JPS6326802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気発生設備制御装置に係り、特に高
負荷変化率で運用される蒸気発生装置を含む設備
に好適な蒸気発生設備制御装置に関する。

従来のこの種の蒸気発生設備制御装置は、水を
加熱して蒸気を発生して熱負荷に供給する蒸気発
生装置と、この蒸気発生装置に供給される熱エネ
ルギー及び給水等の供給量を制御して蒸気発生装
置からの発生蒸気量を制御する補機と、該熱負荷
（例えば、タービン発生機等）に供給する蒸気量
を決定するための負荷指令を取り込み、これに基
づいて前記補機の運転及びその他の必要部分（例
えば、タービン発電機の加減弁等）の運転を制御
する制御回路とを備えて構成されている。前記制
御回路は、負荷指令に基づいて、蒸気発生装置か
ら発生する主蒸気圧力の設定値を負荷指令の関数
として演算し、この演算結果と蒸気発生装置から
の実際の蒸気圧力との偏差をとり、この偏差信号
を比例積分した信号により、あらかじめ負荷指令
から求めた蒸気発生要求指令を補正して補機運転
指令を形成すると共に、前記蒸気発生要求指令と
熱負荷の実際の状態（例えば、タービン発電機の
発電量）信号から蒸気供給指令を形成するように
構成されている。

このように構成された蒸気発生設備制御装置の
動作を第１図に基づいて説明する。

第１図は、蒸気発生装置における補機の一つと
しての給水ポンプの特性を示す特性図である。図
において、横軸には給水ポンプの吐出流量Ｑをと
り、縦軸には給水ポンプの吐出圧力Ｈをとる。ま
た、図中符号N₁，N₂，N₃，……，N_Mは給水ポ
ンプの回転数であつて、N₁は最少回転数を示し、
N_Mは最大回転数を示すものである。さらにQ_MIN
は給水ポンプの最少流量曲線、Q_MAXは給水ポン
プの過負荷曲線、Q_Nは給水ポンプの定格流量曲
線であり、また、図におけるP_Sは、前記制御回路
が負荷指令に基づいて形成した補機運転指令に応
じて蒸気発生装置から発生する主蒸気圧力の一例
を示したものであり、H_Sは前記圧力P_Sより所定
の値だけ高い給水ポンプの吐出圧力である。な
お、給水ポンプの吐出圧力H_Sは主蒸気圧力P_Sに
蒸気発生装置及びその他の圧力損失を加えた圧力
としてある。

ところで、給水ポンプは、ポンプ回転数Ｎが
N₁≦Ｎ≦N_Mで、かつ給水ポンプの吐出流量Ｑが
Q_MIN≦Ｑ≦Q_MAXとなる範囲において運転される
必要がある。しかしながら、前述したように、主
蒸気圧力曲線P_Rは、負荷指令の関数として出力
した主蒸気圧力設定値信号と蒸気発生装置の実際
の蒸気圧力の信号との偏差を比例積分したもので
補正した補機運転指令で制御されているため、負
荷上昇指令が入力されたときに、本来なら主蒸気
圧力曲線P_S上を左から右に移動するのであるが、
実際には主蒸気圧力P_Rは前記主蒸気圧力曲線P_S
より下に下がり気味で追従することになる。当
然、給水ポンプの吐出圧力H_Rは、本来の給水ポ
ンプ吐出圧力曲線H_Sよりも下がり気味となり、
場合によつては給水ポンプの過負荷曲線Q_MAXを
超えてしまうという欠点があつた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、変圧運転をする蒸気発生装置の給水を安定に
供給し得る蒸気発生設備制御装置を提供するにあ
る。

本発明は、上記目的を達成するために、増負荷
指令を検出し、この増負荷指令値に応じて蒸気発
生装置の補機運転指令を本来の補機運転指令より
高めに設定するようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図は本発明に係る蒸気発生設備制御装置の
実施例が適用される発電プラントの概略構成を示
す系統図である。図において、蒸気発生装置とし
てのボイラ１０には、タービン駆動給水ポンプ１
２及び１４並びに電動機駆動給水ポンプ１６から
給水１００が供給されるようになつており、また
前記ボイラ１０には燃料ポンプ１８からの燃料が
燃料制御弁２０で制御されて供給されると共に、
給気フアン２２からの空気が制御ダンパ２４で制
御されて供給されるようになつている。ここで、
蒸気発生装置としてのボイラ１０に供給される熱
エネルギーを制御する補機としては、燃料ポンプ
１８、燃料制御弁２０、給水フアン２２及び制御
ダンパ２４が相当し、かつ給水を制御する補機と
しては給水ポンプ１２，１４及び１６が相当する
ものである。

前記ボイラ１０は、前記燃料の燃焼に応じて給
水１００を蒸気１０２とし、これを加減弁２６を
介して熱負荷としてのタービン２８に供給するよ
うになつている。このタービン２８は、加減弁２
６で制御された蒸気１０２Ａに応じた回転仕事を
発生するように構成されており、かつその回転仕
事を発電機３０に伝達できるように構成されてい
る。この発電機３０は、その仕事に応じた電力を
発生できるように構成されている。また、前記タ
ービン２８は、その蒸気１０２Ａのほとんどを複
水器３２に送るようになつており、複水器３２は
蒸気１０２Ａを複水１０４としてポンプ１２，１
４及び１６に戻すようになつている。前記給水ポ
ンプ１２，１４及び１６の吸入側は共通にされ複
水１０４を含む給水１０６を吸入できるようにす
ると共に、それら吐出側は、逆止弁３４，３８及
び４２と止弁３６，４０及び４４とを図示の如く
それぞれ直列したものを介して共通にして合流点
に接続し、かつ給水１００としてボイラ１０に供
給されるようになつている。さらに、タービン駆
動給水ポンプ１２及び１４は、タービン２８から
の抽気１０８をポンプタービン制御弁４６及び４
８で制御することによつて回転するタービン５０
及び５２をもつて駆動するようになつている。な
お、５４は発電機であり、この発電機５０で駆動
される給水ポンプ１６は蒸気発生設備の起動時に
用いられるものである。さらに、５６，５８及び
６０は、タービン駆動給水ポンプ１２及び１４並
びに発電機駆動給水ポンプ１６の吐出側に設けた
流量検出器であり、６２は給水ポンプ１２，１４
及び１６の吐出側合流点後の部分に設けた圧力検
出器である。また、給水配管には給水１００の流
量を検出する検出器６４が設けられており、さら
に、蒸気配管には蒸気１０２の流量及び圧力を検
出する流量検出器６６及び圧力検出器６８が設け
られている。加えて、発電機３０の出力には、発
電量を検出する検出器７０が設けられており、こ
こでは、これが熱負荷の実際の状態を検出する検
出器としての作用をする。

上記発電プラントを制御する制御回路７２は、
負荷指令７４及び自動周波数制御（AFC）指令
７６と、各種検出器５６，５８，６０，６２，６
４，６６，６８及び７０からの検出信号とを取り
込み、これらに基づいて補機すなわち、燃料制御
弁２０、制御ダンパ２４及びポンプタービン制御
弁４６，４８とを制御する補機運転指令を形成す
ると共に、熱負荷としてのタービン２８に供給す
る蒸気量を加減する加減弁２６を制御する蒸気供
給指令を形成し、これらに基づいて発電機３０の
発生量を制御するようになつている。

上記のように構成された発電プラントは、負荷
指令７４及びAFC指令７６に基づいて制御回路
７２でボイラ１０の燃焼制御、すなわち入力され
る熱エネルギーの制御をし、かつ給水ポンプ１
２，１４の制御をすると共に、加減弁２６を加減
制御してタービン２８の回転を制御し、発電機３
０の発電量を制御する。このとき、制御回路７２
は、負荷指令７４及びAFC指令７６に基づき、
各種検出器５６，５８，６０，６２，６４，６６
及び６８から検出信号と共に補機運転指令及び蒸
気供給指令を形成して補機類の運転制御及び加減
弁２６の制御を行うものである。

第３図は、本発明に係る蒸気発生設備制御装置
の一実施例に用いる制御回路の具体的構成を示す
ブロツク図である。第３図において、負荷指令７
４は加算器８０に取り込まれ、同様に加算器８０
に取り込まれたAFC指令７６が加算器８０にお
いて加算され蒸気発生要求指令としての発電量要
求指令８１を形成するようになつている。この指
令８１を減算器８２に供給し、かつ発電量検出器
７０からの実発電量８３も該減算器８２に供給し
て、この減算器８２において両者の偏差をとるよ
うになつている。また、この偏差信号８４は比例
積分演算器８５に取り込まれ、かつ該演算器８５
は、前記偏差８４を比例積分を行ないタービン加
減弁２６を操作するための蒸気供給指令S_Sを形成
するように構成されている。負荷指令７４は、主
蒸気圧力パターン演算関数発生器８６に供給され
るようになつており、この関数発生器８６は、第
１図に示す主蒸気圧力曲線P_Sが決定されて主蒸気
圧力設定値８７を出力できるように構成されてい
る。前記関数発生器８６からの主蒸気圧力設定値
８７は、加算器８８を介して減算器８９に供給さ
れるようになつており、この減算器８９は主蒸気
圧力検出器６６からの検出圧力信号９０を取り込
み、この信号９０と前記設定値８９との偏差を取
り、偏差信号９１としての比例積分演算器９２に
供給できるようになつている。前記比例積分演算
器９２からの信号９３は、加算器９４に供給でき
るようになつており、したがつてこの加算器９４
は、前記加算器８０からの蒸気発生要求指令とし
ての発電要求指令８１に前記信号９３を加算して
補機運転指令９５として出力するようになつてい
る。この加算器９４からの補機運転指令９５は、
燃料制御弁制御器９６、制御ダンパ制御器９７及
び給水ポンプ制御器９８に供給されるようになつ
ており、かつ各制御器９６，９７及び９８は、上
記指令９５に応じてそれぞれ燃料制御弁２０、制
御ダンパ２４及び給水ポンプ１２，１４の制御弁
４６，４８を制御するようになつている。

さらに、符号９９は増負荷検出補正回路であ
り、この増負荷検出補正回路９９は、負荷指令７
４を取り込み、この負荷指令７４のうちの増負荷
指令のみを検出すると、その負荷指令の負荷増加
率及び負荷変化幅に応じて圧力設定値が高くなる
ような信号を加算器８８に供給できるように構成
されている。すなわち、本実施例の特徴は関数発
生器８６からの圧力設定値８７に、増負荷指令が
あつたときに、増負荷検出補正回路９９からの補
正値が加算されるように構成されている点にあ
る。

上述のように構成された制御回路７２の動作を
以下に説明する。

負荷指令７４は、加算器８０においてAFC指
令７６と加算されて蒸気発生要求指令としての発
電発生要求指令８１となり、この発電要求指令８
１は、さらに減算器８２において発電量検出器７
０からの実発電量との偏差がとられる。この偏差
信号は比例積分演算８５に取り込まれて比例積分
されて蒸気供給指令S_Sに形成される。この蒸気供
給指令S_Sは、加減弁２６をその指令値に応じて開
閉制御するものである。負荷指令７４はまた主蒸
気圧力パターン演算関数発生器８６により、第１
図の主蒸気圧力の曲線が決められた主蒸気圧力設
定値８７となり、加算器８８を介して加算器９０
に供給され、かつ圧力検出器６６からの実主蒸気
圧力信号９０との偏差をとつて偏差信号９１を出
力する。この偏差信号９１は比例積分演算器９２
に供給されて、比例積分演算を行ない前記発電量
要求信号８１に加算器９４で加算されて、補機運
転指令９５に出力する。

一方、負荷指令７４は、増負荷検出補正回路９
９に加えられ、この負荷指令７４のうちの増負荷
を検出し、負荷増加時にはその負荷増加率及び負
荷変化巾に応じて、圧力設定値８７が本来の値よ
り高く設定されるように加算器８８において関数
発生器８６からの圧力設定値８７に前記検出補正
回路９９からの信号を加算する。こうすることに
よりボイラ１０の蒸気出力は加速され主蒸気圧力
も高くなり、そのままでは発電量検出器７０から
の蒸気発電量信号８３が増加するので、相対的に
タービン加減弁２６も閉まり気味に運用されて、
結果として給水ポンプ１２，１４の吐出圧力を高
く運用できることになる。

したがつて、負荷指令７４が増負荷指令のとき
のみ、第１図に示すように、主蒸気圧力P_Lを本
来の主蒸気圧力P_Sより高めになるように補機（す
なわち、給水ポンプ１２，１４、燃料制御弁２０
及び制御ダンパ２４）を運転しているので、給水
ポンプ１２，１４の過負荷が防止でき、安定に給
水できることになる。

第４図は、増負荷検出補正回路９９の原理的構
成例を示すブロツク図である。この図において、
第３図の構成要素と同一要素には同一の符号を付
してその構成作用の説明を省略する。この図に示
す実施例は、負荷指令７４を取り込み、これの微
分値をとることにより負荷変化率を検出する微分
器９９Ａと、この微分器９９Ａからの負荷変化率
信号のうち負荷減少信号を除去し、かつ増負荷信
号のときに加速信号S₉₉を出力する増負荷検出器
９９Ｂとから構成されている。

この増負荷検出補正回路９９によれば、負荷指
令７４を微分器９９Ａで微分し、その結果から負
荷変化率信号を得て、増負荷検出器９９Ｂでその
変化率信号のうちの負荷減少信号を除去し、かつ
増負荷指令が検出されると、加速信号S₉₉を出力
し、主蒸気圧力を、例えば圧力曲線P_Sから圧力曲
線P_Lになるようにする。

第５図は、増負荷検出回路９９の他の原理的構
成例を示すブロツク図である。この第５図におい
て、第３図に示す構成要素と同一構成要素には同
一の符号を付してその構成作用の説明を省略す
る。第５図に示す実施例は、デイジタル制御装置
の場合の構成であり、その構成は、現在の負荷指
令を記憶すると共に、規定時間経過するとその記
憶値をシフトする現在値メモリ９９Ｃと、この現
在値メモリ９９Ｃからシフトされた記憶値を記憶
する前回値メモリ９９Ｄと、前記両メモリ９９Ｃ
及び９９Ｄよりの値を演算して偏差をとり負荷変
化率を算出する減算器９９Ｅと、この減算器９９
Ｅからの負荷変化率のうち負荷減少信号を除去
し、かつ増負荷指令が検出されたときに加速信号
S₉₉を出力する増負荷検出器９９Ｅとからなつて
いる。

この増負荷検出補正回路９９によれば、負荷指
令７４を現在値メモリ９９Ｃに入れ、規定時間経
過後前回値メモリ９９Ｄにシフトする。このとき
現在の負荷指令７４を現在値メモリ９９Ｃに入
れ、この現在値負荷指令７４′と負荷指令７４と
の差を減算器９９Ｅでとることにより負荷変化率
を算出し、この算出結果のうち増負荷検出器９９
Ｆにより減負荷信号を除去し、増負荷信号のとき
のみ加速信号S₉₉を出力して加算器８８において、
主蒸気圧力設定値８７に加速信号S₉₉として加え
るものである。

上述のように本実施例の増負荷検出補正回路９
９は構成され、作用するものであるが、実際に製
品に応用する場合は、雑音防止、信頼性向上等の
ため、時間遅れ要素、信号制限器、補正量可変の
ための利得、負荷変化巾の要素、負荷帯による補
正量可変等の機能を付加することが望ましい。

本実施例は、増負荷時、主蒸気圧力、タービン
駆動給水ポンプ１２，１４の吐出圧力の遅れを無
くすることにあるので、第２図において、圧力パ
ターン演算関数発生器８６及び増負荷検出９９の
部分を、最適制御理論による演算を用いても実現
できることはいうまでもない。

さらに、本実施例は、給水ポンプ１２，１４の
過負荷防止が実現でき、新設計品においては給水
ポンプ１２，１４の所要容量に対し、余裕を小さ
くすることが可能になるので、ポンプのコスト低
減にもつながる。また、主蒸気圧力を設計点近く
で運用することになるので負荷要求信号に対し、
発電量も安定に制御できるので、発電量の負荷変
化特性の向上、オーバーシユートの防止にもな
る。

なお、第４図及び第５図に示す増負荷検出器９
９Ｂ及び９９Ｆをとりはずせば、負荷降下時にお
ける制御性の向上と、アンダーシユートの防止に
もつながる。

以上述べたように本発明によれば、増負荷時に
補機運転指令を高めに設定し主蒸気圧力を高くな
るようにしたので、安定に給水がなされ、給水ポ
ンプの過負荷を防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は給水ポンプの流量・吐出圧力特性を示
す特性図、第２図は本発明に係る実施例が適用さ
れる発電プラントの概略構成を示す系統図、第３
図は本発明に係る実施例に用いられる制御回路の
構成を示すブロツク図、第４図は同制御回路の増
負荷検出補正回路の原理的構成を示すブロツク
図、第５図は同増負荷検出補正回路の他の原理的
構成を示すブロツク図である。 １０……蒸気発生装置（ボイラ）、１２及び１
４……タービン駆動給水ポンプ、１８……燃料ポ
ンプ、２０……燃料制御弁、２２……給気フア
ン、２４……制御ダンパ、２６……タービン加減
弁、２８……タービン、３０……発電機、５６，
５８，６０，６４及び６８……流量検出器、６２
及び６６……圧力検出器、７０……発電量検出
器、７２……制御回路、７４……負荷指令、７６
……AFC指令、８０，８８及び９４……加算器、
８２及び８９……減算器、８５及び９２……比例
積分演算器、８６……圧力パターン演算関数発生
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料を燃焼させて蒸気を発生する蒸気発生装
   置と、該蒸気発生装置からの蒸気量を蒸気供給指
   令に従つて制御して負荷に供給する蒸気流量加減
   手段と、該蒸気発生装置に供給する燃料・燃焼用
   空気・給水の量を加減制御する補機と、前記負荷
   に供給する蒸気量を指令する負荷指令を主蒸気圧
   力パターン演算関数器に与えて主蒸気圧力の設定
   値を求め、この求めた設定値と、蒸気発生装置か
   らの実際の圧力との偏差をとり、その偏差に応じ
   た信号をもつて、あらかじめ負荷指令から求めて
   おいた蒸気発生要求指令を補正することにより補
   機運転指令を形成すると共に、前記蒸気発生要求
   指令と熱負荷の実際の状態信号から蒸気供給指令
   を形成する制御回路と含んで構成した蒸気発生設
   備制御装置において、前記制御回路は、前記負荷
   指令のうちで増負荷指令を検出し、その増負荷指
   令の変化幅に応じた加速信号を出力する増負荷検
   出器を設け、この増負荷検出器からの加速信号を
   主蒸気圧力の設定値に加算するように構成したこ
   とを特徴とする蒸気発生設備制御装置。