JPS588902A - 石炭焚火力発電所の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭焚貫流発電所のプラント自動制御装置に
おいて、主に石炭の種類による発熱量の変動をプラント
に外乱を与えることなく、適切に補正し制御性を向上す
るとともに、重要な主機保護機能であるクロスリミット
動作を有効に作動させることを可能にするボイラ制御シ
ステムに関するもあである。 近年、代替エネルギー開発に基づくエネルギーの多様化
に伴ない、石炭火力発電所が仕口を浴びている。 ところで石炭は、その産出地によりその性状が非常に異
なり発熱量も約４５００ＫＣａ４７５００ＫＣａｔ／Ｋ
ｆと大きな差がある。種々の銘柄炭を使用したり、混焼
する場合には、この発熱量の変動が大きな問題となる。 以下に、従来の制御システム及びその問題点について従
べる。 第１図に、石炭焚貫流発電所の概略構成図を示す。石炭
焚の場合でもボイラ８４、タービン８５、発電機８６等
の主機は重油焚の場合と同一であるが燃料系統の補機と
して石炭ミル９０、給炭機９９等を有する点に特徴があ
る。プラント自動制御装置８１はボイラ８４の主たる入
力である給水量、燃料量、空気量を調整し、その出力で
ある蒸気の温度、圧力を目標値に制御し、負荷要求値に
見合う蒸気をタービン８５に送り込みプラントの一統括
制御を行なうものである。 第２図は、プラント自動制御装置８１の主たる制御機能
を示す制御系統図である。１０は負荷要求信号であり、
これと発−損出力検出器１１の出力信号は減算器１２で
比較されＰＩ調節器１３を介して第１図の主タービン加
減弁１４を操作し負荷の調整を行なう。１５は主蒸気圧
力設定器、１６は主蒸気圧力検出器であり、これらの出
力は減算器１７で比較されＰＩ調節器１８を介して加算
器１９で負荷要求信号１０と加算されボイラ入力指令２
０となる。２１は関数発生器でありボイラ入力指令２０
を負荷に見合った給水量１０４に換算しその出力１０４
を低位信号選択器２２を介して給水量流検出器２３の出
力信号と減算器２４で比較しＰＩ調節器２５により第１
図の給水弁２６を操作してボイラ給水の調整を行なう。 ２７は関数発生器でありボイラ入力指令２０から負荷に
見合った燃料量（燃料先行指令信号１０１）への換算を
行なう。主蒸気温度設定器２８の出力は主蒸気温度検出
器２９の出力と減算器３０で比較されＰＩ調節器３１を
介して加算器７０で燃料先行指令信号１０１と加算され
低位信号選択器３２゜３３を介して燃料指令信号１０２
となる。３４は石炭重量流量検出器（第１図に図示せず
）でありその出力は発熱量換算信号設定器３６出力と乗
算器３５により乗算され、重油との混焼のときは重油流
量検出器３７の出力と加算器３８で加算され合計燃料流
量信号３９が求められる。燃料指令信号１０２及び合計
燃料流量信号３９は減算器４０で比較されＰＩ調節器４
１′ｆ：介し重油弁４２、給炭器速度調節器４３を調節
し燃料量の制御を行なう。４３は給炭器モータ８８を制
御する。４４は関数発生器であり燃料に見合った空気量
指令信号１０３への換算を行なう。４５は燃焼排ガス中
の０、濃度の設定器であり、排ガス０２濃度検出器４６
出力と減算器４７で比較され、積分調節器４８を介し乗
算器４９により空気流量指令信号１０３の補正を行ない
高位信号選択器５０を介して空気流量検出器５１の出力
と減算器５２で比較されＰＩ調節器５３でＦＤＰ入ロメ
ロダンパ５４作し空気流量の制御を行なう。 以上の如く、プラント自動制御装置８１はボイラの主要
な入力である給水、燃料、空気をバランスさせて制御を
行なうが定常状態の各負荷に於ける給水量、燃料量、空
気量は個々のプラントで定まっているので関数発生器２
１，２７．４４に組み込まれた先行制御が非常に有効で
ある。負荷変動中の過渡的な主蒸気圧力、主蒸気温度、
排ガス０２の偏差はＰＩ調節器１８，３１、積分調節器
４８で補正するように構成されている。 一方、プラントの重要な保護機能としてクロスリミット
機能がある。これは、上記の如くボイラの各負荷に於い
て、給水、燃料、空気をバランスさせるためには６量を
どの程度とすればよいのかが既知であるので、これらの
間に定められた量以上のアンバランスが生じた場合にそ
のアンバランス量を制限して主機損傷の危険を回避する
保護機能である。これは関数発生器６０，６１，６２゜
６３、信号選択器２２，３２，３３，５０より構成され
る。第２図を用いて具体的に説明する。 まず関数発生器６０は第３図に示す如く燃料量に見合う
給水量信号１０４（第３図の点線〕に対し更らに５％程
度高めの信号（第３図の実線）が出力されるように設定
されている。この回路により本来はＡ点で燃料と給水を
バランスさせて運転すべきところ燃料が異常に減少して
Ｂ点のごとき燃料不足状態となった場合低位信号選択器
２２によりクロスリミット信号１０５が選択され給水量
を減少させて０点の運転状態とし、給水／燃料のアンバ
ランスによる蒸気温度の低下に基づく主タービンへの湿
り蒸気混入を防止する。 関数発生器６１は第４図に示す如く給水量に対する燃料
量の換算値信号（加算器７０の出力で、これを第４図に
点線で示す。］１０６に対し更らに５％程度高めの信号
（第４図の実線）が出力されるように設蝋されている。 この回路により本来はＡ点で燃料と給水をバランスさせ
て運転すべきところ給水が異常低下してＢ点のごとき給
水不足状態となった場合、低位信号選択器３２によりク
ロスリミット信号１０７が選択され、燃料量空気量を減
少させて０点の運転状態とし、給水不足によるボイラメ
タルの異常温度上昇を防止する。 関数発生器６２は第５図に示す如く空気流量に対する燃
料量の換算値信号１０８（第５図点線）に対し更らに５
％程度高めの信号（第５図実線］が出力されるように設
定されている。常時は第５図Ａ点で平衡運転しているが
、空気量が異常低下して第５図Ｂ点の状態となった場合
に燃料量を０点まで減少させ空燃比を維持し黒煙の発生
、バーナーの失火等を防止する。 ６３は関数発生器であり第６図に示す如く燃料量に対す
る空気量の換算値信号１０９（第６図点線］に対し５％
程度低めの信号（第６図実線］が出力されるよう設定さ
れている。常時は第６図Ａ点で平衡運転しているが、燃
料の異常上昇によって第６図Ｂ点の状態となった場合に
空気量を第６図Ｃ点まで増加させ空燃比を維持し黒煙の
発生、バーナーの失火等を防止する。 従来の重油焚貫流ボイラに於いては、以上に述べた先行
制御、およびクロスリミットの効果は非常に大きいが燃
料に石炭を用いた場合には、以下に述べる理由でこれら
の機能を十分活用できなくなるという問題が生ずる。 すなわち、石炭は、その銘柄により性状が太きく変動し
特に発熱量の変化は著るしく１７０％程度の変動がある
。その為、関数発生器２７の出力である燃料先行指令信
号１０１だけでは、主蒸気の温度を設定値に保持するこ
とが出来ず、定常状態に於いても主蒸気温度の偏差信号
を入力とするＰＩ調節器３１の積分値が零にならない為
有効に先行制御が行なえなくなる。このことを第７−で
具体的に説明すると、この図は負荷りと燃料量Ｆの関係
を示しており、１０１は石炭発熱量が規定値の場合の燃
料先行指令信号（第２図関数発生器２７の出力）を示す
。この図で、石炭発熱量が一定のままなら、１０１で定
まる燃料量とすることで負荷を所定値に保てるはずであ
り％Ｌ１のときにはＬｌ　−Ｌ２のときにはＦ２とすれ
ばよい。これに対し、実際には主蒸気温度が変動するた
めに、信号１０１に第２図の調節器３１の出力１１２を
加算して、目標燃料量Ｆとする。燃料量Ｆとは第２図の
信号１０６のことである。調節器３１の出力は、本来零
となるはずのものであるが、発熱量の異なる石炭の使用
により特性１１１に示す燃料が必要となった場合には、
図中の斜線で示す部分の値をＰＩ調節器３１の積分器が
記憶して補正する必要がある。例えば負荷Ｌｓ　では積
分器は（Ｆ１′−Ｆｌ）の値を蓄積している。炭質の不
均一な石炭火力プラントでは、この補正量は常時発生し
ており、この状態で負荷がＬ２に移ると、先行信号によ
りＢ′点の燃料量Ｆ２′に至るがこの場合特性１１１の
石炭を使用しているために燃料が不足であり積分器は更
に（Ｆ２”　　Ｆｇ勺の信号を蓄積してはじめてプラン
トが定常状態に達する。これは、負荷をＬｌからＬ２に
移しても、すぐには所定の燃料量を投入できないことを
意味しており、この結果として主蒸気温度が低下してか
らＰＩ調節器３１がその出力１１２を変更してはじめて
Ｂ　、７７点に到達する。このため応答が非常に遅いと
いう問題がある。また主蒸気温度が安定しないことにな
る。一方負荷をＬｔからり、に降下させた場合には、先
行信号だけではＡ“点に至り全分力燃料が投入された結
果主蒸気温度が上昇しやがて積分器の蓄積量がＡ′に至
ってプラントは定常状態に達するのである。このように
発熱量の変動は先行信号の効果を損ねその制御性を劣化
させるので、応答時定数が長くフィードバック制御ゲイ
ンを十分とれない温度制御系では非常に大きな問題とな
る。 また、このように石炭の発熱量の変化に伴ない第２図の
合計燃料量３９が大きく変化して、燃料から給水に対す
るクロスリミットの設定（関数発生器６０）及び燃料か
ら空気に対するクロスＩＪ　ミツトの設定（関数発生器
６３）を適切に定めることが困難であり、クロスリミッ
ト保護機能が有効に活用出来なくなるという問題がある
。 この対策として第２因の石炭発熱量換算信号設定器３６
の糸数を石炭銘柄に応じて手動で再設定することが行な
われているが、多銘柄の混燃や、同−銘柄内での変動も
あり、また運用中に不規則に発熱量が変動するので十分
な対応は期待出来ないという問題がある。 本発明の目的は、石炭焚貫流発電所に於いて石２炭の種
類の変化による発熱量の変動を検出して修正することに
より、常時先行制御を有効に活用し十分な制御性を確保
し、かつ重要な保護機能であるクロスリミット回路が異
常時有効に作動するようなプラント自動制御装置を提供
することにある。 本発明の特徴は、石炭の性状変化の中で最も制御性に大
きな影響を及ぼす発熱量の変動が１主蒸気温度制御用Ｐ
Ｉｌｌｉ１節器の積分器の出力となって現われることに
注目し、その値から石炭発熱量を計算しシステムに外乱
を与えること無くして、自動的に石炭発熱量換算係数を
修正し、常に先行制御による好適な制御性を得るととも
に、重要保護機能であるクロスリミット機能を有効に作
動させるようにしたものである。 本発明の推奨される一実施例に於いては、負荷変化中に
於いても、発熱量変動を検出し最適な石炭発熱量換算係
数修正が可能であるように構成されている。 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 第８図にて一点鎖線で囲んだ部分６０が本発明の一実施
例として第２図の従来回路に追加した補償回路である。 第８図中第２図と°同一番号の要素は同一機能を持つも
のである。補償回路６０の第１の入力である負荷要求信
号１０′ｔ−用いて基準信号発生回路２０１は、発熱量
補正を行なう為の基準値信号３０２を作成する。第２の
入力は、ＰＩ調節器３１内の積分器３１１の出力３０１
である。 ３０１は、仮に発熱量の変動が無くても第９図の３０１
に示す様に常時（負荷要求信号１０が一定のとき）微小
変動しており、更に負荷変化時にはその変動がほぼ負荷
変化率に比例して増大する。 本発明ではこのことに着目し基準信号発生回路２０１は
第９図の３０２の様な基準値を作成する。 なお、負荷変化終了後も３１１の出力３０１が整定する
のに若干の時間遅れがあるので負荷変化終了後は一定の
変化率で基準値３０２を定常時の値に引戻すようにする
。 第１θ図は上記の基準値作成回路２０１の具体的な実施
例である。４０１は負荷指令１０を入力しその変化率を
計算し出力するものである。４０２は入力信号の絶対値
を求めるもので、正値出力を与える。４０３は信号検出
器であり４０２の出力が４０３内で設定した基準値以上
になった場合その出力が１１″となり通常は＠０”を出
力する。 ４０４．４０５は信号切替器であり４０３の出力が１＃
の場合″ａ”側の信号を′０＃の場合“ｂ＃側の信号を
通過させる。４０６は定数設定器そあり定常時の基準値
Ｓ１を作成するものである。４０７は変化率制限器であ
り４０３の出力がｕ１＃の場合にはその出力値を瞬時に
入力値に一致させ、４０３の出力が＠０”の場合は１１
”から０”に変わる直前の値を出発点として定められた
変化率で入力信号に追従する。以上の回路により負荷要
求信号１０に対応した基準値３０２が得られる。 第８図の絶対値計算回路２０３は積分器２０２の出力信
号３０１の絶対値を求めるものであり、２０４は積分器
出力３０１の極性符号１＋１＃又は′ａ−１”を判定し
出力する。　 ′２０５は減算器でありその出力は （２０５の出力）＝１（“積分器の出力）！−（基準値
）である。 基準値３０２及び基準値からの偏差３０３は各　　。 各乗算器２０６，２０７により符号を付けられ２ｏ８，
２０９となる。２０９は除算器２１１で石炭重量流量信
号２１０で割られたのち減算器２１２において石炭発熱
量換算信号設定器３６の出力２１５を減算され２１３と
なる。 ３６はいわゆるアナログメモリ要素であり第１１図に示
す如くインターロック人力２１４が１１”の場合その出
力２１５は入力２１３に追従する。入力２１４が１１＃
から１０＃に切替わると、その直前の入力を出力値とし
て保持する。 一方、ＰＩ調節器３１内の積分器３１１は第１２図に示
す如く、主蒸気温度偏差信号２２１と乗算器２０６の出
力信号２０８とを得インターロック人力２１４が１０”
の場合は入力２２１を入力とし通常の積分計算値を出力
する。人力２１４が１”の場合には出力３０１を入力２
０８に一致させるように動作する。 なお３１０は比例調節器、３１２は加算器である。第８
図の２２４は信号検出器であり、積分器３１１の出力３
０１が基準値３０２を越えたことを検出子る。２２５は
パルサーであり、プラント自動制御装置、基本演算周期
の整数倍の周期で同期したパル゛ス列を発生し発熱量換
算係数の修正動作を行なうタイミングを決定する。 以上の説明に基づき第１３図を用いて石炭発熱量換算係
数の修正の動作を説明する。 ５０１は石炭発熱量の変動を示す。時刻ｔ□からｔ２の
１間に石炭銘柄の変更等圧より発熱量が低下した。これ
に対応して主蒸気温度が低下しその制御偏差に応じて積
分器３１１の出力３０１が増加し基準値２０８を越える
。この時点で第８図の信号検出器２２４が基準値を越え
たことを検出しその出力を１”とする。今、制御が自動
であれば、パルサー２２５の出力が′１”となった時点
で修正条件２１４が成立する。この時点がｔ３でありこ
のタイミングで発熱量修正を次の手順で行なう。 まず積分器３１１は、入力２１４が１″１”となるので
第１２図に示す如く３１１の出力３０１は２０８となる
。すなわち積分器の蓄積量が基準値ａに引戻される。そ
の為加算器３１２，７０、信号選択器３２を介して突変
信号すが第２図の空気制御系に送られる。そこで空気系
は、この修正のタイミングの１周期だけタイバツクモー
ドにし第２図の積分器４８でこの突変を吸収する。又、
突変信号は更に第２図３３を介して４０に現われるが４
０を演算する前に、メモリ要素３６の修正を行なう。す
なわち、第８図人力２１４はＬ１＃でありメモリ要素３
６は第１１図に示す如く、入力２１３に一致した出力２
１５を出力する。この時減算器２１２の演算はまだ行な
われていない。すなわち、信号２１３の値は、前回の周
期での３′６の出力２１５より前回の周期の信号すを石
炭重量流量２１０で割った信号を減算した値となってい
る。そこで、３６の値は、前回周期の２１５より商ｂ／
（信号２１０）を減じた値となり、乗数器３５で信号２
１０を再び掛けられるので減算器４０に現われる突変量
は−ｂとなる。この突変量と前述の突変量が減算器４０
にて相互に打ち消し合い燃料弁を突変させることなく発
熱量の修正を行なうことが出来る。なお、ｔ４以降のタ
イミングに於ける修正は、上記と同様なものの操り返し
であり、修正を終了するまで繰返される。 上記した様に本発明のプラント自動制御装置によれば翫
プラントに外乱を与えること無く石炭発熱量換算係数（
第８図２１５）を石炭流量側で補正することにより負荷
と燃料量の関係を第７図の１０１に示す関係に保つこと
が出来、常に先行制御が有効になり、かつクロスリミッ
ト回路を異常時に有効に作動させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭焚貫流発電所の概略構成図を示す。 第２図はプラント自動制御装置の主たる制御機能を示す
制御系統図である。第３図から第６図は夫夫関数発生器
６０，６１，６２．６３の設定状況を示す。第７図は石
炭発熱量変動の為先行制御が有効に行なえない様子を示
す図である。第８図は本発明の一実施例を示すものであ
る。第９図は発熱量修正を行なうか否かの判定を行なう
為の基準値を決定する理由を述べたものである。第１θ
図は基準信号作成回路２０１の構成例及び動作説明図で
ある。第１１図はメモリ要素３６の動作説明図である。 第１２図は積分器３１１の動作説明図である。第１３図
は本発明の動作説明図である。 悌３図 界 第９図 ｌｌ 蕩δ図 ３１” １０− 憔９図 第１Ｏ図 （の） 第１２図 （ａ−） ａｌｌ 箋１３図 ｔ３丸４．ｔ、−−−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、負荷要求信号を主蒸気温度の偏差に関する信号で補
   正して燃料要求信号を得、検出した燃料信号との差に応
   じて石炭量を定める石炭焚火力発電所の制御装置におい
   て、主蒸気温度偏差の積分値に上って前記燃料要求信号
   と燃料信号との偏差を修正することを特徴とする石炭焚
   火力発電所の制御装置。