JPH0350403A - 貫流ボイラの起動制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、貫流ボイラの起動制御装置に係り、特に起動
を安定に行うに好適な貫流ボイラの起動制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

周知のとおり貫流ボイラには、定圧形質流ボイラと、変
圧形貫流ボイラとがある。

定圧形質流ボイラは、一定の蒸気圧力で運転するもので
あり、タービン入口の加減弁を絞ることにより出力調整
をおこなっている。したがって、ボイラの蒸気圧力は、
運転の状態によって変化することなく、一定である。こ
の定圧形貫流ボイラは、加減弁が全開近くになる高負荷
での運転を前提としているため、この負荷以外の部分負
荷では加減弁の絞りによる蒸気圧の損失が発生してしま
うという不都合がある。

これに対して変圧形貫流ボイラは、ボイラの蒸気圧力を
変動させてタービン人口圧力を変えることにより出力を
調整するものである。このような変圧形貫流ボイラによ
れば、加減弁による損失が少なく、部分負荷における熱
効率が向上するという利点があることが知られている。

ところで、定圧形貫流ボイラでは、起動時にバーナーを
順次点火操作しても、前述のように蒸気圧力が一定圧力
（全圧；超臨界圧ボイラではボイラ圧が約２５０　（ｋ
ｇ／ｃａＧ　：ｌ　）に保持されており、かつ火炉壁冷
却管内の流体温度は臨界温度以下であることから、ボイ
ラ火炉壁冷却管内の流体の膨出現象は発生しない。

これに対して、変圧形貫流ボイラでは、ボイラ起動初期
のボイラ圧力が５〜８０　（ｋｇ／ｃｄＧ）と低く、か
つ火炉壁冷却管内の流体温度は飽和温度に近いため、バ
ーナーを点火して燃料量を増加すると、火炉壁冷却管内
の流体の膨出現象が発生する。この現象は、変圧形貫流
ボイラに固有の特性である。

ところで、循環系を備えた変圧形貫流ボイラは、火炉壁
冷却管を通して得た流体から気液分離する気液分離器と
、前記気液分離器からの液体を貯留する気液分離器ドレ
ンタンクと、前記気液分離器ドレンタンク内の液体を再
び火炉壁冷却管に供給するボイラ循環ポンプを含む循環
装置と、火炉壁冷却管へ外部から供給する液体の量を所
定量に制御する液体供給制御部と、複数のバーナーから
なる燃焼装置の燃焼を制御する燃焼制御部と、起動時に
気液分離器からの気体を必要に応じて逃がす起動系弁と
を少なくとも備えている。

この変圧形貫流ボイラによれば、火炉壁冷却管を通して
得た流体から気液分離器で気液分離し、前記気液分離器
からの液体を気液分離器ドレンタンクに貯留し、前記気
液分離器ドレンタンク内の液体をボイラ循環ポンプで再
び火炉壁冷却管に供給するようにしている。また、火炉
壁冷却管への必要な液体は、液体供給制御部により外部
から供給している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような変圧形貫流ボイラにおいて、上記火炉壁
冷却管内の流体の膨出現象の発生により気液分離器ドレ
ンタンク内の液体のレベルが急変すると、ドレンタンク
レベル異常となってボイラ循環ポンプがトリ１し、ボイ
ラ起動が不可能となるという問題があった。

従来、上述した点を解消する方法としては、熟練した運
転者が手動で給水量を調整して前記火炉壁冷却管内の流
体の膨出現象の発生しないようにしていたが、このよう
な方法では熟練者を必要とし、かつ確実に調整できない
という欠点がある。

本発明の目的は、ボイラ点火初期に発生する火炉流体膨
出を防止できる貫流ボイラの起動制御装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明は、火炉壁冷却管を通して得
た流体から気液分離器で気液分離し、その液体を気液分
離器ドレンタンクに貯留し、気液分離器ドレンタンク内
の液体を循環装置で再び火炉壁冷却管に供給するととも
に、火炉壁冷却管へ外部から供給する液体の量を液体供
給制御部により所定量に制御し、かつ複数のバーナーか
らなる燃焼装置の燃焼を燃焼制御部で制御し、起動時に
気液分離器からの気体を必要に応じて逃がす起動系弁を
備えた貫流ボイラにおいて、前記火炉壁冷却管への供給
流体温度を検出する第一流体温度検出手段と、前記火炉
壁冷却管から流出する流体温度を検出する第二流体温度
検出手段と、前記各流体温度検出手段からの検出温度に
基づいて燃焼装置点火時に発生する流体膨出現象を予測
演算し、当該予測演算結果と基準値とから前記燃焼装置
の点火時期および起動系弁の開閉時期を決定する演算装
置とを備えてなる。

上記前記演算装置は、前記各流体温度検出手段からの検
出温度に基づいて燃焼装置点火時に発生する流体膨出現
象を予測演算し、予測演算から流体膨出現象が発生しな
いと判定したときに液体供給制御部を制ｆｆｆｌｌする
ようにしてもよい。

〔作用〕

変圧形貫流ボイラにおいて、火炉壁冷却管内流体の膨出
現象を抑えるためには、前記流体温度をボイラ圧力にお
ける飽和温度以下に保ちなから昇温昇圧を行えばよい。

そこで、火炉壁冷却管に流入する流体温度と、火炉壁冷
却管から流出する流体温度とをそれぞれ温度検出手段で
検出し、これらを演算装置に取り込み、これら検出温度
に基づいて燃焼装置点火時に発生する流体膨出現象を予
測演算し、当該予測演算結果と基準値上から前記燃焼装
置の点火時期および起動系弁の開閉時期を決定すること
により、前記流体温度を火炉壁冷却管の圧力における飽
和温度以下に保ちなから昇温昇圧を行う。これにより、
バーナー点火初期に発生する火炉流体膨出を防止するこ
とができる。

また、演算装置は、ボイラ昇圧が完了すると、供給流体
量を現象させる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第７図は本発明の詳細な説明するために示
す図面である。

ここで、第１図は本発明の実施例の全体構成を示す原理
的構成図、第２図は同実施例を示すブロック図である。

図において、変圧形貫流ボイラ・を含む熱サイクルは、
火炉壁冷却管１、気液分離器２、気液分離器ドレンタン
ク３、ボイラＩ環ポンプ４、ボイラ循環流量調節弁５、
ドレンタンクレベル調節弁６、給水ポンプ７、高圧給水
過熱器８、節炭器９、次週熱器１０、二次過熱器１１、
タービン１２．１水器１３、ＳＨバイパス弁１４、ター
ビンバイパス弁１５を備えて構成されている。

変圧形貫流ボイラは、ボイラである火炉壁冷却管１に、
気液分離器２．気液分離器ドレンタンク３、ボイラ循環
ポンプ４・ボイラ循環流量ｔＡ節弁５からなる循環装置
２節炭器９を介して連結して循環系を形成している。そ
して、この循環系は、火炉壁冷却管１を通して得た流体
（蒸気）から気液分離器で気液分離し、その液体（水）
を気液分離器ドレンクンク３に貯留し、気液分離器ドレ
ンタンク３内の液体を循環装置で再び火炉壁冷却管ｌに
供給するようにしているにの循環系が運転中には、火炉
壁冷却管１への液体（水）供給量は、ボイラ設計上の最
低供給液（水）量（ボイラ最大蒸発量の２０％〜３０％
程度）以下にならないように調整される。

気液分離器ドレンタンク３の底部に接続されたドレンタ
ンクレベル調節弁６は、ボイラ循環流量調節弁５と協調
して気液分離器ドレンタンク３内の液体（水）のレベル
を調節するものである。給水ポンプ７を含む液体供給制
御部は、火炉壁冷却管１へ外部から供給する液体の量を
所定量に制御する。高圧給水過熱器８は、前記給水ポン
プ７を含む液体供給制御部により供給される液体（水）
を過熱するものである。

ＳＨバイパス弁１４とタービンバイパス弁１５とは、起
動時には起動系弁として作用して気液分離器２からの気
体を必要に応じて復水器１３に逃がしてボイラ昇温昇圧
を調整するとともに、運転中にはタービン１２の入口萎
気温度調節をする。

また、バーナー１６を含む燃焼装置は、燃焼制御装置１
７により燃焼制御されるようになっている。

燃焼制御装置１７には、バーナー圧力計１８が設けられ
ており、バーナーへの燃料の圧力を検出できるようにな
っている。燃料量検出器１９は、燃料２０の供給量を検
出するものである。

貫流ボイラの起動制御装置は、次のように構成されてい
る。すなわち、火炉壁冷却管１の入口付近に第一流体温
度検出手段３１を取付け、火炉壁冷却管１への供給流体
（水）の温度を検出できるようにしている。火炉壁冷却
管ｌの出口付近に第二流体温度検出手段３３を取付け、
火炉壁冷却管ｌから流出する流体（蒸気）の温度を検出
できるようにしている。前記各流体温度検出手段３１゜
３３からの検出温度は、演算装置３５に供給されるよう
にしである。

演算装置３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉｌｏ、Ａ
ＤＣ等を含むコンピュータ装置で構成すればよい。演算
装置３５は、各流体温度検出手段３１．３３からの検出
温度に基づいて燃焼装置点火時に発生する流体膨出現象
を予測演算し、当該予測演算結果と基準値とから前記燃
焼装置（バーナー１６）の点火時期および起動系弁（Ｓ
Ｈバイパス弁１４、タービンバイパス弁１５）の開閉時
期を決定できるようになっている。

なお、演算装置３５には、燃焼制御装ｙ！１７からバー
ナー１６の本数信号が、バーナー圧力計１８からバーナ
ー圧力信号が、燃料量検出器１９から燃料量信号が、そ
れぞれ供給されるようにしである。演算装置３５は、演
算結果から処理した結果から燃焼制御装置１７と、起動
系弁であるＳＨバイパス弁１４・タービンバイパス弁１
５と、ボイラ循環流量調節弁５・給水ポンプ７を調整で
きるようになっている。

上述のように構成された実施例の作用を説明する。

第３図ないし第５図は本実施例の演算装置３５で実行さ
れる処理を示すフローチャートである。

第６図は同実施例による起動時の動作を説明するために
示す波形図である。第７図は同実施例を適用しないとき
の起動時の動作を説明するために示す波形図である。

まず、循環系の一般的な動作を説明する。

火炉壁冷却管１を通して得た流体（蒸気）は、気液分離
器２で気液分離される。気液分離器２で分離された液体
（水）は、気液分離器ドレンタンク３に貯留される。気
液分離器ドレンタンク３内の液体は、循環装置により節
炭器９を介して再び火炉壁冷却管ｌに供給される。

このとき、気液分離器ドレンタンク３内の液体のレベル
は、ドレンタンクレベル調節弁６とボイラ循環流量調節
弁５とで調節される。給水ポンプ７を含む液体供給制御
部により送出される給水は、高圧給、水過熱器８で過熱
されてから火炉壁冷却管１に供給される。このように循
環系は動作している。

ここで、本発明の実施例を適用しない場合の動作を第７
図を参照して説明する。

第７図において、縦軸では、Ｌは気液分離器ドレンタン
ク３の液体（水）のレベル（ｍ）を、Ｔ。は火炉壁冷却
管１から流出する流体の温度（飽和温度）〔℃〕を、１
゛、は火炉壁冷却管ｌへ流入する流体（液体）の温度〔
°Ｃ〕を、■は起動系弁開度〔％〕を、Ｂはバーナー１
６の本数〔本〕をそれぞれ示し、横軸では時間りを示し
ている。

時刻ｔ０において、バーナー１６を一本点火する。する
と、循環系の作用により、火炉壁冷却管１へ流入する流
体（液体）の温度Ｔ＋（’Ｃ）は上昇してゆき、時刻ｔ
、なると一次ピーク値を示す。

時刻Ｌｌになると、バーナー１６の二本目を点火する。

すると、循環系の作用により火炉壁冷却管１へ流入する
流体（液体）の温度Ｔｔ（’ｃ）は下降するが、再び上
昇に転する。ここで、時刻ｔ３になると、起動系弁を開
いてゆく。時刻ｔ、に達すると、バーナー１６の三本目
が点火すると、火炉壁冷却管１へ流入する流体（液体）
の温度ＴＩ（”Ｃ）は飽和温度領域に突入するため、流
体の比容積が増加し火炉壁冷却管１内の流体は膨出する
ことになり、気液分離器ドレンタンク３のレベルＬが大
きく変動し、時刻ｔ、でボイラ循環ポンプ４がトリップ
することになる。これにより、本発明の実施例を適用し
てない従来の貫流ボイラでは起動ができなくなっていた
。

次に、本発明の実施例の作用を第１図〜第６図を参照し
て説明する。

第６図において、縦軸では、Ｌは気液分離器ドレンタン
ク３の液体（水）のレベル（ｍ）を、Ｔ。は火炉壁冷却
管１から流出する流体の温度（飽和温度）〔℃〕を、Ｔ
ｉは火炉壁冷却管１へ流入する流体（液体）の温度〔°
Ｃ〕を、■は起動系弁開度〔％〕を、Ｂはバーナー１６
の本数〔本〕をそれぞれ示し、横軸では時間ｔを示して
いる。

第３図に示すバーナー１６の点火タイミングについて説
明する。

第３図において、第一流体温度検出手段３１からの入口
流体検出温度Ｔ、と、第二流体温度検出手段３３からの
出口流出検出温度Ｔ。とは、演算装置３５に与えられる
。演算装置３５は、人口流体検出温度Ｔ、と、出口流出
検出温度Ｔ。と、バーナー圧力計１８からのバーナー圧
力とを取り込む（ステップ３００）。演算装置３５は、
前記人口流体検出温度Ｔ、と出口流出検出温度Ｔ０とか
ら現在の温度差を計算する（ステップ３０１）。

演算装置３５は、この計算結果が規定の基準値より小さ
いと判定すると、これ以上温度を上昇させると膨出現象
に繋がるので何も制御せずに最初のステップ３００の処
理に戻すが、計算結果が規定の基準値より大きいと判定
すると予測演算の処理に移す（ステップ３０２）。

演算装置３５は、バーナー１６を一本点火した際に火炉
壁冷却管１内の流体に与えられる熱量から入口流体検出
温度Ｔ、の上昇割合を演算する（ステップ３０３）。演
算装置３５は、この入口流体検出温度Ｔ８の上昇割合が
一定値を越えると膨出現象に繋がるので何も制御せずに
最初のステップ３００の処理に戻すが、そうでないとき
には次のステップに移行する（ステップ３０４）、ここ
で、演算装置３５は、バーナー圧力計１８からの圧力が
規定値以上であれば（ステップ３０５）、バーナー１６
点火指令を出す（ステップ３０６）。

また、演算装置３５は、バーナー圧力計１８からの圧力
が規定値以上でなければ（ステップ３０５）、バーナー
１６の点火ができないので何も制御せずに最初のステッ
プ３００の処理に戻す（ステップ３０５）、前記起動指
令は、演算装置３５では、燃料量検出器１９からの信号
により起動燃料量設定値まで燃料量が達するまでだされ
る。

第４図に示す起動系弁の開タイミングについて説叫する
。

第４図において、ＳＨバイパス弁１４およびタービンバ
イパス弁１５は、ボイラ昇圧および主蒸気温度調整とし
て使用する。火炉壁冷却管１の出口流出検出温度Ｔ。は
、一定時間毎に演算装置３５に取り込まれる（ステップ
４００）、演算装置３５は、前回の出口流出検出温度Ｔ
０と、今回の出口流出検出温度Ｔ０とから出口流出検出
温度Ｔ。の上昇率を計算する（ステップ４０１）。

演算装置３５は、当該上昇率が一定以上でないときに特
に問題がないので、何も制御せずに（起動系弁を閉じた
ままとして）最初のステップ４００に戻る（ステップ４
０２）、なお、演算装置３５は、ステップ４０２でＮＯ
の判定をしたときは、起動系弁を閉じる指令を出してい
るものとする。

また、演算装置３５は、前記上昇率が一定以上なら起動
系弁（ＳＨバイパス弁１４、タービンバイパス弁１５）
を開く指令を出す（ステップ４０３）。起動系弁は、ス
テップ４０３で指令が出ているときのみ開かれる。これ
は、出口流出検出温度Ｔ。の上昇が停滞するとボイラ点
火後の入口流体検出温度ＴＩが飽和状態に近すいて火炉
壁冷却管１の流体の膨出現象発生となるので、上述のよ
うに起動系弁を開閉制御して出口流出検出温度Ｔ０の上
昇を調整している。

第５図に示す給水制御について説明する。

第５図において、給水流量は、気液分離器ドレンタンク
３のレベルＬの変動による火炉壁冷却管１の入口給水量
が下限値以下にならないようにするために約５％増加さ
せて、ボイラ点火を行っている。したがって、演算装置
３５は、ボイラ昇圧完了を検出しくステップ５００）、
完了では約５％増加させて給水量を０％に戻す指令をボ
イラ循環流量調節弁５および給水ポンプ７に出す（ステ
ップ５０１）。

上述したように演算装置３５が演算して指令を出すので
、第６図に示すような特性となる。

時刻ｔ、。では、演算装置３５により第３図の動作によ
り点火指令が出て、バーナー１６が一本点火する。バー
ナー１６を一本点火（時刻り、。）後には、演算装！３
５は、人口流体検出温度Ｔ１と出口流出検出温度Ｔ０と
から第３図の動作をし、二本目を点火可能状態となるま
で、点火をさせない、演算装置３５は、入口流体検出温
度Ｔ、が時刻ｔ１゜以降で下降線をたどり、第３図の動
作によりバーナー１６の起動が可能になると、時刻ｔ　
ｌ’１でバーナー１６の二本目を点火する。

以降、演算装置３５は、第３図の動作を操り返し、バー
ナー１６の点火が可能となるたびにバーナー１６を点火
する（時刻り、□〜時刻Ｌ１□）。

また、演算装置３５は、四本目のバーナー１６を点火後
、入口流体検出温度Ｔ、の温度上界率をみて、第４図の
処理をすることにより必要に応じて起動系弁を開く制御
をする。これにより、流体の膨出現象発生を抑制してい
る。

なお、気液分離器ドレンタンク３のレベルＬの低下を防
止する他の実施例としては、バーナー１６の入熱量を制
御するものが考えられる。この実施例は、ボイラ昇温に
時間がかかり起動時間が長くなる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、入口流体検出温度と出口
流出検出温度とに基づいて入口流体検出温度上昇を予測
することによりバーナー点火時期および起動系弁の開閉
晴朗を制御するようにしたので、バーナー点火初期に発
生する火炉壁冷却管内の流体膨出による気液分離器ドレ
ンタンクのレベル変動を抑えて、安定に起動を行うこと
ができる効果がある。したがって、本発明によれば、起
動時間を計画時間で起動することができる。

また、本発明によれば、起動後の火炉壁冷却管に流入す
る流量を元に戻すので、気液分離器ドレンタンクのレベ
ル変動を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例を示すもので、第
１図は本発明の実施例の全体構成を示す原理的構成図、
第２図は同実施例を示すブロフク図、第３図、第４図、
第５図は本実施例の演算装置で実行される処理を示すフ
ローチャート、第６図は同実施例による起動時の動作を
説明するために示す波形図、第７図は同実施例を適用し
ないときの起動時の動作を説明するために示す波形図で
ある。 １・・・・・・火炉壁冷却管、２・・・・・・気液分謡
器、３・・・・・・気液分離器ドレンタンク、４・・・
・・・ボイラ循環ポンプ、５・・・・・・ボイラ循環流
量調節弁、６・・・・・・ドレンタンクレベル調節弁、
７・・・・・・給水ポンプ、１６・・・・・・バーナー
　１８・・・・・・バーナー圧力計、１９・・・・・・
燃料量検出器、 ・・・・・・第一流体温度検出手段、 ３・・・・・・第二流体温度検出手段、５・・・・・・
演算装 置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）火炉壁冷却管を通して得た流体から気液分離器で
   気液分離し、その液体を気液分離器ドレンタンクに貯留
   し、気液分離器ドレンタンク内の液体を循環装置で再び
   火炉壁冷却管に供給するとともに、火炉壁冷却管へ外部
   から供給する液体の量を液体供給制御部により所定量に
   制御し、かつ複数のバーナーからなる燃焼装置の燃焼を
   燃焼制御部で制御し、起動時に気液分離器からの気体を
   必要に応じて逃がす起動系弁を備えた貫流ボイラにおい
   て、前記火炉壁冷却管への供給流体温度を検出する第一
   流体温度検出手段と、前記火炉壁冷却管から流出する流
   体温度を検出する第二流体温度検出手段と、前記各流体
   温度検出手段からの検出温度に基づいて燃焼装置点火時
   に発生する流体膨出現象を予測演算し、当該予測演算結
   果と基準値とから前記燃焼装置の点火時期および起動系
   弁の開閉時期を決定する演算装置とを備えたことを特徴
   とする貫流ボイラの起動制御装置。
2. （２）前記演算装置は、前記各流体温度検出手段からの
   検出温度に基づいて燃焼装置点火時に発生する流体膨出
   現象を予測演算し、予測演算結果から流体膨出現象が発
   生しないと判定したときに液体供給制御部を制御する構
   成としたことを特徴とする請求項（１）記載の貫流ボイ
   ラの起動制御装置。