JPH0236849B2 - Boiradeguchijokiondoseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は複数段の減温注水手段を用いてボイラ
出口蒸気温度を制御する場合、ボイラ過熱器の熱
吸収能力などプロセスの経年的な変化があつて
も、複数段の注水が常に片寄りのない制御位置で
行われるように自動補償し、ボイラ出口蒸気温度
を安定に制御するボイラ出口蒸気温度制御装置に
関する。

従来技術とその問題点 第１図はこの種の制御装置における従来の代表
的な制御系の一例であり、STは動力設備として
の蒸気タービン、Ｓは蒸気タービンSTに供給さ
れる過熱蒸気、Ｗは過熱蒸気となる給水、Ｐは給
水Ｗを圧送する圧力ポンプ、Ｗ１は過熱蒸気の主
要部に変わる主給水、Ｗ２は過熱蒸気Ｓの温度を
制御するための注水に用いられる制御給水、Ｗ２
１は第１段目の第１減温注水器（1ATと呼ぶ）
１によつて前記温度制御のために注水される第１
注水、Ｗ２２は同じく第２段目の第２減温注水器
（2ATと呼ぶ）２によつて注水される第２注水、
１４は第１注水Ｗ２１の流量を操作する第１減温
注水器注水弁（1AT注水弁と呼ぶ）、８は第２注
水Ｗ２２の流量を操作する第２減温注水器注水弁
（2AT注水弁と呼ぶ）、０は主給水Ｗ１を過熱蒸
気に変える１段目過熱器（1SHと呼ぶ）、３は２
段目過熱器（2SHと呼ぶ）、４は最終過熱器
（ENDSH と呼ぶ）、５はボイラ出口蒸気温度
（ボイラ出口温度と呼ぶ）、７は第２減温注水器出
口蒸気温度（2AT出口温度と呼ぶ）であり、こ
れはENDSH４の入口温度でもある。１６は第２
減温注水器入口蒸気温度（2AT入口温度と呼ぶ）
であり、これは2SH３の出口温度でもある。１７
は第１減温注水器出口蒸気温度（1AT出口温度
と呼ぶ）であり、これは2SH３の入口温度であ
る。６はボイラ出口蒸気温度調節器（ボイラ出口
温調器と呼ぶ）であり１１はボイラ出口温調器６
の調節器出力に積と和の演算を行う積・和演算器
でViは演算器入力、Ｖ０は演算器出力である。
９は2AT出口温度７を制御する2AT出口蒸気温
度調節器（2AT出口温調器と呼ぶ）でその調節
器出力によつて2AT注水弁８を操作する。１０
は2AT入口温度１６を制御する2AT入口蒸気温
度調節器（2AT入口温調器と呼ぶ）で、１２は
2AT入口温調器１０の設定入力部に挿入され演
算器出力Ｖ０にバイアス電圧を加算する和演算
器、１５は2AT入口温調器１０の調節器出力に
積と和の演算を行う積・和演算器、１３は1AT
出口温度１７を制御する1AT出口蒸気温度調節
器（１出口温調器）でその調節器出力によつて
1AT注水弁１４を操作する。

次に第１図の制御系の動作を説明する。

蒸気タービンSTに供給される高圧の過熱蒸気
Ｓの温度は、その値が許容値内に保たれるのみな
らず特に時間的な変動の少ない良質のものである
必要があり、求められる温度の質に応じて２ない
し３段の蒸気減温制御方式が用いられる。第１図
は通常用いられる２段の方式を示す。すなわち過
熱蒸気Ｓとなる給水Ｗは給水用の圧力ポンプＰを
介じて主給水Ｗ１と蒸気温度制御用の制御給水Ｗ
２とに分配されたのち、主給水Ｗ１は1SH０を経
て過熱蒸気となり以後第１段目の蒸気減温制御段
である1AT１で減温されたのち2SH３で過熱さ
れ、再び第２段目の蒸気減温制御段である2AT
２で減温され、さらにENDSH４に導かれて熱さ
れ、このように温度上昇と下降を繰返しながら平
均的には昇温する形でボイラ出口において一定の
定格蒸気温度であるボイラ出口温度５に維持され
た過熱蒸気Ｓとなつて蒸気タービンSTに供給さ
れる。前記制御給水Ｗ２はそれぞれ1ATに注水
弁１４を介する第１注水Ｗ２１と、2AT注水弁
８を介する第２注水Ｗ２２とに別れて主給水Ｗ１
からの過熱蒸気の減温制御を行いながら一体に合
流して過熱蒸気Ｓとなる。

ボイラ出口温度５を一定とするために、ボイラ
出口温調器６は定格ボイラ出口蒸気温度に設定さ
れボイラ出口温度５を検出してその調節器出力
（演算器入力Vi）を積・和演算器１１を介して演
算器出力Ｖ０とし2AT出口温調器９に温度設定
値として与える。また2AT出口温調器９は該温
度設定値を与えられ2AT出口温度７を検出して、
その調節器出力により2ATを注水弁８を操作し、
第２注水Ｗ２２の流量を操作することにより、
2AT出口温度７を制御する。このようにしてこ
の種の制御で慣用いわゆるカスケード制御を行
う。ここで積・和演算器１１の動作は第２図に例
図するようなもので、例えば演算器入力Viがボ
イラ出口温調器６の調節器出力の全変化範囲１〜
5^Vを変化しても、演算器出力Ｖ０の変化が3.5〜
4.5^Vの変化（これは2AT出口温調器９の温度設定
値の450〜500°Cの変化に対応する）に留まるよう
にして、いわゆる制御系のループゲインが過大な
ことによる制御不安定動作（ハンテング）を防止
する役割を持つが、ボイラ出口温調器６やZAT
出口温調器９のパラメータの調整値によつては省
略することも可能である。

前記ボイラ出口温調器６から指令される上流側
（以後蒸気の流れを基準にして上流および下流の
表現を使用する）の温度調節器の温度設定値とし
ての、演算器出力Ｖ０には和演算器１２を介し
て、ほぼ2AT２内の蒸気温度降下に相当するバ
イアス電圧が加算されて、2AT入口温調器１０
に温度設定値Ｖ０１として与えられる。該バイア
ス電圧は制御系の運転結果からパラメータの一部
として求められる和演算器１２に組込まれる。
2AT入口温調器１０は該温度設定値を与えられ
2AT入口温度１６を検出し調節器出力を積・和
演算器１５を介して1AT出口温調器１３の温度
設定値をカスケード操作する。積・和演算器１５
の動作は積・和演算器１１の動作と演算器出力の
電圧の変化範囲を除き、ほぼ同様である。1AT
出口温調器１３は該温度設定値を与えられ1AT
出口温度１７を検出し1AT注水弁１４を操作し、
第１注水Ｗ２１の流量を操作することにより
1AT出口温度１７を制御する。このように1AT
１は2AT２以前で温度外乱をおさえ、ボイラ負
荷の変化に拘らず第１注水Ｗ２１と第２注水Ｗ２
２の注水比はある割合を保つように操作される。

ボイラ出口温度５を比較的安定に制御するに
は、注水弁の開度位置が定常運転状態において
は、制御領域にあり外乱に対して全開側あるいは
全開側に動作できる有効動作範囲が常に余裕をも
つて存在していることが望ましくこのような調整
は制御系の運転状態において、各部の温度を、従
つて具体的には積・和演算器１１，１５および和
演算器１２のパラメータを調整することによつて
行われる。特にその中で和演算器１２よる2AT
２の蒸気温度降下にあたるバイアス電圧はボイラ
出口温度５を一定とするために上流側の過熱器
（減温注水器）各部の温度を設定する上で重要な
パラメータである。この温度設定値Ｖ０１と現実
の運転上から求められる最適の温度設定値との間
にずれを生じた場合には、注水弁の平均開度位置
の偏位として表われるが、ボイラ出口温度５を一
定に維持するために、制御給水Ｗ２の流量はボイ
ラ負荷の大きさによつてほぼ定まるので、例えば
1AT注水弁が平均的に全閉（または全開）側に
偏位すると2AT注水弁はこれをカバーする形で
平均的に全開（または全閉）側に偏位するように
なり、このような状態で外乱があつた場合には流
量の操作範囲が制限されて、制御が安定せずボイ
ラ出口温度５の変動を生ずる場合がある。

ボイラ出口温度５を一定にするための過熱器
（または減温注水器）各部の温度は過熱器の熱吸
収能力により左右されるが、これはボイラの運転
年月やその他のプロセスの要因例えば燃焼ガスに
よる煤の附着や水管内の水垢附着などにより微妙
に変化する。そのために常にボイラ出口温度５を
安定した状態に制御するためには制御系のパラメ
ータの経年的な修正が必要となる。

本発明の目的と要点 本発明は前述の欠点を除去し、プロセスの変化
状態を確実にとらえ、制御を安定した領域に誘導
する簡易な制御装置を実現することを目的とし、
その要点は、複数段の過熱器０，３，４を有する
ボイラの蒸気加熱管系の前記過熱器の各段の間に
介挿された減温注水器１，２と、 該減温注水器の出口蒸気温度７，１７と設定値
とに基づいて前記減温注水器の注水弁８，１４を
開閉操作するための信号を出力する第１の温度調
節器９，１３と、 前記減温注水器の下流側に隣接する過熱器２に
対する４，１に対する３の出口蒸気温度５，１６
に基づいて前記第１の温度調節器の前記設定値を
設定するための信号を出力する第２の温度調節器
６，１０と、を備え、 最終段の過熱器４の出口蒸気温度５に基づいて
前記最終段過熱器４の上流側に隣接する減温注水
器２の注水弁８を開閉操作するための信号を出力
する第１の温度調節器９の前記設定値を設定する
ための信号を出力する第２の温度調節器６の設定
値を一定値とし、 前記最終段過熱器４の上流側に設けられた過熱
器３の出口蒸気温度１６に基づいて、前記上流側
過熱器３の上流側に隣接する減温注水器１の注水
弁１４を開閉操作するための信号を出力する第１
の温度調節器１３の前記設定値を設定するための
信号を出力する第２の温度調節器１０の設定値Ｖ
０１を、前記上流側過熱器３の下流側に隣接する
減温注水器２の出口蒸気温度７の設定値VOに、
この減温注水器２の入口蒸気温度１６と出口蒸気
温度７の温度差に相当するバイアス値を加えた値
とするボイラ出口蒸気温度制御装置に、 前記バイアス値に対応する減温注水器２の注水
弁８の開度位置信号Ｖ２ｉまたは注水の流量計測
信号のいずれかの平均値Ｖ２Ｍが入力され、該平
均値Ｖ２Ｍが上下限値を越えた超過分の積分値ま
たは上下限値を越えている時間のいずれかに比例
する修正値Ｖ２０を出力する修正演算器を設け、
前記修正値Ｖ２０を前記バイアス値に加えるよう
になした点にある。

発明の実施例 次に本発明を第３〜５図に基いて説明する。第
１〜５図において同じ符号は同一または相当部分
を示す。

第３図において１８は2AT出口温調器の調節
器出力Ｖ２ｉを入力するアナログの平均値演算器
で2ATの注水弁８の平均点な開度位置に対応す
る平均開度位置電圧Ｖ２Ｍを出力する。この平均
値演算器１８の出力は修正演算器Ｃ０に入り一方
で上下限値のリミツタ１９に入力され、他方では
そのまま減算器２０に入力され減算器２０により
前記リミツタ１９の出力との減算が行われて平均
開度位置電圧Ｖ２Ｍの上下限値を越える超過電圧
Ｖ２Ｅが出力される。該超過電圧Ｖ２Ｅは積分器
２１に入力され、その出力として修正電圧Ｖ２０
が積・総和演算器２２に入力される。積・総和演
算器２２は2AT出口温調器９の温度設定値であ
る演算器出力Ｖ０に前述のバイアス電圧と、前記
修正電圧Ｖ２０に比例した電圧とを加算して、
2AT入口温調器１０に温度設定値Ｖ０１として
与える。

ここで修正演算器Ｃ０の動作を述べると、
2AT注水弁８の開度位置が経年的に全開側に偏
位し調節器出力Ｖ２ｉの平均値である平均開度位
置電圧Ｖ２Ｍが、リミツタ１９の上限値を越えた
とする。この場合1AT注水弁１４の開度位置は
全閉側に偏位しており第１注水Ｗ２１の流量が少
なく1AT１を出た過熱蒸気の温度従つて1AT出
口温度１７および2AT入口温度１６は上昇ぎみ
となり、これを抑制する形で2AT注水弁８が全
開側に偏位し第２注水Ｗ２２の流量を増加して
2AT出口温度７を演算器出力Ｖ０で定る温度設
定値の範囲に維持している。

さて前記平均開度位置電圧Ｖ２Ｍの入力によつ
て正の超過電圧Ｖ２Ｅが積分器２１によつて積分
され、その積分値である正の修正電圧Ｖ２０が積
総和演算器２２に負極性（減算側）で入力され前
述のバイアス電圧を下げる方向すなわち温度設定
値Ｖ０１に従つて2AT入口温度１６を下げる方
向に加算される。これにより2AT入口温調器１
０によりカスケード制御される1AT出口温調器
１３の温度設定値は下げ側に、従つて1AT注水
弁１４の開度位置は開き側に修正され第１注水Ｗ
２１の流量が増加し始める。このため1ATを出
た過熱蒸気の温度は下降し始め、これに伴つて
2AT出力温度７も下降に転じ2AT出口温調器９
は2AT注水弁８を閉じ側に修正する。以上の修
正動作は平均開度位置電圧Ｖ２Ｍがリミツタ１９
の上限値を上回り超過電圧Ｖ２Ｅが存在する間、
従つて、修正電圧Ｖ２０が増加を続ける間、継続
する。平均開度位置電圧Ｖ２Ｍがリミツタ１９の
上下限値の間に入り超過電圧Ｖ２Ｅが０となると
上記修正動作は止み、それまでの超過電圧Ｖ２Ｅ
の積分値である正の修正電圧Ｖ２０が残る。

次に上述の動作と逆に2AT注水弁８の開度位
置が上記の状態から全閉側に偏位した場合は平均
開度位置電圧Ｖ２Ｍはリミツタ１９の下限値を負
方向に超過し、負の超過電圧Ｖ２Ｅを生じ、この
超過電圧Ｖ２Ｅの積分によつて前記修正電圧Ｖ２
０は正→０→負と変化し、バイアス電圧にこの修
正電圧Ｖ２０を負極性で加算した、積・総和演算
器２２の出力である温度設定値Ｖ０１は上げ方向
に、従つて1AT注水弁１４は閉じ側に、これに
より2AT注水弁８は開き側に修正される。

以上のように1AT注水弁１４の平均的な開度
位置を強制的に中央方向に移動修正することによ
り、2AT２の入口温度１６が修正され、2AT注
水弁８の開度位置も中央方向に誘導される。すな
わちプロセスの要因により過熱器（または減温注
水器）各部の温度にあらかじめの設定値とのずれ
を生じても、注水弁の開度位置は安定な制御の可
能な領域に常に誘導され、結果的にボイラ出口温
度５を比較的安定に制御できる。

なお上記では2AT注水弁８の開度位置を検出
するのに調節器出力Ｖ２ｉを直接モニターしてい
るが、これに代る他の信号、例えば第２注水Ｗ２
２の流量計測信号に置き換えることも可能であ
る。

上記実施例では修正演算器Ｃ０をアナログ演算
器として説明したが同様な機能をデジタル素子な
どを介して一旦デジタル演算に置き換えて実施さ
せることも可能であり、第４図はこのようなデジ
タル演算を介する他の修正演算器Ｃ０の例を示
す。第４図においてLMは限界値モニタ、PGは
パルス発生回路、４１，４２はAND素子、４３
は電動設定器、RCは可逆カウンタ、DAはDA変
換器である。

第４図Ａの動作を述べると、平均開度位置電圧
Ｖ２Ｍが、限界値モニタLMの上限値を越えると
AND素子４１にゲート入力Ｇ１が入力されて
AND素子４１のゲートが開き、パルス発生回路
PGより低周波のパルスＰが減側パルスPMとな
つて電動設定器４３に印加されて電動設定器４３
のモータを逆回転し負極性の修正電圧Ｖ２０を出
力しそのまま積・総和演算器２２に加算入力され
る。この動作は第３図の実施例と同様にその後に
続く一連の修正動作によつて平均開度位置電圧Ｖ
２Ｍが限界値モニタLMの上限値を下回るまで続
く。平均開度位置電圧Ｖ２Ｍが限界値モニタLM
の下限値を負方向に越えるとゲート入力Ｇ２が
AND素子４２に入力され、前記と同様に増側パ
ルスPPが電動設定器４３に印加されて電動設定
器４３のモータを正回転し、前記修正電圧Ｖ２０
を負極性→０→正極正方向へと変化し、前述と逆
の修正動作に導く。この場合前記モータが逆回転
または正回転する回転角、従つてこれに伴つて出
力される修正電圧Ｖ２０の大きさは、前記減側パ
ルスPMまたは増側パルスPPの累計値にほぼ比
例する。

第４図Ｂでは第４図Ａの電動制定器４３に代り
可逆カウンタPMまたは増側パルスPPを、これ
らのパルス入力がいずれかに応じてそれぞれ減算
側か加算則に累積カウントし、その累計値をDA
変換器を介しアナログの修正電圧Ｖ２０として出
力する。

第３図の修正演算部Ｃ０と第４図Ａ，Ｂの修正
演算器Ｃ０との差は前者の場合平均開度位置電圧
Ｖ２Ｍが上下限値を越えた超過電圧の時間面積
（積分値）を修正電圧Ｖ２０とするのに対し、後
者においては平均開度位置電圧Ｖ２Ｍが上下限値
を越える期間における、減側パルスPMおよび増
側パルスPPの減・加算累計値すなわち該越える
期間の時間面積（正負の極性を含む累計時間）を
修正電圧Ｖ２０とする点が異なる。

次に第５図は減温注水器を３段とした場合の実
施例である。第３図との主な差異は第３減温注水
器（3ATと呼ぶ）５１への第３注水Ｗ２３の流
量を操作する第３減温注水器水弁５２に対して、
3AT出口蒸気温度調節器５３より操作量として
与えられる調節器出力Ｖ３ｉより第３図、第４図
と同様な修正演算器Ｃ０を介して修正電圧Ｖ３０
を出力させ積・総和演算器２２に修正値として加
え3AT入口蒸気温度温度調節器５４の設定値を
修正する機能が付加された点である。同様にして
３段以上の制御系にも本発明は適用可能である。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば、下流側注
水弁の開度位置または流量計測信号の平均的なず
れを簡単な演算回路を介して検出し上流側の注水
弁の開度位置の修正に結びつけると言う方法で、
全ての注水弁の開度位置を制御可能な領域に自動
的に誘導し、常に安定したボイラ出口温度を維持
することができるので調整保守の労力を著しく減
ずることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の代表的な制御系の例を示す構成
図、第２図は積・和演算器の動作図、第３図、第
５図は本発明の実施例としての制御系の構成図、
第４図は本発明における修正演算器の他の実施例
を示す図。 符号説明、１：第１減温注水器（1AT）、２：
第２減温注水器（2AT）、５１：第３減温注水器
（3AT）、０：１段目過熱器（1SH）、３：２段目
過熱器（2SH）、４：最終過熱器（ENDSH）、
５：ボイラ出口蒸気温度（ボイラ出口温度）、
７：第２減温注水器出口蒸気温度（2AT出口温
度）、１６：第２減温注水器入口蒸気温度（2AT
入口温度）、１７：第１減温注水器出口蒸気温度
（1AT出口温度）、８：第２減温注水器注水弁
（2AT注水弁）、１４：第１減温注水器注水弁
（1AT注水弁）、５２：第３減温注水器注水弁、
６：ボイラ出口蒸気温度調節器（ボイラ出口温調
器）、９：2AT出口蒸気温度調節器（2AT出口温
調器）、１０：2AT入口蒸気温度調節器（2AT入
口温調器）、１３：1AT出口蒸気温度調節器
（1AT出口温調器）、５３：3AT出口蒸気温度調
節器、５４：3AT入口蒸気温度調節器、１８：
平均値演算器、Ｃ０：修正演算器、１９：リミツ
タ、２０：減算器、２１：積分器、２２：積・総
和演算器、LM：限界値モニタ、PG：パルス発
生回路、４１，４２：AND素子、４３：電動設
定器、RC：可逆カウンタ、DA：DA変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数段の過熱器０，３，４を有するボイラの
   蒸気加熱管系の前記過熱器の各段の間に介挿され
   た減温注水器１，２と、 該減温注水器の出口蒸気温度７，１７と設定値
   とに基づいて前記減温注水器の注水弁８，１４を
   開閉操作するための信号を出力する第１の温度調
   節器９，１３と、 前記減温注水器の下流側に隣接する過熱器４，
   ３の出口蒸気温度５，１６に基づいて前記第１の
   温度調節器の前記設定値を設定するための信号を
   出力する第２の温度調節器６，１０と、を備え、 最終段の過熱器４の出口蒸気温度５に基づいて
   前記最終段過熱器４の上流側に隣接する減温注水
   器２の注水弁８を開閉操作するための信号を出力
   する第１の温度調節器９の前記設定値を設定する
   ための信号を出力する第２の温度調節器６の設定
   値を一定値とし、 前記最終段過熱器４の上流側に設けられた過熱
   器３の出口蒸気温度１６に基づいて、前記上流側
   過熱器３の上流側に隣接する減温注水器１の注水
   弁１４を開閉操作するための信号を出力する第１
   の温度調節器１３の前記設定値を設定するための
   信号を出力する第２の温度調節器１０の設定値
   VO１を、前記上流側過熱器３の下流側に隣接す
   る減温注水器２の出口蒸気温度７の設定値VO
   に、この減温注水器２の入口蒸気温度１６と出口
   蒸気温度７の温度差に相当するバイアス値を加え
   た値とするボイラ出口蒸気温度制御装置におい
   て、 該バイアス値に対応する減温注水器２の注水弁
   ８の開度位置信号Ｖ２ｉまたは注水の流量計測信
   号のいずれかの平均値Ｖ２Ｍが入力され、該平均
   値Ｖ２Ｍが上下限値を越えた超過分の積分値また
   は上下限値を越えている時間のいずれかに比例す
   る修正値Ｖ２０を出力する修正演算器COを備え、
   前記修正値Ｖ２０を前記バイアス値に加えるよう
   になしたことを特徴とするボイラ出口蒸気温度制
   御装置。