JPH0337084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発電プラント等に用いられるタービ
ンの給水加熱器のドレン水位制御装置に関する。

発電プラントにおける給水加熱器はタービンの
途中段落よりの抽気蒸気により、ボイラーまたは
原子炉等の蒸気発生器への給水を予熱するために
設けられている。

第１図は、一般的に発電プラントにおいて複数
の給水加熱器が用いられているその構成を示すブ
ロツク図である。なお、図面において同一符号は
同一もしくは相当部分を示す。

しかして、タービン２，３で仕事をした蒸気の
一部を点線で示すように抽気し、給水加熱器５，
６，８，９で給水と熱交換を行なわせることによ
り、復水器４からの蒸気発生器１への給水を加熱
するが、復水器４からボイラーつまり蒸気発生器
１側へ向かつてつまり給水加熱器９，８，６，５
の順にその器内圧力が高くなるように構成されて
いる。

給水を加熱するために使用された蒸気は給水加
熱器内で凝縮し、各給水加熱器の器内圧力の差に
よつて水位調節弁を経て、復水器側の給水加熱器
に順次送られる。

第１図において、給水加熱器５で凝縮したドレ
ンは水位調節弁１３を経て給水加熱器６に送ら
れ、給水加熱器６には給水加熱器５からのドレン
とタービン２よりの蒸気が流入し、水位調節弁１
４を経てドレンが脱気器７に送られる。給水加熱
器６の器内圧力が低下して脱気器７にドレンを送
ることが不可能となつた場合には、給水加熱器６
のドレンは脱気器７をバイパスして、水位調節弁
１５を経て給水加熱器８に送られる。給水加熱器
８からは水位調節弁１７を通して給水加熱器９に
ドレンが送られる。給水加熱器９のドレンはドレ
ンポンプ１１により昇圧され、水位調節弁１６を
通して復水ラインに送られる。

ここに、水位調節弁１３は給水加熱器５のドレ
ン水位を一定にするように水位調節計の信号によ
り動作する。以下同様に、水位調節弁１４，１５
は給水加熱器６のドレン水位を、水位調節弁１７
は給水加熱器８のドレン水位を、水位調節弁１６
は給水加熱器９のドレン水位をそれぞれ一定にす
るように動作する。

ところで、第２図は給水加熱器の構成を表わす
側断面図である。給水（実線矢印）は給水入口２
２より給水加熱器５内に入り、伝熱管２４を通し
てドレン冷却部２６、凝縮部２７、蒸気減温部２
５において、それぞれドレン、抽気蒸気からの熱
伝達により温度を上昇させ、給水出口２１より給
水加熱器外に出て次の給水加熱器に入る。蒸気入
口２０よりタービンからの抽気（破線矢印）が入
り、伝熱管２４を介して給水に熱を伝える。蒸気
は凝縮部２７で給水に熱を与えて凝縮し、ドレン
冷却部２４で給水に熱を与えて飽和温度の状態か
ら過冷却され、ドレン出口２３より水位調節弁を
通つて復水器４側の給水加熱器６に入る。

給水加熱器内のドレンは、ドレンが抽気配管を
通つてタービに逆流しないように、ある水位上昇
とならないようにしておく必要がある。また、給
水加熱器の熱交換の効果を上げるために、一定量
以下とならないようにする必要がある。このため
給水加熱器内のドレン水位はある値に制御されて
いる。

給水加熱器のドレン水位制御は第３図のように
行なわれる。

給水加熱器５のドレン水位を水位検出器３２で
検出し水位調節計３５で弁１３の操作信号の演算
を行ない水位調節弁１３を動作させ、給水加熱器
５より給水加熱器６へ流れるドレンの流量を変化
させることによつて行なわれる。給水加熱器６と
次段の給水加熱器８のドレン水位の制御について
も、水位調節弁１５，１７を流れる流量を調整す
ることによつて行なわれる。各給水加熱器のドレ
ン水位は、給水加熱器に入つてくる蒸気量と前段
の給水加熱器から流入するドレン量の和と、その
給水加熱器から流出するドレン量が等しい時に一
定値となる。

水位調節弁１３を流れるドレン量は、水位調節
弁１３の入口圧力、出口圧力、弁の流量係数、流
体であるドレンの温度の影響を受ける。給水加熱
器５でのドレンの過冷却度が大きいと、流体であ
るドレンの温度が水位調節弁１３の出口側の圧力
の飽和温度以下であれば、ドレンの弁１３出口で
のフラツシユ現象が生じないので、水位調節弁１
３を流れるドレン量は、弁前後の差圧の平方根と
弁の流量係数の積に比例する。給水加熱器５での
ドレンの過冷却度が小さくて、流体であるドレン
の温度が水位調節弁１３の出口側の圧力の飽和温
度以上であると、弁１３の出口でドレンのフラツ
シユ現象が生じる。この場合には、水位調節弁１
３を流れるドレン流量はドレン温度による補正を
行なう必要がある。

そこで、従来の給水加熱器水位制御には次のよ
うな欠点があつた。

○ア 水位検出器３３により検出されたドレン水位
と水位設定値との値から水位調節計３６により
演算を行ない、水位調節弁１５の開度を調整し
てドレン水位を一定の値としようとするため、
給水加熱器６への流入、流出量にアンバランス
が生じても、そのアンバランスにより水位が変
化するまで制御が働かない。このため発電プラ
ントの負荷変化時のような大きな外乱の働く場
合には水位が大きく変動する。つまり、水位の
変動に対し制御に遅れがある。

○イ 各給水加熱器５，６，８，９はそれぞれ復水
器４側の給水加熱器にドレンを流出する構成に
なつている。このため給水加熱器５で水位変動
が生じた時、水位調節弁１３を操作して給水加
熱器５から給水加熱器６に流れるドレン量を変
化させて、水位を水位設定値と等しくする。こ
のとき給水加熱器６から見ると、今まで流入流
出がバランスしていた状態から水位調節弁１３
が操作され、流入するドレン量が変化すること
によつて、流入流出のアンバランスが生じ水位
が変化する。このようにある給水加熱器のドレ
ン水位に変動が生じた時には、それ以降の給水
加熱器に順次変動が伝播する。

○ウ 脱気器７のように大きな貯水容量を持つタン
クが復水、給水ラインに設けられているような
発電プラントの場合においては、プラントの負
荷降下時、タービンの抽気圧力は負荷降下に従
つて低下するが、給水温度は貯水容量による大
きな時間遅れを持つため、各給水加熱器に入る
給水温度は過渡的に負荷のバランス点での給水
温度より高くなる。このために過渡的に給水加
熱器でのドレンの過冷却度が減少する。ドレン
の過冷却度が減少することによつて、水位調節
弁の出口側でのドレンのフラツシユが大きくな
り、水位調節弁の流量が減少し、ドレン水位の
上昇となる。

ここにおいて本発明は、これらの欠点を払拭す
るために、各給水加熱器への蒸気の流入量、流入
するドレン量、各給水加熱器から流出するドレン
量を推定し、流入量と流出量との差および差の変
化に応じた信号を発生する演算部を設け、水位検
出器からの水位信号により演算された信号と共に
水位調節弁への操作信号を発生する制御装置を提
供することを目的とする。

第４図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。

第４図は給水加熱器５，６の２台分の水位制御
装置を表わしており、各給水加熱器５，６の圧
力、温度および給水の流量、温度、水位調節弁１
３，１５の開度、タービン抽気圧力等のデータ４
２，４３，４５，４６，……により給水加熱器５
６への抽気流量を計算する抽気流量演算部４９，
５４，……および給水加熱器より流出するドレン
流量を計算するドレン流量演算部５０，５５，…
…ならびに給水加熱器ドレン水位検出器３２，３
３，……からの給水加熱器ドレン水位とその水位
設定値４７，５２，……と抽気流量演算部４９，
５４，……とドレン流量演算部５０，５５，……
からの値により水位調節弁５１，５６を作動する
操作信号を発生する制御演算部４８，５３，……
より構成される。

すなわち、本発明は、従来装置に比べ、抽気流
量演算部４９，５４……およびドレン流量演算部
５０，５５，……を付加して構成されているの
で、圧力、温度、弁開度などの変化による給水加
熱器からのドレンの流入量、およびその給水加熱
器より流出するドレン量の変化の推定値を用い
て、ドレン水位の信号と共に制御演算を行なうこ
とができ、特に給水加熱器への流入量と給水加熱
器からの流出量のバランスを一定に保つよう水位
調節弁を操作することにより、水位変化の発生の
原因を先行的に補助することができる。

次に本発明になる給水加熱器水位制御の他の実
施例のブロツク図を第５図に示す。

本発明によつて構成された制御部は５００，５
００′，……であつて、次の部分から成る。

() タービンと給水加熱器との間の差圧を差圧
検出器５７，５７，′……（４２，４５，……
に相当）で検出し、開平演算器４９，５４，…
…によりタービンより給水加熱器に流れる抽気
流量演算部と、 () 水位調節弁の開度信号を位置検出器５８，
５８′，……で検出し関数発生器６３，６
３，′……で弁の位置と流量係数との非線形性
の補償を行ない、弁の出口側の圧力を圧力検出
器６０，６０′，……で検出し、温度検出器６
１，６１′，……で検出したドレン温度から、
関数発生器６４，６４′，……により求める弁
出口側でのドレンのフラツシユの発生した場合
の弁出口側の補正圧力とを、高値優先器６５，
６５′，……で比較し、弁出口側圧力として高
い値のものを採用し、圧力検出器５９，５９′，
……で検出した弁入口圧力と差をとり、この値
を弁の実効差圧としたものと、前記関数発生器
６３，６３′，……の信号とを乗算することに
より、給水加熱器から流出するドレン演算を推
定するドレン流量演算部５０，５５，……と、 () 給水加熱器への抽気、ドレンの流入流出量
の差を加減算器６７，６８，……で求め、その
差を比例微分演算器６９，６９′，……で演算
して流量の補正信号を発生し、ドレン水位検出
器３２，３３，……と水位設定器４５，４９，
……の信号により、比例積分演算器７０，７
０′で水位の補正信号を発生し、これらの値の
和を取つて制御出力とする制御演算部４８，５
３，……と である。ただし、ここで加減算器６８は高圧側の
給水加熱器よりドレンが流入する場合のものを示
している。

そうして、本発明のさらに他の実施例のブロツ
ク図を第６図に表わす。

各給水加熱器への抽気流量、水位調節弁の弁開
度、入口圧力、出口圧力、ドレン温度等は負荷一
定とした時の値は所謂ヒートバランスデータとし
て負荷の関数として与えられる。負荷変化時にお
いては、それらの値の変化はそれぞれある時間的
な遅れをもつ。そしてこれらの遅れは近似的にあ
る遅れ要素で実現することができる。

第６図は、負荷信号７３により定常時における
抽気流量を求める抽気流量演算部４９、弁入口圧
力を求める弁入口圧力演算部７５、弁出口圧力を
求める弁出口圧力演算部７６、ドレン温度を求め
るドレン温度演算部７７、弁開度演算部７４およ
び過度変化時にそれぞれの時間遅れを計算する遅
れ要素７８〜８２から構成されるプロセス・デー
タの推定器を示す。

第６図の推定器の信号を第５図のプロセス・デ
ータの検出器の信号の代用として利用することに
より、給水加熱器への抽気の流入量、ドレンの流
入流出量を推定することができる。

かくして本発明においては、給水加熱器の蒸気
およびドレンの流出流入量を制御に利用すること
になるので、次の効果がある。

○ア 発電プラントの負荷変化時のようなタービン
の抽気圧力の変化による給水加熱器への抽気流
量および給水加熱器からのドレンの流出量の変
化による水位の変動を抑えることができる。

○イ 高圧側の給水加熱器の水位変動によつて生じ
る低圧側の給水加熱器へのドレン流量の変化に
よる水位の変動を抑えることができる。

○ウ 発電プラントの負荷降下時のような給水加熱
器内圧力の降下と、給水温度の降下の割合の差
異により生じる水位調節弁での流量ゲインの低
下による水位の変動を抑えることができる。

○エ プラントに検出器を設けることなく、負荷信
号からだけで、給水加熱器への抽気の流入量、
ドレンの流入流出を推定演算できる。

以上により、本発明によれば、給水加熱器への
抽気蒸気の流入量、ドレンの流入流出量の推定値
を給水加熱器の水位信号と共に利用し、発電プラ
ントの負荷変化時、および高圧側の給水加熱器の
水位変動にやり起こる、流入流出量のアンバラン
スを先行的に補正することにより、ドレン水位の
変動を減少することができ、発電プラントの運転
をより安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発電プラントの概略の系統図、第２図
は給水加熱器の断面図、第３図は復水の給水加熱
器の水位制御系統図、第４図は本発明の一実施例
の概念図、第５図は本発明の他の実施例のブロツ
ク図、第６図は本発明のさらに他の実施例になる
プラントの動特性演算部の概念図である。 １……蒸気発生器、２，３……タービン、４…
…復水器、５，６，８，９……給水加熱器、７…
…脱気器、１０……給水ポンプ、１１……ドレン
ポンプ、１２……復水ポンプ、１３，１４，１
５，１６，１７……水位調節弁、１８……給水加
熱器胴体、１９……前段ドレン入口、２０……抽
気入口、２１……給水出口、２２……給水入口、
２３……ドレン出口、２４……伝熱管、２５……
蒸気減温部、２６……ドレン冷却部、２７……凝
縮部、２８……ドレン、３２，３３，３４……水
位検出器、３５，３６，３７……水位調節計、４
２，４３，４５，４６……プラントデータ信号、
４７，５２……水位設定値、４８，５３……制御
演算部、４９，５４……抽気流量演算部、５０，
５５……ドレン流量演算部、５７，５７′……差
圧検出器、５８，５８′……開度検出器、５９，
５９′，６０，６０′……圧力検出器、６１，６
１′……温度検出器、６２，６２′……開平演算
器、６３，６３′，６４，６４′……関数発生器、
６５，６５′……高値優先器、６６，６６′……乗
算器、６７，６８……加減算器、６９，６９′…
…比例微分演算器、７０，７０′……比例積分演
算器、７１，７２……弁操作信号、７３……負荷
信号、７４……弁開度演算部、７５……弁入口圧
力演算部、７６……弁出口圧力演算部、７７……
ドレン温度演算部、７８，７９，８０，８１，８
２……遅れ要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 復水器から複数個の給水加熱器が直列に従続
   して接続され蒸気発生器へ給水し、タービン抽気
   蒸気により給水を加熱し凝縮したドレンを順次調
   節弁を介して高圧側から低圧側の給水加熱器に流
   し、ドレンの流出量を水位調節弁の操作により調
   整し、給水加熱器ドレン水位を制御する発電プラ
   ントの給水加熱器水位制御装置において、 発電プラントのプロセスデータより給水加熱器
   への、抽気蒸気流入量を推定演算する抽気流量演
   算部と、 ドレンの高圧側からの流入量と低圧側への流出
   量よりドレン流量値を推定するドレン流量演算部
   と、 これらの抽気蒸気流量値と、ドレン流量値と、
   ドレン検出器からのドレン水位と、ドレン水位設
   定器からのドレン水位設定値と、かつ前段の高圧
   側給水加熱器のドレン流量演算部から与えられる
   ドレン流量値とを、それぞれ導入し水位調節弁の
   操作出力を演算し制御する制御演算部とを備える
   ことを特徴とする発電プラントにおける給水加熱
   器水位制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した給水加熱器
   水位制御装置において、 タービンと給水加熱器間の差圧より抽気蒸気流
   量を推定演算し、 高圧側の給水加熱器から流入するドレン量およ
   び低圧側の給水加熱器へ流出するドレン量から給
   水加熱器でのドレンの流入量、流出量の偏差のド
   レン流量値を求め、 先の抽気蒸気流量と、ドレン流量値と、前段高
   圧側給水加熱器のドレン流量演算部から与えられ
   るドレン流量値との加減演算を行い、 この加減演算した信号とドレン水位による制御
   演算信号とを合わせて水位調節弁への制御信号と
   する ことを特徴とする発電プラントにおける給水加熱
   器水位制御装置。