JPH049503A - 給水加熱器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、発電プラント等の熱交換器の給水加熱器ドレ
ン水位制御装置に関する。

（従来の技術） 通常、発電プラントにおいては、タービンプラントの熱
効率を出来るだけ向上させるために、その熱交換器に複
数の給水加熱器がカスケード状に配設されている。

これらの給水加熱器では、蒸気タービン等からの抽気等
の蒸気を導入して、ボイラー等の蒸気発生装置に供給さ
れる給水の予熱・昇温を行なっている。さらに、給水加
熱器内で給水と熱交換した蒸気は、凝縮しドレンとなり
、器内圧力の高い給水加熱器から順次器内圧力の低い給
水加熱器へカスケード方式によりドレンを流し復水系統
等に回収するようになっている。すなわち、発電プラン
ト等が通常定格負荷時には、高圧系給水加熱器からのド
レンは高圧系最終段の給水加熱器より脱気器に回収され
、また、低圧系給水加熱器からのドレンはドレンポンプ
により復水系統に回収される。

一方、発電プラント等の負荷が低下して高圧系最終段の
給水加熱器（第１高圧給水加熱器）の器内圧力が低下し
、これよりも数１０ｍ高所に設置されている脱気器への
ドレンの回収が出来なくなると、低圧系給水加熱器ヘド
レンが回収される。

このような給水加熱器では、熱交換系の熱交換率の低下
の防止および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（ｗａｔｅ
ｒ　１ｎｄｕｃｔｉｏｎ）を防止するために給水加熱器
内の水位を一定とする制御を行なっている。また、熱交
換系の熱交換率を向上させるために、高圧系給水加熱器
からのドレンを脱気器へ回収する配管を最終段の高圧系
給水加熱器だけでなく、他の高圧系給水加熱器にも接続
してドレンを回収する場合もある。さらに、これら給水
加熱器の加熱源として、主蒸気タービンからの油気のほ
かに、抽背型ボイラ給水ポンプタービン（ＢＦＰ−Ｔと
略称する）からの抽気と背気を用いる場合もある。

ここで、従来の給水加熱器ドレン水位制御装置の制御方
式を第３図について説明する。

まず、脱気器１に貯水されている給水は、給水ポンプ２
によって給水管３を通じ第１高圧給水加熱器６、第２高
圧給水加熱器７および第３高圧給水加熱器８を経て予熱
・昇温された後、ボイラー（図示せず）に送水される。

高圧給水加熱器６゜７．８には給水と熱交換し、それを
予熱・昇温させるために抽気蒸気管９，１０．１１から
油気蒸気が、また、それらの前段に配置した高圧給水加
熱器からドレン配管４３，４４，４５によりドレンが供
給されるようになっている。高圧給水加熱器６．　７．
　８で熱回収を終了したドレンは、流量ａｊｌｉ５弁２
０，２１，２２，２３，２４．２５を経てそれぞれ所定
の機器へ排出される。すなわち、第３高圧給水加熱器８
からのドレンは、ドレン配管４４と流量調節弁２５を経
て第２高圧給水加熱器７へ排出される。第２高圧給水加
熱器７からのドレンは、ドレン配管４５．４５ａと流ｊ
ｌ：Ａ節弁２３をさらに脱気器１および流量調節弁２４
を経て第１高圧給水加熱器６へそれぞれ排出される。

また、高圧給水加熱器６からのドレンは、ドレン配管４
６，４６ａ、４６ｂと流量調節弁２０゜２１．２２を経
て脱気器１および低圧給水加熱器４と復水器５へそれぞ
れ排出される。このように、ドレンの排出先が複数ある
場合、それぞれの振り分けは次のようにする。

すなわち、第１高圧給水加熱器６では、これに付設され
た水位検出器１２からの水位信号とそれぞれのドレン配
管４６ａ、４６ｂと低圧給水加熱器４に配設した水位調
節計２０．２１．２２の目標設定値との偏差により振り
分けを行う。また、第２高圧給水加熱器７では、これに
付設された水位検出器１３からの水位信号を受けて作動
する設定切替器４２をもつＰＩ水位調節計４０の作動に
よりドレン配管４５ａに配設した流量調節弁２３をスト
ップ制御し、あるいは設定切替器４１をもつＰＩ水位調
節計４１の作動によりドレン配管４５に配設した流量調
節弁２４をストップ制御して振り分けを行っている。つ
まり、第１高圧給水加熱器６ては、ドレンは、ます脱気
器１に回収され、次いで低圧給水加熱器４、復水器５の
順に回収されるようになっている。すなわち、それぞれ
の水位設定値は、標準水位（ＮＷＬ）　、ＮＷＬ十α、
ＮＷＬ＋βとなり、かつ、それらの値はＮＷＬ＜ＮＷＬ
＋α＜ＮＷＬ＋βのカスケード状になっている。

このため、高負荷時においては、ドレン系は、第１高圧
給水加熱器６よりも数１０ｍ高い位置に設置されている
脱気器１ヘドレンを排出するのに十分な圧力を有してい
るので、標準水位（ＮＷＬ）になるよう流量調節弁２０
の弁開度を調節してドレンを排出する。一方、負荷が減
少し、第１高圧給水加熱器６の圧力が低下すると、脱気
器１ヘドレンの回収が出来なくなり、そのため第１高圧
給水加熱器６内の水位が上昇しＮＷＬ＋α（＞ＮＷＬ）
となる。そこで、水位調節計１８を作動して流量調節弁
２１の弁開度を調節して低圧給水加熱器４ヘドレンを排
出する。この場合、復水器５へは、通常、ドレンを排出
しない。第１高圧給水加熱器６内のドレン水位に大きな
レベル変動（ＮＷＬ　十α以上）が生じた場合、そのバ
ックアップとしてドレンを復水器５に排出する。

また、第２高圧給水加熱器７では、上述した第１高圧給
水加熱器６から脱気器１へのドレン回収条件をヒートバ
ランスや実運転結果より負荷を把握、決定する。すなわ
ち、高負荷時には、第１高圧給永加熱器６よりドレンを
脱気器１へ回収しているため、そのＰＩ水位調節計３９
の設定値をＮＷＬとして第１高圧給水加熱器６ヘドレン
を回収し、またＰＩ水位調節計４０の設定値をＮＷＬ＋
αとする。そして、脱気器１への回収ラインはこのバッ
クアップとして待機している。一方、低負荷時には、こ
の逆の動作を行う。

ところで、このような給水・ドレン系統においては、ボ
イラー変圧運転およびＢＦＰ−Ｔの運転モードの変化に
より、給水の加熱源である抽気圧力が負荷に対し規定圧
力運転時よりも大きく低下することがある。このため、
第１高圧給水加熱器６からのドレンは、脱気器１へ回収
されずに、低圧給水加熱器４へ継続して回収される。ま
た、この回収条件により回収の切替を行っている第２高
圧給水加熱器７は、脱気器１へのドレン回収を継続して
いる。

しかしながら、第２高圧給水加熱器７よりも前段にある
第３高圧給水加熱器８およびｖ４４高圧給水加熱器（図
示せず）は、その抽気圧力が高いこと、および抽背型Ｂ
ＦＰ−Ｔの抽背気を使用していないこと等により、その
ドレン量と圧力は、規定圧力運転時とほぼ同等となって
いる。そして、ボイラー変圧運転をし、かつ抽背気を用
いている発電プラントでは、このような回収状態がその
負荷の８０％〜９０％近くになるまで継続する。このた
め、第２高圧給水加熱器７では、ここへの流入ドレンは
、はぼ定格状態であり、かつ、これらのドレンを全量脱
気器１へ回収することとなり、通常の運行と比較して配
管係数が３〜５倍となる。

また、第４図に示すような従来の他の給水加熱器ドレン
水位制御装置では、次のようにして振り分けを行ってい
る。

すなわち、第１高圧給水加熱器６では、これに付設され
た水位検出器からの水位信号とそれぞれのドレン配管に
配設した水位調節計の目標設定値との偏差により振り分
けを行う。また、第２高圧給水加熱器７では、これに付
設された水位検出器１３からの水位信号を受けて水位を
調節する唯一の水位調節計４３の作動によりドレン配管
４５゜４５ａに配設した流量調節弁２３．２４をストッ
プ制御し、負荷条件により作動する電磁弁または手動切
替器４７により振り分けを行っている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の給水加熱器ドレン水位
制御装置には、次のような問題点があった。

すなわち、第２高圧給水加熱器の切替条件を第１高圧給
水加熱器の回収条件で行なう場合には、第２高圧給水加
熱器から脱気器へのドレン回収が発電プラントの高負荷
時まで継続する。このため、ドレン配管内のドレンの過
流速や気相分離等にょリドレン配管に配管振動が生じ、
全体としてドレン配管系に大きな振動を招き、その破損
につながることになる。

また、第２高圧給水加熱器の切替条件を発電プラントの
負荷や高圧給水加熱器と脱気器間の圧力差で行なう場合
には、通常、発電プラントの５０〜７５％負荷で第２高
圧給水加熱器は脱気器へのドレン排出から第１高圧給水
加熱器への切替えを行う。一方、第１高圧給水加熱器か
ら脱気器へのドレン排出ができないため、全量のドレン
は、低正高圧給水加熱器へ排出される。このため、低圧
高圧給水加熱器から次段ヘドレンを排出できなくなり、
その液位が大巾に変動して、低圧給水加熱器および第１
高圧給水加熱器からドレン水位の高、極高を告知する警
報が頻発されることになる。このようなことは、発電プ
ラントの運転上好ましくない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、第１、
第２高圧給水加熱器および脱気器の器内圧力ならびに第
２高圧給水加熱器のドレン温度を常時検圧し、第２高圧
給水加熱器と脱気器の器内圧力、さらには流！調節弁の
弁開度によりドレン配管のドレン量と配管流速を算出す
る。次いで、算出したドレン量と配管流速ならびに第１
高圧給水加熱器と脱気器の器内圧力差により第１高圧給
水加熱器と脱気器間のドレン回収条件を算出し、第２高
圧給水加熱器からのドレンをこの回収条件により脱気器
または第１高圧給水加熱器へ振り分けるようにした給水
加熱器ドレン水位制御装置を提供することを目的として
いる。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、第１高圧給水加熱器および第２高圧給水加熱
器から脱気器へのドレン配管を有し、かつ、抽気および
抽背気を給水加熱源として用いる給水加熱器において、
第１および第２高圧給水加熱器ならびに脱気器の器内圧
力を検出する手段と、第２高圧給水加熱器のドレン温度
を検出する手段と、脱気器へのドレン配管に配設した流
量調節弁と、第２高圧給水加熱器および脱気器の器内圧
力、ドレン温度ならびに流ｆｆｉ調節弁の弁開度に基づ
いてドレン配管のドレン量と配管流速とを算出する手段
と、ドレン量と配管流速ならびに第１高圧給水加熱器と
脱気器の器内圧力差に基づいて第１高圧給水加熱器と脱
気器間のドレン回収条件を算出する手段と、算出した回
収条件に基づいて第２高圧給水加熱器からのドレンを脱
気器または第１高圧給水加熱器へ切替える手段と、を有
することを特徴とする給水加熱器ドレン水位制御装置に
関する。

（作　用） 上記のように構成された給水加熱器ドレン水位制御装置
において、第１、第２高圧給水加熱器および脱気器の器
内圧力ならびに第２高圧給水加熱器のドレン温度を、常
時検出し、第２高圧給水加熱器と脱気器の器内圧力、さ
らにはｔｆ、量調節弁の弁開度によりドレン配管のドレ
ン量と配管流速を算出する。次いで、算出したドレン量
と配管流速ならびに第１高圧給水加熱器と脱気器の器内
圧力差により第１高圧給水加熱器と脱気器間のドレン回
収条件を算出し、第２高圧給水加熱器からのドレンをこ
の回収条件により脱気器または第１高圧給水加熱器へ振
り分ける。

（実施例） 以下本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の実施例を
その系統を示す第１図と、それに用いる水位調節計の構
成を示す第２図について説明する。

なお、第３図と第４図に示した従来の給水加熱器ドレン
水位制御装置と共通する部分については、同一符号を付
し、その説明をここでは省略する。

第１図に示す給水加熱器ドレン水位制御装置の系統図に
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の貯水部より給水ポンプ２により
給水管３、第１高圧給水加熱器６（最終段の高圧給水加
熱器）、第２高圧給水加熱器７（最終段の前段にある高
圧給水加熱器）、さらに、その前段にある第３高圧給水
加熱器８および第４高圧給水加熱器（図示せず）を経て
予熱・昇温後、蒸気発生装置へ送水される。また、各高
圧給水加熱器、例えば第１、第２および第３高圧給水加
熱器６，７．８には、主タービンまたはＢＦＰ−Ｔの抽
背気の蒸気が抽気蒸気管９゜１０．１１から流入すると
ともに、前段の高圧給水加熱器からのドレンかドレン配
管４３．４４゜４５によりそれぞれ流入している。これ
らの油気蒸気とドレンとをエネルギー源として、高圧給
水加熱器で熱交換して給水を予熱・昇温する。

一方、ドレン配管４３，４４，４５，４５ａ４６．４６
ａ、４６ｂは、高圧給水加熱器、例えば第３．第２およ
び第１高圧給水加熱器８，７゜６、脱気器１、低圧給水
加熱器４、復水器５へ接続されて、それぞれドレンを排
出する。また、ドレン配管４４．４５，４５ａ、４６ａ
、４６ｂｉ：は、第１図に示すように、流量調節弁２０
，２１゜２２．２３，２４．２５が配設されている。こ
れらの流量調節弁２０，２１，２２，２３．２４は、脱
気器１、低圧給水加熱器４、復水器５、第１゜第２およ
び第３高圧給水加熱器６，７．８にそれぞれ付設された
ＰＩ（比例、積分）水位調節計１５．１６．１７，１８
．１９からの操作信号により作動する。また、第１高圧
給水加熱器６、第２高圧給水加熱器７および脱気器１の
器内圧力がそれぞれに付設された圧力検出器２６．　２
７゜２８により検出される。

また、第１．第２および第３高圧給水加熱器６゜７．８
内のドレン水位は、それぞれに付設した水位検出器１２
，１３．１４により検出されるとともに、第２高圧給水
加熱器７内の温度は、それに付設した温度検出器２９に
より検出される。また、水位調節計１８には、第２高圧
給水加熱器７に付設した水位検出器１３、第１．第２高
圧給水加熱器６，７および脱気器１に付設した圧力検出
器２６．２７．２８ならびに第２高圧給水加熱器７に付
設した温度検出器２９で検出した各出力信号が入力され
るようになっている。さらに、復水器５に付設された流
量調節弁２２とＰＩ水位調節計１７の出力ラインには、
水位調節計１８からの出力信号によりカスケード動作す
る機能をもつ優先器３０が付設されている。

このようにして構成された給水加熱器ドレン水位制御装
置においては、ボイラー変圧運転およびＢＦＰ−Ｔの運
転モードの相異により発生する配管振動、給水加熱器の
水位の不安定を防止する演算は、次のような構成をもつ
水位調節計１８により行うようになっている。すなわち
、第２図に示すように、この水位調節計１８には、ＰＩ
演算器３１．３２、設定切替器３３，３４、比較器３５
、比較演算器３６、流量演算器３７および制限演算器３
８が内蔵されている。そして、第１．第２高圧給水加熱
器６．７と脱気器１に付設された圧力検出器２６．２７
．２８により検出されたそれぞれの器内圧力および第２
高圧給水加熱Ｓ２の出口に配設された温度検出器２９に
より検出されたドレン温度、水位検出器１３により検出
された第２高圧給水加熱器２のドレン水位および流量調
節弁開度指令が水位調節計１８の演算器３７に人力され
る。また、この演算器３７には、ドレン・クーリングゾ
ーンロス、配管損失、流ｊｉｌ１節弁取付は位置差等の
諸条件（諸損失）が予め入力されている。これらの入力
条件に基づいて演算器３７は、まず第２高圧給水加熱器
７〜脱気器１間のドレン流量およびドレン配管の配管流
速を演算する。この演算によりドレン配管の過流速ポイ
ントが明確になる。

また、演算器３８では、演算器３７で求めたドレン流量
とＰＩ演算器３１からの弁開度指令とに基づいて、脱気
器１へのドレン配管４５ａに配設した流量調節弁２３へ
の制限値を比較器３５へ出力するとともに、流量調節弁
２２をカスケード制御する。これにより、発電プラント
が高負荷で、かつ、第１高圧給水加熱器６から脱気器１
へのドレン回収ができない場合、ドレン配管が過流速と
なるまで第２高圧給水加熱器７からのドレンは脱気器１
へ回収される。そして、さきに演算器３７で算出した過
流速ポイントとなった時に流量調節弁２３の弁開度を制
御する。これにより、ミスマツチ分（余剰ドレン）は、
流量調節弁２４を経て第１高圧給水加熱器６へ回収され
る。しかし、第１高圧給水加熱器６から脱気器１ヘドレ
ンを回収出来ないため、低圧給水加熱器４からドレンの
排出が不能となり高・極高警報を発することになる。

そこで流量調節弁２２の弁開度の開動作をさせ復水器５
ヘドレンを排出する。

次に、第１高圧給水加熱器６と脱気器１に付設した圧縮
検出器２６．２８によりドレン回収条件を確認する。回
収可能な状態（すなわち、第１高圧給水加熱器の器内圧
力〉脱気器の器内圧力十位置差）となった時に、流量調
節弁２２．２３の弁開度制限とカスケード制御を中止す
る。そして、脱気器１側のＰＩ演算器３１のドレン水位
設定値をＮＷＬ−４ＮＷＬ＋αへ、第１高圧給水加熱器
６側のＰＩ演算器３２のドレン水位設定値をＮＷＬ＋α
−ＮＷＬへそれぞれ切替えて、通常の制御状態に給水加
熱器ドレン水位制御装置を戻す。

以上の制御動作により、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
のドレン水位の高・極高を押えた安定したドレン水位制
御が可能となる。

また、本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の他の実
施例においては、第３高圧給水加熱器８にバックアップ
調節弁（流量調節弁）が配設されている場合には、これ
を前記実施例と同様の制御動作により同様の制御効果が
得られる。この場合には、第２高圧給水加熱器７への流
入ドレン量が減少するため、その結果、第１高圧給水加
熱器６へのドレン回収量が減少する。

また、さらに次段の第４高圧給水加熱器にバックアップ
調節弁（流量調節弁）が配設されている場合にも、前記
実施例と同様の制御動作により同様の制御効果が得られ
る。

さらに、ドレン量の演算の際、各給水加熱器の器内圧力
を用いているが、これに代えてタービンまたはＢＦＰ−
Ｔの抽気圧力を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボイラー変圧運転およびＢＦＰ−Ｔ運
転モード変化により発生する配管振動を防止できるとと
もに最終段の高圧吸水加熱器（第１高圧給水加熱器）お
よび低圧給水加熱器のドレン水位の高・極高を抑え安定
したドレン水位制御を行うことができるので警報を頻発
することなく極めて安定した発電プラントの運転が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の給水加熱器ドレン水位制御装置の実施
例の系統図、第２図はこのドレン水位制御装置に用いる
水位調節計の構成図、第３図は従来の給水加熱器ドレン
水位制御装置の系統図、第４図は従来の他の給水加熱器
ドレン水位制御装置の系統図の一部である。 １・・脱気器、２・・・給水ポンプ、３・・・給水配管
、４・・・低圧給水加熱器、５・・・復水器、６・・・
第１高圧給水加熱器、７・・・第２高圧給水加熱器、８
・・・第３＾圧給水加熱器、１８・・・水位調節計、４
３〜４６・・・ドレン配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１高圧給水加熱器および第２高圧給水加熱器から脱気
   器へのドレン配管を有し、かつ、抽気および抽背気を給
   水加熱源として用いる給水加熱器において、 前記第１および第２高圧給水加熱器ならびに脱気器の器
   内圧力を検出する手段と、 前記第２高圧給水加熱器のドレン温度を検出する手段と
   、 前記脱気器へのドレン配管に配設した流量調節弁と、 前記第２高圧給水加熱器および脱気器の器内圧力、前記
   ドレン温度ならびに前記流量調節弁の弁開度に基づいて
   ドレン配管のドレン量と配管流速とを算出する手段と、 前記ドレン量と配管流速ならびに前記第１高圧給水加熱
   器と脱気器の器内圧力差に基づいて前記第１高圧給水加
   熱器と脱気器間のドレン回収条件を算出する手段と、 前記算出した回収条件に基づいて前記第２高圧給水加熱
   器からのドレンを前記脱気器または前記第１高圧給水加
   熱器へ切替える手段と、 を有することを特徴とする給水加熱器ドレン水位制御装
   置。