JPH02251001A

JPH02251001A - ボイラー温度制御装置

Info

Publication number: JPH02251001A
Application number: JP7237489A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Hosomi; 細見　泰章
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-10-08
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH076602B2

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］この発明は、ボイラー温度制御装置に関し、さらに詳し
く言うと、たとえば発電プラント等に設置されると共に
前段過熱器と最終過熱器とを備えたボイラーにおける、
前記最終過熱器から出て来る高温高圧の蒸気温度を正確
に制御することのできるボイラー温度制御装置に関する
。

［従来の技術および発明が解決する課題」発電プラント
は、ボイラーたとえば貫流型ボイラーで発生した高温高
圧の蒸気で発電タービンを回転させて発電を行なってい
る。

この貫流型ボイラーでは、火炉水冷壁で発生した蒸気を
前段過熱器および最終過熱器でさらに高温高圧の蒸気に
する。

従来、前記最終過熱器の出口におけるこの高温高圧の蒸
気温度は、通常、燃料の流量の制御、および、前段過熱
器と最終過熱器との間に介装された過熱器減温器からの
冷却スプレーの流量の制御のいずれかあるいは両方によ
り、制御される。

燃料の流量の制御は、例えばフィードバック制御により
、次のようにして行なわれる。たとえば、第６図に示す
ように、給水流量指令信号ｌを関数発生器２に入力し、
この関数発生器２により、最終過熱器の出口における蒸
気温度が目標設定値になるように、燃料の基準流量を指
示する基準流量指令信号３が出力される。一方、最終過
熱器の出口における蒸気温度を検出した蒸気湿度検出信
号４および蒸気温度の前記目標設定値を示す設定値信号
５が減算器６に入力されてその偏差が求められ、減算器
から出力される前記偏差７をＰＩ演算＠８に入力して、
前記偏差７が零になるように比例舎積分演算し、補正信
号９を出力する。前記基準流量指令信号３とこの補正信
号９とが加算ｉ１０に入力され、加算器１０から、燃料
の流量を指示する燃料流量指令信号１１が、燃料流量制
御器１２に出力され、この燃料流量制御器１２からの制
御信号１３により、燃料の流量を調節する燃料流量調節
弁１４の駆動手段１５に出力され、これによって、燃料
の流量が調整される。

前記冷却スプレーの流量制御はたとえば次のようにして
行なわれる。たとえば、第７図に示すように、最終過熱
器の出口蒸気温度１６と最耕過熱器出口温度についての
目標設定値１７とを減算器１８に入力してその偏差１９
を算出し、その偏差１９をＰＩ演算器２０に入力してそ
の偏差が零になるように比例・積分演算して、過熱器減
温器の出口における蒸気温度についての設定値２１を作
成し、その設定値２１と実際の過熱器減温器の出口にお
ける蒸気温度２２とを減算器２３に入力してその偏差２
４を求め、さらにその偏差２４をＰＩ演算器２５に入力
してその偏差が零になるように比例・積分演算し、前段
過熱器から最終過熱器に送る蒸気に注入する冷却スプレ
ーの注入量を指示する制御信号２６を出力する。この制
御信号２６は、注入量を調節するスプレー調節弁３５の
駆動手段２７に出力され、これによって、冷却スプレー
の注入量が調整される。

この制御方式の基本は、最終過熱器の出口における蒸気
温度を検出してから燃料の流量や前記冷却スプレーの注
入量を制御するフィードバック制御であるが、燃料の流
量や冷却スプレーの注入量の変化に対する蒸気温度の変
化は、応答時定数が長くて、しかも大きな無駄時間を含
むので、発電プラントにおける急速、かつ大幅な負荷変
動に対して最終過熱器の出口における蒸気温度を正確に
制御することができない。

そこで、応答時定数が長く、かつ大きな無駄時間要素を
含むようなプロセスでは、制御量に対して先行的に変化
するプロセス状態量に基ずく先行制御が有効であるとし
て、たとえば、燃料の涼量の制御については、第８図に
示すように、プロセス状態量の微分値信号２８と第６図
に示す補正信号９とを加算器２９に入力することにより
、プロセス状態量の変化により将来的に発生する状態を
補正した制御信号９Ａを第６図における加算器ｌＯに出
力するようにしている。なお、第８図において、３０で
示すのはプロセス状態量を示す信号を微分する微分器で
ある。また、冷却スプレーの注入量の制御については、
第９図に示すように、プロセス状態量の微分値信号２８
と第７図に示す制御信号２６とを加算器２９に入力する
ことにより、プロセス状態量の変ｆヒにより将来的に発
生する状態を補正した制御信号２６Ａを第７図における
駆動手段２７に出力するようにしている。

なお、第９図において、３０で示すのはプロセス状態量
を示す信号を微分する微分器である。

このような最終過熱器の出口蒸気温度は、プロセス状態
量の微分値信号を用いることにより、ある程度正確な制
御を図ることができる。

しかしながら、微分値信号はフィードバック制御動作と
は拮抗する信号で、この微分値信号自体をプロセスの動
特性と正確に一致させ、制御偏差を常に零になるように
加算することができれば何ら問題にならないのであるが
、実際上このような微分値信号を作成することは極めて
困難である。

先行制御は将来のプロセスの動きを予測しながらの制御
であり、一方、フィードバック制御は現状のプロセスの
動きに追随する制御であるから、この先行制御とフィー
ドバック制御とは互いに拮抗し合うのである。この拮抗
を避けるためには、先行制御を弱くさざるを得す、そう
すると、先行制御を設ける意味が希薄になる。

［前記課題を解決するための手段］前記課題を解決するためのこの発明は、燃料の燃焼によ
りボイラー水を加熱することにより発生する蒸気を前段
過熱器と最終過熱器とでさらに過熱して高温高圧の蒸気
を発生するボイラーに設けられると共に、前記高温高圧
の蒸気の温度をフィ−ドパツク制御するフィードバック
制御部を備えたボイラー温度制御装置において、最終過
熱器の出口における蒸気温度に対して先行して変化する
プロセス状態量を２回微分してなる先行信号と前記フィ
ードバック制御部から出力される信号とを加算した制御
信号を入力して燃料供給量を制御する燃料供給制御部と
を備えてなることを特徴とするボイラー温度制御装置で
あり、燃料の燃焼によりボイラー水を加熱することにより発生
する蒸気を前段過熱器と最終過熱器とでさらに過熱して
高温高圧の蒸気を発生するボイラーに設けられると共に
、前記高温高圧の蒸気の温度をフィードバック制御する
フィードバック制御部を備えたボイラー温度制御装置に
おいて、最終過熱器の出口における蒸気温度に対して先
行して変化するプロセス状態量を２回微分してなる先行
信号と前記フィードバック制御部から出力される信号と
を加算した制御信号を入力して、前記前段過熱器と最終
過熱器との間に設けられた過熱器減温器のスプレー量を
制御するスプレー量制御部とを有することを特徴とする
ボイラー温度制御装置であり、燃料の燃焼によりボイラー水を加熱することにより発生
する蒸気を前段過熱器と最終過熱器とでさらに過熱して
高温高圧の蒸気を発生するボイラーに設けられると共に
、前記高温高圧の蒸気の温度をフィードバック制御する
フィードバック制御部を備えたボイラー温度制御装置に
おいて、最終過熱器の出口における蒸気温度に対して先
行して変化するプロセス状態量を２回微分してなる先行
信号と前記フィードバック制御部から出力される信号と
を加算した制御信号を入力して、燃料供給量を制御する
燃料供給制御部、および前記前段過熱器と最終過熱器と
の間に設けられた過熱器減温器のスプレー量を制御する
スプレー量制御部を有することを特徴とするボイラー温
度制御装置である。

［作用］前記構成によると、微分演算器で形成されたところの、
最終過熱器の出口における蒸気温度に対して先行して変
化するプロセス状態量を２回微分する先行信号は、プロ
セス状態量の変化発生時点からそのプロセス状態量の変
化に基ずくプロセス変動の応答までの期間において、フ
ィードバック制御信号と拮抗しないので、フィードバー
、り制御への影響を最小にしつつ、先行信号による先行
制御をより強く有効に動作させることができる。

［実施例］（実施例１）第１図は請求項１に記載の発明の一実施例としてのボイ
ラー温度制御装置を示すブロック図であり、第２図は前
記ボイラー温度制御装置を組み込んだ一例としての貫流
型ボイラー装置である。

第２図に示す貫流型ボイラー装置は、たとえば火力発電
プラントに設置されることのある装置である。

このボイラー装置にあっては、給水装置５１から給水さ
れたボイラー水は火炉５２の内部に設置された火炉水冷
壁５３内に導入され、火炉水冷壁５３内のボイラー水は
バーナー５４により過熱され、火炉水冷壁５３内で気化
して蒸気になる。気化した蒸気は、火炉５２内に配置さ
れた前段過熱器５６および最終過熱器５７に送られてさ
らに高温高圧の蒸気になってから、最終過熱器５７の出
口から発電タービン５８に誘導される。また、ボイラー
装置には、最終過熱器５７の出口における蒸気温度を制
御するために、前段過熱器５６がら最終過熱器５７へと
蒸気を移送する配管途中に、過熱器減温器５９が介装さ
れ、スプレー調節弁６０により、過熱器減温器５９によ
り前記配管中に注入する冷却スプレーの注入量が調節さ
れる。

このボイラー温度制御装置は、第１図に示すように、基
準流量指令部６１と、フィードバック制御部６２と、先
行信号同Ｗ部６３と、燃料供給制御部６４とを有する。

前記基準流量指令部６１は、従来のと同様に、給水流量
指令信号を関数発生器に入力し、この関数発生器により
、最終過熱器５７の出口における蒸気温度が設定値にな
るように、燃料の基準流量を指示する基準流量指令信号
３を出力する構成を有する。

フィードバック制御部６２は、従来のと同様に、最終過
熱器５７の出口における蒸気温度を検出した蒸気温度検
出信号４および蒸気温度検出信号４の目標設定値を示す
設定値信号５が減算器６に入力されてその偏差７が求め
られ、減算器６から出力される前記偏差７をＰＩ演算器
８に入力して、前記偏差７が零になるように比例・積分
演算し、補正信号９を出力する構成を有する。

先行信号制御部６３は、最終過熱器５７の出口における
蒸気温度検出信号４に対して先行して変化するプロセス
状態量６５たとえば前段過熱器５６の入口温度または過
熱器減算器５９の入口温度を示す信号を２回微分してな
る先行信号６６を出力する２回微分器６７を備える。

この２回微分器６７は、第３図に示すように、プロセス
状態量６５を入力してこれを微分する第１同機分器６７
ａと、第１同機分器６７ａから出力された第１同機分信
号ＢをＯと比較して正の微分値な選択する第１高選択器
６７ｂと、第１高選択器６７ｂから出力される正の微分
信号Ｃをさらに微分する第２回第１微分器６７ｃと、第
２回第１微分器６７ｃから出力される信号りを０と比較
して正の信号Ｅを選択する第２高選択器６７ｄと、前記
第１同機分信号Ｂを０と比較して負を選択する第１低選
択器６７ｅと、第１低選択器６７ｅから出力される負の
微分信号Ｆをさらに微分する第２回第２微分器６７ｆと
、第２回第２微分器６７ｆから出力される信号Ｇを０と
比較して負の信号Ｈを選択する第２低選択器６７ｇと、
前記第２高選択器６７ｄから出力される正の信号Ｅと前
記第２低選択器６７ｇから出力される負の信号Ｈとを加
算する加算器６７ｈとを備えて構成される。

燃料供給制御部６４は、第１図に示すように、前記フィ
ードバック制御部６２から出力される補正信号９と前記
２回微分器６７から出力される２回微分信号■（先行信
号６６）とを加算する第１加算器６８と、この第１加算
器６８から出力される加算信号６９および前記基準流量
指令部６１から出力される基準流量指令信号３とを加算
する第２加算器７０と、この第２加算器７０から出力さ
れる燃料流量指令信号７１を入力して制御信号７２を出
力する燃料流量制御器１２とを備えて構成される。

上記構成のボイラー温度制御装置においては、従来と同
様にして、給水流量指令信号ｌを関数発生器２に入力し
、この関数発生器２により、最終過熱器５７の出口にお
ける蒸気温度検出信号４が設定値になるように、燃料の
基準流量を指示する基準流量指令信号３が出力される。

一方、最終過熱器５７の出口における蒸気温度を検出し
た蒸気温度検出信号４および蒸気温度の目標設定値を示
す設定値信号５が減算器６に入力されてその偏差７が求
められ、減算器６から出力される前記偏差７をＰＩ演算
器８に入力して、前記偏差７が零になるように比例・積
分演算し、補正信号９を出力する。

この火力発電プラントが定常運転状態にあるときには、
プロセス状態量６５の変化が無視可能な程度であるので
、前記補正信号９は前記第１加算器６８を経由してもそ
のまま第２加算器７０に入力する。

ところが、火力発電量の増加操作を開始すると、燃料供
給量およびボイラー水の供給量が増加することになり、
プロセス状態量６５として、前段過熱器５６の入口温度
あるいは過熱器減算器５９の入口温度が大きく変動する
ことになる。

そこで、プロセス状態量６５たとえば過熱器減算器５９
の入口温度を示す信号を２回微分器６７に入力し、第４
図に示すように、この２回微分器６７において、前記プ
ロセス状態量６５が第１同機分器６７ａで微分されて第
１同機分信号Ｂになり、この第１同機分信号Ｂは第１高
選択器６７ｂで負信号をカットされて信号Ｃになり、信
号Ｃはさらに第２回第１微分器６７ｃで微分されて信号
りになり、この信号りは第２高選択器６７ｄでさらに負
部分をカットして正の微分信号Ｅになる。

一方、前記第１同機分信号Ｂは同時に第１低選択器６７
ｅで正信号をカットされて信号Ｆになり、信号Ｆはさら
に第２回第２微分器６７ｆで微分されて信号Ｇになり、
この信号Ｇは第２低選択器６７ｆでさらに負部分をカッ
トして正の微分信号Ｈになる。そして信号Ｅと信号Ｈと
は加算器６７ｈで加算されて２回微分信号Ｉに形成され
る。

この２回微分信号Ｉは、第１加算器６８で、前記フィー
ドバック制御部６２から出力される補正信号９と加算さ
れて第２加算器７０に出力され、第２加算器７０でさら
に基準流量指令信号３とを加算して、この第２加算器７
０から出力される燃料流量指令信号７１を入力する燃料
流量制御器１２により、燃料流量調整弁１４の駆動手段
１５を制御して燃料供給量を調整する。

その結果、従来であれば、プロセス状態量６５として、
前段過熱器５６の入口温度あるいは過熱器減温器５９の
入口温度が第５図における曲線ａのように変化すると、
一定時間後に最終過熱器５７の出口温度も曲線すのよう
に遅れて変化するのであるが、この実施例では、１回微
分信号Ｂをさらに微分して得られた２回微分信号工を加
算するので、２回微分信号Ｉが加算されている期間中は
先行制御が強調され、２回微分信号Ｉが零である期間中
はフィードバック信号が強調され、その結果としてフィ
ードバック信号である補正信号９とこの２回微分信号Ｉ
とが強く拮抗せずに燃料流量を調節することができる。

（実施例２）この実施例は本願請求項２に対応する実施例である。

この実施例では、過熱器減温器５９における冷却スプレ
ー量がプロセス状態量６５に応じて調整される。

このボイラー温度制御装置は、第７図に示すフィードバ
ック制御部と駆動手段２７どの間に、前記実施例１にお
けるのと同じ構成の先行制御部６３から出力される２回
微分信号工と前記フィードバック制御部から出力される
制御信号２６とを加算する加算器を介在させて構成され
る。

冷却スプレー量の制御は、前記実施例１における燃料流
量の制御と同様にして行なわれる。

（実施例３）この実施例は本願請求項３に対応する実施例である。

この実施例では、過熱器減温器５９における冷却スプレ
ー量と燃料供給量とがプロセス状態量６５に応じて調整
される。

このボイラー温度制御装置は、第７図に示すフィードバ
ック制御部と駆動手段２７との間に、前記実施例１にお
けるのと同じ構成の先行制御部６３から出力される２同
機分信号Ｉと前記フィードバック制御部から出力される
制御信号２６とを加算する加算器を介在させてなる第１
制御部と、前記１図に示す構成の第２制御部とで構成す
ることができる。

燃料供給量の制御と過熱器減温器の冷却スプレー量との
両方を制御することにより、プロセス状態量の急激な変
化に正確に追随して、最終過熱器の出口における蒸気の
温度を制御することができる。

［発明の効果］この発明によると、フィードバック制御機能を損なわず
に先行制御をすることができ、応答時定数が長くかつ多
くの無駄時間要素を有するボイラーの蒸気温度制御を迅
速に、かつ状態変化に追随して正確に実行することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載の発明の一実施例としてのボイ
ラー温度制御装置な示すブロック図であり、第２図は前
記ボイラー温度制御装置を組み込んだ一例としての貫流
型ボイラー装置であり、第３図は前記実施例における２
同機分器を示すブロック図であり、第４図はプロセス状
態量を示す信号が前記２同機分器で２同機分信号に整形
されるまでの信号波形の変化を示すタイムチャートであ
り、第５図はこの実施例装置の動作を示すタイムチャー
トであり、第６図〜第９図は従来のボイラー温度制御装
置を示すブロック図である。５６・・・前段過熱器、５７争・−最終過熱器、６２−
・・フィードバック制御部、６５・・・プロセス状態量
、６６・・−先行信号、６４・・・燃料供給制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料の燃焼によりボイラー水を加熱することによ
り発生する蒸気を前段過熱器と最終過熱器とでさらに過
熱して高温高圧の蒸気を発生するボイラーに設けられる
と共に、前記高温高圧の蒸気の温度をフィードバック制
御するフィードバック制御部を備えたボイラー温度制御
装置において、最終過熱器の出口における蒸気温度に対
して先行して変化するプロセス状態量を２回微分してな
る先行信号と前記フィードバック制御部から出力される
信号とを加算した制御信号を入力して燃料供給量を制御
する燃料供給制御装置を備えてなることを特徴とするボ
イラー温度制御装置。
（２）燃料の燃焼によりボイラー水を加熱することによ
り発生する蒸気を前段過熱器と最終過熱器とでさらに過
熱して高温高圧の蒸気を発生するボイラーに設けられる
と共に、前記高温高圧の蒸気の温度をフィードバック制
御するフィードバック制御部を備えたボイラー温度制御
装置において、最終過熱器の出口における蒸気温度に対
して先行して変化するプロセス状態量を２回微分してな
る先行信号と前記フィードバック制御部から出力される
信号とを加算した制御信号を入力して、前記前段過熱器
と最終過熱器との間に設けられた過熱器減温器のスプレ
ー量を制御するスプレー量制御装置を有することを特徴
とするボイラー温度制御装置。
（３）燃料の燃焼によりボイラー水を加熱することによ
り発生する蒸気を前段過熱器と最終過熱器とでさらに過
熱して高温高圧の蒸気を発生するボイラーに設けられる
と共に、前記高温高圧の蒸気の温度をフィードバック制
御するフィードバック制御部を備えたボイラー温度制御
装置において、最終過熱器の出口における蒸気温度に対
して先行して変化するプロセス状態量を２回微分してな
る先行信号と前記フィードバック制御部から出力される
信号とを加算した制御信号を入力して、燃料供給量を制
御する燃料供給制御装置、および前記前段過熱器と最終
過熱器との間に設けられた過熱器減温器のスプレー量を
制御するスプレー量制御装置を有することを特徴とする
ボイラー温度制御装置。
（４）前記ボイラーが貫流型ボイラーである前記請求項
１ないし３に記載のボイラー温度制御装置。
（５）前記ボイラーがドラム型ボイラーである前記請求
項２に記載のボイラー温度制御装置。