JPH0126443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、プラントの運転条件により流体の移
送先を切替える高圧給水加熱器の水位制御方法お
よびその装置に関する。 第１図は従来の火力発電プラントにおける高圧
給水加熱器のドレン水位制御装置を示す系統図の
一例である。高圧給水加熱器１は給水ポンプ２で
加圧し給水管３によりボイラへ供給する給水をタ
ービン（図示せず）より抽気管４を通して抽気し
た蒸気により加熱するもので、プラントの熱効率
を高めるために設置される。この高圧給水加熱器
１は、前段の高圧給水加熱器（図示せず）からの
排出ドレンを流入させる主ドレン配管８が接続さ
れている。給水との熱交換により凝縮し発生した
ドレンは高圧給水加熱器１内のドレンの水位を一
定に保持するように制御しつつ、通常高負荷域に
おいては、一段低圧側の脱気器５へドレンが移送
され、そこでドレンが有している熱量の回収を行
う。脱気器５は一般に高圧給水加熱器１に比べ15
〜20ｍ高位置に設置されるため、プラントの負荷
が低下してくると高圧給水加熱器１と脱気器５の
差圧が少なくなり静水頭差のため脱気器５へのド
レン移送ができなくなる。このため低負荷域では
高圧給水加熱器１のドレンの脱気器５よりさらに
１段低圧側の給水加熱器である低圧給水加熱器６
に移送し、そこで熱回収を行う。一方、高圧給水
加熱器１の水位制御系は上記のドレン移送先切替
ができるように下記の如く構成される。高圧給水
加熱器１内のドレンの水位は水位発振器２１によ
り検出され空気圧信号として信号ライン２２を通
して調節計２３に送られる。調節計２３は設定水
位としてNWL（通常ドレン制御水位）が与えら
れ、高圧給水加熱器１のドレンの水位をNWLに
保つように、PI演算（比例、積分演算）をして
弁開度信号を調節弁１１に与え、高圧給水加熱器
１よりドレン管１２を通して脱気器５へ移送され
るドレン量を加減してレベル制御を行う。同様に
水位発振器２１の信号は調節計２４に送られ、設
定水位HNWL（高位ドレン制御水位）に水位制御
するようPI演算をして調節弁１３を操作し、低
圧給水加熱器６へのドレン移送量を加減する。こ
こで、調節計２３，２４の設定水位は、ドレンの
移送先の優先順位を脱気器５、低圧給水加熱器６
の順に定め、その順位に従い低水位側より第１の
制御水位としてNWL、第２の制御水位として
HNWL（NWLより若干高い水位）を与えたもの
である。これによつて、通常の高負荷域では調節
計２３によりNWL制御にて脱気器５にドレンを
移送し、低負荷域では脱気器５へのドレン移送が
困難となる高圧給水加熱器１のドレンの水位が上
昇し、調節計２４によりHNWL制御にて低圧給
水加熱器６にドレンを移送する。また通常運転時
チユブリークが生じ、ドレンの水位が異常上昇し
た場合には、先ずNWL制御による調節弁１１が
全開に向い、それでも水位上昇が止まらず
HNWLに達するとHNWL制御により調節弁１３
が開き始める。本制御装置では上記の如く、ドレ
ンの移送先の優先順位に基づくドレン回収が行わ
れる。 なお、最近の火力発電プランドでは、負荷降下
時脱気器５へのドレン移送が困難となつて低圧給
水加熱器６側へのドレンが切替わる時には、高圧
給水加熱器１及びドレン管１２内でのドレン滞留
時間のために高圧給水加熱器１の器内圧力の低下
に比べドレン温度の降下が遅れるので、脱気器５
への調節弁１１の弁前においてドレンがフラツシ
ユし二相流となる。このためにドレンの排出が非
常に不安定となつて高圧給水加熱器１のドレンの
水位が大巾に変動する現象が生じやすい。この対
策として、ドレン切替点を高圧給水加熱器１への
抽気圧力を圧力スイツチ３１で検出し、この信号
をNWL制御の調節計２３の出力ラインに設置し
た三方向電磁弁３２に送り、調節計２３よりの信
号を遮断すると共に調節弁１１への信号空気圧を
排して、調節弁１１を強制閉止することが試みら
れている。 水位制御を行つている給水加熱器では、その機
能を満足させるため、または経済的な面よりその
制御範囲を制限させることが多い。第２図は縦形
の高圧給水加熱器の構造説明図である。高圧給水
加熱器胴体１５にはデス−パーヒータ１６とドレ
ンクーラ１７を内蔵しており、ドレンはドレンク
ーラ１７の上部に集められ、水位制御される。ド
レンクーラ１７の上面とデス−パーヒータ１６の
上面の位置差は各給水加熱器によつて差異はある
が、通常300〜500mm位のものが多い。水位がドレ
ンクーラ１７の上面より低下するとドレンと給水
との熱交換が不十分となりプラントの効率低下に
つながり、また水位が上昇しデス−パーヒータ１
６の上面を越えると、デス−パーヒータ１６にド
レンが流入しサーマルシヨツクを与えたり、ドレ
ンが加熱蒸気流で吹き飛ばされエーロジヨン発生
等機器損傷の原因となる。このため、高圧給水加
熱器の水位はドレンクーラ１７の上面とデス−パ
ーヒータ１６の上面の間で制御する必要があり、
特に水位上昇は上記の如く機器損傷の原因となる
うえに、過度に水位上昇した場合にはタービンへ
のウオータインダクシヨン（水流入）の要因とな
るため、これを防止する必要がある。 第１図に示す高圧給水加熱器１の従来の水位制
御装置では、脱気器５へのドレン移送ができなく
なる低負荷域ではNWLより高いHNWLで制御さ
れるため、制御範囲の上限値（デス−パーヒータ
１６の上面水位）に対する余裕が少なくなり、こ
の点で問題を有していた。また、前述したドレン
切替は調節弁１１を強制閉止し、高圧給水加熱器
１のドレンの水位が上昇してHNWLに達するこ
とにより調節弁１３で水位制御する方法、つま
り、フイードバツク制御方法を主体としたドレン
切替方法であるため、制御系の応答遅れや制御信
号レベルの差異によつて大幅な水位変動が生じる
ことがある。特に、負荷減少時には調節弁１１の
弁前でフラツシユ現象が生じることがあるので従
来の空気式フイードバツク制御による方法では安
定した水位制御を行うことができないという問題
をも有していた。 本発明は上記問題を解消し、プラントの運転条
件の変化により流体の移行先を切替える時、切替
移送先のドレン量予測に基づく先行制御によつて
高圧給水加熱器内の流体の水位変動を防止するこ
とを目的とするものである。 本発明は、複数の移送先を有する水位制御系で
は、プラントの運転条件により移送先の優先順位
及び流体の物性値が予め定まつていることに注目
し、流体の移送先を切替えようとするドレン配管
に設けた水位調節弁の弁操作信号と現に流体の移
送を行つているドレン配管に設けた水位調節弁の
弁開度との偏差信号に基づく先行信号をフイード
バツク水位制御信号へ付加せしめることを特徴と
したものである。 以下本発明の一実施例を第３図ないし第６図を
用いて説明する。 第３図は第１図の高圧給水加熱器のドレンの水
位制御装置に対し本発明を適用したもので、水位
制御信号の選択及び切替ドレン量予測に基づく先
行制御機能を有する制御装置の系統図を示す。な
お第１図と同一部品に対しては同一部品番号を付
してその説明を省略する。高圧給水加熱器１には
主ドレン配管８から流入するドレンと、抽気管４
から流入する蒸気が該高圧給水加熱器１内で熱交
換により凝縮して発生したドレンとの合流ドレン
を排出するための第１ドレン配管９が接続されて
いる。この第１ドレン配管９は前記高圧給水加熱
器１より高位の脱気器５に第１水位調節弁（以下
Ｎ弁という）１１Ａを介して接続され、通常排出
ドレンを脱気器５に流出する。第１ドレン配管９
には、分岐管としての第２ドレン配管１０が設け
られ、この第２ドレン配管１０は前記高圧給水加
熱器１より低位の低圧給水加熱器６に第２水位調
節弁（以下Ｘ弁という）１３Ａを介して接続され
ている。 このような装置において、高圧給水加熱器１に
は水位検出器３５が取付けられている。この水位
検出器３５は高圧給水加熱器１の現水位を検出し
てその検出信号３９を出力する。また、前記抽気
管４には高圧給水加熱器１に流入する抽気蒸気圧
力を検出する圧力検出器３６が取付けられ検出信
号３２を出力する。なお、この圧力検出器３６は
必ずしも抽気蒸気圧力を検出するものでなくとも
よく、タービンの負荷出力、タービン第一段後圧
力、高圧給水加熱器１の圧力などを検出するもの
としてもよい。これらの信号はいずれもプラント
の負荷の大きさに相当する信号（負荷相当信号）
であり、適宜のものを使用してもよいが、以下の
説明においては抽気蒸気圧力とする例について説
明する。斯かる各検出器３５，３６はフイードフ
オワード水位調節器４１に接続され、このフイー
ドフオワード水位調節器４１は、各検出器３５，
３６からの検出信号３９，３２に基づき操作信号
３７，３８を出力し、この操作信号３７，３８で
Ｎ弁１１Ａ及びＸ弁１３Ａを電空変換器３３，３
４を介して制御する。 このフイードフオワード水位調節器４１は、水
位検出器３５の水位信号３６と水位設定値との偏
差信号に基づくフイードバツク制御信号演算機構
と、プラントの運転条件の変化によりドレンの移
送先を切替えるドレン切替機構と、ドレンの移送
先を切替えようとするドレン配管内の切替ドレン
量の急激な変化による水位変動を先行的に捕え、
かつ、定量的にその変化分を演算し、現にドレン
を移送しているドレン配管に設けられた水位調節
弁へ弁操作先行信号として伝達する切替ドレン量
予測先行信号演算機構とを主たる構成としてい
る。このフイードフオーワード水位調節器４１の
全体構成を第４図に示す。 フイードバツク制御信号演算機構は、前記水位
検出器３５からの水位信号３９と水位設定器４２
からの信号との偏差信号を比例、積分し、その出
力を先行信号加算器４５及び弁操作信号切替器４
７を介して前記Ｎ弁１１ＡへＮ弁操作信号３７と
して伝達するＮ弁フイードバツク制御器４４と、
前記水位検出器４２からの水位信号３９と、水位
設定器５２からの信号との偏差信号を比例、積分
し、その出力を先行信号加算器５５及び弁操作信
号切替器５７を介して前記Ｘ弁１３ＡへＸ弁操作
信号３８として伝達するＸ弁フイードバツク制御
器５４とを有している。 ドレン切替機構は、プラントの運転状態により
強制全閉、徐開、水位制御のうち何れか１つの弁
操作信号を水位調節弁へ伝達するための弁操作信
号指令４９（又は５９）及び弁強制操作信号４８
（又は５８）を、前記圧力検出器３６からの圧力
信号３２と各水位調節弁弁開度信号５０，６０と
により演算し、出力するドレン切替制御器６１
と、前記フイードバツク制御器４４（又は５４）
からの水位制御信号４３（又は５３）と、前記弁
強制操作信号４８（又は５８）と前記弁操作信号
をＮ弁１１Ａ（又はＸ弁１３Ａ）へ伝達する弁操
作信号切替器４７（又は５７）とにより構成され
ている。 切替ドレン量予測先行信号演算機構は、前記ド
レン切替制御器６１から出力される弁強制操作信
号５８（又は４８）と前記弁開度信号５０（又は
６０）とによつて、ドレンの移送先を切替えよう
とするドレン配管１０（又は９）内の切替ドレン
量及び現にドレンを移送しているドレン配管９
（又は１０）内の制御ドレン量を予測演算するこ
とにより求めた切替ドレン量の減少分を現に水位
制御しているＮ弁１１Ａ（又はＸ弁１３Ａ）の弁
開度に換算することによつて求める弁操作先行信
号４６（又は５６）を出力する切替ドレン量予測
先行信号演算器６２と、該先行信号４６（又は５
６）と前記フイードバツク制御器４４（又は５
４）からの水位制御信号とを加えその信号を前記
弁操作信号切替器４７（又は５７）へ伝達する先
行信号加算器４５（又は５５）とにより構成され
ている。このとき、前記Ｎ弁弁開度信号５０及び
前記Ｘ弁弁開度信号６０は、前記Ｎ弁操作信号３
７及び前記Ｘ弁操作信号３８からＮ弁１１Ａ及び
Ｘ弁１３Ａの実弁開度の応答と同じになるように
模擬する弁開度演算器２７，２８を用いて演算し
たものであるが、新らたに、前記Ｎ弁１１Ａ及び
前記Ｘ弁１３Ａに設けた弁開度検出器（図示せ
ず）からの信号あるいは、それに相当する信号で
あつてもよい。 次に、各演算器の構成及び動作を第５図及び第
６図を用いて詳細に説明する。 前記ドレン切替制御器６１は、第５図に示す如
く、前記弁開度信号５０，６０と前記圧力信号３
２と各圧力設定器６３，６４及び各弁開度下限値
設定器６５，６６からの信号とにより、下記表に
示した切替スイツチ作動条件下で前記弁操作信号
指令４９，５９及び弁徐開操作指令６７，６８を
それぞれ演算し出力するドレン切替指令演算器６
９と、該弁徐開操作指令６７，６８により徐々に
水位調節弁を最適な弁開度まで強制的に開く弁操
作信号を作成し出力する弁徐開信号発生器７０，
８０と、該弁徐開信号発振器７０，８０からの出
力信号と強制全閉信号設定器７２，８２からの信
号とを前記弁徐開操作指令６７，６８で切替え、
前記弁強制操作信号５８，４８として出力する弁
強制信号切替器７１，８１とによつて構成されて
いる。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンからの蒸気によつて給水を加熱する
   高圧給水加熱器と、この高圧給水加熱器で生じた
   ドレンを脱気器に導く配管上に設けられた第１の
   水位調節弁と、この弁を操作して前記高圧給水加
   熱器のドレン水位を第１の水位に制御するための
   第１のフイードバツク制御器と、高圧給水加熱器
   で生じたドレンを低圧給水加熱器に導く配管上に
   設けられた第２の水位調節弁と、この弁を操作し
   て前記高圧給水加熱器のドレン水位を第１の水位
   よりも高い第２の水位に制御するための第２のフ
   イードバツク制御器とを備え、ドレンの移送先を
   脱気器あるいは低圧給水加熱器へ切替える高圧給
   水加熱器の水位制御方法において、 タービン負荷相当信号が第１の値以上のとき第
   １のフイードバツク制御器の出力で第１の水位調
   節弁を制御するとともに第２の水位調節弁を強制
   的に閉状態とし、 タービン負荷相当信号が第１の値よりも小さい
   第２の値以下のとき、第２のフイードバツク制御
   器の出力により第２の水位調節弁を制御するとと
   もに第１の水位調節弁を強制的に閉状態とし、 タービン負荷相当信号が第１の値と第２の値の
   間にあるとき、タービン負荷相当信号の変化率と
   前記２つの調節弁の開度から選択した一方の調節
   弁に対してこれを強制的に除開する強制除開信号
   を印加するとともに、一方の調節弁の強制除開に
   よつて変動するドレン量を流すに必要な他方の調
   節弁の開度変動分を演算して先行信号としこれを
   他方の調節弁に対応するフイードバツク制御器の
   出力に付加して得た操作信号によつて他方の調節
   弁を制御することを特徴とする高圧給水加熱器の
   水位制御方法。 ２ タービンからの蒸気によつて給水を加熱する
   高圧給水加熱器と、この高圧給水加熱器で生じた
   ドレンを脱気器に導く配管上に設けられた第１の
   水位調節弁と、この弁を操作して前記高圧給水加
   熱器のドレン水位を第１の水位に制御するための
   第１のフイードバツク制御器と、高圧給水加熱器
   で生じたドレンを低圧給水加熱器に導く配管上に
   設けられた第２の水位調節弁と、この弁を操作し
   て前記高圧給水加熱器のドレン水位を第１の水位
   よりも高い第２の水位に制御するための第２のフ
   イードバツク制御器とを備え、ドレンの移送先を
   脱気器あるいは低圧給水加熱器へ切替える高圧給
   水加熱器の水位制御装置において、 前記第１と第２のフイードバツク制御器出力の
   夫々に切替ドレン量予測先行信号を加算するため
   の第１と第２の加算器と、 第１と第２の加算器の出力と、弁強制操作信号
   のいずれかを選択して夫々第１と第２の水位調節
   弁に印加する第１と第２の信号切替器と、 タービン負荷相当信号と第１と第２の水位調節
   弁の開度信号とを入力し、タービン負荷相当信号
   が第１の値以上のとき第１の信号切替器を第１の
   フイードバツク制御器の側に選択し、第２の信号
   切替器を弁強制操作信号側に選択して弁強制操作
   信号として強制全閉信号を印加し、 タービン負荷相当信号が第１の値よりも小さい
   第２の値以下のとき第２の信号切替器を第２のフ
   イードバツク制御器の側に選択し、第１の信号切
   替器を弁強制操作信号側に選択して弁強制操作信
   号として強制全閉信号を印加し、 タービン負荷相当信号が第１の値と第２の値の
   間にあるとき、タービン負荷相当信号の変化率と
   前記２つの調節弁の開度に応じて、第１と第２の
   信号切替器の一方をフイードバツク制御器の側に
   選択し、他方の信号切替器を弁強制操作信号側に
   選択して弁強制操作信号として弁徐開信号を印加
   するドレン切替制御器と、 ドレン切替制御器により、一方の水位調節弁を
   弁徐開信号によつて強制的に開放するとき、一方
   の水位調節弁の強制除開によつて変動するドレン
   量を流すに必要な他方の水位調節弁の開度変動分
   を演算し、これを他方の水位調節弁に対応する前
   記の加算器に切替ドレン量予測先行信号として印
   加する切替ドレン量予測先行信号演算器と、 を付加したことを特徴とする高圧給水加熱器の水
   位制御装置。