JPH0230405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、フイードフオワード制御方式を用
い、負荷変化時におけるボイラ出口の蒸気温度の
変動を抑制するボイラ蒸気温度制御装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

概 要 一般に、ボイラ蒸気温度制御装置においては、
ボイラ出口蒸気温度（制御量）を検出し、ボイラ
出口蒸気温度を所定の値に保持するようにPID調
節計によりスプレ弁、燃料弁、水熱比、再循環ガ
スダンパを操作する、いわゆるフイードバツク制
御方式による制御が行われている。

しかしながら、操作量に対する制御量の応答に
は長いむだ時間や遅れが存在する。そのため、フ
イードバツク制御方式だけでは負荷変更時におけ
るボイラ出口蒸気温度の変動を充分に抑制するこ
とができない。このようなことから、最近ではフ
イードバツク制御方式とフイードフオワード制御
を併用している。

ボイラ蒸気温度制御装置にフイードフオワード
制御方式を併用した例として次のようなものがあ
る。すなわち、蒸気発生部に近い上流部の蒸気温
度に着目し、この蒸気温度の定常値を負荷量ある
いは蒸気流量などの負荷量に相当する信号の関数
として事前に求めておく。そして、この求められ
た定常値に一致するように上流部の蒸気温度を制
御することによりボイラ出口蒸気温度を先行的に
（フイードフオワードで）制御する装置である。
この制御装置の特徴は負荷変化時に、上流部の蒸
気温度を負荷量に応じた新しい定常値になるよう
に制御することによつて、下流に位置するボイラ
出口の蒸気温度を先行的に制御し、ボイラ出口蒸
気温度のフイードバツク制御要素（例えば、後述
する第１図の要素６）の負担を軽減して制御性の
向上を図つた点にある。

しかしながら、上記従来の制御装置によれば、
負荷変化に対する蒸気過器の伝熱特性変化の遅
れ、この遅れ時間と上流部における蒸気温度変化
の下流蒸気温度変化への伝達遅れ時間との差など
に起因して負荷変化時においてボイラ出口温度変
動を抑制できないこととなるばかりか、著しい場
合には負荷変動を助長する場合も生じうる。

詳 細 以上に概略的に述べた現象を第１図に示すボイ
ラ蒸気温度過熱プロセスを例にして以下に詳述す
る。

まずプロセスの構成について、負荷の上昇とと
もに伝熱量が低下する放射形過熱器１（特性：第
２図ａ）と負荷上昇とともに伝熱量が増大する接
触形過熱器２（特性：第２図ｂ）とが継続接続さ
れている（複合特性：第２図ｃ参照）。放射形過
熱器１の前段には減温器３が設けられ、スプレ弁
４により調整されたスプレ水W_Sを噴霧すること
により放射形過熱器１の出口蒸気温度を調節する
ようになつている。なお、W_Bは蒸気を示してい
る。

次に、このプロセスの特性について、接触形過
熱器２の出口温度を負荷によらず一定値に制御し
た定常状態では、放射形過熱器出口蒸気の定常値
は負荷により第３図ｂに示すように、また減温器
出口蒸気温度の定常値は負荷により第３図ｃに示
す特性となる。

次に上記プロセスの制御について説明する。蒸
気温度目標値C₁は、その時の負荷量を示す信号
Ｌを入力とする関数発生要素７（第１図）によつ
て与えられる。この関数発生要素７は第３図ｃに
示す特性を有している。したがつて、このプロセ
スにはそのときの負荷量に対応する減温器出口蒸
気温度C₂の定常値が目標値として与えられるこ
ととなる。

一方、同時に減温器３の出口蒸気温度C₂が検
出され、その温度C₂が目標値C₁と一致するよう
に減温器出口蒸気温度制御要素５によりスプレイ
弁４を操作して接触形過熱器２の出口蒸気温度a₂
を先行的に制御する（フイードフオワード制御）。
なお、接触形過熱器出口蒸気温度a₂を検出し、接
触形過熱器出口蒸気温度制御要素６を用いて減温
器出口蒸気温度C₂の目標値a₁を修正する信号を出
力するようにしているものもある。

以上のような制御系により制御する場合のプロ
セスにおける負荷上昇時の状態について述べる。
なお、負荷下降時にはプロセスゲインや遅れ時間
の変化状況が負荷上昇時とは異なるので厳密には
負荷上昇時と対称ではない。しかし、定性的には
温度上昇と温度下降とを読み替えることにより説
明は対応するので負荷下降時の説明は省略する。

負荷上昇時において、接触形過熱器２の出口蒸
気温度a₂に対して最も早く影響する接触形過熱器
２の伝熱量の増加により、接触形過熱器出口蒸気
温度a₂がまず上昇する。

次いで、減温器出口蒸気温度C₂が一定であれ
ば、放射形過熱器１における伝熱量の減少によ
り、放射形過熱器出口蒸気温度ｂが低下する。こ
の温度ｂの低下がある時間経過後において、接触
形過熱器出口蒸気温度a₂に影響を与え、接触形過
熱器出口蒸気温度a₂の上昇を抑制し、さらには下
降させることとなる。しかし、減温器出口蒸気温
度C₂を上述したように関数発生要素７により第
３図ｃに示す特性となるように先行的に制御した
場合、放射形過熱器１の入口蒸気温度（≒C₂）
が上昇し、放射形過熱器１における伝熱量の減少
がこの効果を打消す点まで放射形過熱器出口蒸気
温度ｂの低下が抑制されることとなる。その結
果、接触形過熱器出口蒸気温度a₂の上昇を抑制す
る効果が弱まり、かえつて負荷変化の初期に発生
する接触形過熱器出口蒸気温度a₂の上昇ピーク値
を増大してしまうという難点があつた。

かかる難点を解消するため、従来では第１図に
破線ブロツクで示す１次遅れ要素８を挿入し、こ
れによりフイードフオワード設定する減温器出口
蒸気温度C₂の目標値信号の変化をなまらせて放
射形過熱器出口蒸気温度ｂの低下を抑制する効果
を弱め、それによつて接触形過熱器出口蒸気温度
a₂の上昇ピーク値の増大を抑制した例がある。

しかしながら、このような方式は接触形過熱器
出口蒸気温度a₂が上昇しているにもかかわらず、
減温器出口蒸気温度C₂を上昇させようとするも
のであり、接触形過熱器出口蒸気温度a₂の上昇を
積極的に抑制しようとするものではない。それゆ
え、かかる方式の場合は依然として接触形過熱器
出口蒸気温度a₂の上昇ピーク値が大きくなつてし
まうこととなる。特に、放射形過熱器１の負荷変
化に対する伝熱量変化の遅れが大きかつたり、変
化割合が小さい場合にこの現象は顕著である。

〔発明の目的〕

そこで本発明は上記従来の問題点を解決し、ボ
イラ蒸気温度の制御性、特に負荷変化時における
温度変動ピーク値を大幅に抑制することが可能な
ボイラ蒸気温度制御装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

本発明のボイラ蒸気温度制御装置は、ボイラか
らの蒸気を減温器でスプレした後、放射形過熱器
と接触形過熱器を直列に通すようにしたボイラに
おける蒸気温度をフイードフオワード制御とフイ
ードバツク制御とによつて制御するボイラ蒸気温
度制御装置であつて、前記フイードフオワード制
御は、前記減温器の出口側蒸気温度と、負荷量に
相当する負荷相当信号の関数として得られる蒸気
温度目標値と、に基づいて得られるフイードフオ
ワード制御信号を、前記減温器を制御する減温器
制御手段に加えることによつてなされ、前記フイ
ードバツク制御は、前記接触形過熱器の出口側蒸
気温度と、目標値と、に基づいて得られるフイー
ドバツク制御信号を前記減温器制御手段に加える
ことによつてなされるボイラ蒸気温度制御装置に
おいて、前記蒸気温度目標値を入力して、前記負
荷相当信号の変化に応じてその蒸気温度目標値が
変化した場合に、その変化方向と一旦逆方向に変
化した後に前記蒸気温度目標値に追従する特性の
修正蒸気温度目標値を前記減温器制御手段に加え
る逆特性変換要素を有するものとして構成され
る。

このような逆特性をもつて目標値設定すること
により、例えば負荷上昇時においては上流部蒸気
温度を一旦低下させることになり、その結果ボイ
ラ出口蒸気温度の上昇が抑制される。次いで、ボ
イラ上流部蒸気温度に追従（すなわち上昇）させ
るため、放射形過熱器の伝熱量の減少による温度
低下を補償するように上流部温度を変更後の負荷
量に対応する定常値に先行的に上昇させることが
できる。その結果、ボイラ出口蒸気温度の下り過
ぎを抑制し、小さな変動に抑制することができ
る。負荷下降時は上記説明の逆を考えればよい。

〔発明の効果〕

しかして本発明によれば、ボイラ出口蒸気温度
の変動を大幅に減少させることができる。即ち、
本発明によれば、ボイラからの蒸気を減温度でス
プレした後放射形過熱器と接触形過熱器を直列に
通すようにしたボイラにおける蒸気温度をフイー
ドフオワード制御とフイードバツク制御とによつ
て制御するボイラ蒸気温度制御装置において、負
荷が増減したときに、逆特性変換要素によつて、
あたかも負荷が一旦減増し、その後に増減したか
のようにフイードフオワード制御するようにした
ので、負荷増減に伴つて先ず出口側に表われる接
触形過熱器の影響によつて逆方向にフイードバツ
ク制御されるのを防ぐことができ、これにより出
口蒸気温度を適正に制御して、その温度の上下動
幅を小さく抑えることができる。その結果火力発
電プランドの負荷変化率を高める上での障害を解
消することができ、急激な負荷変化に対する対応
能力を向上させうる。また、従来はボイラ出口蒸
気温度の設定値は変動分だけ上限値から下方に余
裕をもつて設定されていたが、変動が減少した分
だけ高く設定することができるため、熱効率が上
昇する。さらには、タービンや過熱器金属部への
熱応力が減少し、それらの寿命を延長しうる。

〔発明の実施例〕

次に、かかる本発明を図示する実施例に基づき
詳述する。第４図に本発明によるボイラ上流部の
蒸気温度の目標値設定回路の構成を示す。

第４図において、関数発生要素１０は負荷量に
相当する信号（以下、負荷相当信号）２０を入力
として、この信号２０に対応した上流部蒸気温度
の定常値信号２１を発生するものであり、内容的
には第１図の要素７に対応し、特性的には第３図
ｃに対応する。この定常値信号２１は逆応答特性
要素１１に入力される。

逆応答特性要素１１は、第５図ａに示すよう
に、入力（破線）信号の変化に対し、出力（実
線）信号を一旦、入力信号とは逆方向に変化させ
た後に入力変化の方向に追従する出力信号２２を
出力する。この逆応答特性要素１１の代表的な伝
達関数は次式で表わされる。

１−T₁S／１＋T₂S 出力信号２２は次の減算要素１２に入力され
る。

減算要素１２においては、逆応答特性要素１１
からの出力信号２２から別途検出された上流部蒸
気温度検出値２３を減じ、その偏差値信号２４を
出力する。この偏差値信号２４は上流部蒸気温度
制御要素１３に出力される。

上流部蒸気温度制御要素１３は、入力された偏
差値信号２４の値が零になるように制御演算を行
ない、それに対応する操作量を決定し、その操作
信号２５によりプラントの操作端を駆動する。

かくして、負荷変化時に上流部蒸気温度をボイ
ラ出口蒸気温度が変動しない変化パターン状に先
行的に制御する構成となつている。なお、上流部
蒸気温度の目標値２２はボイラ出口蒸気温度制御
要素の出力信号を目標値修正信号２６として補正
してもよい。これを第４図に破線で示す。

次に第１図のプラトンに本発明の制御装置を適
用した場合の作用について説明する。例えば、負
荷が上昇した場合、その負荷相当信号２０の増大
に対応した定常値信号２１が関数発生要素１０か
ら出力され、逆応答特性変換要素１１に入力され
る。逆応答特性変換要素１１はその特性（第５図
ａ）に従つて一旦低下する出力信号２２を出力す
る。その結果、ボイラ出口蒸気温度が一旦低下さ
れ、したがつてボイラ出口蒸気温度の上昇が制御
される。

次いで、出力信号２２は上昇するが、その上昇
特性は放射形過熱器１の伝熱量の減少による温度
低下を補償するように、上流部蒸気温度を変更後
の負荷に対応する定常値に先行的に上昇させるも
のとする。その結果、ボイラ出口蒸気温度の下り
過ぎを抑制し、変動を非常に微少な大きさに抑制
することができる。

一方、負荷下降時には前述とは逆に上流部蒸気
温度を一旦上昇させた後、変更後の負荷に対応す
る定常値に先行的に下降させるため、負荷上昇時
と同様にボイラ出口蒸気温度の変動を非常に微少
な大きさを抑制しうる。

ここで、第６図に本発明による制御装置を実プ
ラントに適用した場合の制御応答の例を示す。第
６図において、ボイラ出口蒸気温度である接触形
過熱器出口蒸気温度ａに関し、従来の制御装置を
用いた場合（点線）には20.4℃の変動があつたの
に対し、本発明の場合（実線）には3.2℃の変動
幅に減少した。ｂは減温器出口蒸気温度特性、ｃ
は負荷変化特性を示している。なお、第５図ｂの
ように、上流部蒸気温度である減温器出口蒸気温
度が、一旦下降的において新しい定常値まで単調
増加せず、谷状の特性となつているのは接触形過
熱器出口蒸気温度制御要素６（第１図）からの目
標値修正信号２６を加えた場合の補正の影響であ
る。

かくして本発明によれば、ボイラ出口蒸気温度
の変動を大幅に減少させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボイラ蒸気温度制御プロセスを
示すブロツク図、第２図は過熱器における負荷に
対する伝熱量特性を示す特性図、第３図は負荷に
対する各部蒸気温度の定常値特性を示す特性図、
第４図は本発明によるボイラ蒸気温度制御装置の
目標値設定回路部分を示すブロツク図、第５図ａ
は逆応答特性要素の特性図、ｂは目標値を補正し
た場合の特性図、第６図は本発明によるボイラ蒸
気温度制御装置を実プラントに適用した場合の制
御応答例を示す特性図である。 １……放射形過熱器、２……接触形過熱器、３
……減温器、４……スプレ弁、５……減温器出口
温度制御要素、６……接触形過熱器出口蒸気温度
制御要素、１０……関数要素、１１……逆応答特
性要素、１２……減算要素、１３……上流部蒸気
温度制御要素、２０……負荷相当信号、２１……
定常値信号、２２……逆応答特性出力信号、２３
……上流部蒸気温度の検出信号、２５……上流部
蒸気温度制御要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラからの蒸気を減温器でスプレした後、
   放射形過熱器と接触形過熱器を直列に通すように
   したボイラにおける蒸気温度をフイードフオワー
   ド制御とフイードバツク制御とによつて制御する
   ボイラ蒸気温度制御装置であつて、 前記フイードフオワード制御は、前記減温器の
   出口側蒸気温度と、負荷量に相当する負荷相当信
   号の関数として得られる蒸気温度目標値と、に基
   づいて得られるフイードフオワード制御信号を、
   前記減温器を制御する減温器制御手段に加えるこ
   とによつてなされ、 前記フイードバツク制御は、前記接触形過熱器
   の出口側蒸気温度と、目標値と、に基づいて得ら
   れるフイードバツク制御信号を前記減温器制御手
   段に加えることによつてなされるボイラ蒸気温度
   制御装置において、 前記蒸気温度目標値を入力して、前記負荷相当
   信号の変化に応じてその蒸気温度目標値が変化し
   た場合に、その変化方向と一旦逆方向に変化した
   後に前記蒸気温度目標値に追従する特性の修正蒸
   気温度目標値を前記減温器制御手段に加える逆特
   性変換要素を有する ことを特徴とするボイラ蒸気温度制御装置。