JPH0428902A - 貫流ボイラの制御方法および貫流ボイラの制御装置 - 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、再循環系統を有する貫流ボイラの制御方法お
よび制御装置に係り、特にボイラ再循環系統使用が不可
となる異常時においてもボイラの起動・停止を行なえる
再循環系統を有する貫流ボイラの制御方法および制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

第５図に蒸発装置と過熱装置とボイラ再循環系統を有す
る貫流ボイラの例として変圧ペンソンポイラの起動バイ
パス系統を示す。

ボイラ給水ポンプから供給された給水は、節炭器２によ
って予熱され火炉水壁３にて多量の熱を得て気水分離器
４へ流入する。気水分離器４では流入した流体のかわき
度（蒸気含有率）に応じて飽和蒸気と飽和水とに分離さ
れ、飽和蒸気は一次過熱器９、二次過熱器１１、三次過
熱器１３へと順次導かれ、加熱され、過熱蒸気となった
後蒸気タービン１４に流入しここで仕事をしたのち、復
水器１６に導かれ復水となったのち、給水加熱器等で加
熱されたのちボイラ給水ポンプに送られる。

一方、気水分離器４で分離された飽和水は、貯水タンク
５に貯えられ、ボイラ再循環ポンプ６およびボイラ再循
環流量調節弁７とで流量を制御され節炭器２の入口に再
び合流させ熱回収を図る。缶水プロー弁８は、貯水タン
ク５の水位制御に供し、規定水位以上となったドレンを
ブローする。このブロー水は復水器１６に入りタービン
からきたものと合流する。

運転制御については、第４図（イ）、（ロ）、（ハ）の
特性図に示すように、起動待負荷運転となった後タービ
ン１４に流入する蒸気流量（第５図のＡ点の流量）は負
荷に比例して増加する特性となる（第４図の（イ）のＡ
線）が、火炉水壁３を通過する流体流量（第５図の０点
の流量）はある負荷ａ％以下では、火炉氷壁流動特性を
考慮し、はぼ一定の規定流量α１となるように再循環回
路を使って貯水タンク５からの水を循環させる循環運転
によって制御される。但し、一般にこの規定流量α、は
、火炉水壁３の通過流量と過熱器スプレー系統１５の注
水流量との合計値によって抑えられるので、結果として
火炉水壁３の通過流量は第４図（ロ）の特性カーブＣに
示す特性となる。

ここで負荷ａ％における気水分離器４への流入流体はバ
ランス上全て飽和蒸気となり気水分離器４から貯水タン
ク５へ落ちるドレン量がＯとなりこれより高い負荷では
貯水タンク５、ボイラ再循環ポンプ６を含む再循環路に
再循環する飽和水はなく、火炉氷壁を出た飽和蒸気はす
べて気水分離器４を経て一次過熱器９へ流入することと
なり、貫流運転となる。

このような運転を行うために従来より第３図に示すよう
な制御回路が用いられてきた。

すなわち、基本的には、火炉水壁３を通過する流量がボ
イラ入力要求に従った流量となるように、ボイラ入力指
令信号１１０と火炉通過給水流量信号１１２との差を減
算器１１４にてとり、ＰＩ制御器１１５を通して給水マ
スタ指令信号１１６とし、給水ポンプ吐出流量を加減す
る。

しかし、前述のように低負荷時に火炉氷壁３通過流量が
規定値を割り込まないようにするため、信号発生器１０
２．１０６および加算器１０９によってα１％＝ｘ、％
十ｙ％相当の信号を発生させ、これとボイラ入力指令信
号１１０との高い方を高選択器１１１で選択する構成と
なっている。

なお、火炉通過給水流量信号１１２に過熱器スプレー流
量信号１０１を加算器１１３にて加算する構成によって
前述の火炉通過給水流量と過熱器スプレー流量との合計
値をα１％に制御する特性が得られるが、過熱器スプレ
ー流量が過渡的に過大となって火炉通過給水流量が思い
がけず低下するのを防止するため、過熱器スプレー流量
信号ｌＯ１とｙ％相当の一定値信号（信号発生器１０２
の出力）との高い方を高選択器１０５で選択し、この信
号とχ１％相当である信号発生器１０６からの信号とを
加算器１０９により加算する構成とする。

このような構成とし、α３％＝Ｘ、％＋ｙ％の条件のも
とにｘ、　　　ｙを適切に決めることにより、過熱器ス
プレー流量が思いがけず過大となり、ｙ％を越える場合
、高選択器１０５では過熱器スプレー流量信号１０１何
が選ばれるので、結局その場合は過熱器スプレー流量信
号は火炉通過給水流量の測定信号側と設定値側いずれに
も加算されたことになり、結果として火炉通過給水流量
はｘ１％を下まわらないように制御される。

通常の起動ではこのように考慮されているが、ボイラ再
循環系統が使用できない場合の起動では、話が異なって
くる。

バーナからボイラ火炉に燃料を供給して燃焼させる場合
、最も強く加熱される火炉水壁部の伝熱管が過度に加熱
されるのを防止するため、その内部を流れるボイラ水は
ボイラ全負荷時の２５〜３０％以上とする必要があり、
ボイラ負荷と関係なく、このボイラ水の流通を確保する
ため、貫流ボイラに、前記した再循環回路が設けられ、
起動、停止を含めてボイラの低負荷運転時には再循環回
路が使用されてきた。このように大事な再循環回路の主
力機器である再循環ポンプは予備機を含めて２台設置さ
れていたが、予備機の設置をやめ、その代わり再循環ポ
ンプが故障したり再循環流量調整弁が故障した場合も、
再循環回路を使用することなくボイラの起動、停止を行
う必要がでてきた。

つまり、ボイラ再循環系統が使用できない場合ボイラ再
循環系統を使った熱回収ができず、その結果節炭器２へ
の給水温度は、低負荷で５０〜７０°Ｃと低く、熱回収
を行う場合（運転状態によるが約２５０　”Ｃ前後）と
比べて著しく低い。

このような状況での問題点として、 （１）気水分離器４への流体のかわき度（蒸気含有率）
が上がりにくく、その結果蒸気が発生しにく　い。

（２）（１）の解決策として燃料流量を増加することが
考えられるが、燃焼ガス温度、流量が増加する結果、そ
の場合副作用としてボイラ火炉後流域に設けた過熱器や
再熱器の蒸気温度が過上昇する、 などがあげられる。

これの対策として少しでも蒸気が発生しやすくするため
に、火炉水壁３を通過する給水流量をできるだけ少なめ
にして運転する方法が有効である。

ところが第３図に示すように従来方式の制御回路では、
火炉水壁３を通過する給水流量の設定値は、通常起動方
式に適する値に予め決められており、ボイラ再循環系統
不使用時に適するよう上記の給水流量をできるだけ少な
めにする運転にそのままでは対応できない。

［発明が解決しようとする課Ｂ］ 上記従来技術は、前述のごとく、ボイラ再循環系統不使
用時に適する火炉氷壁通過流量低減運転を行うための配
慮が制御回路上行われていない点で問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を正し、ボイラ再循環系
統不使用時に、その条件を感知して自動的に火炉氷壁通
過流量低減運転に移行する貫流ボイラの制御方法および
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］ 上記目的は、ボイラの起動運転または停止運転時に、ボ
イラ給水を節炭器および火炉水壁部で加熱し、加熱され
た火炉水壁部出口流体を気水分離器で蒸気と水に分離し
、蒸気は過熱器に供給して加熱し、水は貯水タンクに貯
水したのちボイラ再循環ポンプ、ボイラ再循環流量調整
弁を含む再循環系統を経て火炉水壁部に再循環させるよ
うになした貫流ボイラの制御方法において、ボイラ再循
環系統が使用できない異常時には、火炉水壁部伝熱管温
度が正常であることを条件として、火炉水壁部通過給水
量を通常運転時より減少させるとともに、貯水タンクの
水はタービン用復水器を経てボイラに再循環するように
なしたことを特徴とする貫流ボイラの制御方法、 およびボイラの起動運転または停止運転時に火炉水壁部
出口流体中の水分をボイラ再循環ポンプとボイラ再循環
流量調節弁を含むボイラ再循環系統を経て火炉水壁部へ
再循環するようになした貫流ボイラの制御装置において
、ボイラ再循環系統の異常の有無を検出する手段と、火
炉水壁部のメメタル温度の異常の有無を検出する手段と
、ボイラ再循環系統が異常状態にあり、かつ火炉水壁部
メタル温度が正常であることを条件として火炉水壁部通
過給水量低減条件成立の信号を出すロジック回路と、該
ロジック回路の出力信号により火炉水壁部通過給水量設
定値を通常時より低い値に設定する手段とを備えたこと
を特徴とする貫流ボイラの制御装置により達成される。

〔作用〕

ボイラ再循環系統異常かつ火炉氷壁温度異常でない条件
のロジック演算を行い、条件成立の場合は、火炉通過給
水流量制御系における火炉通過給水流量設定値選択スイ
ッチを自動的に通常側から低減側へ切換えて火炉通過流
量低減運転を行う。

これにより、蒸発量を確認しにくいボイラ再循環系統不
使用時でも、ボイラバランスとして蒸発量が相対的に出
やすい状態とすることができ、ボイラ缶水循環系統が使
えない場合でも、プラントを起動／停止可能とすること
ができる。あるいは安定的に起動／停止することができ
る。

また、循環／貫流切換負荷変更機構も上記ロジック演算
の条件成立の場合に、切換スイッチによる設定変更を行
う。これにより、ボイラの循環運転中と貫流運転中とで
制御方法が大きく異なる制御モードの移行を適確に検知
することができ、安定な起動停止が実現できる。

〔実施例〕 本発明の実施例において、ボイラ本体のハード構成は、
従来技術の第５図に示したものとほぼ同じであるが、一
つ違う点は、起動時のボイラ水の循環は火炉水壁３を出
たのち気水分離器に入り、分離された水は貯水タンクに
入り、缶水ブロー弁８を経て復水器１６に行き、ここか
ら給水ポンプを経てボイラの節炭器２に循環させる。

運転方法を第４図の（ニ）、（ホ）、（へ）に示す。

第４図（へ）に示すようにボイラ再循環ポンプ６の出口
点であるＤ点の流量はボイラ再循環系統を使用しないた
め０となっている。なお、第４図（ニ）に示すように第
５図のタービン入口のＡ点および一次過熱器入口のＢ点
における流量を表示するＡ、Ｂで表示した流量は通常運
転の場合と変わらない。

注目すべきは、火炉水壁３の通過給水流量であり、第４
図（ホ）の特性線Ｃで示すように通常運転時（−点鎖線
で示した）に比べ低減した設定値とし、しかも過熱器ス
プレー流量の増減にかかわらず一定（α２）とする特性
（破線で示した）である。ここで同図の斜線部５７が通
常の循環運転時と本発明での低減設定時との差であり、
γは火炉通過給水流量を低減することによって循環運転
と貫流運転の切換負荷が通常時に比べて低負荷側へずれ
たことを示すものである。

このような運転を行うために本発明では第１図および第
２図に示す制御回路とする。

従来技術と制御回路上具なる点は第１図では、符号１０
３．１０７および１２０で示す信号発生器を追加したこ
と、符号１０４．１０８および１２４で示す切換スイッ
チを追加したことと、１２１の減算器を追加したことお
よび第２図に示すロジック演算回路を追加したことであ
る。

第１図において、給水ポンプ流量指令１１６を得るため
の、過熱器スプレー流量信号１０１および火炉通過給水
流量信号１１２を用いた一連の演算方法は、従来技術に
よる制御回路の説明で述べたのと同様である。

第２図は火炉通過給水流量低減条件成立のためのロジッ
ク制御回路の実施例を示す。

（イ）ボイラ再循環系統異常により同系統が使用不可の
状態で、かつ（ロ）ボイラを起動、停止中（ボイラを起
動しつつあるとき、停止しつつあるとき、あるいはこれ
から起動もしくは停止しようとするときの意）でかっ（
ハ）氷壁管メタル温度関係に異常がない条件のＡＮＤ条
件で成立させる。そのため（イ）と（ロ）のＡＮＤ条件
をＡＮＤ回路１３４でとり、その信号をさらにＡＮＤ回
路１３７でとる。

なお、（ハ）の条件については、水壁部メタル温度の異
常の有無に注意をはらい、異常のある状態では、流量低
減運転は行われないようにする。

よって（ハ）の条件のための具体的回路では、（ホ）氷
壁メタル温度が規定値以上、または（へ）氷壁メタル温
度分布に異常なアンバランスが発生のいずれの条件も成
立していないとする条件のＯＲ回路１３５でとり、その
否定をＮＯＴ回路１３６でとることにより信号を得る。

第２図のロジック演算回路により演算された火炉通過給
水流量低減条件成立により第１図における切換スイッチ
１０４が火炉通過給水流量低減指令により切換えられ、
０％信号を出す信号発生器１０３側が選ばれるため、高
選択器１０５は無意味となり、過熱器スプレー流量信号
１０１は、高選択器１１１でボイラ入力指令信号側１１
０が選ばれる程の高負荷にならない限り、すなわち、ボ
イラ循環運転中では本フィードバック制御系の設定値側
信号にそのまま加算されることになる。

一方、過熱器スプレー流量信号１０１は、本フィードバ
ック制御系のプロセス信号１１２何にも加算器１１３に
よって加算されており、これら設定値信号とプロセス信
号は、滅真器１１４にて減算されているため、結果とし
て過熱器スプレー流量信号１０１の成分は差し引き０と
なり制御回路１何の意味ももたたない。

よって火炉通過給水流量低減条件が成立するとボイラ循
環運転中は、過熱器スプレー流量信号１０１の増減にか
かわらず火炉通過給水流量を単に一定値ｘ２％の値に制
御することを意味する回路となり、これにより静特性上
は火炉通過給水流量が一定となる（ボイラ入力指令信号
はこの場合小さくて高選択器１１１で選択されない）。

また、火炉通過給水流量低減条件成立により切換スイッ
チ１０日が切換えられ、Ｘ２％（〈Ｘ１％）なる火炉通
過最低給水流量設定信号が選ばれ、Ｘ２％＜Ｘ、％なの
で、起動時のボイラ循環運転中（気水分離器４で分離さ
れたボイラ水が貯水タンク５、缶水ブロー弁８を経て、
復水器１６に入り、ここからボイラへ循環される運転の
ことであり、再循環ポンプ６、ボイラ再循環流量調節弁
７を循環するボイラ再循環運転とは異なる）は、迫常の
起動停止時の給水流量設定値（ｘ＋％）より低い設定値
Ｃｘｔ％）にて運転される。

従って結果的に火炉通過流量は、第４図の（ホ）のＣの
特性線になり、従来技術による流量特性線に比べ斜線部
に相当する流量が低減され、本発明の目的である蒸発量
の増加に寄与することとなる。

さらに、火炉通過給水流量が低減されたことで、火炉氷
壁出口で、伝熱管内ボイラ水が全部飽和蒸気になり、気
水分離器で分離された水を缶水ブロー弁８を経てタービ
ン用復水器へ循環させる。循環運転から貫流運転（火炉
水壁３を通過した水がすべて飽和蒸気となり気水分離器
４を経て全部−次週熱器９に流れる運転をいう）への運
転モード切換負荷（ウェット／ドライモード切換負荷）
が通常より低下するが、この切換負荷点のずれに対応す
るため、火炉通過給水流量低減条件成立により第１図の
切換スイッチ１２４が切換えられ、Ｔ％〉０なる信号が
加算器１２１により、発電機出力信号１１８に加算され
、この信号がハイ／ローモニタ１２２および１２３にて
モニタされることにより、ウェット／ドライモード切換
負荷が通常に比べて低い負荷にて検知されることとなる
。ハイ／ローモニタとは、ある設定値に対して大か小か
によりスイッチが切換わりモニタするものである。発電
機出力にＴ％上乗せした値と基準設定値との比較を行う
ことになるので、実発電機出力が通常のボイラ再循環運
転のときに比較してＴ％低い負荷のところで切換ること
になる。

〔発明の効果］ 本発明によれば貫流ボイラのボイラ再循環系統が使用で
きないという状況下であっても、それを検知し、自動的
にボイラへの給水流量の設定等が適切な値に設定され、
安定な起動、停止などの運転を行うことができる。した
がって、再循環ポンプも従来のように予備機を設置しな
くてよいようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる貫流ボイラ制御装置の実施例図、
第２図は本発明になる貫流ボイラ制御装置のロジック制
御回路実施例図、第３図は従来技術による貫流ボイラの
制御装置系統図、第４図は本発明と従来技術におけるボ
イラ各部流量特性の比較図、第５図はボイラ再循環系統
を有する貫流ボイラの系統図である。 １・・・起動バイパス系統、２・・・節炭器、３・・・
火炉水壁、４・・・気水分離器、５・・・貯水タンク、
６・・・ボイラ再循環ポンプ、７・・・ボイラ再循環流
量調節弁、８・・・缶水ブロー弁、９・・・−次週熱器
、１０・・・第１段過熱器スプレー　１１・・・二次過
熱器、１２・・・第２段過熱器スプレー　１３・・・三
次過熱器、１４・・・蒸気タービン、１６・・・復水器
。 出願人　バブコック日立株式会社 代理人　弁理士　川　北　武　長

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボイラの起動運転または停止運転時に、ボイラ給
   水を節炭器および火炉水壁部で加熱し、加熱された火炉
   水壁部出口流体を気水分離器で蒸気と水に分離し、蒸気
   は過熱器に供給して加熱し、水は貯水タンクに貯水した
   のちボイラ再循環ポンプ、ボイラ再循環流量調整弁を含
   む再循環系統を経て火炉水壁部に再循環させるようにな
   した貫流ボイラの制御方法において、ボイラ再循環系統
   が使用できない異常時には、火炉水壁部伝熱管温度が正
   常であることを条件として、火炉水壁部通過給水量を通
   常運転時より減少させるとともに、貯水タンクの水はタ
   ービン用復水器を経てボイラに再循環するようになした
   ことを特徴とする貫流ボイラの制御方法。
2. （２）火炉水壁部伝熱管温度が所定値より上昇したとき
   に、火炉水壁部通過給水量を通常運転時の値に回復させ
   ることを特徴とする請求項（１）記載の貫流ボイラの制
   御方法。
3. （３）ボイラの起動運転または停止運転時に火炉水壁部
   出口流体中の水分をボイラ再循環ポンプとボイラ再循環
   流量調節弁を含むボイラ再循環系統を経て火炉水壁部へ
   再循環するようになした貫流ボイラの制御装置において
   、ボイラ再循環系統の異常の有無を検出する手段と、火
   炉水壁部のメタル温度の異常の有無を検出する手段と、
   ボイラ再循環系統が異常状態にあり、かつ火炉水壁部メ
   タル温度が正常であることを条件として火炉水壁部通過
   給水量低減条件成立の信号を出すロジック回路と、該ロ
   ジック回路の出力信号により火炉水壁部通過給水量設定
   値を通常時より低い値に設定する手段とを備えたことを
   特徴とする貫流ボイラの制御装置。
4. （４）火炉水壁部メタル温度の異常の有無検出手段から
   の異常信号により火炉水壁部通過給水量を通常時の値に
   復帰させる手段を設けたことを特徴とする請求項（３）
   記載の貫流ボイラの制御装置。