JPS60134904A - 火力プラントの協調制御装置 - 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、発電機、タービン、ボイラ等を備えた火力プ
ラントの協調制御装置に係り、特に燃料量変化が他の操
作量に比べて着るしく遅れる特性をもつ石炭焚きボイラ
装置を備えたものに好適な火力プラントの協調制御装置
に関する。

火力プラントにおいては、所要の発電量の変化に対応し
て、必要な操作部の操作量を制御しなければならない。

このため、火力プラントには協調制御装置が設けられ、
常に所要の発電量を円ヵすることができるようＫなって
いる。このような火力プラントの協調制御装置を第１図
により説明する。

第１図は従来の石炭焚き貫流ボイラ装置を備えた火力プ
ラントの協調制御装置の系統図である。

図で、１は中央給電指令所又は運転員によって設定され
た出力指令信号ａを出力する出方指令発信器、２は出力
指令値の変化率を制限する変化率制限器、３は運転員又
は計算機によって変化率制限器２の変化率が設定される
変化率設定器である。

４は系統周波を規準値に保持するように周波数偏差にガ
バナ調定率を与えた周波数バイアスを設定する周波数バ
イアス設定器である。５は出力指令信号ａに周波数バイ
アスを加える加算器、６は高低信号選択器、７は高低信
号選択器６の上限値および下限値を設定する出方上／下
限設定器である。

高低信号選択器６は次の理由により設けられる。

即ち、火カニニットでは、補機の運転台数や、ボイラ、
タービンの負荷変化許容範囲から運用負荷範囲が定めら
れており、この運用負荷範囲に基き出力上限値および出
力下限値が設定されるのである。高低信号選択器６を経
由した出力指令信号ａは発電機出力設定信号すとして出
力される。

８は発電機出力設定信号すと現在の発電量に応じた発電
量信号Ｃを入力して信号すかも信号Ｃを減算し、発電量
偏差信号ｄを出力する減算器、９は偏差信号ｄの値に対
応してタービンガバナの開度を調節するタービンガバナ
調節器、１０はタービンガバナ調節器９のタービンガバ
ナ開度指令信号ｅによりその開度を制御されるタービン
ガバナである。１１は主蒸気圧力制御装置で圧力補正信
号ｆを出力する。１２は信号すと信号ｄを加算してボイ
ラ入力指令信号ｔを出力する加算器である。１３はこの
信号２から現在の給水量信号りを減算して給水量偏差信
号すを出力する減算器である。１４は信号りの値に対応
してボイラ給水ポンプ回転数指令信号（又は給水調節弁
開度指令信号）ｊを出力する給水量調節器、１５は信号
Ｊによりその回転数が制御されるボイラ給水ポンプであ
る。

１６は主蒸気温度制御装置であり、水燃比補正信号ｋを
出力する。１７はこの信号にとボイラ入力指令信号ｔを
加算する加算器であり、燃料量指令信号ｍを出力する。

１８はこの信号ｍから現在の燃料量に応じた燃料量信号
ｎを減算し、燃料量偏差信号ｐを出力する減算器、１９
は信号ｐの）−一に対応して給炭機回転数指令およびミ
ル指令信号？を出力する燃料量調節器、２０は信号？に
より回転数を制御される給炭機およびミルである。２１
は排ガスＯ！制御装置であり、空燃比補正信号ｒを出力
する。

２２はこの信号ｒと燃料量指令信号ｍを加算し、空気量
指令信号Ｓを出力する加算器である。２３は信号Ｓから
現在の空気量に応じた空気量信号Ｕを減算して空気量偏
差信号Ｖを出力する減算器である。

２４は信号Ｖの値に対応して押込通風機動翼ピッチ開度
指令信号（又は入口ベーン／ダンパ開度指令信号）Ｗを
出力する空気量調節器、２５は信号Ｗによりその動翼ピ
ッチ開度（又は入口ベーン／ダンパ開度）が制御される
押込通風機である。

次に、第１図に示す制御装置の動作を簡単に説明する。

中央給電所又は運転員によって設定された出力指令信号
ａは、変化率制限器２において設定器３に設定された負
荷変化率が乗じられ、加算器５において周波数バイアス
が加えられ、高低信号選択器６において出力上下限範囲
内の信号とされる。この高低選択器６から出力される信
号が以下のボイラ、タービンの各制御系に共通の信号で
ある発電機出力設定信号すとなる。

出力信号ａが変化すると、発電機出力設定信号すも変化
し、減算器８０入力信号す、ｃ間に差を生じる。この差
の信号ｄに基づいてタービンガバナ１０の開度が制御さ
れ、その開度は信号ｄが０になるまで、即ち発電量が指
令値と一致するまで変化する。発電機出力設定信号すが
変化すると当然、補正信号ｆ、に、ｒによりそれぞれ補
正されたボイラ入力指令信号ｔ、燃料量指令信号ｍおよ
び空気量指令信号Ｓも変化する。ボイラ入力指令信号ｔ
の変化により、減算器１３には現在の給水量信号りとの
間の差に応じた信号りが生じ、この信号りに基゛づいて
ボイラ給水ポンプ１５の回転数（又は給水調節弁開度）
が制御され、その回転数（又は開度）は信号りがＯにな
るまで、即ち給水量が指令値と一致するまで変化する。

燃料量指令信号ｔが変化すると、減算器１８からは現在
の燃料貴信−号ｎとの間の差の信号１が出力され、この
信号ｔに基づいて給炭機およびミル２ｏの回転数が制御
され、その回転数は信号ｔが０になるまで、即ち供給燃
料量が指令値と一致するまで変化する。空気量指令信号
Ｓが変化すると、減算器２３からは現在の空気量信号Ｕ
との間の差の信号Ｖが出力され、この信号Ｖに基づいて
押込通風機２５の動翼ピッチ開度（又は入口ベーン／ダ
ンパ開度）が制御され、その開度は信号Ｖが０になるま
で、即ち供給空気量が指令値と一致するまで変化する。

以上のように、出力指令信号ａを変化させると、これに
応じて各操作部の操作が制御され、火力プラントから所
要の発電量が出力される。

ここで、出力指令信号の変化に対して第１図に示す各操
作部の制御対象量がどのように変化するかを第２図（Ｉ
）乃至■）に示すタイムチャートにより説明する。第２
図（Ｉ）乃至（Ｖ）では横軸に時間が、又、縦軸に各制
御対象量がとっである。出力指令信号ａが第２図（Ｉ）
に示すように、時刻ｔ、においである所要値まで増加す
ると、タービンガバナ１ｏにより制御される蒸気量、ボ
イラ給水ポンプ１５により制御される給水量および押込
通風機２５により制御される空気量は第２図（ｎ）、Ｑ
ｌｌ）、（Ｖ）図に示すように増加し、いずれもほぼ時
刻ｔ、に至って出力指令信号ａの前記所要値に応じた値
に達する。即ち、これら制御対象量の応答時間は　１．
−１．　である。

しかしながら、給炭機およびミルによって供給される燃
料量は第２図ｆｌＶ）に示すように、その増加の速度は
ゆるやかで、時刻ｔ、よりも遅い時刻ｔ３に至って前記
所要値に応じた値に達する。即ち、その応答時間は　１
．−１．　となり、蒸気量、給水量および空気量の応答
時間より長くなる。これは、石炭が、その供給バンカか
らボイラのバーナ入口に達するまでの間に、給炭機ベル
ト送炭所要時間、ミル粉砕所要時間、給炭管内の微粉炭
搬送所要時間等が存在し、これらの合計所要時間が約３
０秒〜１２０秒（ミルの形式および容量により異なる）
となるためである。したがって、燃焼に有効な燃料量の
変化は、発電量、給水量および空気量に比べて約３０秒
〜１２０秒以上遅れることになる。

このように、燃料量の変化が他の制御対象量（発電量、
給水量、空気量）ＶＣ比べて著るしく遅れる特性をもつ
火力プラントにおいて、この特性は発電量、主蒸気圧力
、蒸気温度、排ガスＯ６、ＮＯｘのような主要制御量の
変動を大きくする要因となり、負荷変化時の安定的な運
転を阻害するものである。（主要制御量の変動が大きい
と、ユニット出力を一時的にホールドする定値制御状態
が発生する。）昨今、昼夜間の電力需要差は１対１／２
．以上に拡がり、朝夕のピーク負荷に対応した各発電ユ
ニットの出力変化を行なうためには、高負荷変化率で、
かつ、負荷変化巾を大きくする必要があり、石炭火カニ
ニットにおいても中間負荷火力的な運用が望まれている
。しかしながら、第１図に示す従来の協調制御装置にお
いては、前述のように燃料量の遅れ特性により、燃料と
給水の応答差によって生じる主蒸気温度変動、燃料とガ
バナ応答差によって生じる発電量および主蒸気圧力変動
、燃料と空気応答差によって生じるガスＯ３およびＮＯ
ｘの変動等が大きくなり、この点から従来の協調制御装
置は上記の運用には適合し得ない。このため、石炭火力
のように、各制御対象量間の応答差が大きい場合には、
負荷変化率を０．５％１０〜ｌＶ分に抑えて運用するこ
とにより、上記応答差による各制御対象量の位相ずれの
影響（温度、圧力等の変動）に対処しているのが現状で
ある。なお、重油、ＬＮＧ火力などでは負荷変化率は３
Ｖ分〜５Ｖ分で運用されており、電力系統運営の観点か
ら、石炭火力といえども燃料の遅れ特性の問題を解消す
る制御装置による高負荷変化率運転が必要であることは
明らかである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、各制御対象量の変化の位相を一致させる
ことができ、ひいては、負荷変化率、負荷変化巾を大き
くして電力需要差に対応することができる火力プラント
の協調制御装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、火力プラントの複
数の操作部の応答の遅速により生じる応答時間差に応じ
て入力信号を遅延させて出力する遅延手段を設け、応答
の遅い操作部に対しては当該火力プラントの負荷に対応
する信号を遅延させずに入力し、その他の操作部に対し
ては負荷に対応する信号を適宜遅延手段を介して入力す
るようにし５たことを特徴とする。

以下、本発明を図示の各実施例に基づいて説明する。

第３図は本発明の第１の実施例に係る石炭焚き貫流ボイ
ラ装置を備えた火力プラントの協調制御装置の系統図で
ある。図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。

２６は高低信号選択器６から出力される発電機出力設定
信号すを遅延させる時間遅れ要素、２７は発電機出力設
定信号すから時間遅れ要素２６の出力信号である遅延信
号ｂ′を減算する減算器である。減算器２７からは信号
すと信号ｂ′の差の信号Ｘが出力される。２８は加算器
であり、時間遅れ要素２６の出力信号ｂ′に圧力補正信
号ｆおよび水燃比補正信号ｋが加算された遅延燃料量信
号Ｉｎ″と、減算器２７から出力される差の信号Ｘとを
加算して燃料量信号ｍを出力する。

次に、本実施例の動作を第４図ｆｌ）乃至１）Ｋ示すタ
イムチャートを参照しながら説明する。出力指令発信器
ｌから出力された出力指令信号ａは、変化率制限器２、
加算器５および高低信号選択器６を経、高低信号選択器
６から発電機出力設定信号すとなって出力される。時刻
１．ＶＣおいて、出力指令信号ａが増加すると発電機出
力設定信号すも第４図（１）に示すように時刻ｔ、に達
する伺にある所要４、＼ 値まで増加する。信号すは時間遅れ要素２６に入力され
遅延信号ｂ′となって出力される。遅延信号ｂ′は第４
図（ＩＩ）に示すように５時刻ｔ３に至り前記所要値に
等しい信号となる。時刻ｔ、から時刻ｔ、までの時間（
ｔｓｂ）は前述の応答差時間（約２０秒〜１１０秒）に
選定されている。ここで、時刻ｔ、後の補正信号ｆ、に
の変化量をＯと考えると（信号ｆ、にの変化量の最大は
信号すの２０％以内であり、通常は５〜１０％程度であ
る。）、信号ｂ′と信号ｍ′は等しくなる。一方、減算
器２７では信号すから信号ｂ′を減算する演算が行なわ
れ、両者の差の信号Ｘ（ｘ　＝　ｂ　−ｂ’　）が出力
される。第４回能）にこの差の信号Ｘが示されている。

加算器２８は信号Ｍ（この場合、上述のように信号ｂ′
と等しい。）と差の信号Ｘとを加算し、その加算の結果
の信号ｍを燃料量指令信号として出力する。この加算は
、ｍ’＝　ｂ’、ｘ＝　ｂ　−ｂ’　であるから、ｍ’
＋　ｘ　＝　ｂ’＋ｂ　−ｂ’＝　ｂ　即ち、信号ｍと
信号すは等しくなり、第４図（ＩＶ）に示すように、燃
料量指令信号ｍは何等の時間遅れもなく燃料量制御系統
に入力されることになる。

これに対して、タービンガバナ１Ｏによる発電暴制御系
統には遅延された信号ｂ′が発電機出力設定信号として
、又、ボイラ給水ポンプ１５による給水量制御系統には
遅延された信号ｔ′（この場合、上述のように信号ｂ′
に等しい。）がボイラ入力指令信号として、さらに、押
込通風機２５による空気量制御系統には遅延された信号
　１（補正信号ｒの変化量を無視すると信号Ｓ′は信号
ｂ′に等しくなる。）が空気量指令信号として、それぞ
れ入力される。

したがって、これら各信号ｂｌ＝、ｌ、Ｓｏが前記所要
値に応じた値に達する時刻は時刻ｔ、となる。即ち、発
電量、給水量および空気量の制御は燃料量の制御より前
記応答差時間（ｔ３−ｔｐ）遅れて行なわれることにな
る。したがって、各制御対象量の変化の位相はすべてマ
ツチングする。各制御系統の制御動作は第１図に示す装
置と同じであるので、説明は省略する。

このように、本実施例では、出力指令信号の変化に対し
燃料量の制御を先行させ、発電量、給水量および空気量
の制御を燃料量制御の応答差時間だけ遅延させるように
したので、発電量、給水量、燃料量および空気量の変化
の位相を一致させることができ、このため蒸気圧力、蒸
気温度、０．（バーナゾーン空気比）等の変動を小さく
することができ、発電量の過大偏差やオーバーシュート
を増加させることなく負荷変化率、負荷変化中を高める
ことができ、電力需要差にも対応することができる。又
、負荷変化終了後のユニット整定時間も小さくすること
ができ、安定した協調制御運転を行なうことができる。

さらに、蒸気温度変化が小さくなるので、過熱器出口管
寄せ等のボイラ厚肉部やタービンロータの熱応力を軽減
させることができ、これら各部の寿命を延長させること
ができる。又、タービンガバナとボイラ入力量変化の位
相が一致することにより、従来よりも、相対的に新らし
い要求負荷レベルへのボイラ側ビルドアツ圧力の変動が
最小限となる。

第５図は本発明の第２の実施例に係る石炭焚参ドジムボ
イラ装置を備えた火力プラントの協調制御装置の系統図
である。図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符
号が付しである。本実施例がさぎの実施例と異なるのは
、さきの実施例における給水量制御系統が備えられてい
ない点および主蒸気温度制御装置からの補正信号が加算
されない点のみであり、他の構成は同じであり、又、そ
の動作もさぎの実施例のものと同じであるので説明は省
略する。さらに、その効果もさぎの実施例と同じ効果を
奏し、加えて、排ガスＯ１偏差を少なくしてＮＯｘの増
加を抑制することができる。

第６図は本発明の第３の実施例に係る石炭焚きドラムボ
イラ装置を備えた火力プラントの協調制御装置の系統図
である。図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符
号が付しである。本実施例の装置は、従来装置として石
炭焚きドラムボイラに、第１図に示されるような協調制
御方式が採用されていない場合に適用するものである。

３０は石炭焚きドラムボイラの蒸気流量に応じた信号を
出力する蒸気流量発信器である。蒸気流量発信器３０か
ら出力された蒸気流量信号ｙは負荷変化に応じて変化す
るものであり、第３図および第５図に示す発電機出力設
定信号に対応する。なお、蒸気流量発信器３０の代りに
発電量に応じた信号（発電量信号）を出力する発電量発
信器を用いることもできる。蒸気流量信号ｙ（又は発電
量信号）による以後の制御動作および効果はさぎの各実
施例のものと同じであるので、詳細な説明は省略する。

なお、上記各実施例の説明では、燃料量制御系統に対す
る指令信号を先行させ、他の制御系統に対する指令信号
を遅延させる例について説明したが、各制御対象量相互
間の応答差時間をさらに詳細に調べ、これら応答差時間
に応じて各制御系統に対する指令信号をそれぞれ遅延さ
せる遅延手段を設けることもできる。又、制御対象量と
しては、上記各実施に例示したものに限ることはない。

以上述べたように、本発明では、各操作部に対して、そ
の応答の遅速に基づき、プラント負荷に対応する信号を
適宜遅延手段を介して出力するようにしたので、各制御
対象量の制御の位相を一致させることができ、負荷変化
率、負荷変化中を大きくして電力需要差に対応すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の石炭焚き貫流ボイラ装置を備えた火力プ
ラントの協調制御装置の系統図、第２図（１）、（ＩＩ
）、卸、駒、■）は各制御対象量の変化を示すタイムチ
ャート、第３図は本発明の第１の実施例に係る石炭焚き
貫流ボイラ装置を備えた火力プラントの協調制御装置の
系統図、第４図（１）、（ＩＴ）、（２））、■）は第
３図に示す協調制御装置の動作を説明するタイムチャー
ト、第５図および第６図はそれぞれ本発明の第２．第３
の実施例に係る石炭焚きドラムボイラ装置を備えた火力
プラントの協調制御装置の系統図である。 １・・・・・・出力指令発信器、８．１３．１８，２３
．２７・・・・・・減算器、）９・・・・・・タービン
ガバナ調節器、１０・・・・・・タービンガバナ、１４
・・・・・・給水量調節器、１５・・・・・・ボイラ給
水ポンプ、１９・・・・・・燃料量調節器、２０・・・
・・・ミル、給炭機、２４・・・・・・空気量調節器、
２５・・・・・・押込通風機、２６・・・・・・時間遅
れ要素、２８・・・・・・加算器、３０・・・・・・蒸
気流量発信器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　プラント負荷に対応する値を出力する発信装置と
   、この発信装置から出力された値に応じて制御される複
   数の操作部とを備えた火力プラントにおいて、前記各操
   作部の応答の遅速により生じる応答時間差だけ入力信号
   を遅延させて出力する遅延手段と、前記発信装置と前記
   各操作部をこれら各操作部の応答が一致するように前記
   遅延手段を選択的に介在して接続する接続手段とを設げ
   たことを特徴とする火力プラントの協調制御装置。