JPH0468523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、火力発電所または原子力発電所の
給水系統に組み込まれる脱気器の水位制御システ
ムに係り、特に上記脱気器の器内圧力を確保して
給水ポンプの吸込圧力を確保するようにした脱気
器の水位制御システムに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年の火力発電所は、ほとんどFCB運転機能
を備えている。ここにFCB運転とは、所内単独
運転を意味し、火力発電所自体に何ら異常がなく
要求負荷に見合う運転が可能であるにもかかわら
ず、送電系統側の事故等が原因で送電が不可能に
なつた場合、発電プラントを停止させることな
く、火力発電所内単独で発電プラントを極低負荷
で運転させ、送電系統側の事故等の復旧後に、速
やかに発電負荷（タービン負荷）を所定の要求負
荷まで上昇させて送電を再開させ得るように待機
することをいう。

火力発電所は、その機能上、一旦火力発電プラ
ントの運転を停止させると、次の起動の際、多大
な起動損失を伴なう。このため、送電系統側の不
測の事故時等に火力発電プラントを停止させるこ
となく極低負荷運転にて安全に続行可能なFCB
運転機能を具備することは、火力発電プラントの
熱経済上特に重要なことである。

FCB運転への移行指令（以下、FCB指令とい
う。）により、タービンの蒸気加減弁は急速に閉
じる方向に絞り込まれ蒸気タービンへの主蒸気量
は急速に減少し、このためボイラと蒸気タービン
間の主蒸気管配管損失が急減する。この結果、ボ
イラ出口における主蒸気圧力が上昇する。ドラム
ボイラの場合、主蒸気圧力の上昇によりドラム圧
力が上昇し、この結果、ドラム水中に存在する気
泡が押しつぶされ、ドラム水位低下という現象が
生ずる。ドラム水位が規定値以下に下がると、ボ
イラ保護のためボイラトリツプに至る。

したがつて、FCB運転時は、ドラム水位レベ
ル低によるボイラトリツプすなわち発電プラント
トリツプを防止し、所内単独運転に安全に移行す
るため、FCB指令により一定時間給水ポンプを
作動させてボイラドラムを強制的に給水し、ドラ
ム水位を規定値以上に保つ方法が採用されてい
る。FCB運転時の過渡的な給水量は、FCB運転
以前における運転時の給水量と同等あるいはそれ
以上の量が一般的に要求される。この給水は、給
水系統に設けられた給水ポンプにより一定時間給
送され、ボイラドラム系が安定した時点で原子力
発電所の所内負荷に相当する給水量まで減少せし
められ、この減少状態で所内単独運転が継続され
る。

給水系統は復水器からドラムボイラへ給水を行
なうもので、途中に脱気器が設けられる。脱気器
は、復水をタービン抽気により加熱する。いわゆ
る直接接触式熱交換器であり、脱気器内の貯溜水
は脱気器々内圧力の飽和温度となつている。とこ
ろが、FCB運転時はFCB移行指令により蒸気加
減弁が急閉するため、タービン抽気は殆ど時を同
じくして遮断される。このタービン抽気の遮断に
より脱気器々内圧力が低下し、この圧力低下の度
合に応じて脱気器内の貯溜水のフラツシユ（気
化）現象や給水ポンプに至る脱気器降水管（給水
配管）内で給水のフラツシユ現象が引き起こされ
る。

一方、給水ポンプは、そのポンプ特性上、ポン
プにより決定される一定値以上の押込圧力が必要
であり、これを必要NPSHという。発電プラン
ト運転中、給水ポンプへの押込圧力が必要
NPSH以下になると、給水ポンプはキヤビテー
シヨンを起こし、揚水不能になり、ポンプ損傷に
至る。このため、FCB運転の成否は、FCB移行
時の給水ポンプの吸込圧力の確保、すなわち、脱
気器の器内圧力を如何に確保するかに依存する。

従来の脱気器の器内圧力は第１図に示される脱
気器の水位制御システムにより制御される。この
制御システムは、復水器１からドラムボイラ（図
示せず）に至る給水配管２には復水ポンプ３、流
量オリフイス４、脱気器水位制御弁５、低圧給水
加熱器６、脱気器７、貯水タンク８、給水ポンプ
９および流量オリフイス１０を経てドラムボイラ
に給水を供給するようになつている。上記脱気器
７には図示しない蒸気タービンからのタービン抽
気管１１が延びており、このタービン抽気により
低圧給水加熱器６からの復水が加熱、脱気され、
貯水タンク８に貯溜される。この脱気器貯溜水
は、給水ポンプ９のポンプ作用によりボイラに供
給され、このボイラで再び加熱され、蒸気となつ
て蒸気タービンを駆動する閉じたサイクルを構成
している。

一方、脱気器７の貯水タンク８内貯溜水の水位
（以下、脱気器水位という。）は脱気器水位制御装
置１２により制御される。この制御装置１２は信
号発生器１２Ａからの脱気器水位設定信号に相当
する脱気器水位制御信号Ａを脱気器水位制御弁５
に出力し、この制御信号により、脱気器水位制御
弁５の開口度を作動制御し、脱気器水位を或る定
められた範囲に制御している。具体的には、脱気
器水位制御装置１２には、給水流量計１３から給
水流量信号Ｂ、水位検出器１４から脱気器水位信
号Ｃおよび復水流量計１５から復水流量信号Ｄが
入力されて脱気器水位設定信号が演算され、脱気
器水位が低下したとき脱気器水位制御弁が開方向
に作動し、上昇したとき逆動作させる脱気器水位
制御信号Ａを出力するようになつている（三要素
制御）。この三要素制御の他に、復水流量信号と
脱気器水位信号による二要素制御や、脱気器水位
信号のみによる単要素制御もある。

しかしながら、従来の脱気器水位制御システム
においては、FCB運転時のような負荷急変時に
脱気器の器内圧力が急速に低下するという不具合
がある。すなわち、FCB移行時、ドラムボイラ
の水位レベル低によるボイラトリツプすなわち
FCB運転の失敗を回避させるために、多量の給
水が一時的にボイラに供給され、この結果、脱気
器水位は低下する。この水位低下を脱気器水位制
御装置１２が検出して、脱気器水位制御弁５に開
信号を出力するため、多量の復水が脱気器７に流
入する。他方、FCB運転により蒸気隔離弁（図
示せず）が閉じ、タービン抽気は遮断され、加熱
蒸気がなくなつたにもかかわらず、多量の復水が
脱気器７に流入する結果、脱気器７の器内圧力は
急速に低下する。

脱気器々内圧力低下により、貯水タンク８内の
貯溜水のフラツシユ現象や給水ポンプに至る給水
配管２内でフラツシユ現象が惹起され、給水ポン
プ９の必要NPSH不足が生じ結果として給水ポ
ンプトリツプが起り、FCB運転を行なうことが
不可能になる。

〔発明の目的〕

この発明は上述した点を考慮し、送電系統側等
の事故時には、発電プラントを停止させることな
く、安全かつ確実に所内単独運転に移行させるこ
とができ、熱経済上の損失を最小限に押えること
ができるようにした脱気器の水位制御システムを
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために、この発明に係
る脱気器の水位制御システムは、復水器からの給
水系統に、タービン抽気により復水を加熱、脱気
する脱気器と、この脱気器貯水タンクからの貯溜
水をボイラ等へ供給する給水ポンプと、上記脱気
器への復水供給量を調節する脱気器水位制御弁
と、この水位制御弁を作動制御する脱気器水位制
御装置とを有するものにおいて、上記脱気器水位
制御装置は、通常運転時の脱気器水位設定信号を
出力する第１設定信号発生器と、負荷急変時の脱
気器水位設定信号を出力する第２設定信号発生器
と、上記両信号発生器からの脱気器水位設定信号
を選択的に切換える切換スイツチと、この切換ス
イツチに加算器を経て接続される比例積分器等の
調節器とを有し、前記加算器には実際の脱気器水
位検出信号が入力されて切換スイツチからの脱気
器水位設定信号と比較演算される一方、前記調節
器の下流側の加算器に、復水流量検出信号および
給水流量検出信号を演算して得られる流量アンバ
ランス調整信号が入力されて比較演算され、負荷
急変時には、前記切換スイツチは負荷急変信号を
受けて第２設定信号発生器側に切換えられ、この
脱気器水位設定信号に応じて脱気器水位制御弁を
前記調節器により作動制御するようにしたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の好ましい実施例について第２
図を参照して説明する。

図は、この発明に係る脱気器の水位制御システ
ムを示し、この水位制御システムは復水器２０か
ら図示しないドラムボイラに至る給水系統２１に
設けられる。給水系統２１は復水器２０からの復
水をボイラに供給する給水配管２２を有する。こ
の給水配管２２は復水ポンプ２３、流量オリフイ
ス２４、脱気器水位制御弁２５、低圧給水加熱器
２６、脱気器２７および脱気器２７で加熱、脱気
された復水を貯溜する貯水タンク２８、給水ポン
プ２９、流量オリフイス３０を順次経て図示しな
いドラムボイラに接続される。貯水タンク２８は
複数の接続配管２２ａを介して脱気器２７に接続
しても、あるいは脱気器２７内下部に一体的に組
み込まれるようにしてもよい。

前記給水管２２の流量オリフイス２４および３
０を設置した部分には、復水流量計３２および給
水流量計３３がそれぞれ設けられる。両流量計３
２，３３からの復水流量信号Ｄおよび給水流量信
号Ｂは脱気器水位制御装置３５に入力されるよう
になつている。この脱気器水位制御装置３５には
貯水タンク２８の水位検出器３６からの脱気器水
位信号Ｃも入力されるようになつている。

脱気器水位制御装置３５は、通常運転時の脱気
器水位設定信号Ｅを出力する第１設定信号発生器
３７と、所内単独運転（FCB運転）時の脱気器
水位設定信号Ｆを出力する第２設定信号発生器３
８とを有し、両信号発生器３７，３８からの出力
信号は切換スイツチ３９および加算器４０を経て
比例積分器等の調節器４１に脱気器水位設定信号
ＥまたはＦを入力させるようになつている。上記
切換スイツチ３９は通常時には、第１脱気器水位
設定器３７側に接続される一方、FCB運転への
移行指令信号（以下、FCB指令信号）Ｇを受け
て第２設定信号発生器３８側に切り換わるように
なつている。一方、第１加算器４０には水位検出
器３６からの実際の脱気器水位信号Ｃが入力さ
れ、この水位信号Ｃを受けて切換スイツチ３９か
らの水位設定信号Ｅ，Ｆが演算され、その差分が
比例積分器４１に入力される。この比例積分器４
１から脱気器水位制御信号Ａが第２加算器４２を
経て水位制御弁２５に出力されるようになつてい
る。第２加算器４２には、第３加算器４３から流
量アンバランス調整信号Ｈが入力され、脱気器水
位制御弁２５の応答性を早め、調節している。第
３加算器４３には復水流量検出信号Ｄおよび給水
流量検出信号Ｂが入力されるようになつている。

次に、この発明の作用について説明する。

発電プラントの通常運転時には、従来の脱気器
水位制御システムと同様、脱気器水位は脱気器水
位制御装置３５により所定の選択範囲に制御され
る。このときには、脱気器水位制御装置３５は、
第１設定信号発生器３７に切換つた状態に切換ス
イツチ３９が保持され、上記信号発生器３７から
選択された通常運転時の脱気器水位設定信号Ｅが
加算器４０を経て比例積分器等の調節器４１に入
力され、この調節器４１の出力信号により脱気器
水位制御弁２５の開口度を作動制御し、脱気器水
位が設定値水位になるように制御している。

第２設定信号発生器３８の水位設定値は第１設
定信号発生器３７の水位設定値より小さな値（レ
ベル）に予め調節設定される。

しかして、FCB移行時には、負荷急変信号と
してのFCB指令信号Ｇにより、切換スイツチ３
９を作動させ、第１設定信号発生器３７から第２
設定信号発生器３８側に切り換えられる。これに
より、脱気器水位制御装置３５は、FCB運転前
の水位設定に対応していた脱気器水位信号Ｃを第
２設定信号発生器３８からの水位設定信号Ｆと比
較し、この水位設定信号Ｆを目標に脱気器水位制
御が行なわれる。この水位制御により、水位制御
弁２５の開口を閉じる方向に作動制御されるた
め、水位制御弁２５は閉方向に動作し、この結
果、脱気器２７へ流入される復水の量は絞り込ま
れ、減少する。

脱気器２７は、その脱気特性上、流入する復水
量とタービン抽気の加熱蒸気量の割合で、器内圧
力は或る値にバランスし、タービン抽気量（加熱
蒸気量）が多いほど、また復水量が少ないほど、
バランス後の脱気器々内圧力は高レベルに保たれ
る。

FCB運転時、脱気器２７の加熱蒸気量が遮断
されること、および従来の脱気器水位制御システ
ムにおいては、FCB発生によりドラムボイラに
多量の給水が要求されるため、脱気器水位が低下
し、その結果、脱気器２７に多量の復水が流入さ
れるが、本発明では、FCB移行時でも脱気器２
７への流入復水量を制限することができる。一
方、FCB運転時に、ボイラドラムに多量の給水
が要求されるのは、FCB移行時のボイラドラム
系が安定するまでの１時期のみである。

したがつて、FCB移行時に脱気器水位の低下
を予め予測し、或る値まで脱気器水位設定を
FCB指令信号により先行的に下げてやることに
より、脱気器２７への復水の過大な流入を抑止で
きる。これにより、脱気器水位を、予め設定され
た水位設定値のレベルまで安定的にかつスムーズ
に制御し、脱気器２７の器内圧力の急激な低下現
象を未然に防止できる。これにより脱気器２７内
や脱気器２７から給水ポンプ２９に至る給水配管
２２内でのフラツシユ現象を有効かつ未然に防止
できる。

なお、この発明の一実施例の説明においては、
FCB運転を中心に述べたけれども、このFCB運
転以外の負荷急変時等の負荷の過渡的現象時にも
適用することができ、負荷急変時の給水ポンプの
吸込圧力確保方法にも適用することができる。

また、一実施例ではこの発明を火力発電プラン
トの給水系統に適用した例について説明したが、
原子力発電プラントの給水系統にも同様にして適
用することができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る脱気器の水
位制御システムにおいては、脱気器水位制御装置
に、通常運転時の脱気器水位設定信号を出力する
第１設定信号発生器と、負荷急速時の脱気器水位
設定信号を出力する第２設定信号発生器と、両水
位設定器からの脱気器水位設定信号を選択的に切
換える切換スイツチと、この切換スイツチに加算
器を経て接続される比例積分器等の調節器とを有
し、前記加算器には実算の脱気器水位検出信号が
入力されて切換スイツチからの脱気器水位設定信
号と比較演算される一方、前記調節器の下流側の
加算器に、復水流量検出信号および給水流量検出
信号を演算して得られる流量アンバランス調整信
号が入力されて比較演算され、負荷急変時には、
前記切換スイツチは負荷急変信号を受けて第２設
定信号発生器側に切換えられ、この脱気器水位設
定信号に応じて脱気器水位制御弁を前記調節器に
より作動制御したから、実際の脱気器水位設定信
号は切換スイツチの下流側で加算器に入力される
ので、実際の脱気器水位設定信号は負荷急変信号
の擾乱作用を受けることなく安定的に入力される
一方、前記調節器の下流側の加算器に、復水流量
検出信号と給水流量検出信号の演算信号が流量ア
ンバランス調整信号として入力され、調節器から
の脱気器水位制御信号をバツクアツプしているの
で、脱気器水位制御弁の応答性を早めることがで
き、FCB移行時のような負荷急変時には、予め
設定された第２設定信号発生器の水位設定レベル
に脱気器水位を安定かつスムーズに制御すること
ができるので、脱気器々内圧力の急激な低下を有
効的に防止できる。このため、脱気器の貯水タン
ク内や貯水タンクから給水ポンプに至る給水配管
内でのフラツシユ現象を未然に防止でき、負荷急
変時に発電プラントの運転を停止させることな
く、安全かつ確実に所内単独運転に移行させるこ
とができ、熱経済上の損失を最小限に押えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の脱気器の水位制御システムを示
す系統図、第２図はこの発明に係る脱気器の水位
制御システムの一実施例を示す系統図である。 ２０……復水器、２１……給水系統，２２……
給水配管、２３……復水ポンプ、２５……脱気器
水位制御弁、２６……低圧給水加熱器、２７……
脱気器、２８……貯水タンク、２９……給水ポン
プ、３２……復水流量計、３３……給水流量計、
３５……脱気器水位制御装置、３６……水位検出
器、３７……第１設定信号発生器、３８……第２
設定信号発生器、３９……切換スイツチ、４０…
…加算器、４１……比例積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 復水器からの給水系統に、タービン抽気によ
   り復水を加熱、脱気する脱気器と、この脱気器貯
   水タンクからの貯溜水をボイラ等へ供給する給水
   ポンプと、上記脱気器への復水供給量を調節する
   脱気器水位制御弁と、この水位制御弁を作動制御
   する脱気器水位制御装置とを有する脱気器の水位
   制御システムにおいて、上記脱気器水位制御装置
   は、通常運転時の脱気器水位設定信号を出力する
   第１設定信号発生器と、負荷急変時の脱気器水位
   設定信号を出力する第２設定信号発生器と、上記
   両信号発生器からの脱気器水位設定信号を選択的
   に切換える切換スイツチと、この切換スイツチに
   加算器を経て接続される比例積分器等の調節器と
   を有し、前記加算器には実際の脱気器水位検出信
   号が入力されて切換スイツチからの脱気器水位設
   定信号と比較演算される一方、前記調節器の下流
   側の加算器に、復水流量検出信号および給水流量
   検出信号を演算して得られる流量アンバランス調
   整信号が入力されて比較演算され、負荷急変時に
   は、前記切換スイツチは負荷急変信号を受けて第
   ２設定信号発生器側に切換えられ、この脱気器水
   位設定信号に応じて脱気器水位制御弁を前記調節
   器により作動制御することを特徴とする脱気器の
   水位制御システム。