JPS62129602A - 主蒸気圧力制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は火力発電プラントにおけるボイラの主蒸気圧力
制御装置に係り、特にプラント起動時にドレン弁により
主蒸気圧力を安定に維持し得るようにしたドラムボイラ
給水制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点コ 第３図は、代表的なボイラ火力発電プラントの構成例を
示したものである。図において、ドラム１で発生した蒸
気は加熱器２で温度上昇して、高圧タービン３に供給さ
れ、この高圧タービン３で膨張冷却した後に再熱器４で
再び温度上昇し、低圧タービン５に供給されて復水器１
３で冷却され水になる。また、ドラム１への給水は復水
器１３から復水ポンプ６で脱気器７に供給され、脱気さ
れた後に給水ポンプ８で給水調節弁１１を介してドラム
１に送られる。一方、ドラム１から火炉内の蒸発管９へ
水が循環し、バーナ１０の燃焼ににり加熱されて発生し
た蒸気はドラム１へ戻る。なお、加熱器２から高圧ター
ビン３へ到る主蒸気管には、プラント起動／停止時のド
レンを排出するドレン弁１２が備えられている。

さて、この種のプラントにおける従来のボイラの主蒸気
圧力制御装置は、主蒸気圧力を主蒸気圧力検出器１６に
より検出し、これをフィードバックして主蒸気圧力規準
値と比較して両者の偏差をとり、この偏差に基づいてＰ
ＩＤ制御を行なう方式が採用されている。すなわちボイ
ラの主蒸気圧力制御は、通常負荷運転中はタービン加減
弁の開度を調節して主蒸気流量を制御するか、または燃
料流量を調節してボイラ蒸発管の発生蒸気量を制御する
こにより行なうが、タービン起動前のプラント起動操作
ではタービンに蒸気が通気されていないため、また、燃
料流量はタービンとボイラの温度ミスマツチから生ずる
熱応力による機器の損傷を防止するために主蒸気湿度を
制御するのに用いられるため、主蒸気ドレン弁１２の開
度を制御することにより行なわれる。

このようなプラント起動時における主蒸気圧力制御は、
ボイラの安定な初期発生エネルギーを確保し、タービン
通気時に十分な発生蒸気を供給する上で、重要な操作で
あるが、下記のような理由により上記ＰＩＤ制御を用い
て主蒸気圧力制御を安定に実現することが不可能である
。

（ａ　＞プラントの起動条件により、制ａする目標値が
変化し、運転員の判断が介在する。

（ｂ　）プラントの起動時には、各補機の起動操作また
燃料バーナの起動、停止操作が行なわれ、これが主蒸気
圧力に大きな外乱となり、通常のＰＩＤ制御では制御範
囲から外れてしまう。

（ｃ）プランの起動時には、ボイラの発生蒸気流量は定
格時の１０％以下であり、ドレン弁１２の操作によって
非常に大きな影響を受けるため、通常のＰＩＤ制御を実
施する場合には比例、積分。

微分の各制御定数の効き方を下げてゆっくりとじた制御
を行なう必要があるが、燃料流量の増加などがこの制御
定数の範囲を超えると、制御系がは発散する可能性があ
る。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的はプラント起動時の種々の外乱ならびに
プラント特性の変化に対応して主蒸気圧力を安定に制御
することが可能な信頼性の高い主蒸気圧力制御装置を提
供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、火力発電プラン
トの主蒸気圧力を主蒸気圧力検出器により検出し、この
主蒸気圧力検出器からの主蒸気圧力信号と主蒸気圧ノコ
規準信号とを比較して得られる主蒸気圧力偏差信号に基
づいてドレン弁の開度を調節することにより主蒸気圧力
の制御を行なう主蒸気圧力制御装置において、上記主蒸
気圧力偏差信号およびこの主蒸気圧力偏差信号を微分要
素を介して得られる主蒸気圧力偏差変化率信号を入力と
し、下記の（ａ　）〜（ｄ　）に示す各手段によ６一 リドレン弁操作量信号を導出する測度制御器と、タービ
ンメタル温度を検出するタービンメタル温度検出器から
のタービンメタル温度信号に応じて主蒸気圧力規準信号
を演算し、これを前記主蒸気圧力規準信号どして出力す
る演算器とを備えて構成することにより、プラント起動
時の各種の外乱に対応して主蒸気圧力を安定に制御でき
るようにしたことたを特徴とする。

（ａ　）上記主蒸気圧力偏差信号及び主蒸気圧力偏差変
化率信号が、「正方向に大」　「正方向に中」１正方向
に小」　「零」　「負方向に小」　「負方向に中」　「
０方向に大」という概念を１ｌ１１度分布関数にて記憶
する手段 （ｂ）前記（ａ　）の各概略の組合わせで表現されるプ
ラントの各状態に応じて、ドレン弁操作量信号を「正方
向に大」　「正方向に中」　「正方向に小」　「零」　
「負方向に小」　「負方向に中」　「負方向に大」にす
るという制御法則と給水流量操作量信号のとるべき値の
概念を測度分布にて記憶する手段 （ｃ）主蒸気圧力偏差信号および主蒸気圧ノコ偏差変化
率信号が与えられると、前記（ｂ）の各制御法則毎に主
蒸気圧力偏差に対応する測度および主蒸気圧力偏差変化
率に対応する測度を演算する手段 （ｄ　）前記（ｃ）で演算された測度のうち小さい方の
測度でその制御法則のドレン弁操作量信号の測度分布を
カッｌ−すると共に、新たに与えられた状態に対応する
制御法則のドレン弁操作量信号の測度分布をとり直し、
これを全ての制御法則について測度分布の最大値を選択
して重ね合わせさらに測度分布で重みづけし平均値を演
算して給水流量操作量信号を決定でる手段 ［発明の実施例］ まず本発明による主蒸気圧力制御装置は、プラントの起
動時に熟練運転員が主蒸気圧力の挙動に応じてドレン弁
開度を操作量るアルゴリズムに基づいて制御器の制御法
則を決定し、さらにプラント状態の判定規準および操作
規準の概念に測度分布を与えることにより、滑らかな主
蒸気圧力制御動作を実現するようにしたものである。

以下、図面を参照して上記のような考え方に基づいて本
発明の一実施例について説明する。

第１図は、本発明による主蒸気圧力制御装置の構成例を
示すものである。第１図において、２５は前述した第３
図における主蒸気圧力検出器１６で検出された主蒸気圧
力信号Ｐと制御目標である主蒸気圧力Ｍ単信号ＰＲＥ　
Ｆとの偏差信号ｅ−（Ｐ　　ＰＲＥＦ）を演算する減算
器、２２は上記主蒸気圧力偏差信号ｅの時間変化率信号
Δｅ−」Ｌを演算する微分器である。また、２１は上記
ｔ 主蒸気圧力偏差信号ｅおよび主蒸気圧力変化率信号Δｅ
を入力とし、後述する論理的制御法則に基づいてドレン
弁操作量信号Δ［１を演算する測度制御器である。この
場合、八〇は「正」でドレン弁パ閉″、「負」でドレン
弁″開″方向に操作するものと決める。

一方、２４は第３図におけるタービンメタル温間検出器
１７で検出されたタービンメタル温度信号Ｔを入力し、
これに応じてプラント起動時のボイラとタービンの温度
ミスマツチをなくすように主蒸気圧力規準信号を演算し
、これを上記主蒸気圧力規準信号ＰＲＥＦとして出力す
る演算器としての関数発生器である。

次に上記測度制御器２１における論理的制御法則につい
て述べる。

制御法則１：ｅが「正方向に大」の時は、△Ｕを「負方
向に大」とする。

制御法則２：ｅが「負方向に大」の時は、△１１を「正
方向に大」とする。

制御法則３：ｅが１正方向に小」でがっΔｅが「正値」
の時は、ΔＵを「負方向 に中」とする。

制御法則４：ｅが「負方向に小ＪでがっΔｅが「負債」
の時は、ΔＵを１正方向 に中」とする。

制御法則５：ｅが「正方向に小」でかつ八〇が１負値」
の時は、ΔＵを「零」と する。

制御法則６：ｅが「負方向に小」でかつΔｅが１正値」
の時は、ΔＵを「零」と する。

制御法則７：ｅが「正方向に小」でかつΔｅが「零」の
時は、八〇を「負方向に 小」とする。

制御法則８：ｅが「負方向に小」でかつΔｅが「零」の
時は、ΔＵを「正方向に 小」とする。

制御法則９：ｅが「零」、Δｅが「零」の時は、八〇を
「零」とする。

次に第２図を用いて、本測度制御器２１の具体的な演算
手法について説明する。

第２図における各グラフは、横軸に主蒸気圧力偏差信号
ｅ、主蒸気圧力偏差変化率信号Δｅ、およびドレン弁操
作量信号ΔＵを一１００〜１００％の範囲でとり、また
縦軸には上記制御法則に記した「正方向に大」　「正方
向に中」　「正方向に小Ｊ「零」　「負方向に大」　「
負方向に中」　「負方向に小」　「正値」　「負値」と
いう概念に対応する測度をＯ〜１の範囲でとり、各制御
法則の概念を測度により数量化して表現したものである
。

さて、測度制御器２１は、主蒸気圧力偏差信号ｅ０．主
蒸気圧力偏差変化率信号△ｅ０が入力されると、各制御
法則り毎の偏差信号に対応する測度μ８（ｅｏ）、およ
び偏差変化率信号に対応する測度μ号（Δｅｏ　）を演
算し、さらにこの値から各制御法則りの適用可能性を示
す測度μＭＩＮ　＝ＩＩｌ！ｎ（ｕｅ（ｅ’）、μΔ８
（Δｅ０））を演算する。そして、この適用可能性を示
す測度μＭＩＮにより、各制御法則りの給水流量操作量
信号Δｕ１　　の測度分布についてμＭ　Ｉ　Ｎ以上を
カットし、偏差信号ｅおよび偏差変化率信号Δｅ０が入
力された時の各制御法則りの測度分布μＬ（八〇）をと
り直す。さらに、この各制御法則りについて演算した測
度分布μＬ（ΔＩＩ）（↓−１〜９）についてその最大
値μＭＡＸ　　（Δμ）＝ｍａＸ（μＬ（Δ１１））を
演算し、さらに測度によりこの平均値を演算して性制御
法則Δｕ０を決定する。

すなわち、以上の測度制御器２１の動作を、ｅｏ　＝８
０％、△ｅｏ＝６０％の値が入力された時を例にとって
説明すると、μ：　　（ｅ’ａ）、μｈ。

（△ｅｏ　）、およびμ３．９は第２図に示す様に各制
御法則毎に次の通りとなる。

制御法則１：μｅｌ（ｅｏ＞　＝　ｏ、ｉ。

μｍ　　（Δｅｏ　）＝１゜ Δｅ μｌ＝０．Ｉ ＩＮ 制御法則２：ｕｅ２　（ｅｏ　）＝Ｏ。

μ７２ｏ（Δｅｏ　）−１゜ μ２＝Ｏ ＴＮ 制御法則３：ｕｅ３（ｅＯ）−０，５゜μ、１．　（Δ
ｅｏ）＝ｏ、ａ。

μ３＝０．５ ＩＮ 制御法則４：μｅ’　　（ｅＤ　）−〇。

μ４　（Δ０ｎ）＝Ｏ。

Δｅ μ４−Ｏ ＩＮ 制御法則５：ｕｅ５（ｅｏ　）−０，６゜μ５　（Δ８
０）＝Ｏ。

Δｅ μ５−Ｏ ＩＮ 制御法則５：、ｃｚｅ６　（ｅｏ　）＝Ｏ。

μ６　（ΔＣｏ　　）＝０．８゜ Δｅ μ６−Ｏ ＩＮ 制御法則７：ｕｅ”　　（ｅｏ　）＝０．６゜μｌｅ（
Δｅｏ）＝Ｏ。

μ７　　　、、＝Ｑ ＩＮ 制御法則８：μ６８（６０）＝０゜ μｌｏ（Δｅｏ）＝Ｏ。

μ［１＝Ｑ ＩＮ 制御法則９：ｕｅ９　（ｅｎ　）−〇。

μ３　〈Δｅｏ）＝Ｏ。

Δｅ μ３−Ｏ ＩＮ 従って、制御法則１と制御法則３のみが適用可能となり
、このμｍ　（Δｕ）、μ３　（ΔＵ）は第２図の斜線
部Ａ、Ｂのようになる。そして、このｕｔ　　（Δｕ　
）、　Ｉｌａ　　（八〇）からμＭＡＸ　　（ΔＵ）を
演算した結果が第２図の斜線部Ｃになる。さらに、この
平均値を演算してΔｕｆｉを決定する。

次にかかる如く構成した本実施例による主蒸気圧力制御
装置において、第３図の主蒸気圧力検出器１６によって
主蒸気圧力信号Ｐが与えられると、減算器２５により主
蒸気圧力規準信号ＰＲＥ　Ｆとの偏差信号ｅが演算され
、また微分器２２により偏差変化率信号Δｅが演算され
て測度制御器２１に入力される。すると、この測度制御
器２１においては前述したような機能動作を行なうこと
により、下記の制御を実現するドレン弁操作量信号ΔＵ
が決定される。

（ａ　＞制御法則１および２により、偏差信号ｅが非常
に大きくなり安全弁動作または蓄積した蒸気エネルギー
を放出してしまう領域に近くなると、ドレン弁を微開ま
たは徴閉して起動操作を確実にすることを第１ｆ！！先
に制御する。

（ｂ）制御法則３および４により、偏差信号ｅおよび偏
差変化率信号Δｅが同一符号の場合には主蒸気圧力の偏
差が大きくなる方向にあるため、ドレン弁を開／閉させ
て偏差変化率が零となり安定化させるように制御する。

（ｃ）制御法則５および６により、偏差信号ｅおよび偏
差変化率信号△ｅが異符号の場合には主蒸気圧力の偏差
が小さくなる方向にあるため、ドレン弁開度を変化させ
ず現状を維持することにより偏差が自然に減少するよう
に制御する。

（ｄ　）制御法則７および８により、偏差変化率信号Δ
ｅが零で安定しているが、偏差信号ｅが零でなくオフセ
ットが残る場合には、偏差の方向によってドレン弁開度
を微開または微開することによりオフセットをなくすよ
うに制御する。

（ｅ）制御法則９は、偏差信号ｅおよび偏差変化率信号
△ｅが共に零であるため、ドレン弁開度は変化させず現
状を維持するようにする。

さらに第３図におけるタービンメタル温度検出器１７に
よってタービンメタル温度信号Ｔが与えられると、関数
発生器２４に以下のように適切な単調増加関数を設定し
ておくことにより、主蒸気圧力規準信号ＰＲＥＦが決定
される。

上述したように、本構成の主蒸気圧力制御装置において
は、次のような効果が得られるものである。

（ａ　）タービンメタル温度が３００℃以下の低い温度
の場合には、プラントのコールド起動に相当するので、
蒸気の飽和温度が約３００℃となる蒸気圧力３０００　
ｋＰａ稈度０傾きのゆるやかな単調増加関数とする。

（ｂ）タービンメタル温度が３００℃〜４５０℃の場合
には、プラントのホット起動に相当するので、蒸気温度
が約４００℃となる蒸気圧力８０００ｔｔｐａ程度の傾
きの急な単調増加関数とする。

（ｃ）タービンメタル温度が４５０’Ｃｇ、上の場合に
は、プラント通常運転中に相当するので、ドレン弁は全
開状態となることが望ましく、蒸気圧力設定が１６００
０ｋＰａ以上となる非常に傾きの急激な単調増加関数と
し、安全弁設定圧力程度を最高値としてこれ以後は一定
値とする。

すなわち、プラント起動時にその中心操作となるボイラ
とタービンの温度ミスマツチをなくすベースとなる主蒸
気圧力を規準値として主蒸気圧力がドレン弁によって操
作され、またタービン通気時に十分な発生蒸気を供給す
るための安定なボイラ初期エネルギーが確保される。さ
らに、本構成による主蒸気圧力制御装置は、通常のＰＩ
Ｄ制御とは異なり、燃料流層の変化が忠激な場合にもＩ
動作の飽和による制御系の発散を生ずる可能性がなく、
しかもプラント起動時の圧力挙動に対応してオフセット
をなくして追従することがなく、大きな外乱が発生した
場合にはドレン弁を急開／＠閉して、これを吸収するこ
とが可能となり、確実なプラント起動操作を行なうこと
ができるものである。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施する
ことができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、プラン１〜起動時
の種々の外乱ならびにプラン１〜特性の変化に対応して
主蒸気圧力を安定に制御することが可能な極めて信頼性
の高い主蒸気圧力制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による主蒸気圧力制御装置の−実施例を
示す構成ブロック図、第２図は同実施例における測度制
御器の各制御法則毎の測度分布および動作機能を示す図
、第３図は代表的なボイラ火力発電プラントの一例を示
す構成図である。 １・・・ドラム、８・・・給水ポンプ、１１・・・給水
調節弁、１２・・・ドレン弁、１６・・・主蒸気圧力検
出器、１７・・・タービンメタル温度検出器、２１・・
・測度制御器、２２・・・微分器、２４・・・関数発生
器、２５・・・減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 火力発電プラントの主蒸気圧力を主蒸気圧力検出器によ
   り検出し、この主蒸気圧力検出器からの主蒸気圧力信号
   と主蒸気圧力規準信号とを比較して得られる主蒸気圧力
   偏差信号に基づいてドレン弁の開度を調節することによ
   り主蒸気圧力の制御を行なう主蒸気圧力制御装置におい
   て、前記主蒸気圧力偏差信号およびこの主蒸気圧力偏差
   信号を微分要素を介して得られる主蒸気圧力偏差変化率
   信号を入力とし、下記の（ａ）〜（ｄ）に示す各手段に
   基づいてドレン弁操作量信号を導出する測度制御器と、
   タービンメタル温度を検出するタービンメタル温度検出
   器からのタービンメタル温度信号に応じて主蒸気圧力規
   準信号を得演算し、これを前記主蒸気圧力規準信号とし
   出力する演算器とを備えて成ることを特徴とする主蒸気
   圧力制御装置。 （ａ）前記主蒸気圧力偏差信号及び主蒸気圧力偏差変化
   率信号が、「正方向に大」「正方向に中」「正方向に小
   」「零」「負方向に小」「負方向に中」「負方向に大」
   という概念を測度分布関数にて記憶する手段 （ｂ）前記（ａ）の各概略の組合わせで表現されるプラ
   ントの各状態に応じて、ドレン弁操作量信号を「正方向
   に大」「正方向に中」「正方向に小」「零」「負方向に
   小」「負方向に中」「負方向に大」にするという制御法
   則とドレン弁操作量信号のとるべき値の概念を測度分布
   にて記憶する手段 （ｃ）主蒸気圧力偏差信号および主蒸気圧力偏差変化率
   信号が与えられると、前記（ｂ）の各制御法則毎に主蒸
   気圧力偏差に対応する測度および主蒸気圧力偏差変化率
   に対応する測度を演算する手段 （ｄ）前記（ｃ）で演算された測度のうち小さい方の測
   度でその制御法則のドレン弁操作量信号の測度分布をカ
   ットすると共に、新たに与えられた状態に対応する制御
   法則のドレン弁操作量信号の測度分布をとり直し、これ
   を全ての制御法則について測度分布の最大値を選択して
   重ね合わせさらに測度分布で重みづけし平均値を演算し
   て給水流量操作量信号を決定する手段