JPH0719403A - ボイラプラントの先行信号回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 調整期間の短縮並びに制御性能の向上を図
り、炭種によらず常に適切な加速信号が求まり、かつ、
加速信号が突変することによる弊害を防止する。 【構成】 負荷信号１ｓを関数発生器２に入力して燃料
流量を示す信号３ｓを得ると共に、微分器４により時間
微分する。関数発生器９〜１１は負荷信号１ｓ及び熱交
換器の全入熱に対するウオータウオールの入熱割合を示
す比率信号に基づいて負荷信号１ｓに対する熱交換器の
温度変化率を求め、係数器１２〜１４により所定係数を
掛ける。係数器１２〜１４及び微分器４の出力信号を乗
算器１６により乗算し、その乗算結果を除算器１７に入
力して燃料の発熱量で除算する。この除算器１７の出力
信号（ΔＦａ）を変化率制限回路に入力し、エネルギ的
には不変で、かつ変化率を制限した信号（ΔＦａ^* ）に
変換する。この信号（ΔＦａ^* ）を関数発生器２の出力
と加算し、ボイラプラントの先行信号を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラプラントの制御
装置に適用されるボイラプラントの先行信号回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ボイラプラントの制御装置では、ボイラ
プラントの制御の際に先行信号を加えている。この先行
信号を作成する従来の先行信号回路は、図４に示すよう
に構成されている。即ち、負荷信号１ｓをボイラプラン
トの先行信号を作る関数発生器２に入力し、燃料流量を
示す出力信号３ｓを出力する。また、加速のために負荷
信号１ｓを微分器４により微分し、その出力を係数器５
で係数倍して加速信号６ｓを算出する。その後、上記関
数発生器２の出力信号３ｓと加速信号６ｓを加算器７で
加算し、その加算値を燃料流量の先行信号８ｓとしてい
る。

【０００３】なお、図４にはフィードバック回路を省略
しているが、実際には燃料流量の先行信号８ｓの下流に
加算器を設けて、フィードバック回路の信号を加算して
燃料流量の信号としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の先行信号回
路は、負荷信号１ｓに対する関数発生器２の出力信号３
ｓに加速信号６ｓを加えて先行信号８ｓとしている。関
数発生器２の出力信号３ｓは、プラントの定常状態のと
きの負荷信号１ｓと燃料流量先行信号８ｓの関係を調べ
ておけば静的な先行信号としては不都合はないが、しか
し、加速信号６ｓは負荷信号１ｓの微分値を係数倍とし
ているだけであるので、次のような欠点があった。

【０００５】１）係数の値を試行錯誤で求めなければな
らず、それに要する期間が大きい。 ２）負荷上昇時と下降時では、係数の値を変えた方が良
いことは経験的に分かっているが対応できない。

【０００６】３）負荷の帯域によって係数の値を変えた
方が良いことも経験的に分かっているが対応できない。 ４）多炭種ボイラに見られる炭種によるボイラ特性の変
化が従来方式では反映できない。

【０００７】５）加速信号６ｓを急激に変えると、ボイ
ラの燃料上ならびに制御性上好ましくないため、試行錯
誤で適切な値を求めなければならない。 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、試行錯誤に
よる調整をなくして調整期間の短縮並びに制御性能を向
上でき、多炭種ボイラに見られるように炭種によりウオ
ータウオールの入熱の割合が変わる場合にも適切な加速
信号が求まり、加速信号が突変することによる弊害を防
止できるボイラプラントの先行信号回路を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷信号を入
力しボイラプラントの先行信号を作る関数発生器を持つ
ボイラプラントの先行信号回路において、上記負荷信号
を入力しその時間微分を出力する微分器と、上記負荷信
号及び上記ボイラプラントの熱交換器の全入熱に対する
ウオータウオールの入熱割合を示す比率信号を入力し、
同負荷信号に対する上記ボイラプラントの熱交換器の温
度変化率を、同比率信号をパラメータとして出力する上
記とは別の関数発生器と、同関数発生器の出力信号を入
力し所定係数を掛ける係数器と、同係数器及び上記微分
器の出力信号を入力する乗算器と、同乗算器の出力信号
及び燃料の発熱量を入力し、同乗算器の出力信号を発熱
量で割った値を出力する除算器と、同除算器の出力信号
（ΔＦａ）を後述の演算でエネルギ的には不変で、かつ
変化率を制限した出力信号（ΔＦａ^* ）に変換した値及
び上記ボイラプラントの先行信号を作る関数発生器の出
力信号を入力する加算器とを備えてなることを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】負荷信号をｗ、ボイラプラントの熱交換器の全
入熱に対するウオータウオールの入熱割合を示す比率信
号をγ、この比率信号γをパラメータとして負荷信号ｗ
に対する熱交換器の温度をθ（ｗ，γ）、所定係数を
Ｗ、燃料の発熱量をＫとすると、微分器、関数発生器、
係数器、乗算器及び除算器の各出力は、次に示す式で表
される。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここで、Ｗi を熱交換器の発熱量とすれ
ば、除算器の出力、すなわち燃料流量の先行信号の補正
信号である加速信号（（５）式）は、流量の単位を持
つ。また従来の加速信号において、発熱量が一定の場
合、係数が（３）式で表され、各負荷時の熱交換器への
熱の流入率（負荷）に応じて、係数が変化すると見ても
良い。

【００１２】従って、（５）式の値を先行信号回路の加
速信号として用いると、発熱量が一定で、かつウオータ
ウオールへの入熱割合がγの場合、各負荷で熱交換器の
流入率（負荷）が増加するとそれに応じて関数発生器か
ら小さな加速信号が出力される。また熱の流入率が一定
で、かつウオータウオールへの入熱割合がγの場合、燃
料の発熱量が減少すると、それに応じて増加する加速信
号が出力される。このようにして、熱交換器の状態及び
燃料の発熱量に応じて加速信号が出力されるので、先行
信号が大幅に改善され、制御装置の性能が改善される。

【００１３】更に、加速信号が突変して、燃料増加の突
変ならびに燃料減少の突変に伴う燃料の不安定状態等を
避けるために、変化率制限回路により加速のための燃料
流量の総和を変えずに増減時の変化率が制限される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２及び図
３により説明する。なお、ボイラプラントの熱交換器
（節炭器、ウオータウオール、過熱器、再熱器等）はｎ
個あるものとし、各熱交換器に対応して、関数発生器、
係数器を設ける。

【００１５】負荷信号１ｓは、ボイラプラントの先行信
号を作る関数発生器２に入力され、この関数発生器２よ
り燃料流量を示す出力信号３ｓが出力される。また、上
記負荷信号１ｓは、微分器４に入力されると共に、第１
関数発生器９ないし第ｎ関数発生器１１に入力される。
第１関数発生器９ないし第ｎ関数発生器１１には、更に
熱交換器の全入熱に対するウオータウオールの入熱割合
を示す比率信号１９ｓが入力される。上記第１関数発生
器９ないし第ｎ関数発生器１１の出力信号は、第１係数
器１２ないし第ｎ係数器１４により所定係数倍された
後、加算器１５で加算される。

【００１６】そして、上記加算器１５の出力と、微分器
４の出力とが乗算器１６を経て除算器１７へ入力され
る。この除算器１７は、燃料の発熱量１８ｓを除数とし
て入力し、加速信号６ａｓを出力する。ここで、加速信
号６ａｓ（ΔＦａ）を、燃料流量の突変をさけるために
図２に示す変化率制限回路により燃料流量の加速信号２
０（ΔＦａ^* ）に変換し、加算器７の一方の入力端に入
力する。

【００１７】以下、図２に示す変化率制限回路について
説明する。上記除算器１７から出力される加速信号６ａ
ｓ（ΔＦａ）は、減算器２１の正側及び可変むだ時間発
生器２２に入力され、可変むだ時間発生器２２には、後
述のむだ時間の値２３（τ1 ）が入力される。減算器２
１の負側には、可変むだ時間発生器２２の出力信号が入
力されて、同様に乗算器２４の片側には可変むだ時間発
生器２２の出力信号が入力される。乗算器２４の他方に
は、後述のｋ1 の値２５が入力される。定数器２６は、
変化率に設定でき、定数器２８では、オーバーシュート
の割合を示す値２９（α）が設定できる。逆数器３０
は、変化率に相当する値２７（τ）の逆数３１（τ^-1）
が演算できる。

【００１８】乗算器３２は、オバーシュートの割合を示
す値２９（α）と変化率に相当する値２７（τ）を入力
し、出力としてむだ時間の値２３（τ1 ）を得る。定数
器３３は、値１を設定でき、その値を減算器３４の負側
に入力する。減算器３４の正側には、オーバーシュート
の割合を示す値２９（α）を入力する。その結果、減算
器３４の出力としてｋ1 の値２５を得る。定数器３５
は、値２を設定でき、その値を減算器３６の正側に入力
する。減算器３６の負側には、オーバーシュートの割合
を示す値２９（α）を入力する。

【００１９】そして、減算器３６の出力信号を乗算器３
７の片側に入力し、乗算器３７の他の側には、オーバー
シュートの割合を示す値２９（α）を入力する。乗算器
３８は、乗算器３７の出力３９（β）を入力し、他の側
には、変化率に相当する値２７（τ）を入力する。乗算
器３８の出力は除算器４０の被除数となり、除算器４０
の除数として、ｋ1 の値２５を使用する。その結果、除
算器４０の出力としてτ2 の値４１を得る。τ2 の値４
１は、逆数器４２の除数となり、逆数器４２の出力とし
て、τ2 ^-1の値４３を得る。

【００２０】乗算器２４の出力信号は、減算器４４の正
側に入力され、ウオータウオールの負側には乗算器２４
の出力信号を入力とする可変むだ時間発生器４５の出力
信号が入力される。なお、可変むだ時間発生器４５のむ
だ時間の値は、τ2 の値４１を採用する。

【００２１】減算器４４の出力信号は、乗算器４６の片
側に入力され、τ2 ^-1の値４３を入力する。乗算器４７
は、片側には減算器２１の出力を、他の側には変化率に
相当する値２７（τ）の逆数３１（τ^-1）を入力する。
減算器４８の正側には乗算器４７の出力信号を、そし
て、負側には乗算器４６の出力信号を入力する。減算器
４９は、正側に減算器４８の出力信号を入力し、負側に
は係数器５０の出力信号を入力する。ここで、係数器５
０の値は、一般に非常に小さな値を設定する。積分器５
１の入力は、減算器４９の出力信号を入力し、積分器５
１の出力が、変化率の制限を加えた燃料流量の加速信号
２０（ΔＦａ^* ）となる。なお、係数器５０の入力は、
積分器５１の出力、すなわち、変化率の制限を加えた燃
料流量の加速信号２０（ΔＦａ^* ）である。

【００２２】以下に、変化率の制限を加える前の燃料流
量の加速分を演算する方法を説明する。前述の構成にお
いて、ボイラプラントのすべての熱交換器ｎ個につい
て、全入熱に対するウオータウオールの入熱割合γをパ
ラメータとして予め負荷（ｗ）する出入口平均温度分
布、θ1 （ｗ，γ）、θ2 （ｗ，γ），・・・θn
（ｗ，γ）を順次求める。またγをパラメータとして、
負荷（ｗ）に対する出入口平均温度の変化率

【００２３】

【数２】 の関数を求めて、それぞれ第１関数発生器９、第２関数
発生器１０、…、第ｎ関数発生器１１に予め入力してお
く。

【００２４】また、第１係数器１２、第２係数器１３、
…、第ｎ係数器１４は、それぞれ係数Ｗ1 ，Ｗ2 ，…，
Ｗn を入力に乗じて出力する。従って、各演算器の出力
は次の式で表される。

【００２５】

【数３】

【００２６】また、ここで係数Ｗi にｉ番目の熱交換器
の管及び管内流体の熱容量を表す次の（１２）式を用い
る。 Ｗi ＝ＣmiＷmi＋ＣfiＷfi …（１２） ここで、Ｗmi：管の重量 Ｗfi：管内流体重量（一般にＷmiより小のため省略） Ｃmi：管の比熱量 Ｃfi：管内流体の比熱量 以上において、除算器１７の出力である加速信号ΔＦａ
（（１２）式）は、補正に必要な燃料流量を示す。ただ
し、この値は変化率の制限をする前の値である。従っ
て、燃料の発熱量が一定で、かつウオータウオールへの
入熱割合がγの場合、熱の流入率（負荷）が大きいと図
１の関数の場合には小さい加速信号ΔＦａとなる。また
熱の流入率（負荷）が一定でかつ入熱割合がγの場合、
単位発熱量が減少すると大きい加速信号ΔＦａとなる。
さらに、見方を変えると、従来の加速信号の係数ｋが、
Ｈ／Ｋに置き換えられ、熱交換器への流入率（負荷）に
応じて変わる。

【００２７】このようにして、先行信号の補正信号であ
る加速信号ΔＦａが改善され、多炭種ボイラに見られる
ように、炭種によるウオータウオールの入熱割合が変わ
る場合にも、ボイラの燃料流量流量制御装置の性能が大
幅に向上するようになる。

【００２８】更に、加速信号ΔＦａが突変して、燃料増
加の突変ならびに燃料減少の突変にともなう燃料の不安
定状態等を避けるために、図２に示す変化率制限回路に
より加速のための燃料流量の総和を変えずに増減時の変
化率を制限している。すなわち、図３のＡ部とＢ部の面
積を等しくした状態で変化率の制限を加えている。その
関係式は以下に述べる通りである。

【００２９】

【数４】

【００３０】なお、上記図２は（１３）式のステップ応
答の波形を示したものである。ここで、 ΔＦａ^* ：燃料流量の加速分で、突変を避けるために変
化率の制限を加えた値。

【００３１】ΔＦａ ：燃料流量の加速分で、変化率の
制限がない場合の値。 α ：オーバシュートの割合を示す値で、１．２＜
α＜２の範囲で指定される。

【００３２】 τ ：変化率に相当する値で、指定された値。 τ1 ＝ατ ｋ1 ＝α−１ τ2 ＝β（τ／ｋ1 ） β＝α（２−α） ｓ：ラプラス演算子 上記のように変化率制限回路により加速のための燃料流
量の総和を変えずに増減時の変化率を制限することによ
り、加速信号ΔＦａが突変して、燃料増加の突変ならび
に燃料減少の突変にともなう燃料の不安定状態等を避け
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、理
論式で除算器の出力である加速信号が得られるため、従
来のように試行錯誤による調整がなくなり、調整期間を
短縮することができる。また、負荷上昇、下降並びに負
荷レベルに応じた適切な加速信号が求まるため、制御性
能を向上できる。また、多炭種ボイラに見られるよう
に、炭種によりウオータウオールの入熱の割合が変わる
場合にも適切な加速信号が求まる。更に、加速信号が突
変することによる弊害がなくなり、ボイラの燃焼状態の
悪化を防止できると共に、制御性能を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るボイラプラントの先行
信号回路の構成を示すブロック図。

【図２】同実施例における変化率制限回路の構成図。

【図３】図２の変化率制限回路のステップ応答を示す
図。

【図４】従来のボイラプラントの先行信号回路の構成を
示すブロック図。

【符号の説明】

１ｓ…負荷信号、２…関数発生器、３ｓ…出力、４…微
分器、５…係数器、６ｓ，６ａｓ…加速信号、７…加算
器、８ｓ，８ａｓ…燃料流量先行信号、９〜１１…関数
発生器、１２〜１４…係数器、１５…加算器、１６…乗
算器、１７…除算器、１８ｓ…燃料の発熱量、１９ｓ…
比率信号（全入熱に対するウオータウオールの入熱割
合）、２０…加速信号（変化率制限後の値）、２１，３
４，３６，４４，４８，４９…減算器、２２，４５…可
変むだ時間発生器、２６，２８，３３，３５…定数器、
５０…係数器、２４，３２，３７，３８，４６，４７…
乗算器、３０，４２…逆数器、４０…除算器、５１…積
分器、２３…むだ時間の値（τ1 ）、２５…ｋ1 の値、
２７…変化率に相当する値（τ）、２９…オーバーシュ
ートの割合を示す値（α）、３１…τの逆数（τ^-1）、
３９…出力（β）、４１…τ2 の値、４３…τ2 ^-1の
値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷信号を入力しボイラプラントの先行
   信号を作る関数発生器を持つボイラプラントの先行信号
   回路において、上記負荷信号を入力しその時間微分を出
   力する微分器と、上記負荷信号及び上記ボイラプラント
   の熱交換器の全入熱に対するウオータウオールの入熱割
   合を示す比率信号を入力し、同負荷信号に対する上記ボ
   イラプラントの熱交換器の温度変化率を、同比率信号を
   パラメータとして出力する上記とは別の関数発生器と、
   同関数発生器の出力信号を入力し所定係数を掛ける係数
   器と、同係数器及び上記微分器の出力信号を入力する乗
   算器と、同乗算器の出力信号及び燃料の発熱量を入力
   し、同乗算器の出力信号を発熱量で割った値を出力する
   除算器と、同除算器の出力信号（ΔＦａ）を後述の演算
   でエネルギ的には不変で、かつ変化率を制限した出力信
   号（ΔＦａ^* ）に変換した値及び上記ボイラプラントの
   先行信号を作る関数発生器の出力信号を入力する加算器
   とを備えてなることを特徴とするボイラプラントの先行
   信号回路。