JPS6045765B2 - 蒸気温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボイラ過熱器出口蒸気温度を制御する蒸気温
度制御装置に関する。

この種の蒸気温度制御に用いられる一般的な方式として
は、いわゆるフィードバック制御方式がある。

すなわち、過熱器出口蒸気温度を検出し、その検出値と
目標値とを比較して偏差を求め、その偏差が零になるよ
うに温度調節計の出力信号をもつて減温器（過熱低減器
）の冷却水量を操作する制御方式である。ところが、蒸
気過熱プロセスの動特性にはむだ時間を含む大きな遅れ
があり、かかるフィードバック制御方式のみによる制御
では負荷変動時等において充分な制御性を得ること，は
困難である。そのため従来では、減温器の冷却水量を操
作するフイードフオワード制御信号として、蒸気流量を
単独に、あるいは燃料流量と蒸気流量との差および減温
器入口蒸気温度等を用いることにより上冫記フィードバ
ック制御方式の欠点を補い、一応の目的を達成してきた
。

ところが、近年、電力需要の昼夜間格差が増大する傾向
にあり、これに対応して大容量火力発電プラントにおい
ても急激な負荷出力の変更が必要ｊとなつてきた。

しかし、急激に負荷出力を変えることは、蒸気温度に大
きな変動をもたらすこととなる。加えて、高圧、高温の
ボイラにおいては過熱器の材質、タービンの熱応力、さ
らにプラントの熱効率などの面から蒸気温度の変動許容
範囲が３厳しく制限されている。このような理由により
、蒸気温度の変動は火力発電プラントを急激な負荷変動
に対応させる上での一つの障害となつており、より制御
性の良い蒸気温度制御装置の開発が望まれているのが現
状である。 ４．ここで、蒸気温度の変
動の態様について考察する。タービンへ送出される蒸気
温度の変動はボイラ本体の特性をもとより、蒸気圧力制
御系などの他の制御変数を有する制御系による影響を受
けるため、負荷レベルにより特性が大幅に変るなど、極
めて複雑な様相を呈する。しかし、操作量であるスプレ
ー弁の開度を一定に固定した状態において負荷変化時の
蒸気温度の変動を観察すると、蒸気温度の変動は次に示
す２種類の変動が重畳されて生じていることが判つた。
（Ｄ負荷量（したがつて蒸気流量）の定常値の変更によ
る変動。

０Ｄ負荷変更時に発生する制御系も含めた過渡現象（主
に、燃量流量と蒸気流量の過渡的不平衡）による変動。

このことを第１図を参照してさらに詳しく述べると、次
の通りである。すなわち、第１図ａに示すように、各負
荷レベルで蒸気流量をランプ状に増加させて新しい値に
変更した場合、これに対応して生じる過熱器蒸気温度の
変動波形が第１図ｄのようであつたとする。その場合、
かかる変動波形は上記変動要因（１）による変動波形（
第１図ｂ）と、変動要因（■）による変動波形（第１図
ｃ）とが重畳されて生じたものと考えられる。次に、か
かる変動要因（１）（■）に基づいて従来の制御方式の
得失を考察する。（４）蒸気流量を単独でフイードフオ
ワード制御信号として用いる方式の場合。

この場合、要因（１）による変動（第１図ｂ）を補償す
ることはできるが、要因（■）による変動（第１図ｃ）
は補償することができない。そのため、例えば第１図〔
ケ−スー５〕の場合、負荷上昇開始とともに蒸気温度を
下降すべくフイードフオワード制御信号を発生しなけれ
ばならないのにもかかわらず、逆に蒸気温度を上昇させ
る方向にフイードフオワード制御信号を発生することと
なり、かえつて制御性を悪化させる結果となる。（Ｂ）
燃料流量と蒸気流量との差を単独でフイードフオワード
制御信号として用いる方式の場合。

この場合、要因（１）による変動（第１図Ｂ）を補償す
ることはできず、要因（■）による変動（第１図ｃ）を
補償することができる。そのため、第１図の〔ケ−スー
１〕ではフイードフオワード制御の効果がなく、また〔
ケ−スー４〕では蒸気温度を上昇させる方向に制御しな
ければならないのにもかかわらず、その逆に下降させる
方向に制御することとなつて、制御性を悪化させる結果
を招来する。なお、前記後者の方式に類する方式として
、さらに減温器入口温度をフイードフオワード制御信号
として加える方式がある。しかし、この方式は過熱器入
口温度の変動補償を目的とするものであり、本来の目的
である過熱器出口蒸気の変動の制御に対し有効な手段と
はなり得ない。つまり、過熱器自体の蒸気流量の変化に
より生じる第１図ｂの変動を補償できないからである。
したがつて、本発明は種々の負荷レベルにおいて負荷変
更時の蒸気温度変動をより小さくして急激な負荷変更に
も充分対応しうる蒸気温度制御装置を提供することを目
的とする。

本発明の主な特徴は、蒸気流量信号と燃料不平衡量信号
を同時にボイラ蒸気温度のフイードフオワード制御信号
として用いることにより制御性を向上させている点にあ
る。

以下本発明を図示する実施例によつて詳述する。

〔原理〕

過熱器蒸気温度の変動特性を第２図の特性ブロック図に
示す。

なお、一点鎖線で囲んだ部分を過熱器とし、丁は中間ま
たは入口蒸気温度である。すなわち、蒸気流量Ｘが特性
Ｘ（ｓ）（Ｓ：ラプラス演算子）で変化すると、蒸気流
量Ｘの蒸気温度に対するプラノト特性Ｈ１くＳ）により
蒸気温度は、の特性で変動する。

また、燃量流量と蒸気流量との間に不平衡が発生すると
、この不平衡量の特性Ｙ（ｓ）により、燃料不平衡量Ｙ
の蒸気温度に対するプラント特性Ｈ２（１）を介して蒸
気温度は、の特性で変動する。一方、操作量Ｚ（例えば
スプレー流量）を特性Ｚ（ｓ）て変化させることにより
、操作量Ｚの蒸気温度に対するプラント特性Ｇ（ｓ）を
介して蒸気温度は１，一、。

， −、一， 一”の特性で変える
ことができる。したがつて、操作量ｚを の特性でフイードフオワード制御により変えれば、負荷
変更によつて生じる蒸気温度Ｔの変動は ― υ

■♂のように零とな
り、変動を補償できる。

〔構成〕

第１の実施例 本発明による蒸気温度制御装置の第１の実施例を第３図
に示す。

蒸気温度フィードバック制御要素１は従来から用いられ
ているものと同等であり、伝達特性Ｇｃ（Ｓ，を有して
いる。

この蒸気温度フィードバック制御要素１には減算要素２
を介して蒸気温度設定値Ｔ，．，Ｔと過熱器出口蒸気温
度検出値↑との偏差信号が入力される。第１特性変換要
素３は伝達特性ＨＯｌ，５＞を有しており、その特性は
で表わされるものとする。

ここにＨ１ぃは蒸気流量Ｘの蒸気温度に対するプラント
特性、Ｇぃは操作量Ｚの蒸気温度に対するプラント特性
である（第１図参照）。この第１特性変換要素３は負荷
相当信号として蒸気流量信号Ｘを入力信号とし、その蒸
気流量信号吠を特性変換して第１のフイードフオワード
制御信号Ｆ，ｌを出力する。関数要素４は特性Ｆ閃を有
しており、蒸気流量信号吠からこの蒸気流量信号吠に平
衡する燃料流量′Ｘｘを算出する。） 減算要素５は平
衡燃料流量Ｗｘを燃料流量相当信号としての実燃料流量
Ｗから減算し、燃料不平衡量信号マを出力する。

第２特性変換要素６は伝達特性ＨＣ２（ｓ）を有してお
り、その特性はで表わされるものとする。

ここに、Ｈ２，５＞は燃料不平衡量Ｙの蒸気温度に対す
るプラント特性である（第１図参照）。この第２特性変
換要素６は燃９料不平衡量信号Ｎを入力信号とし、その
燃料不平衡量信号Ｖを特性変換して第２のフイードフオ
ワード制御信号Ｆ，２を出力する。加算要素７は第１の
フイードフオワード制御信号Ｆｆｌと第２のフイードフ
オワード制御信号Ｆ，２とを加え合わせ、後述するよう
にボイラ蒸気温度のフイードフオワード制御信号ＦｆＯ
を作るためのものである。

加算要素８は上記フイードフオワード制御信号Ｆ，Ｏを
蒸気温度フィードバック制御要素１の出力信号Ｆ８Ｏに
加算し、その結果、操作量信号ｚを出力するものである
。

なお、上記（６）、（７）式において、伝達特性Ｈ１（
ｓ、、Ｈ２（ｓ）、Ｇ（１）のパラメータ値は、一般に
、負荷レベル（蒸気流量値Ｘ）により変化する。

そのため、伝達特性ＨＣｌ（ｓ）、ＨＣ２ぃのパラメー
タ値も負荷レベル（蒸気流量値Ｘ）により変る可変パラ
メータ伝達特性を有している。なおまた、各伝達特性（
プラント特性）Ｈ１（ｓ）、Ｈ２（１）、Ｇ（ｓ）はボ
イラの構成によりそれぞれ異なるので一般的数式表現は
省略してある。また、操作量ｚの蒸気温度に対するプラ
ント特性Ｇぃに高次の遅れ特性やむだ時間が含まれてい
ると、ＨｌＣ（Ｓ）およびＨ２Ｃ，ｓ）は（６）式およ
び（７）式に表わされた特性にすることができなくなる
。

そのような場合には、近似特性を用いる。以上の説明で
は、負荷相当信号として蒸気流量信号Ｘを用いたが、こ
れに限られず、ほぼ同等の特性を有する電力負荷信号を
用いることができる。

また、慣流ボイラの場合には給水流量信号を用いること
ができる。さらに、燃料流量相当信号として燃料流量信
号Ｗを用いたが、燃料流量の指令値（ボイラマスタ信号
）を用いることができる。〔作用〕 以上の構成において、次に作用を明する。

蒸気流量Ｘ，５）の検出値である蒸気流量信号＼，ｓ）
は、第１特性変換要素３において特性変換され、その特
性はとなる。

これが第１のフイードフオワード制御信号Ｆｆｌとなる
。この第１のフイードフオワード制御信号Ｆｆｌによる
蒸気温度変化は、吠（１）＝ｘ（１）とすれば、
〜となる。

つまり、第１フイードフオワード制御信号Ｆｆｌは蒸気
流量の定常値変化による蒸気温度の変動（Ｈ１（ｓ）・
Ｘ（ｓ））を丁度打消するように作用するのである。一
方、蒸気流量信号′Ｘ（９）は関数要素４にも入力され
る。

関数要素４はその特性Ｆ閃により、その時の蒸気流量値
に平衡する燃料流量値Ｗｘ（８）を出力する。この燃料
流量値軌（４）は減算要素５において実燃料流量信号Ｗ
（１）と減算される。

その結果、減ノ算要素５からは燃料不平衡量信号渚５）
が出力される。この燃料不平衡量信号マ（１）は、第２
特性変換要素６において特性？轡され、その特性は・と
なる。

これが第２のフイードフオワード制御信号Ｆｆ２となる
。この第２のフイードフオワード制御信号Ｆ，２による
蒸気温度変化は、マ，９，＝Ｙ，５）とすれば、−！旦
２（ｓ）−１（ｓ）０（Ｚツノ となる。

つまり、第２のフイードフオワード制御信号Ｆ，２は燃
料不平衡の発生によつて生ずる蒸気温度変動（Ｈ２（ｓ
）・Ｙ（４））を丁度打消すように作用する。このよう
にして、本発明による蒸気温度制御装置は、負荷変更時
に発生する蒸気流量の定常値変化および燃料流量不平衡
の発生により生じる蒸気温度変動を共に打消すように作
用する。したがつて、急激な負荷変更時に対する制御性
を向上することができる。なお、第１、第２の特性変更
要素３，６の特性ＨｌＣ（４）およびＨ２。

（４）として近似特性を用いた場合、蒸気温度を完全に
打消すことはできないが、未補償の変動は微少であり、
併用される従来の蒸気温度フィードバック制御要素１に
より充分制御できる。第２実施例 この実施例を第４図に示す。

なお、第３図と重複する部分には同一の符号を使用する
。（以下の各実施例について同じ。）この実施例は、燃
料不平衡量Ｙ（１）による第２のフイードフオワード制
御信号Ｆ，２の加算点を蒸気温度フィードバック制御要
素１の目標値入力部に設け、蒸気温度の目標値Ｔ邦丁を
修正するようにしたものてある。すなわち、第２特性変
換要素６の出力部が加算要素２に接続されている。この
場合、第２特性変換要素６の伝達特性倉Ｃ２（ｓ）は又
は、その近似特性とする。

第３実施例 この実施例を第５図に示す。

この実施例は、蒸気温度フィードバック制御要素が主ル
ープ制御要素ｈと従ループ制御要素Ｌからなるカスケー
ド制御系となつている場合の構成である。したがつて、
この場合フイードフオワード制御信号Ｆ，Ｏは、従ルー
プ制御要素１，の目標値入力部に設けられた加算要素９
に入力される。これにより、従ループ制御要素Ｌの目標
値がフイードフオワード制御信号ＦｆＯにより修正され
る。第４実施例 この実施例を第６図に示す。

この実施例も第３実施例（第５図）と同様に蒸気温度フ
ィードバック制御要素がカスケード制御系となつている
場合の例であるが、第３実施例と異なる点は次の通りで
ある。すなわち、燃料不平衡量Ｙ（４）による第２のフ
イードフオワード制御信号Ｆ，２を主ループ制御要素ｂ
の目標値入力部において加算要素２に加え合わせ、かつ
、蒸気流量Ｘ３ｓ＞による第１のフイードフオワード制
御信号Ｆｆ，を従ループ制御要素Ｌの目標値入力部にお
いて加算要素９に加え合わせるようにしたものである。
以上の第２〜第４の実施例によつても第１の実施例と同
等な制御性を得ることができる。

〔効果〕

第７図に、ａに示すように２〔％Ｉｍｉｎ〕の負荷変化
速度で負荷を１０〔％〕変化させた場合の本発明による
蒸気温度制御装置の制御応答の一例を示す。

第７図ｂは従来のフィードバック制御要素（第１図では
１）のみで制御した場合の過熱器出口蒸気温度偏差を示
したものである。この場合には蒸気温度の変動幅は１２
．５〔℃〕であつた。これに対して、本発明によりフイ
ードフオワード制御を加えて制御したところ、第７図ｃ
に示すような応答を示した。この楊合には蒸気温度の変
動幅は１．３〔℃〕と第７図ｂに比べて約１ハ０の値と
なり、制御性を向上させることができた。そして、本発
明の蒸気温度制御装置を用いることにより、負荷変化率
を５〔％Ｉｍｉｎ〕の割合で変化させることが可能とな
り、したがつて急速な負荷変化に対応することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は負荷変更に対する蒸気温度の変動波形を示す説
明図、第２図は本発明の原理を説明するための過熱器の
蒸気温度特性を示すブロック図、ｊ第３図は本発明によ
る蒸気温度制御装置の第１の実施例に示すブロック図、
第４図は第２の実施例を示すブロック図、第５図は第３
の実施例を示すブロック図、第６図は第４の実施例を示
すブロック図、第７図は本発明による蒸気温度制御装置
の７制御応答と従来装置の制御応答との比較を示す説明
図である。 １・・・・・・蒸気温度フィードバック制御要素、３・
・・・・・第１の特性変換要素、４・・・・・・関数要
素、５・・・・減算要素、６・・・・・・第２の特性変
換要素、７，８・・・・・・加算要素、Ｗ・・・・・・
燃料流量信号、Ｗｘ・・・・・・平衡燃料流量信号、Ｙ
・・・・・・燃料不平衡量信号、Ｆ，ｌ・・・・・第１
フイードフオワード制御信号、Ｆｆ２・・・・・・第２
フイードフオワード制御信号、Ｆ，Ｏ・・・・・フイー
ドフオワード制御信号、Ｔ，ＥＴ・・・・・・蒸気温度
目標５値、↑・・・・・・過熱器出口蒸気温度検出値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気温度フィードバック制御要素を有してボイラ過
   熱器出口蒸気温度を制御する蒸気温度制御装置において
   、負荷相当信号を入力信号として負荷定常値の変化によ
   り生じる蒸気温度変動分を補償する第１のフイードフオ
   ワード制御信号を発生する第１の特性変換要素と、負荷
   相当信号を入力信号としてボイラの平衡状態において蒸
   気流量に平衡する燃量流量信号を発生する関数要素と、
   この平衡燃料流量信号を燃料流量相当信号から減算して
   燃料不平衡量信号を発生する減算要素と、この燃料不平
   衡量信号の特性を変換して燃料不平衡による蒸気温度変
   動分を補償する第２のフイードフオワード制御信号を発
   生する第２の特性変換要素と、第１、第２のフイードフ
   オワード制御信号を前記蒸気温度フィードバック制御要
   素の系における信号に加える加算要素とを備えたことを
   特徴とする蒸気温度制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の載置において、負荷相
   当信号として電力負荷量信号を用いることを特徴とする
   蒸気温度制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、負荷相
   当信号として蒸気流量信号を用いることを特徴とする蒸
   気温度制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、負荷相
   当信号として給水流量信号を用いることを特徴とする蒸
   気温度制御装置。 ５ 特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４
   項記載の装置において、燃料流量相当信号として燃料流
   量指令値信号を用いることを特徴とする蒸気温度制御装
   置。 ６ 特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項ま
   たは第５項記載の装置において、フイードフオワード制
   御信号の加算要素を蒸気温度フィードバック制御要素の
   操作出力部に設け、フイードフオワード制御信号により
   操作量を修正するようにしたことを特徴とする蒸気温度
   制御装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の装置においてフイード
   フオワード制御信号の加算要素をさらに蒸気温度フィー
   ドバック制御要素の目標値部に設け、第２のフイードフ
   オワード制御信号により目標値を修正するようにしたこ
   とを特徴とする蒸気温度制御装置。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、蒸気温
   度フィードバック制御要素が主ループと従ループとを備
   えたカスケード制御系である場合に、フイードフオワー
   ド制御信号の加算要素を前記従ループフィードバック制
   御要素の目標値入力部に設け、前記従ループの目標値を
   フイードフオワード制御信号により修正するようにした
   ことを特徴とする蒸気温度制御装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の装置において、第２の
   フイードフオワード制御信号の加算要素を主ループフィ
   ードバック制御要素の目標値入力部に設け、主ループの
   目標値を第２のフイードフオワード制御信号により修正
   するようにしたことを特徴とする蒸気温度制御装置。