JPS6138763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力又は原子力発電プラントにおけ
る給水加熱器のドレン水位制御方法及びその装置
に関する。

まず、第１図により従来の給水加熱器のドレン
水位制御方法について説明する。

一般に、火力又は原子力発電プラントにおいて
は、プラントの熱効率を高めるために複数個の給
水加熱器が設けられ、その熱源はタービンからの
抽気蒸気であり、これによつて蒸気発生装置へ送
られる給水を予熱する。抽気蒸気は給水との熱交
換により凝縮してドレンとなり、高圧給水加熱器
から順次流入合流しながら低圧給水加熱器又は脱
気器へと流れる。図中において、１は第２高圧給
水加熱器、４は第１高圧給水加熱器、１４は脱気
器、１５は第３低圧給水加熱器を示す。図示しな
いタービンから第２抽気管２を通つて第２高圧給
水加熱器１へ流入する抽気蒸気は、第１高圧給水
加熱器（以下第１ヒータという）４から送られる
給水との熱交換により凝縮しドレンとなり、図示
しない第３高圧給水加熱器ドレン配管３から送ら
れるドレンと合流し、第２高圧給水加熱器（以下
第２ヒータという）１の内部２はこれに連結され
る図示しないドレンタンクに溜められ、一定の水
位に制御されながら流出する。

同様に、第１抽気管５を通つて流入する抽気蒸
気は、給水ポンプ７から送られる給水との熱交換
により凝縮してドレンとなり、前記第２ヒータの
ドレン配管６から送られるドレンと合流し、第１
ヒータ４の内部またはこれに連結される図示しな
いドレンタンクに溜められ、一定の水位に制御さ
れながら流出する。

このとき、第２ヒータ１のドレン水位制御は、
この第２ヒータ１に設けられた水位検出器１２の
信号で作動する水位調節器１６又は１７の信号に
よつて、第２ヒータから脱気器１４へ接続された
ドレン配管に設けた水位制御弁９又は第２ヒータ
１から第１ヒータ４へ接続されたドレン配管に設
けられた水位制御弁８を操作することによつて行
なわれる。

同様に、第１ヒータ４のドレン水位制御は、こ
の第１ヒータ４に設けられた水位検出器１３の信
号で作動する水位調節器１８又は１９の信号によ
つて、第１ヒータ４から脱気器１４へ接続された
ドレン配管に設けた水位制御弁１１又は第１ヒー
タ４から第３低圧給水加熱器（以下第３ヒータと
いう）１５へ接続されたドレン配管に設けた水位
制御弁１０を操作することによつて行なわれる。

ところが、第２図に示すように、低負荷から高
負荷に移行するにつれて、ドレン量が増加する
が、第１ヒータ４内の圧力と脱気器１４内の圧力
との差である差圧Ｅは、これらの静水頭Ｆよりも
大きくなるので、一定の負荷Ａになるとドレン流
路を切替えて、第２ヒータ１から排出されるドレ
ンG₂を第１ヒータ４に導いてその熱回収を行な
つている。

しかしながら、低負荷の場合には、差圧Ｅが静
水頭Ｆより小さいか略等しくなつてしまうので、
第２ヒータ１G₂から排出ドレンは脱気器１４
へ、第１抽気管５からの抽気蒸気のみが凝縮した
第１ヒータ４からの排出ドレンG₁は脱気圧１４
よりも低位の圧力である第３低圧給水加熱器１５
へとそれぞれ導かれる（第１図参照）。

すなわち、第１図において、プラントの負荷が
高い場合、水位設定器２０の水位設定値が、水位
設定器２１の水位設定値より高くしてあるので、
第２ヒータ１の水位検出器１２からの信号で、水
位調節器１６は水位制御弁９を全閉すると同時
に、水位調節器１７は水位制御弁８に対して、第
２ヒータ１から流出するドレン量G₂（第２図参
照）に対応する開度を保持するように制御する。
同様に、水位設定器２２の水位設定値が水位設定
器２３の水位設定値より高くしてあるので、第１
ヒータ４の水位検出器１３からの信号で、水位調
節器１８は水位制御弁１０を全閉すると共に、水
位調節器１９は水位制御弁１１に対して、第１ヒ
ータ４からの流出するドレン量G₁（第２図参
照）に対応する開度を保持するように制御する。

一方、プラントの負荷が低い場合は、これとは
逆に、水位調節器１７及び１９は水位制御弁８及
び１１を全閉させると共に、水位制御弁９及び１
０に対して、それぞれ第２ヒータ１及び第１ヒー
タ４の水位は高位（HNWL）に制御されてい
る。

このように、プラントの負荷によつて、各給水
加熱器からのドレン流出経路が異なるために、第
１図に示した従来の水位制御装置では、連続的に
負荷を変化させながら各水位制御弁の連続操作に
よるドレン切替えを行なう場合に、各配管の流動
遅れや制御信号レベルの差位によつて大巾な水位
変動が生じる。更に、負化変化が減少する場合に
は、第１ヒータ４から脱気器１４側の水位制御弁
１１へ至るドレン配管２６内でフラツシユが発生
し、過渡的にこの制御弁の容量が不足しドレン水
位が異常上昇することがある。これらの点につい
て、第３図を用いて更に詳しく説明する。

すなわち、高負荷（定格負荷）においては、第
１ヒータ４のドレン水位Ｂは、水位制御弁１１
（第１図参照）により標準水位（NWL）に制御さ
れ、高位水位（HNWL）に設定された水位制御
弁１０は、その水位設定値と水位検出器１３の信
号との偏差信号によつて全閉される。

次に、負荷を徐々に低下させると、各給水加熱
器のドレン流量が少なくなるので、水位制御弁１
１の弁開度Ｃは小さくなつていく。更に、負荷を
減少させると水位制御弁１１の前圧が、その部分
のドレン温度の飽和圧力よりも低くなり、弁前フ
ラツシユが発生し気液２相流となる。その結果、
容積流量が増大しこの水位制御弁１１は、第１ヒ
ータ４のドレン水位Ｂを標準水位（NWL）に保
持するために開いているが、負荷降下の変化率に
よつては、第３図に示す如く、第３低圧給水加熱
器15側の水位制御弁１０の弁開度Ｄが０から開き
はじめても制御不能となつて水位が急上昇するこ
とがある。

このような状態で、各水位制御弁操作によるド
レン切替が開始されると、水位制御弁８からのド
レン流入量が少なくなるので第１ヒータ４の水位
が下つてくる。ところが、第１ヒータ４の熱負荷
も小さくなるので、排出ドレン温度が低下し過渡
的に水位制御弁１１の前圧力がその部分のドレン
温度の飽和圧力よりも高くなり単相流となる。そ
の結果、急激に重量流量が増大するため、ドレン
排出能力が良くなり、前記ドレン水位が急激に低
下し、このような従来のフイードバツク水位制御
系のみでは制御できなくなる。

しかし、第３図に示されるように、各制御弁が
全閉の状態がしばらく続くと水位は回復し、ドレ
ン切替完了の時点では水位制御弁１０によつて、
高位水位（HNWL）に制御されるが、前記弁前
フラツシユ及びドレン切替時における制御弁の応
答を早くするために各調節器の比例ゲインを上げ
たり積分時間を短かくしたりすると、低流量では
不安定となる。

一般に、各給水加熱器においては、ドレン水位
が標準水位から50〜60mm程度上下すると警報を発
するが、上昇側に変化した場合は、警報水位を越
えてある水位に到達すると、抽気管２，５に設置
された電動弁２４，２５をも強制的に全閉してし
まう。これは各給水加熱器ドレンが逆流し蒸気タ
ービンに重大な事故が発生するのを防止するため
である。従つて、第１ヒータ４のドレン水位が異
常上昇すると、抽気電動弁２５が全閉し熱源が供
給されないために器内圧力が低下して、ますます
ドレンの流出ができなくなつてしまう。しかも、
第２ヒータ１のドレンも第１ヒータ４へ流入でき
なくなるので、連鎖的に高圧給水加熱器のドレン
水位は異常上昇することになる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
決して、ドレン切替及び急速負荷変化の場合にお
いても給水加熱器に異常な水位変動を発生させな
いようにした発電プラントにおける給水加熱器の
ドレン水位制御制御とその装置を提供することに
ある。

以下本発明を図面に基づき詳細に説明する。第
４図に本発明を実施した給水加熱器のドレン水位
制御装置の一例が示されている。従来例と同一構
成部材は同一符号で示す。すなわち、本実施例
は、第１高圧給水加熱器（第１ヒータ）４と、こ
の第１ヒータ４の給水方向後流側に配置された第
２高圧給水加熱器（第２ヒータ）１と、第１ヒー
タ４と第２ヒータ１とを結ぶ第１ドレン配管６及
びこの第１ドレン配管６に設けた第１水位制御弁
８と、第１ヒータ４からのドレンが流入する低圧
給水加熱器１５と、第１ヒータ４と低圧給水加熱
器１５とを結ぶ第２ドレン配管２７及び第２ドレ
ン配管２７に設けた第２水位制御弁１０と、第２
ヒータ１と脱気器１４とを結ぶ第３ドレン配管２
８とこの第３ドレン配管２８に設けた第３水位制
御弁９と、第１ヒータ４と脱気器１４とを結ぶ第
４ドレン配管２６と第４ドレン２６に設けた第４
水位制御弁１１とを備え、第２ヒータ１よりのド
レンは第１ヒータ４又は脱気器１４へ、第１ヒー
タよりのドレンは低圧給水加熱器又は脱気器へ、
プラントの負荷に応じて切替えられて流入する発
電プラントにおいて、第１ヒータ４及び第２ヒー
タ１内のドレン水位をそれぞれ検出する水位検出
器12及び１３と、第１ヒータ４へ流入する抽気蒸
気の圧力を検出するプラント負荷検出器３０と、
これらの検出器１２，１３及び３０の信号によ
り、強制全閉、除開、制御の何れかの指令を、第
１、第２及び第３、第４水位制御弁８，９及び１
０，１１に与える制御弁操作信号制御器３５及び
３６と、第１ヒータ４内のドレンのエンタルピを
検出するエンタルピ検出器５０と、第４水位制御
弁１１の弁前部に設けた圧力検出器５１及び温度
検出器５２と、第４水位制御弁１１の弁開度を検
出する図示しない弁開度検出器と、これら検出器
の信号により、弁前フラツシユによる不足分弁開
度を予測して、この不足分開度の操作を第４水位
制御弁１１に指令する制御弁先行操作信号発生器
（図示しない）を主たる構成としている。

制御弁操作信号制御器３６の構成は主として、
第５図に示すように、水位検出器１３の信号によ
り水位制御弁（以下制御弁という）を作動させる
水位調節器４１と、制御弁を強制的に全閉させて
おく信号を発生させる強制全閉信号発生器４２
と、プラント負荷検出器３０；弁除開信号初期設
定器４３；弁開度設定器４４；弁操作時間設定器
４５からの信号によつてドレン切替を円滑に行な
わしめるための弁除開信号発生器４６と、プラン
ト負荷検出器３０からの信号；高位切替負荷設定
信号４７；低位切替負荷設定信号４８；制御弁全
閉信号３３，３４；によつて、水位調節器たる弁
制御信号発生器４１及び強制全閉信号発生器４２
並びに弁除開信号発生器４６から送られる制御弁
操作信号のうちいずれの信号を第２，第４水位制
御弁１０，１１へ伝達するかを選択する制御弁操
作信号選択器４９である。

制御弁先行操作信号発生器は、第４水位制御弁
（以下単に弁という）１１に対するためのもの
で、第６図に示すように、弁１１入口圧力検出器
５１と温度検出器５２からの信号と、この弁１１
入口におけるエンタルピを第１ヒータ４（第４図
参照）出口に設けたドレンエンタルピ検出器５０
の信号によつて弁１１入口部分でのエンタルピを
算出するエンタルピ演算器５４からの信号とによ
つて、弁１１入口部分でのフラツシユ率を算出す
る弁前フラツシユ予測演算器５５と、この演算器
５５からの信号と前記制御弁操作信号制御器３６
から弁１１へ伝達される弁開度信号とにより弁前
フラツシユ現象による弁開度不足分を演算する制
御弁修正Cv値演算器５６と、この演算器５６の
信号から前記した弁開度不足分から弁開度信号に
変換する不足分弁開度演算器５７とにより構成さ
れている。

次に、前記制御弁操作信号制御器と前記制御弁
先行操作信号発生器をミニコン又はマイコンによ
つて製作した場合の具体例について、第７図及び
第８図のブロツク線図及びフローチヤート並びに
第９図及び第１０図に示したドレン切替時の制御
特性曲線を用いて説明する。なお第４図をも参照
する。

まず、負荷上昇時のドレン切替方法について説
明すると、低位負荷においては、第７図に示すよ
うに、負荷が低位切替負荷より小さいと、キーオ
ンの信号は、Ｘ弁側の水位制御信号発振器へ通電
し、Ａ＝１，Ｂ＝０，Ｃ＝０となりＸ弁操作信号
選択信号はＤ＝１となる。一方Ｎ弁側操作信号選
択信号は弁全閉信号ヘキーオンの信号が導かれ、
Ａ＝０，Ｂ＝１，Ｃ＝０となり、Ｄ＝４の値を持
つ。従つて、第８図において制御弁操作信号選択
器４９内のＤ＝１とＤ＝４がYESとなり、弁制
御信号発生器４１からの信号が第２水位制御弁１
０（1X弁）へ導かれ、強制全閉信号発生器４２
からの信号が第４水位制御弁１１（1N弁）へ導
かれる。同様に、第２ヒータ１の水位制御も、第
１水位制御弁８（2N弁）をＮ弁操作信号で作動
させ、第３水位制御弁９（2X弁）をＸ弁操作信
号で作動させるようにしておくと、従来の制御装
置と同様に、第２ヒータ１のドレンはすべて脱気
器１４へ、第１ヒータ４のドレンはすべて低圧給
水加熱器１５へ排出される。

更に負荷を増加させ、低位切替負荷より大きく
なると、キーオンの信号は水位制御信号発振器と
弁除開信号発振器へ導かれ、Ｄ＝１，Ｄ＝６とな
り、Ｘ弁は水位制御信号により、Ｎ弁は弁除開信
号発生器４６からの信号によつて作動する。すな
わち、この発生器４６に設けられた弁操作時間設
定器４５及び弁開度設定器４４の信号によりＮ弁
が徐々に開くので、各加熱器の水位がＸ弁によつ
て制御されている関係上、Ｘ弁は少ずつ閉じてい
く。ところで、負荷が高位切替負荷より小さい状
態、すなわち、ドレン切替が完了しない状態にお
いて、第９図に示すように、Ｘ弁が全閉してしま
うと、第７図に示したキーオンの信号は、弁全閉
信号発振器と水位制御信号発振器へ導かれ、Ｄ＝
３，Ｄ＝２となり、Ｘ弁は全閉信号により、Ｎ弁
は水位制御信号により作動するようにしてある。
従つて、各給水加熱器の水位制御は、いずれか一
つの制御弁によつてのみ行なわれるようにして、
制御弁の相互干渉による制御性能の低下を防止す
ることができる。

更に、負荷が上昇して高位切替負荷よりも大き
くなると、キーオンの信号は、弁全閉信号発振器
と水位制御発振器へ印加され、Ｄ＝３，Ｄ＝２と
なり、ドレン切替が完了する。

負荷を降下させる場合も、同様な方法で行なわ
れる（第１０図参照）。しかも前記したように、
弁前フラツシユ現象が発生した場合でも、先行的
に制御弁先行操作信号発生器５３からの信号が、
2X弁に付加されるから、1N弁の開度は、従来例
に比し大きくならず、ドレン切替時に過渡的に起
るドレン排出能力の向上による急激な水位変動を
緩和することができる。

以上、本発明によれば、ドレン切替及び急速負
荷変化の場合においても給水加熱器に異常な水位
変動を発生させないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の搬水加熱器のドレン水位制御装
置例の系統図、第２図は前記装置のドレン切替点
の負荷特性曲線図、第３図は前記装置の制御特性
を示す図、第４図は本発明を実施した給水加熱器
のドレン水位制御装置例の系統図、第５図及び第
６図は前記実施例の制御弁操作信号制御器及び制
御弁先行操作信号発生器の系統図、第７図及び第
８図は前記実施例を示すブロツク線図及びフロー
チヤート、第９図及び第１０図は前記実施例の制
御特性を示す図である。 １，４，１５……給水加熱器、８，９，１０，
１１……水位制御弁、１２，１３……水位検出
器、１４……脱気器、３０……プラント負荷検出
器、３５，３６……制御弁操作信号制御器、５０
……エンタルピ検出器、５１……圧力検出器、５
２……温度検出器、５３……制御弁先行操作信号
発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンから抽気した蒸気で給水を加熱する
   第１高圧給水加熱器と、この第１高圧給水加熱器
   の給水方向後流側に配置された第２高圧給水加熱
   器と、前記第１及び第２高圧給水加熱器を結ぶ第
   １ドレン配管及びこの第１ドレン配管を開閉する
   第１水位制御弁と、前記第１高圧給水加熱器より
   排出されたドレンが流入する低圧給水加熱器と、
   前記第１高圧給水加熱器と前記低圧給水加熱器と
   を結ぶ第２ドレン配管及びこの第２ドレン配管を
   開閉する第２水位制御弁と、前記第２高圧給水加
   熱器と脱気器とを結ぶ第３ドレン配管とこの第３
   ドレン配管とこの第３ドレン配管を開閉する第３
   水位制御弁と、前記第１高圧給水加熱器と前記脱
   気器とを結ぶ第４ドレン配管とこの第４ドレン配
   管を開閉する第４水位制御弁とを備え、前記第２
   高圧給水加熱器よりのドレンは前記第１高圧給水
   加熱器又は前記脱気器へ、前記第１高圧給水加熱
   器よりのドレンは前記低圧給水加熱器又は前記脱
   気器へ、プラントの負荷に応じて切替えられて流
   入する発電プラントにおける給水加熱器のドレン
   水位制御方法であつて、プラントの負荷及び第
   １、第２高圧給水加熱器における各ドレン水位を
   それぞれ検出して、第１から第４までの各水位制
   御弁に強制全閉、除開及び制御の何れか一つの指
   令を伝達、作動させるとともに、第４水位制御弁
   の弁前部における圧力と温度及び第１高圧給水加
   熱器出口におけるドレンのエンタルピ並びに前記
   第４水位制御弁の弁開度をそれぞれ検出して、弁
   前フラツシユによる不足分弁開度を予測し、前記
   不足分弁開度の先行操作指令を前記第４水位制御
   弁に伝達、作動させることを特徴とする給水加熱
   記のドレン水位制御方法。 ２ タービンから抽気した蒸気で給水を加熱する
   第１高圧給水加熱器と、この第１高圧給水加熱器
   の給水方向後流側に配置された第２高圧給水加熱
   器と、前記第１及び第２高圧給水加熱器を結ぶ第
   １ドレン配管及びこの第１ドレン配管を開閉する
   第１水位制御弁と、前記第１高圧給水加熱器より
   排出されたドレンが流入する低圧給水加熱器と、
   前記第１高圧給水加熱器と前記低圧給水加熱器と
   を結ぶ第２ドレン配管及びこの第２ドレン配管を
   開閉する第２水位制御弁と、前記第２高圧給水加
   熱器と脱気器とを結ぶ第３ドレン配管とこの第３
   ドレン配管とこの第３ドレン配管を開閉する第３
   水位制御弁と、前記第１高圧給水加熱器と前記脱
   気器とを結ぶ第４ドレン配管とこの第４ドレン配
   管を開閉する第４水位制御弁とを備え、前記第２
   高圧給水加熱器よりのドレンは前記第１高圧給水
   加熱器又は前記脱気器へ、前記第１高圧給水加熱
   器よりのドレンは前記低圧給水加熱器又は前記脱
   気器へ、プラントの負荷に応じて切替えられて流
   入する発電プラントにおける給水加熱器のドレン
   水位制御装置において、第１及び第２高圧給水加
   熱器内のドレン水位をそれぞれ検出する水位検出
   器と、第１高圧給水加熱器に流入する抽気蒸気の
   圧力を検出するプラント負荷検出器と、このプラ
   ント負荷検出器と前記水位検出器との信号によ
   り、強制全閉、除開及び制御の何れかの指令を、
   前記第１から第４に至る各水位制御弁に与える制
   御弁操作信号制御器と、前記第１高圧給水加熱器
   内のドレンのエンタルピを検出するエンタルピ検
   出器と、前記第４水位制御弁の弁前部に設けた圧
   力検出器及び温度検出器と、前記第４水位制御弁
   の弁開度を検出する弁開度検出器と、これらエン
   タルピ、圧力、温度、弁開度の各検出器の信号に
   より、弁前フラツシユによる不足分開度を予測し
   て、この不足分開度の操作を前記第４水位制御弁
   に指令する制御弁先行操作信号発生器を具備した
   ことを特徴とする給水加熱器のドレン水位制御装
   置。