JPH0462305A - 給水加熱器のドレン水位制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は発電プラント等における給水加熱器のドレン水
位制御装置に関する。

（従来の技術） 発電プラントにおいては、一般に、タービンプラントの
熱効率を向上させる目的で、複数個の給水加熱器が設置
されている。

これらの給水加熱器は、蒸気タービンの抽気等の蒸気を
導入し、ボイラー等の蒸気発生装置に送られる給水を予
熱・昇温しでいる。

給水加熱器内で給水と熱交換した蒸気は凝縮してドレン
となるが、このドレンの回収方法としては、器内圧力の
高い給水加熱器から順次圧力の低い給水加熱器へと流し
て熱回収するカスケード方式が広く採用されている。

すなわち、通常定格負荷においては、高圧系給水加熱器
のドレンは高圧系最終段給水加熱器より脱気器に回収さ
れ、低圧系給水加熱器のドレンはドレンポンプにより復
水系統に回収される。また負荷か低下し、高圧系最終段
給水加熱器の器内圧力が低下して、数１０ｍ高所に設置
されている脱気器への回収かできなくなると、低圧系給
水加熱器へ回収する方法か一般的である。

このような給水加熱器系統では、熱交換率の低下や抽気
管を介して蒸気タービンヘドレンが逆流する、いわゆる
ウォータインダクションを防止するため、給水加熱器内
の水位を一定とするような制御を行っている。

また、熱効率を向上させる目的で、高圧系給水加熱器の
ドレンを脱気器へ回収するラインが、最終段給水加熱器
たけてなく、他の高圧系給水加熱器からも回収する方式
が採用される場合もある。

この場合、ドレン回収ラインの切替えは負荷や最終段給
水加熱器から脱気器への回収条件により行っている。

なお給水加熱器の加熱源である抽気には、主タービンの
抽気の他に、抽背型ボイラ給水ポンプタービン（以下、
ＲＦＰ−Ｔと称する）の抽気・背気を用いる場合もある
。

一般的な給水加熱器のドレン水位制御方式を第３図に示
す。

同図において、脱気器１に貯水されている給水は、給水
管２を流れ、給水ポンプ３によって加圧され、高圧系の
給水加熱器（ＨＰＩ）４、給水加熱″６（ＨＦ２）５、
給水加熱器（ＨＦ２）６で順次加熱された後、ボイラー
（図示せず）に送水される。

各給水加熱器４．５．６には、それらの中を流れる給水
と熱交換するため、抽気蒸気７．８．９と、前段給水加
熱器から排出されるドレン１０．６ａ、５ａか供給され
ている。また各給水加熱器４．５．６て熱回収を終了し
たドレンは、調節弁１３．１４．１５．１６．１７．１
８を介して排出される。

すなわち、給水加熱器６では給水加熱器５ヘドレン６ａ
を排出し、給水加熱器５では脱気器１および給水加熱器
４ヘドレン５ａを排出する。また給水加熱器４ては脱気
器１、低圧給水加熱器（ＬＰ）２０および復水器２１ヘ
ドレン４ａを排出する。

排出先か複数の場合、その振分けは給水加熱器４のよう
に、それに設置された水位検出器２２の水位信号と、各
々の水位調節計２３．２４．２５の目標設定値の差を作
り、それらの偏差により行う場合と、給水加熱器５のよ
うに、各々の水位調節計２６．２７の目標設定値を外部
条件により切替える場合とがある。

即ち、給水加熱器４ては第１の回収光は脱気器１であり
、次に給水加熱器２０．復水器２１となるように、各々
の設定値は標準水位（ＮＷＬ）、（ＮＷＬ十α）、（Ｎ
ＷＬ＋β）としている。これらの大きさは ＮＷＬ＜ＮＷＬ十α＜ＮＷＬ＋β となっている。

この結果、高負荷帯においては給水加熱器４より数１ｈ
高い位置に設定されている脱気器１へ排出するだけの圧
力を有しているので、ドレンは標準水位ＮＷＬにて調節
弁１３を通して排出される。

一方、負荷が減少して給水加熱器４の圧力が低下し、ド
レンを脱気器１へ回収できなくなると、給水加熱器４の
水位か上昇し、ＮＷＬ＋αとなると、調節計２４および
調節弁１４により給水加熱器２０へ排出される。

通常、トレンは復水器２１へは排出されず、復水器２１
は給水加熱器４の大きなレベル変動（ＮＷＬ十β以上）
が発生した場合のバンクアップとして待機している。

また給水加熱器５ては、給水加熱器４の回収条件（脱気
器１または給水加熱器２０）により切替える。

高負荷では給水加熱器４より脱気器１ヘドレンを回収し
ているため、熱回収を考慮し、給水加熱器５のドレンは
給水加熱器４へ排出するのが望ましい。

このため、調節計２６の設定値をＮＷＬとして給水加熱
器４へ回収し、調節計２７はＮＷＬ＋αとし、脱気器回
収ラインはバックアップとして待機している。低負荷で
は、上記と逆の動作を行っている。

なお、第３図中、３０．３１は水位横比器を示し、３２
は調節計を、また３３．３４は設定切替器を示す。

このような系統においては、ボイラー変圧運転やＲＦＰ
−Ｔの運転モードの変化により加熱源である抽気圧力か
負荷に対し規定圧力運転時に比べ大きく低下する場合か
ある。この場合、給水加熱器４のドレンは脱気器１へは
回収できず、給水加熱器２０へ回収されることとなる。

また、この条件により回収切替えを行っている給水加熱
器５は脱気器１への回収を継続している。

ボイラー変圧運転で、かつ抽背型ＢＦＰ−Ｔの抽背気を
用いているプラントでは、この状態が負荷８０〜９０％
近くまで継続する。

しかしながら、給水加熱器６やその上段の給水加熱器（
Ｈ，Ｐ４・図示せず）は、抽気圧力か高いことや抽背型
ＢＦＰ−Ｔの抽背気を使用していないこと等の理由によ
り、規定圧力運転時とほぼ同等の量および圧力のドレン
を処理している。

このため、特に給水加熱器５では、流入ドレンはほぼ定
格状態であり、これを全量脱気器１へ回収することとな
るため、配管流速か通當運用時に比して３〜５倍に増大
する。

この結果、配管の過流速と、配管途中に気相分離等か発
生し、配管系に大きな振動を招くことになる。この現象
は、調節弁１６の二次側に他のトレン配管か合流してい
たり、立上がり配管部か存在する場合などは、より顕著
に表れる。

上述した第３図の例では、給水加熱器５の調節計２７．
３２の設定値を給水加熱器４の条件や負荷により切替え
る方法にて説明したか、他の方法を第４図で説明する。

なお、第４図中、第３図と同一部分には同一符号を付し
である。

第４図においては、調節計４０は１台のみか使用されて
おり、調節弁１６．１７側への切替えは手動切替器また
は電磁弁４１にて行っている。電磁弁の場合、作動条件
は第３図の場合と同一である。

第３図および第４図の例では、ボイラー変圧運転や抽背
型ＢＦＰ−Ｔの運用によりドレン回収条件が計画値に対
し高負荷帯まで移行し、結果として配管系の振動を発生
する場合を説明したが、振動を発生しない場合であって
も第４図のように切替えを手動切換器または電磁弁４１
にて実施しているため、切替え当初は給水加熱器５に大
きなレベル変動か発生し、この乱れか給水加熱器４や低
圧系の給水加熱器２０へと伝達され、給水加熱器系全体
か大きく乱れることになる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、従来の方法では、給水加熱器５の切替条
件を給水加熱器４の回収条件で行う場合には、給水加熱
器５から脱気器１へのドレン回収か高負荷まで継続する
ため、配管の過流速や気相分離等により配管振動を招く
。また、給水加熱器５の切替条件を負荷や給水加熱器〜
脱気器間の圧力差で行なう場合には、通常の５０〜７５
％負荷で給水加熱器５は脱気器１から給水加熱器４への
切替えを行うが、給水加熱器４では脱気器１への回収が
てきないため、全量を給水加熱器２０へ排出することに
なる。その結果、給水加熱器２０は次段へのドレン排出
かできなくなり、高・極高警報を発生するという問題か
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の給水加熱器のドレン水位制御装置は、測圧系給
水加熱器から脱気器へ向かうドレン回ラインを有し、主
タービン抽気や抽背型ボイラ給水ポンプタービンの抽背
気を前記給水加熱器の加熱源とするプラントにおいて、
前記給水加熱器の器内圧力、前記脱気器の器内圧力、ド
レン温度、調節弁開度または開度指令によりトレン流量
と配管流速・圧力差による切替タイミングを演算し、更
に配管過流速ライン調節弁の開度制限値とバックアップ
ライン調節弁の必要開度を演算して比例・積分演算器お
よび水位調節計の出力信号へ先行的に印加し、調節弁を
制御すると共に、前記切替タイミング時は開動作側の比
例・積分演算部を一定時間のみ微分先行形比例・積分・
微分演算制御とすることを特徴とするものである。

（作用） 上述の構成の本発明装置によれば、給水加熱器および脱
気器器内圧力、プラント出力、ＢＦＰ・Ｔ運転台数によ
り切替タイミング、配管振動条件を算出し、振動発生領
域に達する前に制御系を速やかに切替えることにより、
配管振動や給水加熱器水位の上昇を押え、安定した制御
を行うことができる。

（実施例） 次に、第１図および第２図を参照しながら本発明の詳細
な説明する。なお、これらの図において、第３図におけ
ると同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は必
要な場合を除き、省略する。

第１図において、ボイラー等の蒸気発生装置（図示せず
）に送られる給水は、脱気器１の貯水部から給水管２を
通り、給水ポンプ３により加圧されて、給水加熱器４、
給水加熱器５、給水加熱器６およびその上段の給水加熱
器（図示せず）を順に通り、送水されている。

各給水加熱器４．５．６には主タービンまたはＢＦＰ−
Ｔの抽背気の蒸気７．８．９が流入し、また前段からの
ドレン１０．６　ａ　％　５　ａも流入している。各給
水加熱器４．５．６は、これらをエネルギー源として順
次給水を昇温すべく、抽背気やドレンとの間て熱交換し
ている。

一方、ドレンは各々調節弁１３．１４．１５．１６．１
７．１８を介挿された各配管を介して次段の給水加熱器
６．５．４、脱気器１、給水加熱器２０、および復水器
２１等へ導入されている。

これらの調節弁１３〜１８は、水位調節計２３．２４．
２５．３２．６０からの操作信号により作動する。

水位調節計６０には、水位検出器３ｏ、圧力検出器６１
．６２．６３、温度検出器６４の各出力信号と、発電機
（図示せず）の圧力信号が入力されている。また復水器
２１ヘパツクアツプ的にドレンを排出するバックアップ
ライン調節弁１５を作動させる調節計２５の出力ライン
には、水位調節計６０の出力信号によりカスケード動作
する優先器６５が付加されている。

水位調節計６０の具体的な構成例を第２図に示す。

同図において、給水加熱器５および脱気器１に設置され
た圧力検出器６１．６３による器内圧力と、給水加熱器
５の出口ドレン温度検出器６４によるトレン温度ならび
に比例・積分調節器７１からの出力による調節弁開度指
令が流量演算部７２に入力される。この流量演算部７２
には、その他に、給水加熱器ドレンクーリングゾーンロ
ス、配管損失、調節弁取付は位置差等の諸条件が事前に
入力されている。

これら入力条件により流量演算部７２は給水加熱器５〜
脱気器１間のドレン流量および配管流速を演算し、過流
速ポイントの判定を行う。

一方、制限演算部７３では、流量演算部７２の演算結果
により、脱気器ライン調節弁１６の制限値を比較器７４
へ出力すると共に、給水加熱器４のバックアップライン
調節弁１５を先行作動させるべく、優先器６５へ向けて
カスケード信号を出力する。

また、給水加熱器５のドレン水位制御は次のように行わ
れる。

脱気器１と給水加熱器４に設置された圧力検出器６３．
６２による器内圧力か比較演算部７５に人力される。

比較演算部７５はこの条件により給水加熱器４〜脱気器
１間の回収条件を演算し、その結果を設定切替器７６．
７７へ出力する。

設定切替器７６．７７は、この信号により設定値をステ
ップ的に切替える。さらに発電機（図示せず）の出力信
号７８により、負荷演算部７９はプラント運用が上昇か
降下かを判定し、水位信号切替器８０．８１へ出力する
。

水位信号切替器８０．８１はこの信号を入力すると、水
位検出器３０の水位信号または先行微分演算器８２．８
３を介した水位信号に切替える。

水位信号切替器８１と設定切替器７７の信号は比例・積
分調節計器８４に入力され、給水加熱器４の調節弁１７
の開度を制御する。

上述のように構成された本発明の制御装置において、ボ
イラー変圧運転やＢＦＰ−Ｔの運転モードの違いにより
発生する配管振動、給水加熱器レベルの不安定を防止す
る演算は次のようにして行われる。

即ち、プラント運用か上昇過程で給水加熱器４と脱気器
１間の圧力差か回収可能（給水加熱器４の器内圧力〉脱
気器１の器内圧力士位置差）となると、給水加熱器４の
ドレンは脱気器１へ回収されるため、給水加熱器５のド
レン回収も熱効率が最も良い給水加熱器４へ切替える。

この際、ボイラー変圧運転やＢＦＰ−Ｔの運転モードの
違いにより給水加熱器４と脱気器１間の圧力条件成立が
ユニット負荷ベースで大きく遅れるが、この場合、次段
の給水加熱器（ＨＦ２・・・図示せず）および給水加熱
器６はタービン抽気を用いているため、負荷に比例した
ドレン量となっているので、回収量である給水加熱器５
てのドレンは規定圧力運転時とほぼ同等となっている。

また給水加熱器４と脱気器１間の圧力条件の成立は負荷
上昇率、ＢＥＰ−Ｔの運転モード、変圧運転パターンに
より変わるため、調節計６０は次の二通りの演算を行う
。

■　給水加熱器４と脱気器１の圧力検出器６２．６３の
信号により比較演算部７５で圧力条件を演算し、発電機
用カフ８、負荷演算部７９でプラント運用が上昇か下降
かを演算する。これらの演算結果は設定切替器７６．７
７および水位信号切替器８０．８１へ入力される。

各設定切替器３３．３４は圧力条件成立と共に設定値を
ステップ的に瞬時に切替えられる。

プラント運用か上昇中の場合は、水位信号切替器８１が
先行微分演算部８３側へ切替わる。またプラント運用が
降下中の場合は、切替器８０が先行微分演算部８２側へ
切替わる。これらの動作は一定時間のみ行われる。

■　前記■とは別に、流量演算部７２と制限演算部７３
により過流速ポイントを演算し、過流速ポイントに達し
たならば、優先器７４を介して給水加熱器５の脱気器側
の調節弁１６に開度制限を加えるとともに、優先器６５
を介して給水加熱器４の復水器側の調節弁１５を先行的
に開動作させる。また制限演算部７３には、比較演算部
７５の信号も人力されており、設定切替器７７の作動時
にも給水加熱器４の復水器側調節弁１５は同様の開動作
を行う。

以上の一連の動作により、ボイラー変圧運転やＢＦＰ−
Ｔ運転モード変化により発生する配管振動や各給水加熱
器ドレンレベルの高・極高を抑えることができ、安定し
た水位制御を行うことが可能となる。

なお、本発明の他の実施例としては、次のような変形例
が考えられる。

■　給水加熱器５にバックアップライン調節弁か設置さ
れている場合も、これを同様に活用することで、上記と
同様の効果か得られる。なお、この場合は給水加熱器５
の切替えに伴う変化量をバックアップ調節弁にて逃がし
、給水加熱器４への回収量を減少させることになる。

■　給水加熱器６、給水加熱器２０にバックアップライ
ン調節弁が設置されている場合もそれを上記と同様に活
用することにより同様の効果が得られる。

■　前記実施例では、ドレン量を算出するに際し、各給
水加熱器に設置された圧力検出器により行っているか、
圧力検圧はタービンまたはＢＦＰ・Ｔの抽気・背気圧力
で行うようにしても同様の効果か得られる。

■　前記天施例では、バックアップライン調節弁の作動
を優先器により行っているか、バックアップライン調節
弁の比例・積分調節器の設定値を変更する方法でも同様
の効果が得られる。

なお、本発明において、バックアップライン調節弁とは
、当該給水加熱器の前段、次段、または次段以降の給水
加熱器や復水器等における調節弁を意味しており、これ
らの二つ以上を制御しても同様の効果か得られる。

［発明の効果］ 前記の如く、本発明によれば、ボイラー変圧運転やＢＦ
Ｐ−Ｔ運転モード変化により発生する配管振動や高圧最
終段給水加熱器、低圧給水加熱器のレベルの高・極高を
押え、安定した水位制御か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による給水加熱器ドレン水位制御装置の
実施例を示す系統図、第２図は第１図の装置における水
位調節計の具体的構成例を示すブロック図、第３図と第
４図は従来の給水過熱器ドレン水位制御装置の系統図で
ある。 １・・・・・・・・・脱気器 ２・・・・・・・・・給水管 ３・・・・・・・・給水ポンプ ４．５．６．２０・・給水加熱器 １３．１４．１６．１７．１８・・・調節弁１５・・・
・・・・・バックアップライン調節弁２１・・・・復水
器 ２２・・・・・・・・・水位検出器 ２３．２４．２５．２６．２７．３２．６０・・・水位
調節計 ３０．３１・・・水位検出器 ３３．３４・・・設定切替器 ６１　、 ６５・ ７２　・・ ７３・・ ７４　・・ ７５　・・ ８０． ８２． ６２．６３・・圧力検出器 ・・・・・・温度検出器 ・・・・・優先器 ・・・・・流量演算部 ・・・・・・制限演算部 ・・・・比較器 ・・・比較演算部 ８１・・・水位信号切替器 ８３・・・先行微分演算部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧系給水加熱器から脱気器へ向かうドレン回収ライン
   を有し、主タービン抽気や抽背型ボイラ給水ポンプター
   ビンの抽背気を前記給水加熱器の加熱源とするプラント
   において、前記給水加熱器の器内圧力、前記脱気器の器
   内圧力、ドレン温度、調節弁開度または開度指令により
   ドレン流量と配管流速・圧力差による切替タイミングを
   演算し、更に配管過流速ライン調節弁の開度制限値とバ
   ックアップライン調節弁の必要開度を演算して比例・積
   分演算器および水位調節計の出力信号へ先行的に印加し
   、調節弁を制御すると共に、前記切替タイミング時は開
   動作側の比例・積分演算部を一定時間のみ微分先行形比
   例・積分・微分演算制御とすることを特徴とする給水加
   熱器のドレン水位制御装置。