JPH0238843B2

JPH0238843B2 -

Info

Publication number: JPH0238843B2
Application number: JP57082424A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takita; Akira Sugano; Atsushi Yokogawa; Toshihiko Azuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1990-09-03
Also published as: JPS58200907A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、火力発電所におけるボイラの再熱蒸
気温度制御装置に係わり、特に、種類の異なる燃
料を使用した場合にも、ボイラ特性の変化を補償
して好適な再熱蒸気温度の制御を行なうことので
きるボイラの再熱蒸気温度制御装置に関する。

近年、代替エネルギー開発に基づくエネルギー
の多様化に伴ない、単一燃料のみでなく、多種類
の燃料を使用する火力発電所や石炭火力発電所が
注目を浴びている。

ところで、種類の異なる燃料を使用した場合、
又は、石炭のように産出地によつてその性状が非
常に異なり、発熱量も大巾に異なる場合には、火
炉での燃焼状態が異なり、ボイラの各熱交換器の
熱吸収配分が変化し、特に再熱蒸気温度の制御に
多大な影響を与える。

以下に、従来の火力発電所のボイラ制御システ
ム及びその問題点について述べる。

第１図に、従来の火力発電所のボイラの主要な
熱交換器の配置を示す。この場合の水および蒸気
の流れは次の通りである。

１は給水ポンプであり、このポンプ１により節
炭器２に給水が送り込まれる。水は、こゝで熱回
収した後、火炉水冷壁３に至り、水冷壁を上昇す
る途中で蒸発し、１次過熱器４に入つて過熱され
る。この蒸気は、更に過熱器スプレ５に達する。

過熱器スプレ５で、主蒸気温度が規定値になる
よう減温された後、蒸気は２次過熱器６に入つて
過熱され、主蒸気管７を経由して高圧タービン２
８に至り、そこで発電機３０を駆動する仕事をす
る。

高圧タービン２８で仕事をした蒸気は、１次再
熱器８に入つて再熱される。この蒸気は２次再熱
器９で更に再熱され、再熱蒸気管１０を経由して
中圧タービン２９へと送られ、そこでさらに仕事
をする。

一方、このボイラにおける燃焼ガスの流れは次
の通りである。

１１はバーナーであり、１２は燃焼用空気を供
給する風道である。バーナー１１に供給された燃
料は、火炉またはボイラ本体２０内で燃焼し、火
炉水冷壁３に一部の熱が吸収される。燃焼ガス
は、その後順次煙道の流れに従つて、２次過熱器
６、２次再熱器９、１次過熱器４、１次再熱器
８、および節炭器２と熱交換する。

その後、燃焼ガスの一部は、ガス再循環ダンパ
１３及びガス再循環フアン１４により、火炉２０
に再循環されると共に、その残りは、排ガスとし
て煙突（図示せず）より大気に放出される。

火力発電所の重要な温度制御量としては、良く
知られているように、主蒸気温度と再熱蒸気温度
とがあり、これらはそれぞれの温度検出器１５，
１６で測定される。そして、前者は過熱器スプレ
５で注水を行なうことにより制御され、一方、後
者は火炉２０に再循環する排ガス量をガス再循環
ダンパ１３により調整することによつて制御され
る。

すなわち、火炉２０に再循環する排ガス量を増
やせば、燃焼空気が不足して燃焼状態が悪くなる
ので火炉２０での燃焼温度が低下する。火炉２０
での熱伝達は主に幅射によつて行われるため、燃
焼温度が低下すると火炉水冷壁３での熱吸収率が
低下する。一方、燃焼状態が悪くなると火炎が長
くなると共に高い熱量を有する燃焼ガスが発生す
るので、過熱器および再熱器に流れ込む排ガスの
温度が高くなり、これらの部分での熱吸収率が上
昇する。

このとき、主蒸気系では、過熱器４，６での熱
吸収率は上がるが、火炉水冷壁３での吸熱量が低
下するので、全体的には主蒸気温度が低下する。
一方、再熱系では、再熱器８，９での熱吸収率が
上がるので、再熱蒸気温度が上昇する。

以上に述べたように、再熱蒸気温度の制御は、
火炉２０に注入するガス再循環量を変えて、主蒸
気系および再熱蒸気系の熱吸収バランスを制御す
ることによつて行なわれている。

ところで、多種類の燃料を使用した場合、ある
いは、炭種により発熱量の異なる石炭を使用した
場合には、火炉２０での燃焼温度が各々の場合で
異なり、また必要とする再循環ガス量も異なるの
で、各熱交換器の熱吸収バランスも異なつたもの
となる。

その為、特定の燃料に対して主蒸気系および再
熱蒸気系の熱交換器の伝熱面積を計算して設計し
たボイラにおいては、ガス再循環ダンパ１３の操
作だけでは、供給燃料の種類や発熱量が変つた場
合に、主蒸気系および再熱系への熱配分が適正に
行なわれなくなるという問題が生じる。

前述の問題を解決するためには、第２図に示す
如く、１次過熱器４及び１次再熱器８を、直列で
はなくて、並列に配置し、両者間にしきり板２１
を配設すると共に、それぞれの燃焼ガス通路に過
熱器側および再熱器側のガス分配ダンパ２２，２
３を設ければよい。

このように構成することにより、１次過熱器４
及び１次再熱器８を通過し、これらと熱交換する
燃焼ガス量の配分比を任意に変え、主蒸気系およ
び再熱蒸気系への熱配分を所望通りに行なうこと
が可能となる。

なお、第２図において、第１図と同一の符号は
同一または同等部分をあらわしている。

つぎに、第３図を参照して、第２図の装置にお
ける再熱蒸気温度の制御系統について説明する。

再熱蒸気温度検出器１６よりの信号は、その設
定値３１と、比較器３２において比較され、PI
（比例積分）調節器３３に入力される。PI調節器
３３の出力は、さらに、プラントの負荷状態を示
す信号（負荷指令）３４に基づいて関数発生器３
５により発生される静的先行信号と、加算器３６
により加算される。

一方、ガス再循環量は、燃焼ガス中のNOX値
を低減する目的から、最低値が定められている。
このために、負荷指令３４を関数発生器３８に供
給し、負荷指令３４に対応するガス再循環ダンパ
１３の最低開度信号を出力させる。

前記最低開度信号は、高値選択器３９に供給さ
れ、加算器３６の出力と比較される。そして、加
算器３６および関数発生器３８の出力のうちの、
大きい方の信号が選択、出力され、ガス再循環ダ
ンパ１３を制御するのに用いられる。

プラントの負荷状態を示す信号、すなわち負荷
指令３４は、また関数発生器３７にも供給され
る。関数発生器３７は、負荷指令３４によりプロ
グラム制御され、過熱器側および再熱器側のガス
分配ダンパ２２，２３の開度を制御する。こゝ
で、それぞれのガス分配ダンパ２２，２３の開度
の相関は関数発生器５６によつて規定され、過熱
器側および再熱器側で各々逆特性となるようにさ
れている。すなわち、一方が開く時、他方は、こ
れと同じ割合、あるいは予定の関数関係をもつて
閉じるように制御される。

周知のように、第３図の構成においては、温度
制御系の時定数が非常に長く、フイードバツク制
御による制御ゲインを十分に大きくすることが困
難である。したがつて、関数発生器３５による静
的先行信号の果たす役割は重要なものとなる。

しかしながら、燃料の種類が異なつたり、発熱
量が異なつたりした場合、ガス分配ダンパ２２，
２３の制御を、特定の燃料に対して設定したプロ
グラムのみで行なおうとすると、ボイラ各部の熱
吸収バランスがくずれてしまう。この為、ガス分
配ダンパの先行信号がずれ、PI調節器３３によ
り修正する量が増えて制御性が損なわれることに
なる。

のみならず、加算器３６の出力−すなわち、ガ
ス再循環ダンパの目標開度が、NOX値低減の為
の最低開度（関数発生器３８の出力）以下にな
り、再熱蒸気温度の制御が行なえないという状態
になることがある。

このような事態を回避する為には、燃料の種類
や発熱量が変わるたびに、ガス分配ダンパの開度
プログラム−すなわち、関数発生器３７の関数関
係を設定し直す作業が必要になり、プラントの自
動運転上重大な支障を生ずることになる。

また、異種燃料の混焼時には、その開度プログ
ラムを特定することが非常に困難になるという問
題がある。

本発明の目的は、多種の燃料、及び石炭を燃料
とする火力発電所に於いて、主蒸気系及び再熱蒸
気系の熱吸収バランスを常に最適に保ち、再熱蒸
気温度の制御を常に好適に行なうことのできるボ
イラの再熱蒸気温度制御装置を提供することにあ
る。

本発明の特徴は、ガス再循環ダンパを規定開度
としたときに定常的に発生している再熱蒸気温度
偏差が、燃料種別によるボイラ静特性の変化、す
なわち主蒸気系及び再熱蒸気系の熱吸収バランス
の設計値からのずれに起因していることに着目
し、再熱蒸気温度の設定値からの偏差に基づいて
ガス分配ダンパの開度を制御し、燃料種別による
ボイラ静特性の変化を自動的に補正し、常に、再
熱蒸気温度制御を好適に行なうことを可能ならし
めた点にある。

本発明の特徴は、さらに再熱蒸気温度の外に、
再熱器中間段の蒸気温度をも検出し、再熱蒸気温
度とのカスケード制御を行なうようにした点にあ
る。

以下に、第４図を参照して、本発明の一実施例
を説明する。

再熱蒸気温度検出器１６の出力は、その設定値
３１と、比較器３２において比較され、その偏差
はＰ（比例）調節器５１及びPI（比例積分）調節
器５２に入力される。Ｐ調節器５１の出力は、さ
らに、ボイラ負荷状態を表わす信号（負荷指令）
３４に基づいて関数発生器３５により発生された
静的先行（開度設定）信号と、加算器３６により
加算される。

更に、第３図の場合と同様に、関数発生器３８
により、負荷指令３４に応じて設定されたガス再
循環ダンパ１３の最低開度信号と、前記加算器３
６の出力とが、高値選択器３９により比較・選択
される。そして、両者のうちの大きい方の信号に
基づいて、ガス再循環ダンパ１３の開度が制御さ
れる。

本実施例によれば、種類の異なる燃料を使用し
た場合のボイラ静特性の変化、すなわち熱吸収バ
ランスを、再熱蒸気温度の設定値からの偏差に基
づいたガス分配ダンパの開度制御で補償するの
で、ガス再循環ダンパの整定値をボイラ設計値に
保持することが可能になり、再熱蒸気温度の制御
性を向上させることができる。

また、その結果として、ガス再循環ダンパ１３
の開度を、上記の如く比例制御と先行制御を併用
して制御することが可能となる。それ故に再熱蒸
気温度が規定値に達すると、その開度は、あらか
じめ定められた静的先行開度と、必ず一致するこ
とになる。すなわち、再熱蒸気温度の過渡的な変
動を小さく抑えることができる。

一方、PI調節器５２に入力されてPI演算され
た再熱蒸気温度偏差は、負荷指令３４を入力とす
る関数発生器５３によつて設定されたガス分配ダ
ンパの静的先行信号と、加算器５４で加算され
る。そして、加算器５４の出力信号で、第３図の
従来例と同様に、ガス分配ダンパを制御する。

本実施例においては、再熱蒸気温度を主に制御
するのは、ガス再循環ダンパ１３の開度であるか
ら、Ｐ調節器５１の制御ゲインは、大きな値とす
ることが必要である。一方、ガス分配ダンパ２
２，２３は、燃料種別などによるボイラ静特性の
変化を補償し、再熱蒸気温度のオフセツトを取る
ことが目的であるので、PI調節器５２の比例ゲ
インは弱めに設定し、ガス再循環ダンパとガス分
配ダンパの相互干渉を防ぐ必要がある。

ところで、第４図の家施例では、再熱器８，９
での温度応答が過熱器４，６に比較して遅いた
め、前述のようにガス分配ダンパ２２，２３の開
度を、比例積分制御で調節しようとすると、主蒸
気温度制御に比較して、制御性が劣る。−すなわ
ち、負荷変動などの場合における再熱蒸気温度の
変動幅が大きくなる、という問題がある。

また、ガス分配ダンパの開度を変えてから、再
熱蒸気温度が変化するまでの応答遅れは、再循環
ガス流量を変化させてから、再熱蒸気温度が変化
するまでの応答遅れにほぼ等しい。このために、
再循環ガス流量制御を併用する効果は、それ程大
きくならないという問題もある。

前述の問題を解決した本発明の第２実施例を第
５図に示す。この図において、第２図および第４
図と同一の符号は同一または同等部分をあらわし
ている。

この第２実施例は、再熱器が、１次再熱器（横
置部）８と、２次再熱器（吊り下げ部）９とに分
割配置されていることに注目し、その中間段の温
度を検出し、ガス分配ダンパによるカスケード制
御を採用したものである。

以下において、第２実施例の動作を詳細に説明
する。

再熱蒸気温度検出器１６で検出された再熱蒸気
温度は、関数発生器４８に負荷指令３４を入力す
ることによつて作成される再熱蒸気温度設定値
と、比較器（減算器）３２で比較される。

再熱蒸気温度が設定値との間で偏差を生じた場
合には、まず第４図に関して前述したように、比
例調節器５１、関数発生器３５および加算器３６
の制御系によつて、ガス再循環ダンパ１３の開度
制御を行ない、再熱蒸気温度を制御する。

なお、この場合、必要に応じて、第４図の場合
と同様に、関数発生器３８および高値選択器３９
によるガス再循環流量の最低保証制御を付加でき
ることは当然である。

この実施例では、さらに、設定値に対する再熱
蒸気温度の前記偏差が比例積分調節器５２に供給
され、得られた出力は加算器５４に入力される。
一方、負荷指令３４を入力とする関数発生器５３
で作成される中間段蒸気温度設定値が、加算器５
４に供給され、前記比例積分調節器５２の出力に
よつて増減補正される。

中間段蒸気温度は、中間段蒸気温度検出器１７
で検出され、比較器（減算器）４３で、中間段蒸
気温度の前記設定値と比較演算される。中間段蒸
気温度とその設定値との間で偏差が生じた場合、
比例積分調節器４４により、再熱器側および過熱
器側のガス分配ダンパ２２，２３を開閉し、中間
段蒸気温度が設定値に等しくなる様に制御する。

上述の第２実施例によれば、ガス分配ダンパの
カスケード制御により、再熱蒸気温度制御の制御
性を向上でき、ボイラの負荷が変動した場合の再
熱蒸気温度の変動幅を、より一層小さく抑えるこ
とができる。

さらに、ガス再循環ダンパ１３の開度を制御し
て再循環ガス流量を変えた場合、その影響は１次
再熱器（横置部）８および２次再熱器（吊り下げ
部）９の両方に及ぶが、本実施例によれば、横置
部８の出口温度（中間段温度）が、ガス分配ダン
パの下位のループで迅速に制御されているため、
再循環ガス流量の制御対象を、事実上２次再熱器
（吊り下げ部）９の出口における再熱蒸気温度に
限定することができる。

このことは、見かけ上、制御対象の応答が速く
なつたことを意味し、再循環ガス流量制御の制御
ゲインを大きく設定できるようになる。したがつ
て、従来方式や第１実施例に比較して、再熱蒸気
温度の制御性を向上でき、再循環ガス流量制御併
用の効果が一層大きくなるという利点を生ずる。

本発明は、前述の実施例に限らず、さらに、第
６図のような２段再熱プラントにも適用できるも
のである。第６図において、第２図および第５図
と同一の符号は同一または同等部分をあらわして
いる。

６Ａは３次過熱器であり、そこで発生された蒸
気は、超高圧タービン２７に供給されて発電機を
駆動する仕事をする。超高圧タービン２７で仕事
をした蒸気は、第１段の１次再熱器（横置部）８
Ａおよび２次再熱器（吊り下げ部）９Ａを経て、
高圧タービン２８に供給される。

高圧タービン２８で仕事をした蒸気は、第２段
の１次再熱器（横置部）８Ｂおよび２次再熱器
（吊り下げ部）９Ｂを経て、中圧タービン２９に
供給される。

なお、同図において、１６Ａ，１６Ｂは、それ
ぞれ高圧タービン２８および中圧タービン２９へ
供給される再熱蒸気の温度を検出する再熱蒸気温
度検出器、１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、第１段
および第２段の１次再熱器（横置部）８Ａ，８Ｂ
の出口蒸気温度を検出する中間段蒸気温度検出器
である。

また、２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ、第１段お
よび第２段の１次再熱器側のガス流量を制御する
再熱器側ガス分配ダンパである。

第６図の２段再熱プラントにおける再熱蒸気温
度制御に適用した本発明の第３実施例の制御ブロ
ツク図を第７図に示す。同図において、第５図お
よび第６図と同一の符号、および第５図の符号に
添字ＡまたはＢを付加した符号は、それぞれ同一
または同等機能の部分をあらわしている。

５８は加算器であり、５９は第１段および第２
段の１次再熱器側ガス流量（ガス分配ダンパ２３
Ａおよび２３Ｂの開度）と過熱器側ガス流量（ガ
ス分配ダンパ２２の開度）との関係を規定する関
数発生器である。

第５図との対比から明らかなように、第７図の
制御装置は、第１段および第２段の再熱蒸気系の
それぞれに、第５図と同様のカスケード制御系
を、独立に設けたものに相当する。その制御動作
は、第５図に関して前述したのと同様であり、容
易に類推できるところであるので、その説明は省
略する。

第７図の実施例によれば、２段再熱プラントに
おける第１段および第２段再熱蒸気温度の制御性
を向上し、負荷変化時における再熱蒸気温度の変
動幅を僅少に抑えることができる。

上記の如く、本発明によれば、種類の異なる燃
料を使用した場合のボイラ静特性の変化を、再熱
蒸気温度の設定値からの偏差により検出し、自動
的にガス分配ダンパの開度を制御して補償するこ
とができる。

それ故に、常に、ガス再循環ダンパの整定値を
ボイラ設計値に保持することが可能となる。さら
に、NOX量規制を達成するためのガス再循環ダ
ンパ最低開度制限にかかることなく、多種類の燃
料を使用しても再熱蒸気温度の制御を常に好適に
行なうことが出来る。

また、本発明によれば、ガス再循環ダンパの開
度を、比例制御と先行制御とを併用して制御でき
るので、再熱蒸気温度の過渡的な変動を小さく押
さえることができる。

さらに、本発明によれば、再熱蒸気温度の制御
性を向上できるので、負荷応答性の向上が可能と
なり、負荷変化率を大きくとれるようになる。ま
た、蒸気温度の変動を小さく抑えることにより、
不要な燃料投入を削減でき、ボイラ効率の向上を
はかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の火力発電所におけるボイラの概
略構成図、第２図は本発明を適用するのに好適な
ボイラの概略構成図、第３図は第２図のボイラに
おける従来の再熱蒸気温度制御装置を示すブロツ
ク図、第４図は本発明の第１実施例を示すブロツ
ク図、第５図は本発明の第２実施例を示すブロツ
ク図、第６図は２段再熱プラントの概略構成図、
第７図は第６図の２段再熱プラントにおける再熱
蒸気温度制御に適用した本発明の第３実施例を示
すブロツク図である。１……給水ポンプ、２……節炭器、３……火炉
水冷壁、４……１次過熱器、５……過熱器スプ
レ、６……２次過熱器、７……主蒸気管、８……
１次再熱器、９……２次再熱器、１０……再熱蒸
気管、１３……ガス再循環ダンパ、１４……ガス
再循環フアン、１５……主蒸気温度検出器、１６
……再熱蒸気温度検出器、２０……火炉またはボ
イラ本体、２１……しきり板、２２，２３……ガ
ス分配ダンパ、３２……比較器、３３……PI調
節器、３４……ボイラ負荷状態信号、３５……関
数発生器、３６……加算器、３７，３８……関数
発生器、３９……高値選択器、５１……Ｐ調節
器、５２……PI調節器、５３……関数発生器。

Claims

【特許請求の範囲】１主蒸気を発生する過熱器と、再熱蒸気を発生
する再熱器と、前記両者間の熱吸収配分を制御す
る過熱器側ガス分配ダンパおよび再熱器側ガス分
配ダンパと、ボイラ本体または火炉へ再循環され
るガス流量を制御するガス再循環ダンパとを有す
るボイラの再熱蒸気温度制御装置であつて、再熱
蒸気温度を検出する手段と、再熱蒸気温度の設定
値を決定する手段と、再熱蒸気温度の、その設定
値に対する偏差を得る手段と、前記偏差を比例演
算し、その結果に基づいてガス再循環ダンパの開
度を制御する比例調節器と、前記偏差を比例積分
演算し、その結果に基づいて過熱器側および再熱
器側ガス分配ダンパの開度を制御する比例積分調
節器とを具備したことを特徴とするボイラの再熱
蒸気温度制御装置。２前者両ガス分配ダンパの開度およびガス再循
環ダンパの開度の少なくとも一方が、ボイラへの
負荷指令に基づいて先行制御されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のボイラの再熱蒸
気温度制御装置。３主蒸気を発生する過熱器と、再熱蒸気を発生
する再熱器と、前記両者間の熱吸収配分を制御す
る過熱器側ガス分配ダンパおよび再熱器側ガス分
配ダンパと、ボイラ本体または火炉へ再循環され
るガス流量を制御するガス再循環ダンパとを有す
るボイラの再熱蒸気温度制御装置であつて、再熱
蒸気温度を検出する手段と、再熱器中間段の蒸気
温度を検出する手段と、再熱蒸気温度の設定値を
決定する手段と、再熱器中間段の蒸気温度の設定
値を決定する手段と、再熱蒸気温度の、その設定
値に対する偏差を得る手段と、前記偏差を比例演
算し、その結果に基づいてガス再循環ダンパの開
度を制御する比例調節器と、再熱蒸気温度のその
設定値に対する前記偏差に基づいて、再熱器中間
段蒸気温度の前記設定値を修正する手段と、修正
された設定値に対する再熱器中間段蒸気温度の偏
差を得る手段と、前記再熱器中間段蒸気温度の偏
差を比例積分演算し、その結果に基づいて過熱器
側および再熱器側ガス分配ダンパの開度を制御す
る比例積分調節器とを具備したことを特徴とする
ボイラの再熱蒸気温度制御装置。４再熱器中間段蒸気温度の設定値の修正が、再
熱蒸気温度の、その設定値に対する偏差の比例積
分演算結果に基づいて行なわれることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載のボイラの再熱蒸気
温度制御装置。