JPH0613922B2 - ボイラ起動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、再熱器を備えたボイラ装置における起動を制
御するボイラ起動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ボイラ装置においては、その起動時、生成された蒸気の
温度および圧力が所定の値に達するまでは当該蒸気のタ
ービンへの供給は遮断される。そして、当該ボイラ装置
が一段又は二段以上の再熱器を有する場合には、タービ
ンへの蒸気供給が遮断されている間、当該再熱器に対し
て冷却用の蒸気が供給される。このようなシステムのう
ち、現在検討されているシステムを図により説明する。

第４図は二段再熱器ボイラ装置の起動制御装置の系統図
である。図で、Ｔ_１は高圧タービン、Ｔ_２は中圧タービ
ン、Ｔ_３は低圧タービンである。

１は生成した蒸気を過熱してこの過熱蒸気を高圧タービ
ンＴ_１に供給する過熱器、２は過熱器１と高圧タービン
Ｔ_１との間に介在する高圧タービン止弁、３は逆止弁で
ある。４は高圧タービンＴ_１から出た蒸気を再度加熱し
て中圧タービンＴ_２に供給する一段再熱器、５は一段再
熱器４と中圧タービンＴ_２との間に介在する中圧タービ
ン止弁、６は逆止弁である。７は中圧タービンＴ_２から
出た蒸気を再度加熱して低圧タービンＴ_３に供給する二
段再熱器、８は二段再熱器７と低圧タービンＴ_３との間
に介在する低圧タービン止弁である。

10は起動時において過熱器１からの蒸気をバイパスする
高圧タービンバイパス弁、11はバイパスされた蒸気を貯
溜する蒸気溜め、12は蒸気溜め11における余剰蒸気を復
水器ダンプライン13に排出する余剰蒸気排出弁である。
14は高圧タービンバイパス弁10内に注入されて蒸気溜め
11の蒸気を冷却する水を供給する注水ラインである。15
は注水ライン14に介在する高圧タービンバイパススプレ
弁であり、高圧タービンバイパス弁10への注水量を調整
する。16は起動時に蒸気溜め11の蒸気を一段再熱器４へ
供給する一段再熱器冷却弁、17は同じく起動時に蒸気溜
め11の蒸気を二段再熱器７へ供給する二段再熱器冷却弁
である。18は中圧タービンＴ_２への蒸気を復水器ダンプ
ライン13にバイパスする中圧タービンバイパス弁、19は
低圧タービンＴ_３への蒸気を復水器ダンブライン13にバ
イパスする低圧タービンバイパス弁である。

20は過熱器１の出口蒸気圧力を検出する圧力検出器、21
は圧力検出器20の検出値に基づいて高圧タービンバイパ
ス弁10の開度を制御する圧力制御装置である。22は蒸気
溜め11の蒸気温度を検出する温度検出器、23は蒸気溜め
11の蒸気圧力を検出する圧力検出器、24は温度検出器22
の検出値に基づいて高圧タービンバイパススプレ弁15の
開度を制御する温度制御装置、25は圧力検出器23の検出
値に基づいて余剰蒸気排出弁12の開度を制御する圧力制
御装置である。温度制御装置24および圧力制御装置25の
構成については、第５図および第６図により後述する。
26、27はそれぞれ一段再熱器４の出口の蒸気温度、蒸気
圧力を検出する温度検出器、圧力検出器である。28は温
度検出器26の検出値に基づいて一段再熱器冷却弁16の開
度を制御する温度制御装置、29は圧力検出器27の検出値
に基づいて中圧タービンバイパス弁18の開度を制御する
圧力制御装置である。30、31はそれぞれ二段再熱器７の
出口の蒸気温度、蒸気圧力を検出する温度検出器、圧力
検出器である。32は温度検出器30の検出値に基づいて二
段再熱冷却弁17の開度を制御する温度制御装置、33は圧
力検出器31の検出値に基づいて低圧タービンバイパス弁
19の開度を制御する圧力制御装置である。

次に、この起動制御装置の動作の概略について説明す
る。通常運転時においては、過熱器１、一段再熱器４お
よび二段再熱器７の出口の蒸気温度、蒸気圧力はいずれ
も各タービンへの通気可能の状態にあり、この状態は各
検出器で検出されて高圧タービン止弁２、中圧タービン
止弁５、低圧タービン止弁８は開かれ、高圧タービンバ
イパス弁10、中圧タービンバイパス弁18、低圧タービン
バイパス弁19は全閉とされる。したがって、生成された
蒸気は、過熱器１、高圧タービンＴ_１、一段再熱器４、
中圧タービンＴ_２、二段再熱器７、低圧タービンＴ_３に
供給され、各タービンＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３が駆動される。

これに対して、ボイラ起動時には、過熱器１の出口の蒸
気温度、蒸気圧力は高圧タービンＴ_１に通気できる程度
まで上昇していないので、高圧タービン止弁２は全閉に
されるとともに、圧力制御装置21は高圧タービンバイパ
ス弁10を開いて過熱器１からの蒸気をバイパスさせる。
この場合、高圧タービンバイパス弁10の開度は過熱器１
の出口蒸気圧力が規定値となるように制御される。高圧
タービンバイパス弁10を通過した蒸気は蒸気溜め11に貯
溜される。ところで、高圧タービン止弁２が全閉とされ
た状態では、一段再熱器４および二段再熱器７には蒸気
が通気されないので、これらは空焚き状態となる。この
ような状態を避けるため、一段再熱器４および二段再熱
器７には、温度制御装置28、32により一段再熱器冷却弁
１６、二段再熱器冷却弁17が開かれて蒸気溜め11の蒸気
が供給される。一段再熱器冷却弁16と二段再熱器冷却弁
17の開度は、それぞれ一段再熱器４、二段再熱器７の出
口蒸気温度が中圧タービンＴ_２、低圧タービンＴ_３に通
気するのに適当な値となるように各温度制御装置28、32
により制御される。この場合、中圧タービン止弁５およ
び低圧タービン止弁８は各再熱器４、７から通気可能温
度の蒸気が得られるまでは全閉とされ、一段再熱器４を
通った蒸気は中圧タービンバイパス弁18を通って復水器
ダンプライン13に排出され、又、二段再熱器７を通った
蒸気は低圧タービンバイパス弁19を通って復水器ダンプ
ライン13に排出される。中圧タービンバイパス弁18およ
び低圧タービンバイパス弁19の開度は、それぞれ圧力制
御装置29、33により一段再熱器４、二段再熱器７の出口
蒸気圧力が規定値となるように制御される。

蒸気溜め11の蒸気温度は注水ライン14から高圧タービン
バイパス弁10内に供給される水により適宜の値に制御さ
れる。このような制御は、温度制御装置24により高圧タ
ービンバイパススプレ弁15の開度を制御することにより
行なわれる。ここで、温度制御装置24の構成および動作
を第５図により説明する。

第５図は温度制御装置のブロツク図である。図で、35は
所定の蒸気温度を設定する温度設定器、36は減算器、37
は比例積分器である。温度検出器22からは蒸気溜め11の
蒸気温度に応じた信号が出力され、この信号は温度設定
器35に設定された温度設定値と減算器36において比較さ
れる。減算器36は両者の偏差信号を出力し、この偏差信
号は比例積分器37を介して高圧タービンバイパススプレ
弁15の開度を制御する。

蒸気溜め11の蒸気圧力は余剰蒸気排出弁12から余剰の蒸
気を排出することにより規定圧力に保持される。この制
御は、圧力制御装置25により余剰蒸気排出弁12の開度を
制御することにより行なわれる。ここで、圧力制御装置
25の構成および動作を第６図により説明する。

第６図は圧力制御装置のブロツク図である。図で、38は
所定の蒸気圧力を設定する温度設定器、39は減算器、40
は比例積分器である。圧力検出器23からは蒸気溜め11の
蒸気圧力に応じた信号が出力され、この信号は圧力設定
器38に設定された圧力設定値と減算器39において比較さ
れる。減算器39は両者の偏差信号を出力し、この偏差信
号は比例積分器40に入力され、余剰蒸気排出指令信号
となって余剰蒸気排出弁12の開度を制御する。

［発明が解決しようとする課題］ さて、起動時において、一段再熱器４および二段再熱器
７に供給される冷却蒸気の必要蒸気量は、蒸気溜め11の
蒸気温度に大きく依存し、一般に当該蒸気温度が低温で
あるほど必要蒸気量を少なくすることができるという関
係にある。ところが、第４図に示される検討中の起動制
御装置においては、蒸気溜め11の蒸気圧力および蒸気温
度を制御する余剰蒸気排出弁12および高圧タービンバイ
パススプレ弁15、各再熱器４、７への冷却蒸気の蒸気量
を制御する一段再熱器冷却弁16、二段再熱器冷却弁17は
それぞれ互いに無関係に制御されている。そして、この
ように上記各弁の開度制御の協調が全く存在しない上記
装置の場合においては、冷却蒸気量が不足して各再熱器
４、７が空焚き状態になるのを防ぐため、即ち、冷却蒸
気量が少量であっても各再熱器４、７を充分な冷却状態
に維持するため、蒸気溜め11の蒸気温度を、飽和温度以
下にならない範囲でできるだけ低い値にしておく必要が
ある。このため、温度制御装置24における温度設定器35
の設定値は低い値に設定されている。

この結果、上記の起動制御装置にあっては、蒸気溜め11
の蒸気温度を低下させるため高圧タービンバイパススプ
レ弁15を経て高圧タービンバイパス弁10内に常時多量の
スプレ水を注入する必要があり、このため、注水ライン
14に接続された注水ポンプ（図示されていない）を運転
する動力が大となる。又、高圧タービンバイパススプレ
弁15の通過流量が大となるので、高圧タービンバイパス
スプレ弁15の設備容量が大きくなる。さらに、蒸気溜め
11の蒸気温度が低いため、各再熱器４、７の冷却に対し
て可成りの蒸気が余剰となり、この余剰分により蒸気溜
め11の蒸気圧力が上昇し、このため、余剰蒸気排出弁12
から多量の蒸気を排出し続けて圧力を逃がす必要があ
り、余剰蒸気排出弁12の設備容量も大になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、上記装置の問題点を解決し、注水ポン
プの運転動力を減少することができ、かつ、高圧タービ
ンバイパススプレ弁および余剰蒸気排出弁の容量を小さ
くすることができるボイラ起動制御装置を提供するにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は、過熱器からの蒸
気を、タービンをバイパスして前記蒸気を冷却するプレ
ス装置および蒸気溜めを経て再熱器へ供給する蒸気供給
手段と、前記再熱器へ供給しない余剰蒸気を排出する余
剰蒸気排出弁とを備えたボイラ起動制御装置において、
前記蒸気溜めの温度および圧力、並びに前記余剰蒸気排
出弁を制御する圧力制御装置の出力に基づいて前記スプ
レ装置を制御する冷却制御装置を設けたことを特徴とす
る。

［作用］ ボイラ起動時、タービンをバイパスして過熱器から送ら
れた蒸気は蒸気溜めに貯溜される。この貯溜された蒸気
の圧力が高くなると圧力制御装置の出力により蒸気排出
弁が操作され、ここから余剰蒸気が排出される。蒸気溜
めの蒸気温度と蒸気圧力、および上記圧力制御装置の出
力に基づいて、タービンをバイパスして上記溜めに送ら
れる蒸気の冷却量が冷却制御装置で制御される。これに
より、スプレ装置や蒸気排出弁の容量を小さくすること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るボイラ起動制御装置の系
統図である。図で、第４図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。43はスプレー量制御装
置であり、蒸気溜め11の蒸気温度および蒸気圧力を温度
検出器22および圧力検出器23からとり入れるとともに、
余剰蒸気排出弁12の開度を指令する余剰蒸気排出指令信
号もとり入れ、これらとり入れた値に基づいて高圧タ
ービンバイパススプレ弁15の開度を制御する。

このスプレー量制御装置43は、冷却蒸気量が不足する場
合は冷却蒸気温度を低下させてその不足を補ない、逆に
冷却蒸気量が余剰の場合は冷却蒸気温度を上昇させて注
水量および余剰蒸気排出量を低減させるように機能す
る。本実施例では、高圧タービンバイパススプレ弁15の
開度制御を、従来装置における温度制御装置24に代えて
スプレー量制御装置43により行なうものである。

第２図は第１図に示すスプレー量制御装置の具体例のブ
ロツク図である。図で、44は圧力検出器23で検出された
蒸気溜め11の蒸気圧力に対応した値（蒸気温度制限値信
号ｔ_１）を出力する関数発生器である。この関数発生器
の特性を第３図に示す。第３図で、横軸には圧力検出器
23からの蒸気圧力信号ｐが、又、縦軸には関数発生器44
の出力である蒸気温度制限値信号ｔ_１がとってある。ｐ
_１は圧力ブレークポイント、ｐ_２は余剰蒸気排出弁12の
開度を制御する圧力制御装置25における圧力設定器38に
設定された圧力である。ｔ_1Hは蒸気圧力ｐが圧力ブレー
クポイントｐ_１以上であるとき出力される温度高制限値
であり、この温度高制限値ｔ_1Hは各再熱器４、７の設計
上許容できる冷却蒸気温度の上限値に設定されている。
ｔ_1Lは蒸気圧力ｐが極めて低い場合に出力される温度低
制限値であり、飽和温度より数℃程度高い蒸気温度下限
値に設定されている。

再び第２図の説明に戻り、45は信号設定器、46は余剰蒸
気排出指令信号と信号設定器45に設定された信号との
差を演算する減算器、47は比例積分器である。48は信号
低選択器であり、比例積分器47の出力信号と関数発生器
44から出力される蒸気温度制限値信号ｔ_１のうち小さい
方の信号を選択し、冷却蒸気温度設定値ｔ_２として出力
する。49は減算器であり、蒸気溜め11の蒸気温度を検出
する温度検出器22の検出値と信号低選択器48から出力さ
れる冷却蒸気温度設定値ｔ_２との差を出力する。50は比
例積分器である。

次に、本実施例の動作を第２図に示すスプレー量制御装
置の具体例に基づいて説明する。第２図で、余剰蒸気排
出指令信号と対比されるべき信号設定器45に設定され
る値は、余剰蒸気排出弁12の開度を全閉又は低開度とす
る値に選定されている。ここで、蒸気溜め11の蒸気圧力
が大で（余剰蒸気量が多く）余剰蒸気排出弁12から多量
の蒸気が排出されている場合、余剰蒸気排出指令信号
も大である。したがって、減算器46、比例積分器47の出
力は大となる。一方、関数発生器44の出力信号ｔ_１は、
余剰蒸気排出弁12が開いている間蒸気溜め11の圧力が圧
力ｐ_２以上であっても、温度高制限値ｔ_1Hとなる。とこ
ろで、通常は比例積分器47の出力は温度高制限値ｔ_1Hよ
りも低いので、信号低選択器48は比例積分器47の出力を
選択する。このため、冷却蒸気温度設定値ｔ_２（蒸気溜
め11の蒸気温度設定値）は増加した値となり、減算器49
で温度検出器22の検出値と比較される。なお、比例積分
器47の出力信号のレベルは比例定数により温度レベルに
調整されているが、設定温度に特殊の変化をもたせよう
とする場合には比例積分器47の出力側に関数発生器を挿
入すればよい。減算器49の出力は、設定値ｔ_２が増加し
たことにより減少し、比例積分器50を介して高圧タービ
ンバイパススプレ弁15の開度を小さくする。この結果、
冷却蒸気の温度は上昇し、各再熱器４、７の出口におけ
る蒸気温度も高くなり、温度制御装置28、32により一段
再熱器冷却弁16および二段再熱器冷却弁17の開度が大と
されてより多くの冷却蒸気が供給される。このように、
各再熱器４、７への冷却蒸気供給量が増大するため、蒸
気溜め11の圧力は低下し、圧力制御装置25の出力信号
の値も減少し、余剰蒸気排出弁12の開度は小となって排
出蒸気量を減少させる。即ち、スプレー量制御装置は、
余剰蒸気の排出量が増大しようとすると蒸気溜め11の温
度と比較すべき設定値を増加させてその偏差を小にし、
これにより高圧タービンバイパス弁15の開度を小さくし
てスプレー量を減らし、冷却蒸気温度を上昇させて再熱
器４、７への冷却蒸気供給量を増加させ、余剰蒸気排出
弁12からの余剰蒸気排出量の増大を抑制するように作動
する。

逆に、何らかの理由により、一段再熱器冷却弁16、二段
再熱器冷却弁17の開度が大となって各再熱器４、７への
冷却蒸気量が増大し、余剰蒸気排出弁12の開度がスプレ
ー量制御装置43の設定器45に設定された値より低くなっ
た場合、又は、余剰蒸気排出弁12が全閉してもなお、圧
力制御装置25の比例積分器40へ負の圧力偏差信号が入力
されて信号が負の信号となっている場合には、信号低
選択器48から出力される冷却蒸気温度設定値ｔ_２は低下
するので、減算器49からの偏差信号が大きくなり、高圧
タービンバイパススプレ弁15の開度が増大してスプレー
量を増し、冷却蒸気温度を低下させる。これにより、一
段再熱器冷却弁16、二段再熱器冷却弁17の開度は減少し
てその流量も減少し、蒸気溜め11の圧力が増加するの
で、余剰蒸気排出弁12の開度は設定器45に設定された値
に向けて増加する。

このろうに、余剰蒸気弁１２の開度は常時設定器４５に
設定された低開度になるように制御されるので、余剰蒸
気排出弁12には小容量の弁を用いることができる。又、
各再熱器４、７にはできるだけ高温の冷却蒸気を多量に
供給するような制御が行なわれるので、高圧タービンバ
イパススプレ弁15による冷却蒸気へのスプレー量は常に
抑制され、注水ポンプの動力を減少させることができ、
さらに当該弁15に小容量の弁を用いることができる。

次に、関数発生器44の機能について説明する。今、蒸気
溜め11の圧力が圧力制御装置25の設定器38に設定された
値ｐ_２付近にある場合、何等かの理由で一段再熱器冷却
弁16、二段再熱器冷却弁17の開度が急減すると、蒸気溜
め11の圧力が増大して信号の値が大となり、したがっ
て比例積分器47の出力も急増する。一方、蒸気溜め11の
圧力が増大し、圧力検出器23の検出値が大きくなって
も、関数発生器44の出力は第３図に示す特性から明らか
なように値ｔ_1H一定で変化しない。そして、比例積分器
47の増大した出力が値ｔ_1Hを超えると、信号低選択器48
から出力される冷却蒸気温度設定値ｔ_２は比例積分器47
の出力の増大にもかかわらず値ｔ_1H一定となる。ところ
で、仮に関数発生器44が存在しない場合を考えると、冷
却蒸気温度設定値ｔ_２は信号の増大にしたがって増大
し、高圧タービンバイパススプレ弁15の開度を小さくし
て蒸気溜め11の圧力を益々増大させる方向の制御が行な
われて不都合である。しかし本実施例では、関数発生器
44が設けられていることにより冷却蒸気温度設定値ｔ_２
は値ｔ_1Hを超えて上昇することはなく、これにより上記
の不都合は解消される。

又、何等かの理由により一段再熱器冷却弁16、二段再熱
器冷却弁17へ供給する冷却蒸気に不足を生じる状態が発
生したとする。このような場合、当然蒸気溜め11の圧力
が急激に低下し、圧力検出器23の検出値も急速にｐ
_１（圧力ブレークポイント）未満となり、関数発生器44
の出力ｔ_１も値ｐ_１未満となった時点から急速に減少し
遂には温度低制限値ｔ_1Lに達する。このとき、信号も
低下し、比例積分器47の出力も低下するのであるが、そ
の低下が緩慢である場合には、信号低選択器48は関数発
生器44の低出力ｔ_１を冷却蒸気温度設定値ｔ_２として選
択する。これにより、減算器49からの偏差信号は急速に
増大し、高圧タービンバイパススプレ弁15の開度を増大
させるので、冷却蒸気温度は低下し、必要な冷却蒸気量
を減少させて不足分を補ない、早急に流量バランスを回
復させる。

このように、本実施例では、蒸気溜めの蒸気温度の設定
値を余剰蒸気排出弁の弁開度信号に応じて変化させ、前
記蒸気温度と前記設定値との偏差に応じて高圧タービン
バイパススプレ弁を制御するようにしたので、注水ポン
プの動力を減少させることができ、かつ、余剰蒸気排出
弁、高圧タービンバイパススプレ弁、余剰蒸気排出ライ
ンの容量を小さくすることができる。さらに、予め定め
られた特性を有する関数発生器により蒸気溜め，圧力に
対応して蒸気温度制限値を出力し、特定の状態のときこ
の値を前記蒸気温度の設定値として用いるようにしたの
で、各再熱器への冷却蒸気の急減時や冷却蒸気不足時に
おける補償を行なうことができ、装置の信頼性を増大す
ることができる。さらに又、系統中の配管も小さくする
ことができる。

なお、上記実施例の説明では、再熱器が二段備えられて
いるボイラ装置について説明したが、再熱器が一段又は
三段以上であっても適用可能であるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、蒸気溜めの蒸気温度お
よび余剰蒸気排出量に基づいて冷却蒸気に対する冷却動
作を制御するようにしたので、注水ポンプの動力を減少
させることができ、又、冷却蒸気を冷却する注水弁、余
剰蒸気を排出する排出弁および余剰蒸気を排出する排出
ラインの容量を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るボイラ起動制御装置の系
統図、第２図は第１図に示すスプレー量制御装置の具体
例のブロツク図、第３図は第２図に示す関数発生器の特
性図、第４図は検討中のボイラ起動制御装置の系統図、
第５図および第６図はそれぞれ第４図に示す温度制御装
置および圧力制御装置のブロツク図である。 Ｔ_１……高圧タービン、Ｔ_２……中圧タービン、Ｔ_３…
…低圧タービン、１……過熱器、４……一段再熱器、７
……二段再熱器、10……高圧タービンバイパス弁、11…
…蒸気溜め、12……余剰蒸気排出弁、15……高圧タービ
ンバイパススプレ弁、16……一段再熱器冷却弁、17……
二段再熱器冷却弁、22……温度検出器、23……圧力検出
器、25……圧力制御装置、43……スプレー量制御装置、
44……関数発生器、45……信号設定器、46、49……減算
器、47、50……比例積分器、48……信号低選択器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過熱器からの蒸気を、タービンをバイパス
   して前記蒸気を冷却するスプレ装置および蒸気溜めを経
   て再熱器へ供給する蒸気供給手段と、前記再熱器へ供給
   しない余剰蒸気を排出する余剰蒸気排出弁とを備えたボ
   イラ起動制御装置において、前記蒸気溜めの温度および
   圧力、並びに前記余剰蒸気排出弁を制御する圧力制御装
   置の出力に基づいて前記スプレ装置を制御する冷却制御
   装置を設けたことを特徴とするボイラ起動制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記冷却
   制御装置は、前記圧力制御装置の出力と設定値との偏差
   に基づく信号値と、前記蒸気溜めの圧力に基づく信号値
   とを比較して小さい方の値を選択し、この選択された値
   と前記蒸気溜めの温度との偏差信号を出力することを特
   徴とするボイラ起動制御装置。