JPS63294416A - ボイラ自動制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所等におけるボイラ自動制御装置に
係り、異種燃料油をブレンドし使用するプラントや、単
味燃料のプラントにて通常運転時の負荷変化時あるいは
Ｆ　ＣＢ　（Ｆａｓｔ　　Ｃｕｔ　［１ａｃｋ）　。

ランバック等の急激な負荷変化時の燃料母管圧力やバー
ナヘッダ圧力の変動を制御せしめることを可能としたボ
イラ自動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、火力原子力発電ＶｏＱ、３２゜Ｎａ　３
の「所内単独運転の計画設計と実際」中の２２７〜２３
３頁の「２・５燃料浦系統」に示されている。この装置
は、燃料ブレンド制御を行っているプラントＰＣＢ時の
燃料絞り込み方式としては、ＰＣＢ発生によりボイラ自
動制御装置の指令信号にて燃料流量制御弁を急速に絞り
込み、かつバーナ制御装置にて時限バーナカット回路を
設け、制御弁との協調をはかる制御を行っている。

ここで、ＰＣＢとは、送電系統事故等ににより、発電所
の所内単独運転の負荷まで、３０秒以内で急速に負荷を
落すべく燃料を絞り込む操作をいう。

すなわち、燃料流量弁の絞り込みと、バーナカットのタ
イミングの不一致から発生する燃料母管圧力やバーナヘ
ッダ圧力の高、低トリップを回避するために、燃料調整
弁の絞り込み速度にバーナカットスピードを一致させる
ようにバーナカット制御に時限回路を設け、タイミング
の協調をはかった制御を行っている。

しかし、経年変化等による流調弁の速溶性の劣化、流調
弁の開度特性から起こる絞り込み時間の違い等、さらに
は流調弁の絞り込みとバーナカットタイミングの不一致
から発生する燃料母管圧力やバーナヘッダ圧力変動時の
積極的な圧力修正制御の必要性については配慮されてい
ない。

また従来より、燃料流量制御は、燃料流調弁による流量
制御が主であり、ＰＣＢ、ランバック等の負荷変化時に
燃料圧力が大きく変動した場合の圧力制御については、
全く配慮されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、通常運転時の負荷変化時や、ＰＣＢ、
ランバック等の急激な負荷変化時においては、燃料流調
弁による流量制御が主であり、燃料圧力制御について配
慮されていなかった。すなわち、通常負荷変化時におい
て、燃料圧力ミニマム制限による燃料流調弁の下限制限
を行う程度であった。そのため、ＰＣＢ、ランバック発
生によるバーナヘッダ圧力の低トリップや、負荷変化時
の燃料圧力変動による主蒸気圧力の変動が発生するなど
、安定したプラント運転ができなくなるという問題があ
った。

本発明の目的は、ＰＣＢ、ランバック等の負荷変化時の
燃料油圧力変動を抑制し、安定したプラント運転を可能
ならしめることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、燃料供給部と、この燃料供給部と燃料母管に
より連通された複数のバーナを有するボイラと、燃料母
管に設けられた燃料流調弁を開閉させて燃料供給量を制
御する流量制御部と、前記ボイラの複数のバーナに個々
に設けた弁を開閉して各バーナの点火および消火を制御
するバーナ制御部と、を備えたボイラ自動制御装置にお
いて、燃料母管のバーナより上流側位置に圧力可変手段
を設け、燃料流調弁より上流側に燃料母管圧力検出器を
設け、バーナ部分にバーナヘッダ圧力検出器を設け、前
記圧力可変手段を前記両検出器の検出信号により制御す
る圧力制御部を設けたものである。

〔作用〕

本発明は、負荷変化時に燃料母管を流れる燃料の流量を
検出して燃料流調弁を制御することの他に、さらに燃料
母管内の圧力およびバーナヘッダ圧力の同圧力を検出し
、この検出信号により燃料母管内の圧力を調節する圧力
可変手段を制御し、もって、燃料流量と圧力の両回子に
よって負荷変化に対応し、通常運転時のボイラの安定運
転を図るとともに、ＰＣＢ等の急激な負荷変化時におけ
るバーナ制御部にてバーナカットを順次実施することで
強制的に燃料を絞る制御と、流量制御部にて燃料流調弁
を急速に絞る制御とを並行して行う際に、この二つの制
御に伴う燃料流量特性のずれに基づくバーナヘッダ圧力
の変動を防止し、急激な負荷変動に対してもボイラの安
定運転を可能にしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

まず、第２図において、火力発電プラントの概要を説明
する。火力発電プラントは、ボイラ本体である火炉２．
高圧タービン３３．中圧タービン３４２発電機３５によ
り構成され、ボイラの自動制御部３１は、負荷（タービ
ン・発電機）からの要求、つまりタービン制御部３２が
タービンガバナ５０の開度調整を行い、この開度により
決定される蒸気の圧力、温度を規定値に保っぺ〈燃料母
管１７に設けられた燃料流調弁１５により燃料を、ボイ
ラ給水ポンプ（以下、ＢＦＰと略す）３７と給水流調弁
３８により給水量を、また押込通風機（以下、ＦＤＰと
略する）４６とＦＤＰ入ロベロベーン２６り空気を、そ
れぞれ制御する。

ここで、燃料として、硫黄分やカロリー分の異なるＡ、
Ｂ重油をブレンドする燃料供給部について説明すると、
Ａ重油ポンプ５．Ｂ重油ポンプ６にて送られた重油は、
Ａ重油とＢ重油との混合比をＡ重油ブレンド弁９とＢ重
油ブレンド弁１ｏの開度により制御し、さらにブレンダ
１１によりＡ。

Ｂ重油が均一に混合されるようにする。この均一に混合
された重油は、燃料流調弁１５によりプラント状態に見
合って流量制御される。

次に、燃料ガスの流れについて説明すると、火炉２にて
燃焼したガスは、火炉壁水管（以下、ＷＷと略す）４３
．ドラム４７，２次過熱器（以下、２　Ｓ　Ｈと略す）
４２．再熱器（以下、ＲＨと略す）４１．１次過熱器（
以下、ＩＳＨと略す）４０、節炭器（以下、ＥＣ○と略
す）３９を通り、一部は再循環ガスとしてガス再循環フ
ァン（以下、ＧＲＦと略す）４４とＧＲＦ入ロゾロダン
パ４５りガス再循環量を調整して火炉へ注入させること
により、ＷＷ４３．　ドラム４７．２ＳＨ４２゜ＲＨ４
１，ｌ５Ｈ４０，ＥＣ０３９での伝熱量調整に使用し、
残りの燃焼ガスは煙突より大気へ排出される。

また、水蒸気系について説明すると、中圧タービン３４
からの排気を復水器３６により冷却して復水とし、この
水をＢＦＰ３７により加圧し、給水流調弁３８にて給水
量を調整した水は、ＥＣ０３９にて加熱され、ＷＷ４３
にて過熱されて蒸気となる。この蒸気は、ドラム４７に
て飽和蒸気と飽和水に分離され、ｌ５Ｈ４０で過熱後、
給水の一部をスプレー弁４９を介して減温器４８に注入
することにより、蒸気温度の調整を行う。さらに、この
蒸気は、２　Ｓ　Ｈ４２にて定格温度まで過熱されて、
タービンガバナ５０を経て高圧タービン３３へ送られる
。高圧タービンで仕事を終えた蒸気は、ＧＲＦ入ロゾロ
ダンパ４５整することにより、ガス再循環量を調整し、
ＲＨ４１にてガス対流熱を吸収し定格温度まで蒸気を再
熱させて中圧タービン３４へ送られる。

その他の構成として、中央操作盤３０．複数のバーナの
点火および消火を制御するバーナ制御部２１、バーナ燃
料元弁２２ないし２５がある。

次に、本発明の根拠について、第８図ないし第１３図に
基づいて説明する。

第８図に、従来の燃料制御系の負荷変化時およびＰＣＢ
時の主なプロセス量の挙動の一例を示す。

同図より、まず通常の負荷変化中においても、バーナ本
数増加に伴うバーナ点火時におけるバーナヘッダ圧力の
変動および燃料流調弁の応答遅れが主蒸気圧力の変動と
なって現われていることがわかる。すなわち、バーナヘ
ッダ圧力の変動については、第９図のバーナターンダウ
ン特性に示しているように、燃料流量の増減、つまり負
荷の変動によりバーナ１本当りの容量に見合ったバーナ
本数として、バーナヘッダ圧力の低下によるバーナ火炎
の失火や、バーナヘッダ圧力の増加によるバーナ火炎の
吹き飛びに伴う失火の防止を図っているものの、バーナ
点火および消火時においては、どうしてもバーナヘッダ
圧力の変動が発生する。

具体的に説明すると、バーナ本数を増加する場合、２本
点火状態でバーナヘッダ圧力が増加すると、ヘッダ上限
設定圧Ｕに至るＡ点になると、３本目のバーナが点火し
、それによりヘッダ圧力はＢ点に低下するが、再び上昇
して０点に至ると、４本目が点火する。矢印実線で示し
たこの繰り返しにより、最終的に８本のバーナが点火す
る。逆に消火の場合は、ヘッダ下限設定圧りを境点とし
て同図ａ−＋ｂ→Ｃ→・・・のごとく順次消火する。

燃料流調弁の開度と流量の特性については、第１０図に
示した通り、弁開度が５０〜１００％の領域では、弁開
度に対する燃料流量のゲインが高くて、燃料流量の制御
性は良好となるが、弁開度が０〜５０％の領域では、逆
にゲインが低いため、流量の制御性はよくない。すなわ
ち、負荷帯により燃料流調弁の特性が異なるため、急激
な負荷変動に対しては、燃料流量の応答遅れとなって現
われてくる。

次に、同じく第８図に、火力発電所の運転において最も
過酷な負荷変動であるＰＣＢにおける。

主なプロセスの挙動を示す。ＰＣＢ発生より燃料流調弁
の絞り込みとバーナ消火が並列して行われるが、同図の
場合、バーナヘッダ圧力が低下したため、プラントトリ
ップとなった場合を示している。以下、この挙動につい
て説明する。

第１１図に、ＰＣＢ時のバーナターンダウン特性を示す
。矢印の実線は、バーナヘッダ圧力が低トリップ以下と
なる場合を示す。すなわち、バーナ本数が８本で、しか
もバーナヘッダ圧力が低くなっている場合には低トリッ
プ、バーナヘッダ圧力が高くなっている場合には高トリ
ップとなってしまう可能性が高くなることを示している
。

第１２図には、ＰＣＢ時のバーナ消火タイムチャート（
以下、バーナカットと呼ぶ）と、これに伴うバーナ側と
して燃料を流すことのできる量以下、バーナ容量燃料流
量と呼ぶ）の特性を示す。

本図より、バーナ本体の特性から、バーナ制御装置の消
火指令より、実際のバーナ消火完了までは多少の応答遅
れがあるものの、バーナ消火指令からバーナ消火完了ま
で、６〜７秒と比較的速いことがわかる。

一方、第１３図には、第１２図で示したＰＣＢ時のバー
ナ容量燃料流量特性と合わせて、燃料流調弁の応答特性
を示す。さらに、この２つの流量特性の違いにより、バ
ーナヘッダ圧力の変動を同じ時間軸に示す。すなわち、
ＰＣＢ時においては、バーナ制御部によるバーナカット
を実施することで、強制的に燃料を絞る制御と、燃料の
流量制御部による燃料流調弁を急速に絞る制御とが並行
して行われるため、この２つの制御による燃料流量特性
のマツチングが難しく、結果的にバーナヘッダ圧力の変
動となってあられれてくることを示している。

従来のプラントにおいては、このバーナヘッダ圧力変動
を抑制する方法としては、ＰＣＢ試験を数多〈実施し、
バーナカットのタイミングや燃料流調弁の特性改善を検
討するしかなく、しかも、ＰＣＢは１／４．２／４．３
／４．４／４負荷という特定の負荷でしか試験せず、バ
ーナ本数やバーナヘッダ圧力が種々異なる実際のすべて
の運転負荷帯においても、ＰＣＢが成功するという可能
性は保障されていない。

よって１以上の事実から、ＰＣＢに代表されるような急
激な負荷変動に伴うバーナヘッダ圧力および燃料母管圧
力の変動を抑制する機能をもたせることの必要性がある
ことがわかる。

第１図は、ブレンド弁にて燃料母管圧力、バーナヘッダ
圧力を制御する本発明を適用した制御回路を示す。

同図で、１は全制御部の範囲を示す。まず、燃料の流量
制御部について説明する。燃料流量要求値設定器１８の
信号と、燃料流量検出器１４の信号との偏差を加算器１
１６で演算し、この偏差信号を比例積分器１１７で演算
する。また、ボイラに対する負荷要求信号であるボイラ
マスタ１９の信号と、所内にて負荷要求を設置する設定
器１１８の信号を切換器１１９を介し、負荷要求信号を
燃料流量ベースに換算する関数発生器１２０を介し、こ
の信号を燃料流量指令の先行指令として、加算器１２１
にて加算し、燃料流調弁１５を操作する。

一方、ブレンド弁９，１０の制御については、バーナ制
御部で行うが、これはＡ重油流量検出器７の信号と、８
重油流量検出器８の信号を加算器１０１にて加算し、除
算器１０２にて燃料ブレンド比率を演算し、ブレンド比
率設定器１０３の設定信号との偏差を加算器１０４にて
演算し、この偏差信号を比例積分器１０５で演算し、第
３図に示すブレンド弁開度特性を関数発生器１０６゜１
０７に設定し、ブレンド弁９，１０を操作する。

第３図で、実線は、従来の燃料比率（以下、ブレンド比
と呼ぶ）により特性を示し、破線は、ブレノド後の燃料
油圧力補正を行った場合の特性を示す。すなわち、急激
な負荷変動などにより、燃料母管圧力や、バーナヘッダ
圧力が変動した場合には、ブレンド比は変えることなく
Ａ重油ブレンド弁９とＢ重油ブレンド弁１０を同比率で
絞る補正を行うことにより、上記燃料油圧力の補正を実
現させることができる。

本実施例では、燃料供給部を複数の燃料タンク３．４と
、この各燃料タンク３，４の下流に個々に設けた燃料送
給ポンプ５，６と、この燃料送給ポンプ５，６の下流に
個々に設けた流量調節用のブレンド弁９，１０と、この
ブレンド弁９，１０の下流に設けたブレンダ１１とから
構成し、前記各ブレンド弁９，１０に、後述する圧力制
御部からの制御信号を入力して、前記燃料送給ポンプ５
゜６およびブレンド弁９，１０に燃料母管１７内の圧力
を調節する圧力可変手段を兼用させた。

すなわち、通常、ブレンド弁９，１０は、異種燃料のブ
レンド制御を行うことを主機能としているが１本実施例
では、このブレンド弁９．１０にて、燃料母管圧力およ
びバーナヘッダ圧力の制御機能も持たせるため、既存要
素を利用して目的を達成することができる。つまり、圧
力制御部は、燃料母管圧力検出器１３の信号と、バーナ
ヘッダ圧力検出器１６の信号とを、各々圧力設定器１１
Ｏ２１１４にて設定し、加算器１１１，１１３にて偏差
演算し、低信号選択器１１２にて信号選択し、比例積分
器１１５にて圧力修正信号を作成し、Ａ重油流調弁操作
信号とＢ重油流調弁操作信号に、各々乗算器１０８，１
０９にて圧力修正信号による補正を行い、各ブレンド弁
９，１０を操作する。

すなわち、燃料母管圧力やバーナヘッダ圧力の変動を上
流に燃料送給ポンプ５，６を有する各ブレンド弁９，１
０を圧力可変手段とし、この圧力可変手段を抑制するこ
とにより圧力調節を行い。

特にＰＣＢ、ランバック等の負荷変動発生時に、安定し
たプラント運用が継続できるものである。

第４図は、上記実施例に係る本発明の機能を示すフロー
チャートである。まず、制御ブロック４０１にて、ブレ
ンド制御を行うプラントにおいては、使用燃料の硫黄分
やカロリー量によって最適なブレンド比を設定する。

次に、演算ブロック４０２にて、燃料母管圧力やバーナ
ヘッダ圧力が規定値内であるかを判定する。もし、規定
値内であれば処理は終了するが。

規定値外であれば演算ブロック４０３に進む。

演算ブロック４０３では、燃料母管圧力やバーナヘッダ
圧力などの燃料油圧力変動による主蒸気圧力変動や、バ
ーナ火炎の失火によるプラントのトリップを未然に防ぐ
べく、圧力可変手段を調整する。

第５図に基づいて作用を説明する。同図は、上記実施例
に係る本発明の制御方式を採用した場合の燃料制御系の
負荷変化時およびＰＣＢ時の主なプロセス量の挙動の一
例を示す。同図より明らかなように、通常の負荷変化中
においては、バーナヘッダ圧力の変動を抑制すべくブレ
ンド弁９゜１０に補正を加えることにより、主蒸気圧力
の変動を押えている。さらに、ＰＣＢ時においては、バ
ーナヘッダ圧力の低下を、低トリップ値以下とならない
ようにブレンド弁９，１０を急速に開ける方向に補正す
ることにより、プラントのトリップ事故を防止するなど
、プラント運転全搬に対して安定した運用が可能となる
ことがわかる。

燃料流調弁１５の開度を一定にし、ブレンド弁９．１０
の開度を変化させると、燃料油母管圧力が変化するとい
う事実を利用し、燃料流量制御は従来通りに燃料流調弁
１５にて行い、燃料油圧力の制御をブレンド弁９，１０
にて制御したものである。すなわち、ＰＣＢ、ランバッ
ク時などの急激な負荷変化発生における強制的な燃料絞
り込みは燃料流調弁１５で行い、その結果発生する燃料
母管圧力の変動をブレンド弁９，１０にて制御したもの
である。また、通常の負荷変化時においても、燃料流量
制御は、燃料流調弁１５で行い、燃料圧力の制御につい
ては、ブレンド弁９，１０にて制御することにより、負
荷変化発生に起因する燃料母管圧力変動によるプラント
がトリップする事故や、主蒸気圧力が変動することを防
止できる。

第６図は、本発明の他実施例に係り、単味燃料を使用す
るプラントに本発明を適用した制御回路を示す。燃料流
調弁１５の制御方式は、第１図と同様な方式である。

一方、燃料母管圧力やバーナヘッダ圧力の制御について
は、圧力可変手段として、上流側に高圧発生部として燃
料送給ポンプ５を有する燃料圧力流調弁２０を燃料母管
１７に設けることにより行う。つまり、燃料母管圧力検
出器１３の信号と、バーナヘッダ圧力検出器１６の信号
を、各々圧力設定器１１０，１１４にて設定し、加算器
１１１゜１１３にて偏差演算し、低信号選択器１１２に
て信号選択し、比例積分器１１５を介し燃料圧力調整弁
２０を操作するものである。

本実施例においても、ＰＣＢ、ランバック等の負荷変化
発生時に、燃料母管圧力やバーナヘッダ圧力の変動を抑
制することができ、安定したプラント運転の継続ができ
る。

第７図も、本発明の他の実施例に係り、第６図の実施例
との相違点は、圧力可変手段の燃料圧力調整弁２ｏの設
ける位置が異なるだけであり、作用および効果は変わら
ない。すなわち、バーナより上流側であれば、圧力可変
手段の設ける位置は限定されない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、油焚き火力発電所等のボイラにおいて
、通常運転時およびＰＣＢ、ランバック発生時の燃料母
管圧力、バーナヘッダ圧力変動に起因したバーナ火炎失
火防止によるボイラトリップや、負荷変化時の燃料母管
圧力、バーナヘッダ圧力変動による主蒸気圧力変動を抑
制できるので、安定したプラントの運用が継続できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御系統図の一実施例を示し、第
２図は代表的なドラムボイラの本体系統図および主要制
御装置の構成図を示し、第３図は従来制御方式と本発明
制御方式を採用した場合のフレンド弁の開度特性を示し
、第４図は第１図に示した実施例のフローチャートを示
し、第５図は第１図に示した実施例の主なプロセス量の
挙動を示す図であり、第６図および第７図はそれぞれ本
発明の異なる他実施例を示す制御系統図、第８図は従来
方式による場合の第５図に相当する図、第９図および第
１１図はバーナの点火および消火時の燃料流量とバーナ
ヘッダ圧力との関係図、第１０図は燃料流調弁の開度特
性を示す図、第１２図はＰＣＢ発生時のバーナカットタ
イミングおよび流量特性を示す図、第１３図は従来方式
でのＰＣＢ発生時の燃料流調弁とバーナ容量燃料流量の
特性およびバーナヘッダ圧力の挙動を示す図である。 ２・・火炉（ボイラ）、３．４・・・燃料タンク、５゜
６　燃料送給ポンプ、９，１０・・・ブレンド弁。 １３・燃料母管圧力検出器、１５・・・燃料流調弁、１
Ｇ・バーナヘッダ圧力検出器、１７・・・燃料母管、２
０・・・燃料圧力流調弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料供給部と、この燃料供給部と燃料母管により連
   通された複数のバーナを有するボイラと、燃料母管に設
   けられた燃料流調弁を開閉させて燃料供給量を制御する
   流量制御部と、前記ボイラの複数のバーナに個々に設け
   た弁を開閉して各バーナの点火および消火を制御するバ
   ーナ制御部と、を備えたボイラ自動制御装置において、
   燃料母管のバーナより上流側位置に圧力可変手段を設け
   、燃料流調弁より上流側に燃料母管圧力検出器を設け、
   バーナ部分にバーナヘッダ圧力検出器を設け、前記圧力
   可変手段を前記両検出器の検出信号により制御する圧力
   制御部を設けたことを特徴とするボイラ自動制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、燃料供給部を複数
   の燃料タンクと、この各燃料タンクの下流に個々に設け
   た燃料送給ポンプと、この燃料送給ポンプの下流に個々
   に設けた流量調節用のブレンド弁と、このブレンド弁の
   下流に設けたブレンダーとから構成し、前記各ブレンド
   弁に前記圧力制御部からの制御信号を入力して前記燃料
   送給ポンプおよびブレンド弁に圧力可変手段を兼用させ
   たボイラ自動制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、圧力可変手段は圧
   力制御部からの制御信号を受ける燃料圧力調整弁と、こ
   の燃料圧力調整弁より上流側に設けた圧力発生部とから
   なるボイラ自動制御装置。