JP6887537B2 - 冷却水系統設備及びその制御装置 - Google Patents
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Description
前記第1制御部は、前記復水器の器内温度の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度の目標温度を演算する第1演算部と、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、フィードバック制御される一方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第1演算部にて演算した目標温度に対する復水器入口冷却水温度の偏差に基づいて演算する第2演算部と、を備えてもよい。この構成では、第1制御部を2つの演算部から構成することが出来る。
前記制御装置は、前記第1制御部と第2制御部とを有し、前記第2制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数に基づいてプログラム制御する。
前記第2制御部は、冷却塔入口冷却水温度と大気の湿球温度に基づいて、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数を演算する第3演算部と、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうちプログラム制御される他方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第3演算部より演算される冷却指数に基づいて演算する第4演算部を備える。この構成では、第2制御部を2つの演算部から構成することが出来る。
前記冷却指数は冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を差し引いた値であり、前記第3演算部は、冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算する差分器でもよい。冷却塔の冷却能力は、温度を下げる対象である戻り冷却水と気化する先である大気の湿球温度の差にほぼ比例して高くなる。本構成により、簡単な演算で、冷却指数を算出することが出来る。
冷却塔入口冷却水温度の設定温度を増減する設定部を有し、前記第3演算部は、前記設定部より出力される冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算してもよい。冷却塔入口冷却水温度の設定温度を増減することで、循環ポンプと冷却ファンの分担比率を調整することが出来る。
前記第2制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を表す冷却指数に対応してそれぞれ定められ、2つの補機の合計動力を最小とする回転数にプログラム制御してもよい。この構成によれば、2つの補機の合計動力を最小にすることができる。
前記復水器の目標器内温度を調整する調整部を備えてもよい。この構成によれば、前記復水器の目標器内温度を運転員が任意に変更することが出来る。これにより、例えば、タービン効率よりも経済性を優先した運転を行うことが可能となる。
1.冷却水系統設備の構成
図1は、汽力発電設備1の復水器20を冷却する冷却水系統設備30の構成を示すブロック図である。汽力発電設備1は、例えば、定格出力7000[kw]程度の小型バイオマス発電設備である。
冷却水系統設備30は制御装置100Aを備えている。制御装置100Aは、第1制御部110を有している。第1制御部110は、復水器20の器内温度T1が、目標真空値に対応する目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定する。例えば、タービン効率を最大とする真空値7kPa(絶対圧)に対応する器内温度39℃を目標器内温度とする。第1制御部110は、復水器20の器内温度T1が、目標器内温度39℃と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定する。そして、復水器入口冷却水温度T2が、設定した目標温度と一致するように、冷却ファン41をフィードバック制御する。つまり、駆動モータ42を介して、冷却ファン41の風量を制御する。この例では、循環ポンプ45による冷却水流量Fは一定とする。
本実施形態によれば、絶対圧真空計や大気圧計などの高価な計器を使用することなく、復水器20の真空度を制御することが出来る。
1.制御装置100Bの説明
冷却ファン41と循環ポンプ45を、同じ制御対象(復水器入口冷却水温度)で同時制御すると、互いに干渉し制御の外乱が懸念される。
図7は、乾球温度Taに対する相対湿度xと乾湿温度差ΔTabの関係を示すグラフであり、横軸は相対湿度x[%]、縦軸は乾湿温度差ΔTab[℃]である。乾湿温度差ΔTabは、乾球温度Taから湿球温度Tbを引いた値である。
Pは近似直線Lの1次項(直線の傾き)、Qは近似直線の定数項、xは相対湿度である。
Tb=Ta−ΔTab=Ta−(Px+Q)・・・・・(4)式
Q=0.3398Ta+4.9253・・・(6)
Pは1次項、Qは定数項、Taは乾球温度を示す。
乾球温度Taが25℃、相対湿度xが54%の場合、(5)式と(6)式から、乾球温度Taに対応する1次項Pと定数項Qを求めることが出来る。
Q=0.3398×25+4.9253=13.4203
Tb=25−(−0.135×54+13.4203)=18.8697℃
この構成では、冷却ファン41をプログラム制御し、循環ポンプ45をフィードバック制御するので、2つの制御が干渉することを抑制できる。また、冷却ファン41は、冷却指数△Tqを用いたプログラム制御を行うことで、冷却塔31の冷却能力に応じた運転が可能となり、冷却水系統設備30の動力を削減することが出来る。
実施形態3は、実施形態2に対して、冷却水系統設備30を制御する制御装置100Cの構成が一部相違している。
図11は、制御装置100Cのブロック図である。制御装置100Cは、第1制御部110と第2制御部150と、冷却塔入口冷却水(戻り冷却水)の設定温度を調整する設定部200を備える。
上記実施形態2では、第1制御部110にて、復水器20の器内温度T1が目標器内温度に一致するように循環ポンプ45をフィードバック制御し、第2制御部150にて、冷却塔31の冷却指数ΔTqに基づいて、冷却ファン41をプログラム制御した。図12に示すように、制御対象を入れ替えて、第1制御部110にて、復水器20の器内温度T1が目標器内温度に一致するように冷却ファン41をフィードバック制御し、第2制御部150にて、冷却塔31の冷却指数ΔTqに基づいて、循環ポンプ45をプログラム制御してもよい。図13は、循環ポンプ45をプログラム制御する場合の、冷却指数ΔTqと循環ポンプの回数数の関係を示す。
実施形態5は、実施形態1に対して、第1制御部110の構成が一部相違している。以下、実施形態5の第1制御部を110Aとして、実施形態1との相違点を説明する。
実施形態1、5では、復水器20の器内温度T1が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、冷却ファン41をフィードバック制御するカスケード制御を行った。
図16に示すように、第1制御部110Bは、例えば、調整部141と、差分器122と、比例積分器123と、から構成することが出来る。
実施形態7では、循環ポンプ45をフィードバック制御し、冷却ファン41をプログラム制御する場合を例にとって、冷却ファン41の回転数指令値の算出方法を説明する。以下の説明において、冷却ファン41の回転数を「Frpm」、循環ポンプ45の回転数を「Prpm」として、2つの回転数を区別するものとする。
実施形態8では、冷却ファン41をフィードバック制御し、循環ポンプ45をプログラム制御する場合を例にとって、2つの補機41、45の合計動力を最小とする循環ポンプ45の回転数指令値の算出方法を説明する。
k1は比例定数である。
ΔT32×Prpm=k1×(△Tq×Frpm)×Prpm=一定
△Tq×Frpm×Prpm=一定=定数A・・・・(10)
定格出力7000[kw]程度の小型バイオマス発電設備の場合、冷却塔31からの熱放散量は、燃料の保有するエネルギーの約60%に相当し、本エネルギーの有効活用が求められる。熱源として使用するためには、温度を安定させる必要があるが、従来の復水器冷却水系統の運転方法では、復水器出口冷却水温度T3は大気状態によって一定とならず、他の設備の熱源として使用し難い、という課題があった。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
第1制御部110は、復水器20の器内圧力を絶対圧真空計で検出し、絶対圧真空計の検出する器内圧力が目標真空値と一致するように、循環ポンプ45をフィードバック制御してもよい。つまり、絶対圧真空計の検出する器内圧力が目標真空値と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、循環ポンプ45をフィードバック制御してもよい。
10 蒸気タービン
20 復水器
30 冷却水系統設備
31 冷却塔
32 往路管
33 復路管
41 冷却ファン
45 循環ポンプ
100 制御装置
110 第1制御部
150 第2制御部
Claims (10)
- 汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備の制御装置であって、
前記冷却水系統設備は、
前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、を含み、
前記制御装置は、第1制御部と第2制御部とを有し、
前記第1制御部は、前記復水器の器内温度が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、
復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、いずれか一方の補機の回転数をフィードバック制御し、
前記第2制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数に基づいて、プログラム制御する、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項1に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記第1制御部は、
前記復水器の器内温度の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度の目標温度を演算する第1演算部と、
前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、フィードバック制御される一方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第1演算部にて演算した目標温度に対する復水器入口冷却水温度の偏差に基づいて演算する第2演算部と、を備える、冷却水系統設備の制御装置。 - 汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備の制御装置であって、
前記冷却水系統設備は、
前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、を含み、
前記制御装置は、第1制御部と第2制御部とを有し、
前記第1制御部は、前記復水器の器内温度が目標器内温度と一致するように、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、いずれか一方の補機の回転数をフィードバック制御し、
前記第2制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数に基づいて、プログラム制御する、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記第2制御部は、
冷却塔入口冷却水温度と大気の湿球温度に基づいて、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数を演算する第3演算部と、
前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機うち、プログラム制御される他方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第3演算部より演算される冷却指数に基づいて演算する第4演算部を備える、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項4に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記冷却指数は冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を差し引いた値であり、
前記第3演算部は、冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算する差分器である、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項4又は請求項5に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
冷却塔入口冷却水温度の設定温度を増減する設定部を有し、
前記第3演算部は、前記設定部より出力される冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算する、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記第2制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの2つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を表す冷却指数に対応してそれぞれ定められ、2つの補機の合計動力を最小とする回転数にプログラム制御する、冷却水系統設備の制御装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記復水器の目標器内温度を調整する調整部を備える、冷却水系統設備の制御装置。 - 汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備であって、
前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の制御装置と、を含む、冷却水系統設備。 - 前記復水器の復路管に接続された熱交換器を備え、
前記熱交換器は、前記復水器からの戻り冷却水を温水設備への循環水と熱交換し、熱交換後の戻り冷却水を前記冷却塔に供給する、請求項9に記載の冷却水系統設備。
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