JPH0330044B2

JPH0330044B2 -

Info

Publication number: JPH0330044B2
Application number: JP56028697A
Authority: JP
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1991-04-26
Also published as: JPS57142405A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ボイラ過熱器出口蒸気温度を減温器
（過熱低減器）を制御する蒸気温度制御装置に関
する。

一般に蒸気温度制御は、過熱器出口蒸気温度を
検出してその目標値と比較して偏差を算出し、そ
の偏差が零になるように温度調節計の出力で減温
器の冷却水量を操作し、フイードバツク制御する
方式が用いられている。

しかし、蒸気過熱プロセスの動特性にはむだ時
間を含み大きな遅れがあり、フイードバツク制御
方式だけでは負荷変動時などに、所要の制御性を
達成することができない。

このため、従来 ○イ蒸気流量 ○ロ減温器出口蒸気温度 ○ハ燃料流量と蒸気流量の差 ○ニ空気流量 ○ホ再循環ガスダンパ開度などの信号を、減温器冷却水量を操作するフイー
ドフオワード制御信号として使用する蒸気温度制
御装置が用いられ、それなりに一応の目的を達成
して来た。

しかし、近年電力需要の昼夜間格差の増大等に
より、大容量火力発電プラントでも急激に負荷出
力を変えることが必要となつて来た。ところが、
急激に負荷出力を変えると、蒸気温度に大きな変
動をもたらす。他方、高圧・高温ボイラでは過熱
器の材質やタービンの熱応力、さらにプラントの
熱効率の面などから、蒸気温度の変動許容範囲は
厳しく制限されている。

したがつて、蒸気温度の変動が火力発電プラン
トを急激な負荷変動に対応させる上での一つの障
害となつており、より制御性の良い蒸気温度制御
装置の出現が望まれている。

この観点から、タービンへ送出される蒸気温度
の変動を考察すると、蒸気温度の変動は蒸気流量
あるいは負荷量の変動と共に、加熱器を通過する
燃焼ガス熱流量の変動と最も高い相関関係がある
ことが分かつた。

したがつて、減温器の冷却水量を操作するフイ
ードフオワード制御信号としては、蒸気流量（負
荷量）と共に、燃焼ガス熱流量を用いるのが適切
である。

しかるに、従来、蒸気流量はフイードフオワー
ド制御信号として用いられているが、燃焼ガス熱
流量に関しては、空気流量または再循環ガスダン
パ開度が各々単独でフイードフオワード制御信号
として使用されている場合に、間接的にある程度
考慮されているのにすぎなかつた。

本発明は、ボイラ内を流動する燃焼ガス熱流量
に相当する信号を、減温器に対するフイードフオ
ワード制御信号として使用し、負荷変更時の蒸気
温度の変動をより小さくし、急激な負荷変更にも
対応できる蒸気温度制御装置を得ることを目的と
している。

火力発電プラント用ボイラでは、タービンへ送
る蒸気の最終過熱は接触型過熱器で行なわれてい
る場合が多い。この場合、蒸気への伝熱量を左右
する最も大きな要因は燃焼ガス熱流量であり、こ
の変動が蒸気温度に対する外乱となる。このた
め、蒸気温度制御の観点からは、燃焼ガス熱流量
をできるだけ一定に保つことが望ましい。

しかし、負荷変更時には燃料流量したがつて空
気流量が変り、また再熱ボイラでは再熱蒸気温度
の制御のために再循環ガスダンパが操作されて再
循環ガス流量が変り、これらにより燃焼ガス熱流
量が変動し、ボイラ出口主蒸気温度を変動させる
ことになる。

このため、この変動を打消すように減温器冷却
水量を操作することが必要となる。この操作制御
方式として、空気流量か燃料流量あるいは再循環
ガスダンパ操作量を、各々単独で減温器冷却水量
を操作するフイードフオワード制御信号として用
いても、ある程度の効果を出すことができるが、
燃焼ガス熱流量に相当する信号をフイードフオワ
ード制御信号として用いた方が、蒸気温度の変動
をより適切に補償できる。

では、本発明を第１図ａ，ｂに示す概念的特性
ブロツク図で説明する。

第１図ａは、過熱器入口蒸気温度がフイードバ
ツク制御されていない場合のブロツク図である。

第１図において、１は蒸気温度制御装置、３は
温度フイードバツク調節計で２はその入力で４は
その出力、５は加算器、６は燃焼ガス熱流量（変
化分）ΔFG、７は動特性変換要素（以下単に特
性変換要素という）G_F（Ｓ）で８はその出力、９
は加算器５の出力である冷却水操作量（変化分）
ΔFW、１０は伝達特性要素G_A（Ｓ）であり１１
はその出力、１２は加算器、１３は伝達特性要素
G_B（Ｓ）であり１４はその出力、１５は加算器１
２の出力であり蒸気温度（変化分）ΔT、１００
は減温器と過熱器の合成をそれぞれ示す。

さて、燃焼ガス熱流量変化分（ΔFG）６の過
熱器出口蒸気温度変化分（ΔT）１５への伝達特
性をラプラス関数（Ｓはラプラス演算子）表現で
G_B（Ｓ）とする。他方、減温器冷却水操作量変化
分（ΔFW）９の過熱器出口蒸気温度変化分
（ΔT）１５への伝達特性をG_A（Ｓ）とする。この
とき、過熱器出口蒸気温度変化分（ΔT）は（１
式）で表わされる。

ΔT＝G_A（Ｓ）・ΔFW＋G_B（Ｓ）・ΔFG
……（１式）したがつて、燃焼ガス熱流量が変化したとき、
減温器冷却水操作量を（２式）に従つて変化させ
れば、 ΔFW＝G_B（Ｓ）／G_A（Ｓ）・ΔFG……（２式） ΔT＝０すなわち、燃焼ガス熱流量が変化しても
過熱器出口蒸気温度を一定に保つことができる。

（２式）の特性で冷却水操作量を変化させるた
めには、燃焼ガス熱流量を検出あるいは算出し
て、その変化分６に対して（２式）の特性の特性
変換要素〔G_F（Ｓ）〕７で特性変換して、 G_F（Ｓ）＝−G_B（Ｓ）／G_A（Ｓ）……（３式
）その出力８を温度フイードバツク調節計３の操
作出力４に加算する機構５を持つた蒸気温度制御
装置１を用いればよい。

第１図ｂは、減温器出口蒸気温度が、あるいは
減温器と最終過熱器との間に複数個の種類の異な
る過熱器が設置されその出口蒸気温度が、温度フ
イードバツク従調節計で制御されている場合のブ
ロツク図である。

１６は特性変換要素で１７はその出力、１８は
最終過熱入口蒸気温度目標値（変化分）ΔT_S、１
９は減算器、２０は最終過熱器入口蒸気温度（変
化分）ΔT₁、２１は減算器１９の出力、２２は温
度フイードバツク従調節計、２３は減温器に前段
過熱器群が加わつたもの、２４は伝達特性要素
G′_A（Ｓ）をおのおの示す。

このとき、温度フイードバツク従調節計２２の
目標値変化分ΔT_S１８から最終過熱器入口蒸気温
度変化分（ΔT₁）２０への伝達特性をG_T（Ｓ）と
すれば、最終過熱器出口蒸気温度変化分（ΔT）
１５は、（４式）で表わされる。

ΔT＝G′_A（Ｓ）・G_T（Ｓ）・ΔT_S ＋G_B（Ｓ）・ΔFG ……（４式）したがつて、燃焼ガス熱流量が変化したとき、
温度フイードバツク従調節計２２の目標値したが
つて温度フイードバツク主調節計３の出力
（ΔT_S）を、（５式）にしたがつて変化されれば ΔT_S＝−G_B（Ｓ）／G′_A（Ｓ）・G_T（Ｓ）・ΔFG ……（５式） ΔT＝０すなわち、燃焼ガス熱流量が変化しても
最終過熱器出口蒸気温度を一定に保つことができ
る（５式）の特性で温度フイードバツク従調節計
２２の目標値を変化させるためには、燃焼ガス熱
流量を検出あるいは算出し、その変化分に対して
（６式）の特性の特性変換要素〔G′_F（Ｓ）〕１６で
特性変換して G′_F（Ｓ）＝−G_B（Ｓ）／G′_A（Ｓ）・G_T（Ｓ）…
…（６式）温度フイードバツク主調節計３の出力に加算す
る機構を持つた蒸気温度制御装置１を用いればよ
い。

では、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第２図ａは、本発明の一実施例の概念構成を示
すブロツク図である。

第２図ａにおいて、５１は蒸気温度設定器で５
２はその出力、５３は減算器、５４は蒸気温度検
出器１０５の出力、５５は蒸気流量などのフイー
ドフオワード制御用信号、５０は従来の蒸気温度
制御装置、７０は過熱器１０３へ加わる燃焼ガス
熱流、８０は検出端群８１へ至る燃焼ガス熱流、
８２は燃焼ガス熱流量算出用信号群、８３は燃焼
ガス熱流量入力・算出要素で８４はその出力、８
５は燃焼ガス熱流量基準値発生要素で８６はその
出力、８７は減算器、９０は蒸気流量、１０１は
減温器で１０２はその出力であり１０９はその入
力の冷却水操作信号、１０４は蒸気温度である。

すなわち、蒸気温度設定器５１と減算器５３と
温度フイードバツク調節計３と蒸気流量などによ
るフイードフオワード制御機構を備えた破線で囲
つた従来の蒸気温度制御装置５０に、燃焼ガス熱
流量入力・算出要素８３と減算要素８７と特性変
換要素７と、従来の蒸気温度制御装置の出力ライ
ンに設けられた加算要素５とから、本発明の蒸気
温度制御装置は構成される。なお、特性変換要素
７は燃焼ガス熱流量の変動による主蒸気温度の乱
を打消すタイミングを合わせるために、入力した
偏差信号を進ませたりあるいは遅らせたりするい
わゆる動特性変換要素である。

燃焼ガス熱流量入力・算出要素８３はボイラで
検出された信号を受けて、燃焼ガス熱流量相当信
号８４を発信する。この信号値８４から燃焼ガス
熱流量基準値発生要素８５で発信された基準値８
６を減算要素８７で減算し、基準化された燃焼ガ
ス熱流量相当信号６を発信する。

この信号６を伝達特性G_F（Ｓ）の特性変換要素
７で特性変換し、この出力信号８を加算要素５で
従来の蒸気温度制御装置の操作出力４に加算す
る。この操作量の補正信号による減温器冷却水量
の変化が、燃焼ガス熱流量の変動により過熱器１
０３が生じさせようとする過熱器出口蒸気温度の
変動を打消すように作用する。

第２図ｂは、本発明の他の実施例のブロツク図
であつて、減温器出口蒸気温度あるいは減温器と
最終過熱器の間に別の過熱器が介在し、最終過熱
器入口蒸気温度がフイードバツクされ、温度フイ
ードバツク従調節計で制御されている場合の実施
例の概念構成とその作用を示すものである。

６４は最終過熱器出口蒸気温度検出器１１５か
らの検出値、１１１は最終過熱入口蒸気温度検出
器、１１２は減温器２３の出力、１１４は最終過
熱器１１３の最終過熱器出口蒸気温度である。

すなわち、破線で囲んだ従来の蒸気温度制御装
置６０は、蒸気温度設定器５１と、この出力信号
５２から最終過熱器出口蒸気温度検出値６４を引
き偏差信号２を算出する減算器５３と、この偏差
信号２を入力しこの偏差が零になるようにPID
（比例・積分・微分）などの制御演算を行ない出
力４を発信する温度フイードバツク主調節計３
と、この出力を減温器出口蒸気温度の目標値もし
くは最終過熱器入口蒸気温度の目標値１８とし
て、この値１８から減温器出口蒸気温度検出値も
しくは最終過熱器入口蒸気温度検出値２０を引き
偏差信号２１を発信する減算器１９と、この偏差
信号２１を入力として偏差が零になるようにPID
などの制御演算を行ない操作信号１０９を発信す
る温度フイードバツク従調節計２２と、蒸気流量
などによるフイードフオワード制御機構とから構
成されている。この従来の蒸気温度制御装置６０
と、燃焼ガス熱流量入力・算出要素８３と、燃焼
ガス熱流量基準値発生要素８５と、減算要素８７
と、特性変換要素１６と、温度フイードバツク主
調節計３の出力部に設けられた加算要素５とか
ら、本発明の蒸気温度制御装置１は構成されてい
る。

燃焼ガス熱流量入力・算出要素８３はボイラで
検出された信号８２を受けて、燃焼ガス熱流量相
当信号８４を発信する。この信号値８４から燃焼
ガス熱流量基準値発生要素８５で発信された基準
値８６を減算要素８７で減算し、基準化された燃
焼ガス熱流量相当信号６を発信する。

この信号６を伝達特性G′_F（Ｓ）の特性変換要素
１６で特性変換し、この出力信号１７を加算要素
５で従来の蒸気温度制御装置６０の温度フイード
バツク主調節計３の出力４したがつて従来の減温
器出口蒸気温度の目標値もしくは最終過熱器入口
蒸気温度の目標値に加算する。この目標値１８の
補正信号２０による減温器出口蒸気温度もしくは
最終過熱器入口蒸気温度の変化が、燃焼ガス熱流
量の変動により最終過熱器１１３が生じさせよう
とする最終過熱器出口蒸気温度１１４の変動を打
消すように作用する。

第２図ａ，ｂに示した燃焼ガス熱流量入力・算
出要素８３は、プラントで燃焼ガス熱流量が直接
検出できる場合、あるいは燃焼ガス温度の変動が
小さく燃焼ガス流量信号を燃焼ガス熱流量相当信
号と見做せる場合には、単なる信号入力要素であ
る。

燃焼ガス流量とガス温度を検出して燃焼ガス熱
流量を算出する場合には、両者の積を求める乗算
要素を燃焼ガス熱流量入力・算出要素８３内に設
ける。

また、燃焼ガス流量を空気流量と再循環ガス流
量の和として求める場合には、加算要素を燃焼ガ
ス熱流量入力・算出要素の中に備える。

あるいはまた、再循環ガス流量を再循環ガスダ
ンパ操作量から求める場合には、その変換演算要
素を燃焼ガス熱流量入力・算出要素８３の中に設
ける。なお、入力信号にノイズが含まれている場
合には、平滑化するフイルタをこの要素８３の中
に備える。

しかして、燃焼ガス熱流量基準値発生要素８５
の発信する基準値８６は、従来の蒸気温度制御装
置の出力バイアスの状況や、フイードフオワード
制御機構や、温度フイードバツク調節計の積分動
作の有無に左右される。

ある実施例では、冷却水量が50％（標準状態）
のもとで、あるいは蒸気流量もしくは負荷量に対
応した冷却水量のもとで、過熱器出口蒸気温度が
所定の値になる蒸気流量あるいは負荷量に対応し
た燃焼ガス流量を燃焼ガス流量の基準値としてい
る。

さらに、別の実施例では定格運転時あるいは最
低部分負荷運転時の燃焼ガス熱流設計値を用いて
いる。

また、基準値が零でよい場合には、この燃焼ガ
ス熱流量基準値発生要素８５および減算要素８７
は不要である。

ところで、特性変換要素７および１６の伝達特
性G_F（Ｓ）およびG′_F（Ｓ）は、各々（３式）およ
び（６式）で定義された特性である。なお、この
特性が物理的に実現不可能な場合や、高次微分特
性となり現実の物理的な系では実現しがたい場合
には、（３式）または（６式）の実現可能な近似
特性を用いる。この場合には、燃焼ガス熱流量の
変動による蒸気温度変動を完全には補償できない
が、この未補償の変動はかなり抑制されており、
温度フイードバツク調節計の制御機能に委ねても
問題はない。

第３図に、従来の蒸気温度制御装置を使用した
場合と、本発明の蒸気温度制御装置を使用した場
合の、負荷変更時の制御応答の特性図の一例を示
す。

第３図において、ａは蒸気流量応答、ｂは燃焼
ガス流量応答、ｃは従来の蒸気温度制御装置を使
用した場合の蒸気温度応答、ｄは本発明の蒸気温
度制御装置を使用した場合の蒸気温度応答であ
る。つまり、本発明の蒸気温度制御装置を使用す
ることにより、負荷変化時の蒸気温度変動を大幅
に抑制できる。

この結果、過熱器やタービンの寿命を延ばし、
熱効率の低下を防止でき、かつ電力需要の変化に
よる更に急激な負荷変更にも対応できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の蒸気温度制御装置を用い過
熱器入口蒸気温度をフイードバツク制御しない場
合の蒸気温度系の概念的特性ブロツク図、第１図
ｂはその過熱器入口蒸気温度をフイードバツク制
御する場合の蒸気温度系の概念的特性ブロツク
図、第２図ａは本発明の一実施例の構成を表わし
過熱器入口蒸気温度をフイードバツク制御しない
場合のブロツク図、第２図ｂは本発明の他の実施
例の構成を示し過熱器入口蒸気温度をフイードバ
ツク制御する場合のブロツク図、第３図は本発明
の蒸気温度制御装置の制御応答特性図である。１……蒸気温度制御装置、３……温度フイード
バツク調節計、５，１２……加算器、７……特性
変換要素、１０，１３……伝達特性要素、１９，
５３，８７……減算器、２２……温度フイードバ
ツク従調節計。

Claims

【特許請求の範囲】１ボイラ過熱器の出口蒸気温度を検出し、この
検出信号を蒸気温度目標値と比較して偏差を求
め、この偏差が零になるように温度フイードバツ
ク調節計の出力で減温器の冷却水量を操作し、ボ
イラ過熱器の蒸気温度をフイードバツク制御する
蒸気温度制御装置において、ボイラ過熱器に加わ
る燃焼ガス熱流量を得るための検出手段と、この
検出手段の出力から燃焼ガス熱流量入力を算出す
る燃焼ガス熱流量入力算出要素と、燃焼ガス熱流
量基準値発生要素と、この基準値発生要素の出力
と前記燃焼ガス熱流量入力算出要素の出力との偏
差信号を入力し、燃焼ガス熱流量の変動による蒸
気温度の変動を打消すタイミングでフイードホワ
ード制御用の操作量修正信号を出力する動特性変
換要素と、この動特性変換要素の出力を前記温度
フイードバツク調節計の操作出力に加算する加算
要素とを備えたことを特徴とする蒸気温度制御装
置。２特許請求の範囲第１項に記載のものにおい
て、温度フイードバツク調節計は、主調節計と副
調節計とから構成され、この主調節計の後段に前
記加算器を配置したことを特徴とする蒸気温度制
御装置。３特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載
のものにおいて、燃焼ガス熱流量を燃焼ガス流量
とガス温度とから求めることを特徴とする蒸気温
度制御装置。