JPH0239682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、ボイラから出力される蒸気の温度
を所定温度に制御するボイラ蒸気温度制御装置に
関する。

［発明の技術的背景］ 例えば、火力発電においては、ボイラから出力
される高い温度の蒸気を利用しているが、この場
合この蒸気の温度が一耐に維持されていることが
非常に重要である。火力発電は高い温度の蒸気を
利用するほど効率はよいわけではあるが、あまり
高い温度で作動させると、温度系の制御が困難に
なる上、発電用タービンやボイラなどの保護とい
う点からも好ましくなく、蒸気温度としては少し
低目の温度に一定に維持されるように制御されて
いる。

第１図は、このような従来のボイラ蒸気温度制
御装置の一例を示すものである。同図において、
ボイラのドラム１から流出した飽和蒸気は、第１
の過熱器３で過熱された後、第１の注水減温器５
を通過し、第２の過熱器７で再度過熱されてい
る。第１の注水減温器５は、調節弁２１および給
水管２９を介して図示しない給水ポンプから供給
される水を蒸気に注水し、蒸気の温度を低下させ
るものである。第２の過熱器７で過熱された蒸気
は、第１の温度検出器９で温度が検出された後、
第２の注水減温器１１を通過する。第１の温度検
出器９で検出された温度は、第１の温度調節計１
９に供給されている。第１の温度調節計１９は、
この検出された温度に基づき第２の過熱器７の出
口における蒸気の温度が当該第２の過熱器７の過
熱により所定の設定温度になるように第２の過熱
器７の入口における蒸気の温度を調整すべく第１
の調節弁２１を制御し、この第１の調節弁２１を
介して第１の注水減温器５に供給される水の注水
量を制御する。この結果、第２の過熱器７に供給
される蒸気の温度は注水量に応じて変化し、第２
の過熱器７の出口の温度は前記所定の設定温度に
なるように制御されている。

第２の注水減温器１１を透過した蒸気は、第２
の温度検出器１３で温度を検出された後、第３の
過熱器である最終の過熱器１５で更に過熱され、
第３の温度計１７で温度を検出された後、主蒸気
として出力されている。第２の温度検出器１３で
検出された温度は、第２の温度調節計２３に供給
されている。また、第３の温度計１７で検出され
た温度は、第３の温度調節計２５に供給されてい
る。第３の温度調節計２５は、最終の過熱器１５
から出力される主蒸気の温度を最終設定温度に制
御すべく一定値制御演算を実行し、第３の温度計
１７で検出された温度が前記最終設定温度と異な
る場合には両者の差に基づく温度補正値を算出
し、この温度補正値を前記第２の温度調節計２３
の設定温度値として供給している。第２の温度調
節計２３は、前記第２の温度検出器１３から供給
された温度を前記設定温度値と比較し、両者の差
に基づき第２の注水減温器１１の出口における蒸
気の温度が最終の過熱器１５の過熱により前記設
定温度値になるように最終の過熱器１５の入口に
おける蒸気の温度を調整すべく第２の調節弁２７
の開度を制御する弁開度制御信号を第２の調節弁
２７に供給する。この弁開度制御信号は、第２の
調節弁２７の開度を制御し、第２の調節弁２７を
介して図示しない給水ポンプから第２の注水減温
器１１に供給される水の注水量を制御する。この
結果、第２の注水減温器１１からの注水量に応じ
て温度の変化した蒸気が最終の過熱器１５に供給
され、所定の最終設定温度に調節された主蒸気が
出力されるようになつている。なお、ドラム１に
は、給水ポンプから給水管２９を介して常に水が
供給されている。

［背景技術の問題点］ このような従来のボイラ蒸気温度制御装置は、
第１の温度調節計１９、第１の調節弁２１、第１
の注水減温器５等で構成される第１の過熱温度制
御部と、第２の温度調節計２３、第３の温度調節
計２５、第２の調節弁２７、第２の注水減温器１
１等で構成される第２の過熱温度制御部とを有
し、この２つの過熱温度制御部により主蒸気の温
度を所定の最終設定温度になるように制御してい
る。しかしながら、両過熱温度制御部はそれぞれ
独立に作動し、両者の間に相互作用の関係がない
ため、蒸気の温度を制御するに当り一方の過熱温
度制御部の方が他方の過熱温度制御部よりも余計
に作用し、場合によつては一方の過熱温度制御部
のみが作用し、他方の過熱温度制御部はほとんど
作用していないというアンバランスが生ずること
がある。このことは、一方の過熱温度制御部の注
水流量用の調節弁は、制御可能範囲を逸脱してし
まい、負荷変化時に迅速かつ適切に応答できない
ことになる。一般に、蒸気温度プロセス制御系は
大きな無駄時間と遅れ時定数を有する。従つて、
プロセス状態の変動に迅速かつ適切に対応できな
いと、蒸気温度が大きく変動するとともに、この
変動が長時間収束しないことによりプロセスに対
して致命的な欠陥を惹き起こすことがある。また
一方の過熱温度制御部のみが作用し、他方の過熱
温度制御部がほとんど作用しないような状態が頻
繁に続くと、一方の過熱温度制御部のみが早く損
傷し、故障し易くなるということもある。

［発明の目的］ この発明は、複数段の過熱温度制御部相互間で
総合的に過熱温度制御することにより制御安定性
を乱すことなく注水量を迅速かつ適切に制御し得
る信頼性の高いボイラ蒸気温度制御装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するためにこの発明は、注水減
温器と、この注水減温器の出側に接続された過熱
器と、この過熱器出側の温度を検出する温度検出
器と、この温度検出器の検出温度に基づいて操作
量を演算する温度調節計と、演算された操作量に
基づいて前記注水減温器へ供給される注水量を調
節する調節弁とを備えた過熱温度制御部を複数段
設けてボイラに供給する蒸気温度を制御する装置
において、 一の過熱温度制御部における前記操作量が制御
範囲外であるときには、該操作量に上・下限値を
設定し、この上・下限値に基づいて当該一の過熱
温度制御部の注水量を制御範囲内に戻す注水量調
整信号を生成する注水量制限制御手段と、生成さ
れた注水量調整信号を当該一の過熱温度制御部の
前段の過熱温度制御部に所定の遅れ要素をもつて
出力する遅延手段と、 を有することを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明す
る。

第２図はこの発明の一実施例を示すものであ
る。同図において、第１図の構成要素と同じ構成
要素には同じ符号が付してある。

第２図において、前記第２の温度調節計２３か
ら第２の調節弁２７に供給される前記弁開度制御
信号MV２は、上限比較器３１および下限比較器
３３にも供給されている。上限比較器３１には、
第２の調節弁２７の制御可能な開度の上限値Ｈを
設定している上限値設定器３９が接続されてい
る。上限比較器３１は、この上限値設定器３９か
ら供給される弁開度上限値Ｈと第２の温度調節計
２３から供給される弁開度制御信号MV２とを比
較し、弁開度制御信号MV２が弁開度上限値Ｈよ
り大きい場合には、上限用切替スイツチ３５を作
動させる。また、下限比較器３３には、第２の調
節弁２７の制御可能な開度の下限値Ｌを設定して
いる下限値設定器４１が接続されている。下限比
較器３３は、この下限値設定器４１から供給され
る弁開度下限値Ｌと第２の温度調節計２３から供
給される弁開度制御信号MV２とを比較し、弁開
度制御信号MV２が弁開度下限値Ｌより小さい場
合には、下限用切替スイツチ３７を作動させる。
更に、第２の温度調節計２３からの弁開度制御信
号MV２は、減算器４３の反転入力端子にも供給
されている。減算器４３の非反転入力端子には、
上限用切替スイツチ３５のみが上限比較器３１に
より作動した場合には、上限値設定器３９からの
弁開度上限値Ｈが上限用切替スイツチ３５の作動
接点および下限用切替スイツチ３７の非作動接点
を介して供給され、また下限用切替スイツチ３７
が下限比較器３３により作動した場合には、下限
値設定器４１からの弁開度下限値Ｌが下限用切替
スイツチ３７の作動接点を介して供給されるよう
になつている。減算器４３は、非反転入力端子に
弁開度上限値Ｈが供給された場合にはこの弁開度
上限値Ｈから反転入力端子に供給されている弁開
度制御信号MV２を引いた上限補正値（Ｈ−
MV2）を出力し、非反転入力端子に弁開度下限
値Ｌが供給された場合にはこの弁開度下限値Ｌか
ら弁開度制御信号MV２を引いた下限補正値（Ｌ
−MV2）を出力する。

減算器４３の出力は、乗算回路４５に供給され
て、ゲインＫを乗じられた後、プロセスの伝達関
数Gp（ｓ）に相当する機能を有し制御系の安定性
を確保する遅延手段４７を介して加算器４９の一
方の入力端子に供給されている。加算器４９の他
方の入力端子には、第２の過熱器７の出口の目標
温度である所定の設定温度を供給する第２過熱器
用目標温度設定器５１が接続されている。加算器
４９は、第２過熱器用目標温度設定器５１からの
設定温度に遅延手段４７からの出力信号を加算し
て設定温度を補正し、この補正された設定温度を
リミツタ５３を介して第１の温度調節計１９に供
給している。第１の温度調節計１９は、リミツタ
５３を介して加算器４９から供給された補正設定
温度を第１の温度検出器９で検出した第２の過熱
器７の出口の温度と比較し、両者の差に基づき第
２の過熱器７の出口の温度が補正設定温度になる
ように調節弁２１を介して第１の注水減温器５か
ら供給される注水量を制御する。

次に、この実施例の作用を説明する。

ボイラのドラムから流出した飽和蒸気は、第１
図の場合と同様に、第１の過熱器３、第２の過熱
器７、最終の過熱器１５で過熱されるとともに、
第２の過熱器７の出口の温度が第１の温度検出器
９で検出され、この温度に基づいて第１の温度調
節計１９および調節弁２１を介して第１の注水減
温器５からの注水量が制御されて第２の過熱器７
の出口の温度が所定の設定温度になるように調整
される。更に最終の過熱器１５の手前の温度およ
び最終的に出力される最終の過熱器１５の出口に
おける蒸気の温度がそれぞれ第２の温度検出器１
３および第３の温度計１７により検出され、この
検出された温度に基づいて第２の温度調節計２３
および第３の温度調節計２５で算出された弁開度
制御信号MV２により第２の調節弁２７の開度が
制御され、これにより第２の注水減温器１１から
供給される注水量を制御することにより最終の過
熱器１５から出力される主蒸気の温度を所定の温
度に調節するようにしている。

そして、弁開度制御信号MV２が上限値設定器
３９で設定されている弁開度上限値Ｈより小さ
く、下限値設定器４１で設定されている弁開度下
限値Ｌよりも大きい場合、すなわちＬ≦MV2≦
Ｈの場合には、上限比較器３１および下限比較器
３３において弁開度制御信号MV２をそれぞれ上
限値設定器３９からの弁開度上限値Ｈおよび下限
値設定器４１からの弁開度下限値Ｌと比較しても
各設定器３９，４１から信号は出力されず、上限
用切替スイツチ３５も下限用切替スイツチ３７も
作動せず、減算器４３からの出力信号は零であ
る。このため、第２の過熱温度制御部から第１の
過熱温度制御部に対する補正制御はなく、第１図
の装置の場合と同様に作用する。すなわちこの場
合には、第２の調節弁２７の開度を制御する弁開
度制御信号MV２が正常な制御可能範囲にあるた
め、補正制御が不要となつているものである。

しかしながら、弁開度制御信号MV２が弁開度
上限値Ｈより大きい場合、すなわちMV2≧Ｈの
場合、または弁開度制御信号MV２が弁開度下限
値Ｌより小さい場合、すなわちMV2≦Ｌの場合
には、弁開度制御信号MV２は、上限比較器３１
または下限比較器３３を介して上限用切替スイツ
チ３５または下限用切替スイツチ３７を作動し、
第２の過熱温度制御部から第１の過熱温度制御部
に補正制御が行なわれる。すなわち、まず弁開度
制御信号MV２が弁開度上限値Ｈより大きい
（MV2≧Ｈ）場合には、上限比較器３１において
弁開度制御信号MV２を上限値設定器３９からの
弁開度上限値Ｈと比較すると、弁開度制御信号
MV２の方が大きいため、上限比較器３１は上限
用切替スイツチ３５を作動し、この上限用切替ス
イツチ３５を介して上限値設定器３９からの弁開
度上限値Ｈを減算器４３の非反転入力端子に供給
する。減算器４３は、この弁開度上限値Ｈから反
転入力端子に供給されている弁開度制御信号
MV2を引き、この引いた上限補正値（Ｈ−
MV2）を乗算回路４５および遅延手段４７を介
して加算器４９の一方の入力に供給する。加算器
４９は、この上限補正値（Ｈ−MV2）を第２過
熱器用目標温度設定器５１からの設定温度に加算
して設定温度を補正する。この場合、上限補正値
（Ｈ−MV2）の値は負の値であるからから、設定
温度としては、上限補正値（Ｈ−MV2）の絶対
値に相当する温度分だけ低くなる。そして、この
低い値に補正された設定温度は、リミツタ５３を
介して第１の温度調節計１９に供給される。その
結果、第１の温度調節計１９は、第１の温度検出
器９で検出された第２の過熱器７の出口の温度を
この補正設定温度にするように、調節弁２１を介
して第１の注水減温器５から供給される注水量を
増加する方向に制御する。このようにして、第２
の過熱器７の出口の温度が上限補正値（Ｈ−
MV2）の絶対値に相当する分だけ低い設定温度
に制御されると、第２の過熱温度制御部側におけ
る温度制御はその分高くすることができるため、
弁開度制御信号MV２は小さくなつて、第２の注
水減温器１１からの注水量を減らすことができ、
結果的に弁開度制御信号MV２は弁開度上限値Ｈ
以下の適切な値に調節されるとともに、第１の過
熱温度制御部と第２の過熱温度制御部の間のバラ
ンスを取れるようになる。

また逆に、弁開度制御信号MV２が弁開度下限
値Ｌより小さい（MV2≦Ｌ）場合には、下限比
較器３３において弁開度制御信号MV２を下限値
設定器４１からの弁開度下限値Ｌと比較すると、
弁開度制御信号MV２の方が小さいため、下限比
較器３３は下限用切替スイツチ３７を作動し、こ
の下限用切替スイツチ３７を介して下限値設定器
４１からの弁開度下限値Ｌを減算器４３の非反転
入力端子に供給する。減算器４３は、この弁開度
下限値Ｌから反転入力端子に供給されている弁開
度制御信号MV２を引き、この引いた下限補正値
（Ｌ−MV2）を乗算回路４５および遅延手段４７
を介して加算器４９一方の入力に供給する。加算
器４９は、この下限補正値（Ｌ−MV2）を第２
過熱器用目標温度設定器５１からの設定温度に加
算して設定温度を補正する。この場合、下限補正
値（Ｌ−MV2）の値は正の値であるから、設定
温度としては、下限補正値（Ｌ−MV2）に相当
する温度分だけ高くなる。そして、この高い値に
補正された設定温度は、リミツタ５３を介して第
１の温度調節計１９に供給される。その結果、第
１の温度調節計１９は、第１の温度検出器９で検
出された第２の過熱器７の出口の温度をこの補正
設定温度にするように、調節弁２１を介して第１
の注水減温器５から供給される注水量を少なくす
る方向に制御する。このようにして、第２の過熱
器７の出口の温度が下限補正値（Ｌ−MV2）に
相当する分だけ高い設定温度に制御されると、第
２の過熱温度制御部側における温度制御はその分
低くすることができるため、弁開度制御信号MV
２は大きくなつて、第２の注水減温器１１からの
注水量を増加することができ、結果的に弁開度制
御部信号MV２は弁開度下限値Ｌ以上の適切な値
に調節されるとともに、第１の過熱温度制御部と
第２の過熱温度制御部の間のバランスを取れるよ
うになる。

このようにして、第２の調節弁２７の開度、す
なわち弁開度制御信号MV２が弁開度上限値Ｈよ
り大きい時には、第１の温度調節計１９への設定
温度を低くすることによつて調節弁２１の開度を
大きくし、その結果第２の過熱器７の出口におけ
る蒸気温度を低くして第２の調節弁２７の開度を
小さくするようにしている。また逆に、第２の調
節弁２７の開度、すなわち弁開度制御信号MV２
が弁開度下限値Ｌより小さい時には、第１の温度
調節計１９への設定温度を高くすることによつて
調節弁２１の開度を小さくし、その結果第２の過
熱器７の出口における蒸気の温度を高くして第２
の調節弁２７の開度を大きくするようにしてい
る。そして、第１の調節弁２１と第２の調節弁２
７、すなわち第１の過熱温度制御部と第２の過熱
温度制御部との動作に相互関係を持たせることに
よつて、両者間のバランスを取るとともに、弁開
度制御信号MV２を常に制御可能範囲に置くよう
に制御しているのである。

なお、以上のように、第２の過熱温度制御部の
作動状態により第１の過熱温度制御部の作動状態
を補正制御する動作、すなわち第２の調節弁２７
の弁開度により第１の調節弁２１の弁開度を補正
制御する動作中に制御系の安定性が乱れ、出力さ
れる最終の温度が変動するのを防止し、かつこの
補正制御に対して制御系が十分応答できるように
するために、算出された補正値にプロセスの伝達
関数Gp（ｓ）に相当する機能を遅延手段４７によ
り付加し、これにより補正制御が遅延をもつて
徐々に行なわれるようにしている。この遅延手段
４７のGp（ｓ）は、無駄時間機能と一次位相遅れ
（または二次位相遅れ）機能から構成されている。
無駄時間および遅れ時定数は、プラントが安定状
態にある時、第２の温度調節計２３による第２の
注水減温器１１の出口の温度制御をＭモードにし
て弁開度制御信号MV２を固定し、この状態にお
いて第１の温度調節計１９による第２の過熱器７
の出口の温度制御の設定時間を変化させる。そし
て、この時の最終の過熱器１５の出口における温
度の応答特性を求め、この応答特性に見合う値を
前記無駄時間および遅れ時定数として設定する。

また、第２の過熱器７の出口温度は、過度に高
くなると、過熱器を損傷し、低くなり過ぎると、
経済性を著しく損ねるので、第１の温度調節計１
９に供給される補正後の設定値の上限および下限
をリミツタ５３で制限している。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば一の過
熱温度制御部における調節弁の操作量が制御範囲
外であるときには、これを制御範囲内に戻すべ
く、操作量の上・下限値を設定してこの上・下限
値から注水量調整信号を生成し、この信号を前段
の過熱温度制御部に出力するようにしたので、従
来独立をしていた過熱温度制御部が有機的に結合
し一の過熱温度制御部のみが作用するといつたア
ンバランスな状態を回避できる。

その結果、ボイラ蒸気温度制御装置における負
荷の変動に対して迅速かつ適切に応答でき、主蒸
気を短時間で精度良く制御できるようになり、装
置の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボイラ蒸気温度制御装置の構成
図、第２図はこの発明の一実施例を示すボイラ蒸
気温度制御装置の構成図である。 ３……第１の過熱器、５……第１の注水減温
器、７……第２の過熱器、９……第１の温度検出
器、１１……第２の注水減温器、１３……第２の
温度検出器、１５……最終の過熱器、１７……第
３の温度計、１９……第１の温度調節計、２１…
…第１の調節弁、２３……第２の温度調節計、２
５……第３の温度調節計、２７……第２の調節
弁、３１……上限比較器、３３……下限比較器、
４３……減算器、４７……遅延手段、４９……加
算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 注水減温器と、この注水減温器の出側に接続
   された過熱器と、この過熱器出側の温度を検出す
   る温度検出器と、この温度検出器の検出温度に基
   づいて操作量を演算する温度調節計と、演算され
   た操作量に基づいて前記注水減温器へ供給される
   注水量を調節する調節弁とを備えた過熱温度制御
   部を複数段設けてボイラに供給する蒸気温度を制
   御する装置において、 一の過熱温度制御部における前記操作量が制御
   範囲外であるときには、該操作量に上・下限値を
   設定し、この上・下限値に基づいて当該一の過熱
   温度制御部の注水量を制御範囲内に戻す注水量調
   整信号を生成する注水量制限制御手段と、生成さ
   れた注水量調整信号を当該一の過熱温度制御部の
   前段の過熱温度制御部に所定の遅れ要素をもつて
   出力する遅延手段と、 を有することを特徴とするボイラ蒸気温度制御装
   置。 ２ 前記遅延手段が、むだ時間要素と１次位相遅
   れ要素を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のボイラ蒸気温度制御装置。 ３ 前記遅延手段が、むだ時間要素と２次位相遅
   れ要素を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のボイラ蒸気温度制御装置。