JPH0650531A - ボイラの燃料ガス圧力安定化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス焚ボイラのファーストカットバック（Ｆ
ＣＢ）動作時においても、燃料ガス流量制御における燃
料ガスの圧力を安定化させることを可能とする。 【構成】 流量調節系における流量調節弁５への弁開度
指令１８を、関数発生器１９及び一次遅れ器２０を通し
てガス圧力調節系に与えて先行的にガス圧力調節弁を制
御するに際し、一次遅れ器２０の通常時の時定数を設定
する設定器２２と、ファーストカットバック動作時にお
いて、流量調節弁の弁開度指令１８が大きいときは時定
数をゼロとしかつ流量調節弁の弁開度指令１８が小さい
ときは時定数を持たせる関数発生器２５と、ＦＣＢ動作
時には一次遅れ器２０の時定数を上記設定器２２側から
関数発生器２５側に一定時間幅だけ切り替える切替器２
１とを設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス焚ボイラにおける
燃料ガス流量を制御するに際し、ガス流量調節弁開度に
応じて先行的にガス圧力調節弁を制御してガス圧力を安
定化させるボイラの燃料ガス圧力安定化回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用ボイラの燃料としてガスを用
いる場合、ガスの圧力調節弁と流量調節弁の干渉を防ぐ
必要があり、流量調節弁の弁開度指令により、先行的に
圧力調節弁を操作している。

【０００３】図３において、天然ガスＮＧは基地１から
配管２により、圧力調節弁３，オリフィス４，流量調節
弁５を経てバーナへと供給される。この基地１から供給
される天然ガスＮＧの圧力は多少変動する。圧力調節弁
３はこの圧力変動をなくして、例えば６ｋに安定化させ
るもので、上記変動に基づき流量調節弁５を頻繁に制御
しなければならない不都合をなくし、制御性を向上させ
るために設けられる。

【０００４】圧力調節系の具体的な構成は、流量制御の
オリフィス４の前に設けた圧力検出器６で圧力を検出
し、これを比較器７で圧力設定値８と比較し、その偏差
がなくなるようにＰＩ（比例積分）回路９，加算器１０
を通して、圧力調節弁３を制御するようになっている。
一方、流量調節系の具体的な構成は、流量制御のオリフ
ィス４に設けた流量検出器１１で流量を検出し、これを
比較器１２で流量設定値１３と比較し、その偏差がなく
なるようにＰＩ（比例積分）回路１４，切替器１６を通
して、流量調節弁５の開度を操作し流量を制御するよう
になっている。尚、流量設定値１３は、ボイラマスタ信
号に対する流量設定値を図示してない関数発生器を通し
て得られたものである。またＦＣＢ動作時には切替器１
６が設定器１７側に切り替わり、設定器１７で設定され
たＦＣＢ時開度設定値が流量調節弁５に対する弁開度指
令１８として得られるようになっている。

【０００５】上記流量調節系で得られる弁開度指令１８
は、関数発生器１９及び一次遅れ器２０を通して、上記
圧力調節系の加算器１０に入力される。関数発生器１９
を設けている理由は、ガスが圧縮性流体であり、圧力を
監視制御するだけでは、圧力の安定化が図れないからで
ある。即ち、この関数発生器１９は、負荷に応じて定ま
る流量調節弁５の弁開度指令１８に対して、圧力調節弁
３が取るべき開度との関係を決定する関数Ｆ（ｘ）を有
しており、流量調節弁の弁開度指令１８により先行的に
圧力調節弁を操作し、通常は圧力制御をしなくても圧力
が所定の６ｋになるようにしている。従って、ＰＩ回路
９は、この関数発生器１９の働きではカバーし得ない過
不足分の修正を行うだけであり、これにより、通常運転
している場合は良好な制御が達成されている。尚、この
関数発生器１９の出力は、ボイラの特性に合致させるべ
く一次遅れ器２０の伝達関数ｆ（ｔ）を通して加算器１
０に入力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボイラの運転
モードの一つであるファーストカットバック（ＦＣＢ）
動作の場合には、上記先行信号用の一次遅れ器２０の伝
達関数ｆ（ｔ）がボイラ時定数を考慮して有限の値に設
定されているため、配管圧力を安定に保つことができな
かった。

【０００７】即ち、ＦＣＢ動作は、発電機が故障したり
送電線に事故が生じて急速に電気の需要が減少した場合
において、すぐに復旧できる見込みのとき、ボイラの運
転を停止することなく、急速にボイラの負荷を最低負荷
まで絞って次の併入に備える動作である。またＦＣＢ動
作は、例えば１００％負荷で運転していたと仮定する
と、上記事故等が発生したとき、その膨大な過剰蒸気を
所内単独運転に必要な蒸気量までもって行くために、タ
ービンバイパス弁を急速に開いて過剰な蒸気を復水器に
逃がすための動作でもある。要するに、ＦＣＢ動作の場
合、水，空気，燃料等のボイラに入力される諸量を急速
に絞る必要がある。

【０００８】従って、燃料ガスの場合も、図３の回路に
おいて、ＦＣＢ動作時には、流量調節弁５の弁開度指令
を急速に絞るが、ガス流量調節弁開度による先行信号用
の一次遅れ器２０の伝達関数ｆ（ｔ）の設定がボイラ固
有の時定数を考慮して比較的大きく設定された固定値で
あるため、流量調節弁５の急速な絞り込みに対しｆ
（ｔ）の設定が不適切となり、配管圧力を安定に保つこ
とができなかった。

【０００９】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、ファーストカットバック
（ＦＣＢ）動作時においても、燃料ガス流量制御におけ
る燃料ガスの圧力を安定化させ得る燃料ガス圧力安定化
回路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、燃料ガスの流量調節系における流量調節弁
への弁開度指令を、関数発生器及び一次遅れ器を通して
ガス圧力調節系に与えて先行的にガス圧力調節弁を制御
するガス圧力安定化回路において、上記一次遅れ器の通
常時の時定数を設定する設定器と、上記流量調節弁の弁
開度指令が大きいときは時定数をゼロとしかつ上記流量
調節弁の弁開度指令が小さいときは時定数を持たせる関
数発生器と、ファーストカットバック動作時には上記一
次遅れ器の時定数を上記通常時の時定数を設定する設定
器側から関数発生器側に一定時間幅だけ切り替える切替
器とを設けた構成のものである。

【００１１】

【作用】発電機の故障，送電線事故等によりボイラがフ
ァーストカットバック（ＦＣＢ）動作に入ると、切替器
は一次遅れ器の時定数に関して、一定時間幅だけ通常時
の時定数を設定する設定器側から関数発生器側に切り替
わる。関数発生器は、流量調節弁の弁開度指令が大きい
間は時定数をゼロに定めているため、流量調節弁の弁開
度指令に対し関数発生器を通して得られる数値がそのま
ま圧力調節系に入力される。従って、流量調節弁の急速
な絞り込みに対し、圧力調節系はこれに遅れることなく
迅速に反応して適切な弁開度まで圧力調節弁を加減する
ため、圧力の変動（上昇）が最少限に抑えられる。流量
調節弁の弁開度指令が小さくなると、関数発生器により
一次遅れ器が時定数を持つようになり、切替器のタイマ
時限が到来すると、切替器が通常時の時定数を設定する
設定器側に戻り、時定数が通常の値に戻される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１３】図１に示す燃料ガスの圧力安定化回路は、
基本的には図３と同じ構成であり、天然ガスＮＧは基地
１からの配管２により、圧力調節弁３，オリフィス４，
流量調節弁５を経てバーナへと供給され、その圧力調節
系は、流量制御のオリフィス４に設けた圧力検出器６で
流量を検出し、これを比較器７で圧力設定値８と比較
し、その偏差がなくなるようにＰＩ回路９，加算器１０
を通して、圧力調節弁３を制御するようになっている。
また、流量調節系は、流量制御のオリフィス４に設けた
流量検出器１１で流量を検出し、これを比較器１２で流
量設定値１３と比較し、その偏差がなくなるようにＰＩ
回路１４，切替器１６を通して、流量調節弁５の開度を
制御するようになっている。

【００１４】流量設定値１３は、ボイラマスタ信号に対
する流量設定値を図示していない関数発生器を通して得
られたものである。また、ＦＣＢ動作時には切替器１６
が設定器１７側に切り替わり、設定器１７で設定された
ＦＣＢ時開度設定値が流量調節弁５に対する弁開度指令
１８として得られるようになっている。上記流量調節系
で得られる弁開度指令１８は、関数発生器１９及び一次
遅れ器２０を通して、上記圧力調節系の加算器１０に入
力される。

【００１５】しかし、図３の場合と異なり、関数発生器
１９と加算器１０との間に設けた一次遅れ器２０は、そ
の伝達関数ｆ（ｔ）の時定数が可変になっている。

【００１６】詳述するに、入力端子ａ，ｂのうち通常は
ｂ側を選択している切替器２１及びそのｂ側に接続され
た時定数設定器２２を有しており、これにより一次遅れ
器２０の伝達関数ｆ（ｔ）の時定数が、通常その設定器
２２による設定値（５秒）に定められるようになってい
る。この５秒という設定値はボイラの特性に合致させた
ものであり、関数発生器１９の出力はこの時定数５秒の
伝達関数ｆ（ｔ）を通して加算器１０に入力される。関
数発生器１９は、負荷に応じて定まる流量調節弁５の弁
開度指令１８に対して、圧力調節弁３が取るべき開度と
の関係を決定する関数Ｆ（ｘ）を有しており、伝達関数
ｆ（ｔ）を通して、流量調節弁の弁開度指令１８により
先行的に圧力調節弁を操作し、通常は圧力制御をしなく
ても圧力を所定の６ｋに安定化する。この働きにより、
ＰＩ回路９は関数発生器１９の働きではカバーし得ない
過不足分の修正を行うだけで済むようになり、通常運転
している限り良好な制御が達成される。

【００１７】上記切替器２１は保安装置盤２３からのＦ
ＣＢ信号により、一定時間幅だけ、その入力端子がｂ側
からａ側に切り替わる。この保安装置盤２３は、出力系
の故障、例えば送電系統における遮断器の動作等に応答
してＦＣＢ信号を作成し、これを上記切替器２１に与え
る構成となっている。この切替器２１の入力端子ａ側の
系統に関して、更に、流量調節弁５の弁開度指令１８を
受けてその値を保持するホールド回路２４と、この保持
された弁開度指令１８に応じた時定数を決定する関数発
生器２５とが設けられている。

【００１８】関数発生器２５は、流量調節弁５が多く開
いているときには入力された数値がそのまま出力され、
弁開度指令１８が小さいときには時定数を持つように、
その関数が定められている。図２はこの関数発生器２５
の関数ｆ（ｘ）を例示したもので、流量調節弁５の弁開
度指令１８が、バルブのＣＧ値で換算した数値で“１２
０”程度までの区間Ａは時定数ゼロとし、“１２０〜８
０”程度の移行区間Ｂでは時定数ゼロから通常の時定数
５秒まで徐々に所定の傾斜で増大させ、“８０”程度以
下の区間Ｃでは時定数５秒に維持する例となっている。

【００１９】今、発電機が故障したり送電線に事故が生
じて、ボイラがファーストカットバック（ＦＣＢ）動作
に入った場合、保安装置盤２３からＦＣＢ信号が発生さ
れ、これを受けて切替器２１が入力端子ｂ側からａ側に
切り替わる。一方、ホールド回路２４により、ＦＣＢ動
作直前の弁開度指令１８の値にホールドされて、関数発
生器２５の入力信号となる。

【００２０】関数発生器２５が図２の関数ｆ（ｘ）を有
するものであるならば、流量調節弁５の弁開度指令１８
が“１２０以上”の値（区間Ａ）でＦＣＢ動作となり弁
開度指令１８がホールドされたとすると時定数ゼロであ
るので、流量調節弁５の弁開度指令１８に対し関数発生
器１９を通して得られる数値が遅れることなく加算器１
０に入力される。即ち、流量調節弁５のＦＣＢ時の急速
な絞りこみに対し、これに迅速に反応しかつ追従して圧
力調節弁３が適切な弁開度まで急速に移行せしめられ
る。このため、圧力の変動は最小限に抑えられる。

【００２１】流量調節弁５の弁開度指令１８が“１２０
〜８０”（区間Ｂ）にある時にＦＣＢ動作となったなら
ば、伝達関数ｆ（ｘ）２０は関数発生器２５の関数ｆ
（ｘ）によって一意に決められた時定数をもつこととな
る。

【００２２】流量調節部５の弁開度指令１８が“８０以
下”（区間Ｃ）にある時ＦＣＢ動作となったならば、伝
達関数ｆ（ｘ）２０は、関数発生器２５の関数ｆ（ｘ）
によって５秒の時定数をもつこととなる。

【００２３】そして、切替器２１のタイマ時限が到来す
ると、切替器２１はａ側からｂ側に切り替って、その入
力選択状態が元に戻り時定数が通常の５秒に戻されると
共に、ホールド回路２４の動作も終了する。

【００２４】上記のように構成することにより、ＦＣＢ
動作時において燃料ガスの流量が多い領域（区間Ａ）で
は、流量の変化に迅速に反応して圧力の変動が最少限に
抑えられ、圧力が上昇してしまう事態が防止される。ま
た、圧力が安定するので、圧力調節弁を通過する燃料ガ
スの流量が安定し、結果的にプラント全体の安定化に寄
与する。

【００２５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、発電機の
故障，送電線事故等によりボイラがＦＣＢ動作に入る
と、一次遅れ器の時定数が一定時間幅だけホールドされ
た流量制御弁開度指令値に応じて決定されるため、流量
調節弁の急速な絞り込みに対し圧力調節系がこれに遅れ
ることなく迅速に反応するようになるので、ＦＣＢ動作
時における圧力の変動が最少限に抑えられる。また、圧
力が安定するので、通過するガスの流量が安定し、結果
的にプラント全体が安定化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料ガス圧力安定化回路の一実施例を
示す構成図である。

【図２】図１の関数発生器の動作説明図である。

【図３】従来の燃料ガス圧力安定化回路を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 基地 ２ 配管 ３ 圧力調節弁 ４ オリフィス ５ 流量調節弁 ６ 圧力検出器 ７ 比較器 ８ 圧力設定値 ９ ＰＩ（比例積分）回路 １０ 加算器 １１ 流量検出器 １２ 比較器 １３ 流量設定値 １４ ＰＩ回路 １５ 高低制限器 １６ 切替器 １７ 設定器 １８ 弁開度指令 １９ 関数発生器 ２０ 一次遅れ器 ２１ 切替器 ２２ 時定数設定器 ２３ 保安装置盤 ２４ ホールド回路 ２５ 関数発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスの流量調節系における流量調節
   弁への弁開度指令を、関数発生器及び一次遅れ器を通し
   てガス圧力調節系に与えて先行的にガス圧力調節弁を制
   御するガス圧力安定化回路において、上記一次遅れ器の
   通常時の時定数を設定する設定器と、ファーストカット
   バック動作時には上記流量調節弁の弁開度指令が大きい
   ときは時定数をゼロとしかつ上記流量調節弁の弁開度指
   令が小さいときは時定数を持たせる関数発生器と、上記
   一次遅れ器の時定数を上記設定器側から関数発生器側に
   一定時間幅だけ切り替える切替器とを設けたことを特徴
   とするボイラの燃料ガス圧力安定化回路。