JPS59197709A - 脱気器の水位制御システム - 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】 〔発明の技術分野〕 との発明は、火力発電所または原子力発電所の給水系統
に組み込まれる脱気器の水位制御システムに係り、特に
上記脱気器の器内圧力を確保して給水ポンプの吸込圧力
を確保するようにした脱気器の水位制御システムに関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年の火力発電所は、はとんどＰＣＢ運転機能を備えて
いる。ここにＦＯＢ運転とは、所内単独運転を意味し、
火力発電所自体に何ら異常がなく要求負荷に見合う運転
が可能であるにもかかわらず、送電系統側の事故等が原
因で送電が不可能になった場合、発電プラントを停止さ
せることなく、火力発電所内単独で発電プラントを極低
負荷で運転させ５送電系統側の事故等の復旧後に、速や
かに発電負荷（タービン負荷）を所定の要求負荷まで上
昇させて送電を再開させ得るように待機することをいう
。

火力発電所は、その機能上、一旦火力発電プラントの運
転を停止させると、次の起動の際、多大な起動損失を伴
なう。このため、送電系統側の不測の事故時等に火力発
電プラントを停止させることなく極低負荷運転にて安全
に続行可能なＦＯＢ運転機能を具備することは、火力発
電プラントの熱経済上特に重要なことである。

ＦＯＢ運転への移行指令（以下、ＦＯＢ指令という。）
によυ、メタ−ンの蒸気加減弁は急速に閉じる方向に絞
り込まれ蒸気タービンへの主蒸気量は急速に減少し、こ
のためボイラと蒸気タービン間の主蒸気管配管損−矢が
急減する。この結果、ボイラ出口における主蒸気圧力が
上昇する。ドラムボイラの場合、主蒸気圧力の上昇によ
りドラム圧力が上昇し、この結果、ドラム水中に存在す
る気泡が押しつぶされ、ドラム水位′低下という現象が
生ずる。

ドラム水位が規定値以下に下がると、ボイラ保護のため
ボイラトリップに至る。

したがって、　ＦＯＲ運転時は、ドラム水位レベル低に
よるボイラトリップすなわち発電プラントトリップを防
止し、所内単独運転に安全に移行するため、ＦＯＢ指令
によシ一定時間給水ポンプを作動させてボイラドラムに
強制的に給水し、ドラム水位を規定値以上に保つ方法が
採用されている。

ＦＯＢ運転時の過渡的な給水量は、ＦＯＢ運転以前にお
ける運転時の給水量と同等あるいはそれ以上の量が一般
的に要求される。この給水は、給水系統に設けられた給
水ポンプによシ一定時間給送され、ボイラドラム系が安
定した時点で原子力発電所の所内負荷に相当する給水量
まで減少せしめられ、この減少状態で所内単独運転が継
続される。

給水系統は復水器からドラムボイラへ給水を行なうもの
で、途中に脱気器が設けられる。脱気器は、復水をター
ビン抽気により加熱する、いわゆる直接接触式熱交換器
であり、脱気器内の貯溜水は脱気器々内圧力の飽和温度
となっている。ところが、ＦＯＢ運転時はＦＯＢ移行指
令によシ蒸気加減弁が急閉するため、タービン抽気は殆
ど時を同じくして遮断される。このタービン抽気の遮断
によシ脱気器々内圧力が低下し、この圧力低下の度合に
応じて脱気器内の貯溜水のフラッシュ（気化）現象や給
水ポンプに至る脱気器降水管（給水配管）内で給水のフ
ラッシュ現象が引き起こされる。

一方、給水ポンプは、そのポンプ特性上、ポンプによシ
決定される一定値以上の押込圧力が必要であシ、これを
必要ＮＰＳＨという。発電プラント運転中、給水ポンプ
への押込圧力が必要ＮＰＳＨ以下になると、給水ポンプ
はキャビテーションを起こし、揚水不能になシ、ポンプ
損傷に至る。このため、ＦＣｉＢ運転の成否は、ＦＯＢ
移行時の給水ポンプの吸込圧力の確保、すなわち、脱気
器の器内圧力を如何に確゛保するかに依存する。

従来の脱気器の器内圧力は第１図に示される脱気器の水
位制御システムによ多制御される。この制御システムは
、復水器１からドラムボイラ（図示せず）に至る給水配
管２には復水ポンプ３．流量オリフィス４、脱気器水位
制御弁５、低圧給水加熱器６．脱気器７、貯水タンク８
、給水ポンプ９および流量オリフィス【０を経てドラム
ボイラに給水を供給するようになっている。上記脱気器
７には図示しない蒸気タービンからのタービン抽気管１
１が延びており、このタービン抽気により低圧給水加熱
器６からの復水が加熱、脱気され、貯水タンク８に貯溜
される。この脱気器貯溜水は、給水ポンプ９のポンプ作
用によシボイラに供給され、このボイラで再び加熱され
、蒸気となって蒸気タービンを駆動する閉じたサイクル
を構成している。

一方、脱気器７の貯水タンク８内貯溜水の水位（以下、
脱気器水位という。）は脱気器水位制御装置［２により
制御される。この制御装置１２は信号発生５１２Ａから
の脱気器水位設定信号に相当する脱気器水位制御信号Ａ
を脱気器水位制御弁５に出力し、この制御信号によシ、
脱気器水位制御弁５の開口度を作動制御し、脱気器水位
を成る定められた範囲に制御している。具体的には、脱
気器水位制御装置１２には、給水流量計１３から給水流
量信号Ｂ、水位検出器［４から脱気器水位信号Ｃおよび
復水流量計１５から復水流量信号りが入力されて脱気器
水位設定信号が演算され、脱気器水位が低下したとき脱
気器水位制御弁が開方向に動作し、上昇したとき逆動作
させる脱気器水位制御信号Ａを出力するようになってい
る（三要素制御）。この三要素制御の他に、復水流量信
号と脱気器水位信号とによる二要素制御や、脱気器水位
信号のみによる単要素制御もある。

しかしながら、従来の脱気器水位制御システムにおいて
は、ＦＯＢ運転時のような負荷急変時に脱気器の器内圧
力が急速に低下するという不具合がちる。すなわち、Ｐ
ＣＢ移行時、ドラムボイラの水位レベル低によるボイラ
トリップすなわちＦＯＢ運転の失敗を回避させるために
、多量の給水が一時的に艙イラに供給され、この結果、
脱気器水位は低下する。この水位低下を脱気器水位制御
装置１２が検出して、脱気器水位制御弁５に開信号を出
力するため、多量の復水が脱気器７に流入する。他方、
ＦＯＢ運転によシ蒸気隔離弁（図示せず）が閉じ、ター
ビン抽気は遮断され、加熱蒸気がなくなったにもかかわ
らず、多量の復水が脱気器７に流入する結果、脱気器７
の器内圧力は急速に低下する。

脱気器々内圧力低下によシ、貯水タンク８内の貯溜水の
フラッシュ現象や給水ポンプに至る給水配管２内でフラ
ッシュ現象が惹起され、給水ポンプ９の必要ＮＰＳＨ不
足が生じ結果として給水ポンプトリップが起り、ＰＣＢ
運転を行なうことが不可能になる。

〔発明の目的〕

この発明は上述した点を考慮し、送電系統側等の事故時
には、発電プラントを停止させることなく、安全かつ確
実に所内単独運転に移行させることができ、熱経済上の
損失を最小限に押えることができるようにした脱気器の
水位制御システムを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために、この発明に検器と、と
の脱気器貯水タンクからの貯溜水をボイラ等へ供給する
給水ポンプと、上記脱気器への復水供給量を調節する脱
気器水位制御弁と、この水位制御弁を作動制御する脱気
器水位制御装置とをゼするものにおいて、上記脱気器水
位制御装置は。

通常運転時の脱気器水位設定信号を出力する第１設定１
δ号発生器と、負荷急変時の脱気器水位設定信号を出力
する第２設定信号発生器と、上記両信号発生器からの出
力信号を選択的に切換える切換スイッチとを有し、負荷
急変時には、上記切換スイッチは負荷急変信号を受けて
第２設定信号発生器側に切換えられ、この脱気器水位設
定信号に応じて脱気器水位制御弁を作動制御したもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、との廃明の好ましい実施例について第２図を参照
して説明する。

図は５この発明に係る脱気器の水位制御システムを示し
、この水位制御システムは復水益田から図示しなめドラ
ムボイラに至る給水系統２１に設けられる。給水系統２
１は復水器加からの復水をボイラに供給する給水配管四
を有する。この給水配・Ｕ２２は復水ポンプ２３、流量
オリフィスＭ、脱気器水位制御弁５、低圧給水加熱器あ
、脱気器ｎおよび脱気器２７で加熱、脱気された復水を
貯溜する貯水タンクあ、給水ポンプ四、流量オリフィス
（ト）を順次経て図示しないドラムボイラに接続される
。貯水タンクあは複数の接続配管ηαを介して脱気器２
７に接続しても、あるいは脱気器２７内下部に一体的に
組み込まれるようにしてもよい。

前記給水配管２２の流量オリフィス５を設置した部分に
は、復水流＋１１計３２および給水流量計３３がそれぞ
れ設けられる。両流Ｍ計３２．３３からの復水流量信号
りおよび給水流量信号Ｂは脱気器水位制御装置３５に入
力されるようになっている。この脱気器水位制御装置３
５には貯水タンクあの水位検出器３６からの脱気器水位
信号Ｃも入力されるようになっている。

脱気器水位制御装置間は５通常運転時の脱気器水位設定
信号Ｅを出力する第１設定信号発生器３７と、所内単独
運転（ＦＯＢ運転）時の脱気器水位設定信号Ｆを出力す
る第２設定信号発生器３８とを有し、両信号発生器３７
．３８からの出力信号は切換スイッチ３９および加算器
４０を経て比例積分器等の調節器４１に脱気器水位設定
信号ＥまたはＦを入力させるようになっている。上記切
換スイッチ３９は通常時には、第１−脱気器水位設定器
３７側に接続される一万、ＦＯＢ運転への移行指令信号
（以下、ＦＯＢ指令信号）Ｇを受けて第２設定信号発生
器３８側に切９換わるようになっている。一方、第１加
算器４０には水位検出器３６からの実際の脱気器水位信
号Ｃが入力され、この水位信号Ｃを受けて切換スイッチ
３９からの水位設定信号Ｊ　Ｐが演算され、その差分が
比例積分器４１に入力される。この比例積分器４１から
脱気器水位制御信号Ａが第２加算姑４２を経て水位制御
弁５に出力されるようになっている。第２加算器４２に
は、第３加算器４３から流量ア゛ンバランス調整信喜■
が入力され、脱気器水位制御弁６の応答性を早め、調節
している。第３加算器４３には復水流量検出信号りおよ
び給水流量検出信号Ｂが入力されるようになっている。

次に、この発明の作用について説明する。

発電プラントの通常運転時には、従来の脱気器水位制御
システムと同様、脱気器水位は脱気器水位制御装置あに
より所定の選択範囲に制御される。

このときには、脱気器水位制御装置あは、第１設定信号
発生器３７に切換った状態に切換スイッチ３９が保持さ
れ、上記信号発生器３７から選択された通常運転時の脱
気器水位設定信号Ｅが加算６４０を経て比例積分器等の
調節器４１に入力され、この調節器４１の出力信号によ
り脱気器水位制御信号の開口度を作動制御し、脱気器水
位が設定値水位に女るように制御している。

第２設定信号発生器あの水位設定値は第１設定信号発生
器３７の水位設定値より小さな値（レベル）に予め調節
設定される。

しかして、ＦＯＢ移行時には、負荷急変信号としてのＦ
ＯＢ指令信号Ｇにより、切換スイッチ３９を作動させ、
第１設定信号発生器３７から第２設定信号発生器関側に
切り換えられる。これにより、脱気器水位制御装置間は
、　ＦＯＢ運転前の水位設定に対応していた脱気器水位
信号Ｃを第２設定信号発生器あからの水位設定信号Ｆと
比蚊し、この水位設定信号Ｆを目標に脱気器水位制御が
行なわれる。

この水位制御により、水位制御弁δの開口を閉じる方向
に作動制御されるため、水位制御弁５は閉方向に動作し
、この結果、脱気器ｎへ流入される復水の量は絞シ込ま
れ、減少する。

脱気器２７は、その脱気特性上、流入する復水量とター
ビン抽気の加熱蒸気量の割合で、器内圧力は成る値にバ
ランスし、タービン抽気量（加熱蒸気量）が多いほど、
また復水量が少ないほど、バランス後の脱気器々内圧力
は高レベルに保たれる。

Ｆ’ＯＢ運転時、脱気器２７の加熱蒸気量が遮断される
こと、および従来の脱気器水位制御システムにおいては
、　ｐｃｂ発生によシトラムボイラに多量の給水が要求
されるため、脱気器水位が低下し、その結果、脱気器２
７ン多量の復水が流入されるが、本発明では、ＦＯＢ移
行時でも脱気器２７への流入復水量を制限することがで
きる。一方、　ＦＯＢ運転時に、ボイラドラムに多量の
給水が要求されるのは。

ＦＯＲ：多行時のボイラドラム系が安定するまでの１時
期のみである。

したがって、ＦＯＢ移行時に脱気器水位の低下を予め予
測し、成る値まで脱気器水位設定をＦＯＢ指令信号によ
り先行的に下げてやることにより、脱気器２７への復水
の過大な流入を抑止できる。これにより、脱気器水位を
、予め設定された水位設定値のレベルまで安定的にかつ
スムーズに制御し、脱気器２７の器内圧力の急激な低下
現象を未然に防止できる。これにより脱気器２７内や脱
気器２７から給水ポンプ２９に至る給水配管２２内での
フラッシュ現象を有効かつ未然に防止できる。

なお、この発明の一実施例の説明においては。

ＦＯＲ運転を中心に述べたけれども、このＦ（Ｂ運転以
外の負荷急変時等の負荷の一過渡的現象時にも適用する
ことができ、負荷急変時の給水ポンプの吸込圧力確保方
法にも適用することができる。

また、−実施例ではこの発明を火力発電プラントの給水
系統に適用した例について説明したが、原子力発電プラ
ントの給水系統にも同様にして適用することができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る脱気器の水位制御シ
ステムにおいては、脱気器水位制御装置に、通常運転時
の脱気器水位設定信号を出力する第１設定信号発生器と
、負荷急速時の脱気器水位設定信号を出力する第２設定
信号発生器と、両水位設定器からの出力信号を選択的に
切換える切換スイッチとを有し、上記切換スイッチは負
荷急速信号を受けて第２設定信号発生器側に切換え、と
の脱気器水位設定信号に応じて脱気ｄＫ水位制御弁を作
動制御するようにしたから、ＦＯＢ移行時のような負荷
急変時には、予め設定された第２設定信号発生器の水位
設定レベルに脱気器水位を安定かつスムーズに制御する
ことができるので、脱気器々内圧力の急激な低下を有効
的に防止できる。このため、脱気器の貯水タンク内や貯
水タンクから給水ポンプに至る給水配管内でのフラッシ
ュ現象を未然に防止でき、負荷急変時に発電プラントの
運転を停止させることなく、安全かつ確実に所内単独運
転に移行させることができ、熱経済上の損失を最小限に
押えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の脱気器の水位制御システムを示す系統図
、第２図はこの発明に係る脱気器の水位制御システムの
一実施例を示す系統図である。 加・・・復水器、２１・・・給水系統、ｎ・・・給水配
管、乙・・・復水ポンプ、５・・・脱気器水位制御弁、
漢・・・低圧給水加熱器、２７・・・脱気器、あ・・・
貯水タンク、２９・・給水ポンプ、３２・・・復水流量
計、３３・・給水流量計１，３５・・・脱気器水位制御
装置、３６・・・水位検出器、３７・・・第１設定信号
発生器、３８・・・第２設定信号発生器、３９・・・切
換スイッチ、４０・・・加算器、４１・・・比例積分器
。 出願人代理人　　波　多　野　　　久

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、復水器からの給水系統に、タービン抽気により復水
   を加熱、脱気する脱気器と、この脱気器貯水！ンクから
   の貯溜水をボイラ等へ供給する給水ポンプと、上記脱気
   器への復水供給量を調節する脱気器水位制御弁と、この
   水位制御弁を作動制御する脱気器水位−制御装置とを有
   する脱気器の水位制御システムにおいて、上記脱気器水
   位制御装置は、通常運転時の脱気器水位設定信号を出力
   する第１設定信号発生器と、負荷急変時の脱気器水位設
   定信号を出力する第２設定信号発生器と、上記両信号発
   生器からの出力信号を選択的に切換える切換スイッチと
   を有し、負荷急速時には、上記切換スイッチは負荷急変
   信号を受けて第２設定信号発生器側に切換えられ、この
   脱気器水位設定信号に応じて脱気器水位制御弁を作動制
   御することを特徴とする脱気器の水位制御システム。 ２、第２設定信号発生器の水位設定値は第１設定信号発
   生器の水位設定値より低レベルに設定され、両信号発生
   器からの脱気器水位設定信号は切換スイッチを経て加算
   器から比例積分器等の調節器に伝達され、この比例積分
   器からの脱気器水位制御信号により脱気器水位制御弁を
   作動制御するようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   脱気器の水位制御システム。 ３、加算器に入力される脱気器水位設定信号は、ここで
   実際の脱気器水位信号と演算され、その差分が比例積分
   器等の調節器に出力されるように設定された特許請求の
   範囲第２項に記載の脱気器の水位制御システム。 ４、第２設定信号発生器は所内単独運転時の脱気器水位
   設定信号を出力するように設定され、切換スイッチは所
   内単独運転への移行指令信号により第２設定信号発生器
   側へ切り換えられるようにされた特許請求の範囲第１項
   記載の脱気器の水位制御システム。