JPS6123366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラ制御装置、特に、ボイラと
タービンの温度間の整合によつて高温ボイラを再
起動するための自動制御装置に関するものであ
る。

一般に、典型的な発電所は、負荷下で運転して
いる間は537.7℃（1000〓）の蒸気温度を生じ
る。タービン温度は、その正確な値は、負荷及び
合成スロツトル損失に依存して、僅かに低いのが
普通である。

急激な温度変化はタービンに歪を支えてその寿
命を縮めるので、タービン温度を余り急激に変え
ないことが大切である。

発電所の高温再起動は、予期しない発電所の操
業休止の直後、または夜通し或は週末の操業休止
後に生じることがある。発電所の高温再起動の
間、タービン金属温度は、ボイラがタービンより
も早く冷えるために、ボイラ蒸気温度よりも高い
のが普通である。これは、ボイラの冷却速度が早
いことと、ボイラが低負荷において規定の蒸気温
度を発生することができないことによる。

発電所の高温再起動は、タービン金属温度とボ
イラ蒸気温度が整合する迄冷たい蒸気を徐々にタ
ービンに入れ、次第に負荷を増してゆくやり方が
普通である。負荷の増加に伴うボイラ蒸気温度の
増加によるタービンの熱的歪を避けるために、負
荷の増加もやはり徐々でなければならない。

急速な再起動を必要としなかつたために、発電
所は今迄この方法で起動されてきた。けれども、
発電所の急速な高温再起動の必要性が生じてきて
おり、現在、新しい発電所は温度整合能力を標準
仕様として要求されている。全国的に回転してい
る保存発生容量が減じて急に地域的な負荷ピーク
が発生するように必要な場合に発電所を急速に再
起動できることが大切である。発電所の引外され
た（tripped off）電線路は、若し主たる問題が
無ければ、適当な電源をも確保するため急速に再
起動できねばならない。さらに、基礎的な負荷を
受持つ原子力発電所が働いている場合は、火力発
電所は、負荷の減少する夜間または週末の間には
操業を休止するので、朝の急速な再起動が必要に
なる。発電所のより急速な高温再起動はまた燃料
消費が少なく、したがつて省エネルギの利点があ
る。

発電所の急速な高温再起動を行うためには、ボ
イラ蒸気温度を、タービン温度と整合させるため
に上げる何等かの装置が必要である。悪いことに
は、標準的なボイラ特性曲線によれば、蒸気温度
は負荷と圧力との両方の関数である。この問題の
最悪の事例は、偶発的なトリツプの後の全圧力で
の急速再起動であろう。タービンは高温、例えば
526.6℃（980〓）であるが、蒸気温度は、低負荷
で或いは454.4℃（850〓）にすぎないこともあろ
う。

色々なボイラ製造業者がユーザの要求に応え
て、ボイラの低負荷温度特性を改良するため種々
の工夫を行つてきた。その手法はいづれもバイパ
ス弁を用いている。けれども、提案された種々の
バイパス弁の自動再起動制御装置の開発には殆ん
どまたは何等の努力も向けられていないように思
われる。

高温再起動制御装置は、タービン蒸気流に対す
る蒸気進入弁と蒸気をボイラから復水器にバイパ
スするバイパス弁とをそなえた蒸気タービンを有
する発電所のボイラに設けられる。前記の制御装
置は、タービン金属温度信号を発生する装置と、
ボイラ蒸気温度信号を発生する装置と、ボイラ・
スロツトル圧力信号を発生する装置とを有する。
タービン金属温度とスロツトル圧力とに応答して
目標ボイラ負荷及び圧力を発生するためにコンピ
ユータ装置が設けられる。ボイラ燃焼は次のよう
に制御される、即ち、ボイラ休止後に、タービン
進入弁を閉じてボイラ燃焼速度を増加し、絶えず
適切なボイラ蒸気流を保ちながらボイラ圧力と温
度を増加するように制御される。タービン進入弁
を閉じたまゝで蒸気スロツトル圧力を目標圧力に
基く圧力設定点に制御するために、バイパス弁装
置を作動する装置が設けられる。ボイラ蒸気とタ
ービンとの温度が整合されると、ボイラ燃焼速度
は保持される。この時、タービン進入弁の開放運
動は、前記のバイパス弁作動装置が蒸気スロツト
ル圧力制御装置にバイパス弁閉合運動を与えた時
に、蒸気流を前記のバイパス弁よりタービンに移
行させてタービンを加速し、同期しそして負荷す
るように、制御される。

更に詳しく説明すると、第１図は、ボイラ１２
を有する発電所１０を示し、ボイラは、タービン
１４と発電機１６を駆動する蒸気を供給する。タ
ービンバイパス弁系１８は、この実施例では、古
典的なヨーロツパ・タイプのものとして示してあ
る。前記の系は、高圧バイパス弁２０と低圧バイ
パス弁２２とを有し、これ等の弁は、この発明に
より弁制御装置２４と２６によつて作動される。
発電所の急速な再起動は、バイパス弁システムの
見掛け上の負荷および／または減少された動作圧
力を生じる能力によつて可能となる。例えば、第
４図に示すように80％負荷で動作しているボイラ
は537.7℃（1000〓）の過熱蒸気を発生し、また
恐らく526.6℃（980〓）のタービン温度を発生す
るであろう。若し発電所のトリツプが起きると、
負荷は零に落ちる。ボイラ・ユニツトを高温再起
動においてできるだけ早く80％負荷に迄すること
が望ましい。タービンは既に526.6℃（980〓）の
高い負荷運転温度にあるので、タービン加熱の問
題は全く存しない。ボイラ加熱の問題は、標準的
なボイラは低負荷起動の間に537.7℃（1000〓）
の蒸気を発生する能力が無いことから起きる。

通常のボイラ運転の間、給水ポンプ２８は水を
復水器３０よりボイラ１２に送り、このボイラで
は、水を蒸気に変えるために燃料の燃焼が行われ
る。過熱器３２は蒸気を加熱し、可能な限り常時
その出口温度を537.7℃（1000〓）に制御する。
タービン・スロツトル／ガバナ弁３４は、蒸気か
ら有効な仕事を取出す高圧タービン部分への蒸気
流の流量を調整するように制御される。高圧ター
ビンよりの排出蒸気は、再熱器３５により、若し
可能ならば537.7℃（1000〓）迄再熱され、この
再熱された蒸気は、タービンしや断弁３６（ター
ビン起動の間以外は通常開いている）を通り、蒸
気から有効な仕事を追加的に取出す中圧及び低圧
タービン部分を通つて復水器３０に戻され、循還
を再び開始する。

急速な高温再起動能力を得るため、バイパス弁
２０と２２は、タービンの起動に先だつて、ター
ビン温度とボイラ温度の整合を生じるように作動
される。発電所のオペレータは、高温再起動に対
し従来様式のバイパス弁動作を与えるために次の
ような制御を行う。

(1) オペレータはタービン金属温度を読み取る。

(2) 第４図に示したようなボイラ特性より、所要
のボイラ負荷と圧力とが決定される。

(3) その負荷を得るために燃料がボイラ１２に加
えられる。

(4) ボイラ１２は負荷され、蒸気は通常のボイラ
回路、過熱器３２及び再熱器３５を通つて流れ
るが、スロツトル／ガバナ弁３４としや断弁３
６が閉じられているので、タービン１４を通ら
ずにバイパス弁２０と２２を通り、復水器３０
に流れる。したがつてボイラ１２は、あたかも
負荷下でタービンを運転しているように働き、
所要の過熱及び再熱蒸気温度を発生する。蒸気
圧力は、ボイラ再起動の間、ボイラ燃焼速度と
バイパス弁２０の位置との相互の影響によつて
制御される。

(5) ボイラ温度とタービン温度が整合されると、
オペレータは、スロツトル／ガバナ弁３４とし
や断弁３６を緩りと開きこれと同時にバイパス
弁２０と２２が閉じられるタービン起動制御を
開始することによつて、タービンを回転させ
る。最終的には、バイパス弁は完全に閉じら
れ、すべてのボイラ蒸気はバイパス弁系１８か
ら転換され、通常の発電所におけるようにター
ビン１４を通つて流れる。

この発明の特徴は、高温再起動バイパス弁系の
動作を自動化し且つ改良したことにある。基本的
には、発電所は、高温再起動の間、この発明に従
つてバイパス弁系動作を与えるために次のように
制御を行う。

(1) オペレータは自動温度整合を選択する。

(2) タービン金属温度とボイラ・スロツトル圧力
を表わす信号が制御装置に加えられる。

(3) 温度整合を得るため、最良の圧力と負荷の組
合せが測定データとボイラ特性曲線とを使つて
計算される。計算された圧力と負荷の値は、絶
対値というよりも寧ろ目標値として使用され、
この目標は、発電所の実際の状態が変わるにつ
れて適当に修正される。

(4) 適切な蒸気流なしに過度に燃料を投入すると
過熱器と再熱器を過熱するので、燃料は制御し
て加えられる。バイパス弁は、蒸気圧を制御す
るために制御される。蒸気圧が増加すると蒸気
流が増加し、加熱器と再熱器は多少とも保護さ
れるので、燃料を追加して加えることができ
る。交互に、燃料をつぎつぎと増加して行くこ
とができ、この過程は、負荷、圧力及び温度の
計算された目標値に達する迄、自動制御下で続
けられる。

(5) 燃料のビー・テイー・ユー（B.T.U）の内容
またはボイラの状態の測定が完全ではなくまた
日によつて変わるために、目標とするボイラ蒸
気温度がタービンのそれに近くはなるけれども
若しそれ以上の制御を行わなければ実際にター
ビンのそれと整合はしないであろうことは極め
てあり得ることである。この発明は、好ましく
は更に次のような適応性ある制御、即ち、目標
負荷に達した時を検出し次いで微調整機構を介
して燃料を再調節し、負荷を正しい方向にシフ
トして温度の整合を確実にする制御、を含む。

(6) 温度整合表示灯がオペレータへの表示器とし
て設けられる。

(7) 次いでタービンが、通常のやり方で、オペレ
ータにより手動またはタービン制御系によつて
回動され、同期され、負荷される。この動作の
結果、スロツトル／ガバナ弁３４としや断弁３
６とが徐々に開けられる。

(8) スロツトル／ガバナ弁としや断弁が開かれる
につれて、バイパス弁は同期して自動的に閉じ
られる。タービン１４への蒸気流単位が各増加
するのに対して、バイパス系を通つて流れる蒸
気単位はそれだけ少くなる。換言すれば、蒸気
流はバイパス弁系より円滑にタービン１４に転
換される。

この発明を概略すれば、オペレータは、発電所
の高温再起動中、再起動運転の間に必要な制御作
用を与える自動制御装置によつて、発電所を運転
する必要がなくなる。したがつて、タービンとボ
イラの温度を整合させるのに必要なボイラ・パラ
メータが計算され、ボイラは、タービン温度と整
合する蒸気温度になるように燃焼される。蒸気圧
は調節され、ボイラは、温度整合再起動の間過燃
焼を防がれる。最後に、過熱器及び再熱器の蒸気
温度が調節され、温度整合の後、タービンが同期
のために加速されそして負荷されている時は、適
当なボイラ負荷が圧力調節によつて維持される。

第２図に示すように、発電所１０は、ボイラ燃
焼制御装置４２とタービン制御装置４４の動作を
協調させるプラント・マスタ４０によつて制御さ
れる。

高温再起動制御装置４６は、オペレータが高温
再起動用の温度整合押釦４８を押すと始動され
る。その後、制御装置４６は、バイパス弁２０と
２２、過熱器制御装置５０、再熱器制御装置５
２、ボイラ燃焼制御装置４２を作動させる。高温
再起動制御装置４６はこゝではアナログ・ハード
ウエアで具現化したものとして述べられている
が、デジタル・コンピユータをも含めた他のもの
を用いることもできる。個々のアナログ機能ブロ
ツクは、普通の市販の制御回路のカードを用いて
実現できる。

第３Ａ図に詳細を示したように、高温再起動の
間のボイラ負荷制御は、リレー接点５４の閉合に
よつて開始され、このリレー接点はこの時温度整
合負荷及び圧力コンピユータ５６をプラント・マ
スタ４０に接続する。

前記の温度整合負荷及び圧力コンピユータ５６
はスロツトル圧力信号５８とタービン金属温度信
号６０を受け、必要な目標ボイラ負荷に対する出
力を与える。行程が相互に影響し合うことを防ぐ
ために、前記のコンピユータ５６よりの出力は、
温度整合を選択する接点５４が閉じられた時に固
定される。コンピユータ５６はそのメモリ内に、
第４図に示すような温度と負荷の関係を記憶して
いる。正確な関係曲線は、製造者の資料または経
験的な測定のいづれかに基いて、夫々のボイラに
対して決定される。

第４図のボイラ曲線のコンピユータ利用の実例
として、被測定ボイラ圧力が定格圧力に近くそし
てタービン温度が501.1℃（950〓）ならば、37.5
％のボイラ負荷が選ばれる。この37.5％負荷を得
るためには、37.5％の燃料が必要である。それ
故、コンピユータ５６は、プラント・マスタ４０
に対して37.5％の燃料要求の出力を出す。

燃焼速度上限リミツタ６２は、バイアス入力６
５を有するバイアスリミツト増幅器６４に応答し
て、プラント・マスタ４０及びコンピユータ５６
よりの37.5％要求の３〜７％の安全ウオームアツ
プ値に制限する。蒸気流信号５９はバイアスリミ
ツト増幅器６４に加えられ、蒸気流が増すにつれ
て燃料要求リミツトが上昇されるので、蒸気流が
確立されると追加的な燃料がボイラ１２に加えら
れる。代りに、高温のボイラガス出口温度６６
を、若し利用できるならば、ボイラ燃焼の制限に
用いることもできる。

燃焼速度上限リミツタ６２は、そのプロセス適
応性によつて重要な役割を果たす。ボイラ配管の
損傷を防ぐために、蒸気流が不適当な時にはボイ
ラを焚き過ぎないことが絶対に必要である。他方
において、急速な再起動を行うためにはボイラを
できるだけ強く燃焼することが大切である。燃焼
速度リミツタは、適当な行程帰還を用いることに
よつて、ボイラを保護しながら最大限の燃焼をさ
せる。

目標負荷は、37.5％目標が目標温度調整増幅器
６８に加えられ且つ該増幅器によつてボイラ燃料
要求として与えられた時に、得られる。前述した
ように、例えば燃料のビー・テイー・ユー
（BTU）は当初の制御システムの修正後に変つて
いることもあるので、目標負荷値は、タービン金
属温度とボイラ蒸気温度との間の正確な整合また
は実際の目標負荷さえもつくることができないか
も知れない。したがつて、真の温度整合を得るた
めに負荷を微調整する装置を設けることが好まし
い。

目標検出器７０は、目標負荷値が確立された
時、即ち燃焼速度上限リミツタ６２の入力と出力
とが等しくなつた時を検出する。この目標検出器
７０はリレー接点７２を閉じ、微調整温度整合制
御装置７４を附勢する。実際の蒸気温度とタービ
ン金属温度は前記の制御装置７４によつて比較さ
れ、合成出力信号は、負荷を調整するために、目
標温度調整増幅器６８を経て、ボイラ１２への燃
料要求を微調整する働きをする。第４図に示すよ
うに、負荷が変わると、タービン金属温度との真
の整合を得るために今度は蒸気温度が変化する。

温度整合検出器７６は２つの温度信号を比較
し、タービン金属温度と蒸気温度が等しくなると
オペレータに温度整合表示灯で知らせる。この時
オペレータは自由にタービンを回転し、負荷する
ことができる。

第３Ｂ図は、高温再起動制御装置の圧力制御部
分８０を示す。オペレータが自動温度整合を選択
すると、コンピユータ５６は、発電所の電流状態
についての情報と第４図の曲線とを用い、前述し
たように目標負荷を選定する。更に、目標負荷に
おいて温度整合を与えるべき圧力設定点がコンピ
ユータ５６で選ばれる。既に述べたように、負荷
は、ボイラに供給される燃料の量を加減すること
によつて制御される。けれども普通のボイラとち
がつて、ボイラ出口圧力は弁、特に高圧バイパス
弁、によつて制御される。この制御のやり方によ
つて、負荷と圧力との間の制御の切り離しがで
き、更にまた、負荷がバイパス弁システム１８か
らタービン１４に切換えられた時に、切り離され
た圧力制御、云い換えれば相互に影響し合うこと
のない圧力制御もできる。

一旦オペレータが温度整合を選択して目標圧力
が確立されると、圧力制御部分８０が作用を開始
し、スロツトル圧力プログラマ８２はスロツトル
圧力設定点をその電流値から所要値に徐々に変え
る。圧力制御装置８４は、前記の設定点を感知器
８８よりの実際のスロツトル圧力と比較し、閉じ
たリレー接点８６を経て、通常の弁位置決め装置
によつて高圧バイパス弁２０の位置を加減する。
圧力が低すぎれば、弁閉合運動が生じる。

蒸気流プログラマ９０と下限リミツタ９２とは
スロツトル圧力信号に応答してバイパス弁運動を
制限し、ボイラ１２を低すぎる蒸気流から保護す
る。前述したように、ボイラ１２を過熱しないよ
うに適当な蒸気流を維持することが大切である。
蒸気スロツトル圧力が設定点の値よりも低い時
は、圧力制御装置８４は、圧力を高めてこれによ
り蒸気流に大きな損失を生じさせるように、高圧
バイパス弁を過度に閉じることができる。蒸気流
プログラマの特徴は、スロツトル圧力の関数とし
てバイパス弁位置の安全限度をつくることにあ
る。かくして、下限リミツタは、制御装置に弁を
幾らか閉じさせる。即ち、緩やかな圧力増加を生
じるには十分であるが不必要に急激な圧力増加を
生じて蒸気流を危険にさらす程過度にではない程
度に閉じさせる。

温度が整合すると、圧力制御装置８４はバイパ
ス弁系１８からタービン１４への負荷の円滑な移
行を確実にする。負荷の移行はボイラ負荷制御装
置から切り離される。

ボイラ燃焼は安定しているので、全負荷は一定
のまゝである。タービン弁の開放の結果、短期間
の負荷増加をきたす。ボイラへのエネルギは増加
されないので、追加的な負荷はボイラ蓄積エネル
ギを消費し始め、したがつてスロツトル圧力降下
を生じ始める。圧力制御装置８４はこの圧力降下
を感知し、高圧バイパス弁を円滑に閉じて圧力を
復原する。実際の動作では、タービン弁が開くの
で、高圧バイパス弁が同量だけ閉じ、このため、
バイパス弁系１８からタービン１４への円滑な移
行を生じる。

バイパス弁系１８内の流れのバランスを維持す
るために、低圧バイパス弁は、逆位置コンピユー
タ９４によつてタービンしや断弁に逆関係に従属
し、タービンしや断弁が開くと閉じる。ガバナ弁
としや断弁とは連結され、このためガバナ弁が開
くとしや断弁も開く。低圧バイパス弁は、しや断
弁開放に比例して閉じ、これにより全ボイラ負荷
抵抗を一定に維持し、これにより復水器から低圧
タービンへの制御された蒸気流を確保するよう
に、制御される。全ボイラ負荷抵抗のすべてのエ
ラーはスロツトル圧力エラーの原因となり、この
エラーは、高圧バイパス圧力制御装置によつて補
償される。系が切り離されているので、タービン
制御装置は、スロツトル圧力制御装置と無関係に
自由に速度または負荷を加減できる。

第３Ｃ図は、再熱温度を中間圧温度に整合する
のに用いる制御装置９１を示す。測定された中間
圧金属温度は、再熱温度に対する設定点である。
この設定点は、リレー接点９３を経てボイラ制御
装置に送られ、このボイラ制御装置はチルト
（tilt）、スプレー、流路ダンパー等のような現存
の制御装置によつて、再熱温度を新たな設定点に
制御する。再熱温度がタービン金属温度と整合す
ると、表示灯が温度エラー検出器９５によつて作
動される。

再熱温度の制御は、第３Ｃ図の制御装置によつ
て行われる。どちらのループ（過熱または再加
熱）が温度をより早く増加するかによつて、過熱
器と再熱器の役目が切り換えられる。

第３Ａ図を参照すれば、高圧タービン金属温度
と過熱温度は、逆にするだけで中圧タービン金属
温度と再熱温度になる。他のすべての機能及び作
用は全く同じである。この場合、第３Ｃ図の制御
装置はこの時高圧タービン金属温度を過熱温度に
制御することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理に従つて制御される発
電所の全体装置のダイヤグラム、第２図は発電所
の高温再起動制御装置のブロツクダイヤグラム、
第３Ａ図から第３Ｃ図は高温再起動装置の詳細を
示すダイヤグラム、第４図は代表的なボイラ負荷
−温度特性曲線を示す。 １２……ボイラ、１４……タービン、１８……
バイパス弁系、２０……高圧バイパス弁、２２…
…低圧バイパス弁、２４……弁制御装置、２６…
…弁制御装置、３０……復水器、３４……スロツ
トル／ガバナ弁、４２……ボイラ燃焼制御装置、
４４……タービン制御装置、４６……高温再起動
制御装置、５０……過熱器制御装置、５２……再
熱器制御装置、５８……スロツトル圧力信号、５
９……蒸気流信号、６０……タービン金属温度、
６２……燃焼速度上限リミツタ、６８……目標温
度調整増幅器、７０……目標検出器、７４……微
調整温度整合制御装置、７６……温度検出器、８
２……スロツトル圧力プログラマ、８４……圧力
制御装置、９０……蒸気流プログラマ、９２……
下限リミツタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービン蒸気流に対する蒸気進入弁装置と蒸
   気をボイラから発電所復水器にバイパスするバイ
   パス弁装置とをそなえたボイラと蒸気タービンを
   有する発電所の高温再起動制御装置において、こ
   の制御装置が、タービン金属温度信号を発生する
   装置と、ボイラ蒸気温度信号を発生する装置と、
   ボイラ・スロツトル圧力信号を発生する装置と、
   タービン金属温度とスロツトル圧力とに応答して
   タービン温度と蒸気温度の整合のための目標ボイ
   ラ負荷及び圧力を発生するコンピユータ装置と、
   ボイラ休止後に、タービン進入弁を閉じてボイラ
   燃焼速度を増加し、絶えず適切なボイラ蒸気流を
   保ちながらボイラ圧力と温度を増加するようにボ
   イラ燃焼を制御する装置と、蒸気スロツトル圧力
   を、目標圧力に基いた圧力設定点に制御するため
   に前記のバイパス弁装置を作動する装置と、ボイ
   ラ蒸気温度とタービン温度が整合状態にある時を
   検出し、このような整合状態が得られた時に前記
   の燃焼制御装置を保持する装置と、前記のバイパ
   ス弁装置を作動する装置が蒸気スロツトル圧力制
   御装置にバイパス弁閉合運動を与えた時に、蒸気
   流を前記のバイパス弁装置よりタービンに移して
   タービンを加速し、同期しそして負荷するよう
   に、タービン進入弁の開放運動を制御する装置と
   を有することを特徴とする発電所ボイラの自動再
   起動制御装置。 ２ 燃焼制御装置が、目標負荷に達する迄時間と
   共に増加する燃料要求を発生する装置を有する特
   許請求の範囲第１項記載の発電所ボイラの自動再
   起動制御装置。 ３ 燃料要求を発生する装置が、燃料要求をボイ
   ラ出口蒸気流の関数として制限する上限リミツタ
   を有する特許請求の範囲第２項記載の発電所ボイ
   ラの自動再起動制御装置。 ４ 燃料要求を発生する装置が、燃料要求をボイ
   ラ出口ガス温度の関数として制限する上限リミツ
   タを有する特許請求の範囲第２項記載の発電所ボ
   イラの自動再起動制御装置。 ５ バイパス弁装置を作動する装置が、実際のス
   ロツトル圧力と目標圧力の関数として、増加する
   スロツトル圧力設定点を発生するプログラマ装置
   を有し、プログラマ圧力設定点に応じてバイパス
   弁位置信号を発生するための制御装置が設けられ
   た特許請求の範囲第１項記載の発電所ボイラの自
   動再起動制御装置。