JPH10148301A - 自然循環排ガスボイラの制御装置 - Google Patents
自然循環排ガスボイラの制御装置Info
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- JPH10148301A JPH10148301A JP30492496A JP30492496A JPH10148301A JP H10148301 A JPH10148301 A JP H10148301A JP 30492496 A JP30492496 A JP 30492496A JP 30492496 A JP30492496 A JP 30492496A JP H10148301 A JPH10148301 A JP H10148301A
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- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 循環ポンプを省略して、起動時及び高速負荷
変動時においても、自然循環排ガスボイラでの正常な循
環流量を確保すること。 【解決手段】 ドラム４を有する自然循環型の排ガスボ
イラにおいて、降水管５の出口供給管１９にオリフィス
２０を設置するとともに、オリフィス２０を設置した供
給管１９をバイパスする連絡配管２２に流量調整弁２１
を設置し、前記流量調整弁２１の開度を、負荷要求信号
の変化率及びドラムレベルの制御偏差の変化率を用いて
制御すること。前記双方の変化率信号をファジィコント
ローラに入力して、ファジィ演算して前記流量調整弁２
１を制御すること。
変動時においても、自然循環排ガスボイラでの正常な循
環流量を確保すること。 【解決手段】 ドラム４を有する自然循環型の排ガスボ
イラにおいて、降水管５の出口供給管１９にオリフィス
２０を設置するとともに、オリフィス２０を設置した供
給管１９をバイパスする連絡配管２２に流量調整弁２１
を設置し、前記流量調整弁２１の開度を、負荷要求信号
の変化率及びドラムレベルの制御偏差の変化率を用いて
制御すること。前記双方の変化率信号をファジィコント
ローラに入力して、ファジィ演算して前記流量調整弁２
１を制御すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自然循環方式の排ガ
スボイラに係わり、特に起動時及び負荷変動時の安定な
運転を確保するに好適な制御装置に関する。
スボイラに係わり、特に起動時及び負荷変動時の安定な
運転を確保するに好適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のガス堅流れ型排ガスボイラ
の一例を示す系統構成図である。図示しないガスタービ
ンからの高温排ガス１は排ガスボイラ３に流入する。排
ガスボイラ内には水平伝熱面配置の過熱器１６及び蒸発
器８が配置されており、ガスタービン排ガスは、これら
伝熱面と熱交換したあと低温排ガス２となって排出され
る。
の一例を示す系統構成図である。図示しないガスタービ
ンからの高温排ガス１は排ガスボイラ３に流入する。排
ガスボイラ内には水平伝熱面配置の過熱器１６及び蒸発
器８が配置されており、ガスタービン排ガスは、これら
伝熱面と熱交換したあと低温排ガス２となって排出され
る。
【０００３】給水タンク１８から給水ポンプ１２により
給水流量調整弁１３を経てドラム４に供給された水は降
水管５を通って循環ポンプ６で昇圧され、供給管１９を
経由し、蒸発器入口ヘッダ７を通って蒸発器８に供給さ
れる。蒸発器８では、高温排ガス１より熱吸収を受け蒸
気を発生し、蒸発器出口ヘッダ９及び上昇管１０を経て
ドラム４に循環される。ドラム４では、水と蒸気が分離
され、水は降水管５へ戻されるが、蒸気は飽和蒸気管１
４及び過熱器入口ヘッダ１５を経て過熱器１６に供給さ
れる。
給水流量調整弁１３を経てドラム４に供給された水は降
水管５を通って循環ポンプ６で昇圧され、供給管１９を
経由し、蒸発器入口ヘッダ７を通って蒸発器８に供給さ
れる。蒸発器８では、高温排ガス１より熱吸収を受け蒸
気を発生し、蒸発器出口ヘッダ９及び上昇管１０を経て
ドラム４に循環される。ドラム４では、水と蒸気が分離
され、水は降水管５へ戻されるが、蒸気は飽和蒸気管１
４及び過熱器入口ヘッダ１５を経て過熱器１６に供給さ
れる。
【０００４】ドラム４には缶水ブロー弁１１が設置さ
れ、ドラムレベルが規定値以上に上昇した場合に全開し
てドラム水をブローしてドラムレベルが基準値に戻され
る。過熱器１６では、飽和蒸気管１４からの飽和蒸気が
過熱されて過熱蒸気となって過熱器出口ヘッダ１７を経
て、例えば図示していない蒸気タービンに供給される。
れ、ドラムレベルが規定値以上に上昇した場合に全開し
てドラム水をブローしてドラムレベルが基準値に戻され
る。過熱器１６では、飽和蒸気管１４からの飽和蒸気が
過熱されて過熱蒸気となって過熱器出口ヘッダ１７を経
て、例えば図示していない蒸気タービンに供給される。
【０００５】上記従来のガス堅流れ型排ガスボイラは、
水平配置の伝熱面の蒸発器８を設置すると共に、循環ポ
ンプ６を有する強制循環方式であった。この強制循環方
式では、循環ポンプ６を常時運転しておく必要があり、
ポンプの設置費用はもちろん、保守作業費用を必要とす
る。さらに、循環ポンプ６の常時運転によりそのための
補機動力が増加し、プラント効率が低下するという問題
があった。
水平配置の伝熱面の蒸発器８を設置すると共に、循環ポ
ンプ６を有する強制循環方式であった。この強制循環方
式では、循環ポンプ６を常時運転しておく必要があり、
ポンプの設置費用はもちろん、保守作業費用を必要とす
る。さらに、循環ポンプ６の常時運転によりそのための
補機動力が増加し、プラント効率が低下するという問題
があった。
【０００６】このように、従来技術においては、経済性
が低下するという点については配慮されていなかった。
が低下するという点については配慮されていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、循環
ポンプを省略して経済性を向上させるという点について
は考慮されていなかった。しかしながら、循環ポンプを
省略して自然循環方式を採用する場合には以下に示す課
題を解決する必要がある。
ポンプを省略して経済性を向上させるという点について
は考慮されていなかった。しかしながら、循環ポンプを
省略して自然循環方式を採用する場合には以下に示す課
題を解決する必要がある。
【０００８】（１）起動時においては、水平蒸発管内の
気水混合物の滞留により、自然循環力がなく正常な循環
流量を確保できず、ドラムレベルが大きく変動して、運
転不能となる可能性がある。
気水混合物の滞留により、自然循環力がなく正常な循環
流量を確保できず、ドラムレベルが大きく変動して、運
転不能となる可能性がある。
【０００９】（２）このように、正常な循環流量を確保
できない場合には、局部的に伝熱管内熱伝達率が低下し
て、伝熱管の温度上昇による損害や蒸発量の低下が発生
する。
できない場合には、局部的に伝熱管内熱伝達率が低下し
て、伝熱管の温度上昇による損害や蒸発量の低下が発生
する。
【００１０】本発明の目的は、循環ポンプを省略し、起
動時及び高速負荷変動時においても、正常な循環流量を
確保できる自然循環型排ガスボイラを提供することにあ
る。
動時及び高速負荷変動時においても、正常な循環流量を
確保できる自然循環型排ガスボイラを提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、次のような
構成を採用することにより達成できる。
構成を採用することにより達成できる。
【００１２】ドラムを有する自然循環型の排ガスボイラ
において、降水管出口供給管にオリフィスを設置すると
ともに、オリフィスを設置した供給管をバイパスする連
絡配管に流量調整弁を設置し、前記流量調整弁の開度
を、負荷要求信号及びドラムレベルの制御偏差を用いて
制御すること。
において、降水管出口供給管にオリフィスを設置すると
ともに、オリフィスを設置した供給管をバイパスする連
絡配管に流量調整弁を設置し、前記流量調整弁の開度
を、負荷要求信号及びドラムレベルの制御偏差を用いて
制御すること。
【００１３】また、前記負荷要求信号とドラムレベル制
御偏差とをそれぞれ微分して前記流量調整弁の開度を制
御すること。
御偏差とをそれぞれ微分して前記流量調整弁の開度を制
御すること。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明における自然循環排ガスボ
イラの制御装置の具体的実施形態を図１に示す。この図
において、前記図５により説明した従来のものと同様の
部分については、冗長になるのを避けるため、同一の符
号を付け詳しい説明を省く。
イラの制御装置の具体的実施形態を図１に示す。この図
において、前記図５により説明した従来のものと同様の
部分については、冗長になるのを避けるため、同一の符
号を付け詳しい説明を省く。
【００１５】ここで、図１、図２において、３は排ガス
ボイラ、４はドラム、５は降水管、７は蒸発器入口ヘッ
ダ、８は蒸発器、９は蒸発器出口ヘッダ、１１は缶水ブ
ロー弁、１２は給水ポンプ、１３は給水流量調整弁、１
４は飽和蒸気管、１８は給水タンク、１９は供給管、２
０はオリフィス、２１は流量調整弁、２２はバイパス配
管、３０は負荷要求信号、３１はドラムレベル計、３２
はドラムレベル設定器、３３は微分器３４、３４は引算
器、３５はファジイコントローラ、をそれぞれ表わす。
ボイラ、４はドラム、５は降水管、７は蒸発器入口ヘッ
ダ、８は蒸発器、９は蒸発器出口ヘッダ、１１は缶水ブ
ロー弁、１２は給水ポンプ、１３は給水流量調整弁、１
４は飽和蒸気管、１８は給水タンク、１９は供給管、２
０はオリフィス、２１は流量調整弁、２２はバイパス配
管、３０は負荷要求信号、３１はドラムレベル計、３２
はドラムレベル設定器、３３は微分器３４、３４は引算
器、３５はファジイコントローラ、をそれぞれ表わす。
【００１６】本実施形態において、２０はオリフィス、
２１は流量調整弁、２２はバイパス配管であってこれら
を設けたことに本発明の特徴がある。自然循環ループに
おいは、起動時及び負荷変動時において問題となる流動
不安定現象としては、Ｌｅｄｉｎｅｇｇ形不安定及び密
度波不安定がある。
２１は流量調整弁、２２はバイパス配管であってこれら
を設けたことに本発明の特徴がある。自然循環ループに
おいは、起動時及び負荷変動時において問題となる流動
不安定現象としては、Ｌｅｄｉｎｅｇｇ形不安定及び密
度波不安定がある。
【００１７】前者の不安定は、圧力損失−流量特性の負
性匂配によるものであり、静的不安定現象である。後者
の不安定は、圧力損失−流量特性が正匂配の領域で生
じ、入口流量に変動が生ずると、その変動が出口まで伝
播するのに通過時間がかかるため、ボイド率や圧力損失
の変化に時間おくれが生ずる。
性匂配によるものであり、静的不安定現象である。後者
の不安定は、圧力損失−流量特性が正匂配の領域で生
じ、入口流量に変動が生ずると、その変動が出口まで伝
播するのに通過時間がかかるため、ボイド率や圧力損失
の変化に時間おくれが生ずる。
【００１８】したがって、蒸発管出入口ヘッダ７，９間
の差圧が一定の場合入口流量変動にフィードバックし、
運転条件によっては入口流量変動が自励的に増幅される
ものである。このような流動不安定現象に対する対策と
しては、入口単相域に絞りを設置することが知られてい
る。
の差圧が一定の場合入口流量変動にフィードバックし、
運転条件によっては入口流量変動が自励的に増幅される
ものである。このような流動不安定現象に対する対策と
しては、入口単相域に絞りを設置することが知られてい
る。
【００１９】そこで、本実施形態においては供給管１９
の出口に絞りを設けるとともに、バイパス配管２２に流
量調整弁２１を設け、オリフィス２０をなるべくバイパ
スして、自然循環ループの圧力損失を低減できる構成を
採用している。
の出口に絞りを設けるとともに、バイパス配管２２に流
量調整弁２１を設け、オリフィス２０をなるべくバイパ
スして、自然循環ループの圧力損失を低減できる構成を
採用している。
【００２０】供給管１９に設置したオリフィス２０は単
相流域における絞りの役割を果たすので、圧力損失−流
量特性の負性匂配（気液二相流においては、ボイド率や
フローパターンの変化により、流量の増加に対して圧力
損失が減少する特性がある。）を回避することができる
（オリフィス２０は蒸発器入口ヘッダ７から蒸発器８へ
流れる流量を減らすので負性勾配が起きない）。それに
よって、起動時及び高速負荷変動時においても安心した
自然循環流量を確保することができ、ドラムレベルの変
動を抑止することが可能となる。
相流域における絞りの役割を果たすので、圧力損失−流
量特性の負性匂配（気液二相流においては、ボイド率や
フローパターンの変化により、流量の増加に対して圧力
損失が減少する特性がある。）を回避することができる
（オリフィス２０は蒸発器入口ヘッダ７から蒸発器８へ
流れる流量を減らすので負性勾配が起きない）。それに
よって、起動時及び高速負荷変動時においても安心した
自然循環流量を確保することができ、ドラムレベルの変
動を抑止することが可能となる。
【００２１】なお、バイパス配管に設置した流量調整弁
を開いていくと、オリフィスを通過する流量が減少する
ので、自然循環ループの圧力損失の増加が防止できる。
このため、負荷要求信号及びドラムレベルの制御偏差を
用いて、この流量調整弁を開閉することにより、自然循
環排ガスボイラの安定な運転を確保することが可能とな
る。
を開いていくと、オリフィスを通過する流量が減少する
ので、自然循環ループの圧力損失の増加が防止できる。
このため、負荷要求信号及びドラムレベルの制御偏差を
用いて、この流量調整弁を開閉することにより、自然循
環排ガスボイラの安定な運転を確保することが可能とな
る。
【００２２】これによって、循環ポンプが不要となり、
ポンプ設備の費用、その保守作業の費用、さらには駆動
動力の費用も不要となる。
ポンプ設備の費用、その保守作業の費用、さらには駆動
動力の費用も不要となる。
【００２３】前述した流量調整弁２１の制御方法は以下
のとおりである。
のとおりである。
【００２４】図２に示すように、負荷要求信号３０を微
分器３３ａで微分した信号、すなわち負荷変化率信号
と、ドラムレベル計３１の出力信号とドラムレベル設定
器３２の出力信号との制御偏差を引算器３４で求め、こ
れを微分器３３ｂで微分した信号、すなわちドラムレベ
ル制御偏差変化率信号とをファジィコントローラ３５に
入力する。ファジィコントローラ３５では、よく知られ
ている「Ｍｉｎ−Ｍａｘ−重心法」によりファジィ演算
を実施し、流量調整弁２１の開閉信号を出力する。この
開閉信号により、オリフィス２０をバイパスする流量を
調整する。
分器３３ａで微分した信号、すなわち負荷変化率信号
と、ドラムレベル計３１の出力信号とドラムレベル設定
器３２の出力信号との制御偏差を引算器３４で求め、こ
れを微分器３３ｂで微分した信号、すなわちドラムレベ
ル制御偏差変化率信号とをファジィコントローラ３５に
入力する。ファジィコントローラ３５では、よく知られ
ている「Ｍｉｎ−Ｍａｘ−重心法」によりファジィ演算
を実施し、流量調整弁２１の開閉信号を出力する。この
開閉信号により、オリフィス２０をバイパスする流量を
調整する。
【００２５】図３には、メンバシップ関数の一例を示
す。図において、横軸は負荷変化率、ドラムレベル制御
偏差変化率及び流量調整弁２１の開度を規格化したもの
である。したがって、流量調整弁２１の開度に関して
は、全閉から全開までカバーするように規格化する。次
に、ＮＢ，ＮＭ，……はファジィラベルであり、ＮはＮ
ｅｇａｔｉｖｅ，ＰはＰｏｓｉｔｉｖｅ，Ｂｉｇ，Ｍは
Ｍｅｄｉｕｍ，ＳはＳｍａｌｌ，ＺＯはＺｅｒｏを表し
ている。例えは、ＮＢはＮｅｇａｔｉｖｅＢｉｇと読
み、負で大きいことを表している。
す。図において、横軸は負荷変化率、ドラムレベル制御
偏差変化率及び流量調整弁２１の開度を規格化したもの
である。したがって、流量調整弁２１の開度に関して
は、全閉から全開までカバーするように規格化する。次
に、ＮＢ，ＮＭ，……はファジィラベルであり、ＮはＮ
ｅｇａｔｉｖｅ，ＰはＰｏｓｉｔｉｖｅ，Ｂｉｇ，Ｍは
Ｍｅｄｉｕｍ，ＳはＳｍａｌｌ，ＺＯはＺｅｒｏを表し
ている。例えは、ＮＢはＮｅｇａｔｉｖｅＢｉｇと読
み、負で大きいことを表している。
【００２６】図４には、流量調整弁２１の制御ルールを
示す。流量調整弁２１は、ドラムレベル制御偏差変化率
及び負荷変化率によって制御するが、図は、例えば、ド
ラムレベル制御偏差変化率ｘがＮＭ（負で中くらい）、
負荷変化率ｙがＰＭ（正で中くらい）のとき、流量調整
弁２１の開度はＮＳ（負で小さい）となるように制御す
ることを意味している。
示す。流量調整弁２１は、ドラムレベル制御偏差変化率
及び負荷変化率によって制御するが、図は、例えば、ド
ラムレベル制御偏差変化率ｘがＮＭ（負で中くらい）、
負荷変化率ｙがＰＭ（正で中くらい）のとき、流量調整
弁２１の開度はＮＳ（負で小さい）となるように制御す
ることを意味している。
【００２７】そして、この制御ルールはファジィラベル
で記述されているので、前述した「Ｍｉｎ−Ｍａｘ−重
心法」によりファジィ演算を実行し、流量調整弁２１の
開度の確定値を求める。このファジィ演算は通常の手法
を用いて実行するので、詳細についてはここでは省略す
る。また、ここに示した制御ルールは一例であるが、排
ガスボイラの運転特性に応じて制御ルールを変更するこ
とが可能である。
で記述されているので、前述した「Ｍｉｎ−Ｍａｘ−重
心法」によりファジィ演算を実行し、流量調整弁２１の
開度の確定値を求める。このファジィ演算は通常の手法
を用いて実行するので、詳細についてはここでは省略す
る。また、ここに示した制御ルールは一例であるが、排
ガスボイラの運転特性に応じて制御ルールを変更するこ
とが可能である。
【００２８】したがって、本発明では、ドラムレベルの
変化の傾向及び負荷変化の傾向を先行的に検出して、蒸
発管入口単相流領域における絞りを調整できるので、起
動時及び高速負荷変動時においても、安定した自然循環
流量を確保することができるので、ドラムレベルの大き
な変動を防止できるとともに、安定した運転性能を確保
できる。
変化の傾向及び負荷変化の傾向を先行的に検出して、蒸
発管入口単相流領域における絞りを調整できるので、起
動時及び高速負荷変動時においても、安定した自然循環
流量を確保することができるので、ドラムレベルの大き
な変動を防止できるとともに、安定した運転性能を確保
できる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、起動時及び高速負荷変
動時においても蒸発管入口の絞りを調整でき、安定した
自然循環流量を確保できるので、循環ポンプを設置する
必要がない。このため、補機動力現象によるプラント効
率の向上とポンプ削減によるコスト低減が可能となる。
動時においても蒸発管入口の絞りを調整でき、安定した
自然循環流量を確保できるので、循環ポンプを設置する
必要がない。このため、補機動力現象によるプラント効
率の向上とポンプ削減によるコスト低減が可能となる。
【図１】本発明による自然循環排ガスボイラの制御装置
の一実施形態を示す系統構成図である。
の一実施形態を示す系統構成図である。
【図２】図２は図１における流量調整弁の制御方式を示
す制御系統図である。
す制御系統図である。
【図３】図２のファジィコントローラのメンバシップ関
数の一例を示す説明図である。
数の一例を示す説明図である。
【図４】図２のファジィコントローラの制御ルールの一
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
【図５】従来技術になる排ガスボイラの構成を示す系統
構成図である。
構成図である。
３ 排ガスボイラ ４ ドラム ５ 降水管 ６ 循環ポンプ ８ 蒸発器 １１ 缶水ブロー弁 １２ 給水ポンプ １３ 給水流量調整弁 １４ 飽和蒸気管 １６ 過熱器 １８ 給水タンク １９ 供給管 ２０ オリフィス ２１ 流量調整弁 ２２ バイパス配管 ３０ 負荷要求信号 ３１ ドラムレベル計 ３２ ドラムレベル設定器 ３３ 微分器３４ ３４ 引算器 ３５ ファジイコントローラ
Claims (2)
- 【請求項１】 ドラムを有する自然循環型の排ガスボイ
ラにおいて、 降水管出口供給管にオリフィスを設置するとともに、オ
リフィスを設置した供給管をバイパスする連絡配管に流
量調整弁を設置し、 前記流量調整弁の開度を、負荷要求信号及びドラムレベ
ルの制御偏差を用いて制御する、 ことを特徴とする自然循環排ガスボイラの制御装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の自然循環排ガスボイラ
の制御装置において、 前記負荷要求信号とドラムレベ
ル制御偏差とをそれぞれ微分して前記流量調整弁の開度
を制御することを特徴とする自然循環排ガスボイラの制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30492496A JPH10148301A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 自然循環排ガスボイラの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30492496A JPH10148301A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 自然循環排ガスボイラの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10148301A true JPH10148301A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=17938957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30492496A Pending JPH10148301A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 自然循環排ガスボイラの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10148301A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7621141B2 (en) | 2004-09-22 | 2009-11-24 | York International Corporation | Two-zone fuzzy logic liquid level control |
| EP2428999A1 (en) * | 2009-04-06 | 2012-03-14 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Solar receiver with natural circulation for generating saturated steam |
-
1996
- 1996-11-15 JP JP30492496A patent/JPH10148301A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7621141B2 (en) | 2004-09-22 | 2009-11-24 | York International Corporation | Two-zone fuzzy logic liquid level control |
| US7784295B2 (en) | 2004-09-22 | 2010-08-31 | York International Corporation | Two-zone fuzzy logic liquid level control |
| EP2428999A1 (en) * | 2009-04-06 | 2012-03-14 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Solar receiver with natural circulation for generating saturated steam |
| US20120080027A1 (en) * | 2009-04-06 | 2012-04-05 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Solar receiver with natural circulation for generating saturated steam |
| EP2428999A4 (en) * | 2009-04-06 | 2014-01-15 | Abengoa Solar New Tech Sa | NATURAL CIRCULATION SOLAR RECEIVER FOR SATURATED VAPOR PRODUCTION |
| US9377218B2 (en) | 2009-04-06 | 2016-06-28 | Abengoa Solar New Technologies, S.A. | Solar receiver with natural circulation for generating saturated steam |
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