JPH02154902A - プラント起動時の蒸気温度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所のボイラ自動制御装置に係り、特
にプラント起動時の蒸気温度制御に好適なボイラの蒸気
温度制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、オーム社「ボイラの自動制御」のＰ２６
７〜２７０の５．１貫流ボイラの構成及び、Ｐ２９１〜
２９４の〔４〕起動制御装置に記載されているように、
起動完了後の蒸気温度制御については、過熱器の中間に
１〜３段の水噴射式過熱低減器を設けるなどして制御性
の改善を図っているが、起動時、特に昇圧、昇温は蒸発
部出口温度を燃料と給水の比率を手動にて調整するに停
っている。

また、火力原子力発電ＶＯＬ、２９．Ｎａ１２の「亜臨
界正賞流ボイラの制御性の改善」では、Ｐ８３の（２）
起動制御方式の改善及びＰ８６〜８８の３．起動制御方
式の改善に記載されているように、過去の運転実績をも
とに負荷からのプログラム制御及び、運転手順をブレー
クポイント化したインタロックを追加したとなっている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、プラント起動時の特に併入以降のラン
ピング（主蒸気昇温、昇圧）におけるボイラ出口蒸気の
エンタルピー変動の点について配慮がされておらず、ラ
ンピング中に主蒸気温度が過上昇したり、デイプ現象を
起こすという問題があった。

本発明の目的は、ランピング中の主蒸気温度過上昇、デ
イプ現象を防止することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、過熱器減圧弁の前段である１次過熱器出口
温度を規定値（飽和温度子α、α＝１０〜４５℃）内に
制御することにより、達成される。

〔作用〕

水燃比バイアス信号は、ボイラ出口蒸気のエンタルピー
が一定となるように、燃料量に補正を加える。

それによって、１次ＳＨ出口温度が規定値に制御される
ので、ランピング中に主蒸気温度が過上昇したり、デイ
ツプ現象が発生することを抑制出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第３図において、貫流ボイラの発電プラントの概要を説
明する。発電プラントは、ボイラ本体３、高圧タービン
２、低圧タービン７、発電機４により構成されている。

ボイラ自動制御装置３０２は、負荷（タービン・発電機
）からの要求、すなわち、タービン制御装置３０３が、
目標の発電量に見合った蒸気量を確保すべく、タービン
加減弁４１の開度調整を行うと、ボイラ側は、タービン
入口蒸気を定格の圧力、温度に保つべく燃料流調弁１６
により燃料量１７を、ボイラ給水ポンプ（以下、ＲＦＰ
と略す）６、給水流調弁１１により給水流量を、また押
込通風機（以下、ＦＤＰと略す）３６、ＦＤＰ入ロベロ
ベーン３フり空気量をそれぞれ制御する。

次に、燃焼ガスの流れについて説明すると、火炉（ボイ
ラ本体）３にて燃焼したガスは、まず火炉氷壁（以下、
ＷＷと略す）１５．３次過熱器（以下、３８Ｈと略す）
２７．２次過熱器（以下、２ＳＨと略す）２５、再熱器
（以下、ＲＨと略す）４２．１次過熱器（以下、ＩＳＨ
と略す）２２、節炭器（以下、ＥＣＯと略す）１４を通
り、１部は再循環ガスとしてガス再循環ファン（以下、
ＧＲＦと略す）３５、ＧＲＦ入ロゾロダンパ３４り火炉
内に注入させ、ＷＷ１５，３ＳＨ２７゜２ＳＨ２５，Ｒ
Ｈ４２，ｌ５Ｈ２２，ＥＣＯ１４での伝熱量調整に使用
し、残りのガスは煙突より大気へ排出させる。

また、水蒸気系について説明すると、低圧タービン７か
らの排気を復水器５により冷却して復水とし、この水を
ＲＦＰ６により昇圧し、給水流調弁７にて給水量を調整
した後、ＥＣ０１４にて加熱し、ＷＷ１５にて過熱され
て飽和蒸気となる。

この蒸気をｌ５Ｈ２２，２ＳＨ２５，３ＳＨ２７と過熱
させ、同時に第１段過熱器スプレ弁（以下、ＩＳＨスプ
レと略す）１９、第２段過熱器スプレ弁（以下、２ＳＨ
スプレと略す）２１により、１次過熱器減温器（以下、
ＩＳＨ減温器を略す）２３．２次過熱器減温器（以下、
ＺＳＨ減温器と略す）２６へ給水の１部を注入すること
で、蒸気温度の調整を行う。この３ＳＨ２７を通過する
までに定格の温度まで過熱された蒸気は、タービン加減
弁４１を経て、高圧タービン２へ送ら・れる。高圧ター
ビン２で仕事を終えた蒸気は、ＲＨ４２にてＧＲＦ入ロ
ゾロダンパ３４り調整された再循環ガス量に見合った熱
を吸収し、定格温度の蒸気まで再熱され、低圧タービン
７へ送られる。低圧タービン７で仕事を終えた蒸気は、
復水器５へ送られ、復水されてボイラの給水用として使
用される。

次に、貫流ボイラの起動バイパス系について説明する。

貫流ボイラは、燃焼ガスに対するＷＷ１５の焼損防止を
内部流体の冷却効果のみに依存しているため、起動時よ
り内部流体量を規定値以上流している。よって、タービ
ン側へ流れる蒸気量がこの規定値以下の場合は、内部流
体量とタービンへの蒸気量の差を起動バイパス系へ流し
ている。

第３図に示すように、ｌ５Ｈ２２の入口よりＩＳＨバイ
パス弁１８を通して蒸気を減圧し、飽和蒸気となった型
でフラッシュタンク８へ流している。起動バイパス運転
中は、過熱器減圧弁（以下、Ｓ　Ｈ減圧弁と略す）２４
にて主蒸気圧力を減圧しているので、フラッシュタンク
８内の蒸気は。

過熱器低圧止弁２０を通して２ＳＨ２５，３ＳＨ２７を
経由してタービンへ蒸気を流している。起動バイパス運
転から貫流運転へ切替わる時には、ＳＨ減圧弁２０によ
り、主蒸気圧力の昇圧（圧力ランピング）が行われ、昇
圧完了でＳＨ減圧弁２０は全開となる。

第５図に、従来方式によるプラント起動時における主な
プロセスの挙動を示す。

本図より明らかなように、併入以降の主蒸気温度過上昇
、さらには、ランピング完了後の温度デイツプが大きく
現われている。特に、ＩＳＨ出口温度が飽和温度まで低
下すると、タービンへの蒸気が湿り蒸気となる危険性が
あるため、−担負荷をホールドし、ＩＳＨ出口温度の回
復、さらには、主蒸気温度が回復するのを待つという処
理が必要となる。負荷ホールドとなれば、当然中給から
の給電指令に従えなくなり、電力系統へまで大きく影響
してしまうこととなる。

一方、火力発電所は、電力量調整用として中間負荷運用
が求められているなか、プラントを停止せずに行うプラ
ント負荷調整範囲内での運用だけでなく、毎日の起動、
停止（以下、ＤＳＳと略す）、週末の起動、停止（以下
、ＷＳＳと略す）を行う必要を強く求められている。

よって、今後、火力発電所の機能のなかで、容易に起動
、停止が出来ることが必須条件となって来ることが考え
られる。この起動、停止運転中に最つども障害となるの
が、前述した起動時の主蒸気温度変動である。問題点を
整理すると、以下となる。

１、主蒸気温度の過上昇は、タービン翼の熱応力制限値
を越えないよう抑制のこと。

ｉ）定格値＋　８℃・・・・・・年間４００時間以内ｎ
）定格値＋１４℃・・・・・・年間８０時間以内■）定
格値＋２８℃・・・・・・即時タービン定検実施２、主
蒸気温度のデイツプを抑制し、タービンへの湿り蒸気注
入を防止すること。

３、主蒸気温度低下抑制のため、負荷ホールドという手
段があるが、これは、なるべく使用しないこと。

そこで、第６図の圧力／エンタルピー特性図によりラン
ピング過程における主蒸気温度及びＩＳＨ出口温度の挙
動を説明し、主蒸気温度の変動抑制には、ＩＳＨ出口温
度を規定値内に制御することが有効であることを説明す
る。

併入時は、フラッシュタンク又は、ＳＨ減圧弁よりター
ビン側へ蒸気を供給するが、２ＳＨ入口温度Ａは、併入
時の主蒸気圧力（７０〜８０ｋｇ／ｄ）の飽和蒸気温度
となっている。この蒸気は、２ＳＨ，３ＳＨを通過する
間に過熱され、主蒸気温度Ｃｏまで上昇する。ただし、
主蒸気温度がＣｏで安定するには、併入後の初負荷保持
中となる。

この初負荷保持においても、燃料過不足による主蒸気温
度Ｃｏの変動は、ボイラ出口蒸気のエンタルピー変動、
すなわち、前段のＩＳＨ出口温度Ｂｏの変動となって現
われて来る。

次に、ＳＨ減圧弁を開きながら、主蒸気圧力を昇圧して
行くランピングの過程においては、理想的な等エンタル
ピー変化が出来るように燃料、給水を制御すれば、主蒸
気温度はＣＯから０２へ上昇し、２ＳＨ入口温度もＡ　
−）　Ｂ　Ｏとなり、ランピング完了後には２ＳＨ入口
温度とＩＳＨ出口温度とは等しくなる。ところが、ラン
ピング過程においては１発電機出力も同時に増加させ、
タービンの蒸気量も増加させるため、燃料と給水のバラ
ンスが変化してしまう。このバランスの変化がボイラ出
口蒸気のエンタルピーの変化となり、Ｉ　Ｓ　Ｈ出口温
度の変動、主蒸気温度の変動となって現われて来る。

すなわち、第６図の圧力／エンタルピー特性図は、併入
からランピング過程における主蒸気温度変動は、ボイラ
出口蒸気のエンタルピー変化が起因となっていることを
示しているとともに、このエンタルピーの変動が主蒸気
温度の変動となって現われる以前に、ＩＳＨ出口温度の
変動として現われることを示している。

よって、主蒸気温度の変動を抑制するには、ボイラ出口
蒸気のエンタルピー変動を最つども良く現わす、ボイラ
発生蒸気の最初の過熱蒸気温度であるＩＳＨ出口温度を
制御することが有効であることが判かる。

ここで、第１０図を使ってＩＳＨ出口温度の制御範囲を
示す規定値αについて説明する。αは通常１０〜４５℃
であり、これは、ボイラ本体の熱吸収バランス設計によ
って決定されるものである。

まず、最低値１０℃は、飽和温度＋１０Ｃに依る。すな
わち、飽和温度に１０℃の余裕を持たせることにより、
蒸気がＩＳＨを出る時点では必ず過熱蒸気とすることを
意味する。これは、−担ＩＳＨ出口温度が飽和温度まで
降下すると、燃料過不足によるエンタルピーの変動が、
すぐに蒸気温度の変化として現われて来ないため、燃料
を調整することでＩＳＨ出口温度を適切に制御出来ない
ことを意味する。よって、ＩＳＨ出口温度は、必ず過熱
蒸気の領域で制御する必要があるため、αは＋１０℃以
上とする。

次に、αの最大値について説明すると、これはＩＳＨを
含めた２８Ｈ，３ＳＨの熱吸収の度合により決定される
。第１０図に示しているように、ＩＳＨ通過後の２８Ｈ
，３ＳＨの熱吸収率をβ０゜β２．βδとすると、β０
の直線の場合は、２ＳＨ。

３ＳＨでの熱吸収が小さい場合で、これは必然的にＩＳ
Ｈでの熱吸収が大きくなるためＩＳＨ出口温度も高くな
る。

一方、β２の直線の場合は、２ＳＨ，３３Ｈでの熱吸収
が大きい場合であり、逆にＩＳＨでの熱吸収が少ないた
め、ＩＳＨ出口温度も低くなってしまう。（ただし、低
くなったとしても、飽和温度＋１０℃以上は確保する必
要がある。）このように、ＩＳＨ出口温度の制御範囲を
示す規定値αは、ボイラ本体の熱吸収バランスにより異
なるものであり、各々のボイラについて試運転データに
より最適値を決定する必要がある。

また、第７図にファジー推論部の概念図を示す。

まず、プロセスデータ入力部では、起動時の主蒸気温度
制御に必要なデータを取り込む。次に、ファジー推論部
では、過去の運転実績データと現在のプロセスデータを
比較し、水燃比バイアス補正量を出力する。

さ゛らに、第９図では、モデル予測部を持ったファジー
推論部の概念図を示す。モデル予測部では、過熱器の動
特性モデルを有し、時定数が長い蒸気温度の予測値を演
算させ、ファジー推論部にて現状のプロセスデータ、予
測値及び過去の運転実績データとを比較し、水燃比バイ
アス補正量を出力する。

第１図に、本発明を適用した制御回路の１例を示す。

１は制御装置の範囲を示す。

まず、燃料制御の基本回路から説明する。

ＭＷＤ信号２９をベース信号として基本燃料プログラム
を関数発生器１０１にて設定する。この信号を加算器１
０２にて水燃比バイアス信号（後述）と演算し、燃料要
求値信号とする。次に、燃料量検出器１７のフィードバ
ック信号と比較演算器１０３にて演算し、この偏差信号
を比例積分器１０４にて演算させ、燃料流調弁１６の操
作信号を作成する。

次に、通常運転中すなわち、信号切替器１０８がＡ側の
場合を説明する。ＭＷＤ信号２９をベース信号としてＩ
ＳＨ出口温度の静特性を関数発生器１０５にて設定し、
この信号とＩＳＨ出口温度検出器１０の信号とを比例積
分器１０７にて演算した信号が、通常運転中における水
燃比バイアス信狡となる。この信号は、信号切替器１０
８を介し、加算器１０２にて燃料量要求信号に加算され
る。

最後に、起動バイパス運転中すなわち、信号切替器１０
８がＢ側の場合の場合を説明する。

ＭＷＤ信号２９をベース信号として主蒸気温度の静特性
を関数発生器１０９にて設定し、この信号と主蒸気温度
検出器２８の信号とを比較演算器１１０にて演算し、こ
の偏差信号を比例積分器１１１にて演算し、水燃比バイ
アス信号を作成する。ところが、起動時は蒸気量が少な
いため主蒸気温度の時定数は、１ｏ〜１５分位となって
いる。

よって、比例積分器の積分時間は長く設定する必要があ
る。そこで、ＩＳＨ出口温度からの補正信号は、比例積
分器１１１の先行信号とすることが望ましい。次に、こ
の先行信号について説明する。

まず、燃料過多による主蒸気温度過上昇抑制として、Ｍ
ＷＤ信号２９をベース信号としてＩＳＨ出口温度の上限
値を関数発生器１１２にて設定し、この信号とＩＳＨ出
口温度検出器１０の信号とを比較演算器１１３にて演算
し、水燃比バイアス減信号を作成する。一方、燃料不足
による主蒸気温度デイツプ抑制としては、ＩＳＨ入ロ入
力圧力検出信号９−ス信号として、ＩＳＨ出口温度の飽
和温度を設定し、この信号とＩＳＨ出口温度検出器１ｏ
との信号を比較演算器１１６にて演算し、水燃比バイア
ス償号増信号を作成する。これら水燃比バイアス増、減
信号を加算器１１４にて演算して５水燃比バイアス先行
信号を作成している。

さらに、第２図においては、ファジー推論コントローラ
１１９、又はＬ２０を設け、起動バイパス運転中さらに
は通常運転中においても、水燃比バイアス信号に補正を
加えるべく、加算器１１７を追加している。なお、その
他の制御内容については、第１図と同様であるため、説
明を省略する。

第４図に、本発明の機能説明フローを示す。

まず、演算ブロック４０１で、プラントが起動バイパス
運転中かどうかを判定する。もし、起動バイパス運転中
であれば演算ブロック４０２へ進む。

演算ブロック４０２では、ＩＳＨ出口温度を規定値（「
飽和温度子α」α＝１０〜４５℃）以内に制御すべく、
水燃比バイアス信号を補正する。

演算ブロック４０１で、起動バイパス運転中でないと判
定されると、演算ブロック４０３に進む。

演算ブロック４０３では、ＩＳＨ出口温度をボイラの静
特性に合うように水燃比バイアス信号を補正するという
通常の制御を行う。

第８図に、本発明を適用した場合のプラント起動時にお
ける主なプロセスの挙動を示す。

本図より明らかなように、ＩＳＨ出口温度を規定値（飽
和温度子α、α＝ｌＯ〜４５℃）に制御することにより
、特に併入からランピングまでの起動バイパス運転中の
主蒸気温度の変動が抑制される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電所のボイラで、プラントの起
動時、特に併入からランピング完了までの主蒸気温度昇
温過程において、主蒸気温度の過上昇やデイツプ現象を
抑制することが出来るので。

起動時間の短縮、タービン、ボイラのメタル熱応力抑制
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の１実施例の制御回路図、第３
図は代表的な貫流ボイラの本体系統図、第４回は本発明
の機能フロー図、第５図は従来制御方式による主なプロ
セスの挙動を示す図、第６図は圧力／エンタルピー特性
を示す図、第７図はファジー推論部の機能ブロック図、
第８図は本発明の制御方式による主なプロセスの挙動を
示す図、第９図はモデル予測を含めたファジー推論部の
機能ブロック図、第１０図はボイラ熱吸収の違いによる
ＩＳＨ出口温度の変化を示す図である。 １０・・・］、　Ｓ　Ｈ出口温度、１６・・・燃料流調
弁、２２・・・ｌ５Ｈ１２４・・・ＳＨ減圧弁、２８・
・・主蒸気温度、３０２・・・ボイラ自動制御装置。 第１ 因 第３ｒＩＡ ＦＦ 第２図 第４図 ＦＰ 第５図 第６図 斥　ｎ （ｃＬｔα）−一中 第８図 叉　竺＝ニー呻煎り鬼− 第９ｒ１！Ｊ 第１Ｏ図 薫気濁戻硬出ぷ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料量検出量、主蒸気温度検出器、１次過熱器出口
   温度検出器、燃料流調弁より成る火力発電所のボイラに
   おいて、プラント起動時に１次過熱器出口温度を規定値
   に制御する回路を設けたことを特徴とするプランド起動
   時の蒸気温度制御方式。 ２、特許請求の範囲第１項記載のボイラにおいて、ボイ
   ラ運転実績データと現状のプラントデータとを比較する
   フアジー推論部又は知識部を持ち、特にプラント起動時
   に水燃比信号を補正する回路を設けたことを特徴とする
   プラント起動時の蒸気温度制御方式。