JPH0445721B2

JPH0445721B2 -

Info

Publication number: JPH0445721B2
Application number: JP21163387A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Tanaka; Toshe Monoe
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1992-07-27
Also published as: JPS6454101A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、火力発電所のボイラ自動制御装置に
係り、特に負荷ランバツクやFCB発生時におい
て、缶保有水量の増加によるドラムレベル低下や
火炉水壁のメタル温度上昇を防止するのに好適な
ボイラ自動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭61−49907の発明の概要
に記載されているように、負荷ランバツク開始時
のドラムレベル低下及び負荷ランバツク終了後の
ドラムレベル上昇という現象を検知して、給水量
を増減するという方法を採つている。

しかし、上述の方式では、負荷ランバツク時の
缶保有水量の増加に伴なう給水流量の不足による
ドラムレベル低下という現象については考慮され
ておらず、逆に、給水流量過多によるドラムレベ
ルの上昇の危険性まで含んでいる。このことは、
ドラムレベル極低が、ボイラ水壁の焼損の恐れが
あるため、ボイラ本体保護上ボイラトリツプさせ
るのに対し、ドラムレベル極高は、タービンへの
湿り蒸気流入の恐れがあるため、タービン本体保
護上ボイラをトリツプさせるというプラント制御
上の危険性を持つことになつてしまつている。な
お、負荷ランバツクとは、火力プラントの大型補
機が２台ある場合、そのうち１台がトリツプし残
された１台でプラントの運転が継続可能な負荷ま
で急速に降下させることを言い、FCBとは、電
力系統の事故より、火力プラントの所内単独運転
負荷まで急速に降下させることを言いこのような
場合は異常時としてボイラの出力を所定の値に減
少させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、燃料の急速絞り込みによる缶
保有水量の増加が、ボイラのドラムレベル低下や
火炉水冷壁メタル温度高を発生するという点につ
いて配慮されておらず、給水過注水によるドラム
レベルの上昇や、給水，燃料，空気流量制御のア
ンバランスによるボイラ熱バランス崩れが、主蒸
気温度、圧力の変動となつて現われるという問題
があつた。

本発明の目的は、負荷ランバツク及びFCB時
において、ドラムレベルの低下及び上昇を防止
し、火炉水壁の焼損及びタービンブレードの熱応
力による破損を防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点はボイラの燃料流量、燃焼空気流
量、給水流量をそれぞれの検出値とボイラマスタ
信号とにもとずいて制御し、ボイラの通常運転時
には、ボイラの目標負荷値にもとずいて算出した
通常時ボイラマスタ信号を前記ボイラマスタ信号
とし、ボイラの出力を所定の出力値に減少させる
異常時には、該所定の出力値に対応した異常時ボ
イラマスタ信号を前記ボイラマスタ信号とするボ
イラの自動制御装置において、前記異常時ボイラ
マスタ信号をボイラ負荷に対応して変る、ボイラ
ドラム、ボイラドラムの降水管及び火炉壁水管内
の水量の変化に応じた補正をすることにより、ま
たは、前記異常時ボイラマスタ信号をボイラ負荷
に対応して変る火炉壁水管内の水量の変化に応じ
た補正をすることにより解決される。

〔作用〕ボイラドラム、ボイラドラムの降水管及び火炉
壁水管内の水量の変化に応じてボイラマスタ信号
を補正し、燃料流量，燃料空気流量，給水流量を
制御して、ボイラ出力の急激な変動を生じる異常
時においてもドラムレベルを下限，上限内に制御
し、またボイラドラムのない貫流ボイラでは、火
炉壁水管内の水量の変化に応じてボイラマスタ信
号を補正し、燃料流量，燃焼空気流量，給水流量
を制御して、ボイラ出力の急激な変動を生じる異
常時においても火炉水冷壁メタル温度を所定値以
内に制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

第３図において、ドラム型火力発電プラントの
概要を説明する。火力発電プラントは、ボイラ本
体２０，高圧タービン２，中圧タービン３１，発
電機３により構成され、ボイラ自動制御装置３０
２は、負荷（タービン・発電機）からの要求、つ
まり、タービン制御装置３０３が、タービンガバ
ナ３８の開度調整を行ない、タービン入口蒸気を
定格の蒸気の圧力、温度に保つべく、燃料流調弁
１４により燃料量を、ボイラ給水ポンプ（以下
BFPと略す）５により給水量を、また押込通風
機（以下FDFと略す）１５により空気量をそれ
ぞれ制御する。

次に、燃料ガスの流れについて説明すると、火
炉（ボイラ本体２０）にて燃焼したガスは、まず
火炉壁水管（以下WWと略す）４０，ドラム１
０，２次過熱器（以下2SHと略す）３９，再熱器
（以下RHと略す）３４，１次過熱器（以下1SH
と略す）３３，節炭器（以下ECOと略す）３２
を通り、１部は再循環ガスとしてガス再循環フア
ン（以下GRFと略す）４１とガス再循環フアン
入口ダンパ（以下GRF入口ダンパと略す）４２
によりガス再循環量を調整して、火炉内へ注入さ
せることにより、WW４０，ドラム１０，2SH３
９，RH３４，1SH３３，ECO３２での伝熱量調
整に使用し、残りの燃焼ガスは煙突より大気へ排
出させる。

また、水蒸気系について説明すると、中圧ター
ビン２からの排気を復水器４により冷却して復水
とし、この水をBFP５により加圧し、給水流調
弁８にて給水量を調整した水は、ECO３２にて
加熱させ、WW４０て過熱されて蒸気となる。こ
の蒸気は、ドラム１０にて飽和蒸気と飽和水に分
離され、1SH３３で過熱後、給水の１部をスプレ
ー弁３７を介して減温器３６に注入することによ
り、蒸気温度の調整を行ななう。さらに、この蒸
気は2SH３９にて定格温度まで過熱されて、ター
ビンガバナ３８を経て高圧タービン２へ送られ
る。高圧タービン２で仕事を終えた蒸気は、
GRF入口ダンパ４２にて、ガス再循環量を調整
し、RH３４にてガス対流熱を吸収させ、定格温
度まで蒸気を再熱されて、中圧タービン３１へ送
られる。中圧タービン３１で仕事を終えた蒸気
は、復水器４へ送られ、復水されてボイラ給水用
として使用される。

その他の装置として、中央操作盤３０１，空気
流量発信器１１，燃料流量発信器１３，主蒸気圧
力検出器２２がある。

第５図に、ドラム型ボイラにおける、従来の負
荷ランバツク発生時の主なプロセス量について、
その挙動の１例を示す。

本図より明らかなように、静特性により決定さ
れる負荷ランバツクの目標に向けて一律に給水
量、燃料流量を絞つて行つても、ドラムレベル極
低となりボイラトリツプに至つてしまうことが判
る。

さらに、第６図に、貫流ボイラにおける、従来
の負荷ランバツク発生時の主なプロセス量につい
て、その挙動の１例を示す。

本図も、ドラム型ボイラと同様に、静特性によ
り決定される負荷ランバツクの目標に向けて一律
に給水流量，燃料流量に絞つて行つても、火炉水
冷壁メタル温度高となりボイラトリツプに至つて
しまうことが判る。

ここで、第７〜１０図を用いて、ドラム型ボイ
ラ及び貫流ボイラにおける缶保有水の説明を行な
う。

第７図は、ドラム型ボイラの水蒸気系統図を示
す。ドラム型ボイラは、ドラム１０とドラムから
の降水管４１及び蒸発管４０との間に水及び蒸気
の比重差による循環水が存在する。この循環水に
占める水と蒸気の割合は、ボイラへ投入される燃
料及び給水量によつて決定され、これらがバラン
スしている指標として、ドラムレベルが規定値の
範囲内に制御されているということで判断できる
ようになつている。

ところが、ドラムレベルが一定であつても循環
水に占める水と蒸気の割合は、燃料流量、すなわ
ち、ボイラの負荷によつて異なつている。この循
環水中に占める水の量を、缶保有水を呼ぶことに
する。そこで、負荷と缶保有水の関係を第１０図
に示す。第１０図より明らかなように、低負荷に
おいては、缶保有水が多くなつている。これは、
高負荷帯においては、燃料投入量が多く、蒸発管
４０内において水から蒸気へ変化が進み、循環水
に占める蒸気の割合が多くなつてしまうが、逆に
低負荷では、燃料投入量が少ないため、蒸気管４
０内において蒸気から水への変化が進み、循環水
に占める水の割合が多くなつてしまう。すなわ
ち、缶保有水が多くなることを示している。

同様な現象は、ボイラの型式が異なる貫流ボイ
ラにおいても現われている。

第８図に、貫流ボイラの水蒸気系統図を示す。
貫流ボイラでは、ドラム型ボイラのような蒸発管
と過熱器との間に、水と蒸気を分離するドラムが
存在せず、BFP５よりボイラへ加圧給水された
水は、ECO３２，WW４０，ISH３３，2SH３９
を通過することにより、タービン２の入口蒸気を
規定の温度，圧力となるように燃料と給水流量を
制御する。すなわち、貫流ボイラにおいては、水
と燃料の比率制御である水燃比制御が、重要なポ
イントとなつている。

ところが、第８図に示してるWW４０を通過す
る水と蒸気の割合は、ドラム型ボイラ同様に燃料
流量により変化する。貫流ボイラにおける缶保有
水を、このWW４０内の水の量と呼ぶことにする
と、やはり、第１０図に示した特性となる。

次に、第９図を用いて、負荷に対する給水流量
の特性を、ボイラの静特性の場合と負荷ランバツ
クの場合に分けて説明する。

まず、実線で示したボイラの静特性による給水
流量の数値は、タービンへ供給する蒸気量を示し
ている。すなわち、火力プラントの熱サイクルの
原理としては、実線で示した給水流量は、すべて
蒸気となりタービンへ送られる。ところが、第１
０図に示したように、ボイラの蒸気管内に缶保有
水として蓄えられる水の量があり、この缶保有水
は、第９図に示すボイラの静特性上では現われて
来ない。

このため、負荷ランバツクやFCB発生時に、
急速に燃料を絞り込んで負荷を下げる場合、ボイ
ラの静特性で決まつた給水流量の数値を目標に給
水流量を絞るだけでなく、缶保有水の増加分を補
正した給水流量の制御を行なえるように、ボイラ
マスタ信号を負荷ランバツク目標値と缶保有水の
増加分を補正した信号とする必要がある。第９図
の破線で示した特性が、負荷ランバツク発生時に
缶保有水量を補正した場合の特性を示す。ここ
で、斜線部は、缶保有水の補正を示す。

第１図に、ドラム型ボイラに本発明を適用した
制御回路を示す。

まず、火力プラントの大型補機として、２台の
FDF（１５と１６）、３台のBFP（５，６，７）、
３台の燃料油ポンプ（以下、FOPと略す、１７，
１８，１９）などがあり、２台ある補機では２台
のうち１台が、３台ある補機では３台のうち２台
がトリツプした場合に、残された１台にてプラン
トの運転が継続可能な負荷（通常50％負荷）まで
急速に降下させることを負荷ランバツクと言う。
また、FCBとは、電力系統の事故により、火力
プラントの所内単独運転負荷（通常25〜30％負
荷）まで急速に降下させることを言う。なお、本
制御回路の説明では、負荷ランバツクやFCBの
検知回路及びFCB、負荷ランバツクの目標値設
定回路１０８については、周知のものとし、説明
は省略する。

１は制御装置の範囲を示す。

まず、中給指令２３により、本プラントの目標
負荷が決まる。この信号に、主蒸気圧力検出器２
２の信号と、主蒸気圧力設定値１０１の信号と
を、比較演算器１０２にて演算して、この偏差分
を比例積分器１０３にて演算した補正信号を、加
算器１０４にて演算してボイラマスタ信号を作成
する。このボイラマスタ信号は、セレクターステ
ーシヨン１０６から手動設定も可能となるよう
に、アナログメモリ１０５を設けている。すなわ
ち、セレクターステーシヨン１０６が自動時は、
アナログメモリ１０５の出力は、加算器１０４の
出力と同じとなり、中給指令と主蒸気圧力による
補正信号を加算した信号がボイラマスタ信号とな
る。

次に、低値選択器１１１により、FCB及び負
荷ランバツク発生時以外は、ボイラマスタ信号が
選択されるようにし、このボイラマスタ信号によ
り、燃料，空気，給水量を制御する。

まず、燃料流量制御については、燃料流量検出
器１３の信号と、ボイラマスタ信号をベースにし
た燃料流量設定用の関数発生器１１２の出力信号
とを、比較演算器１１３により演算して、偏差分
を比例積分器１１４にて演算し、さらに、ボイラ
マスタ信号をベースにした燃料流調弁先行信号を
関数発生器１１５により設定し、これを加算器１
１６で加算することにより、燃料流調弁１４の操
作信号を作成する。

また、空気流量制御については、ECO出口O_z
値検出器の信号とボイラマスタ信号とから、負荷
に見合つた空気量要求値をO₂補正回路１１７に
て作成する。次に、空気流量検出器１１の信号と
比較演算器１１８にて演算し、この偏差分を比例
積分器１１９により演算し、さらに、ボイラマス
タ信号をベースにしたウインドボツクス入口ダン
パ（以下、Ｗ／Ｂ入口ダンパと略す）先行信号を
関数発生器１２０により設定し、これを加算器１
２１で加算することにより、Ｗ／Ｂ入口ダンパ１
２の操作信号を作成する。

さらに、給水流量制御については、ドラムレベ
ル検出器２１の信号と、ドラムレベル設定値１２
２の信号を、比較演算器１２３にて演算し、この
偏差分を比例積分器１２４にて演算し、この補正
信号をボイラマスタ信号をベースとした給水流量
設定用の関数発生器１２５の出力信号と、加算器
１２６にて演算し、給水流量要求信号を作成す
る。次に、低値選択器１２９により、BFPラン
バツク以外では、給水流量要求値が選択されるよ
うにし、給水流量要求値と給水流量検出器９の信
号とを比較演算器１２７により演算し、この偏差
分を比例積分器１２８により演算して、給水流調
弁８の操作信号を作成する。

次に、FCB又は負荷ランバツクが発生した場
合の制御法について説明する。

前述したように、FCB、負荷ランバツクが発
生すると、負荷ランバツク目標値設定回路１０８
より負荷ランバツクの降下する負荷の値及び変化
率制限器１０９の変化率を設定する。この変化率
制限器１０９の出力に、発電機出力信号検出器４
３をベースとした缶保有水量の補正用関数発生器
１０７とを、加算器１１０にて演算した信号を作
成する。この信号は、低値選択器１１１により選
択され、ボイラマスタ信号として、燃料，空気，
給水をバランス良く絞つて行く。なお、BFPラ
ンバツクの場合のみ、給水流量制御において、切
替器１３２がBFP1台での許容給水流量を設定し
た設定器１３１側を選択し、給水流量要求信号に
制限を加え、BFPが過負荷となることを防止す
る。

第２図には、貫流ボイラに本発明を適用した場
合の制御回路を示す。

第１図のドラム型ボイラの場合と異なる所は、
燃料制御に主蒸気温度による補正が加わつたこと
と、給水制御からドラムレベル補正が削除されて
いるだけで、その他は同一である。よつて、第２
図については、燃料制御の主蒸気温度による補正
についてのみ説明する。

すなわち、主蒸気温度検出器２６の信号と主蒸
気温度設定器１３３の信号を、比較演算器１３４
にて演算し、この偏差分を比例積分器１３５で演
算して、ボイラマスタ信号をベースとした燃料流
量設定用の関数発生器１１２の出力信号と、加算
器１３６にて加算し、燃料流量要求信号を作成す
る。その他の制御は、第１図で説明した事と同一
なので省略する。

第１１図に、ドラム型ボイラにおいて本発明を
適用した場合の負荷ランバツク発生時の主なプロ
セス量について、その挙動の１例を示す。

本図より明らかなように、ボイラ静特性で決定
される負荷ランバツクの目標値に、缶保有水量の
補正を行なつたボイラマスタ信号にて制御するこ
とにより、ドラムレベルの極低及び異常上昇を防
止した、燃料，空気，給水共にバランスの良い制
御が可能となつている。

同様に、第１２図の貫流ボイラにおいて、本発
明を適用した場合の負荷ランバツク発生時の主な
プロセス量についての、その挙動の１例を示す。

本図も第１１図同様、ボイラマスタ信号に缶保
有水量の補正を加えることにより、火炉の水壁メ
タル温度高を防止し、制御値以内に抑えることが
可能となつている。

第４図に、本発明の機能説明フローを示す。

まず、演算ブロツク４１にて、負荷ランバツク
中かどうかを判定する。もし、負荷ランバツク中
であれば演算ブロツク４２へ進む。

演算ブロツク４２では、まず、各種の大型補機
（FDF，FOP，BFP，GRF，コンデンサウオー
タポンプ（以下、CWPと略す）、吸込通風機（以
下、IDFと略す））などがトリツプして、補機の
容量に見合つた負荷ランバツクの目標値及び負荷
変化率を設定する。次に、負荷ランバツクするこ
とによる缶保有水量の増加を補正すべく、負荷ラ
ンバツク信号を補正したボイラマスタ信号によ
り、給水，燃料，空気流量をバランス良く制御す
る。

次に、演算ブロツク４３で、BFPランバツク
かどうかを判別する。もし、BFPランバツクで
あつたら、演算ブロツク４４に進む。

演算ブロツク４４では、給水流量要求信号に対
して、BFP1台の給水流許容値の制限をかけるこ
とにより、BFP1台で過負荷とならないようにす
るという本発明の機能説明フローを示している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電所のボイラにおい
て、FCB、負荷ランツバク発生時等の異常時に、
燃料の急速絞り込みにより発生する缶保有水の増
加を、該缶保有水の増加に対応して補正したボイ
ラマスタ信号にて、給水，燃料，空気流量を制御
できるので、ドラムレベル極低や火炉の水冷壁メ
タル温度高による火炉蒸発管の焼損や、ドラムベ
ル異常高によるタービンブレード破損などのプラ
ント事故を防止し、安定したプラントの運転が継
続できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はそれぞれ本発明の別々の実施
例の制御回路図、第３図は代表的なドラムボイラ
の本体系統図、第４図は本発明の機能説明のフロ
ー図、第５図はドラム型ボイラにおいて従来制御
方式による負荷ランバツク時の主なプロセスの挙
動を示す図、第６図は貫流ボイラにおいて、従来
制御方式による負荷ランバツク時のプロセスの挙
動を示す図、第７図はドラム型ボイラの水蒸気系
統図、第８図は貫流ボイラの水蒸気系統図、第９
図は負荷をベースにした給水流量の静特性と負荷
ランバツク発生時の補正カーブを示す図、第１０
図は負荷ベースとした缶保有水量を示す図、第１
１図は本発明を採用した場合のドラム型ボイラの
負荷ランバツク時の主なプロセスの挙動を示す
図、第１２図は本発明を採用した場合の貫流ボイ
ラの負荷ランバツク時の主なプロセスの挙動を示
す図である。９……給水流量発信器、１０……ボイラドラ
ム、１１……空気流量発信器、１３……燃料流量
発信器、４０……火炉壁水管、４１……降水管、
３０２……ボイラ自動制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１ボイラの燃料流量，燃焼空気流量，給水流量
をそれぞれの検出値とボイラマスタ信号とにもと
ずいて制御し、ボイラの通常運転時には、ボイラ
の目標負荷値にもとずいて算出した通常時ボイラ
マスタ信号を前記ボイラマスタ信号とし、ボイラ
の出力を所定の出力値に減少させる異常時には、
該所定の出力値に対応した異常時ボイラマスタ信
号を前記ボイラマスタ信号とするボイラの自動制
御装置において、前記異常時ボイラマスタ信号を
ボイラ負荷に対応して変る、ボイラドラム、ボイ
ラドラムの降水管および火炉壁水管内の水量の変
化に応じた補正をすることを特徴とするボイラの
自動制御装置。２ボイラの燃料流量，燃焼空気流量，給水流量
をそれぞれの検出値とボイラマスタ信号とにもと
ずいて制御し、ボイラの通常運転時には、ボイラ
の目標負荷値にもとずいて算出した通常時ボイラ
マスタ信号を前記ボイラマスタ信号とし、ボイラ
の出力を所定の出力値に減少させる異常時には、
該所定の出力値に対応した異常時ボイラマスタ信
号を前記ボイラマスタ信号とするボイラの自動制
御装置において、前記異常時ボイラマスタ信号を
ボイラ負荷に対応して変る火炉壁水管内の水量の
変化に応じた補正をすることを特徴とするボイラ
の自動制御装置。