JPS6365207A - ボイラ蒸気温度制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ボイラより発生する蒸気の温度を一定に保つ
ためのボイラ蒸気温度制御袋ｗｔ；関する。

（従来の技術） 火力発電プラント等においては、蒸気過熱器の材質、タ
ービンの熱効率や熱応力などの面から、ボイラから発生
する蒸気の温度をできるだけ一定に保つことが要求され
る。この蒸気温度を一定に保つには、通常、蒸気過熱器
量［１や蒸気再熱器出口の蒸気温度を検出し、その［］
標値との偏差をＰＩＤ調節計に入力して１）ＩＤ制御演
算を行ない、その出力によって蒸気過熱器あるいは蒸気
再熱器の蒸気通路の入口に設けられた減温器での水の噴
射量を調整するためのスプレープ？、あるいは、燃焼ガ
スの通過する配管を２つに分岐し、それぞれに配置した
蒸気過熱器と蒸気再熱器へ送る燃焼ガス流量の配分を調
整するためのガスダンパを操作するフィードバック制御
が行なわれろ。

ところが、従来のフィードバック制御７１式では、蒸気
温度の変化を検出した後に修正動作を行なうため、追従
性が悪く、蒸気温度が緩やかで小幅に変動する場合はよ
いが、急激で大幅に変動するときには、蒸気温度を所定
の温度範囲内に制御することができない問題があった。

そこで、蒸気温度の急激な変動に対して、蒸気流量ある
いは燃焼流量によるフィードフォワード制御を付加する
方法が考えられ、蒸気流量の変動により蒸気温度が変わ
る場合には、蒸気流量に基づくフィードフォワード制御
信ΣをＰＩＤ調節計の出力に加算し、また、燃料流量の
変動により蒸気温度が変わる場合には燃料流量に基づく
フィー１〜フオワード制御信シ）をＰＩＤ調節計の出力
に加算して、スプレー弁あるいはガスダンパ等を操作し
蒸気温度を一定とする制御が行なわれていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、蒸発部に煤が付着する等により吸熱効率が急激
に変化する場合は、給水の吸熱量が変わり、発生蒸気量
が変動し、蒸気流量が変わる。

このため、蒸気過熱器や蒸気再熱器の管壁を通して蒸気
へ伝わる熱量が一定であっても蒸気過熱器や蒸気再熱器
を通過した蒸気の温度が変動する。

このとき、蒸気は高速で流れてオンリ、蒸気流量が変化
したときには、すでに蒸気温度が変化しており、蒸気流
量によるフィードフォワード制御といってもフィードバ
ック制御的であり蒸気温度の変動を充分に抑制すること
ができないという問題点があった。また、燃料の単位重
量当りの発熱量に変動がある場合や、液体燃料等の燃料
を適宜ノズル等により供給して、炉内に堆積させて燃焼
させるおき燃焼方式によるボイラ等の場合には、蒸発部
における給水の吸熱量と供給した燃料流量間の直接的関
係がなくなるので、燃料流量に基づくフィードフォワー
ド制御も蒸気温度の変動を充分に抑制することができな
いという問題点があった。

そこで本発明は、燃料の単位重量当りの発熱量が変動し
易く、しかもその発熱量をオンライン・リアルタイムで
測定できない燃料を使用するボイラ、あるいは燃料供給
量は測定できるがその時の供給量と燃焼量が必ずしも一
致しないおき燃焼方式のボイラ、さらにボイラからの発
熱量と給水との間の熱交換をするための蒸発部において
、煤が多量に付着あるいは剥離し吸熱量の変化が生じ易
いボイラ等に対し、燃料の燃焼状態あるいは煤等により
、給水の吸熱量が急激に変化しても、蒸気４一 温度を所定温度範囲内となるように制御できるボイラ蒸
気温度制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は、蒸気温度の変動に対し、その直接的要因であ
る蒸発部における給水の蒸発量を直接左右する吸熱量に
着目し、吸熱量の変化を事前に告知する物理量を検出す
るための吸熱量先行指標検出手段と、この吸熱量先行指
標検出手段の出力する先行指標信号に基づいて所定の制
御演算を行なうためのフィードフォワード制御演算手段
と、このフィードフォワード制御演算手段の出力するフ
ィードフォワード制御信号を従来の蒸気温度のフィード
バック制御系に加算するための加算手段を設けたもので
ある。

（作用） 吸熱量先行指標検出手段の検出した吸熱量先行指標に応
じた適切な操作量のフィードフォワード制御を従来のフ
ィードバック制御に付加することにより、蒸発部におけ
る給水の吸熱量すなわち蒸発量が定常状態から急激に変
化しても、適宜その急激な変化に対応する進み遅れのな
い適切な操作量を各制御機器に送ることができ、蒸気温
度を所定の範囲内に制御することができる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例によるボイラ蒸気温度制御シ
ステム図を示す。

炉内で発生した燃焼ガスは、煙道部１内に配置された蒸
気過熱器あるいは蒸気再熱器（以下の説明では蒸気過熱
器と記す）２を加熱し、付着した煤を除去するためのス
ートブロー制御装置３が設けられている蒸発部４を加熱
したのち、排ガスとなって煙突５から大気へ放出される
。一方、図示していないボイラからの給水は、蒸発部４
で蒸気となり、減温器６を通り、蒸気過熱器２で燃焼ガ
スにより加熱され図示していないタービンへ送られる。

このようなボイラの蒸気系統において、蒸発部４の給水
の吸熱量の変化によらず蒸気温度を所定温度範囲内に制
御するため、フィードバック制御手段７とフィードフォ
ワード制御演算手段８が設けられる。このフィードバッ
ク制御手段７は、蒸気温度目標値ａと蒸気温度検出手段
９から得られる蒸気過熱器２の出口温度との偏差を算出
する減算手段７１と、その偏差をＰＩＤ演算するフィー
ドバック制御演算手段７２と、加算手段７３とから成る
。一方、フィードフォワード制御演算手段８は、蒸発部
４における給水の吸熱量の先行指標となる信号に後述す
るフィードフォワード制御演算を施こし出力するよう構
成される。このフィードフォワード制御演算手段８から
得られる第２の操作信号ｄはフィードバック制御演算手
段７２から得られる第１の操作信号Ｃに加算手段７３に
より加算されてスプレー弁１０の操作信号ｆとなり、減
温器６に噴霧する水量が調節される。

このとき、フィードフォワード制御演算手段８に入力す
る蒸発部４の吸熱量先行指標となる信号としては、ボイ
ラの特性に応じた下記の物理量を用いる。

（１）蒸発部４の入口ガス温度 蒸発部４の入口ガス温度は、炉内の燃料の燃焼状態によ
って変動し、吸熱する管壁の温度と差を生じ、遅れを伴
って給水の吸熱量を変動させ、発生蒸気量を変動させ続
いて蒸気温度を変動させる。

従って、蒸発部４の入口で測定したガス温度は、蒸発部
４における給水の吸熱量の有効な先行指標となる。

この蒸発部４の入口ガス温度を吸熱量先行指標とする場
合は、入口ガス温度検出手段１１１を設け、得られる検
出信号をフィードフォワード制御演算手段８に入力する
。

（２）蒸発部４の入口・出口ガス温度差蒸発部４に付着
する煤の量が経時変化やスートブローによる煤落しなど
によって変化すると、これらの個所で奪い去られるガス
の熱量が変り、蒸発部４の入口ガス温度と出口ガス温度
には温度差が生じる。一方、ガスから蒸発管を通る給水
へ伝わる吸熱量は煤の量が変わると変化し、遅れを伴っ
て蒸発量が変わり、続いて蒸気温度を変化させる。

従って、蒸発部４０入口と出口のガス温度差は、蒸発部
４における給水の吸熱量の有効な先行指標となる。

このガス温度差を吸熱量先行指標とする場合は、出口ガ
ス温度検出手段１１２を蒸発部４のガス出口側に設け、
得られる検出信号と先の入口ガス温度検出手段１１１か
らの検出信号との偏差を減算手段１１３で算出し、フィ
ードフォワード制御演算手段８へ入力する。

（３）蒸発部４の入口・出口ドラフト差圧蒸発部４の入
口・出口ガスのドラフト差圧は、これらの個所に付着す
る煤の量によって変化する。

これは煤の量が少なければ、入口と出口のガス圧はほと
んど変わらずドラフト差圧は低いが、煤の量が多いと通
気性が悪く入口と出口のガス圧が変わりドラフト差圧が
高くなることによる。従って、このドラフト差圧も蒸発
部４における給水の吸熱量の有効な先行指標となる。

このドラフト差圧を吸熱量先行指標とする場合は、蒸発
部４のガス入口側と出口側にそれぞれ入口ガス圧力検出
手段１１４と出口ガス圧力検出手段１１５を設け、それ
ぞれ得られる検出信号を減算手段１１６に入力して偏差
を算出し、これをフィードフォワード制御演算手段８に
入力する。

（４）蒸発部４におけるスートブロー状況をあらわすタ
イミング信号 前述したように、蒸発部４における煤の量によって、蒸
発部４での吸熱量が変わる。スートブローが行なわれる
と、煤の量が急減し、遅れを伴って発生蒸気量が増加す
る。その後、次のスートブローが行なわれる迄の間、徐
々に煤の付着量が増し、発生蒸気量が低減していく。従
って、スートブローの開始信号や終了信号、さらには終
了信号からの経過時間は煤の付着量と関係し、蒸発部４
における吸熱量の有効な先行指標となる。

このスートブローによる煤の付着状況を吸熱量先行指標
とする場合は、スートブロー制御装置３からのスートブ
ロータイミング信号をフィードフォワード制御演算手段
８に入力する。

今、蒸気温度のフィードバック制御中に、燃料の燃焼状
態が変動し、蒸発部４での給水の吸熱量が変化し、発生
蒸気量と共に蒸気流量が変化し、これにより蒸気温度が
変動する場合を考える。この蒸気温度の変動を抑制する
ため、給水の吸熱量先行指標として蒸発部４の人口ガス
温度検出手段１１１から得られる検出信号をフィードフ
ォワード制御演算手段８に入力する。

上記フィードバック制御系においては、蒸気過熱器２の
出口に設けられた蒸気温度検出手段９からの蒸気温度す
と予め設定された蒸気温度目標値ａとの偏差をフィード
バック制御演算手段７２でＰＩＤ演算することにより第
１の操作信号Ｃが得られる。この第１の操作信号Ｃを加
算手段７３にて上記フィードフォワード制御演算手段８
から得られる第２の操作信号ｄと加算し、スプレー弁１
０の操作信号として、減温器６へ噴霧する水量を制御す
る。これにより、蒸気温度は燃料の燃焼状態の変動によ
らず一定に制御される。

即ち、吸熱量先行指標である蒸発部４の入口ガス温度変
化Ｘ（Ｓ）、この入口ガス温度変化Ｘ（Ｓ）と発生蒸気
量変化Ｚ（Ｓ）との間の伝達関数をＧＭ（Ｓ）、また、
蒸発部４の蒸気出口における蒸気温度変化を”！　＋　
（Ｓ）とし、発生蒸気量変化Ｚ（Ｓ）と蒸気温度変化’
ｌ　１（Ｓ）との間の伝達関数をＧト＋（Ｓ）とすると
、’ｌ　１（Ｓ）　＝Ｇ　Ｎ　（Ｓ）・Ｇ　Ｍ　（ＳＩ
Ｘ（Ｓ）　　　　　＝・−（１）が成立する。

一方、フィードフォワード制御演算手段８の伝達関数を
ＧＦ（Ｓ）、その出力がスプレー弁１０．減温器６．蒸
気過熱器２を介して影響を与える蒸気温度変化を’ｌ　
２　（Ｓ）、その間の伝達関数をＧｐ（Ｓ）とすると、 ’ｌ　２　（Ｓ）　＝Ｇ　ｐ　（ＳＩＧ　Ｆ　（Ｓ）・
Ｘ（Ｓ）　　　　　　・・・−（２）が成立する。

更に、入口ガス温度変化Ｘ（Ｓ）による蒸気過熱器２の
蒸気出口における総合的蒸気温度変化をＶ（Ｓ）とする
と、入口ガス温度変化Ｘ　（Ｓ）と蒸気温度変化’Ｖ（
Ｓ）との間は、第２図に示す伝達関数によって表わすこ
とができ、 Ｙ（Ｓ）　＝Ｖ１（Ｓ）　＋’Ｖ　２（Ｓ）＝Ｇ　Ｎ　
（ＳＩＧ　Ｍ　（Ｓ）・Ｘ（Ｓ）　＋Ｇ　ｐ　（Ｓ）・
Ｇ　Ｆ　（ＳＩＸ（Ｓ）＝　　［Ｇ　Ｎ　（ＳＩＧ　Ｍ
　（Ｓ）　＋Ｇ　ｐ　（Ｓ）・Ｇ　Ｆ　（Ｓ）コ　・Ｘ
（Ｓ）・・（３） が得られる。

従って、フィードフォワード制御演算手段８の伝達関数
ＧＦ（Ｓ）を ＧＦ（Ｓ）＝−ＧＮ（Ｓ）・Ｇ　Ｍ（Ｓ）／Ｇ　ｐ　（
Ｓ）　　　・・・・・（４）に設定しておれば、常にＹ
（Ｓ）＝Ｏとなり、入口ガス温度変化Ｘ（Ｓ）による蒸
気温度への影響を除くことができる。

このようにして、燃焼状態の急激な変化が外乱として加
わり蒸気温度が変動しようとするのをフィードフォワー
ド制御演算手段８を設けることにより、完全に抑制する
ことができるようになる。

なお、現実には、フィードフォワード制御演算手段８の
伝達関数ＧＦ（Ｓ）を正確ニＧ　Ｎ　（ＳＩＧ　ｖ　（
Ｓ）／Ｇｐ（Ｓ）に設定することは困難であり、実用上
は−Ｋ（１＋Ｔ　ＩＳ）／（１＋Ｔ　２　Ｓ）のような
位相進み遅れ伝達関数を用いる。この場合、−ＧＮ　（
Ｓ）・ＧＭ（Ｓ）／Ｇｐ（Ｓ）との誤差に起因して蒸気
温度に微少の変動が生じるが、これは従来の蒸気温度の
フィードバック制御によって充分抑制でき、蒸発部４で
の給水の吸熱量を変動させる外乱が生じても蒸気温度を
十分一定に保つことができる。

このように、従来のフィードバック制御に、吸熱量先行
指標である蒸発部４の入口ガス温度に基づくフィードフ
ォワード制御信号を付加することにより、吸熱量が急激
に変化したとしても蒸気温度を一定に保つ安定した蒸気
温度制御を行なうことができる。

ところで、上記実施例では、吸熱量先行指標として蒸発
部４の入口ガス温度を用いた場合を例にとり説明したが
、前述したようにボイラ特性に応じて、蒸発部４の入口
・出口ガス温度差、入口・出口ドラフト差圧、蒸発部４
に設けられたスートブロー制御装置３からのスートブロ
ータイミング信号を単独あるいは組み合せで用いること
ができる。

例えば、吸熱量先行指標として蒸発部４の入口・出口ガ
ス温度差を用いることにより、蒸発部４におけるスート
ブローによる蒸気温度への影響を除くことができる。即
ち、蒸発部４に対するスートブローにより煤が落される
と蒸気温度が上昇しようとする。このとき、蒸発部４で
の吸熱量が増し入口・出口ガス温度差は大きくなるので
、これをフィードフォワード制御演算手段８に入力し、
スプレー弁１０を操作して減温器６への噴霧水量を増す
ことにより、蒸気温度の上昇を抑制することができる。

同様に、吸熱量先行指標として蒸発部４のドラフト差圧
を用いることにより、この場合も蒸発部４におけるスー
トブローによる蒸気温度の影響を除くことができる。即
ち、蒸発部４に対するスートブローにより煤が落される
と蒸気温度が上昇しようとする。このとき、燃焼ガスが
流れ易くなりドラフト差圧は小さくなるので、この信号
をフィードフォワード制御演算手段８に入力し、その出
力でスプレー弁１０を操作して、減温器６への噴霧氷量
を増すことにより、蒸気温度の上昇を抑制することがで
きる。

また、スートブローによる煤落しを、直接、スートブロ
ー制御装置３からのスートブローの開始あるいは終了を
示すスートブロータイミング信号を用いることにより、
蒸発部４におけるスートブロー１５＝ −による蒸気温度の影響を除くことができる。

これらの吸熱量先行指標を組み合せで用いることにより
、燃焼状態の急激な変動と同時に吸熱部の煤の付着状態
の急激な変化のどちらに対しても対応することが可能と
なる。

なお、フィードフォワード制御演算手段８の伝達関数と
しては前述した一Ｋ（１＋Ｔ　１・Ｓ）／（１＋Ｔ２・
Ｓ）のような比例項＋不完全微分項よりなる特性ばかり
でなく、比例項を除いた不完全微分項だけの特性を用い
て、それをフィードバック制御手段７内の蒸気温度目検
値ラインあるいは操作出力ラインに加算するようにして
、蒸発部４の吸熱量先行指標の値に変化があった場合に
だけ操作量に補正が加わるようにしても、蒸気温度を一
定に保つ制御を行なうことができる。

また、上記実施例では、蒸気過熱器２の出口蒸気温度を
一定に制御する場合を例にとり説明したが、蒸気再熱器
の出口蒸気温度も全く同様にして吸熱量の変動によらず
一定に制御し得ることは明らかである。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、燃料の単位発熱量が変動
し、しかもその発熱量をオンライン・リアルタイムで測
定できない燃料を使用するボイラや燃焼状態が一定しな
いおき燃焼方式のボイラ、あるいは蒸発部に煤が付着し
ゃすいボイラ等において、燃焼状態の変動や煤付着状態
の変化などの急激な外乱による給水の吸熱量の変動に対
し、吸熱量の先行指標を検出し、適切な時期に適切な操
作量のフィードフォワード制御を加えることにより、蒸
気温度を一定に保つことができ、制御性の良好なボイラ
蒸気温度制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すボイラ蒸気温度制御シ
ステム図、第２図は第１図の吸熱量先行指標と蒸気温度
との間の各伝達関数を示すブロックダイヤグラム図であ
る。 １・・・煙道部、２・・・蒸気過熱器、３・・・スート
ブロー制御装置、４・・・蒸発部、５・・・煙突、６・
・・減温器、７・・・フィードバック制御手段、８　・
・　フィードフォワード制御演算手段、９・・・蒸気温
度検出手段、１０・・・スプレー弁、７１，１１３，１
１６・・・減算手段、７２・・・フィードバック制御演
算手段、７３・・・加算手段、１１１・・・入口カス温
度検出手段、１１２・・・出口ガス温度検出手段、１１
４・・・入口ガス圧力検出手段、１１５・・・出口ガス
圧力検出手段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）スプレー弁を操作し減温器への噴霧水量を調節す
   ることにより蒸気温度を目標値に制御するボイラ蒸気温
   度制御装置において、目標値と実際の蒸気温度との偏差
   に基づき補償演算を行なって第１の操作信号を出力する
   フィードバック制御演算手段と、蒸発部における流体の
   吸熱量の先行指標となる物理量を検出する吸熱量先行指
   標検出手段と、検出された吸熱量先行指標に基づき補償
   演算を行なって第２の操作信号を出力するフィードフォ
   ワード制御演算手段と、前記第１の操作信号と第２の操
   作信号を加算して前記スプレー弁操作信号とする加算手
   段とを備えていることを特徴とするボイラ蒸気温度制御
   装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載において、吸熱量の先
   行指標となる物理量として、蒸発部の入口ガス温度を用
   いることを特徴とするボイラ蒸気温度制御装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載において、吸熱量の指
   標となる物理量として、蒸発部の入口ガス温度と出口ガ
   ス温度とのガス温度差を用いることを特徴とするボイラ
   蒸気温度制御装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載において、吸熱量の先
   行指標となる物理量として、蒸発部の入口ガス圧力と出
   口ガス圧力のドラフト差圧を用いることを特徴とするボ
   イラ蒸気温度制御装置。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載において、吸熱量の先
   行指標となる物理量として、蒸発部におけるスートブロ
   ー状況をあらわすタイミング信号を用いることを特徴と
   するボイラ蒸気温度制御装置。