JPH03291401A - 給水加熱器の水位制御装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は給水加熱器の水位制御装置に係り、特にドレン
水位の高低によってドレン水面積が変化する構造を有す
る給水加熱器において大きなドレン水位の変動を生じた
場合においても短時間内にドレン水位を整定することが
でき、安定した水位制御が可能な給水加熱器の水位制御
装置に関する。

（従来の技術） 火力または原子力発電プラントの給水系は、蒸気タービ
ンで仕事を終えた蒸気を復水器に導いて復水化させ、得
られた復水を、複数段の給水加熱器に通して加熱昇温さ
せた後に、ボイラまたは原子炉内へ環流させるように構
成される。

上記、給水加熱器の熱源としては、高圧タービンあるい
は、低圧タービンから抽気した蒸気か利用される。この
蒸気は、給水加熱器内で復水との熱交換によって冷却さ
れ、ドレン水となって、旦、給水加熱器内に貯溜された
後、次段の給水加熱器および復水器へ送り込まれる。

給水加熱器は、高圧給水を通水するため、一般に管式熱
交換器構造で形成され、その加熱管内に給水を流通させ
る一方、加熱管外の胴側に抽気蒸気およびその凝縮した
ドレンを流通させ、加熱管の内外表面で熱交換を行なう
機能を有しており、ドレン冷却部には凝縮したドレン水
が貯留される。

給水加熱器の効率は、加熱器内部に貯留されたドレン水
の水位によって、大幅に変動するため、給水加熱器には
、ドレン水位を所定レベルに制御するドレン水位制御装
置が設備されているのが通例である。

第４図は、従来の一般的な給水加熱器の水位制御装置の
構成例を示す系統図であり、第１給水加熱器１ａから第
６給水加熱器１ｆまでの６基の給水加熱器１を直列に接
続した構成例で示したものである。

隣接する給水加熱器１ａ、ｌｂ・・・を接続する各連絡
管２ａ〜２ｆには水位調節弁３ａ〜３ｆがそれぞれ配設
される一方、各水位調節弁３ａ〜３ｆの上流側から分岐
して復水器４に接続される各バイパス管５ａ〜５ｂには
バイパス調節弁６ａ〜６ｆがそれぞれ配設される。

一方各給水加熱器１にはそれぞれドレン水の通常の変動
範囲の水位、すなわち中水位を検出する中水位検出器７
ａ〜７ｆおよびドレン水の高水位を検出する高水位検出
器８ａ〜８ｆが装備される。

また各中水位検出器７ａ〜７ｆからの水位信号と、予め
設定された正常水位（Ｎ、　Ｗ、　　Ｌ）との偏差をＰ
、　　１．　Ｄ演算し、偏差を解消するための水位調節
弁３ａ〜３ｆの弁開度信号を出力する水位調節計９ａ〜
９ｆおよび各高水位検出器８ａ〜８ｆからの水位信号と
、予め設定された高水位（Ｎ。

Ｗ、　　Ｌ、十α）との偏差をＰ、　　１．　Ｄ、演算
し、その偏差を解消するためのバイパス調節弁６ａ〜６
ｆの弁開度信号を出力する水位調節計１０ａ−１Ｏｆが
それぞれ設けられる。

蒸気タービン等からの抽気１１は多段に配設された給水
加熱器１ａ〜１ｆ内で給水と熱交換し、自らは冷却され
てドレン水となりカスケード状に流れる。各中水位検出
器７ａ〜７ｆの水位信号は水位調節計９ａ〜９ｆに伝送
され、各水位調節計９ａ〜９ｆは予め設定された正常水
位（Ｎ、Ｗ。

Ｌ、　）との偏差をＰＩＤ演算して弁開度信号を出力し
、連絡管２ａ〜２ｆに介装された水位調節弁３ａ〜３ｆ
の弁開度を制御する。

またプラントの負荷変動時等において給水加熱器１ａ〜
１ｆ内のドレン水位が異常に高（なった場合には、高水
位検出器８ａ〜８ｆの水位信号か水位調節計１０ａ〜１
０ｆに伝送され、各水位調節計１０ａ〜１０ｆは、予め
設定された高水位（Ｎ、　Ｗ、　　Ｌ、＋α）との偏差
をＰ、　　１．　Ｄ演算して弁開度信号をａカし、バイ
パス管５ａ〜５ｆに介装された水位調節弁６ａ〜６ｆを
開動作せしめ、一部のドレン水を復水器４に送給する。

上記水位調節弁３ａ〜３ｆおよびバイパス調節弁６ａ〜
６ｆはそれぞれ独立して水位制御を実行できるように設
計されている。しかし、一般に、プラントの通常運転時
には水位調節弁３ａ〜３ｆのみの開閉動作によってドレ
ン水位が、Ｎ、　Ｗ。

Ｌに制御される一方、プラントの負荷変化が著しい場合
等においては水位調節弁３ａ〜３ｆのみではドレン水の
排出か不可能とするため、ドレン水位が高水位（Ｎ、Ｗ
、　　Ｌ、　＋α）以上に達すると、バイパス調節弁６
ａ〜６ｆが開動作し、ドレン水の一部を復水器４内に回
収するような制御動作が実行される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記のような従来の給水加熱器の水位制御
装置においては、水位調節計における制御演算定数かド
レン水位の高低に関係なく一定値に設定されているため
、ドレン水位によってドレン水面積が変化する給水加熱
器に前記の制御装置を適用した場合には水位制御が困難
になる場合かある。

すなわち給水加熱器の内部構造によって決定されるドレ
ン水貯留部の高さ方向の各断面積が大きく変化するよう
な給水加熱器を使用した場合には、ドレン水位の高低に
よってドレン水面積が変化することになる。そしてドレ
ン水位の設定値と実際のドレン水位との偏差の大小が、
必ずしも排出すべきドレン水量に比例しないことになる
。従ってドレン水位から算出された偏差に、固定された
制御演算定数である比例ゲインを一律に乗じて弁開度信
号を出力する従来の制御装置では、安定したドレン水位
制御が困難となる。特にプラントの負荷変動が大きい場
合にはこの傾向が助長されドレン水位の変動幅も大きく
なる。

この場合、水位調節計の比例ゲインを小さくしたり水位
の偏差の積分時間を短かくすることによって、ある程度
はドレン水位の変動幅を小さくすることは可能である。

しかしこのような対応が効を奏するのは、各ドレン水位
におけるドレン水面積が全て等しい給水加熱器を用いる
場合に限定される。

すなわち、ドレン水位によってドレン水面積が急激に変
化する給水加熱器を使用する場合は、上記のような比例
ゲインや積分時間の調整のみではドレン水位を安定化さ
せることは困難であり、ドレン水位の異常上昇もしくは
異常降下を招き易く、かつ目標水位までにドレン水位を
整定させるまでに長時間を要する問題点がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、ドレン水位の高低によってドレン水面積が変化する
構造を有する給水加熱器において大きなドレン水位の変
動を生じた場合においても短時間内にドレン水位を整定
することができ安定した水位制御が可能な給水加熱器の
水位制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的番達成するため本発明は、ドレン水位によって
ドレン水面積が異なる給水加熱器のドレン水位と設定水
位との偏差を解消するように水位調節弁を開閉しドレン
水位を設定水位に制御する給水加熱器の水位制御装置に
おいて、給水加熱器のドレン水位を検出する水位検出器
と、水位検出器からの水位信号に対応するドレン水面積
を関数として出力する水面積関数発生器と、水面積関数
発生器からの水面積関数に対応する制御演算ゲインを関
数として設定するゲイン設定関数発生器と、水位信号と
設定水位との偏差に上記制御演算ゲインを乗じた弁開度
信号を出力し、水位調節弁を開閉する水位調節計とを備
えることを特徴とする。

（作用） 上記構成に係る給水加熱器の水位制御装置によれば、水
位信号に対応するドレン水面積が水面積関数発生器から
関数として出力され、水面積関数に対応する制御演算ゲ
インがゲイン設定関数発生器から水位調節計に出力され
る。水位調節計は、水位信号と設定水位との偏差に上記
制御演算ゲインを乗じて弁開度信号を出力し、水位調節
弁の開閉動作によってドレン水位が設定水位に迅速に制
御される。

本発明によれば、ドレン水位によってドレン水面積が大
きく変動する給水加熱器を使用した場合においても、ド
レン水面積に応じた制御演算ゲインが水位調節計に入力
されるため、各ドレン水位においてその偏差を解消する
ための最適な、制御演算定数が得られ、ドレン水位の変
動を迅速に整定することが可能となり、給水加熱器の熱
交換効率を常に良好に保持することができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明の一実施例を示す系統図である。

なお第４図に示す従来例と同一要素には同一符号を付し
てその重複する説明は省略する。

すなわち本実施例に係る給水加熱器の水位制御装置は、
ドレン水位りによってドレン水面積Ｓか異なる各給水加
熱器１ａ〜１ｆのドレン水位りと設定水位Ｌ　との偏差
を解消するように水位調節弁３ａ〜３ｆを開閉しドレン
水位りを設定水位Ｌ　に制御する給水加熱器１ａ〜１ｆ
の水位制御＄ 装置において、各給水加熱器１ａ〜１ｆのドレン水位り
を検出する水位検出器７ａ〜７ｆと、水位検出器７ａ〜
７ｆからの水位信号に対応するドレン水面積Ａを関数と
して出力する水面積関数発生器１２ａ〜１２ｆと、水面
積関数発生器１２ａ〜１２ｆからの水面積関数に対応す
る制御演算ゲインＧを関数として設定するゲイン設定関
数発生器１３ａ〜１３ｆと、水位信号と設定水位Ｌ　と
の偏差に上記制御演算ゲインＧを乗じた弁開度信号を出
力し、水位調節弁３ａ〜３ｆを開閉する水位調節計１４
ａ〜１４ｆとを備えて構成される。

また隣接する各給水加熱器とを連結する連絡管２ａ〜２
ｆには水位調節弁３ａ〜３ｆがそれぞれ配設される一方
、各水位調節弁３ａ〜３ｆの上流側から分岐して復水器
４に接続される各バイパス管５ａ〜５ｂにはそれぞれバ
イパス調節弁６ａ〜６ｆが配設される。また各給水加熱
器１ａ〜１ｆには、ドレン水の高水位を検出する高水位
検出器８ａ〜８ｆが装備されている。

各給水加熱器１ａ〜１ｆにおいて発生したドレン水は一
旦当該給水加熱器に貯留された後に、ドレン水位の高低
によって次段の給水加熱器または復水器４方向に排出さ
れる。

ドレン水の排出動作は各給水加熱器１ａ〜１ｆにおいて
同様であるため、以下は第１基目の給水加熱器１ａ廻り
に配置した水位制御装置を例にとり、その作用をより具
体的に説明する。

給水加熱器１ａにおけるドレン水位りは、水位検出器７
ａによって検出され、検出された水位信号は水面積関数
発生器１２ａおよび水位調節計１４ａに入力される。水
面積関数発生器１２ａは、ドレン水位りに対応するドレ
ン水面積Ａを、第２図に示すように関数として出力する
。すなわち、給水加熱器１ａのドレン水面積Ａは給水加
熱器１ａの形状構造により決定される。本実施例ではド
レン水位りがＬ　からＬ２の範囲においてはドレン水面
積ＡがＡ　であり、ドレン水位りがＬ３からＬ　の範囲
においてはドレン水面積ＡがＡ２となる給水加熱器１ａ
を採用した例を示しており、これらのドレン水面積曲線
は予め水面積関数発生器１２ａ内に記憶されている。

水面積関数発生器１２ａから出力された水面積関数はゲ
イン設定関数発生器１３ａに入力され、ゲイン設定関数
発生器１３ａは、第３図に示すように各ドレン水面積関
数に対応する制御ゲインＧを演算し、水位調節計１４ａ
に出力する。ゲイン設定関数発生器１３ａの入力・出力
信号の特性は第３図に示すように、各ドレン水面積Ａに
対応している。すなわち従来のように単にドレン水位の
偏差に比例して一律に弁開度を設定するものではなく、
本実施例においては、排出すべきドレン水の総量に比例
した弁開度を設定することになる。

そして水位調節計１４ａは、上記ドレン水位信号と設定
水位Ｌ　　（＝Ｎ、　Ｗ、　　Ｌ、　）との偏差に上記
制御演算ゲインＧを乗じた弁開度信号を水位調節弁３ａ
に出力する。つまり水位調節計１４ａは、ドレン水面積
Ａの変化に対応した制御演算を実行するように構成され
た結果、排出すべきドレン水量を基準にした制御系のゲ
インを一定に保つことができ、水位の安定化を図ること
ができる。

このように本実施例に係る水位制御装置によれば、ドレ
ン水位によってドレン水面積が変化するような給水加熱
器を使用した場合においても、プランドの負荷変化等に
よるドレン水位の異常上昇および異常下降を効果的に抑
制することができ、変動するドレン水位を早期に整定す
ることが可能となり、安定したドレン水位制御が可能と
なる。

なお他の実施例として、プラントの負荷信号の変化率が
一定値以上になった場合にのみ、本実施例に示すように
各ドレン水面積に対応する制御演算ゲインを設定する一
方、変化率が小さい場合には第４図に示すような従来の
制御方式によって制御するように構成することもできる
。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る給水加熱器の水位制御装置
によれば、ドレン水位によってドレン水面積が大きく変
動する給水加熱器を使用した場合においても、ドレン水
面積に応じた制御演算ゲインが水位調節計に入力される
ため、各ドレン水位においてその偏差を解消するための
最適な制御演算定数が得られ、ドレン水位の変動を迅速
に整定することが可能となり、給水加熱器の熱交換効率
を常に良好に保持することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る給水加熱器の水位制御装置の一実
施例を示す系統図、第２図はドレン水位とドレン水面積
との関係を示すグラフ、第３図はドレン水面積と制御演
算ゲインとの関係を示すグラフ、第４図は従来の給水加
熱器の水位制御装置の構成例を示す系統図である。 １、ｌａ、　〜１ｆ−・・給水加熱器、２．　２ａ、　
〜２ｆ・・・連結管、３．３ａ、〜３ｆ・・・水位調節
弁、４・・・復水器、５．５ａ、〜５ｆ・・・バイパス
管、６゜６ａ、〜６ｆ・・・バイパス調節弁、７，７ａ
〜７ｆ・・・中水位検出器、８，８ａ〜８ｆ・・・高水
位検出器、９．９ａ〜９ｆ・・・水位調節計、１０．　
１０ａ　〜１Ｏｆ・・・水位調節計、１１・・・抽気、
１２．１２ａ〜１２ｆ・・・水面積関数発生器、１３．
１３ａ〜１３ｆ・・・ゲイン設定関数発生器、１４．１
４ａ〜１４ｆ・・・水位調節計、Ｌ・・・ドレン水位、
Ｓ・・・ドレン水面積、Ｌ　・・・設定水位。 月ルフ木佐り 第２図 トルソ７に面ｆｉｊＡ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ドレン水位によってドレン水面積が異なる給水加熱器の
   ドレン水位と設定水位との偏差を解消するように水位調
   節弁を開閉しドレン水位を設定水位に制御する給水加熱
   器の水位制御装置において、給水加熱器のドレン水位を
   検出する水位検出器と、水位検出器からの水位信号に対
   応するドレン水面積を関数として出力する水面積関数発
   生器と、水面積関数発生器からの水面積関数に対応する
   制御演算ゲインを関数として設定するゲイン設定関数発
   生器と、水位信号と設定水位との偏差に上記制御演算ゲ
   インを乗じた弁開度信号を出力し、水位調節弁を開閉す
   る水位調節計とを備えることを特徴とする給水加熱器の
   水位制御装置。