JPS6022241B2 - 主蒸気圧力制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボィラの主蒸気圧力制御方式に係わり、特に
、主蒸気圧力を変更して負荷を変更する変圧運転用ボィ
ラプラントに使用するに好適な主蒸気圧力制御方式に関
する。

系統容量の増大および原子力発馬容量の増大に伴ない、
従来はベースロード運転であった火力発電は中間負荷運
転を強いられるようになって来ている。

しかし、従釆の火力プラントはベースロード用であった
ため、常時は定格出力で運転する。そして定格出力での
プラント効率の向上を図るため主蒸気圧力一定とし、負
荷変更時は主蒸気流量を変更している。この定圧プラン
トでは、低負荷帯でも主蒸気圧力を一定に保っために給
水ポンプの動力損失が大きく、定格出力以外のときプラ
ント効率を低下させるという問題がある。また、主蒸気
圧力を一定に保っため、低負荷帯で主蒸気流量が少なく
なり、プラント特性の非線形性が大きかった。このため
、従来の定圧プラントを中間負荷用として用いる時には
負荷追従性が悪くなると共に、安定な低負荷運転が困難
になるという問題がある。このような背景から、これら
の問題点を解消することを目的として、主蒸気圧力を負
荷に応じて変化させるいわゆる変圧運転が導入されて来
た。この変圧運転の特徴は次のようである。‘１１低負
荷帯で効率が良い。すなわち、低負荷帯で主蒸気圧力が
低くなるから必要なポンプ動力が減少し、その分プラン
ト効率が向上する。‘２１ 低負荷帯で負荷追従性が良
く、最低負荷の低減と起動停止時間の短縮が期待できる
。すなわち、低負荷帯で主蒸気圧力が低くなるため、負
荷が減少しても、主蒸気流量の減少が小さい。これによ
り定圧運転時と比較して非線形性が少なくなるため、負
荷制御が容易となり、負荷追従性が向上する【３’ター
ビンメタルの熱応力の緩和が期待できる。

すなわち、変圧運転によって、高負荷および低負荷で蒸
気流量の変化幅が小さくなるので、タービン第１段落後
の蒸気温度の変化が少さくなり、メタルに熱応力が発生
しに〈）なる。以上の理由から、最近の中間負荷用火力
プラントには、変圧運転が採用されて来ている。

従釆の主蒸気圧力設定値の変更方法としては、第３図に
示すように負荷デマンド‘こ比例して主蒸気圧力設定値
を求める方法が一般的であった。

ところが火力プラントでは急速負荷遮断あるいは、ロー
ドランバックと称し、蟹力系統の事故あるいは所内の１
部の事故（例えば、給水ポンプ１台故障）に対し、急速
に負荷を絞り込む場合があり「第３図の従釆技術のよう
に負荷デマンドと主蒸気圧力デマンドが１対１に対応し
ていると、大和陣な負荷変化時には、負荷デマンドと主
蒸気圧力デマンドの両方の変化による相乗効果でプラン
トに大きな外乱を与えるという欠点がある。本発明の目
的は「従来技術の欠点を無くし、大幅な負荷変化時にも
、良好かつ安定な主蒸気圧力特性を得る主蒸気圧力制御
方式を提供するにある。

本発明は「主蒸気圧力設定値の変化率に制限を加え、負
荷デマンドが大きく変化しても、主蒸気圧力デマンドの
変化は一定の変化率以上にならないという特徴を持って
いる。

第１６図は、本発明の対象とする火力発電所の機器の−
配置例を示したものである。

同図において、給水ポンプ５（および６）で加圧された
ボイラ給水は、節炭器９、水墜と１次過熱器１０、２次
週熱器１ １、３次過熱器１２を経て、高圧タービン１
へ供給される。高圧夕−ビン１で仕事をした蒸気は再熱
器１３で再度過熱され、中低圧タービン２へ供５拾され
、仕事をし、復水器４で復水される。このような系統で
、発函機３の出力は、次のようにして制御される。すな
わち、タービンへ流入する蒸気流量は、主タービン加減
弁４００で、給水ポンプ駆動用タービン７および８へ流
入する蒸気流量は給水ポンプタービン加減弁４０１，４
０２で、ポィラへ入る燃料流量は燃料調節弁４０３で、
ボィラへ流入する空気流量は空気量調節ダンパ４０４で
、蒸気温度制御のための注水流量はスプレ弁４０５，４
０６で、ボィラ内での燃焼分布を変更するためのガス再
循環流量は、再婚環ガス流量調節ダンパ４０７で、発電
機３の出力が所望の値になるようにそれぞれ制御される
。第１図は、以上の制御対称を制御するボィラ自動制御
装直の制御系統図を示す。図に示すごとく、ボィラ自動
制御系統は、｛１ー負荷デマンド設定系「■負荷制御系
、｛３圧力デマンド決定系、‘４｝主蒸気圧力補償系、
｛５’主蒸気温度補償系、■給水流量制御系、‘７１燃
料量制御系、｛８｝空気流量制御系、■２次スプレ制御
系、ＯＱＩ次スプレ制御系、（１１）ガス再循環量制御
系の１１のサプ制御系から０構成されている。以下順に
各サプ制御系の詳細な礎成とその動作について説明する
。ＳＩ：負荷デマンド設定系２００：負荷デマンド設定
系の簡単な実施例は第２図に示す。

図で、まず中央給電指令所から送られて来た負荷要求値
ＥＬＤがｔ減算器５００で現在ボィラ自動制御装直に印
加されている負荷デマンドＬｄとつきあわせられ、その
差がとられる。次に負荷変イＧ率制限器５０１で変化率
上限値設定器６０２と変化率下限値設定器５０３に設定
されている上下限値と比較される。減算器５００の結果
が、上限値以上であれば上限値が、下限値以下であれば
下限値が、上下限値内であれば減算器５００の結果その
ものが積分器５０４に印如される。積分器５０４では「
入力に応じてその値を積分し負荷デマンドＷを決定する
。実際のプラントに適用される場合は、周波数補正や急
速負荷しや断時等の機能が付加されるが、ここでは本発
明と直接関係がないので省略している。Ｓ２：負荷制御
系：ＳＩで示した該負荷デマンドＬｄと負荷検出器１０
０からの信号の差を減算器３００でとり、その偏差を基
に加減弁コントローラ３０１で比例・積分などの制御演
算を施し、タービン入口加減弁４００を操作する。

Ｓ３：圧力デマンド決定系：ＳＩで求めた該負荷デマン
ドＷを用い、主蒸気圧力設定器２０７で主蒸気圧力設定
値を決定する。

この主蒸気圧力設定値は第３図に示すような、負荷デマ
ンドの関数を記憶することによって実現する。さらに第
４図に示すように加減弁関度設定器２０１で該負荷デマ
ンドＬｄに応じた開度説定を与え、加減弁関度検出器１
０１からの信号との偏差を減算器２０２でとる。その偏
差が０となるようにコントローラ２０３で求めた主蒸気
圧力設定値にコントローラ２０３の出力を加え、これを
補正する。該補正された主蒸気圧力設定値Ｐｓｍ‘よ、
更に、圧力デマンド決定器２０４に印加され、主蒸気圧
力デマンドＰｄが決定される。第１５図は圧力デマンド
決定器の原理を示すブロック線図である。図で、該補正
された主蒸気圧力設定値Ｐｓｍ‘ま、減算器５００で主
蒸気圧力デマンドの現在値Ｐｄと差がとられ、その差す
なわち圧力デマンド偏差Ｐｅは、変化率制限器５０１で
次のような補正がなされ、圧力デマンド偏差補正値Ｐｅ
ｍが決定される。ここに、Ｐｅｍ：圧力デマンド偏差補
正値Ｐｅｌ：圧力デマンド変イり率制限値 Ｐｅ地：圧力デマンド偏差の不惑帯 次に、求められた圧力デマンド偏差補正値花ｅｍは、積
分器５０２に印加され「圧力デマンド偏差補正値Ｐｅｍ
が０になるまで積分され、主義気圧力デマンドＰｂが決
定される。

本実施例では、このように、圧力デマンド偏差Ｐｅｍろ
、ある制限値Ｐｅｌより大きくなることはないので、負
荷デマンドＬｄに突変変化があっても、主蒸気圧力デマ
ンドＰｄの変化率が制限され、以下述べるボィラ自動制
御系へ突変的に大きな外乱を与えることはない。Ｓ４：
主蒸気圧力補償系： 該主蒸気圧力デマンドＰｄと主蒸気圧力検出器１０２の
信号を用い、減算器２０６でその偏差を取り、主蒸気圧
力コントローラ２０８で比例・積分制御を実施する。

この主蒸気圧コントローラ２０８の出力Ｐｃは、後に説
明する給水流量制御系、燃料流量制御系、空気流量制御
系のデマンドの補正に用いられる。Ｓ５：主蒸気温度補
償系： まず、主蒸気温度設定器２０９の出力信号と主蒸気温度
検出器１０３の出力信号を用い、減算器２１０でその偏
差を取り、次に、主蒸気温度コントローラ２１１で比例
、積分制御が実施される。

この主蒸気温度減算器２１０の出力は後に説明する１次
、２次スプレ制御系のデマンド信号の補正に、また主蒸
気温度コントローラ２１１の出力信号Ｔｅは、後に説明
する給水流量制御系のデマンドの補正に用いられる。Ｓ
６：給水流量制御系： まず「第５図に示すような関数を持つ給水量設定器３０
２で、負荷デマンドＬｄに応じた給水量設定値を決め、
これに主蒸気圧力コントローラ２０８の出力Ｐｃと主義
気温度コントローラ２１ １の出力Ｔｃを加え、給水量
デマンドＦｄを決定する。

本システムでは、従来、給水量設定器３０２は設けず、
主蒸気圧力コントローラ２０８の出力Ｐｃが給水童設定
を与えていたのに対し、給水母設定器３０２を設け、負
荷の最終整定時には、主蒸気圧力コントローラ２０８の
出力Ｐｃおよび主蒸気温度コントローラ２１１の出力Ｔ
ｃが０になるように制御系を構成しているので、主蒸気
圧力補償系あるいは主蒸気温度補償系に何らかの不調（
例えば主義気圧力検出器故障）があっても、給水童設定
器３０２の出力のみで負荷運転を継続できる。さらに、
このようにして決定された給水量デマンドＦｄと主給水
量検出器量０４の出力を用い減算器３０４でその偏差を
取り、給水量コントローラ３０５で比例・積分などの制
御を実施する。

また、この給水童コントローラ３０５の出力は、給水ポ
ンプが複数個ある場合（図では２台の例を図示）、それ
ぞれの給水童のデマンドとなり、それぞれの給水量検出
器１１１，１１２の出力信号との偏差が減算器３０６，
３０８で取られ、給水ポンプ加減弁コントローラ３０７
，３０９で比例・積分制御が実施され、給水ポンプ加減
弁４０１，４０２の操作により、給水量制御が実現され
る。Ｓ７：燃料軍制御系：まず、第６図に示す関数を持
つ燃料量設定器２１２で、負荷デマンドＬｄに応じた燃
料量設定値を求め、これと燃料流量調節分コントローラ
３１１で比例・積分制御を実施し、燃料調節弁４０３を
操作する。

本システムでは、給水流量制御系と同じように、燃料量
設定値を負荷の関数で与えているので、主蒸気圧力補償
系が不調になっても、燃料量設定器のみで負荷運転を継
続できるところにある。Ｓ８：空気流量制御系： まず、第７図に示す関数を持つ空気量設定器２１４で、
負荷デマンドＬｄに応じた空気量設定値を減算器２１５
で求め、これと空気量検出器１０６の出力との偏差を取
り、さらに主蒸気圧力コントローラ２０８の出力係数器
２２６でＰｃに係数を掛けた信号で加算器３１２で補正
する。

次にこの補正された偏差を用い、空気量調節ダンバコン
トローラ３１３で比例・積分制御を実施し、ダンパ４０
４を操作する。本システムでは、給水流量制御系や燃料
童制御系と同じように、空気童設定値を負荷デマンドの
関数で与えているので、主蒸気圧力補償系が何らかの原
因で不調になっても、空気量設定器のみで負荷運転を継
続できる。Ｓ９：２次スプレ制御系まず、第８図に示す
関数を持つ３次過熱器入口温度設定器２１６で、負荷デ
マンドＬｄに応じた３次過熱器入口温度設定値を求め、
これと、３次週熱器入口温度検出器１０７の出力との偏
差すなわち３次過熱器入口温度偏差を求める。

次に、減算器２１０で求められた主義気温度偏差に係数
器２２４で係数を掛けた値を加算器３１−５で該３次過
熱器入口温度偏差に加え、３次週熱器入口温度偏差に加
え、３次過熱器入口温度コントローラ３１６で比例制御
を実施する。

さらに第１０図に示す関数を持つ２次スプレ弁関度設定
器３１４で負荷デマンドＬｄの関数で２次スプレ弁関度
設定値を求め、加算器３１７で３次週熱器入口温度コン
トローラ３１６の出力に加え、２次スプレ弁４０６を操
作する。本システムでは、負荷デマンドの関数で３次過
熱器入口温度設定値を求めているので、主蒸気温度補償
係が何らかの原因で不調になっても、負荷運転を継続で
きる。また、負荷デマンドの関数でスプレ弁開度設定値
を求めているので、３次過熱器入口温度コントローラ３
１６は、単なる補正項となるため、３次週熱器入口温度
コントローラが不調になっても、負荷運転を継続できる
。ＳＩＯ：１次スプレ制御系 まず、第１０図に示す関数を持つ２次週熱器出口温度設
定器２１８で、負荷デマンドＷに応じた２次過熱器出口
温度設定値を求め、これと２次過熱器出口温度検出器１
０８の出力との偏差を減算器２１ ９で求める。

次に主蒸気温度偏差Ｔｃを係数器２２４で補正した値を
加算器３１９で加え、２次週熱器出口温度コントローラ
３２０で比例制御を実施する。次に、第１１図に示す関
数を持つ２次週熱器入口温度設定器２２０で、負荷デマ
ンドＷに応じた２次週熱器入口温度設定値を求め、これ
と２次週熱器入口温度検出器１０９の出力との偏差を減
算器２２１で求める、次にこの偏差に２次過熱器出口温
度コントローラ３２０の出力を減算器３２１で加え、２
次過熱器入口温度コントローラ３２２で比例制御を実施
し、この制御出力に、第１３図に示す関数を持つ１次ス
プレ弁関度設定器３１８で決められた設定値を加え、１
次スプレ弁４０６を操作する。

本システムでは、１次スプレ弁関度設定値を負荷デマン
ドの関数で与えているので、主蒸気温度補償系あるいは
、２次過熱器出口温度制御系、２次過熱器入口温度制御
系のいずれが不調になってもその系を切離すだけで負荷
運転を継続できる。また、２次過熱器出口温度設定値お
よび２次過熱器入口温度設定値を負荷の関数で与えてい
るので、プロセスが負荷に応じて非線形特性を示すのを
補償でき、広範囲の負荷帯で良好かつ安定な制御特性を
得ることができる。ＳＩＩ：ガス再循環量制御系 まず、第１３図に示す関数を持つ再熱器出口温度設定器
２２２で、負荷デマンドＬｄに応じた再熱器出口温度設
定値を求め、これと再熱器出口温度検出器１１０との偏
差を減算器２２３で取り、再熱器出口温度コントローラ
３２５で比例・積分などの制御を実施する。

次にこの制御出力に第１４図に示す関数を持つ再循環ガ
ス流量調節ダンパ開度設定器３２４で負荷デマンドＬｄ
の関数として求めた再循環ガス流量調節ダンパ開度設定
値を減算器３２ｂで加え、再循環ガス流量調節ダンパ４
０６を操作する。本システムでは、再循環ガス流量調節
ダンパ関度設定値を負荷デマンドＷの関数で与えている
ので、再熱器出口温度制御系が不調になっても、負荷運
転を継続できる。

さらに、再熱器出口温度設定値を負荷の関数で与えてい
るので、変圧運転時のプロセス非線形性を補償でき、広
範囲な負荷帯で良好かつ安定な制御特性を得ることがで
きる。以上の実施例から分るように、本発明によれば、
負荷デマンドが突変変化しても、主蒸気圧力デマンドが
急変することはなく、安定な主蒸気圧力特性を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すボィラ自動制御系統
図、第２図は、負荷デマンド決定方法を示す原理図、第
３図は主蒸気圧力設定の原理説明図、第４図は加減弁関
度設定の原理説明図、第５脚ま給水軍設定の原理説明図
、第６図ま燃料量設定の原理説明図、第７図は、空気量
設定の原理説明図、第８図は３次週熱器入口温度設定の
原理説明図、第９図は２次スプレ弁関度設定の原理説明
図、第１０図は２次過熱器出口温度設定の原理説明図、
第１ １図は２次週熱器入口温度設定の原理説明図、第
１２図は１次スプレ弁開度設定の原理説明図、第１３図
は、再熱器出口温度設定の原理説明図、第１４図は、再
循環ガス流量調節ダンパ関度設定の原理説明図、第１５
図は、主蒸気圧力デマンド決定の原理説明図であり、第
１６図は本発明の対象とするプラントの概略説明図であ
る。 ２０８・・・・・・主蒸気圧力コントローラ、２０９・
・・・・・主蒸気温度設定器、２１０・・・・・・減算
器、２１ １・・・・・・主蒸気温度コントローラ、２
１２・…・・熱料量設定器、２１３・・・・・・減算器
、２１４・…・・空気童設定器、２１５・・・・・・減
算器、２１６…・・・３次週熱器入口温度設定器、２１
７・・・・・・減算器、２１８・・・・・・２次週熱器
出口温度設定器、２１９・・・・・・減算器、２２０・
・・・・・２次過熱器入口温度設定器、２２１・・・・
・・減算器、２２２・・・・・・再熟器出口温度設定器
、２２３・・・・・・減算器、２２４・・・・・・係数
器、２２５，２２６・・・・・・係数器、３００・・・
・・・減算器、３０１・…・・加減弁コントローラ、３
０２・・…・給水量設定器、３０３・・・・・・加算器
、３０４・・・・・・減算器、３０５・・・・・・給水
量コントローラ、３０６・・・・・・減算器、３０７…
…給水ポンプタービン加減弁コントローフＡ、３０８・
・・・・・減算器、３０９・・・・・・給水ポンプター
ビン加減弁コントローラＢ、３１０……加算器、３１１
・・・・・・燃料調節弁コントローラ、３１２・・・・
・・加算器、３１３・・・・・・空気量調節ダンパコン
トローラ、３１４・・・…２次スプレ弁関度設定器、３
１５・・…・加算器、３１６・・・・・・３次週熱器入
口温度コントローラ、３１７・・・・・・加算器、３１
８・・・・・．１次スプレ弁関度設定値、３１９・・・
・・・加算器、３２０・・・・・・２次週熱器出口温度
コントローラ、３２１・…・・加算器、３２２…・・・
２次過熱器入口温度コントローラ、３２３・・・・・・
加算器、３２４・・・・・・再循環ガス流量調節ダンパ
関度設定器、３２５・・・・・・再熱器出口温度コント
ローラ、３２６・・・・・・加算器、４００・・・・・
・加減弁（主タービン）、４０１・・・・・・給水ポン
プタービン加減弁Ａ、４０２・・・・・・給水ポンプタ
ービン加減弁Ｂ、４０３・・・・・・燃料調節弁、４０
４…・・・空気量調節ダンパ、４０５・・・・・・２次
スプレ弁、４０６…・・・１次スプレ弁、４０７・・・
・・・再循環ガス流量調節ダンパ。 菊ｌ図 約２図 努３図 る４図 ＊Ｓ図 ＊５図 あヮ図 舟８図 おｑ因 あｌｏ図 為′′図 わ ’Ｚ 菌 カー３菌 お‘４図 弟’ｓ■ ＊１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 火力発電プラントに与えられた負荷デマンドから給
   水量及び燃料量の要求量を作成し、負荷デマンドに応じ
   て主蒸気圧力デマンドを作成するとともに、給水要求量
   と主蒸気圧力デマンドの和により給水量を制御し燃料要
   求量と主蒸気圧力デマンドの和により燃料量を制御する
   火力発電プラントの主蒸気圧力制御方式において、主蒸
   気圧力デマンドの変化率を制御する手段を備え、負荷デ
   マンドの急減の際に主蒸気圧力デマンドが急減すること
   を阻止し所定の変化率とすることを特徴とする主蒸気圧
   力制御方式。