JPS59229104A - ボイラの蒸気温度制御方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラの蒸気温度制御方法に係り、特に変圧
運転又は高い負荷追従運転の要求されるボイラに好適な
蒸気温度制御方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、ボイラ効率を向上させるために、負荷変化に対
応させて主蒸気圧力を変化させるといういわゆる変圧運
転が行なわれている。また、負荷変化又は主蒸気圧力設
定値変更に追従させて、ボイラの主蒸気流量及び主蒸気
圧力を制御するため、負荷及び圧力の増減に対し所定の
割合で燃料を過剰気味又は不足気味に投入し、主蒸気圧
力を先行的に補正制御する、いわゆるオーパアンダ操作
が行なわれている。

このようなオーバアンダ操作を伴う変圧運転及び負荷追
従運転の適用されたボイラの蒸気温度制御方法について
、第１図に示すようなドラム式ボイラに適用したものを
例にとって説明する。

第１図に示すように、ボイラ１に投入された燃料は、同
時に送入される空気及び再循環ガスによって燃焼される
ようになっている。この燃焼により発生される主蒸気は
、ドラム２から１次過熱器３、減温器４及び２次過熱器
５を通って過熱され、再熱タービン６に供給されるよう
になっている。

また、タービン６の再熱蒸気は再熱器７によって再熱さ
れ、タービン６へ戻されるようになっている。前記減温
器４は主として主蒸気温度を制御する手段であシ、流量
制御弁９を介してスプレ水が供給されるようになってい
る。また、ボイラ１の煙道から抜き出された排ガスの一
部は、ブロワ１０によってボイラ１の底部に再循環ガス
として送入されるようになっている。プロワ１０の入口
には、主として再熱蒸気温度を制御する手段として、再
循環ガス量を制御するダンパ１１が設けられている。

一方、蒸気温度制御装置１２は主蒸気温度制御系と再熱
蒸気温度制御系とに分けられている。主蒸気温度制御系
は、主蒸気温度検出器１０１によシ検出された主蒸気温
度検出値と設定器１０２から与えられる設定値との偏差
を比較器１０３によって求め、この偏差を比例積分器１
０４にて比例積分し、加算器１０５に出力するようにな
っている。関数発生器１０６は入力される発電量（負荷
）指令値と、予め設定されている負荷とスプレ量の静特
性関数とに基づいてスプレ量指令値の先行値を形成し、
前記加算器１０５に出力するようになっている。加算器
１０５ではスプレ量の先行値と主蒸気温度の偏差を加算
し、スプレ量指令値として比較器１０７に出力するよう
になっている。比較器１０７では入力されるスプレ量指
令値と、スプレ量検出器１０８により検出されたスプレ
量検出値との偏差を求め、この偏差を比例積分器１０９
を介してスプレ流量制御弁９に出力するようになってい
る。即ち、主磁気温度制御系は主蒸気温度の設定値に基
づいて減温器４に供給するスプＶｉを制御するとともに
、このスプレ量を主蒸気温度検出値により補正するフィ
ードバック制御と、発電量指令値に基づいて補正する先
行制御とにより、主蒸気温度を制御するようになってい
る。

再熱蒸気温度制御系も同様の制御方式がらなっており、
再熱温度検出器１１１と設定器１１２とからそれぞれ出
力される検出値と設定値の偏差を比較器１１３によシ求
め、その偏差を比例積分器１１４を介して加算器１１５
に出力するようになっている。加算器１１５には関数発
生器１１６から、予め設定されている発電量指令値とダ
ンパ開度の静特性関数に基づいて形成されたダンパ開度
指令の先行値が入力されている。加算器１１５ではダン
パ開度の先行値と再熱蒸気温度の偏差を加算し、ダンパ
開度指令値としてリミッタ１１７に出力するようになっ
ている。リミッタ１１７は設定器１１８又は１１９から
それぞれ入力されるダンパ１１の下限開度（例えば２０
チ）又は上限開度（例えば９０％）に基づいて、前記加
算器１１５から出力されるダンパ開度指令値の上限下限
を規制して、ダンパ１１に出力するようになっている。

これによってボイラ１の底部に送入される再循環ガス量
を制御し、再熱蒸気温度を制御するようにしている。

他方、負荷変化に追従させてボイラ制御をするにあたり
、前述したように主蒸気圧力を増減する変圧運転を行な
うとともに、燃料を先行制御するオーバアンダ操作が行
なわれる。即ち、第２図に示すように負荷の変化に応じ
て主蒸気圧力の設定値が増減される。このとき、負荷及
び圧力の増減に合わせ、それぞれの変化率に対応させて
第２図図示燃料オーバアンダ量が設定される。そして、
燃料量を同図に示すように、負荷及び圧力の増大に対し
ては過剰気味に、逆に減少に対しては不足気味に投入す
ることによシ、主蒸気圧力の変化を先行的に補正して追
従性を高めているのである。

なお、前記燃料オーバアンダ操作量の設定は、−例とし
て第３図に示す相関に基づいてなされる。

第３図において、縦軸は燃料オーバアンダ量（Ｔ／Ｈ）
を、横軸は負荷変化率（チメ分）及び圧力変化率（Ｋ９
７ｃｍ”／分）を示し、圧力変化率には（）を付して示
している。

ところが、燃料のオーバアンダ操作をすることによって
、負荷増加時には燃料量の増加に対して主蒸気流量の増
加が遅れるため、第４図の曲線（Ｄ）、（Ｅ）に示すよ
うに、主蒸気温度と再熱蒸気温度が一時的に上昇してし
まう。また、負荷増加完了時には燃料量に対して主蒸気
流量が一時的に過剰になるため、主蒸気温度と再熱蒸気
温度が低下してしまう。逆に負荷減少時及びその完了時
にも同様の理山によシ、主蒸気温度と再熱蒸気温度が一
時的に上昇又は低下してしまう。

つまム第１図図示のようなフィードバック制御を主とす
る蒸気温度制御系にとって、上述のオーバアンダ操作は
外乱要因となるものでアシ、制御応答が遅れて蒸気温度
が変動してしまうということになるのである。特に、負
荷変化率の大きい高い負荷追従運転の場合（例えば３〜
４チ／分）や、変圧運転を伴う場合にはその外乱が犬き
くなシ、蒸気温度の変化率がボイラ圧力部材等の許容熱
応力から制限される許容値を大幅に越えてしまうことが
らシ、ボイラの寿命が著るしく低減されてしまうという
虞れがあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、オーバアンダ操作に伴う蒸気温度の変
動を抑制し、安定した制御を行なうことができるボイラ
の蒸気温度制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、蒸気温度を制御する手段に与える制御指令値
を、発電量指令値に相関させて定められる先行値と、蒸
気温度の設定値と検出値の偏差とに基づいて定めるとと
もに、燃料のオーバアンダ量と予め定められるボイラ動
特性とから蒸気温度の変動量を予測し、この予測変動量
を相殺すべく前記制御指令値を補正することにより、オ
ーバアンダ操作に伴う蒸気温度の変動を抑制し、安定な
蒸気温度制御を行なわせようとするのである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第５図に本発明の適用された一実施例の蒸気温度制御装
置ブロック構成を示す。図において第１図図示従来例と
同一符号の付されたものは、同一機能・同一構成を有す
るものであり、図中一点鎖線で囲んだ部分が異なってい
る。

第５図において、負荷変化率演算部１２０は入力される
発電量指令値から負荷変化率を求めて、次の蒸気温度変
動量演算部１２１に送出するようになっている。この演
算部１２１では入力される負荷変化率から、第３図に基
づいてオーバアンダ量を求めるとともに、第６図に示す
ボイラ動特性に基づいて主蒸気温度の変動量Δ’Ｉ’凪
Ｔ、ｔを予測し、加算器１２２に送出するようになって
いる。なお第６図において、横軸は負荷を示しておシ、
縦軸は燃料の変化幅に対する蒸気温度の変化幅を蒸気温
度変化率（Ｃ／ＴＨ）として示している。

また、圧力変化率演算部１２３は入力される主蒸気圧力
設定値から圧力変化率を求めて、次の蒸気温度変動量演
算部１２４に送出するようになっている。この演算部１
２４では入力される圧力変化率から、第３図に基づいて
オーバアンダ量を求めるとともに、第６図に示すボイラ
動特性に基づいて、主蒸気温度の変動量ΔＴＭＳＴｇを
予測し、加算器１２２に送出するようになっている。

加算器１２２によって前記ΔＴＭ８Ｔ１とΔＴＫＩＴ２
が加算され、主蒸気温度の予測変動量ΔＴＭＳＴとして
ダンパ開度補正量演算部１２５に送出される。

この演算部１２５は、第７図に示すボイラ動特性に基づ
いて、前記予測変動量ΔＴ　Ｍ８Ｔを相殺するに要する
再循環ガス量に対応するダンノ（開度変化幅を求め、ダ
ンパ開度補正指令として加算器１２６に送出し、関数発
生器１１６から出力されるダンパ開度指令の先行値を補
正するようになっている。

つまシ、“オーバアンダ操作に伴う蒸気温度の変動量を
予測し、この変動量を相殺するようにダンパ１１によっ
て、再循環ガス量を先行制御していることから、蒸気温
度制御の応答遅れが改善され、負荷変化又は圧力変化に
起因する蒸気温度の変動量を大幅に抑制することができ
るのである。

ところが、再循環ガス量による蒸気温度の制御範囲には
上限・下限がある。即ち、再循環ガス量はプロワ１０の
容量によって上限が定められ、また焼損を防止す、る最
小風量によって下限が定められる。これによって、ダン
パ１１のダンノ（開度の操作可能な範囲は第８図に示す
ように、例えば、２０チ〜９０％の開度に制限される。

なお、同図中に示したボイラ静特性曲線は、各負荷帯で
負荷を変化させずにバランスさせたときのダンパ開度を
表わしており、上述の負荷変化時等においては、この曲
線からずれた開度に制御されるのでおる。

したがって、負荷及び圧力の変化率が大きいと、オーパ
アンダ量が増大され、これによって蒸気温度の変動量Δ
Ｔ　ＭＳＴがダンパ開度の制御範囲を越えてしまうこと
がある。このような場合には、スプレ量を補正するよう
にしている。

即ち、第５図に示すように、加算器１２６がら出力され
るダンパ開度指令の先行値が、加算器１２７．１２８の
十入力端に入力されている。一方、加算器１２７，１２
８の一入力端には設定器１１８．１１９から、それぞれ
下限開度と上限開度が入力されている。加算器１２７，
１２８の出力は、それぞれ比較器１２９，１３０に入力
されている。比較器１２９，１３０には設定器１３１か
ら例えば開度０％の基準値が入力されている。

比較器１２９は入力される信号が負の場合のみ加算器１
３２に出力するようになっている。また、比較器１３０
は入力される信号が正の場合のみ加算器１３２に出力す
るようになっている。加算器１３２の出力はダンパ１１
の不足開度量に相当する４６号になってお９、スプレ補
正量演暮部１３３はその不足開題伏による主蒸気温度の
変９７ｂ量ΔＴＭＳＴ３　を、第７図のボイラ動特性か
ら求めるとともに、この変動量ΔＴｉｍＴｓ　を相殺す
るに足るスブＶ補正世を第９図のボイジ！１ｉｌＩｌ特
性から求め、このスプレ袖正量を加算器１３４に出力し
て、加算器１０５から出力されるスプレ量指令値を先行
補正するようになっている。なお、第９図において、横
軸は負荷を示しておｐ１縦軸はスプレ量変化幅に対する
蒸気温度の変化幅を蒸気温度の変化率として示している
。また、第１０図に負荷に対するスプレ量の投入上限値
の一例を示す。同図中に示したボイラ静特性曲線は、第
８図で説りＪしたと同様の東件におけるスズｖ！：でる
る。

上述のようす構成とすることによって、ダンパυｉ１度
の先行値が下限以下になると、加ｎ器１２７の出力が負
となシ、比較器１２９を介して負の開度不足量が出力さ
れ、スプレ量を減少する補正がなされ−る。逆に、上限
以上になると加算器１２８の出力が正となり、比較器１
３０を介して正の開度不足量が出力され、スプレ量を増
加する補正がなされる。

このようにして、再循環ガス量による制御範囲を越えた
蒸気温度の予測変動量に応じて、スプレ量を先行制御し
ていることから、大幅な負荷変化又は圧力変化に起因す
る蒸気温度の変動量をも抑制することができるのである
。

なお、上記実施例による負荷変化、主蒸気圧力変化に対
する燃料量、ダンパ開度補正量、及びスズＶ補正量の変
化の一例を第１１図に示す。

また、本実施例によれば、蒸気温度制御の応答性が向上
されることから、従来以上に負荷変化率を高くすること
ができるとともに、変圧運転における変圧領域を拡大す
ることができる。これによって、ボイラ効率及び負荷追
従性が大幅に改善されるという効果がある。

さらに、負荷パターンによる蒸気温度外乱量の違いを、
負荷又は圧力などのボイラ運転状態から判断することが
できるため、低負荷から高負荷に至る広範囲の運転に適
用することができる。また、ボイラ形式に応じた蒸気温
度動特性を予め設定しておくことによシ、ドラム式ボイ
ラに限らず各種形式のボイラにも適用することができる
。

〔発明の効果〕

以上説明゛したように、本発明によれば、オーツくアン
ダ操作に伴う蒸気温度の変動を抑制することができ、且
つ安定な蒸気温度制御を行なわせることができる。

気温度制御装置のブロック構成図、第２図は負荷変化に
伴う主蒸気圧力、オーバアンダ量及び燃料量の操作量変
化を説明する線図、第３図は負荷又は圧力変化率とオー
バアンダ量との関係の一例を示す線図、第４図は負荷変
化に伴う主蒸気圧力とダンパ開度の操作量変化及び蒸気
温度の変化の一例を示す線図、第５図は本発明の適用さ
れた一実施例装置のブロック構成図、第６図及び第７図
はボイラ動特性を示す線図、第８図は負荷に対するダン
パ開度の制御範囲及びボイラ静特性を示す線図、第９図
はボイラ動特性を示す線図、第１０図は負荷に対するス
プレ量の制御範囲及びボイラ静特性を示す線図、第１１
図は第５図実施例による負荷変化及び主蒸気圧力変化に
対する燃料量、ダンパ開度補正量及びスズＶ補正量の変
化の一例を示す線図である。

代理人　弁理士　高橋明夫 第　ｔｆＺＪＪ 第　２１￥Ｉｌ □β今　ｍ 話　３　口 よ 謁　４　Ｈ −叶向 第　Ｚ　閃 →層浦；ｏ／。

窮　ば →１荷；匹 第　９Ｈ ｊ１０躬 一碩袷９糸 躬　／Ｉ　（Ｅｌ −軒ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発電量指令値と蒸気圧力設定値からそれぞれボイラ
   の負荷変化率及び圧力変化率を求め、これらの変化率の
   少なくとも一方に相関させて定められる燃料のオーバア
   ンダ量を求め、このオーバアンダ量を加えた燃料量を供
   給することによシ先行制御されるボイラにあって、蒸気
   温度を制御する手段に与える制御指令値を、前記発電量
   指令値に相関させて定められる先行値と、蒸気温度の設
   定値と検出値の偏差とに基づいて定めるとともに、前記
   燃料のオーバアンダ量と予め定められるボイラ動特性と
   から蒸気温度の変動量を予測し、この予測変動量を相殺
   すべく前記制御指令値を補正することを特徴とするボイ
   ラの蒸気温度制御方法。