JPH0231282B2

JPH0231282B2 -

Info

Publication number: JPH0231282B2
Application number: JP57028565A
Authority: JP
Inventors: Teiichiro Akashi; Kenji Kishida
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-02-24
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1990-07-12
Also published as: JPS58145803A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は排熱ボイラのドラム内の液面レベルを
精度よく制御し得るドラムレベル制御装置に関す
る。

〔発明の技術的背景〕排熱ボイラにおいては、排熱側の負荷状況に応
じて供給熱量が増減すると、発生蒸気量および発
生蒸気圧力が変化する。この排熱ボイラのドラム
内は気液２相となつているが、所定の性能を発揮
させるためには、排熱側の負荷条件によつて発生
蒸気量や蒸気圧力が変化してもドラム内の液面レ
ベルがほぼ一定に保たれることが望ましい。その
ため、従来から第１図に示すようなドラムレベル
制御装置が使用されている。

第１図において、給水ポンプ１ａ，１ｂから供
給される給水は逆止弁２ａ，２ｂを経た後、合流
して給水管３内を流れ、その途中に介挿した流量
調節弁４および予熱用のエコノマイザ５を通して
ドラム６に導入される。ドラム６内の水は循環ポ
ンプ７により汽水分離器８に導かれた後、再びド
ラム６へ環流する。また、ドラム６の発生蒸気は
蒸気管９を通して、図示を省略した蒸気タービン
へ供給される。

ドラム６内の液面レベルはレベル検出器１０に
よつて検出され、このレベル検出信号はレベル設
定器１１からのレベル設定信号と共に加減演算器
１２に導かれ、比較演算される。加減演算器１２
から出力されるレベル偏差信号はレベル制御演算
器１３に導かれて比例演算および積分演算され、
制御信号として流量調節弁４にインプツトし、そ
の開度を制御する。

なお、給水管３に取付けた給水流量検出器１４
からの給水流量信号と、蒸気管９に取付けた蒸気
流量検出器１５からの蒸気流量信号は加減演算器
１６に導かれ、比較演算される。加減演算器１６
から出力された流量偏差信号は微分演算器１７に
よつて微分演算された後、前述の加減演算器１２
のもう１個の入力端子にインプツトされ、ドラム
６の入出流量の差が大きく変化した場合にも、流
量制御弁４によつて給水流量が制御されるよう構
成されている。

上述のように構成した従来のドラムレベル制御
装置において、流量調節弁４の前後差圧△Ｐは、
第２図に示すように給水流量Ｑによつて変化す
る。

同図において、曲線Ａはドラム６の器内圧力で
あり、排熱ボイラの負荷増加により給水流量Ｑが
増加すると、それに伴なつて上昇する。曲線Ｂ
は、流量調節弁４からドラム６に至る流量調節弁
下流側配管とエコノマイザ５の管路抵抗による圧
力降下分をドラムの器内圧力Ａに重畳させたもの
であり、従つて、この曲線Ｂは流量調節弁４の出
口圧力を示す。

曲線Ｃは給水ポンプ１ａ，１ｂの流量Ｑ・揚程
Ｈ特性から、流量調節弁４の上流側配管の管路抵
抗による圧力降下分を差引いたものであり、従つ
て、この曲線Ｃは流量調節弁４の入口圧力を示
す。

流量調節弁４の前後差圧△Ｐは、第２図中に示
すように、曲線Ｃと曲線Ｂの圧力差であるから、
給水流量Ｑが大きいときは小さいが、給水流量Ｑ
が小さくなると急激に増加する非線形特性を示
す。

第３図は給水流量Ｑに対する流量調節弁４の開
口面積Ｌと前後差圧△Ｐの変化の様子を示す。こ
の図から明らかなように、流量調節弁の開口面積
Ｌと前後差圧△Ｐは逆比例関係にあり、いずれも
給水流量Ｑの変化に伴い、非線形状に変化する。

従つて、例えばドラムへの給水流量ＱがQ₁の
ときの流量調節弁の開口面積がL₁、前後差圧が
△P₁の場合に、給水流量をQ₁の1/4流量Q₂に絞つ
た際に前後差圧△P₂が△P₁の９倍になつたとす
ると、開口面積がL₁のまま一定であれば、給水
流量Ｑは前後差圧の平方根に比例するので３倍と
なる。それ故、流量調節弁は前後差圧△Ｐの影響
分だけで開口面積L₁を1/3に絞る必要がある。ま
た、給水流量ＱをQ₁からその1/4のQ₂まで絞るの
であるから、結局、流量調節弁の開口面積L₂を
L₁の1/12まで絞らないと、給水流量Ｑは所定の
流量まで低下しないことになる。

〔背景技術の問題点〕

上記したように、ドラムへの給水流量Ｑは、流
量調節弁の開口面積と前後差圧の影響を受けるた
め、給水流量の低い領域では開口面積を少し変化
させただけでも給水流量は大きく変化するが、高
流量域になるにつれ、開口面積が給水流量に及ぼ
す変化の巾は小さくなる。

このように、第１図に示した従来のドラムレベ
ル制御装置ではレベル制御演算器１３による流量
調節弁４の制御効果が低流量域と高流量域で大き
く変化するため、流量調節弁の流量を全領域に亘
つて精度よく制御することができず、ドラム内の
液面レベルを最適値に保持することが難かしいと
いう欠点があつた。

また、プラント起動時のボイラ受熱開始時およ
び終了時の前後で流体の流動状態が不安定とな
り、これがドラムレベル制御に対する外乱となる
ため、制御系を不安定にさせるという欠点があつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は背景技術における上述の如き欠点を除
去すべくなされたもので、流量調節弁を流れる給
水流量を、低流量域から高流量域に至る全流量域
に亘つて精度よく制御することによつて、ドラム
内の液面レベルを常時、最適値に保持し得る排熱
ボイラのドラムレベル制御装置を提供することを
目的とするものである。

〔発明の概要〕

排熱ボイラのドラム内の液面レベルを検出する
レベル検出器からレベル検出信号と、レベル設定
器からの設定信号とを比較演算し、得られた制御
信号によつて流量調節弁を制御するドラムレベル
制御装置において、前記流量調節弁の上流側に設
置され前記流量調節弁の前後差圧を検出する差圧
検出器からの差圧検出信号と差圧設定器からの差
圧設定信号との比較演算により得られる弁開度信
号に基づき前記前後差圧を一定に制御する差圧調
節弁と、給水ポンプの吐出側に設置され給水管に
連結した圧力検出器からの圧力検出信号と圧力設
定器からの圧力設定信号との演算結果に基づき前
記給水ポンプの吐出圧力が一定となるよう制御す
る圧力調節弁を備えることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、第４図ないし第８図を参照して本発明の
実施例を説明する。なお、これらの図では、第１
図におけると同一構成部材にはそれと同じ符号を
付し、詳細な説明は、重複を避けるため、省略す
る。

第４図において、流量調節弁４の上流側の給水
管３には差圧調節弁１８が介挿されており、また
流量調節弁４の入口側と出口側の間には、この流
量調節弁４の前後差圧を検出する差圧検出器１９
が接続されている。

差圧検出器１９によつて検出された差圧検出信
号は差圧設定器２０からの差圧設定信号と共に差
圧制御演算器２１に導かれる。この差圧制御演算
器２１は両入力信号の偏差を演算した後、比例、
積分などの制御演算を行なう。

負荷設定器２２の出力は関数演算器２３にイン
プツトされ、予め予測される負荷に対応した流量
調節弁４の弁前圧力が得られるよう先行制御信号
を出力する。この関数演算器２３の出力は差圧制
御演算器２１の出力と共に加算器２４に導かれ、
差圧調節弁１８の弁開度制御信号を出力する。

一方、給水ポンプ１ａ，１ｂの吐出側には、逆
止弁２ａ，２ｂとの間に圧力調節弁２５ａ，２５
ｂが設置されている。給水管３に連結した圧力検
出器２６から出力される圧力検出信号は圧力設定
器２７からの圧力設定値信号と共に圧力制御演算
器２８にインプツトされ、偏差を演算された後、
比例、積分などの制御演算を行なわれる。

圧力調節弁２５ａ，２５ｂに付設された弁開度
検出器２９ａ，２９ｂの出力は偏差演算器３０に
導かれ、偏差を演算された後、比例、積分などの
演算を行なわれる。この偏差演算器３０の出力は
接続器３１を介して加減器３２ａ，３２ｂに導か
れ、圧力制御演算器２８からの制御信号および手
動バイアス器３３ａ，３３ｂからのバイアス信号
と共に加減演算された後、各圧力調節弁２５ａ，
２５ｂに導かれ、それらの吐出圧力が前記の圧力
設定値に一致し、かつ両弁２５ａ，２５ｂの開度
が均等になるよう自動的に制御する。なお、接続
器３１をオープンにし、手動バイアス器３３ａ，
３３ｂを調節すれば両弁２５ａ，２５ｂの開度を
自在に加減することができる。

上述のように構成した本発明のドラムレベル制
御装置においては、流量調節弁差圧制御装置（差
圧調節弁１８から符号順に加算器２４に至る部
分）と、ポンプ吐出圧力制御装置（圧力調節弁２
５ａ，２５ｂから符号順に手動バイアス器３３
ａ，３３ｂに至る部分）の組み合せの作用によ
り、流量調節弁４の前後差圧は給水流量の変化に
拘らず、一定に保たれる。

即ち、本発明を適用した場合には、流量調節弁
４の入口圧力は第２図の曲線Ｄのように変化する
ので、その出口圧力を示す曲線Ｂとの間の差圧△
Pcは流量Ｑの影響を受けず常に一定に保たれる。
これは、圧力調節弁２５ａ，２５ｂによつて差圧
△PBを除去し、予め破線Ｅで示す一定圧力とし
た後、差圧調節弁１８によつて差圧△PKを除去
する作用によるものである。この場合、差圧調節
弁１８において絞り込んで△PB＋△PKの分の圧
力を一気に下げないため、差圧調節弁１８に無理
がかからず、制御系が不安定にならない。

従つて、本発明装置においては、第５図に示す
ように、排熱ボイラのドラム給水流量Ｑの全域に
亘つて、差圧調節弁１８の作用により流量調節弁
４の前後差圧△Pcが一定となり、流量調節弁４
の開口面積Ｌは給水流量Ｑに対して直線状に変化
する。その結果、流量調節弁４を流れる給水流量
はレベル制御演算器１３からの制御信号によつて
一義的に制御され、ドラムレベルを一定値に保つ
ことができる。

なお、以上の説明では２台の給水ポンプを並列
設置した例につき述べたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、その設置台数を増減しても
差支えない。この場合、給水ポンプの総合Ｑ−Ｈ
特性が著るしい非線形特性でない場合には、上述
のポンプ吐出圧力制御装置の使用を省略すること
もできる。

また、上記した流量調節弁差圧制御装置では、
負荷設定器２２、関数発生器２３および加算器２
４から成る先行制御装置を付設した例につき説明
したが、場合によつてはこの先行制御装置は使用
を省略し差圧制御演算器２１の出力を直接、差圧
調節弁１８に導いて、これを制御するようにして
もよい。

本発明はまた第６図に示すように変形して適用
することもできる。

第６図において、流量調節弁４の上流側の給水
管３中に差圧調節弁１８を介挿し、流量調節弁４
の前後差圧を検出する差圧検出器１９の出力を差
圧設定器２０の出力と共に差圧制御演算器２１に
導き、この演算器２１の出力によつて差圧調節弁
１８を制御するようにした点は第４図の実施例と
同様であるが、この変形例では、負荷信号または
ドラム圧力もしくはボイラ熱源としての排熱ガス
熱量等に対応する負荷状態信号３４が演算器３５
を通して差圧制御増幅器２１に印加されるよう構
成されている。

これにより、ボイラの受熱開始および終了前後
の流動不安定時には、差圧設定器２０からの指令
により差圧調節弁１８は所定の値まで絞り込まれ
て大きな差圧を生じ、流量調節弁４の差圧を小さ
くする。これを第７図につき説明すると、差圧調
節弁１８の入口圧力C′と流量調節弁４の出口圧力
Ｂの間の差圧△Ｐのうち、差圧調節弁１８によつ
て受持たれる入口圧力C′と出口圧力D′間の差圧△
P_Kが低流量域において大きくなるので、流量調
節弁４の受持つ差圧△Pcは低流量域において小
さくなる。従つて、流量調節弁４の開口面積Ｌと
差圧△Pcは第８図に示すようになり、流動不安
定になりやすい低流量域における流量調節弁４の
単位開度変化当りの流量変化率が減少するので、
ドラムレベル制御系全体のループゲインが低下
し、ボイラ受熱開始および終了前後におけるドラ
ムレベル制御系の不安定性を排除し、高精度で排
熱ボイラのドラムレベル制御を行なうことができ
る。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明は流量調節弁の上流側に差
圧調節弁を設け、また給水ポンプの吐出側に圧力
調節弁を設けることによつて、流量調節弁４の前
後差圧△Pcがドラムの給水流量Ｑの全域に亘つ
てほぼ一定となるようにしたことを基本的特徴と
し、流量調節弁の開度と流量の関係が線型化さ
れ、排熱ボイラのドラムレベル制御を精度よく行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排熱ボイラのドラムレベル制御
装置の構成例を示す系統図、第２図は第１図およ
び本発明の装置において給水流量が変化した際の
各部の圧力の変化の様子を示すグラフ、第３図は
従来の装置において給水流量が変化した際の流量
調節弁の前後差圧と開口面積の関係を示すグラ
フ、第４図は本発明装置の実施例を示す系統図、
第５図は第４図の装置において給水流量が変化し
た際の流量調節弁の前後差圧と開口面積の関係を
示すグラフ、第６図は本発明装置の変形例を示す
系統図、第７図は第６図の装置において給水流量
が変化した際の各部の圧力の変化の様子を示すグ
ラフ、第８図は第６図の装置において、給水流量
が変化した際の流量調節弁の前後差圧と開口面積
の関係を示すグラフである。１ａ，１ｂ……給水ポンプ、２ａ，２ｂ……逆
止弁、３……給水管、４……流量調節弁、５……
エコノマイザ、６……ドラム、７……循環ポン
プ、８……汽水分離器、９……蒸気管、１０……
レベル検出器、１１……レベル設定器、１２……
加減演算器、１３……レベル制御演算器、１４…
…給水流量検出器、１５……蒸気流量調節器、１
６……加減演算器、１７……微分演算器、１８…
…差圧調節弁、１９……差圧検出器、２０……差
圧設定器、２１……差圧制御演算器、２２……負
荷設定器、２３……関数演算器、２４……加算
器、２５ａ，２５ｂ……圧力調節弁、２６……圧
力検出器、２７……圧力設定器、２８……圧力制
御演算器、２９ａ，２９ｂ……弁開度検出器、３
０……偏差演算器、３１……接続器、３２ａ，３
２ｂ……加減器、３３ａ，３３ｂ……手動バイア
ス器、３４……負荷状態信号、３５……演算器。

Claims

【特許請求の範囲】１排熱ボイラのドラム内の液面レベルを検出す
るレベル検出器からレベル検出信号と、レベル設
定器からの設定信号とを比較演算し、得られた制
御信号によつて流量調節弁を制御するドラムレベ
ル制御装置において、前記流量調節弁の上流側に設置され前記流量調
節弁の前後差圧を検出する差圧検出器からの差圧
検出信号と差圧設定器からの差圧設定信号との比
較演算により得られる弁開度信号に基づき前記前
後差圧を一定に制御する差圧調節弁と、給水ポンプの吐出側に設置され給水管に連結し
た圧力検出器からの圧力検出信号と圧力設定器か
らの圧力設定信号との演算結果に基づき前記給水
ポンプの吐出圧力が一定となるよう制御する圧力
調節弁とを備えることを特徴とする排熱ボイラの
ドラムレベル制御装置。２差圧検出器からの差圧検出信号と差圧設定器
からの差圧設定信号とを比較演算する差圧制御演
算器と、負荷設定器からの信号をインプツトさ
れ、予測される負荷に対応した流量調節弁の弁信
号が得られるよう先行制御信号を出力する関数演
算器と、この関数演算器と前記差圧制御演算器の
出力を加算する加算器とを備え、この加算器によ
つて得られた弁開度制御信号によつて差圧調節弁
を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の排熱ボイラのドラムレベル制御装置。３差圧設定器には負荷状態信号が演算器を通し
てインプツトされるよう構成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の排
熱ボイラのドラムレベル制御装置。４圧力制御演算器の出力が手動バイアス器の出
力と共に加減器に導かれ、この加減器の出力によ
つて圧力調節弁を制御するよう構成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の排熱ボイ
ラのドラムレベル制御装置。５給水ポンプと圧力調節弁が複数基ずつ設置さ
れ、各圧力調節弁に付設した弁開度検出器の出力
が偏差演算器にインプツトされ、この偏差演算器
の出力が接続器を介して各加減器に導かれるよう
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第４項
に記載の排熱ボイラのドラムレベル制御装置。