JPH0688605A - ボイラ蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速負荷変動時における再熱器出口蒸気温度
の変動を小さくできるボイラ蒸気温度制御装置を提供す
ること。 【構成】 １次過熱器２８の出口蒸気温度は、節炭器２
２、火炉水冷壁２３、煙道蒸発器２４および１次過熱器
２８の熱吸収量によって決められる。そこで、負荷降下
時においてはダンパ４０の開操作によりバイパスダクト
４１を流れるガス流量を増加させることにより、節炭器
２２と、煙道蒸発器２４を通過するガス流量が減少する
ように動作させ、節炭器２２と煙道蒸発器２４の熱吸収
量は減少され、１次過熱器２８出口蒸気温度は静的なバ
ランス値から大きく上昇することがなくなるので、燃料
制御系では燃料の絞り込みが小さくなる。このため、再
熱器３４入口のガス温度の低下を防止でき、再熱蒸気温
度はガス再循環量の調整により、設定値から大きくはず
れることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ蒸気温度制御装置
に係り、特にボイラ蒸気温度を目標値近傍に維持するの
に好適なボイラ蒸気温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の変圧ベンソンボイラの流動系統は
図３に示されるように、給水ポンプ２０によって昇圧さ
れた給水は、給水流量調整弁２１を通って節炭器２２、
水冷壁２３および煙道蒸発器２４を通過して熱吸収を受
け、気水分離器２５において、気水が分離され、水は貯
水タンク２６を通り、再循環ポンプ２７により再循環さ
れる。蒸気は１次過熱器２８、２次過熱器２９および３
次過熱器３０でそれぞれ過熱され、また、１次スプレ流
量調整弁３１および２次スプレ流量調整弁３２を流れる
給水によって温度調整され、所定の温度になった蒸気は
高圧タービン３３に供給される。 高圧タービン３３で
仕事を終えた蒸気の大部分は再熱器３４で再熱され、
中、低圧タービン３５に供給される。なお、１次過熱器
２８の出口には蒸気温度計２が設置されている。また、
図６はボイラの伝熱面配置を示す断面図であり、節炭器
２２、水冷壁２３、煙道蒸発器２４、１次過熱器２８、
２次過熱器２９、３次過熱器３０、再熱器３４の配置状
態を示している。

【０００３】この変圧ベンソンボイラは負荷が高くな
り、煙道蒸発器２４の出口で蒸発が完了すると、気水分
離器２５には蒸気のみが供給される。この場合には、再
循環ポンプ２７を停止し、水／蒸気系統は貫流運転とな
る。この貫流運転状態では負荷に応じて給水量を変えて
蒸気圧力を図４に示すように制御すると、すなわち、変
圧運転すると低負荷時のプラント効率が改善できる。

【０００４】特に、貫流運転時には高負荷変化率で運用
すると、タービン３３、３５入口の蒸気温度が変動しや
すく、この変動巾が設定値に対して大きい場合には、タ
ービン３３、３５の寿命消費が大きくなること、また、
プラント効率の低下などが問題となる。貫流運転時の主
蒸気系統の蒸気温度、すなわち、主蒸気温度の制御は基
本的には給水流量と燃料流量の比、すなわち水燃比を一
定に維持することである。図４に示した蒸気圧力の制御
は、給水量の増減により達成されるが、給水流量に対す
る蒸気圧力の応答は比較的早いので容易に蒸気圧力を設
定値、すなわち、図４に示した変圧パターンに制御する
ことができる。したがって、主蒸気温度、すなわち、高
圧タービン入口蒸気温度の制御性は、燃料流量の制御方
式によって決まってくる。

【０００５】従来、燃料流量の制御は図５に示す手順で
行う。すなわち、負荷要求信号３に基づき関数発生器６
ｂにより静特性上から決定される先行値と負荷要求信号
３を微分器８ａで微分した信号とを加算器９ａで加算
し、その加算信号を加算器９ｂに入力する。加算器９ｂ
では１次過熱器出口蒸気温度計２の出力信号と、負荷要
求信号３の出力信号から関数発生器６ａによって求めら
れる１次過熱器出口蒸気温度の設定値とを引算器７ｂで
比較し、この偏差信号を調節計１０ａで信号処理し、前
記加算器９ａの出力信号を加算する。この加算器９ｂの
出力信号は燃料流量のデマンド信号であり、この信号と
燃料流量計１の出力信号とを引算器７ａで偏差信号と
し、この偏差信号を調節計１０ｂで信号処理し、この調
節計１０ｂの出力信号に基づいて燃料流量調節弁１１を
開閉することにより燃料流量を調整していた。さらに、
この水燃比で主蒸気温度が設定値に維持できない場合に
は、図３に示す１次スプレ流量調整弁３１および２次ス
プレ流量調整弁３２を用いて過熱器２９、３０入口に供
給する低エンタルピの給水流量の増減により、主蒸気温
度を設定値に維持する方法を採用していた。

【０００６】しかしながら、この制御方式では以下のよ
うな問題が発生する。例えば、高速で負荷降下させる場
合には、図４に示すように蒸気圧力も急速に低下する。
このとき、火炉水冷壁２３および煙道蒸発器２４の大き
な熱容量のため、メタルから水／蒸気への放熱量が増加
して、気水分離器２５出口の蒸気温度は静的にバランス
する温度よりも上昇する。このため、１次過熱器出口蒸
気温度計２の出力信号も静的な値より上昇するので、図
５に示す燃料流量制御方式では、調節計１０ａの出力信
号は負の値となり、燃料流量は低下することになる。こ
のように、燃料流量が静的なバランス値よりも低下する
と、図６に示す再熱器３４の入口ガス温度が低下し、再
熱器３４の熱吸収量の低下によって、再熱器出口蒸気温
度、すなわち、中、低圧タービン３５の入口蒸気温度が
低下する。再熱器出口蒸気温度は、通常ガス再循環流量
によって制御されるが、再熱蒸気温度の低下が大きい場
合には、ガス再循環流量を大きくするためのガス再循環
ファンの容量が過大となり、この動力の増加が問題とな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のボイラ蒸気
温度制御方式では、高速負荷変動時に、再熱器出口蒸気
温度を設定値の近傍に維持できず、中、低圧タービン３
５の寿命消費が大きくなるという点について配慮がされ
ていなかった。本発明の目的は高速負荷変動時における
再熱器出口蒸気温度の変動を小さくできるボイラ蒸気温
度制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、次
の構成で達成される。すなわち、ボイラ後部煙道部に設
置された接触伝熱面をバイパスするガスダクトを設け、
このダクトに流量調整用ダンパを設置し、該ダンパの開
度により前記接触伝熱面を通過するガス流量を調整する
ことにより、蒸気温度を目標値近傍に維持するボイラ蒸
気温度制御装置。

【０００９】ここで、ボイラ後部煙道部に設置された接
触伝熱面は節炭器および煙道蒸発器とすることができ
る。また、ボイラ後部煙道部に設置された過熱器出口蒸
気温度と負荷要求信号に基づき、流量調整用ダンパの開
度を決定することができ、また、ボイラ後部煙道部に設
置された過熱器出口蒸気温度と負荷要求信号に基づきフ
ィードバック補正信号を求め、さらに負荷要求信号に基
づき流量調整用ダンパの先行値信号を求め、前記両信号
から流量調整用ダンパの開度を決定することができる。

【００１０】

【作用】１次過熱器出口蒸気温度は、節炭器、火炉水冷
壁、煙道蒸発器および１次過熱器の熱吸収量によって決
められる。例えば、負荷降下時においてはダンパの開操
作によりバイパスダクトを流れるガス流量を増加させる
ことにより、節炭器および煙道蒸発器を通過するガス流
量が減少するように動作する。それによって、節炭器お
よび煙道蒸発器の熱吸収量は減少し、１次過熱器出口蒸
気温度は静的なバランス値から大きく上昇することがな
くなるので、燃料制御系では燃料の絞り込みが小さくな
る。このため、再熱器入口のガス温度の低下を防止でき
るので、再熱蒸気温度はガス再循環量の調整により、設
定値から大きくはずれることがない。

【００１１】

【実施例】本発明になるボイラ蒸気温度制御装置の具体
的実施例を図１、図２に示す。図１に示す通り、ボイラ
内には燃焼ガスの流れの上流側から順に水冷壁２３、２
次過熱器２９、３次過熱器３０、再熱器３４、１次過熱
器２８、再熱器３４、煙道蒸発器２４、節炭器２２が配
置され、煙道蒸発器２４、節炭器２２を迂回するバイパ
スダクト４１が設けられている。このバイパスダクト４
１の入口にはバイパスダンパ４０が配置されていて、そ
の開度に対応させて燃焼ガスの一部をバイパスダクト４
１内に導き、燃焼ガスの接触伝熱面、すなわち、煙道蒸
発器２４および節炭器２２を通過するガス流量を調整す
る。

【００１２】バイパスダンパ４０の制御方式を図２に示
す。図２において、１次過熱器出口蒸気温度計２の出力
信号と負荷要求信号３に対応して関数発生器６ｃより決
まる１次過熱器出口蒸気温度設定値信号４３との偏差を
引算器７ｃで求め、この引算器７ｃの出力信号を調節計
１０ｃで信号処理し、フィードバック補正信号４４を求
める。

【００１３】また、負荷要求信号３に基づいて関数発生
器６ｄによりバイパスダンパ４０の開度の先行値信号４
５を求め、また、負荷要求信号３に基づいて微分器８ｂ
により、バイパスダンパ４０の開度の動的先行値信号４
６を求めてこれを係数器４９により処理し、これらの信
号を加算器９ｃで加算して全体の先行値信号４７とす
る。この先行値信号４７とフィードバック補正信号４４
を加算器９ｄで加算して、バイパスダンパ４０の開度の
デマンド信号４８とする。このデマンド信号４８とバイ
パスダンパ開度４２の信号の偏差を引算器７ｄで求め、
この引算器７ｄの出力信号を調節計１０ｄで信号処理し
て、バイパスダンパ４０の開度を決定する。このよう
に、本実施例のボイラ蒸気温度制御装置は、バイパスダ
クト４１およびバイパスダンパ４０により構成され、バ
イパスダンパ４０の制御方式は上述した通りである。

【００１４】ボイラが高速負荷変化率で負荷降下した場
合の本実施例になるボイラ蒸気温度制御装置の作用を以
下に説明する。前述したように、変圧ベンソンボイラで
は負荷降下時には、水冷壁２３および煙道蒸発器２４の
大きな熱容量効果と減圧運転により１次過熱器蒸気温度
計２の出力信号は設定値よりも上昇する傾向にあるの
で、調節計１０ｃの出力信号は正の方向、すなわち、バ
イパスダンパ４０を開方向にするような信号を発生す
る。負荷降下であるため、係数器４９を負の値に設定す
ると、バイパスダンパ４０は開方向となる。

【００１５】したがって、バイパスダンパ４０の開度は
増加するので、煙道蒸発器２４および節炭器２２を通過
するガス量は減少する。このため、煙道蒸発器２４およ
び節炭器２２の熱吸収量は減少するが、これらの伝熱面
は１次過熱器２８よりも水／蒸気側からみて上流側にあ
るので、１次過熱器２８の出口蒸気温度を設定値の方
向、すなわち下げる方向に動作する。なお、動的先行値
信号４６は、ガス流量の変化に伴う煙道蒸発器２４およ
び節炭器２２の熱吸収量の変化を加速するため、すなわ
ち、伝熱おくれを補償するために設けてある。

【００１６】このようにして、負荷降下時、１次過熱器
２８の出口蒸気温度は、設定値に対して大きくはずれる
ことがない。このため、図１に示した燃料制御系では、
燃料の絞り込みが軽減されるので再熱器３４の入口ガス
温度の低下が小さくなり、ガス再循環流量を大きく変動
させることなく、この流量により再熱器出口蒸気温度を
設定値近傍に維持できることになる。

【００１７】このように、本実施例は主蒸気系統の伝熱
面のうち、煙道蒸発器２４および節炭器２２の熱吸収量
を燃焼ガス流量の増減により調整して、１次過熱器２８
の出口蒸気温度の負荷変動に伴う変動巾を小さくするこ
とにより、再熱器３４入口の燃焼ガス温度の変化を小さ
く抑え、再熱蒸気温度のガス再循環流量による制御性を
向上させるものである。

【００１８】したがって、本実施例によれば、高速負荷
変化時においても、主蒸気系統および再熱蒸気系統の蒸
気温度の変動を抑えることができ、それぞれ設定値近傍
に維持できるので、高圧タービン３３および中、低圧タ
ービン３５の熱応力による寿命消費、また気水分離器２
５などのような厚肉耐圧部の熱応力による寿命消費を低
減できるという効果がある。

【００１９】なお、１次過熱器出口蒸気温度の制御性が
向上することは、とりもなおさず、主蒸気温度の制御性
の向上につながり、次に述べるような効果がある。 （１）主蒸気温度および再熱蒸気温度の制御性の向上に
より、高圧タービン３３および中、低圧タービン３５の
熱応力による寿命消費を低減できる。 （２）煙道蒸発器２４の出口、すなわち、気水分離器２
５入口の蒸気温度制御性の向上により、気水分離器２５
のような厚肉耐圧部の熱応力による寿命消費が低減でき
る。 （３）再熱蒸気温度の制御性の向上により、ガス再循環
ファン（図示せず）の容量を低減できる。 （４）節炭器２２の熱吸収量を調整できるので、節炭器
２２出口流体のスチーミングを防止でき、再循環パスの
流動不安定を防止できる。 （５）後部接触伝熱面を通過するガス量を調整する方式
としては、再熱器３４と過熱器２８のガス量配分を調整
するパラレルダンパ方式があるが、この方式では、煙道
部の寸法が大きくなるので本方式の方が経済的に有利で
ある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、高速負荷変化時におい
て、煙道蒸発器および節炭器をバイパスするガス量を調
整することにより、煙道蒸発器および節炭器の熱吸収量
を増減して、１次過熱器出口蒸気温度を目標値の近傍に
維持できる。この１次過熱器出口蒸気温度にもとづい
て、水燃比、すなわち燃料流量を決定するので、燃料流
量の静的バランス値からの変化巾が小さくなり、再熱器
入口ガス温度の変化も小さくなり、再熱蒸気温度の制御
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例になるボイラ蒸気温度制御
装置を含むボイラの伝熱面配置を示す断面図である。

【図２】 本発明になるボイラ蒸気温度制御装置の制御
系統図である。

【図３】 変圧ベンソンボイラの流動系統図である。

【図４】 変圧運転の概念図である。

【図５】 従来の燃料流量に関する制御系統図である。

【図６】 ボイラの伝熱面配置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…燃料流量計、２…１次過熱器出口蒸気温度計、３…
負荷要求信号、１０…調節計、１１…燃料流量調節弁、
２０…給水ポンプ、２２…節炭器、２３…水冷壁、２４
…煙道蒸発器、２５…気水分離器、２６…貯水タンク、
２７…再循環ポンプ、２８…１次過熱器、２９…２次過
熱器、３０…３次過熱器、３１…１次スプレ流量調整
弁、３２…２次スプレ流量調整弁、３３…高圧タービ
ン、３４…再熱器、３５…中、低圧タービン、４０…バ
イパスダンパ、４１…バイパスダクト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラ後部煙道部に設置された接触伝熱
   面をバイパスするガスダクトを設け、このダクトに流量
   調整用ダンパを設置し、該ダンパの開度により前記接触
   伝熱面を通過するガス流量を調整することにより、蒸気
   温度を目標値近傍に維持することを特徴とするボイラ蒸
   気温度制御装置。
2. 【請求項２】 ボイラ後部煙道部に設置された接触伝熱
   面は節炭器および煙道蒸発器であることを特徴とする請
   求項１記載のボイラ蒸気温度制御装置。
3. 【請求項３】 ボイラ後部煙道部に設置された過熱器出
   口蒸気温度と負荷要求信号に基づき、流量調整用ダンパ
   の開度を決定することを特徴とする請求項１記載のボイ
   ラ蒸気温度制御装置。
4. 【請求項４】 ボイラ後部煙道部に設置された過熱器出
   口蒸気温度と負荷要求信号に基づきフィードバック補正
   信号を求め、さらに負荷要求信号に基づき流量調整用ダ
   ンパの先行値信号を求め、前記両信号から流量調整用ダ
   ンパの開度を決定することを特徴とする請求項３記載の
   ボイラ蒸気温度制御装置。