JPH0366561B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気過熱系統に複数段の減温器を備
え、種類の異なる燃料を使用する混焼ボイラや、
ガス再循環式のボイラや、あるいはガス−蒸気コ
ンバインドサイクル発電プラント用の助熱式ボイ
ラのように、種類の異なる伝熱源で蒸気を発生し
過熱するボイラにおける蒸気温度制御装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ボイラで発生する蒸気温度を制御するために
は、蒸気過熱器の前段に減温器を設け、ここでス
プレ水を噴霧して蒸気温度を調節する方式が一般
に用いられている。蒸気過熱プロセスは、通常、
伝熱特性の異なる数種類の過熱器を直列に接続し
て構成されている。このため、ボイラ出口蒸気温
度の制御性能を向上させるために、過熱器群の間
に複数個の減温器を設けた２段以上の多段スプレ
方式が採用されている場合がある。

このようなプロセスにおいては、ボイラ内の蒸
気温度分布が入口から出口に向けてほぼ均等に上
昇するように、また各定常状態においては外乱発
生に備えて操作余裕が確保されているように、各
減温器におけるスプレ量を適切な値にすることが
必要である。

この一方策として、後段の減温器におけるスプ
レ量が給水量あるいは蒸気流量と一定比率となる
ように、前段の減温器におけるスプレイ量を操作
する方式を用いている場合がある。

第１図は、この従来装置の制御対象である多段
スプレイ方式の蒸気過熱プロセスおよびその制御
機構の概念構成図である。

第１図において、１は蒸発器、２は前段過熱
器、３は前段減温器、４は中間過熱器、５は後段
減温器、６は最終過熱器、７は前段スプレ弁、８
は後段スプレ弁、１０は主蒸気温度制御要素、１
０９はその出力、１１は後段減温器出口蒸気温度
制御要素、１０７はその出力、１２は除算要素、
１３はスプレ比率制御要素、１０５はその出力、
１５は前段減温器出口蒸気温度制御要素、１０３
はその出力、１００は給水、１０１は検出される
給水流量、１０２は前段スプレ弁７によつて調整
されるスプレ水、１０４は前段減温器出口蒸気温
度検出値、１０６は後段スプレ弁８により調節さ
れるスプレ弁、ｘは検出されたスプレ水１０６の
流量、ｙは主蒸気流量１１２または給水流量１０
１、ｘ／ｙは除算要素１２の出力、１０８は後段
減温器出口蒸気温度検出値、111は主蒸気温度目
標値、１１０は主蒸気温度検出値、１１３は主蒸
気である。

ボイラへの給水１００は、主に燃料の燃焼によ
る放射伝熱により蒸発器１（ドラム形ボイラの場
合にはドラムを含む）で蒸発して蒸気になる。

この蒸気を前段過熱器２で過熱し、次いで前段
減温器３において前段スプレ弁７で調節したスプ
レ水１０２を噴霧して温度を下げる。

前段減温器３を出た蒸気を中間過熱器４で再び
過熱し、後段減温器５において後段スプレ弁８で
調節したスプレ水１０６を噴霧して再び温度を下
げる。

そして、最終過熱器６で所定の温度まで過熱し
主蒸気としてボイラから送り出す。

この従来装置の制御機構は、一方では、主蒸気
温度目標値１１１と主蒸気温度検出値１１０の偏
差により主蒸気温度制御要素１０の出力１０９を
制御し、さらに出力１０９と後段減温器出口蒸気
温度検出値１０８の偏差により後段減温器出口蒸
気温度制御要素１１の出力１０７を制御し後段ス
プレ弁８の開度を調整する。

他方では、スプレ水１０６のスプレ流量ｘと主
蒸気流量１１２あるいは給水流量101からなるｙ
を除算要素１２へ与えてｘ／ｙをスプレ比率制御
要素１３に出力し、その出力（目標値）１０５と
前段減温器出口蒸気温度検出値１０４の偏差によ
り前段減温器出口蒸気温度制御要素１５の出力１
０３を制御し、この出力１０３により前段スプレ
弁７の開度を調節している。

なお、従来機構として後段の減温器５における
スプレ量を蒸気量と一定の比率を保つ方法とし
て、前段の減温器３におけるスプレ量を操作し
て、後段の減温器５における入口と出口の蒸気温
度差が一定値となるように制御する方式が第２図
に示される。

図において第１図と同一符号は同一もしくは相
当部分を表わす。

１２０は後段減温器入口蒸気温度検出値、１４
は後段減温器入出口蒸気温度制御要素、１１４は
その出力である。

この従来装置は、主蒸気温度制御要素１０の出
力１０９と後段減温器入口蒸気温度検出値１２０
との偏差により後段減温器入出口蒸気温度制御要
素１４の出力１１４を制御し、その出力１１４と
前段減温器出口蒸気温度検出値１０４との偏差を
とり前段減温器出口蒸気温度制御要素１５の出力
１０３を制御して前段スプレ弁７の開度を調整し
ている。

後段スプレ弁８の開度調節は第１図の場合と同
じ。

しかし、混焼ボイラにおいては混焼比率によ
り、ガス再循環式ボイラでは燃料量に対する再循
環ガス量の比率により、またコンバインドサイク
ル発電プラントの助燃式ボイラではボイラでの燃
料量に対するガスタービン排ガス量の比率によ
り、ボイラ各部での熱吸収配分が大幅に変化す
る。

例えば、液体燃料と気体燃料を混焼する場合に
は、液体燃料の比率が大きいほど火炉（蒸発部た
とえば蒸発器１）での熱吸収の割合が大きくな
る。逆に、気体燃料の割合が大きいほど煙道部
（たとえば過熱器２，４，６）での熱吸収割合が
増大する。

このため、混焼ボイラにおいて、後段の減温器
５におけるスプレ量を蒸気量に対して、混焼比率
によらず一定比率となるように、前段の減温器３
におけるスプレ量を操作して制御する方式では以
下の難点があつた。

すなわち、液体燃料の割合が多い場合には、過
熱器２，４，６での伝熱量が減るためスプレ量を
減少させなければならず、前段の減温器３のスプ
レ量の定常値が下限近くになる。

逆に、気体燃料の割合が多くなると、過熱器
２，４，６での伝熱量が増大しスプレ量を増大し
なければならなくなり、前段の減温器３のスプレ
量の定常値が上限近くになる。

この結果、前段の減温器３による蒸気温度調整
能力が低下し、負荷変化などの外乱発生時におけ
る蒸気温度変動の抑制能力に問題があつた。

また、混焼の伝熱源比率が変化した時、その影
響が蒸気温度に現われて始めてフイードバツク的
に制御しているため制御の応答性が悪かつた。

さらに、前段の減温器３におけるスプレ量が大
幅に変動し、制御系の時定数が過大なとき前記変
動が持続する傾向があり、安定性の面からも問題
があつた。なお、ガス再循環式ボイラでは、前記
混焼ボイラにおける液体燃料を燃料とし気体燃料
を再循環ガス量とし、あるいはコンバインドサイ
クル発電プラントにおける助燃式ボイラでは、液
体燃料をボイラにおける燃料とし気体燃料をガス
タービン排ガスとすれば、前記混焼ボイラにおけ
る場合と同じ状況にある（このため、本発明は混
焼ボイラの場合について説明をする）。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、従来装置の不具合な状況に鑑
みてなされたもので、伝熱源比率の異なる種々の
状態においても、各減温器でのスプレ量の定常値
を負荷変化などの外乱に対処できる適正な値と
し、また同時に伝熱源比率変化時にはフイードフ
オワード的制御機能を発揮する、制御性能が優れ
たボイラの蒸気温度制御装置を提供することを、
その目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、複数種類の伝熱源で蒸気を発生し過
熱し、蒸気過熱系統に複数段の減温器を設けて蒸
気温度を制御している２段以上の多段スプレ方式
からなるボイラにおいて、伝熱源（混焼）比率を
関数要素を介してあるいはその出力をさらに動特
性要素を経て、スプレ比率制御要素あるいは後段
減温器入出口蒸気温度制御容要素に与えて、前記
伝熱源比率に応じて給水量あるいは蒸気量と、ス
プレ量との比率を可変にしたボイラの蒸気温度制
御装置である。

〔発明の実施例〕

第３図は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。

すなわち、従来の制御装置における構成要素に
新たに関数要素１６または必要に応じて動特性要
素１７を付加して、本発明の制御装置が構成され
る。

ここで、関数要素１６は伝熱源（混焼）比率信
号１１５を入力して、その混焼定常状態での適正
なスプレ比率（蒸気流量または給水流量とスプレ
流量の比率）の目標値を発生する要素で、１１６
はその出力である。

また、動特性要素１７は、伝熱源比率信号１１
５の変化と伝熱源比率変化によるボイラ各部の蒸
気温度変化に動的なタイミングのずれがある場合
に、その過度変化時の動特性のマツチングをはか
り、同時に良好なフイードフオワード制御特性を
実現するために、関数要素１６の出力信号１１６
を動特性変換してスプレ比率目標値１１７を発信
する要素である。

次に本発明の動作について説明する。

除算要素１２からのスプレ比率実測値ｘ／ｙが
その目標値１１７と一致するように、スプレ比率
制御要素１３は前段減温器出口蒸気温度の目標値
１０５を発信する。

前段減温器出口蒸気温度制御要素１５は、前段
スプレ弁７を操作して、前段減温器出口蒸気温度
検出値１０４がその目標値１０５と一致するよう
に制御する。

すなわち、前段スプレ弁７を操作して結果的に
後段減温器出口蒸気温度１０４を変え、後段減温
器５におけるスプレ流量１０６の、蒸気流量１１
２あるいは給水流量１０１との比率が所定の値と
なるように制御が行なわれる。

ここで、関数要素１６は伝熱源（混焼）比率信
号１１５を入力して、その混焼状態における適切
なスプレ比率の目標値１１６を発信する。つま
り、気体燃料の割合が増減して過熱器２，４，６
部での伝熱量が増減すると、主蒸気温度１１０を
一定に保つためにはスプレ量を増減させなければ
ならない。このため、スプレ比率の目標値１０５
も変化させ、前段減温器３におけるスプレ量の増
減と共に、後段減温器５のスプレ量も増減する。

これにより、従来、伝熱源（混焼）比率が変化
した際にスプレ量の増減が全て前段スプレ弁７に
背負され、伝熱源（混焼）比率が標準値から離れ
た場合に前段スプレ弁７の開度が限界値近くにな
るという、負荷変化時における制御上の問題点が
解消した。

さらに、伝熱源（混焼）比率のと同時に、蒸気
温度の変化を待つことなくフイードフオワード的
にスプレ弁を操作するため、過渡変化時における
応答性が早まり、制御性が向上する。

しかも動特性要素１７は、伝熱源（混焼）比率
が変化した時の信号の伝達の遅速を補償して過渡
時の制御性をさらに改善する必要がある場合に、
制御系に挿入して使用し、関数要素１６の出力信
号１１６の変化特性を変えてスプレ目標値信号と
して発信する。

なお、伝熱源（混焼）比率が変化した時に、そ
の変化信号１１５が本発明装置を介してスプレ弁
７の開度を変化させ、これによる主蒸気温度の応
答１１０とボイラ内部における熱吸収配分変化に
よる主蒸気温度の応答１１０を比較し、前者の応
答が早ければ遅れ特性の要素を、逆に遅ければ進
み特性の要素を、動特性要素１７として用いる。

さらに、熱吸収配分変化による主蒸気温度の応
答１１０が逆応答特性を示すボイラでは、これを
補償する逆応答特性の要素を、動特性要素１７と
して採用する。

これにより、応答のマツチングがとれ、伝熱源
（混焼）比率の定常時の制御性のみならず、伝熱
源（混焼）比率変化時においても優れた制御性を
発揮するボイラの蒸気温度制御装置を得ることが
できる。

第４図は、本発明の他の実施例の構成を表わす
ブロツク図である。

この他の実施例は第２図の従来装置において、
減温器５の入出口温度下が一定であれば、蒸気流
量に対するスプレ流量の比率もほぼ一定になるこ
とを利用している。

すなわち、後段減温器入出口蒸気温度差制御要
素１４は、後段減温器入口蒸気温度検出値１２０
とその出口蒸気温度目標値１０９の間の温度差
を、その温度差目標値１１９と一致するように、
前段減温器出口蒸気目標値１１４を発信し前段減
温器出口蒸気温度制御要素１５を介して前段スプ
レ弁７を制御する。

さらに、関数要素１８は伝熱源（混焼）比率信
号１１５を入力し、その混焼状態で適切なスプレ
比率の場合の温度差値を温度差目標値１１８とし
て発信する。

なお、伝熱源（混焼）比率変化時の過渡制御応
答をさらに改善したい場合には、第３図の実施例
と同様に、動特性要素１９の系に挿入して関数要
素１８の出力信号１１８の変化特性を変えて温度
差の目標値119として発信する。

〔発明の効果〕

かくしと本発明によれば、多段スプレ方式で蒸
気温度を制御しているボイラにおいて、伝熱源比
率を変化させる運用がなされても、いずれの状態
においても、負荷変化時に蒸気温度を良好に制御
できる。また、伝熱源比率変化の過渡時において
も制御性が向上し、蒸気温度変動幅が減少する効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来装置のブロツク図、
第３図および第４図は本発明の一実施例および他
の実施例の構成を示すブロツク図である。 １……蒸発器、２……前段過熱器、３……前段
減温器、４……中間過熱器、５……後段減温器、
６……最終過熱器、７……前段スプレ弁、８……
後段スプレ弁、１０…主蒸気温度制御要素、１１
……後段減温器出口蒸気温度制御要素、１２……
除算要素、１３……スプレ比率制御要素、１４…
…後段減温器入出口蒸気温度差制御要素、１５…
…前段減温器出口蒸気温度制御要素、１６，１８
……関数要素、１７，１９……動特性要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数種類の伝熱源で蒸気を発生し過熱し、蒸
   気過熱系統に複数段の減温器を設けて蒸気温度を
   制御している２段以上の多段スプレイ方式からな
   るボイラにおいて、伝熱源（混焼）比率を入力し
   て混焼状態における適切なスプレ比率の目標値を
   得る関数要素と、この関数要素の出力を入力して
   これを動特性交換してスプレ比率目標値を発信す
   る動特性要素とを設け、この動特性要素の出力と
   蒸気流量又は給水流量とスプレ流量との比率とを
   合成してスプレ比率制御要素に与えることによ
   り、前記伝熱源比率に応じて給水量あるいは蒸気
   量と、スプレ量との比率を可変にしたことを特徴
   とするボイラの蒸気温度制御装置。 ２ 複数種類の伝熱源で蒸気を発生し過熱し、蒸
   気過熱系統に複数段の減温器を設けて蒸気温度を
   制御している２段以上の多段スプレイ方式からな
   るボイラにおいて、伝熱源（混焼）比率を入力し
   て混焼状態における適切なスプレ比率の目標値を
   得る関数要素と、この関数要素の出力を入力して
   これを動特性交換して後段減温器の入出口蒸気温
   度目標値を発信する動特性要素とを設け、この動
   特性要素の出力と蒸気流量又は給水流量とスプレ
   流量との比率とを合成して後段減温器入出口蒸気
   温度差制御要素に与えることにより、前記伝熱源
   比率に応じて給水量あるいは蒸気量と、スプレ量
   との比率を可変にしたことを特徴とするボイラの
   蒸気温度制御装置。