JPH10213322A - 炉内圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は炉内圧力の時定数が小さい場合で
も、負荷変動に円滑に追従して炉内圧力を安定的に制御
し得る炉内圧力制御装置を提供する事。 【解決手段】 所定の操作信号に基づく風量調節手段に
より風量調節しながら炉内圧力を制御する装置におい
て、前記炉内圧力検出信号と、炉内圧力設定信号との偏
差により第１偏差信号を生成し、次に第１偏差信号の微
分信号と前記第１偏差信号とを加算して第１加算信号を
生成し、更に前記第１加算信号と後記適応比例信号の遅
延信号との偏差により第２偏差信号を生成し、前記第２
偏差信号を入力し、この入力信号をもって比例ゲインを
適応的に変化させる適応比例信号を生成するとともに、
前記圧力検出信号を制御量とする圧力調節信号と、前記
適応比例信号と前記圧力調整信号と負荷信号に基づく関
数発生器からの出力信号とを加算若しくは所定の演算処
理により前記風量調節手段の操作信号を生成する加算手
段から成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は火力発電プラントや
各種産業用プラントに適用されるボイラその他の炉内圧
力の制御装置に係り、特に所定の操作信号に基づく風量
調節手段により風量調節しながら炉内圧力を制御する発
明に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントのボイラプロセス、よ
り具体的には例えば平衡通風方式のボイラプロセスで、
該炉内圧力を誘引通風機の入口ベーンその他の風量調整
弁の開度調整により炉内圧力の制御を行っている装置を
例にして、本発明の従来技術について説明する。

【０００３】図４に、前記炉内圧力制御装置が組込まれ
た従来法によるボイラプロセスのプロセス系統図を示
す。同図において、大気から取り込んだ燃焼用空気は、
入口ベーン１より押込通風機２によって配管３を通り、
火炉４に圧送される。この圧送空気は石油や石炭等の燃
料とともに火炉４内で燃焼し、燃焼ガス配管１６、後記
する操作信号により開度制御可能な入口ベーン１７を通
り誘引通風機１８により煙突１９に圧送し、大気中に放
出される。また、蒸気ドラム５に張られた水は、降水管
６、水管ヘッダ７、蒸発管８の順に循環するように構成
されていおり、前記の燃焼ガスによって蒸発管８内の水
が加熱され、蒸気となる。発生した蒸気は、蒸発管８を
通り、蒸気ドラム５に入り、さらに蒸気配管９を通り、
蒸気ヘッダ１０に入る。そして、蒸気ヘッダ１０より過
熱器１１を通る際にさらに加熱されて蒸気ヘッダ１２に
入り、蒸気配管１３を通って発電機１５に同軸で接続さ
れた蒸気タービン１４に供給される。蒸気タービン１４
の入口には、発電機１５の負荷に応じて蒸気流量を調節
する蒸気流量調節弁２０が設置されている。

【０００４】一方、炉内圧力制御装置を構成する信号系
は符号３１から３７で示されており、図４及び図５に示
すように、火炉４内に炉内圧力検出器３１が設置され、
その出力信号と炉内圧力設定器３２での設定値との差を
計算する偏差演算器３３の出力信号が小さくなるように
調節計３４が演算し、また負荷信号３５を入力とする関
数発生器３６により負荷に応じた入口ベーン１７の開度
を演算し、調節計３４の出力信号と関数発生器３６の出
力信号を加算する加算器３７の出力信号によって入口ベ
ーン１７の開度を操作することで、炉内圧力と負荷に応
じた入口ベーン１７の開度を調節できるよう構成してい
る。

【０００５】図５は前記炉内圧力制御装置の信号の流れ
と符号３１から３７に制御部品を示している。図中３５
は負荷信号を生成するボイラマスタ等である。３２は炉
内圧力設定値を生成するための炉内圧力設定器である。

【０００６】次に、図６により発電機負荷が変化した時
の炉内圧力の挙動について説明する。図６は、横軸に時
間、縦軸に蒸気流量（Ａ）、炉内圧力（Ｂ）、各演算器
よりの出力信号（加算器３７の出力信号とともに圧力調
節計３４、関数発生器３６よりの夫々の出力信号）を示
している。ここでは、発電機負荷は、蒸気流量にほぼ比
例するものとして説明する。Ａ点までは、蒸気流量は例
えば２７２Ｔ／Ｈで一定であり、炉内圧力も設定値の−
２０ｍｍＡｑにて一定である。この時の入口ベーン１７
開度は、例えば４０％にて一定である。このＡ点にて、
負荷側の発電機負荷が落ち、蒸気流量が例えば３２Ｔ／
Ｍｉｎの割合でＢ点に至るまで例えば９０秒間減少した
とする。この時、同時に負荷信号も小さくなるため、入
口ベーン１７の開度も小さくなり、空気流量が減少す
る。このため、炉内圧力は、設定値より最大で例えば
６．７ｍｍＡｑ下がる。

【０００７】Ｂ点から例えば蒸気流量２２４Ｔ／Ｈで一
定となり、炉内圧力も設定値近くまで戻り、あとは調節
計３４の出力信号にて入口ベーン１７の開度が調節さ
れ、Ｃ点にて炉内圧力一定となる。Ｄ点からＦ点にかけ
ては、Ａ点からＣ点の逆で、例えば蒸気流量が２２４Ｔ
／Ｈから３２Ｔ／Ｍｉｎの割合で２７２Ｔ／Ｈに増えた
ときで、このときは、炉内圧力は、設定値より最大で例
えば５．９ｍｍＡｑ上がる。

【０００８】このように図４及び図５に示す従来法で
は、負荷変動があったときに、炉内圧力が変動するた
め、負荷変動幅を大きくすることができない。負荷変動
幅を大きくし、炉内圧力が大きく変動すると、蒸気ドラ
ムレベル制御系や蒸気温度制御系等にも影響を与えてし
まい、負荷に対して安定に追従することができなくな
る。また、圧力調節計３４のゲインを上げて負荷に追従
させようとすると、炉内圧力の時定数が小さいためにハ
ンチングを起こしやすくなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
制御装置では、炉内圧力の時定数が小さいために圧力調
節計３４のゲインを大きくとることができず、この為負
荷変動が大きいときに負荷に追従させることができない
為に、ボイラプロセス全体が不安定な制御状態となり、
運転が非常に難しくなる。また、負荷信号３５に基づく
関数発生器３６は負荷変動のような動的な変動要素に関
しては調整することができない。本発明はかかる従来技
術の欠点に鑑み、炉内圧力の時定数が小さい場合でも、
負荷変動に円滑に追従して炉内圧力を安定的に制御し得
る炉内圧力制御装置を提供する事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、請求項１に記載のように、所定の操作信号
に基づく風量調節手段により風量調節しながら炉内圧力
を制御する装置において、前記炉内圧力検出信号と、炉
内圧力設定信号との偏差により第１偏差信号を生成する
第１偏差演算手段と、前記第１偏差信号の微分信号と前
記第１偏差信号とを加算して第１加算信号を生成する第
１加算手段と、前記第１加算信号と後記適応比例信号の
遅延信号との偏差により第２偏差信号を生成する第２偏
差演算手段と、前記第２偏差信号を入力し、この入力信
号をもって比例ゲインを適応的に変化させる適応比例信
号を生成する適応比例演算手段と、前記圧力検出信号若
しくは第１偏差信号を制御量とする圧力調節信号を生成
する圧力調整手段と、前記適応比例信号と前記圧力調整
信号と負荷信号に基づく関数発生器からの出力信号とを
加算若しくは所定の演算処理により前記風量調節手段の
操作信号を生成する加算若しくは演算手段から成ること
を特徴とする。

【００１１】そしてかかる構成は例えば図２（Ａ）及び
図７に示すように、平衡通風方式のボイラプロセスで、
炉内圧力を誘引通風機の入口ベーン１７にて調節してい
る炉内圧力制御系において、炉内圧力を検出する圧力検
出器３１と、炉内圧力を設定する圧力設定器３２と、前
記圧力検出器３１の出力と前記圧力設定器３２の出力を
入力とする第１の偏差演算器３３と、前記第１の偏差演
算器３３の出力を入力とする微分演算器４１と、前記第
１の偏差演算器３３の出力と前記微分演算器４１の出力
を入力とする第１の加算器４２と、前記第１の加算器４
２の出力と遅れ演算器４５の出力を入力とする第２の偏
差演算器４３と、前記第２の偏差演算器４３の出力を入
力とし、この入力信号をもって比例ゲインを適応的に変
化させる適応比例演算器４４と、前記適応比例演算器４
４の出力を入力とする前記遅れ演算器４５と、前記圧力
検出器３１の出力を制御量とする圧力調節計３４と、前
記適応比例演算器４４の出力と前記圧力調節計３４の出
力と関数発生器３６からの出力を入力とする第２の加算
器３７を備えて構成される。

【００１２】

【作用】かかる発明によれば、圧力検出器３１で炉内圧
力が検出され、圧力検出器３１の出力信号は、第１の偏
差演算器３３へ送られる。第１の偏差演算器３３は、圧
力検出器３１の出力信号と圧力設定器３２の出力信号の
偏差を演算し、その出力は、圧力調節計３４と微分演算
器４１と第１の加算器４２へ送られる。そして圧力調節
計３４は、偏差に応じた操作信号を出力し、その出力信
号は第２の加算器３７へ送られる。一方微分演算器４１
では、第１の偏差演算器３３の偏差に応じた信号を出力
し、その出力信号は、第１の加算器４２へ送られる。第
１の加算器４２では、第１の偏差演算器３３の出力信号
と微分演算器４１の出力信号を加算した信号を出力し、
その出力信号は、第２の偏差演算器４３へ送られる。

【００１３】第２の偏差演算器４３では、第１の加算器
４２の出力信号と、遅れ演算器４５の出力信号から偏差
を演算して、その出力信号は、適応比例演算器４４へ送
られる。適応比例演算器４４では、第２の偏差演算器４
３の出力信号に応じた比例ゲインを演算し、第２の偏差
演算器４３の出力信号にこの比例ゲインを乗じた信号を
出力し、出力信号は遅れ演算器４５と第２の加算器３７
へ送られる。遅れ演算器４５では、入力信号から遅れを
演算し、第２の偏差演算器４３へ出力する。第２の加算
器３７では、圧力調整計３４の出力信号と、適応比例演
算器４４の出力信号を加算して圧力調節弁の操作信号を
出力し、その操作信号は誘引通風機入口ベーン１７に送
られ、その操作信号レベルに応じてベーン開度を調節す
る。このようにして、炉内圧力の時定数が小さいボイラ
等において、負荷変動が大きい場合でも、炉内圧力の変
動幅を小さくすることにより、安定してボイラその他の
炉プロセスを運転することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実
施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、
その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、
この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる
説明例にすぎない。

【００１５】図１は、本発明の実施形態の炉内圧力制御
装置が組込まれたボイラプロセスの全体構成系統図であ
る。図７は前記炉内圧力制御装置の制御要素を示す基本
ブロック図である。又図２（Ａ）は前記炉内圧力制御装
置の信号の流れと符号３１から４５に制御部品を示して
いる。（Ｂ）は遅れ演算器の詳細ブロック図である。な
お、図４及び図５に示す従来技術と同一機能を果たす部
分には、同一符号を付し、重複する説明は省略し、本発
明に関する部分を主体に説明する。

【００１６】図１及び図２（Ａ）に示すように本実施形
態では、偏差演算器３３の出力は、微分演算器４１と加
算器４２に送られる。微分演算器４１では、入力された
信号を微分した信号は加算器４２に送られる。加算器４
２では、偏差演算器３３の出力信号と、微分演算器４１
の出力信号を加算した信号は、偏差演算器４３に送られ
る。偏差演算器４３では、加算器４２の出力信号と遅れ
演算器４５の偏差を演算し、その出力信号は、適応比例
演算器４４へ送られる。適応比例演算器４４では、偏差
演算器４３の出力に応じて演算して比例ゲインに偏差演
算器４３の出力信号を乗じた信号を出力し、その出力信
号は、遅れ演算器４５と加算器３７に送られる。遅れ演
算器４５では、適応比例演算器４４の出力信号から例え
ば｛一次遅れ＋無駄時間｝のような遅れ演算を行ない、
その出力は偏差演算器４３に送られる。加算器３７で
は、圧力調節計３４の出力信号と適応比例演算器４４の
出力信号と関数演算器３６の出力信号を加算し、その出
力信号は調節弁１７に送られる。

【００１７】次に、図２（Ｂ）に示す適応比例演算器４
４における比例ゲインＫの計算例を以下に示す。図中ｅ
ａは偏差演算器４３の出力信号、４６は乗算器、４７は
関数発生器、４８は調整比例パラメータで調整比例パラ
メータとしてΓｐを生成する。そして前記ラインにより
下記１）式が成立し、Ｋｐを得る事が出来る。 Ｋｐ＝−ｅａ×ｅａ×Γｐ …１）

【００１８】又４９は乗算器、５０は調整積分パラメー
タで、調整積分パラメータとしてΓＩを生成する。５１
は積分器である。そして前記ラインにより下記２）式が
成立し、ＫＩを得る事が出来る。 ｄ（ＫＩ）／ｄｔ＝−ｅａ×｜ｅａ｜×ΓＩ …２）

【００１９】５２は加算器で前記ＫｐとＫＩを加算して
下記３）式に示すように、Ｋを得る。 Ｋ＝Ｋｐ＋ＫＩ …３） そして乗算器５３にて偏差演算器４３の出力信号ｅａに
前記係数Ｋを乗ずる事により適応比例信号を得る事が出
来る。

【００２０】ここで、図３を参照して、ボイラプロセス
に負荷変動があり、蒸気流量が変動があるときの挙動に
ついて説明する。図３は横軸に時間、縦軸に蒸気流量
（Ａ）、炉内圧力（Ｂ）、各演算器よりの出力信号（加
算器３７の出力信号とともに圧力調節計３４、関数発生
器３６よりの夫々の出力信号及び適応比例演算器４４の
負荷変動による修正信号）を示している。ここでは、発
電機負荷は、蒸気流量にほぼ比例するものとして説明す
る。

【００２１】Ａ点までは蒸気流量は、２７２Ｔ／Ｈで一
定であり、炉内圧力も設定値の−２０ｍｍＡｑにて一定
である。この時の調整弁１７の開度は４０％で一定であ
る。このＡ点にて負荷側の発電器負荷が落ち、蒸気流量
が３２Ｔ／ｍｉｎの割合でＢ点に至るまでの９０秒間減
少したとする。この時、同時に負荷信号も小さくなるた
め、誘引通風機入口ベーン１７開度も小さくなり、空気
流量が減少する。

【００２２】ここで、本発明では負荷変動により炉内圧
力が下がり炉内圧力と炉内圧力設定値の偏差が大きくな
るため、偏差演算器３３の出力が大きくなり、さらに、
この出力信号を入力とする微分演算器４１にて加算器４
２の出力信号は大きくなる。

【００２３】遅れ演算器４５の出力信号と加算器４２の
出力信号には負荷変動の始めには偏差があるため、偏差
演算器４３の出力信号は大きくなり、適応力比例演算器
４４の比例ゲインは、偏差演算器４３の出力信号から大
きくなり、その結果、適応比例演算器４４の出力信号
は、誘引通風機入口ベーン１７が閉まる方向への信号を
出力する。適応比例演算器４４の出力信号は、さらに遅
れ演算器４５にも入力され、その出力は、加算器４２の
出力信号に近づくことになる。このため、偏差演算器４
３の出力信号が小さくなり、合わせて適応比例演算器４
４の比例ゲインも小さくなることから、適応比例演算器
４４の出力信号も小さくなり、やがて、従来法による炉
内圧力制御に戻っていく。

【００２４】上記の結果、本発明での実施形態では、炉
内圧力の低下は、最大で５．８ｍｍＡｑに押さえられ、
約１３％の炉内圧力変動抑制効果が得られる。Ｄ点から
Ｆ点では、Ａ点からＣ点の逆で、負荷の増加に伴い、蒸
気流量が２２４Ｔ／Ｈから３２Ｔ／ｍｉｎの割合で、２
７２Ｔ／Ｈに増えたときで、このときも炉内圧力の上昇
は最大で５．３ｍｍＡｑに押さえられ、約１０％の炉内
圧力変動抑制効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上実施形態において具体的に説明した
ように、本発明によれば、負荷が大きく変動したときに
対しても、従来法に比べて炉内圧力の変動を小さくする
ことができ、ボイラプロセスをより安定して運転するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の炉内圧力制御装置が組込ま
れたボイラプロセスの全体構成系統図である。

【図２】（Ａ）は前記図１の炉内圧力制御装置の信号の
流れと符号３１から４５に制御部品を示している。
（Ｂ）は遅れ演算器の詳細ブロック図である。

【図３】図１の実施形態の負荷変動時における、状態量
の時間変化を示す特性図で、横軸に時間、縦軸に蒸気流
量（Ａ）、炉内圧力（Ｂ）、各演算器よりの出力信号
（加算器３７の出力信号とともに圧力調節計３４、関数
発生器３６よりの夫々の出力信号及び適応比例演算器４
４の負荷変動による修正信号）を示している。

【図４】従来技術の炉内圧力制御装置が組込まれたボイ
ラプロセスの全体構成系統図である。

【図５】前記従来技術の炉内圧力制御装置の信号の流れ
と符号３１から３７に制御部品を示している。

【図６】従来技術の負荷変動時における状態量の時間変
化を示す特性図で、横軸に時間、縦軸に蒸気流量
（Ａ）、炉内圧力（Ｂ）、各演算器よりの出力信号（加
算器３７の出力信号とともに圧力調節計３４、関数発生
器３６よりの夫々の出力信号）を示している。

【図７】本発明に対応する炉内圧力制御装置の制御要素
を示す基本ブロック図である。

【符号の説明】

１ 押込通風機入口ベーン ２ 押込通風機配管 ３ 配管 ４ 火炉 ５ 蒸気ドラム ６ 降水管 ７ 水管ヘッダ ８ 蒸発管 ９、１３ 蒸気配管 １０、１２ 蒸気ヘッダ １１ 過熱器 １４ 蒸気タービン １５ 発電機 １６ 燃焼ガス配管 １７ 誘引通風機入口ベーン １８ 誘引通風機 １９ 煙突 ２０ 蒸気流量調節弁 ３１ 炉内圧力検出器 ３２ 炉内圧力設定器 ３３、４３ 偏差演算器 ３４ 圧力調節計 ３５ 負荷信号 ３６、４７ 関数発生器 ３７、４２、５２ 加算器 ４１ 微分演算器 ４４ 適応比例演算器 ４５ 遅れ演算器 ４６、４９、５３ 乗算器 ４８ 調整比例パラメータ ５０ 調整積分パラメータ ５１ 積分器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の操作信号に基づく風量調節手段に
   より風量調節しながら炉内圧力を制御する装置におい
   て、 前記炉内圧力検出信号と、炉内圧力設定信号との偏差に
   より第１偏差信号を生成する第１偏差演算手段と、 前記第１偏差信号の微分信号と前記第１偏差信号とを加
   算して第１加算信号を生成する第１加算手段と、 前記第１加算信号と後記適応比例信号の遅延信号との偏
   差により第２偏差信号を生成する第２偏差演算手段と、 前記第２偏差信号を入力し、この入力信号をもって比例
   ゲインを適応的に変化させる適応比例信号を生成する適
   応比例演算手段と、 前記圧力検出信号若しくは第１偏差信号を制御量とする
   圧力調節信号を生成する圧力調整手段と、 前記適応比例信号と前記圧力調整信号と負荷信号に基づ
   く関数発生器からの出力信号とを加算若しくは所定の演
   算処理により前記風量調節手段の操作信号を生成する加
   算若しくは演算手段から成ることを特徴とする炉内圧力
   制御装置。