JPH11351503A - ボイラの圧力制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンバイパス弁の閉動作により、蒸気を
タービンバイパス配管から蒸気タービンに全量流入させ
るように切換を行なう際に、ボイラ圧力が切換え前後で
変動するのを防止し、ボイラトリップになる恐れを解消
すること。 【解決手段】 蒸気経路より分岐させたタービンバイパ
ス経路上にバイパス弁を介装するとともに、該バイパス
弁操作信号を生成する蒸気圧力制御調節計を具えてなる
ボイラの圧力制御装置において、前記蒸気経路を流れる
蒸気流量若しくはボイラ給水量とタービン入口側蒸気圧
との特性を関数化した関数発生器を設け、該関数発生器
よりの出力により前記蒸気圧力制御調節計の設定値を変
化させて前記バイパス弁の閉操作制御を行なうことによ
り、前記バイパス蒸気をタービン側に全量流入させるよ
うに切換操作を行なう際に、該切換前後のボイラ圧力を
をほぼ同一に維持可能に構成したことを特徴とし、好ま
しくは前記関数発生器の出力値を変化率リミッタ又は高
周波成分を除去するフィルターで処理することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧運転式のドラム
型ボイラに好適に適用されるボイラの圧力制御方法とそ
の装置に係り、特に燃焼器等の外部より加えられた熱に
より蒸気を生成するためのボイラ水を重力を利用して循
環させる自然循環ボイラ、ポンプを使用して前記ボイラ
水の循環を行なう強制循環ボイラに適用される変圧運転
式ボイラの圧力制御方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の変圧運転式のドラム型ボイ
ラの圧力制御装置を示す。図３において、２は燃焼器等
の外部より加えられた熱により蒸気を生成させながらド
ラム１内のボイラ水を循環させるボイラチューブで、該
ボイラチューブ２で外部より加えられた熱によって蒸気
が発生し、発生した蒸気はドラム１に入り、ドラム１頂
部に設けた蒸気配管２１、スーパーヒータ３を経由して
蒸気タービン４に導入され、該蒸気タービン４を駆動さ
せると共に、この蒸気タービン４の駆動力によって発電
機５が回転し発電に供される。発電された電力は併入ス
イッチ１３を介して系統電力１４へ供給される。

【０００３】又、ボイラドラム１への給水は給水配管１
８を介して、給水弁７より行なわれるとともに、ボイラ
ドラム１に付設したレベル検出器１７にてドラム１内の
ボイラ水液位を検出しながら、ボイラドラムレベル制御
調節計１１でボイラ水の液位レベルが所定値になるよう
に給水弁７を開度制御してコントロールされる。

【０００４】一方前記蒸気タービン４側では、併入スイ
ッチ１３をＯＮして前記発電機５負荷が系統電力１４に
接続するまでは、タービン４に付設した回転数検出器１
５よりの検出信号を受けて、タービン回転数制御調節計
１２によってガバナ制御されるガバナ弁１０によって、
一定回転数（すなわち系統電力と同じ周波数）に制御さ
れる。

【０００５】この状態で系統電力１４に接続すると、回
転数は系統電力１４の周波数と一致し、タービンガバナ
弁１０による回転数制御は不用となる。このため、ター
ビンガバナ弁１０は全開とし、弁圧損を極力小さくし、
エネルギロスを減らしながらタービン４の駆動回転を行
なう。

【０００６】尚、蒸気タービン４を起動する前は、ガバ
ナ弁１０の上流側に配したタービン入口遮断弁９を全閉
とし、該遮断弁９上流側の蒸気配管２１より分岐された
タービンバイパス配管１９を介して、ボイラ１で発生し
た蒸気を復水器６にもどしている。この時、蒸気配管２
１に設けた圧力検出器１６よりの蒸気圧力検出信号によ
り制御される蒸気圧力制御調節計２０によって、タービ
ンバイパス配管１９に介装されたタービンバイパス弁８
の開閉制御を行なって、ボイラ圧力が所定値になるよう
にコントロールされている。

【０００７】次にかかる従来装置における蒸気タービン
４の運転状況を図５のタイムチャート図にしたがって説
明する。蒸気タービン４の起動は、まずタービンに蒸気
を通気した後、タービン入口遮断弁９を微開し、蒸気を
蒸気タービン４内に流入させ暖気すると共にガバナ弁１
０を制御することで回転数を所定値に保つ。このとき、
併入スイッチ１３は開いた（ＯＦＦ）ままで併入されて
いない。暖気が終了し、回転数が系統電力１４と一致
し、安定した段階で、併入スイッチ１３をＯＮして併入
させ、系統電力１４とつなぐ。前述したように、系統電
力１４をつなぐと、ガバナ弁１０による回転数制御は不
用となり、ガバナ弁１０は全開される。

【０００８】この状態では、発電機５による発生電力は
ほぼゼロであるために、入口遮断弁９を微開から全開し
て、タービン流入蒸気量を増加させ、発電機５の発電量
を大きくする。このとき、タービン流入蒸気量を増加さ
せるために、タービンバイパス弁８は逆に閉めていく。
最終的にはタービンバイパス弁８は全閉し、入口遮断弁
９は全開にすることになる。この後は、ボイラ圧は圧力
制御はできなくなり、蒸気発生量に応じて変化する変圧
運転となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】かかる装置において、
タービンバイパス弁８の閉動作により、蒸気をタービン
バイパス配管１９から蒸気タービン４に全量流入させる
ように切換を行なう際、ボイラ圧力が切換え前後で変動
（上昇）し、その結果、ボイラ圧力の上昇のためにボイ
ラ蒸気発生量（蒸発量）一次的に減少（変化）し、ボイ
ラ水レベル（ボイラレベル）が大きく変動する問題があ
った。ボイラレベルが大きく変動して極低になると、ボ
イラ１の空焚き状態となり、ボイラトリップになる恐れ
がある。

【００１０】なぜボイラ圧力が切換前後で変動するかを
詳述すると次のようになる。蒸気タービン４はガバナ弁
１０全開時に図５のような特性を持っている。図５によ
ると、タービン流入流量はタービン入口圧（ガバナ弁の
前圧）が高いほど多くなる特性を持つ。仮に、タービン
バイパス配管１９からタービン４への切換直前における
ボイラ発生蒸気流量を図５中に示すＦ₁ （Ton/hr）とす
る。このときこのボイラ発生蒸気流量を全量タービンに
流入させると、図５からタービン入口圧力はＰ₁ （ａｔ
ｍ）となることがわかる。

【００１１】この場合、図４に示すように、切換前の圧
力制御のボイラ圧力の設定値がこのＰ₁ より低い圧力Ｐ
_L であったとすると、切換前後で、圧力がＰ_L からＰ₁
まで上がることになる。一般に、ボイラ圧が急激に上昇
すると、飽和温度が上昇するため、蒸発に使われていた
熱量が温度上昇に使われるため、一時的に蒸発量が減少
する。蒸発量が急激に減少すると、ドラム型ボイラ１で
はボイラチューブ２内の気泡割合（ボイド率）が小さく
なり、ボイラドラムレベル制御調節計１１による給水弁
７の開度制御のレベル制御ではカバーできず、ドラム１
のボイラレベルが急減するため、ボイラレベルがレベル
極低のトリップ値まで下がりインタロックによるボイラ
トリップに至る恐れがある。逆に切換前の圧力設定値が
このＰ₁ より高いとするとレベルは急上昇し、極高のト
リップ値まで上がる恐れがある。

【００１２】本発明はかかる課題に鑑み、タービンバイ
パス弁の閉動作により、蒸気をタービンバイパス配管か
ら蒸気タービンに全量流入させるように切換を行なう際
に、ボイラ圧力が切換え前後で変動するのを防止し、よ
り具体的にはボイラレベルが大きく変動するのを防止
し、ボイラトリップになる恐れを解消し得るボイラの圧
力制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、ボイラで発生した蒸気をター
ビン側に送気する蒸気経路より分岐させたタービンバイ
パス経路を設け、該バイパス経路上に介装したバイパス
弁の閉操作により蒸気タービン側に全量流入させるよう
に切換操作を行なう際に、前記バイパス弁の閉操作のた
めの設定値を、前記蒸気経路を流れる蒸気流量若しくは
ボイラ給水量を検出値を入力とする関数発生器の出力で
変化させて、前記切換前後のボイラ圧力ををほぼ同一に
維持することを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明は前記発明を好適に実
施するための装置に関する発明で、ボイラで発生した蒸
気をタービン側に送気する蒸気経路より分岐させたター
ビンバイパス経路上にバイパス弁を介装してなるボイラ
の圧力制御装置において、ボイラ蒸気流量若しくはボイ
ラ給水量とタービン入口側蒸気圧との特性を関数化した
関数発生器と、前記ボイラ蒸気流量若しくはボイラ給水
量を検出する検出器と、ボイラ圧力若しくは蒸気ヘッダ
圧力を検出する圧力検出器と、前記ボイラ蒸気流量若し
くはボイラ給水量を検出する検出器よりの検出値を取込
んで得られる関数発生器の出力値を設定値とし、前記圧
力検出器の検出値を制御量とするボイラ圧力制御調整計
とを具え、前記タービンバイパス弁を該ボイラ圧力制御
調整計の操作量で操作可能に構成したことを特徴とす
る。

【００１５】請求項３記載の発明は、前記関数発生器の
出力値を変化率リミッタ又は高周波成分を除去するフィ
ルターで処理し、その処理信号をボイラ圧力制御調節計
の設定値とすることを特徴とする。かかる発明によれ
ば、ボイラ蒸気流量検出値が急変しても、圧力制御の設
定値はゆっくり変化するので、レベル変動がほとんどな
くなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１７】図１に本発明の実施形態に係る変圧運転式
のドラム型ボイラの圧力制御装置を示す。図において図
３に示す従来装置と異なる部分について説明する。本実
施形態においては、蒸気配管２１にドラム１の蒸気流量
検出器２２を設置し、その検出値を関数発生器２３に入
力し、その関数発生器２３の出力値ＳＶで、タービンバ
イパス弁８の開閉制御を行なう蒸気圧力制御調節計２０
の設定値を変化させるようにしている。

【００１８】この関数発生器２３に設定する関数は図５
のガバナ弁１０全開時における蒸気タービン特性の入出
力を反転させて、タービン流入流量を入力とし、タービ
ン入口圧力を出力とするようにしたものであり、具体的
には図２に示す特性グラフに基づいて関数発生器２３の
関数を設定している。

【００１９】かかる実施形態によれば、蒸気流量検出器
２２の検出値を入力とする関数発生器２３の出力で、前
記蒸気圧力制御調節計２０の設定値の変更、言換えれば
タービンバイパス弁８の閉操作量を調整して圧力検出器
１６により検知される蒸気圧力がほぼ同一になるように
制御する。即ち該タービンバイパス弁８の閉度操作量に
比例して、蒸気配管２１に設けた圧力検出器１６により
検知されるボイラ圧力は上昇するものであるために、バ
イパス蒸気をタービンバイパス配管１９から蒸気タービ
ン４に全量流入させるように切換を行なう際に、前記蒸
気圧力制御調節計２０により制御されるタービンバイパ
ス弁８の閉操作量を関数発生器２３の出力で調整すれ
ば、切換前後のボイラ圧力をほぼ同一に維持できる。

【００２０】即ち前記切換を行なう際、前記蒸気圧力制
御調節計２０の設定値に対応するタービンバイパス弁８
の閉操作信号を、蒸気流量検出器２２の検出値を入力と
する関数発生器２３の出力で制御させるため、前記切換
の前後のボイラ圧力ををほぼ同一に維持できる。この結
果、ボイラ蒸気発生量が一次的に減少する等の変動もな
く、ボイラレベル変動がなくなるために、ボイラレベル
変動によるボイラトリップが発生する恐れがなくなる。

【００２１】次に前記切換前後のボイラ圧力がなぜほぼ
同一に維持できるかを示す。関数発生器２３には図２の
特性グラフに示すような、タービン流入流量とタービン
入口圧の関数式があらかじめ入力されており、切換後の
ボイラ蒸気流量に見合ったタービン入口圧すなわちボイ
ラ圧力を予想して、その圧力になるようにタービンバイ
パス弁８閉操作用の設定値を変化させてボイラ圧力を制
御すれば、切換前と切換後のボイラ圧力は当然同じ値と
なる。

【００２２】尚、前記蒸気流量検出器２２は、タービン
流入量に対応するボイラ蒸気流量を検知するものである
ために、蒸気配管２１のいずれの位置に設けてもよく、
スーパーヒータ３の下流側であれば図２の特性グラフが
そのヒータ加熱による膨張量分だけその線図の傾きが変
化するだけである。又、前記蒸気圧力制御調節計２０の
制御用対象はボイラ圧力のかわりに蒸気ヘッダ圧力を制
御するようにしても良い。

【００２３】又関数発生器２３に取込む蒸気流量検出器
２２の信号は外乱等により急変することがあるために、
関数発生器２３の出力値を変化率リミッタ又は高周波成
分を除去するフィルター（いずれも図示せず）で処理
し、その処理信号をボイラ圧力制御調節計の設定値とす
るのがよい。これによりボイラ蒸気流量検出値が急変し
ても、そのトリガ部分が除去されて平滑化されるため
に、圧力制御の設定値はゆっくり滑らかに変化し、レベ
ル変動がほとんどなくなる。又関数発生器２３に取込む
信号として、ボイラ蒸気流量検出器２２のかわりに、蒸
気流量と強い相関のあるボイラ給水流量検出器よりの検
知信号を使用してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、ター
ビンバイパス弁の閉動作により、蒸気をタービンバイパ
ス配管から蒸気タービンに全量流入させるように切換を
行なう際に、ボイラ圧力が切換え前後で変動するのを防
止し、より具体的にはボイラレベルが大きく変動するの
を防止し、ボイラトリップになる恐れを解消することが
出来る。又請求項３記載の発明によれば、イラ蒸気流量
検出値が急変しても、そのトリガ部分が除去されて平滑
化されるために、圧力制御の設定値はゆっくり滑らかに
変化し、レベル変動がほとんどなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る変圧運転式のドラム
型ボイラの圧力制御装置を示す。

【図２】 タービン流入流量とタービン入口圧の特性グ
ラフ図で、図１の関数発生器にこの特性グラフに示すよ
うな関数式があらかじめ入力されている。

【図３】 従来技術に係る変圧運転式のドラム型ボイラ
の圧力制御装置を示す。

【図４】 蒸気タービン特性（ガバナ弁全開時）を表わ
したグラフ図である。

【図５】 従来装置における蒸気タービンの運転状況を
示すタイムチャート図である。

【符号の説明】

１ ドラム ２ ボイラチューブ ４ 蒸気タービン ５ 発電機 ７ 給水弁 ８ タービンバイパス弁 １４ 系統電力 １６ 圧力検出器 １７ レベル検出器 １８ 給水配管 １９ タービンバイパス配管 ２０ 蒸気圧力制御調節計 ２１ 蒸気配管 ２２ 蒸気流量検出器 ２３ 関数発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾坂 昌一 広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱 重工業株式会社広島製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラで発生した蒸気をタービン側に送
   気する蒸気経路より分岐させたタービンバイパス経路を
   設け、該バイパス経路上に介装したバイパス弁の閉操作
   により蒸気タービン側に全量流入させるように切換操作
   を行なう際に、 前記バイパス弁の閉操作のための設定値を、前記蒸気経
   路を流れる蒸気流量若しくはボイラ給水量を検出値を入
   力とする関数発生器の出力で変化させて、前記切換前後
   のボイラ圧力ををほぼ同一に維持することを特徴とする
   ボイラの圧力制御方法。
2. 【請求項２】 ボイラで発生した蒸気をタービン側に送
   気する蒸気経路より分岐させたタービンバイパス経路上
   にバイパス弁を介装してなるボイラの圧力制御装置にお
   いて、 ボイラ蒸気流量若しくはボイラ給水量とタービン入口側
   蒸気圧との特性を関数化した関数発生器と、 前記ボイラ蒸気流量若しくはボイラ給水量を検出する検
   出器と、 ボイラ圧力若しくは蒸気ヘッダ圧力を検出する圧力検出
   器と、 前記ボイラ蒸気流量若しくはボイラ給水量を検出する検
   出器よりの検出値を取込んで得られる関数発生器の出力
   値を設定値とし、前記圧力検出器の検出値を制御量とす
   るボイラ圧力制御調整計とを具え、 前記タービンバイパス弁を該ボイラ圧力制御調整計の操
   作量で操作可能に構成したことを特徴とするボイラの圧
   力制御装置。
3. 【請求項３】 前記関数発生器の出力値を変化率リミッ
   タ又は高周波成分を除去するフィルターで処理すること
   を特徴とするボイラの圧力制御装置。