JPS6170306A

JPS6170306A - 火力発電所の燃料流量制御方法

Info

Publication number: JPS6170306A
Application number: JP19160784A
Authority: JP
Inventors: 飯村　嘉朗; 彰菅野; 雅博山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1986-04-11
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0680361B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、火力発電プラントの起動時の蒸気温度制御装
置に係り、特に蒸気温度の昇温制御を好適に行なわしめ
るため負荷ランピング前の蒸気条件を自動的に設定でき
るようにしたところの火力発電プラントの起動時の蒸気
温度制御装置に関する。

〔発明の背景〕

まず、第５図を参照して、火力発電プラントにおける従
来のボイラ（貫流ボイラ）の概略構成について説明する
。

図において、１はボイラ本体、ＩＡは火炉水冷壁、２は
バーナ、３はガス再循環ファン、４は節炭器、５は１次
再熱器、７は２次再熱器、８は２次過熱器、９は主蒸気
管１６に設けられた主さい止弁、１０は再熱蒸気管１７
に設けられたインターセプト弁、１１は高圧タービン、
１２は中・低圧タービンである。

また、１３は復水器、１４は前記タービン１１゜１２に
よ゛つて駆動される発電機である。

バーナ２に供給された燃料は、ボイラ本体１内で空気と
混合されて燃焼され、燃焼ガスとなる。

燃焼ガスは、火炉水冷壁１．２次過熱器８．２次再熱器
７などで、順次に熱交換をしながら煙道内を進み、煙突
から排出される。

その際、燃焼ガスの一部は、ガス再循環ファン３によっ
て、ボイラ本体１内へ戻され、再熱蒸気温度の制御に使
用される。

一方、給水ポンプ（図示せず）から節炭器４に送シ込ま
れた水は、ここで熱回収した後、火炉水冷壁１人に至り
、水冷壁を上昇する途中で蒸発し、１次過熱器６に入っ
て過熱される。この蒸気は、更に過熱器スプレー（図示
せず）に達する。

前記蒸気は、過熱器スプレーによって、主蒸気温度が規
定値になるよう減温された後、さらに２次過熱器８に入
って過熱され、主蒸気管１６および主さい止弁９を経由
して高圧タービン１１に至り、そこで発電機を駆動する
仕事をする。

高圧タービン１１で仕事をした蒸気は、１次再熱器５に
入って再熱される。この蒸気は２次再熱器７で更に再熱
され、再熱蒸気管１７およびインターセプト弁ｌＯを経
由して中・低圧タービン１２へと送られ、そこでさらに
仕事をする。

ところで、ランピング開始までの水蒸気系統における機
器の運転状態は、主蒸気減圧弁３０、主蒸気止め弁３９
が閉じておシ火炉水冷壁Ｉ人及び１次過熱器６にて加熱
された蒸気は弁３１及び弁３２を経由してフラッシュタ
ンク３６に流れる。

上記フラッシュタンク３６に流入した流体はフラッシュ
タンクで気水分離され、水はフラッシュタンクドレン弁
３日を通過して、復水器工３に戻る。上記フラッシュタ
ンク３６内で発生した蒸気は、過熱器通気弁３５を通過
し、２次過熱器８を通す、高圧タービン１１に通気され
る。フラッシュタンク蒸気ダンプ弁３７にて、フラッシ
ュタンク内の圧力は一定に保たれ、過熱器通気弁３５を
通気する蒸気のエンタルピーは一定に保たれている。負
荷ランピングが始まると弁３０が徐々に関し、蒸気系統
は、フラッシュタンクのバイパス系統から、１次週熱器
ｄから過熱器減圧弁３０を介して、２次過熱器８に供給
する所謂、貫流系統に徐々に切替る。

ところで、う／ピング開始時は給水ポンプから供給され
た給水流量が、ボイラで加熱され、蒸気流量は全て、弁
３１及び弁３２を介して、フラッシュタンクへバイパス
され、フラッシュタンクで発生した一部の蒸気がタービ
ンに供給されている。

負荷ランピングが始まると、弁３０を介してボイラの発
生蒸気は高圧タービン１２に供給されるとともに７ラツ
シユタンク３６から、高圧タービン１２へ供給されてい
る蒸気流量は徐々に減じる。

弁３０が開するとともに、高圧タービン入口蒸気圧力は
上昇しフラッシュタンク圧力よシも高くなった時点でフ
ラッシュタンクから、高圧タービンへ流入する蒸気流量
はＯとなる。さらに弁３０は開し弁３１及び弁３２から
バイパスしている蒸気流量が０になり、ボイラ供給給水
流量が全て高圧タービンに供給される状態になった時点
で、プラントは起動バイパス系統から貫流系統に切替る
。

第２図は上記制御系統に対する従来の制御方法金示した
構成図である。負荷指令２０により決定されたボイラ入
力指令２１と給水流量実測値２２の偏差力λら給水流量
制御信号２３が求められると共に１ボイラ入力指令２１
を入力としボイラ起動時のボイラ保有熱（ボイラの停止
時間から決まる）によって選択される関数発生器２４，
２５．２６によって燃焼指令２７が作成される。一方、
主蒸気温度設定値２０１と検出値２００との偏差を比例
積分器２０２で演算した補正信号２０５で、前記の燃焼
指令２７に補正を加えて燃料流量目標信号２９を得、こ
れと燃料流量実測値２０３の偏差から比例積分動作によ
り燃料流量制御信号２０４を与えるものである。

上記回路くて、起動バイパス系統から貫流系統切替え中
においては、補正信号２０５は、スイッチ２０６にて手
動信号設定器２０７側に切シ替わっており、燃焼指令の
補正シ（イアスは、手動操作にてオペレータに依ってい
た。以上のような、フラッシュタンクを有するプラント
及びその制御の仕方（ついては、特公昭４２−１６３６
４号、特公昭４２−６７６１号、特公昭４５−２８３２
１号、特公昭４４−３２１２３号などに説明されている
。

しかしながら、この様な従来の制御方式の問題点は、ボ
イラ起動時のボイラ保有熱の違い（ホットスタート、ク
オームスタート、コールドスタート）によって、燃料指
令２７が違うことにある。

即ちボイラ点火後の起動過程において何らかの外乱が生
じ、ランピング開始時間等が変更になった場合には、ボ
イラの保有熱も変化し燃焼指令を与える関数発生器の信
号も変更する。このためランピング時の制御性を向上さ
せるため【は蒸気条件によって関数発生器をさらに細か
く設定する必要性が生じる。ランピング途中においては
、種々のボイラプロセスが急速に変化するとともにボイ
ラの蒸気温度時定数が長くかつ負荷により大きく変化す
るボイラプロセスを燃料流量信号によるフィードバック
制御で対処するには非常に難しい技術であった。

従って、従来オペレータの手動操作の助けを備シながら
蒸気温度を制御してきたが、必ずしも上手くいかずその
制御特性改善を図ることが強く要望されてきた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ボイラ起動時の条件（ホットコールド
、ウオーム）の違いに係わらず、２次過熱器をランピン
グ前に最適に加熱する様、燃料流量を調整することにあ
る。

〔発明の概要〕

ボイラ起動時、ボイラの熱蓄積量により、ホットコール
ド、フオーム等燃料投入量をパターン化して変えている
。ランピング前のボイラの最終加熱器（２次過熱器）に
おいては、いかなる起動時にても火炉壁を保護する意味
から最低給水量が決まって２リフラツシユタンクより、
蒸気が供給されており、２次過熱器の蒸気入力は安定し
ている事に着目し、従来のホット、コールド、ウオーム
のパターン分けでなく、２次過熱器の蒸気状態からラン
ピング前の悠料投入量を決定する。

〔発明の実施例〕

負荷併入匝、ランピング開始の間においては、タービン
側に供給される蒸気流量は初負荷相当の蒸気量（通常５
係程度）であるが、ボイラ点火後ボイラの火炉壁を保護
する目的ρ）ら、最低給水量（ボイラ定格流量の２５憾
程度）をボイラに供給する必要がある。ボイラ供給給水
流量とタービン゛供給蒸気流量との差分け、弁３１及び
弁３２を介して、フラッシュタンクへ蒸気量をバイパス
しており、このバイパス流量を調整することによりボイ
ラ出口圧力を一定に制御している。

ここで７ラツシユタンクで気水分離されｆｃ逸気気流量
一部が高圧タービンに供給され、初負荷運転を行ってい
る。

次にランピングが始まると前記したが、フラッシュタン
ク３６へ通気している蒸気流量が弁３０側に徐々に切替
る。このときフラッシュタンクからの発生蒸気のエンタ
ルピーと３０を通過する蒸気のエンタルピーマツチング
をとることが重要となる。

即ち、この両者の蒸気流量の間にエンタルピーマツチン
グがとれていないと蒸気の流れが切替る際に、蒸気熱量
にアンバランスが発生し、これが主蒸気温度の変動の原
因となるからである。

このエンタルピーマツチングをとるには、弁３２のバイ
パス量を調整することにより行なわれる。即ちフラッシ
ュタンクの発生蒸気のエンタルピーマツチングするよう
１次過熱器出口温度を制御している。

このようにして２次過熱器入口温度のエンタルピー即ち
、蒸気温度は一定に制御される。

ところが、各負荷における２次過熱器との熱吸収は、負
荷特性だよシー義的に決まっておシ、熱吸収は高くても
、少なくてもよくない。　　。

ランピング開始時点で熱吸収率が、設計値よシも高けれ
ば、ランピング時蒸気温度は上昇するし、低くければ、
蒸気温度は降下する。

従って、ランピング開始時の２次過熱器熱吸収量は過熱
器の通過蒸気流量と２次過熱器の出入口温度差から求め
、これを設計値となるように制御することが重要となる
。

ところで、ランピング前の２次過熱器８の静定状態にお
ける蒸気の状態方程式は、２次過熱器のエネルギ保存則
が適用され次式で表わされる。第第４図はこのときの２
次過熱器における伝熱の様子を示したものであシ、蒸気
側においては、下記の如く表わされる。

・・・・・・・・・α）ガス側においては、・・・・・・・・・・・・（匂と表わされる。

但し　　ｖ：２次過熱器の容積ｒ、Ｈ蒸気比重量Ａ：２次過熱器伝熱面積 α、、二メタル→蒸気への熱伝達率 α５、：ガス−メタルへの熱伝達率Ｍｌにメタル比重Ｃ１二メタル比熱Ｈｌ。：２次過熱器出ロエンタルピー θ１．＝２次過熱器出口温度Ｈ，＋：２次過熱器入ロエンタルピー０．１：２次過熱器入口温度 θ、；ガス温度　。

θｍ＝２次過熱器メタル温度ここでボイラが整定しているときｌ″ｔ（１）、（２）
式において蒸気エンタルピー及びメタルの温度の微分は
Ｏとなる。すなわち（１）、（２）式の左辺の熱変化量
がＯと考え、また２次過熱器出入口の圧力を同じと考え
ると、（１）、（２）式は０＝（θ、Ｉ−θ、。）Ｆ、＋Ａα１．（θ１−θ１．
）　　　・・・・・・（１）′０＝Ａαｇｆｆｉ　（θ
１−θ、）−Ａｃ１．（θ、−〇、、）　　　　　　　
−−−−−−（２ン′のように表わされる。（１）’　
、　（２）’の２式よりθ１を求めると、２次過熱器蒸
気流量と、出入口蒸気温度の関数として表わされる。

ここで、ランピング開始時の２次過熱器入口蒸気温度は
フラッシュタンクの飽和蒸気温度と等しく一定である。

従って８１は、主蒸気温度と主蒸気流量の関数であシ２
次過熱器の熱吸収量を設計値に保持するための主蒸気温
度をθ１．とするとそのときのガス温度θ、は・・・・・・・・・・・・（４）となる。

従ってランピング前のガス温度θ１はθ１となるように
制御すれば、２次過熱器の熱吸収量を一定に保つことが
できる。

この理論式を主蒸気温度制御装置に適用するに当たりラ
ンピング開始負荷条件における主蒸気温度の理論値θ６
．を求めると、 θ、＝Ｋｌθ＋ａ　　ＫＺ　　　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・（５）となる。

従ってガス温度θ、をθ、になるように制御すればよい
ことになるが、ガス温度は計測誤差を含むため、制御装
置に適用する場合では、正確に計測できる主蒸気温度の
実測値によりこれを次式によシ補正して目標ガス温度θ
′、を求めることが重要となる。

θ’ｇ＝Ｋｔθ−＋Ｋｔ（θ１．−〇、−）　　Ｋ２　
　　・・・・・・（６）実際にランピング前の２次過熱
器の静的バランス時においては、第１図の制御系統にて
ボイラのプロセス量に見合った燃料投入量全決定する。

すなわち、ボイラの各プロセス、２次過熱器入口温度５
０１、主蒸気流量５０２．２次過熱器出口温度２００（
主蒸気温度）より（５）式により２次過熱器のガスは度
設定値５０４を求める。本設定値に対して、ガス温ｅ５
０３との偏差を求め、比例積分演算を行った後に、従来
の基本燃料設定信号２７に対して補正を加えるものであ
る。

本回路は、上記（６）式をそのまま回路展開したもので
あるが、本回路において次に記する様に回路を簡素化す
ることが可能である。

即ち、主蒸気流量は負荷に比例している。又２次過熱器
入口温度は、フラッシュタンクからの藷気が流れている
が、フラッシュタンクの圧力は一定に制御されているこ
とから、蒸気温度は、一定と考えることができる。

さらに主蒸気流１は第６図の負荷信号６０２に比例して
いることから、負荷の関数として表わすことが出来る。

また、火炉ガス温度は一般に燃料投入量６０１に比例す
ることから、ガス温度のかわりに燃料投入量を使用する
方式も考えられる。

この方式は火炉ガス温度を介さず直接燃料流量を制御す
ることができるため制御の応答遅れを解消でき特性の改
善も図ることができる。

この方式を第６図に示す。

即ち、負荷信号から主蒸気温匪の計画値における基本燃
料流量を求め現地点の主蒸気温度との偏差により、これ
を修正して目標燃料流量を求るものである。

ランピング開始後にはボイラ状態量が変わるため、負荷
や蒸気温度などから一義的に最適燃料流量を求めること
は不可能であり前記よりはやや計測精度は低下するが、
ボイラモデルを用いて主蒸気温にの予測を行うとともに
、実機との逐次照合機能を付加して主蒸気温度を正確に
予測し、温度目標値との偏差をなくすように比例積分制
御を行う方式が用いられる。

具体的には、各ボイラプロセス量を蒸気温度予測演算部
５０９に取り込み既知の手法に従って主蒸気温度予測値
５００を算出する。

この予測は例えば、％開昭５８−１５７０３号によシ実
現できる。

本主蒸気温度予測値５００と設定値２０１の偏差よシ比
例積分演算を行い、ランピンク中においては、本バイア
ス信号５４９側にスイッチ５５０を切換えて燃料流量指
令信号２７に対して補正をしていくものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２次過熱器の蒸気状態、及びボイラプ
ロセス址により、ランピング開始時の最適な燃料流量を
決定することが可能であシ、ランピング時の主蒸気温度
制御特性の改善を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料補正回路、第２図は従来の貫
流ボイラの制御系統図、第３図は従来の燃料投入基本プ
ログラム、第４図は２次過熱器モデル構成口、第５図は
ボイラ全体構成図であり、第６図は本発明の他の実施例
である。８・・・２次過熱器、６・・・１次過熱器、３６・・・
フラッシュタンク、３９・・・主蒸気止弁、３０・・・
主蒸気減圧弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１、フラッシュタンクを有する火力発電所の起動負荷運
転時に２次過熱器の出入口蒸気温度、内部通過蒸気流量
から、最適目標ガス温度、または最適目標燃料流量を求
め、上記目標値に実プロセス量を制御することを特徴と
する火力発電所の燃料流量制御方式。