JP5627566B2 - 石炭焚き火力発電プラントの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭焚き火力発電プラントの制御装置及び制御方法に関する。

石炭焚き火力発電プラントにおいては、発電機及びボイラの協調制御が行われている。
具体的には、協調制御によれば、特許文献１に記載されているように、電力需要、則ち負荷に基づいて設定される発電出力指令（ＭＷＤ）に基づいて、タービンマスタ指令（ＴＭ）、則ち、ガバナ弁の開度の設定値が決定される。ガバナ弁の開度が、その設定値に近付けられることによって、ガバナ弁を通じて蒸気が供給されるタービンの回転数が適切に調整される。一方、発電出力指令に基づいて、ボイラマスタ指令（ＢＩＤ）が演算され、ボイラマスタ指令に基づいて、ボイラへの石炭、水及び空気の供給量の設定値が決定される。つまり、ボイラマスタ指令に基づいて、ボイラで発生する蒸気の量が決定される。

ところで、石炭焚き火力発電プラントのボイラは再熱器を有する。再熱器は、高圧タービンから流出した蒸気を再加熱し、再加熱された蒸気（再熱蒸気）が中圧タービンに供給される。再熱蒸気の温度が高すぎると、部材の溶融による中圧タービンの故障を招き、また、再熱蒸気の温度が低すぎると、温度差による熱膨張の差異によって中圧タービンの出力軸が偏心し、やはり中圧タービンの故障を招いてしまう。そこで、石炭焚き火力発電プラントでは、再熱蒸気の温度を適当な範囲に保つための制御が行われている。

従来の再熱蒸気温度制御には、再熱蒸気に水を投入して再熱蒸気の温度を下げるもの（例えば、特許文献２参照）、バーナの角度を調節して燃焼ゾーンを変えるもの（例えば、特許文献３参照）、再熱器が配置された通路に設けられたガス分配ダンパの開度を調節して再熱器を通るガス量を制御するもの（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）、排ガス再循環ファン（ＧＲＦ）によって火炉内に返戻される排ガス量を変化させるもの（例えば、特許文献６参照）、ボイラに投入する空気量を調整するもの（特許文献７参照）、あるいはこれらを組み合わせたものがある。
更に、従来の再熱蒸気温度制御には、ＧＲＦを省略するために、再熱器の上流側におけるスートブロワ噴射時に、給水装置によるボイラへの給水量を増加させるものもある（特許文献８参照）。

特開２００１−８２７０１号公報 特開平８−１２１７０８号公報 特開平１１−１０１４０１号公報 特開平６−１０１８０６号公報 特開２００６−２４２５１７号公報 特開平１０−２８１４０８号公報 実開平５−２５１１０号公報 特開２００７−２６３５０５号公報

上述したように、再熱蒸気温度の制御のために、種々の技術が用いられているが、これらの技術を用いても、負荷の変化時に、再熱蒸気温度を高精度にて制御することは困難であった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、負荷が変化した場合に、第２タービンに供給される再熱蒸気の温度を高精度に制御する、石炭焚き火力発電プラントの制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明によれば、水の循環路に水の循環方向にて順次配置される蒸発管、過熱器及び再熱器を有するボイラと、前記循環路に、前記加熱器と前記再熱器の間に位置して配置される第１のタービンと、前記循環路に、前記循環方向にて前記再熱器の下流に位置して配置される第２のタービンと、前記第１タービン及び前記第２タービンによって駆動される発電機と、を備える発電プラントに適用され、負荷に応じ設定される発電出力指令に基づいて前記ボイラへの石炭、水及び空気の供給量を制御する石炭焚き火力発電プラントの制御装置において、前記発電出力指令が変化する場合に、前記再熱器を流れる蒸気の流量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を再熱蒸気流量変化率として求める、再熱蒸気流量変化率演算器と、前記ボイラに供給される石炭の供給量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を石炭供給量変化率として求める、石炭供給量変化率演算器と、前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正する、石炭供給量設定値補正器とを備え、前記石炭供給量設定値補正器によって補正された前記石炭の供給量の設定値に基づいて、前記ボイラへの石炭の供給量を制御することを特徴とする石炭焚き火力発電プラントの制御装置が提供される。

この石炭焚き火力発電プラントの制御装置によれば、負荷が変化したときに、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値が補正される。そして、補正された設定値に基づいて、ボイラへの石炭の供給量が調整される。このように、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときでも、再熱蒸気温度が高精度に制御される。

好ましくは、前記石炭供給量設定値補正器は、前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に比例する成分を含む補正値を演算し、前記補正値に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正する。
この構成によれば、石炭供給量設定値補正器が、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差に比例する補正値に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときでも、確実に、再熱蒸気温度が高精度に制御される。

好ましくは、前記石炭供給量設定値補正器は、前記補正値として、前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差の積分値に比例する成分を更に含む補正値を演算する。
この構成によれば、石炭供給量設定値補正器が、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差の積分値に比例する成分を更に含む補正値に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときに、再熱蒸気温度がより高精度に制御される。

好ましくは、記石炭焚き火力発電プラントは、前記第２ボイラに供給される蒸気の温度を調整する再熱蒸気温度調整手段を更に備える。
この構成によれば、再熱蒸気温度調整手段によって、再熱蒸気の温度が調整されるので、負荷が安定している場合も含め、再熱蒸気温度が高精度に制御される。

好ましくは、前記再熱蒸気温度調整手段は、前記再加熱器と前記第２タービンの間の前記循環路の部分に水を供給する。
この構成によれば、再熱蒸気に水を加える事によって、再熱蒸気の温度が上限値を超えることが確実に防止される。

好ましくは、前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラにおけるバーナの角度を調整する。
この構成によれば、バーナの角度を変えることによって、負荷が安定している場合も含め、再熱蒸気の温度が高精度にて制御される。

好ましくは、前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラから排出された排ガスを前記ボイラに返戻する。
この構成によれば、ボイラに返戻される排ガスの流量を調整することによって、負荷が安定している場合も含め、再熱蒸気の温度が高精度にて制御される。

好ましくは、前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラにおいて、前記再熱器の加熱に供される排ガスの流量を変化させる。
この構成によれば、再熱器の加熱に供される排ガスの流量を変化させることによって、負荷が安定している場合も含め、再熱蒸気の温度が高精度にて制御される。

上記の課題を解決するために、本発明によれば、水の循環路に水の循環方向にて順次配置される蒸発管、過熱器及び再熱器を有するボイラと、前記循環路に、前記加熱器と前記再熱器の間に位置して配置される第１のタービンと、前記循環路に、前記循環方向にて前記再熱器の下流に位置して配置される第２のタービンと、前記第１タービン及び前記第２タービンによって駆動される発電機と、を備える発電プラントに適用され、負荷に応じ設定される発電出力指令に基づいて前記ボイラへの石炭、水及び空気の供給量を制御する石炭焚き火力発電プラントの制御方法において、前記発電出力指令が変化する場合に、前記再熱器を流れる蒸気の流量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を再熱蒸気流量変化率として求め、前記ボイラに供給される石炭の供給量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を石炭供給量変化率として求め、前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正し、補正された前記石炭の供給量の設定値に基づいて、前記ボイラへの石炭の供給量を制御する、ことを特徴とする石炭焚き火力発電プラントの制御方法が提供される。

この制御方法によれば、負荷が変化したときに、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値が補正される。そして、補正された設定値に基づいて、ボイラへの石炭の供給量が調整される。このように、石炭供給量変化率と再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときでも、再熱蒸気温度が高精度に制御される。

本発明によれば、負荷が変化した場合に、第２タービンに供給される再熱蒸気の温度を高精度に制御する、石炭焚き火力発電プラントの制御装置及び制御方法が提供される。

本発明の第１実施形態に係る石炭焚き火力発電プラントの概略的な構成を示す図である。 図１の石炭焚き火力発電プラントに適用された制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。 図２の制御装置の機能的な構成を説明するための図である。 図２の制御装置の機能的な構成を説明するための図である。 図２の制御装置が実行する制御方法を説明するための図である。 図２の制御装置が実行する制御方法を説明するための図である。 第２実施形態の制御装置の機能的な構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る石炭焚き火力発電プラント（以下、単に発電プラントともいう）１０の概略的な構成を示している。発電プラント１０は、大別して、蒸気系統、復水系統、石炭供給系統、空気供給系統、排ガス処理系統、及び、これらの動作を制御する制御系統からなる。

〔蒸気系統〕
蒸気系統は、ボイラ１２、ガバナ弁１４、高圧タービン（ＨＰＴ）１６、中圧タービン（ＩＰＴ）１８及び低圧タービン（ＬＰＴ）２０を有している。ボイラ１２は、節炭器２２、蒸発管２４、過熱器２６及び再熱器２８を有し、水の循環路３０には、節炭器２２、蒸発管２４、過熱器２６、ガバナ弁１４、高圧タービン１６、再熱器２８、中圧タービン１８及び低圧タービン２０がこの順序で配置されている。

ボイラ１２には、石炭、水及び空気が供給され、ボイラ１２は、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させる。ここで、ボイラ１２には、バーナ角度調整装置３２が取り付けられており、バーナ角度調整装置３２を操作することによって、バーナ３４の角度を調整することができる。そして、バーナ３４の角度を調整することによって、再熱器２８を流れる蒸気に加える熱量を調整することができる。

また、ボイラ１２には、再熱器ガスダンパ３６が設けられ、再熱器ガスダンパ３６の開度（扉の位置）を調整することによって、再熱器２８近傍を流れる排ガスの流量を調整することができる。従って、再熱器ガスダンパ３６の開度を調整することによって、再熱器２８を流れる蒸気に加える熱量を調整することができる。

そして、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０は、ボイラ１２から供給された蒸気を用いて発電機３８を駆動する。具体的には、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０の出力軸は、発電機３８に接続され、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０は、ボイラ１２から供給される蒸気のエネルギーを回転力にそれぞれ変換し、発電機３８は、回転力を電力に変換して出力する。発電機３８から出力される電力及びその周波数は、電力／周波数計４０によって測定される。

〔復水系統〕
復水系統は、水の循環路３０に配置される復水器４２及び給水ポンプ４４を有する。復水器４２は、低圧タービン２０から流出した蒸気を液相の水に戻し、給水ポンプ４４は、復水器４２で得られた液相の水をボイラ１２に供給する。
また、復水系統と蒸気系統とは、主蒸気用スプレー流路４６及び再熱蒸気用スプレー流路４８によってそれぞれ接続されている。

主蒸気用スプレー流路４６は、過熱器２６と高圧タービン１６の間を延びる水の循環路３０の部分（主蒸気流路５０）と復水系統を接続しており、主蒸気用スプレー流路４６を通じて、復水系統から主蒸気流路５０に液相の水が供給される。主蒸気用スプレー流路４６には、主蒸気用スプレー弁５２が設けられ、主蒸気用スプレー弁５２の弁開度を調整することによって、主蒸気流路５０への水の供給量を調整可能である。つまり、主蒸気用スプレー弁５２の弁開度を調整することによって、高圧タービン１６に供給される蒸気（主蒸気）の温度を調整することができる。
なお、主蒸気の温度を測定するために、主蒸気流路５０には、温度計（主蒸気温度計）５４が設けられている。

再熱蒸気用スプレー流路４８は、再熱器２８と中圧タービン１８の間を延びる水の循環路３０の部分（再熱蒸気流路５６）と復水系統を接続しており、再熱蒸気用スプレー流路４８を通じて、復水系統から再熱蒸気流路５６に液相の水が供給される。再熱蒸気用スプレー流路４８には、再熱蒸気用スプレー弁５８が設けられ、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度を調整することによって、再熱蒸気流路５６への水の供給量を調整可能である。つまり、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度を調整することによって、中圧タービン１８に供給される蒸気（再熱蒸気）の温度を調整することができる。

なお、再熱蒸気の温度及び流量を測定するために、再熱蒸気流路５６には、温度計（再熱蒸気温度計）６０及び流量計（再熱蒸気流量計）６２が設けられている。
一方、復水系統には、ボイラ１２への給水の温度を上昇させるために、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０から抽気された蒸気が供給される。

〔石炭供給系統〕
石炭供給系統は、図示しないけれども、原材料の石炭を粉砕して微粉炭にする石炭粉砕装置を有する。石炭粉砕装置には、ホッパからコンベヤを用いて原材料の石炭が供給される。そして、石炭粉砕装置で粉砕された微粉炭は、キャリアガスとしての窒素ガスによってバーナ３４に送られる。
〔空気供給系統〕
空気供給系統は、図示しないけれども、空気を送出する押し込み送風機を有する。押し込み送風機によって送られた空気は、排ガスを利用する空気予熱器によって加熱されてから、バーナ３４に供給される。
なお、ボイラ１２における燃焼方式は、噴流床燃焼方式が好ましいが、流動床燃焼方式や固定床燃焼方式であってもよい。

〔排ガス処理系統〕
排ガス処理系統は、ボイラ１２から排出された排ガスを処理するために、図示しないけれども、脱硝装置、電気集塵機、脱硫装置、及び煙突を有する。空気供給系統の空気予熱器は、脱硝装置から電気集塵機に向けて流れる排ガスの熱を利用して空気を予備的に加熱する。
なお、ボイラ１２から排出された排ガスの一部は、ガス再循環ファンダンパ６４及びガス再循環ファン６６によって分岐され、ボイラ１２に返戻される。ガス再循環ファンダンパ６４の開度を調整することによって、ボイラ１２に返戻される排ガス量を調整することによっても、再熱器２８を流れる蒸気に加える熱量を調整することができる。

〔制御系統〕
図２は、制御系統（制御システム）の全体的な構成を概略的に示すブロック図である。制御システムは、統合的な制御を行う制御装置６８を有する。制御装置６８は、例えば、演算装置、記憶装置及び入出力装置からなるコンピュータによって構成される。なお、制御装置６８は、複数のコンピュータによって構成されていてもよい。

制御装置６８は、操作対象としての石炭供給系統、給水ポンプ４４、空気供給系統、ガバナ弁１４、主蒸気用スプレー弁５２、再熱器ガスダンパ３６、再熱蒸気用スプレー弁５８、バーナ角度調整装置３２、及び、ガス再循環ファンダンパ６４に電気的に接続されている。また、制御装置６８は、センサとしての電力／周波数計４０、主蒸気温度計５４、再熱蒸気温度計６０及び再熱蒸気流量計６２に電気的に接続されている。

制御装置６８には、例えば発電プラント１０の管理者によって、電力需要、則ち負荷が入力され、制御装置６８は、入力された負荷に応じて、発電機３８が出力する電力を調整する。具体的には、制御装置６８は、石炭供給系統、給水ポンプ４４及び空気供給系統を制御して、ボイラ１２への石炭、水及び空気の供給量を調整する。また、制御装置６８は、ガバナ弁１４を制御して、高圧タービン１６への主蒸気の供給量を調整する。

一方、制御装置６８は、発電機３８の出力を調整しながら、再熱蒸気の温度が所定の範囲内に入るように、再熱蒸気の温度の制御を実行する。再熱蒸気の温度の制御では、制御装置６８は、再熱器ガスダンパ３６の開度、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度、バーナ３４の角度、及び、ガス再循環ファンダンパ６４の開度を調整する。
そして、負荷が変化する場合には、制御装置６８は、再熱蒸気の温度の制御として、更に、ボイラ１２に供給される石炭の供給量も調整する。

以下、上述した発電プラント１０の制御装置６８が実行する制御方法について、図３を参照して説明する。
図３及び図４は、制御装置６８の機能的な構成を概略的に示す図である。制御装置６８には、電力需要、則ち負荷が入力され、入力された負荷にそれぞれ対応する発電出力設定値及び発電出力変化率設定値が、出力変化率制御器７０に入力される。出力変化率制御器７０は、発電出力設定値の単位時間あたりの変化率が、発電出力変化率設定値の範囲内に収まるように、発電出力設定値を調整して出力する。

一方、制御装置６８には、電力／周波数計４０によって測定された周波数の測定値が入力され、周波数の測定値と予め設定された周波数の設定値の偏差（Δｆ）が関数器７２に入力される。関数器７２は、予め設定された関数に偏差を代入して、発電出力設定値を補正するための周波数変動補正量を演算する。
出力変化率制御器７０で調整された発電出力設定値、及び、関数器７２で演算された周波数変動補正量は、加算器７４に入力されて加算される。これにより発電出力設定値が補正される。

加算器７４で補正された発電出力設定値は、上下限制限器７６に入力される。上下限制限器７６は、発電出力設定値が、予め設定された下限と上限で規定される範囲内に収まるように、発電出力設定値を更に補正する。この補正された発電出力設定値が、発電出力指令（ＭＷＤ）として、上下限制限器７６から出力される。発電出力指令の単位は、例えばＭＷ（メガワット）である。

上下限制限器７６から出力された発電出力指令は、減算器７８に入力される。また、減算器７８には、電力／周波数計４０によって測定された電力の測定値（ＭＷ）が入力されている。減算器７８は、発電出力指令と電力の測定値の偏差を演算し、得られた偏差は制御器８０に入力される。

制御器８０は比例積分（ＰＩ）制御を行う。具体的には、制御器８０は、入力された偏差が縮小するように、タービンマスタ指令（ＴＭ）を演算により求める。そして、制御装置６８は、演算により求めたタービンマスタ指令に基づいて、ガバナ弁１４の弁開度を調整し、これにより発電機３８の出力を調整する。

また、上下限制限器７６から出力された発電出力指令は、関数器８２に入力される。関数器８２は、予め設定された関数に発電出力指令を代入して、ボイラマスタ指令（ＢＩＤ）を求める。関数器８２によって求められたボイラマスタ指令は、複数の関数器８４，８６，８８に入力され、これらの関数器８４，８６，８８によって、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の供給量の設定値がそれぞれ演算される。

そして、制御装置６８は、負荷が変化していないときには、関数器８４，８６，８８によって演算された石炭、水及び空気の供給量の設定値に基づいて、石炭供給系統、給水ポンプ４４、及び、空気供給系統を制御し、これにより、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の供給量が設定値にそれぞれ近付けられる。
一方、制御装置６８は、負荷が変化した場合には、水及び空気については関数器８６，８８によって演算された水及び空気の供給量の設定値に基づいて、ボイラ１２に供給される水及び空気の供給量を制御しながら、再熱蒸気の温度を制御すべく、関数器８４によって演算された石炭の供給量の設定値を補正し、補正された石炭の供給量の設定値に基づいて、ボイラ１２への石炭の供給量を調整する。

具体的には、制御装置６８には、発電出力指令毎に、発電出力指令が一定であるときに石炭の供給量及び再熱蒸気の供給量がそれぞれ収束すべき静定値が予め登録されている。制御装置６８は、負荷が変化して発電出力指令が変化する場合に、変化前の発電出力指令に対応する石炭の供給量の静定値（ＦＦｓ）及び再熱蒸気の流量の静定値（ＷＲＨｓ）を読み込むとともに、変化後の発電出力指令に対応する石炭の供給量の静定値（ＦＦｅ）及び再熱蒸気の流量の静定値（ＷＲＨｅ）を読み込む。

一方、制御装置６８には、石炭の供給量のプロセス値（ＦＦｐ）及び再熱蒸気の流量のプロセス値（ＷＲＨｐ）が連続的又は間欠的に入力されている。図４に示すように、制御装置６８の石炭供給量変化率演算器９０は、式（１）に基づいて、石炭の供給量の変化率（ＦＦＲＣ）を演算する。式（１）において、（ＦＦｓ−ＦＦｅ）は、発電出力指令の変化に伴い予定される石炭の供給量の総変化量（ΔＦＦ）であり、（ＦＦｓ−ＦＦｐ）は、発電出力指令の変化の開始から現在までの石炭の供給量の変化量（ΔＦＦｐ）である。
ＦＦＲＣ＝１−（ＦＦｓ−ＦＦｐ）／（ＦＦｓ−ＦＦｅ） ・・・（１）
＝１−ΔＦＦｐ／ΔＦＦ

なお、石炭の供給量としては、石炭粉砕装置に投入される石炭の量（給炭量）や石炭粉砕装置から排出される石炭の量（排炭量）を用いることができ、石炭の供給量のプロセス値は、給炭量や排炭量の測定値であっても推定値であってもよい。

また、制御装置６８の再熱蒸気流量変化率演算器９２は、式（２）に基づいて、再熱蒸気の流量の変化率を演算する。式（２）において、（ＷＲＨｓ−ＷＲＨｅ）は、発電出力指令の変化に伴い予定される再熱蒸気の流量の総変化量（ΔＷＲＨ）であり、（ＷＲＨｓ−ＷＲＨｐ）は、発電出力指令の変化の開始から現在までの再熱蒸気の流量の変化量（ΔＷＲＨｐ）である。
ＷＲＨＲＣ＝１−（ＷＲＨｓ−ＷＲＨｐ）／（ＷＲＨｓ−ＷＲＨｅ）・・・（２）
＝１−ΔＷＲＨｓ／ΔＷＲＨ
なお、再熱蒸気の流量のプロセス値としては、再熱蒸気流量計６２によって測定された測定値を用いることができるが、他の測定値に基づく推定値を用いることもできる。
式（１）及び（２）から明らかなように、これらの変化率は、変化前の値を１とし、変化後の値を０とするカウントダウン式の変化率である。

演算された石炭の供給量の変化率及び再熱蒸気の流量の変化率は減算器９４に入力され、減算器９４はこれらの変化率の差（ＦＦＲＣ−ＷＲＨＲＣ）を演算する。演算された変化率の差は、比例制御器９６に入力され、比例制御器９６は、入力された変化率の差に比例する成分を含む、石炭の供給量の補正値を演算する。ただし、比例係数は負の値であり、石炭の供給量の補正値は、変化率の差が正であれば（ＦＦＲＨ＞ＷＲＨＲＣ）負の値に設定され、変化率の差が負であれば（ＦＦＲＨ＜ＷＲＨＲＣ）正の値に設定される。

演算された石炭の供給量の補正値は、関数器８４によって演算された石炭の供給量の設定値とともに加算器９８に入力される。加算器９８は、石炭の供給量の設定値に補正値を加算し、これによって石炭の供給量の設定値が補正される。
つまり、減算器９４、比例制御器９６、及び、加算器９８は、変化率の差に基づいて石炭の供給量の設定値を補正する石炭供給量設定値補正器９９を構成している。

一方、再び図３を参照すると、上下限制限器７６から出力された発電出力指令は、関数器１００に入力される。関数器１００は、予め設定された関数に発電出力指令を代入して、再熱蒸気の温度の設定値を演算する。そして、演算された再熱蒸気の温度の設定値は、減算器１０２に入力される。減算器１０２には、再熱蒸気温度計６０によって測定された再熱蒸気の温度の測定値も入力されており、減算器１０２は、再熱蒸気温度の設定値と測定値の偏差を演算する。

減算器１０２によって演算された偏差は、制御器１０４，１０６，１０８，１１０に入力され、これらの制御器１０４，１０６，１０８，１１０は、入力された偏差がゼロに近付くように、再熱器ガスダンパ３６の開度の設定値、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度の設定値、バーナ３４の角度の設定値、及び、ガス再循環ファンダンパ６４の開度の設定値をそれぞれ演算する。そして制御装置６８は、演算された再熱器ガスダンパ３６の開度の設定値、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度の設定値、バーナ３４の角度の設定値、及び、ガス再循環ファンダンパ６４の開度の設定値に基づいて、再熱器ガスダンパ３６の開度、再熱蒸気用スプレー弁５８の弁開度、バーナ３４の角度及びガス再循環ファンダンパ６４の開度を調整する。

以下、上述した発電プラント１０の動作を、負荷が減少し、発電出力指令が百分率にて７０％から５０％に減少する場合について説明する。
図５の左側には、発電出力指令、石炭の供給量のプロセス値、及び、再熱蒸気の流量のプロセス値の時間変化をそれぞれ示すグラフが描かれており、図５の右側には、発電出力指令、石炭の供給量の変化率、及び、再熱蒸気の流量の変化率の時間変化をそれぞれ示すグラフが描かれている。なお、図５の各グラフにおいて、現在の時刻はＴ１であるとし、そこから先は、各値は一点鎖線で示されるように推移するものとする。
そして、図６は、図５に対応する変化率の差（ＦＦＲＣ−ＷＲＨＲＣ）の時間変化を示している。なお、図６は、時刻Ｔ１を超えて変化率の差の時間変化を示している。

図５及び図６に示される場合、発電出力指令が変化している間、石炭の供給量の変化率が、再熱蒸気の流量の変化率に比べて急速に減少している。従ってこの間、変化率の差は負になり、石炭の供給量の補正値の符号は正になり、石炭の供給量の補正値の絶対値は、変化率の差に比例して大きくなる。このため、石炭の供給量の設定値は大きくなるように補正され、発電出力指令が変化している間、石炭の供給量が増大される。

この図５及び図６に示すような場合では、石炭の供給量のプロセス値が、再熱蒸気の流量のプロセス値よりも先行して減少することによって、再熱蒸気の温度が低下し易い。そこで、制御装置６８は、石炭の供給量の設定値を大きくなるように補正することで、石炭の供給量を増大し、再熱蒸気の温度が過剰に低くなることを防止している。
なお、石炭の供給量を増大することによって主蒸気の温度が過剰に高くなった場合には、制御装置６８は、主蒸気用スプレー弁５２の弁開度を調整することによって、主蒸気の温度を下げることができる。

一方、図５及び図６の場合とは逆に、発電出力指令が変化している間、変化率の差が正の値になる場合も考えられる。つまり、再熱蒸気の流量の変化率が、石炭の供給量の変化率に比べて急速に減少する場合も考えられる。このような場合、石炭の供給量の設定値は小さくなるように補正され、発電出力指令が変化している間、石炭の供給量が抑制される。

すなわち、図５及び図６の場合とは逆の場合では、再熱蒸気の流量のプロセス値が、石炭の供給量のプロセス値よりも先行して減少することによって、再熱蒸気の温度が上昇し易い。そこで、制御装置６８は、石炭の供給量の設定値を小さくなるように補正することで、石炭の供給量を抑制し、再熱蒸気の温度が過剰に高くなることを防止する。

上述した第１実施形態の発電プラントの制御装置６８によれば、負荷が変化したときに、石炭の供給量の変化率と再熱蒸気の流量の変化率の差に基づいて、ボイラへの石炭の供給量の設定値が補正される。そして、補正された設定値に基づいて、ボイラへの石炭の供給量が調整される。このように、石炭の供給量の変化率と再熱蒸気の流量の変化率の差に基づいて、ボイラ１２への石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときでも、再熱蒸気の温度が高精度に制御される。

上述した第１実施形態の発電プラントの制御装置６８によれば、石炭の供給量の変化率と再熱蒸気の流量の変化率の差に比例する成分を含む補正値に基づいて、ボイラ１２への石炭の供給量の設定値を補正することによって、負荷が変化したときでも、確実に、再熱蒸気の温度が高精度に制御される

上述した第１実施形態の発電プラントの制御装置６８によれば、再熱蒸気に水を加えることによって、再熱蒸気の温度が上限値を超えることが確実に防止される。
上述した第１実施形態の発電プラントの制御装置６８によれば、制御装置６８がバーナ３４の角度、ボイラ１２に返戻される排ガスの流量、及び、再熱器２８の加熱に供される排ガスの流量をそれぞれ調整することによって、負荷が変化していない場合も含め、再熱蒸気の温度が高精度に制御される。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の発電プラント１０の制御装置６８について説明する。
なお、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同一又は類似の構成要素についての説明を簡略化又は省略する。

第２実施形態は、図７に示したように、制御装置６８が、比例制御器９６に代えて、比例積分制御器１１２を有し、変化率の差に比例する成分、及び、変化率の差の積分値に比例する成分を含む補正値を演算する点においてのみ、第１実施形態と異なる。
かかる第２実施形態の発電プラント１０の制御装置６８によれば、負荷が変化したときに、再熱蒸気の温度がより高精度に制御される。

本発明は、上述した第１及び第２実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、発電プラント１０が、再熱蒸気の温度を調整するための手段として、ガス再循環ファン６６、ガス再循環ファンダンパ６４、再熱器ガスダンパ３６、及び、バーナ角度調整装置３２を備えていたけれども、これら全てを備えている必要はない。また、発電プラント１０は、これら以外の公知の再熱蒸気温度調整手段を備えていても良い。

１０ 石炭焚き火力発電プラント
１２ ボイラ
１４ ガバナ弁
１６ 高圧タービン（第１タービン）
１８ 中圧タービン（第２タービン）
２０ 低圧タービン
３８ 発電機
４２ 復水器
４４ 給水ポンプ
６８ 制御装置
９０ 石炭供給量変化率演算器
９２ 再熱蒸気流量変化率演算器
９９ 石炭供給量設定値補正器
ΔＦＦ 予定される石炭の供給量の総変化量
ΔＦＦｐ 石炭の供給量の現在の変化量
ＦＦＲＣ 石炭の供給量の変化率
ΔＷＲＨ 予定される再熱蒸気の流量の総変化量
ΔＷＲＨｐ 再熱蒸気の流量の現在の変化量
ＷＲＨＲＣ 再熱蒸気の流量の変化率

Claims (9)

1. 水の循環路に水の循環方向にて順次配置される蒸発管、過熱器及び再熱器を有するボイラと、
   前記循環路に、前記加熱器と前記再熱器の間に位置して配置される第１のタービンと、
   前記循環路に、前記循環方向にて前記再熱器の下流に位置して配置される第２のタービンと、
   前記第１タービン及び前記第２タービンによって駆動される発電機と、を備える発電プラントに適用され、負荷に応じ設定される発電出力指令に基づいて前記ボイラへの石炭、水及び空気の供給量を制御する石炭焚き火力発電プラントの制御装置において、
   前記発電出力指令が変化する場合に、
   前記再熱器を流れる蒸気の流量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を再熱蒸気流量変化率として求める、再熱蒸気流量変化率演算器と、
   前記ボイラに供給される石炭の供給量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を石炭供給量変化率として求める、石炭供給量変化率演算器と、
   前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正する、石炭供給量設定値補正器とを備え、
   前記石炭供給量設定値補正器によって補正された前記石炭の供給量の設定値に基づいて、前記ボイラへの石炭の供給量を制御する
   ことを特徴とする石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
2. 前記石炭供給量設定値補正器は、
   前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に比例する成分を含む補正値を演算し、
   前記補正値に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
3. 前記石炭供給量設定値補正器は、
   前記補正値として、前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差の積分値に比例する成分を更に含む補正値を演算する
   ことを特徴とする請求項２に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
4. 前記石炭焚き火力発電プラントは、前記第２ボイラに供給される蒸気の温度を調整する再熱蒸気温度調整手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
5. 前記再熱蒸気温度調整手段は、前記再加熱器と前記第２タービンの間の前記循環路の部分に水を供給する
   ことを特徴とする請求項４に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
6. 前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラにおけるバーナの角度を調整する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
7. 前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラから排出された排ガスを前記ボイラに返戻する
   ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
8. 前記再熱蒸気温度調整手段は、前記ボイラにおいて、前記再熱器の加熱に供される排ガスの流量を変化させる、
   ことを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の石炭焚き火力発電プラントの制御装置。
9. 水の循環路に水の循環方向にて順次配置される蒸発管、過熱器及び再熱器を有するボイラと、
   前記循環路に、前記加熱器と前記再熱器の間に位置して配置される第１のタービンと、
   前記循環路に、前記循環方向にて前記再熱器の下流に位置して配置される第２のタービンと、
   前記第１タービン及び前記第２タービンによって駆動される発電機と、を備える発電プラントに適用され、負荷に応じ設定される発電出力指令に基づいて前記ボイラへの石炭、水及び空気の供給量を制御する石炭焚き火力発電プラントの制御方法において、
   前記発電出力指令が変化する場合に、
   前記再熱器を流れる蒸気の流量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を再熱蒸気流量変化率として求め、
   前記ボイラに供給される石炭の供給量について、前記発電出力指令の変化に伴い予定される総変化量に対する現在の変化量の割合を石炭供給量変化率として求め、
   前記石炭供給量変化率と前記再熱蒸気流量変化率の差に基づいて、前記発電出力指令に基づいて設定される前記ボイラへの石炭の供給量の設定値を補正し、
   補正された前記石炭の供給量の設定値に基づいて、前記ボイラへの石炭の供給量を制御する、
   ことを特徴とする石炭焚き火力発電プラントの制御方法。
   
   

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