JPH09256811A - 蒸気供給プラントの蒸気制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自家発電機を有効利用すると同時に、メリッ
トのない高圧蒸気の低圧蒸気への直接変換量を最小限に
する。 【解決手段】 高圧蒸気を、発電機用タービン３、４の
駆動に利用した後にそれぞれ低圧蒸気として供給する抽
気弁７、８と、低圧蒸気に直接変換する変換弁９、１０
とを有する減圧設備と、低圧蒸気の一部を高炉送風機用
タービン５、６の駆動用蒸気に混気する混気設備とが並
設されている蒸気供給プラントで、変換弁９、１０より
抽気弁７、８による低圧蒸気の減圧生成を優先させると
共に、抽気弁７、８による減圧生成量が、発電機用ター
ビンの最大負荷に満たない場合は、タービン５、６への
混気流量を増大させ、最大負荷に実質的に一致し、且
つ、変換弁による減圧生成が生じている場合には、混気
流量を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧蒸気を低圧蒸
気に変換すると同時に発電する自家発電設備と、低圧蒸
気を他の動力発生装置を駆動する蒸気源に混合して利用
する混気設備とが併設された蒸気供給プラントで蒸気を
適切に制御する際に適用して好適な、蒸気供給プラント
の蒸気制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄、化学、製紙等のプラントでは、高
圧蒸気を発電機用蒸気タービンの駆動用蒸気源に使用し
た後に低圧蒸気にする減圧設備と、減圧生成した低圧蒸
気の少なくとも一部を発電機用蒸気タービン以外の動力
発生装置を駆動する蒸気源に混気（混合）して利用する
混気設備とが併設された蒸気供給プラントが用いられて
いる。

【０００３】例えば、製鉄プラントの場合であれば、混
気設備としては、高炉送風機の蒸気タービンを駆動する
ための蒸気源に低圧蒸気を混合する混気設備がある。

【０００４】このように、低圧蒸気の生成量を混気設備
に供給する蒸気供給プラントでは、高圧蒸気を低圧蒸気
に減圧して供給するために、エネルギ効率を考慮して２
種類の減圧装置が用いられている。即ち、高圧蒸気を、
自家発電用の蒸気タービンを回転させるエネルギ源とし
て利用し、発電しながら減圧して低圧蒸気に変換する第
１減圧装置と、エネルギ効率を犠牲にして高圧蒸気を直
接低圧蒸気に減圧する第２減圧装置とがある。通常は、
電気を同時生産できる第１減圧装置を使用して低圧蒸気
を供給しているが、第１減圧装置のみでは低圧蒸気の需
要量を賄い切れないときには、エネルギ効率を犠牲にし
て第２減圧装置を使用する蒸気供給制御が行われてい
る。

【０００５】このように２種類の減圧装置を使用して高
圧蒸気を低圧蒸気に減圧して供給するプラントでは、一
般に各減圧装置とも複数台使用して蒸気圧力等の制御が
行われている。その際、一般に１台の圧力制御装置の下
で、各減圧装置に対する減圧蒸気流量の負荷比率を設定
することにより、各減圧装置を並列運転する方法や、各
々の減圧装置の使用範囲を限定して順序制御をすること
により、蒸気圧力制御を行う方法が採用されている。

【０００６】特に、この順序制御をする方法としては、
特開平４−５０４０９に開示されているように、次に使
用する減圧装置の駆動を開始させるためのターンアップ
信号や、それを停止させるためのターンダウン信号を余
裕をもって出力することにより、設備の運転停止を圧力
制御を停止する前に行うことにより、制御の応答性を改
善し、なお且つ、効率の良い運転を行うようにした技術
が知られている。

【０００７】又、上記のように混気設備が併設されてい
るプラントでは、混気設備に対する低圧蒸気の供給は、
電力料金等が高いために自家発電のメリットが大きい昼
間に、発電機の出力が最大になるように混気流量を増加
し、メリットが出ない夜間は混気流量を最低にするとい
うような、時間帯により運用を変える定値制御が一般的
に行われているに過ぎない。即ち、従来の混気流量制御
方法では、昼夜の時間帯に応じて、オペレータが混気流
量の設定変更を行い、一度設定を変更してしまえば、次
の設定変更時間まで混気流量は一定に維持されることに
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た如く、複数の減圧装置で高圧蒸気を低圧蒸気に減圧し
て供給する蒸気制御では、一般に１台の圧力制御装置の
下で各々の減圧装置の使用範囲を限定すると共に、使用
順序を指定する順序制御を行っている。そのため、低圧
蒸気の使用量（需要）の増大等により圧力変動が生じた
場合、それを補うべく予め定められている優先順位に従
って、第１又は第２の減圧装置を操作することにより、
減圧生成した低圧蒸気を所定の流量で供給する減圧制御
が行われているが、その際に発電機を同時駆動する第１
減圧装置による減圧制御を行っている場合は、それに伴
って発電量が変動することになる。

【０００９】従って、低圧蒸気の需要が変動する場合、
従来の制御方法によっては、発電機としては未だ電力回
収能力があるのに、低圧蒸気がそれ以上必要ないために
発電できないケースが発生していた。又、逆に低圧蒸気
の使用量（需要）が増加したために、発電のメリットが
無い第２減圧装置による蒸気供給が発生し、オペレータ
が混気流量を絞り忘れたため等により、結果的に単価の
高い蒸気を混気流量等として使用してしまうケースもあ
った。

【００１０】これらの不都合を解消するためには、オペ
レータが混気流量の調整をする場合、低圧蒸気圧力、即
ち低圧蒸気の需要の変動が激しい蒸気供給プラントにお
いては、連続して常に混気流量の設定変更を行う必要が
あり、そのためには専任のオペレータが必要になるとい
う問題があった。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、蒸気供給プラントに付設されている
自家発電機を最大限に有効利用すると同時に、メリット
の無い高圧蒸気の直接変換量を最小限にして低圧蒸気の
需要を賄うことができる蒸気供給プラントの蒸気制御方
法を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧蒸気を、
発電機用タービンの駆動に利用した後に低圧蒸気にする
第１減圧装置と、高圧蒸気を低圧蒸気に直接変換する第
２減圧装置とを有する減圧設備と、減圧生成された低圧
蒸気の少なくとも一部を、他の動力発生装置の駆動用蒸
気に混気して利用する混気設備とが併設されている蒸気
供給プラントの蒸気制御方法において、第２減圧装置よ
り第１減圧装置による低圧蒸気の生成を優先させると共
に、第１減圧装置による低圧蒸気の生成量が、発電機用
タービンの最大負荷の蒸気量より少ない場合は、前記動
力発生装置に対する低圧蒸気の混気流量を増大させ、第
１減圧装置による低圧蒸気の生成量が、発電機用タービ
ンの最大負荷の蒸気量に実質的に一致し、且つ、第２減
圧装置による低圧蒸気の生成が生じている場合には、該
第２減圧装置による生成量が最少になるように前記混気
流量を減少させる混気流量制御を行うことにより、前記
課題を解決したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る一実施の形態の蒸気
制御方法に適用される制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図であり、図２は、この制御装置の要部の特徴を拡大
して示した説明図である。

【００１５】この実施の形態が適用される蒸気供給プラ
ントは、図示しないボイラから高圧蒸気が供給される高
圧蒸気配管１と、この配管１の高圧蒸気を以下に詳述す
る減圧装置により減圧し、低圧蒸気としてその需要先へ
供給する低圧蒸気配管２とを有している。

【００１６】上記高圧蒸気配管１と低圧蒸気配管２の間
には、高圧蒸気を、発電機用タービン３及び４の駆動に
利用した後にそれぞれ低圧蒸気として低圧蒸気配管２に
供給する発電機用抽気弁７及び８からなる２つの第１減
圧装置と、高圧蒸気を低圧蒸気に直接変換する変換弁９
及び１０からなる２つの第２減圧装置とを有する減圧設
備が配設されている。

【００１７】又、これら減圧装置で減圧生成された低圧
蒸気は、他の設備に供給されると共に、その一部を発電
機以外の動力発生装置の駆動用蒸気に混合して利用する
混気設備に供給される。この混気設備は、上記減圧設備
に併設されている、高炉送風機用の２つの蒸気タービン
（動力発生装置）５及び６で構成され、該送風機用蒸気
タービン５、６にはそれぞれ混気制御弁１１、１２を介
して低圧蒸気配管２から低圧蒸気が供給（混気）される
ようになっている。

【００１８】前記発電機用抽気弁７及び８は、抽気弁用
減圧蒸気流量計１３及び１４による検出値に基づいて、
抽気弁用減圧蒸気流量調節装置２０及び２１により低圧
蒸気配管２への低圧蒸気の量が目標値になるように制御
されるようになっており、同様に前記変換弁９及び１０
も、変換弁用減圧蒸気流量計１５及び１６による検出値
に基づいて、変換弁用減圧蒸気流量調節装置２２及び２
３により適切に制御されるようになっている。又、これ
ら抽気弁用減圧蒸気流量調節装置２０、２１及び変換弁
用減圧蒸気流量調節装置２２、２３は、低圧蒸気圧力計
１９により低圧蒸気の実測圧力に基づいて同一の低圧蒸
気圧力制御装置２６で順序制御されるようになってい
る。

【００１９】又、前記混気制御弁１１及び１２は、混気
流量計１７及び１８による検出値に基づいて、混気流量
調節装置２４及び２５により制御され、該調節装置２
４、２５には、抽気弁用減圧蒸気流量計１３、１４によ
る検出値Ｃ、Ｄに基づいて指令を出力する抽気弁混気流
量制御装置２７により、又、変換弁用減圧蒸気流量計１
５、１６による検出値Ａ、Ｂに基づいて指令を出力する
変換弁混気流量制御装置２８により、それぞれ制御され
るようになっている。

【００２０】又、これら混気流量調節装置２４、２５に
は、時間帯によって混気流量制御をオン・オフさせるた
めにタイムスケジュール器２９によっても制御されるよ
うになっている。

【００２１】次に、前記蒸気制御方法について更に詳述
すると、前記低圧蒸気圧力制御装置２６は、低圧蒸気圧
力計１９にて検出された低圧蒸気圧力と、予め設定して
あるその設定値とを比較し、その偏差に基づくＰＩＤ演
算を行い、その演算結果に基づく出力を減圧蒸気流量調
節装置２０〜２３に主設定値として与える。

【００２２】この減圧蒸気流量調節装置２０〜２３で
は、上記低圧蒸気圧力制御装置２６より設定された主設
定値に順序関数をかけて決まった各調節装置２０〜２３
に適用する設定値と、減圧蒸気流量計１３〜１６にて検
出された減圧蒸気流量をそれぞれ比較し、その偏差に基
づくＰＩＤ演算を行い、その結果に基づく出力を制御信
号として抽気弁７、８及び変換弁９、１０に与え、各弁
による減圧蒸気流量の制御を行う。

【００２３】このとき、順序関数は、効率の良い設備を
優先的に動作させる働きをし、発電機の抽気弁７、８に
よる減圧蒸気流量制御は、変換弁９、１０による同制御
より優先的に実行されるようになっている。又、順序関
数としては任意であるが、例えば、前記特開平４−５０
４０９に開示されているものを利用できる。

【００２４】次に、図２をも参照しながら、混気流量制
御の動作を説明する。低圧蒸気の需要が変動（増大）
し、ある時点で、抽気弁７では減圧される蒸気量が発電
機用蒸気タービン３の最大負荷に達し、他方の抽気弁８
では未だ能力に余裕があるために、該抽気弁８のみによ
る減圧蒸気流量の制御を行っており、しかも混気制御弁
１１、１２による混気流量制御が行われていない状態で
あったとする。即ち、このとき、変換弁９、１０による
減圧蒸気流量制御は優先順位が低いため使用されていな
い。

【００２５】このとき、抽気弁混気流量制御装置２７
は、各発電気用蒸気タービン３、４の最大負荷（最大蒸
気量）合計値と、該発電気用蒸気タービン３、４の減圧
蒸気流量計１３、１４の指示値（実測蒸気量）Ｃ、Ｄの
合計値とを比較し、発電機用蒸気タービン３、４の減圧
蒸気流量計１３、１４の指示値の合計の方が低かった場
合は、未だ発電能力に余裕があると判断し、各混気流量
調節装置２４、２５に増加指令を与える。

【００２６】すると、各混気流量調節装置２４、２５で
は、この指令を主設定値とし、これに順序関数をかけて
決定された混気制御弁１１、１２に対する設定値と、混
気流量計１７、１８によって検出された実測混気流量と
を比較し、差がある場合には、その実測値が設定値に一
致するように混気流量の値を増加させる。このときの順
序関数も効率の良い装置設備を優先的に使用する働をす
る。

【００２７】混気流量が増加すると、そのままでは低圧
蒸気配管２の圧力が下がることになり、結果として低圧
蒸気圧力制御装置２６が作動し、現在減圧蒸気流量制御
を行っている発電機用蒸気タービン４の抽気弁８より減
圧蒸気を供給する量が増加するため、発電機の出力が増
加することになり、この動作は各発電機用蒸気タービン
３、４の最大負荷合計値と同発電機用蒸気タービンの減
圧蒸気流量計１３、１４の指示値の合計値の差が無くな
るまで継続されることになる。

【００２８】以上の動作によって、発電機の発電能力に
余裕があり、混気流量制御が作動していない場合には、
混気流量制御を行い、混気流量制御の能力以内で常に発
電機の出力が能力一杯になるように自動的に調整される
ことになる。

【００２９】次に、この状態で、低圧蒸気の使用量が増
加し、低圧蒸気が不足していて低圧蒸気配管２の圧力が
下がってくると、低圧蒸気圧力制御装置２６の動作によ
り、変換弁９、１０より減圧蒸気が供給されるようにな
るが、このとき、抽気弁混気流量制御装置２７の中では
以下の判断を行う。

【００３０】（１）発電機用蒸気タービン３、４の最大
負荷合計値≒発電機用蒸気タービン３、４からの減圧蒸
気流量の合計値 （２）変換弁９、１０の減圧蒸気流量合計値＞０ｔ／ｈ

【００３１】上記（１）、（２）の条件が成立すると、
抽気弁混気流量制御装置２７の出力は、変換弁混気流量
制御装置２８の出力にバンプレスに、即ち滑らかに切り
換える。この変換弁混気流量制御装置２８では、変換弁
用減圧蒸気流量計１５、１６による減圧蒸気流量Ａ、Ｂ
が、いずれも０ｔ／ｈになるように制御を行うと同時
に、各混気流量調節装置２４、２５の設定値を減少させ
ることにより、該混気流量調節装置２４、２５は混気流
量を減少させる制御を行うことにより、結果として、低
圧蒸気配管２の圧力が下がるため、変換弁９、１０によ
る減圧蒸気流量を減少させることができる。

【００３２】以上の動作によって変換弁９、１０による
減圧蒸気流量の供給は混気流量制御の能力以内で常に最
低になるように自動的に調整されることになる。

【００３３】又、これらの混気流量制御は昼夜電力料金
の単価差により、発電機を最大能力に維持することは、
料金の高い昼間はメリットが出るが、夜間は逆に出ない
場合が多い。そこで、タイムスケジュール器２９によっ
てメリットが出る時間帯のみに混気流量制御を実施し、
それが出ない時間帯には各混気流量調節装置２４、２５
の出力値に強制的に０％を書き込んで、混気流量制御を
停止できるようになっている。

【００３４】以上の動作を総合的に行うことによって、
低圧蒸気の需要の変動を自動的に混気流量制御で吸収
し、常に発電量が最大になり、高圧蒸気を有効利用でき
ない変換弁による減圧蒸気の供給量が最低になるような
運転が実現できる。

【００３５】以上、詳述した如く、この実施の形態にお
いては、抽気弁混気流量制御装置２７では、各発電機用
蒸気タービンの最大負荷合計値と、各発電機用蒸気ター
ビンからの減圧蒸気流量合計値の差を常に演算し、その
差を補償するためのＰＩＤ演算を行い、その演算結果に
基づいて混気設備における各混気流量調節装置２４、２
５に操作出力を与える。この出力は、各混気流量調節装
置２４、２５の設定値となり、各混気流量調節装置毎に
付けられた優先使用順位に従って、低圧蒸気の需要量か
ら判断して発電機の出力を最大にできない場合は、効率
の良い混気設備から順に混気流量を増加して、低圧蒸気
配管２における低圧蒸気の圧力を減少させることによ
り、それに伴って発電機の減圧蒸気流量を増加し、発電
機出力を最大にすることができる。

【００３６】又、その状態から低圧蒸気の使用量が更に
増加し、メリットの無い変換弁９、１０による蒸気供給
が必要になった場合には、抽気弁混気流量制御装置２７
の出力を変換弁混気流量制御装置２８の出力をバンプレ
スに切り換え、効率の悪い装置順に混気流量を減少さ
せ、変換弁９、１０による低圧蒸気の供給がいずれも０
ｔ／ｈになるようにすることが可能となる。

【００３７】更に、混気流量制御は、昼夜の電力料金単
価差により、夜間は発電によるメリットが享受できない
ため、タイムスケジュール器２９により夜間電力料金と
なる時間帯には混気流量調節装置２４、２５に停止指令
を出力し、強制的にその出力を０％にすることによっ
て、混気流量制御を停止し、昼間の電力料金となる時間
帯になると再び混気流量制御を開始することができる。

【００３８】このようにして、混気流量制御を行うこと
により、低圧蒸気の需要の変動に関わらず、常に発電機
の出力を最大に保ち、変換弁による蒸気供給量が最低に
なるように運転できるようになった。

【００３９】以上詳述した如く、本実施の形態によれ
ば、各発電機用蒸気タービンの最大負荷合計値と、各発
電機用蒸気タービンからの減圧蒸気流量の合計値との差
を補償するべく、各混気流量制御の順序制御を行わせる
ようにしたため、低圧蒸気の需要の変動に関わらず、常
に発電気を同時駆動する抽気弁７、８による減圧蒸気流
量を最大として発電機の出力を最大にすると共に、メリ
ットの無い変換弁による減圧蒸気の供給を最低にするこ
とができるようになった。

【００４０】又、タイムスケジュール器により、昼夜の
混気流量制御管理を自動で行えるようにしたため、オペ
レータの作業負荷を著しく軽減できるというメリットも
ある。

【００４１】以上、本発明を具体的に説明したが、本発
明は、前記実施の形態に示したものに限られるものでな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【００４２】例えば、前記実施の形態では、具体的な装
置構成として、第１減圧装置である抽気弁、第２減圧装
置である変換弁、及び発電機以外の動力発生装置である
送風機用蒸気タービンが、いずれも２台の場合を示した
が、これに限定されず、それぞれを３台以上にしても、
場合によって全て１台であってもよい。即ち、図２に示
したように任意のｎ台にすることができる。

【００４３】又、本発明を適用するプラントも、製鉄プ
ラントに限定されるものでなく、従って混気設備も高炉
用送風機に限定されない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
蒸気供給プラントに付設されている自家発電機を最大限
に有効利用すると同時に、メリットの無い高圧蒸気の直
接変換量を最小限にして低圧蒸気の需要を賄うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態の蒸気制御方法に適
用される制御装置の概略を示すブロック図

【図２】上記制御装置の要部を拡大して示す説明図

【符号の説明】

１…高圧蒸気配管 ２…低圧蒸気配管 ３、４…発電機用蒸気タービン ５、６…送風機用蒸気タービン ７、８…発電機用抽気弁 ９、１０…変換弁 １１、１２…混気制御弁 １３、１４…抽気弁用減圧蒸気流量計 １５、１６…変換弁用減圧蒸気流量計 １７、１８…混気流量計 １９…低圧蒸気圧力計 ２０、２１…抽気弁用減圧蒸気流量調節装置 ２２、２３…変換弁用減圧蒸気流量調節装置 ２４、２５…混気流量調節装置 ２６…低圧蒸気圧力制御装置 ２７…抽気弁混気流量制御装置 ２８…変換弁混気流量制御装置 ２９…タイムスケジュール器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧蒸気を、発電機用タービンの駆動に利
   用した後に低圧蒸気にする第１減圧装置と、高圧蒸気を
   低圧蒸気に直接変換する第２減圧装置とを有する減圧設
   備と、減圧生成された低圧蒸気の少なくとも一部を、他
   の動力発生装置の駆動用蒸気に混気して利用する混気設
   備とが併設されている蒸気供給プラントの蒸気制御方法
   において、 第２減圧装置より第１減圧装置による低圧蒸気の生成を
   優先させると共に、 第１減圧装置による低圧蒸気の生成量が、発電機用ター
   ビンの最大負荷の蒸気量より少ない場合は、前記動力発
   生装置に対する低圧蒸気の混気流量を増大させ、 第１減圧装置による低圧蒸気の生成量が、発電機用ター
   ビンの最大負荷の蒸気量に実質的に一致し、且つ、第２
   減圧装置による低圧蒸気の生成が生じている場合には、
   該第２減圧装置による生成量が最少になるように前記混
   気流量を減少させる混気流量制御を行うことを特徴とす
   る蒸気供給プラントの蒸気制御方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 混気流量制御を実行するか否かを、時間帯に応じて自動
   管理することを特徴とする蒸気供給プラントの蒸気制御
   方法。
3. 【請求項３】請求項１において、 第１減圧装置、第２減圧装置及び動力発生装置の少なく
   とも１つは、複数台設置させていることを特徴とする蒸
   気供給プラントの蒸気制御方法。
4. 【請求項４】請求項３において、 複数台設置されている装置は、効率の高い順に動作させ
   る順序制御を行うことを特徴とする蒸気供給プラントの
   蒸気制御方法。