

また、給水制御装置１２によって給水流量調節弁５が緩やかに閉鎖されると、図１の節炭器４から蒸気ドラム７への給水流量も緩やかに低下する。これを受けて給水制御装置１２はさらに給水ポンプ再循環弁３を緩やかに開弁させる（ステップＳ１４）。このとき、給水流量の低下と再循環量の増加とがラップして起こるため、給水ポンプ１の吐出流量は急減せず、最低流量に到達する前に増加傾向となる。

この第１の実施形態によれば、給水流量調節弁５が強制閉動作により全閉する場合であっても、瞬時に全閉するのではなく、一定の閉弁速度に制限された状態で全閉動作するため、給水流量の減速度を一定に抑制することができ、給水流量の急減による給水ポンプ１のトリップを防ぐことができる。また、給水流量調節弁５が瞬時に全閉しないことで給水ポンプ１の流量の急減によるトリップを防ぐだけでなく、給水流量調節弁５の緩閉鎖に伴って給水ポンプ再循環弁３が徐々に開動作するため、給水ポンプ１の最低流量を確保できる。したがって、給水ポンプ１の最低流量を確保できるため、給水流量調節弁５の全閉後など、多少時間が経過した後についても給水ポンプ１のトリップを回避することができる。

（第２の実施形態）
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

なお、この第２の実施形態においては、図３に示した第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図である。

この第２の実施形態に係る給水制御装置１２は、図３に示した第１の実施形態に係る給水制御装置１２の構成に、関数発生器６３を追加した構成となっている。

関数発生器６３は、ドラム水位高を示す高ＡＮＮ信号の発生時に給水流量調節弁５が全閉する際の弁開度の変化率（％／sec）、即ち、閉弁速度（閉レート）を、給水流量計２により計測される給水流量に応じて変化させる閉弁速度可変機能である。この関数発生器６３は、給水流量計２により計測される給水流量から給水流量調節弁５の閉レートを決定する閉レート関数Ｆｘを有し、この閉レート関数Ｆｘで決定される閉レートを、変化率制限器６２に対して指示する。

閉レート関数Ｆｘは、給水流量の低下に応じて給水流量調節弁５の閉レートが低下するようにする。例えば、図６に示されるように、給水流量が給水ポンプ１の最低流量に比べてまだ十分に大きいときには、閉レートを比較的大きくする。これにより、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができる。一方、給水流量が給水ポンプ１の最低流量に差し迫っているとき（あるいは、最低流量に到達したとき）には、閉レートを比較的小さくする（場合によっては閉レートを零にする）。これにより、給水流量の減少を軽減させることができ、給水流量が給水ポンプ１の最低流量を超えて下降することを抑制することができる。もし、給水流量が給水ポンプ１の最低流量を超えて低下した場合には、閉レートを更に低下させる（場合によっては閉レートを零にする）。

ここで、図７を参照して、第２の実施形態に係る給水制御装置１２の動作の特徴部分について説明する。

給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位，蒸気流量，給水流量を監視し（ステップＳ２１）、蒸気ドラム７のドラム水位が一定となるよう、三要素制御もしくは単要素制御を行って、指令信号（給水流量調節弁操作指令値）を給水流量調節弁５に送ることにより給水流量を調節している。

ドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えて上昇しなければ、比較器５９からはドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号は出力されず（ステップＳ２２のＮＯ）、変化率制限器６２は作動しない。

一方、もしドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えれば、比較器５９からドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号が出力され（ステップＳ２２のＹＥＳ）、変化率制限器６２が作動する。

このとき、信号切替器６１での信号切替により信号発生器６０から出力される強制閉動作の操作信号が変化率制限器６２へ送られ、変化率制限器６２は、信号発生器６０から信号切替器６１を経由して送られてくる操作信号に示される強制閉動作に対し、閉弁速度を制限する。また、このとき、関数発生器６３は、閉レート関数Ｆｘに基づき、給水流量計２により計測される給水流量に対応する閉レートを変化率制限器６２に指示する。

これにより、給水制御装置１２は、給水流量に応じて閉レート関数Ｆｘで決定される閉レートにて給水流量調節弁５を全閉させる（ステップＳ２３）。

また、給水制御装置１２は、給水流量の低下に伴い、給水ポンプ再循環弁３を開弁させる（ステップＳ２４）。このとき、給水流量の低下と再循環量の増加とがラップして起こり、給水ポンプ１の吐出流量は最低流量に到達する前に増加傾向となる。

この第２の実施形態によれば、給水流量調節弁５が強制閉動作により全閉する場合であっても、瞬時に全閉するのではなく、給水流量に応じて閉レート関数Ｆｘで決定される閉レートにて全閉動作するため、ドラム水位の上昇をより効果的に抑制することができると共に、給水流量の減速度をより効果的に抑制することができ、また、このとき給水ポンプ再循環弁３が開動作するため、給水ポンプ１の最低流量を確保できる。また、給水ポンプ１の最低流量を確保できるため、給水ポンプ１のトリップを回避することができる。

（第３の実施形態）
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。

なお、この第３の実施形態においては、図３に示した第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図である。

この第３の実施形態に係る給水制御装置１２は、図３に示した第１の実施形態に係る給水制御装置１２の構成に、関数発生器６４を追加した構成となっている。

関数発生器６４は、ドラム水位高を示す高ＡＮＮ信号の発生時に給水流量調節弁５が全閉する際の弁開度の変化率（％／sec）、即ち、閉弁速度（閉レート）を、給水ポンプ再循環弁３の開度に応じて変化させる閉弁速度可変機能である。この関数発生器６４は、給水ポンプ再循環弁３の開度に応じて給水流量調節弁５の閉レートを決定する閉レート関数Ｆｘ’を有し、この閉レート関数Ｆｘ’で決定される閉レートを、変化率制限器６２に対して指示する。

閉レート関数Ｆｘ’は、給水ポンプ再循環弁３の開動作に応じて給水流量調節弁５の閉弁速度が低下するように設定する。例えば、図９に示されるように、給水ポンプ再循環弁３が全閉しているときは、閉レートを比較的大きくする。これにより、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができる。一方、給水ポンプ再循環弁３が開動作した後は、閉レートを低下させる。これにより、給水流量の減少を軽減させることができ、給水流量が給水ポンプ１の最低流量を超えて下降することを抑制することができる。また、給水ポンプ再循環弁３の開度が所定値以上となったときには、給水ポンプ１の吐出流量は回復しているため、閉レートを元の値に戻す。

ここで、図１０を参照して、第３の実施形態に係る給水制御装置１２の動作の特徴部分について説明する。

給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位，蒸気流量，給水流量を監視し（ステップＳ３１）、蒸気ドラム７のドラム水位が一定となるよう、三要素制御もしくは単要素制御を行って、指令信号（給水流量調節弁操作指令値）を給水流量調節弁５に送ることにより給水流量を調節している。

ドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えて上昇しなければ、比較器５９からはドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号は出力されず（ステップＳ３２のＮＯ）、変化率制限器６２は作動しない。

一方、もしドラム水位計８により計測されるドラム水位が上限値を超えれば、比較器５９からドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号が出力され（ステップＳ３２のＹＥＳ）、変化率制限器６２が作動する。

このとき、信号切替器６１での信号切替により信号発生器６０から出力される強制閉動作の操作信号が変化率制限器６２へ送られ、変化率制限器６２は、信号発生器６０から信号切替器６１を経由して送られてくる操作信号に示される強制閉動作に対し、閉弁速度を制限する。また、このとき、関数発生器６４は、閉レート関数Ｆｘ’に基づき、給水ポンプ再循環弁３の開度に対応する閉レートを変化率制限器６２に指示する。

これにより、給水制御装置１２は、給水ポンプ再循環弁３の開度に応じて閉レート関数Ｆｘ’で決定される閉レートにて給水流量調節弁５を全閉させる（ステップＳ３３）。

また、給水制御装置１２は、給水流量の低下に伴い、給水ポンプ再循環弁３を開弁させる（ステップＳ３４）。このとき、給水流量の低下と再循環量の増加とがラップして起こり、給水ポンプ１の吐出流量は最低流量に到達する前に増加傾向となる。

この第３の実施形態によれば、給水流量調節弁５が強制閉動作により全閉する場合であっても、瞬時に全閉するのではなく、給水ポンプ再循環弁３の開度に応じて閉レート関数Ｆｘ’で決定される閉レートにて全閉動作するため、ドラム水位の上昇をより一層効果的に抑制することができると共に、給水流量の減速度をより一層効果的に抑制することができ、また、このとき給水ポンプ再循環弁３が開動作するため、給水ポンプ１の最低流量を確保できる。また、給水ポンプ１の最低流量を確保できるため、給水ポンプ１のトリップを回避することができる。

（第４の実施形態）
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。

なお、この第４の実施形態においては、図３に示した第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１１は、本発明の第４の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図である。

この第４の実施形態に係る給水制御装置１２は、図３に示した第１の実施形態に係る給水制御装置１２の構成において、変化率制限器６２を設けずに、代わりに比較器６５および論理和処理部６６を設けた構成となっている。

比較器６５は、ドラム水位計８により計測されるドラム水位が所定値を超えて上昇したときに所定の信号を出力する。論理和処理部６６は、比較器６５または比較器５５のいずかから送られてくる所定の信号を、単要素制御の選択を指示する選択信号として出力する。ここで、比較器６５に設定されているドラム水位の所定値は、ドラム水位高を通知する高ＡＮＮ信号を出力し給水流量調節弁５の強制閉動作を開始させるために比較器５９に設定されているドラム水位の所定値よりも低い水位に設定されている。

このような構成により、信号切替器５８は、蒸気流量計１１により計測される蒸気流量が下限値を超えて下降したときのみならず、ドラム水位計８により計測される蒸気ドラム７のドラム水位が所定値を超えて上昇したときには、単要素制御の選択を指示する選択信号を入力し、制御モードを三要素制御から単要素制御へ切り替える。これにより、ドラム水位が高めになった場合には、ドラム水位の偏差のみが制御対象となり、ドラム水位に敏感に反応する単要素制御が行われるため、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができ、ドラム水位高による給水流量調節弁５の強制全閉動作が発生することを抑制することができる。なお、ドラム水位が低下してきた場合には、制御モードを単要素制御から三要素制御に戻す。また、ドラム水位の偏差のみによる単要素制御が行なわれてもなおドラム水位が上昇し、ドラム水位が比較器５９に設定されているドラム水位の所定値を超えた場合には、第１の実施の形態と同様に高ＡＮＮ信号が比較器５９から出力されて給水流量調節弁５の強制閉動作が行なわれる。この場合、第２の実施の形態や第３の実施の形態と同様に、給水流量調節弁５の閉レートを関数で与えるような構成とすることもできる。

ここで、図１２を参照して、第４の実施形態に係る給水制御装置１２の動作の特徴部分について説明する。

給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位，蒸気流量，給水流量を監視し（ステップＳ４１）、蒸気ドラム７のドラム水位が一定となるよう、三要素制御を行って、指令信号（給水流量調節弁操作指令値）を給水流量調節弁５に送ることにより給水流量を調節している。

蒸気流量計１１により計測される蒸気流量が下限値を超えて下降しておらず、また、ドラム水位計８により計測されるドラム水位が所定値を超えて上昇しなければ（ステップＳ４２のＮＯ）、比較器６５からは所定の信号は出力されず、信号切替器５８は、三要素制御から単要素制御への切り替えを実施しない。

もしドラム水位計８により計測されるドラム水位が所定値を超えれば（ステップＳ４２のＹＥＳ）、比較器６５から所定の信号が出力され、論理和処理部６６から単要素制御の選択を指示する選択信号が出力されて信号切替器５８に入力されるため、信号切替器５８は、三要素制御から単要素制御への切り替えを実施する（ステップＳ４３）。

この第４の実施形態によれば、例えばドラム水位が過渡応答的に変動することによりドラム水位が高めになった場合には、ドラム水位の偏差のみが制御対象となり、ドラム水位に敏感に反応する単要素制御が行われるため、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができ、ドラム水位高による給水流量調節弁５の強制全閉動作が発生することを抑制することができ、安定した運転を継続して行うことができる。

（第５の実施形態）
次に、図１３および図１４を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。

なお、この第５の実施形態においては、図１１に示した第４の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第４の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る給水制御装置１２の構成の一例を示す図である。

この第５の実施形態に係る給水制御装置１２は、図１１に示した第４の実施形態に係る給水制御装置１２の構成において、比較器６５を設けずに、代わりに非定常運転モード検出部６７を設けた構成となっている。

非定常運転モード検出部６７は、蒸気タービンの負荷遮断またはＦＣＢ（Fuel Cut Back）による非定常運転が実施されたことを検出したときに、所定の信号を出力する。論理和処理部６６は、非定常運転モード検出部６７または比較器５５のいずかから送られてくる所定の信号を、単要素制御の選択を指示する選択信号として出力する。

このような構成により、信号切替器５８は、蒸気流量計１１により計測される蒸気流量が下限値を超えて下降したときのみならず、ドラム水位が過渡応答的に変動する負荷遮断またはＦＣＢによる非定常運転が実施されたことを検出したときには、単要素制御の選択を指示する選択信号を入力し、制御モードを三要素制御から単要素制御へ切り替える。これにより、負荷遮断またはＦＣＢによる非定常運転が実施された場合には、ドラム水位の偏差のみが制御対象となり、ドラム水位に敏感に反応する単要素制御が行われるため、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができ、ドラム水位高による給水流量調節弁５の強制全閉動作が発生することを抑制することができる。

ここで、図１４を参照して、第５の実施形態に係る給水制御装置１２の動作の特徴部分について説明する。

給水制御装置１２は、蒸気ドラム７のドラム水位，蒸気流量，給水流量を監視し（ステップＳ５１）、蒸気ドラム７のドラム水位が一定となるよう、三要素制御を行って、指令信号（給水流量調節弁操作指令値）を給水流量調節弁５に送ることにより給水流量を調節している。

蒸気流量計１１により計測される蒸気流量が下限値を超えて下降しておらず、また、非定常運転モード検出部６７により負荷遮断またはＦＣＢによる非定常運転が実施されたことが検出されていなければ（ステップＳ５２のＮＯ）、非定常運転モード検出部６７からは所定の信号は出力されず、信号切替器５８は、三要素制御から単要素制御への切り替えを実施しない。

もし非定常運転モード検出部６７により負荷遮断またはＦＣＢによる非定常運転が実施されたことが検出されれば（ステップＳ５２のＹＥＳ）、非定常運転モード検出部６７から所定の信号が出力され、論理和処理部６６から単要素制御の選択を指示する選択信号が出力されて信号切替器５８に入力されるため、信号切替器５８は、三要素制御から単要素制御への切り替えを実施する（ステップＳ５３）。

この第５の実施形態によれば、ドラム水位が過渡応答的に変動する負荷遮断またはＦＣＢによる非定常運転が実施された場合には、ドラム水位の偏差のみが制御対象となり、ドラム水位に敏感に反応する単要素制御が行われるため、ドラム水位の上昇を即座に抑えることができ、ドラム水位高による給水流量調節弁５の強制全閉動作が発生することを抑制することができ、安定した運転を継続して行うことができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…給水ポンプ、２…給水流量計、３…給水ポンプ再循環弁、４…節炭器、５…給水流量調節弁、６…蒸発器、７…蒸気ドラム、８…ドラム水位計、９…蒸気ドラムレベル低減弁、１０…蒸気過熱器、１１…蒸気流量計、２１…高圧過熱器、２２…再熱器、２３…低圧過熱器、２４…主蒸気加減弁、２５…再熱蒸気加減弁、２６…低圧蒸気加減弁、２７…高圧タービンバイバス弁、２８…中圧タービンバイバス弁、２９…低圧タービンバイバス弁、３０…高圧タービン、３１…中圧タービン、３２…低圧タービン、３３…復水器、５１…減算器、５２…ＰＩＤ演算器、５３…加算器、５４…ＰＩＤ演算器、５５…比較器、５６…減算器、５７…ＰＩＤ演算器、５８…信号切替器、５９…比較器、６０…信号発生器、６１…信号切替器、６２…変化率制限器、６３…関数発生器、６４…関数発生器、６５…比較器、６６…論理和処理部、６７…非定常運転モード検出部。

Claims (6)

1. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御装置において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制限手段を備え、
   前記給水流量調節弁の閉動作に伴い、前記給水ポンプから吐出される水の一部を当該給水ポンプの上流側に再循環させる配管に設けられた給水ポンプ再循環弁を開動作させることを特徴とする給水制御装置。
2. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御装置において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制限手段を備え、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を前記給水流量に応じて変化させる閉弁速度可変手段を更に備えたことを特徴とする給水制御装置。
3. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御装置において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制限手段を備え、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を、前記給水ポンプから吐出される水の一部を当該給水ポンプの上流側に再循環させる配管に設けられた給水ポンプ再循環弁の開度に応じて変化させる閉弁速度可変手段を更に備えたことを特徴とする給水制御装置。
4. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御方法において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制御を行い、
   前記給水流量調節弁の閉動作に伴い、前記給水ポンプから吐出される水の一部を当該給水ポンプの上流側に再循環させる配管に設けられた給水ポンプ再循環弁を開動作させることを特徴とする給水制御方法。
5. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御方法において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制御を行い、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を前記給水流量に応じて変化させる
   ことを特徴とする給水制御方法。
6. 給水ポンプから給水流量調節弁を介してボイラの蒸気ドラムへ給水し、前記蒸気ドラムの水位が一定となるよう前記給水流量調節弁を操作することにより前記蒸気ドラムへの給水流量を調節し、かつ前記蒸気ドラムの水位が上限値を超えて上昇した場合に前記給水流量調節弁を全閉させるように構成した蒸気タービンプラントに適用される給水制御方法において、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を制限する制御を行い、
   前記給水流量調節弁が全閉する際の閉弁速度を、前記給水ポンプから吐出される水の一部を当該給水ポンプの上流側に再循環させる配管に設けられた給水ポンプ再循環弁の開度に応じて変化させる
   ことを特徴とする給水制御方法。

Images