JPH0368284B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気径路に沿つて複数の過熱器が直列
接続され、これらの過熱器の前段に、それぞれス
プレー水を噴霧して蒸気温度を下げる減温器が設
けられた蒸気加熱系の蒸気温度制御装置に関す
る。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

ボイラの蒸気温度は、過熱器と、この過熱器の
前段に設けられる減温器とによつて制御され、特
に減温器としてはスプレー水を噴霧するものが多
い。通常の過熱プロセスでは種類の異る複数の過
熱器を直列接続し、各過熱器の前段、または、過
熱器間の複数箇所にそれぞれ減温器を設けた、い
わゆる多段スプレー方式が採用されている。

かかる過熱プロセスにあつては、ボイラ内の蒸
気温度分布が入口から出口に向かつて略均一に上
昇するように、また、定常状態の外乱発生に備え
て操作余裕が確保されるように、各減温器のスプ
レー水量を適切に保持することが必要である。

これらの要件を満たすために、例えば、過熱器
から見た後段の減温器のスプレー水量と、給水量
若しくは蒸気量との比率を略一定に維持した状態
で過熱器から見た前段の減温器のスプレー水量を
調節する方法がある。この方法を採つた場合には
後段の減温器の入側の蒸気温度と出側の蒸気温度
との差が略一定になるような制御が行なわれるこ
とが多い。

第１図はかかる制御方式を採るときの蒸気径路
と蒸気温度との関係を示す線図で、蒸気径路に沿
つて過熱器Ｗ、Ｘ、Ｙが設けられるとともに、こ
れらの過熱器間に減温器Ａ、Ｂがそれぞれ設けら
れたとき、過熱器Ｗによつて温度T₀まで昇温さ
れた蒸気は減温器Ａによつて温度T₁まで降温さ
れ、次いで、過熱器Ｘによつて温度T₁₀まで昇温
された蒸気は減温器Ｂにより温度T₁₁まで降温さ
れ、さらに、過熱器Ｙによつてこの蒸気径路の最
終目標温度T_Eまで昇温される。

ここで過熱器Ｘの後段の減温器Ｂは、入側の蒸
気温度T₁₀と出側の蒸気温度T₁₁との差（T₁₀−
T₁₁）を、蒸気量の変動に拘わらず一定に制御し
ている。

しかして、蒸気量が著しく増大した場合には減
温器Ｂのスプレー水量もこれに応じて増大する
が、このとき過熱器Ｗの加熱状態の変化等により
同図ａに示すように減温器Ａの入口蒸気温度が
T₂まで低下したり、あるいは、過熱器Ｘの昇温
率が低下して同図ｂに示すように減温器出口の蒸
気温度をT₂に制御しなければならないとき、さ
らに、過熱器Ｙにおける蒸気の昇温率が低下し
て、同図ｃに示すように減温器Ａの出口蒸気温度
をT₂に制御しなければならないとき、この減温
器Ａの入側蒸気温度と出側温度との差は極めて小
さくなり、これに応じてスプレー水量も著しく減
少する。

すなわち、減温器Ｂのスプレー水量は増大する
が減温器Ａとスプレー水量は減少することにな
る。

一方、この例とは逆に、蒸気量が著しく減少
し、減温器Ａの入側蒸気温度が同図ａに示すよう
にT₃まで上昇したり、過熱器Ｘの昇温率が上昇
して同図ｂに示すように減温器出側の温度をT₃
に制御しなければならないとき、あるいは、過熱
器Ｙの昇温率の増大に応じて同図ｃに示す如く減
温器Ａの出口蒸気温度をT₃にしなければならな
いときには、減温器Ａの入側蒸気温度と出側蒸気
温度との差が極めて大きくなり、これに応じてス
プレー水量も増大する。

すなわち、減温器Ｂのスプレー水量は減少する
が、減温器Ａのスプレー水量は増大する。

このことから明らかなように、減温器Ａと減温
器Ｂのスプレー水量は互いに増減方向が逆にな
り、その偏差が著しく大きくなる。

特に、複数種類の燃料を混焼させるボイラにあ
つては、その混焼状態の変化によつて、蒸発部お
よび各種の過熱器の吸熱配分が変化し、上述した
アンバランス傾向がさらに拡大し、これがために
スプレー水量が調節範囲の上限または下限に固定
されて操作余裕がなくなることがあつた。

従来の蒸気温度制御装置は、斯かる対策が講じ
られておらず、結果として目標蒸気温度T_Eを得
る制御ができなくなると言う欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を除去するためになされた
もので、減温器入側の蒸気温度、過熱器の昇温率
等が変化した場合でも、減温器のスプレー水量間
の大幅なアンバランス傾向を抑えるとともに十分
な操作余裕を維持し得る蒸気温度制御装置の提供
を目的とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために本発明は、蒸気経路
に沿つて第１の過熱器の後に第２の過熱器が設置
され、これらの過熱器の前段にそれぞれスプレー
水を噴霧して蒸気温度を下げる減温器が設けられ
た蒸気過熱系において、減温器にスプレー水量を
それぞれ調整する流量調整弁と、第１および第２
の過熱器にそれぞれ対応して設けられ、出側の蒸
気温度目標値、蒸気温度検出値および入側の蒸気
温度検出値に基いて、前段に設けられた減温器の
流量調整弁を制御する制御回路と、第２の過熱器
の前段に設けられた減温器のスプレー水量を検出
する水量検出手段と、この水量検出手段の出力信
号を入力し、スプレー水量に対応する信号の変動
範囲に設定した閾値より大きい領域で温度減少に
対応する極性の温度補正信号を発生し、小さい領
域で温度増大に対応する極性の温度補正信号を発
生する関数発生器とを備え、この関数発生器の温
度補正信号により第１の過熱器出側の蒸気温度目
標値を補正するように構成している。

また、もう一つの発明は、蒸気経路に沿つて第
１の過熱器の後に第２の過熱器が設置され、これ
らの過熱器の前段にそれぞれスプレー水を噴霧し
て蒸気温度を下げる減温器が設けられた蒸気過熱
系において、減温器のスプレー水量をそれぞれ調
整する流量調整弁と、第１および第２の過熱器に
それぞれ対応して設けられ、出側の蒸気温度目標
値、蒸気温度検出値および入側の蒸気温度検出値
に基いて、前段に設けられた減温器の流量調整弁
を制御する制御回路と、第２の過熱器の前段に設
けられた減温器のスプレー水量を検出する第１の
水量検出手段と、この第１の水量検出手段の出力
信号を入力し、スプレー水量に対応する信号の変
動範囲の上限側に設定した閾値より大きい領域で
温度減少に対応する極性の温度補正信号を発生
し、信号の変動範囲の下限側に設定した閾値より
小さい領域で温度増大に対応する極性の温度補正
信号を発生する第１の関数発生器と、第１の過熱
器の前段に設けられた減温器のスプレー水量を検
出する第２の水量検出手段と、この第２の水量検
出手段の出力信号を入力し、スプレー水量に対応
する信号の変動範囲の上限側に設定した閾値より
大きい領域で温度上昇に対応する極性の温度補正
信号を発生し、信号の変動範囲の下限側に設定し
た閾値より小さい領域で温度減少に対応する極性
の温度補正信号を発生する第２の関数発生器とを
備え、第１および第２の関数発生器の温度補正信
号により第１の過熱器出側の蒸気温度目標値を補
正するように構成している。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第２図は本発明に係る蒸気温度制御装置の構成
を、蒸気加熱系と併せて示したブロツク図であ
る。

ここで蒸気加熱系は、蒸気径路に沿つて過熱器
１および過熱器２が直列接続され、これらの過熱
器の前段にそれぞれスプレー水を噴務して蒸気温
度を下げる減温器３および４が設けられている。

この蒸気加熱系の蒸気温度を制御するため、減
温器３のスプレー水供給路に流量調整弁５および
流量検出器２１が設けられ、同様に、減温器４の
スプレー水供給路に流量調整弁６および流量検出
器２４が設けられている。

また、過熱器１の入側および出側にはそれぞれ
蒸気温度を検出する温度検出器７および８が、過
熱器２の入側および出側にはそれぞれ蒸気温度を
検出する温度検出器９および１０が設けられてい
る。

一方、過熱器１の出側の蒸気温度を目標値に一
致させるべく、流量調整弁５を制御するために、
出側の蒸気温度目標値および温度検出器８の出力
である蒸気温度検出値の偏差を求める減算要素１
１と、この減算要素１１の出力信号を入力して過
熱器１の昇温特性に見合う入側の蒸気温度目標値
を算出する制御回路１２と、この制御回路１２の
蒸気温度目標値および温度検出器７の出力である
入側の蒸気温度検出値の偏差を求める減算要素１
３と、この減算要素１３の出力信号を入力して流
量調整弁５の制御信号を出力する制御回路１４と
が設けられている。

これと同様に、過熱器２の出側の蒸気温度を目
標値に一致させるべく、流量調整弁６を制御する
ために、出側の蒸気温度目標値および温度検出器
１０の出力である蒸気温度検出値の偏差を求める
減算要素１５と、この減算要素１５の出力信号を
入力して過熱器２の昇温特性に見合う入側の蒸気
温度目標値を算出する制御回路１６と、この制御
回路１６の蒸気温度目標値および温度検出器９の
出力である入側の蒸気温度検出値の偏差を求める
減算要素１７と、この減算要素１７の出力信号を
入力して流量調整弁６の制御信号を出力する制御
回路１８とが設けられている。

次に、減温器４のスプレー水量を検出する流量
検出器２４には、低域フイルタ２５を介して関数
発生器２６が接続されている。この関数発生器２
６は第３図ａに示すように、スプレー水量に対応
する信号（以下、単にスプレ水量と言う）ｘの変
動範囲に閾値x₁、x₂を設定し、その中間部分、す
なわち、水量x₁〜x₂〔％〕の範囲で出力ｙは零に
なり、スプレー水量ｘの変動範囲の下限の近傍、
すなわち、水量０〜x₁〔％〕の範囲で出力ｙはそ
の下限に近づくに従つて正（温度増大）方向に大
きくなるとともにその下限でy₁となり、さらに、
スプレー水量ｘの変動範囲の上限の近傍、すなわ
ち、水量x₂〜100〔％〕の範囲で出力ｙはその上限
に近づくに従つて負（温度減少）方向に大きくな
るとともにその下限で−y₂になる入出力特性を有
するものである。

また、減温器３のスプレー水量を検出する検出
器２１には、低域フイルタ２２を介して関数発生
器２３が接続されている。この関数発生器２３
は、前述した関数発生器２６と比較すると、スプ
レー水量変動範囲に対応する出力の増減傾向が逆
になるような入出力特性を有している。

次に、関数発生器２３および２６の出力側に
は、両出力信号を加算する加算要素２７が設けら
れており、さらに、この加算要素２７の出力信号
および過熱器１の出側の蒸気温度目標値を加算し
て、実質的に補正された蒸気温度目標値を得る温
度目標値補正回路としての加算要素２８が設けら
れている。

上記の如く構成された本発明の蒸気温度制御装
置の作用を以下に説明する。

先ず、第２図に示した蒸気加熱系の出側の蒸気
温度目標を設定すると、過熱器２の出側に設けら
れた温度検出器１０の出力とその蒸気温度目標値
（以下単に目標値と言う）とが減算要素１５によ
つて比較され、その偏差分が制御回路１６に加え
られる。この制御回路１６はその偏差分が零にな
るように過熱器２の入側すなわち減温器４の出側
の目標値を算出して減算要素１７に加える。ここ
で減算要素１７はこの目標値と、減温器４の出側
に設けられた温度検出器９の出力とを比較し、そ
の偏差分を制御回路１８に加える。制御回路１８
はこの偏差分が零になるように流量調整弁６を制
御して減温器４のスプレー水量を調節する。

しかして、過熱器２の出側蒸気温度が目標値に
一致するような制御が行なわれる。

次に、減温器４のスプレー水供給系統に設けら
れた流量検出器２４は、スプレー水の流量信号
を、低域フイルタ２５を介して関数発生器２６に
加える。この場合、スプレー水量は常時、激しく
変動しており、当然のことながら流量検出器２４
の出力信号にはレベルの大きい高周波成分が含ま
れている。本発明はスプレー水量の変動範囲の上
限近傍および下限近傍の操作余裕を確保するもの
であるから、この高周波成分が重畳した信号をそ
のまま用いると制御上好ましくない現象が起きる
ので、この低域フイルタ２５を用いている。よつ
て、高周波成分を除去したスプレー流量信号が関
数発生器２６に加えられる。

ここで、関数発生器２６は第３図ａに示した如
く、スプレー水量変動範囲の下限近傍で、流量の
減少に対してレベルが次第に大きくなるような正
の信号を、上限近傍で、流量の増加に対して絶対
値レベルが次第に大きくなるような負の信号を、
さらに中間部（x₁〜x₂）にあつてはレベルが零の
信号をそれぞれ出力して加算要素２７に加える。

このとき、加算要素２７に加えられるもう一つ
の信号、すなわち、関数発生器２３の出力が零で
あるものと仮定すると、関数発生器２７の出力信
号はそのまま加算要素２８に加えられる。

この加算要素２８は過熱器１の出側の目標値と
関数発生器２６の出力信号とを加算して、目標値
を補正することになる。すなわち、減温器４のス
プレー水量変動範囲の下限近傍では目標値が高く
補正され、逆に上限近傍では低く補正される。

このようにして補正された目標値が減算要素１
１に加えられると、前述した減温器４のスプレー
水量制御系と同様に、制御回路１２が過熱器１の
出側における目標値および検出値の偏差が零にな
るような過熱器１の入側の目標値を求めて減算要
素１３に加え、さらに、減算要素１３の出力信号
に基いて制御回路１４が流量調整弁５を制御して
減温器４のスプレー水量を調節する。

かくして、過熱器１の出側蒸気温度と、補正さ
れた目標値とを一致させる制御が行なわれる。

この結果、減温器４のスプレー水量ｘが下限近
傍に至り、第３図ａの水量x₁よりも小さいとき、
減温器４の入側の蒸気温度が上昇することから、
この上昇を補正するべく制御回路１８は流量調整
弁４の開度を幾分大きくしてスプレー水量をx₁点
まで増加させる。

この場合とは逆に、減温器４のスプレー水量ｘ
が、上限近傍に至り第３図ａのx₂よりも大きいと
き、減温器４の入側の蒸気温度低下することか
ら、この低下分を補償するべく制御回路１８は流
量減調整弁４の開度を幾分小さくしてスプレー水
量をx₂点まで減少させる。

なお、スプレー水量がx₁〜x₂の間にあるとき、
過熱器１の出側の目標値は補正されないので、減
温器４のスプレー水量も補正されない。

これらの説明から明らかなように、減温器４の
スプレー水量が下限近傍または上限近傍まで変動
するようなことがあつても、常に操作余裕のある
水量に補正されるので、このような状態で外乱が
発生した場合でも過熱器２の出側蒸気温度を目標
値に維持することができる。

ところで、上述したスプレー水量の目標値補正
過程において、減温器３のスプレー水量が変動範
囲の下限近傍に到達した場合、あるいは、上限近
傍に到達した場合には、減温器４のスプレー水量
を操作余裕のある位置に戻すことによつて減温器
３のスプレー水量はさらに下限または上限に近づ
くことになり、結局、減温器４の操作余裕を大き
くすることが、減温器３の操作余裕を縮めること
になる。

かかる不具合を防止するため、減温器３のスプ
レー水供給系統に流量検出器２１を設け、この流
量検出信号を、低域フイルタ２２を介して関数発
生器２３に加え、この関数発生器２３の出力信号
を加算要素２７に加える構成をとる。

ここで、関数発生器２３と関数発生器２６と
は、スプレー水量の変動範囲に対応する出力の増
域傾向が全く逆のものが用いられているので、減
温器４のスプレー水量が変動範囲の下限近傍に移
行したり、あるいは、上限近傍に移行した場合に
は、加算要素２７の出力は零になり、過熱器１の
目標値の補正を行なわない。

かくして、減温器３および４の何れに対して
も、ある程度の操作余裕を持たせた状態に維持す
ることができる。

なお、上気実施例では関数発生器２３および２
６として出力の増減傾向のみが異るものを用いた
が、減温器３のスプレー水量が０〔％〕または100
〔％〕になつたとしても、兎に角、減温器４の操
作余裕を重視する場合には、スプレー水量変動範
囲に対する関数発生器２６の絶対値出力が関数発
生器２３の絶対値出力よりも大きくなるようなも
のを用いればよく、さらに、減温器３のスプレー
水量の操作余裕が常に大きい場合には、流量検出
器２１、低域フイルタ２２、関数発生器２３およ
び加算要素２７を除去し、関数発生器２６の出力
信号を直接加算要素２８に加えるようにすればよ
い。

このように、流量検出器２１、低域フイルタ２
２、関数発生器２３および加算要素２７を除去す
る場合には、関数発生器２６として、例えば第３
図ｂに示すようにスプレー水量の増大に応じて直
線的に減少するもの、あるいは第３図ｃに示すよ
うにスプレー水量の増大に応じて３次曲線的に減
少するものを用いてもよい。ただし、これらの関
数発生器を用いたときのスプレー水量は、定常的
にx₃〔％〕に調整される。

また、上記実施例ではスプレー水量の変動範囲
を流量検出器２１および２４によつて直接検出し
ているが、流量調整弁５および６の弁操作量また
は弁開度を検出するものであつても上述したと同
様な作用を行なわせることができる。

なおまた、上記実施例では低域フイルタ２２お
よび２５をそれぞれ関数発生器２３および２５の
前段に設けているが、これらを除去して、加算要
素２７と加算要素２８との間に１個だけ設けるよ
うにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上の説明によつて明らかな如く、本発明の蒸
気温度制御装置によれば、減温器入側の蒸気温
度、過熱器の昇温率等が変化した場合でも、複数
の減温器のスプレー水量間の大幅なアンバランス
傾向を抑さえ得るとともに、十分な操作余裕を持
たせた制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気温度制御装置の概略的な動
作を説明するための、蒸気径路と蒸気温度との関
係を示す線図、第２図は本発明に係る蒸気温度制
御装置の一実施例の構成を蒸気加熱系と併せて示
したブロツク図、第３図は同実施例を構成する主
要な要素の入出力特性図である。 １，２……過熱器、３，４……減温器、５，６
……流量調整弁、７〜１０……温度検出器、１
１，１３，１５，１７……減算要素、１３，１
４，１６，１８……制御回路、２１，２４……流
量検出器、２２，２５……低域フイルタ、２３，
２６……関数発生器、２７，２８……加算要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気経路に沿つて第１の過熱器の後に第２の
   過熱器が設置され、これらの過熱器の前段にそれ
   ぞれスプレー水を噴霧して蒸気温度を下げる減温
   器が設けられた蒸気過熱系の蒸気温度制御装置に
   おいて、前記減温器のスプレー水量をそれぞれ調
   整する流量調整弁と、前記第１および第２の過熱
   器にそれぞれ対応して設けられ、出側の蒸気温度
   目標値、蒸気温度検出値および入側の蒸気温度検
   出値に基いて、前段に設けられた前記減温器の流
   量調整弁を制御する制御回路と、前記第２の過熱
   器の前段に設けられた減温器のスプレー水量を検
   出する水量検出手段と、この水量検出手段の出力
   信号を入力し、スプレー水量に対応する信号の変
   動範囲に設定した閾値より大きい領域で温度減少
   に対応する極性の温度補正信号を発生し、小さい
   領域で温度増大に対応する極性の温度補正信号を
   発生する関数発生器とを備え、この関数発生器の
   温度補正信号により前記第１の過熱器出側の蒸気
   温度目標値を補正することを特徴とする蒸気温度
   制御装置。 ２ 前記関数発生器は前記スプレー水量に対応す
   る信号変動範囲の上限側と下限側とにそれぞれ閾
   値が設定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の蒸気温度制御装置。 ３ 前記関数発生器は前記スプレー水量に対応す
   る信号変動範囲の中間部に閾値が設定されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸
   気温度制御装置。 ４ 前記水量検出手段は流量検出器であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸気温度
   制御装置。 ５ 前記水量検出手段は前記流量調整弁の操作量
   を検知するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の蒸気温度制御装置。 ６ 前記水量検出手段は前記流量調整弁の開度を
   検知するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の蒸気温度制御装置。 ７ 蒸気経路に沿つて第１の過熱器の後に第２の
   過熱器が設置され、これらの過熱器の前段にそれ
   ぞれスプレー水を噴霧して蒸気温度を下げる減温
   器が設けられた蒸気過熱系の蒸気温度制御装置に
   おいて、前記減温器のスプレー水量をそれぞれ調
   整する流量調整弁と、前記第１および第２の過熱
   器にそれぞれ対応して設けられ、出側の蒸気温度
   目標値、蒸気温度検出値および入側の蒸気温度検
   出値に基いて、前段に設けられた前記減温器の流
   量調整弁を制御する制御回路と、前記第２の過熱
   器の前段に設けられた減温器のスプレー水量を検
   出する第１の水量検出手段と、この第１の水量検
   出手段の出力信号を入力し、スプレー水量に対応
   する信号の変動範囲の上限側に設定した閾値より
   大きい領域で温度減少に対応する極性の温度補正
   信号を発生し、信号の変動範囲の下限側に設定し
   た閾値より小さい領域で温度増大に対応する極性
   の温度補正信号を発生する第１の関数発生器と、
   前記第１の過熱器の前段に設けられた減温器のス
   プレー水量を検出する第２の水量検出手段と、こ
   の第２の水量検出手段の出力信号を入力し、スプ
   レー水量に対応する信号の変動範囲の上限側に設
   定した閾値より大きい領域で温度上昇に対応する
   極性の温度補正信号を発生し、信号の変動範囲の
   下限側に設定した閾値より小さい領域で温度減少
   に対応する極性の温度補正信号を発生する第２の
   関数発生器とを備え、前記第１および第２の関数
   発生器の温度補正信号により前記第１の過熱器出
   側の蒸気温度目標値を補正することを特徴とする
   蒸気温度制御装置。 ８ 前記水量検出手段は流量検出器であることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項記載の蒸気温度
   制御装置。 ９ 前記水量検出手段は前記流量調整弁の操作量
   を検知するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の蒸気温度制御装置。 １０ 前記水量検出手段は前記流量調整弁の開度
   を検知するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の蒸気温度制御装置。