JPS6227322B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は火力発電所の貫流ボイラのユニツト停
止制御方法に係り、特にボイラの変圧停止に使用
するに好適な制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来の発電所のユニツト停止制御方式は、ボイ
ラの全圧停止を行うことを標準としていたが、主
タービンの寿命消費軽減を目的として変圧停止が
主流となる傾向にある。

即ち、タービンの入口圧力が全圧のままユニツ
ト停止を行なう場合、主タービン加減弁における
主蒸気流量の絞りによる圧力降下が極めて大き
く、主タービンの熱応力・伸び差が大きくなりタ
ービンの寿命消費が大きくなる。

これに対して、タービンの入口圧力を適当な圧
力まで低下させてから停止させるいわゆる変圧停
止制御方法を採用した例はあるが、この制御方法
は、ユニツト起動時のボイラ変圧起動制御方法を
ボイラ変圧停止制御として利用したものであり、
種々の問題点があつた。

ここで、貫流ボイラの蒸気系統及び従来の制御
方法を図面を用いて説明する。

第１図は、貫流ボイラの蒸気系統を示すブロツ
ク図であり、１は節炭器、２はボイラ、３は一次
過熱器、１４は主蒸気止め弁、４は二次過熱器、
１９はタービン加減弁、５はタービン、６は復水
器であつて通常運転状態においてはこのルートで
水が蒸気に変換され図示せぬ発電機により発電さ
れている。通常運転状態において、上記以外のル
ートには通気されないようにこの図におけるほか
の弁は全閉状態とされている。

この図で、変圧停止を行う時には主蒸気止め弁
１４と過熱器減圧弁前弁１２、過熱器減圧弁１３
を用いて減圧操作がなされる。また、レジスタチ
ユーブ１０、レジスタチユーブバイパス弁８、一
次過熱器バイパス弁９、二次過熱器バイパス弁１
１が開かれ、蒸気がフラツシユタンク７に導か
れ、フラツシユタンク発生蒸気止め弁１６、フラ
ツシユタンク蒸気ダンプ弁１７を介して、あるい
はフラツシユタンクドレン弁１８を介して復水器
６に導かれる。このようにして、負荷が低減され
最後に発電を停止する。以後この明細書において
フラツシユタンク７を用いる蒸気系統のことをバ
イパス系、またバイパス系を用いる運転の事をバ
イパス運転ということにする。尚、弁１５は起動
時に用いる過熱器通気弁である。

第３図は第１図のプラントの制御装置を示して
おり、この図において発電量指令信号９０は、目
標負荷設定値１０１を変化率制限器２０でランプ
状の信号に変換して作成され、この発電量指令信
号９０は減算器２１にて実発電量Ｗ１と比較さ
れ、この偏差出力に応じてタービン加減弁１９の
開度を操作し負荷制御する。

また発電量指令信号９０は、、関数発生器２０
１−ａに印加されバイパス運転時の主蒸気圧力を
設定する。これに対し、設定器４０１は通常運転
時の主蒸気圧力を設定したものであり、切替器３
０１でいずれかを選択し主蒸気圧力Ｐ２との偏差
を減算器２２で求める。ここで、切換器３０１は
主蒸気止め弁１４全開の時全圧圧力設定値４０１
を選択し、バイパス運転中は２０１−ａの出力を
選択する。

圧力偏差を求める減算器２２の出力は切換器３
０２に加えられ、低負荷運転中（即ち、バイパス
運転中）は主蒸気圧力偏差を比例積分器２３へ入
力しその後、２３の出力と発電量指令信号９０を
入力とする関数発生器２０１−ｂの出力とを加算
器２４で加算し過熱器減圧弁１３を操作して、主
蒸気圧力を制御する。また２４の出力はモニタリ
レー９１で監視され、主蒸気止め弁１４を閉じる
ように働く。

通常運転時は主蒸気圧力偏差を比例積分器２５
へ入力し、その後発電量指令信号９０と比例積分
器２５の出力とを加算器２６で加算し、給水・燃
焼（燃料・空気）の制御を行う。給水制御は、高
信号選択器２７の出力を減算器２８において実給
水流量Ｑ１と比較しその偏差信号に応じて行われ
る。ここでボイラに給水できる最低給水流量は決
まつており、これ以下にできないことから信号発
生器１０３−ａから最低流量に相当する信号を高
信号選択器２７に印加し給水流量をこの値に制限
する。

さらに発電量指令信号９０は関数発生器２０１
−ｃに印加されて一次過熱器３出口圧力目標信号
OP１とされ、減算器２８において実際の出口圧
力Ｐ１と比較されこの偏差信号により一次過熱器
バイパス弁９の開度を制御する。なお、同図にお
いて以上説明しなかつた回路部分は本発明を理解
するのに直接関係がないが、参考までに記号の名
称を記述しておく。２９は乗算器、３０，３１は
比例積分器、３２，３３は加算器、３４は高信号
選択器、３５は低信号選択器、１０２はアナログ
メモリ、１０３は信号発生器、３０１から３０７
は切替器、４０２，４０３は設定器である。

第４図は第３図回路における貫流系（通常運
転）よりバイパス系（低負荷運転）への運転モー
ド切換回路構成を示すものであり、モニタリレー
９２で負荷Ｗ１が監視されている。ここで接点Ｓ
１は運転モード切替許可条件、接点Ｓ２，Ｓ３は
モニタリレー９２の補助接点であり、Ｓ２は負荷
Ｗ１が25％以下で閉する。接点Ｓ３はＷ１が25％
負荷以上で閉する。接点Ｓ４，Ｓ５はそれぞれ一
次過熱器バイパス弁、二次過熱器バイパス弁全閉
を示すリミツトスイツチである。リレーＲ１はキ
ープリレーであり、（Ｓ）側の条件成立で励磁し
（Ｒ）側の条件成立で無励磁となる。この回路に
よれば、25％負荷以下でリレーＲ１は励磁されて
おり、25％負荷以上でかつ一次過熱器バイパス弁
９及び二次過熱器バイパス弁１１が共に全閉した
時点でリレーＲ１は無励磁となり、低負荷運転モ
ードを通常運転モードとの間で切替わる。

第２図は、貫流系を用いる通常の運転状態から
バイパス系による運転に切替るときの各部状態量
及び各部信号を示しており、OP１は第３図の関
数発生器２０１−ｃにより設定された一次過熱器
３の出口圧力設定値、OP２は第３図の関数発生
器２０１−ａにより設定された主蒸気圧力設定値
である。また、数値１３，１４，９，１１，１９
は第１図の対応する記号の弁の開度を示してお
り、９０は発電量指令信号、Ｑ１はボイラへの給
水指令信号、SFは主蒸気流量指令信号、BPはフ
ラツシユタンク７へのバイパス流量である。そし
て、第１図のプラントは第３図と第４図の制御回
路によつて第２図のように運転される。

まず、通常運転時には減算器２２には圧力設定
器４０１から主蒸気圧力を一定とする信号が印加
され、２２の出力は切替器３０２によつて比例積
分器２５に与えられ加算器２６で信号９０と加算
された後に空気、給水、燃料を制御することでこ
れらをバランスすべく第３図回路は動作してい
る。この間、一次過熱器バイパス弁９は関数発生
器２０１−ｃで与えられた設定圧力OP１よりも
一次過熱器出口圧力が低いために全閉しており、
過熱器減圧弁１３は関数発生器２０１−ｂからの
出力によつて全開されているが、過熱器減圧弁前
弁１２により通気が阻止されている。

この状態で負荷低下させるときは、発電量指令
信号９０を低下させタービン加減弁１９開度をし
ぼりこみ、かつ給水、燃料、空気をバランス良く
低下させる。また発電量指令信号９０の低下によ
り関数発生器２０１−ｃで与えられる設定圧力
OP１も低下し一次過熱器出口圧力Ｐ１の方が高
くなると一次過熱器バイパス弁９が開放し始めボ
イラ２の出口流量の一部がフラツシユタンク７に
バイパスされる。一次過熱器バイパス弁９が開放
し始めるときの負荷が25％負荷である。一方負荷
信号９０が25％負荷に相当するところまで低下し
たことを第４図回路のモニタリレーＲ１で検出す
ると、切替器３０１によつて設定器４０１の信号
にかえて関数発生器２０１−ａの出力を圧力設定
値OP２として採用し、切替器３０２によつて比
例積分器２５の出力を加算器２６に印加するのを
やめ比例積分器２３に印加する。比例積分器２３
の出力はOP２≧Ｐ２であるために減少方向の出
力であり、かつ関数発生器２０１−ｂからも減少
出力が与えられ、これにより過熱器減圧弁１３の
開度を全開から閉じる方向に制御する。なお、図
示せぬ回路により過熱器減圧弁１３が閉じ始める
前に過熱器減圧弁前弁１２は開放されるものとす
る。モニタリレー９１は過熱器減圧弁１３が閉じ
始めたことを検出し主蒸気止め弁１４を急速に閉
じるが、ボイラ系統全体の給水、燃料、空気のバ
ランスを図る必要があることから１乃至２分を要
している。なお、主蒸気止め弁１４は過熱器減圧
弁１３に比べ容量が10倍以上も大きいため、弁閉
時は５〜10％開度まで連続閉操作しその後インチ
ング操作するようにしている。このようにして全
圧運転より変圧運転に切換えを行うが、この時、
ボイラ入力給水量はタービン供給主蒸気量より多
い。

以上述べたように、この制御装置は通常運転時
にボイラの燃料、水、空気をバランスよく制御
し、低負荷運転時はバイパス系での運転に切換え
るように作動する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のボイラの変圧停止方式は以上のようなも
のであるが、以に述べるところの問題点を有して
いる。

(a) 燃料と給水のアンバランス 通常運転状態において、発電量指令信号９０
に従つて負荷低下し、加算器２６の出力が信号
発生器１０３−ａの発するボイラ保護のための
最低給水流量信号（25％相当負荷）よりも小さ
くなつたとき、給水流量は信号発生器１０３−
ａの出力に制限される。これに対し、一般には
ボイラの保有熱量が大きい為に主蒸気圧力が
OP２＜Ｐ２となつており、この結果加算器２
６の出力により制御される燃料量は給水量に比
して少なめに制御され蒸気温度が大巾に低下す
ることがある。

(b) 主蒸気止め弁１４の閉タイミングによる変圧
停止運転の渋滞 主蒸気止め弁１４は、第３図のように過熱器
減圧弁１３が所定開度に達すると開閉されその
開閉に要する時間は１〜２分程度であり、例え
ば起動時には時刻Ａ点から開き初め時刻Ｂ点で
完全に開放する。この考えを変圧停止時にも採
用し過熱器減圧弁の開度により主蒸気止め弁を
閉操作すると、主蒸気止め弁の閉始点は第２図
のＡ点となり、開から閉への操作に要する時間
（同じく１〜２分程度）だけ遅れて時刻Ｃ点で
完全に閉じる。この間主蒸気止め弁の閉動作が
遅れ変圧運転領域に入つているにもかかわらず
変圧できないという不合理が生じる。変圧運転
領域では変圧運転パターンに沿つた燃料量を投
入するようなプログラムとなつているが、変圧
運転ができなくなつた場合、燃料量の投入不足
となり蒸気温度の低下をもたらす。

以上のことから本発明の目的は、発電所のユニ
ツト停止時主タービンの寿命消費を改善し得るボ
イラ変圧停止制御に係り、ユニツト停止時のボイ
ラ動特性に適応した制御方式を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、貫流ボイラプラント停止過
程において、所定負荷に低下したことで主蒸気止
め弁１４を閉操作し初め、ボイラの貫流運転から
バイパス運転へのモード切換えを、プラント負荷
とボイラ給水流量の下限値動作と負荷降下中の相
互インターロツク条件により行い、ボイラの全圧
運転から変圧運転への切換を、主蒸気止め弁の全
閉タイミングにより行い、プラントの変圧自動停
止制御を行わしめるようにしたものである。

［作用］ 本発明では、給水流量の制御が制限されたこと
でボイラの貫流運転からバイパス運転へのモード
切換えを行うのでボイラ燃料との間のアンバラン
スを生じず、主蒸気止め弁の全閉タイミングによ
りボイラの全圧運転から変圧運転への切換を行う
ので変圧停止運転の渋滞を生じない。

［実施例］ 以下本発明の実施例を第５図に示し詳細に説明
する。

まず前記したところの問題点の一つである、主
蒸気止め弁１４の閉タイミングによる変圧停止運
転の渋滞について検討する。

これは、主蒸気止め弁の閉動作が遅れ変圧運転
領域に入つているにもかかわらず変圧できないと
いう不合理であつて、この問題の解決のために本
発明では変圧運転に入る前に先行的に主蒸気止め
弁を閉成しておく。

第５図に示した本発明の実施例では、負荷下降
中で、発電機出力が規定値以下となつた時点（第
２図のＡ点）でリレーＲ２を励磁し、この接点に
より主蒸気止め弁を全閉操作開始する。なお、９
１−ａは負荷下降中を検知するためのモニタリレ
ーで、変化率制限器２０の入力と出力の偏差有り
で接点Ｓ７を閉じ、９３は発電機出力が第２図の
Ａに対応する値であることを検知し接点Ｓ８を閉
じるモニタリレーである。したがつて主蒸気圧力
変圧設定値（第２図の曲線OP２、第３図の関数
発生器２０１出力）が負荷設定値に追従して降下
する前に、弁の閉動作時間を見込んで主蒸気止め
弁１４の閉操作を開始することが出来るゆえ、前
記の不合理は生じない。

次に前記したところの他の問題点であるボイラ
への投入燃料と給水流量の間のアンバランスの問
題について検討する。

本発明ではこの解決のために給水流量が制限さ
れたことを検知し圧力偏差信号による燃焼制御を
停止する。より具体的には、第５図の実施例では
ボイラの入力指令（加算器２６の出力）が低下
し、給水量最低保護回路により給水指令（加算器
２７の出力）が低下しなくなつたことを９１−ｂ
のモニターリレーにより検出して接点Ｓ６を閉
じ、負荷降下中（接点Ｓ７）との論理積条件にて
リレーＲ１を励磁しその出力により切替器３０２
を用いて減算器２２の出力を２５から２３に切替
え、貫流系からバイパス系へ切換えるようにし
た。すなわちバイパス運転モードになると切替器
３０２が作動し比例積分器２５の入力は０％とな
り、主蒸気圧力制御は過熱器減圧弁で行われるよ
うになる。このとき比例積分器２５の出力は０％
となるため、ボイラ入力指令（加算器２６の出
力）と発電量指令（変化率制限器２０の出力）は
一致し、ボイラにおける投入燃料量と給水流量と
の間のアンバランスを生じない。また、バイパス
運転モードでは第２図の曲線OP１に示す如く１
次過熱器バイパス弁９により１次過熱器出口圧力
は定値制御される。また、第３図において発電量
は主タービンガバナにより制御され、発電量指令
信号（ボイラ入力信号）と実MWが等しくなるよ
う制御される。

なお、主蒸気圧力の設定値切換（第３図、又は
第５図３０１）により、主蒸気止め弁１４が閉す
ると第３図又は第５図の４０１で設定された全圧
設定から第３図又は第５図の２０１−ａで設定さ
れた変圧モード設定に切換わる。また、主蒸気圧
力は過熱器減圧弁により制御される。

［発明の効果］ 以上のように第３図の制御回路に第５図に示す
ような本発明の制御方法を追加すれば、ユニツト
の変圧停止が支障なく行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する貫流ボイラの全体構
成を示したブロツク図、第２図はユニツト変圧起
動時の各部特性図、第３図、第４図は従来の制御
系と制御系切換シーケンスを示すブロツク図、第
５図は本発明の一実施例による制御系切換シーケ
ンスを示すブロツク図である。 １……節炭器、２……ボイラ、３……１次過熱
器、４……２次過熱器、５……タービン、６……
復水器、７……フラツシユタンク、８……レジス
タチユーブバイパス弁、９……１次過熱器バイパ
ス弁、１０……レジスタチユーブ、１１……２次
過熱器バイパス弁、１２……過熱器減圧弁前弁、
１３……過熱器減圧弁、１４……主蒸気止め弁、
１５……過熱器通気弁、１６……フラツシユタン
ク発生蒸気止め弁、１７……フラツシユタンク蒸
気ダンプ弁、１８……フラツシユタンクドレン
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 通常運転状態ではボイラで発生した蒸気を過
   熱器、主蒸気止め弁、タービン加減弁を介してタ
   ービンに与えてこれを駆動し、 停止運転時には前記主蒸気止め弁を閉じてこれ
   に並設された過熱器減圧弁を開放し、ボイラ出口
   蒸気を過熱器バイパス弁、フラツシユタンクを介
   してタービン出口の復水器に与え、 発電量指令信号に基づいて前記タービン加減弁
   を制御し、発電量指令信号と主蒸気圧力偏差の信
   号との和に基づいてボイラへの給水流量と燃料量
   を制御し、発電量指令信号から求めた圧力設定値
   に基づいて過熱器出口圧力を制御し、発電量指令
   信号と主蒸気圧力偏差の信号との和に基づいて前
   記主蒸気止め弁とこれに並設された過熱器減圧弁
   の開度を制御するとともに、 前記のボイラへの給水流量は、ボイラ保護上定
   まる最低流量に制限され、かつ停止操作のときに
   蒸気圧力を低減させるようにされた貫流ボイラの
   変圧停止制御方法であつて、 停止過程において、ボイラ給水流量が最低流量
   に制限され、かつ負荷降下中であることをもつて
   燃料量が主蒸気圧力偏差の信号により制御される
   ことを阻止し、代わりに、主蒸気圧力偏差の信号
   により過熱器減圧弁を制御せしめ、 目標負荷設定値が降下し始め、かつ実負荷が所
   定値に低下したことをもつて主蒸気止め弁の閉操
   作を開始することを特徴とする貫流ボイラの変圧
   停止制御方法。