JPH0623601B2 - 給水ポンプ運転制御方法および同装置 - Google Patents

給水ポンプ運転制御方法および同装置

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JPH0623601B2
JPH0623601B2 JP59081841A JP8184184A JPH0623601B2 JP H0623601 B2 JPH0623601 B2 JP H0623601B2 JP 59081841 A JP59081841 A JP 59081841A JP 8184184 A JP8184184 A JP 8184184A JP H0623601 B2 JPH0623601 B2 JP H0623601B2
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pressure
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敬市 豊田
修二 斉藤
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Hitachi Ltd
Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Hitachi Ltd
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、給水ポンプの運転制御方法及びその装置に係
り、特に給水ポンプに連結される給水管内の熱水のフラ
ッシングを防ぐための給水ポンプの運転制御方法及びそ
の装置に関する。
〔発明の背景〕
本発明は、最近の顧客ニーズであるミドル化、Daily St
art and Stop(D.S.S.)化への対応および運転の信
頼性向上にマツチした技術を目的とし、現状、ロードラ
ンバツク、負荷遮断(Fast Cut Back を含む)等の負荷
変化時に、給水ポンプ吸込管路の熱水置換は、給水ポン
プの運用上大きな問題であり、本発明による熱水置換の
最適制御は行われていない。このような熱水置換に本発
明が適用なされておれば、給水ポンプの運用は容易なも
のとなる。
今後のミドル化、DSS化運用を目指すプラントでは、
本発明の採用が、非常に有効となる。
従来の発電プラントでは、発電プラントの負荷が低下し
た時、給水ポンプ装置における気泡発生(以下、フラッ
シングと呼ぶ)が、プラント運転制御に悪影響を与え
る。給水ポンプ吸込管路の熱水を低温度の給水と置換す
るための管路が設けられている。
第1図は、従来一般に用いられている給水ポンプ系統の
一例を示す。グループA及びグループBは、それぞれボ
イラ容量定格の50%に相当する給水ポンプ34a,3
4bの系統であり、グループCは、定格の25%に相当
する給水ポンプ34cの系統である。A,B,Cの3グ
ループによつて、給水ポンプ装置が形成されている。1
0は復水器、11は復水ポンプ、13は給水加熱器、2
1は脱気器、22は脱気器貯水タンクである。プラント
運転中、タービン4で仕事を終えた蒸気は復水器10内
で凝縮され、復水は復水ポンプ11により復水管12、
給水加熱器13、逆止弁14を経て、脱気器21へ送水
される。脱気器21に送水された復水は、蒸気管24か
ら供給される加熱蒸気で加熱脱気されて、脱気器貯水タ
ンク22に貯えられ、降水管23a,23b,23cを
通つて給水ポンプ装置に供給される。給水ポンプを構成
しているグループAは、ブースタポンプ入口弁31a、
ブースタポンプ32a、給水ポンプ吸込管33a、給水
ポンプ34a、給水ポンプ吐出管35a、および給水ポ
ンプ出口弁37aを直列に接続し、給水ポンプ出口弁3
7aの吐出口を管寄38に連通するとともに、管寄38
と給水ポンプ34aとの間にウオーミング管41a、ウ
オーミング弁42a、およびオリフイス43aを直列に
介装接続してある。又、給水ポンプ34aの吸込管と復
水器の間に復水器排水弁20a、オリフイス17a、排
水回収管19を直列に介装接続してある。給水ポンプ装
置を構成しているグループB、および、グループCもグ
ループAと同様に構成されている。
このように構成された従来型の給水ポンプ系統(第1
図)では、プラント負荷が50%以上の時は、給水ポン
プ34a,同34bを運転し、同34cは、休止させ
る。又、プラント負荷が50%弱の時は、給水ポンプ3
4a、又は、同34bのいずれか一方のみを運転し、他
を休止させる。説明の便宜上、給水ポンプ34aが運転
され、給水ポンプ34b、同34cが休止している場合
の例について以下に述べる。
給水ポンプ34aの運転中、その吐出水の一部を管寄3
8からウオーミング弁42b、同42cを経て休止中の
給水ポンプ34b,34cに供給し、ウオーミングを続
け、プラント負荷上昇に応じていつでも給水ポンプ34
b,34cを起動し得るようにしておく。このようにし
てウオーミング弁42b,42cを介して給水ポンプ3
4b,34cに循環させるウオーミング水流量は、たと
えば、給水ポンプ定格の1%程度というように極少量で
ある。このようにウオーミング水流量が極少量であるた
め、休止中の給水ポンプのメタル温度を給水の温度と同
程度に維持するには充分であるが、休止中の給水ポンプ
吸込管33b,33cおよび降水管23b,23c内に
滞留している給水が循環水流によつて置換されるのに長
時間を必要とする。このように、給水ポンプの吸込管路
内の置換が徐々にしか行なわれないため、プラント負荷
が急激に低下した時、休止している給水ポンプの吸込側
の管路内に停滞している熱水がフラツシングしてウオー
タハンマやキヤビテーシヨンを誘発するという問題があ
る。
フラツシングの発生理由を第2図,第3図により説明す
る。
第2図は、給水ポンプ34a,34bの二台運転中一台
を停止した場合を示し、第3図は、給水ポンプ34a,
34bの二台運転時における待機中の給水ポンプ34c
の状態変化を示す。
第2図,第3図は、横軸に時間経過をとり、プラント負
荷に伴う圧力、温度の変化を縦軸に示してある。カーブ
Jはプラント負荷を示す。この図表はt時点からt
時点までプラント負荷Jが急激に下降した場合、この時
間およびその前後にわたる給水温度、圧力を示してあ
る。カーブMは脱気器器内圧、カーブOはブースタポン
プ入口圧力、カーブPは、給水ポンプ入口圧力である。
ブースタポンプ32aの入口圧力と同32bの入口圧力
とは常に等しいのでこれをカーブO(a),(b)で表わす。
カーブP(a)は給水ポンプ34aの入口圧力を、カーブ
(a),(b)は給水ポンプ34a,34bの入口圧力が等
しい場合の圧力をそれぞれ表わす。カーブKは脱気器貯
水タンク22内の給水温度である。プラント負荷Jがt
時点からt時点まで一定の割合で低下すると脱気器
器内圧Mは、これと同タイミングで低下し、これに伴つ
てブースタポンプ入口圧力O(a),(b)および脱気器貯水
タンク22内の給水温度Kも同じタイミングで低下す
る。カーブL(a)は給水ポンプ34aの入口温度を、カ
ーブL(b)は給水ポンプ34bの入口温度をカーブL
(a),(b)は給水ポンプ34a,34bの入口温度が等し
い場合の温度をそれぞれ示す。プラント負荷Jが一定で
ある時(t時点以前)には、給水ポンプ入口温度L
(a),(b)は、脱気器貯水タンク内給水温度Kと同じであ
るが、プラント負荷Jがt時点で下降し始めた時、給
水ポンプ入口温度L(a),(b)はタイムラグtだけ遅れ
て下降を始める。このタイムラグtは、降温した脱気
器貯水タンク22内の給水が降水管23a,23b(第
1図)を通つて給水ポンプ32a,32bの入口に達す
るに要する時間である。第2図において、このように、
給水ポンプ入口温度L(a),(b)がタイムラグtだけ遅
れて下降し始めると、これに伴つて給水ポンプ入口温度
に対応する水の飽和圧力N(a),(b)も下降し始める。更
に、プラント負荷Jが低下して50%以下になると、給
水ポンプ34bが停止する。この時点をtとする。t
時点の後もプラント負荷Jがt時点まで低下し続け
ると、ブースタポンプ入口圧力O(a),(b)もt時点ま
で低下し続ける。又、運転継続している給水ポンプ34
aの入口圧力P(a)もt時点まで脱気器内圧力カーブ
Mとほぼ平行に下降する。しかし、給水ポンプ34bの
停止に伴つてブースタポンプ32bも停止されるので、
ブースタポンプ32bの出口と入口との圧力差がなくな
り、給水ポンプ34bの入口圧力カーブP(b)は急激に
下降してt時点以後はブースタポンプ32bの入口圧
力O(a),(b)と重なる。このように、給水ポンプ32b
の入口圧力P(b)は急激に低下するが同ポンプ32bの
入口温度L(b)は、同ポンプの停止によりt以後ほぼ
一定の温度を保つ。従つて、給水ポンプ入口圧力に対す
る飽和蒸気圧力N(b)もt時点以後ほぼ一定となる。
このため、図示のイ点で給水ポンプ34bの入口圧力P
(b)は同ポンプ入口温度に対応する飽和蒸気圧力N(b)
等しくなり、その後は飽和圧力N(b)よりも低くなるの
で、給水ポンプ34bの吸込側管路内の給水がフラツシ
ユする。
第3図では、カーブL(c)は停止中の給水ポンプ34c
の入口温度をカーブN(c)は、給水ポンプ34cの入口
温度に対応する水の飽和圧力を示す。この図表で、給水
ポンプ34cが停止状態にあるため降水管23cおよび
給水ポンプ吸込管33c内の給水は滞留し、プラント負
荷Jがt時点よりt時点まで変化したとしても、脱
気器貯水温度より低い値でほぼ一定の値を保つ。よつて
第3図のイ点において、給水ポンプ34cの入口圧力P
(c)およびブースタポンプ入口圧力O(c)は同ポンプ入口
温度に対応する飽和圧力N(c)と等しくなり、その後
は、飽和圧力N(c)より低くなるので、給水ポンプ34
cの吸込側管路内の給水がフラツシユする。
このフラツシユ現象の発生を防止するため、第1図に示
したように、通常、給水ポンプ吸込管路33a,33
b,33cと復水器の間に熱水を置換するための管路1
9を接続してある。但し、本管路19の使用は、たとえ
自動化されたとしても、プラントの負荷降下率およびプ
ラント負荷降下幅のみで判断されており、停止させられ
た給水ポンプ、あるいは、停止中の給水ポンプの区別、
又、フラツシングを発生する可能性の有無等の判断なし
に、実施されている。すなわち、プラント負荷が急激に
変化した場合は、いかなる時でも、復水器排水管20
a,20b,20cの内、運転されていない給水ポンプ
吸込管に接続されているものは、開となり、ある一定時
間経過後に閉じる。このように、フラツシングの発生す
る可能性を判断しないで、復水器排水弁20a,20
b,20cを操作することは、脱気器貯水タンク22内
に貯えられた熱水を無駄に復水器に排出することにな
り、プラント熱効率の低下を大きくする。又、一定時間
経過後に排水弁20a,20b,20cを閉じた場合、
完全に降水管および給水ポンプ吸込管路内の熱水が置換
されず、再び、フラツシングが発生する可能性がある。
又、排水弁20a,20b,20cの開時間を長くする
ことは、無駄に熱水を排出することになり、前述のよう
に、プラント熱効率の低下をひきおこす。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、プラント負荷が低下した際、フラツシ
ング発生を判断し、熱水置換最適制御を可能とする給水
ポンプ運転制御方法および同装置を提供することを目的
とする。
〔発明の概要〕 本発明によれば、上記目的は、給水ポンプ吸込管内の圧
力と前記吸込管内を通る熱水の温度とを検出し、その圧
力と温度とに基づいて、それぞれの前記吸込管内の熱水
のフラッシング可能性を判定し、フラッシング可能性が
あると判定された前記吸込管内の熱水を、前記通水手段
を作動させて復水器へ排出する給水ポンプ運転制御方法
により達成される。
また、上記の給水ポンプ運転制御方法を実施するための
装置として、蒸気タービンの排気を復水器により凝縮
し、この復水を加熱脱気して貯水する脱気器貯水タンク
と、該脱気器貯水タンクに貯水された熱水を抽出してボ
イラへ供給する複数の給水ポンプと、前記脱気器貯水タ
ンクと前記複数の給水ポンプを連結して熱水を通す複数
の給水ポンプ吸込管と、該吸込管の各々に設けられ、前
記吸込管内の熱水を復水器へ通水する複数の管路と、該
各々の管路に設けられ、前記管路の通水を制御する復水
器排出弁と、前記タービンの負荷を検出する負荷検出手
段とを有し、前記負荷検出手段の出力信号に応じて前記
複数の給水ポンプの運転台数を制御するように構成され
たものを用い、前記吸込管の各々に設けられ、前記吸込
管内の圧力を検出する複数の圧力検出手段と、前記吸込
管の各々に設けられ、前記吸込管内の熱水の温度を検出
する複数の熱水温度検出手段とを具備すると共に、前記
熱水温度検出手段の出力信号に基づいて演算された飽和
圧力と前記圧力検出手段によって検出された検出圧力と
の圧力差を求め、この圧力差と前記負荷検出手段の出力
信号に基づいて前記複数の復水器排出弁の各々に開弁及
び閉弁信号を送る自動演算器を備えたことを特徴とする
ものを提供する。
〔発明の実施例〕
第4図は、本発明の方法を実施するために構成した給水
運転制御装置を備えたタービンプラントの系統図であ
る。
発電機5に負荷信号発信器6を設けて、発電機の負荷、
すなわち蒸気タービンの負荷率を検出し給水ポンプ吸込
管33a,33b,33cに給水ポンプ入口圧力発信器
2a,2b,2cを設け、給水ポンプ入口圧力を検出
し、圧力発信器2a,2b,2cの下流側に設けられた
給水温度検出器3a,3b,3cにより給水ポンプ吸込
管内給水温度を検出する。各発信器の出力信号を入力す
る自動演算器1を設け、フラツシングを発生するポイン
ト(第2図,第3図に示したイ点)を算出し、そのポン
ト以降に熱水置換を実施する。
第5図は、第4図の装置を用いて本発明の方法を実施し
た一例における制御原理図である。
自動演算器1中に負荷降下率演算部1,2を構成し発電
機負荷発信器6よりの発電機負荷Lの入力によつて負荷
降下率Lxは、 又、自動演算器1中に構成された飽和圧力演算部1.1
で、給水ポンプ入口温度発信器3(第7図)より給水ポ
ンプ吸込管路内給水温度T(n=1,2,3)の入力
によつて飽和圧力PTn (n=1,2,3)を記憶させて
おいた縦軸がエンタルピ、横軸がエントロピからなる線
図(Mollier 線図)により求める。すなわち、給水温度
とMollier 線図上の飽和限界線区との交点より算出
する。(但し、場合によつては飽和限界線Zに余裕をと
ることもある。)このようにして算出された飽和圧力P
Tn 、さらに、給水ポンプ入口圧力発信器2(第7図)
より給水ポンプ入口圧力P(n=1,2,3)を圧力
差演算部1.3に入力し、下式により圧力差Yを求め
る。
Y=P−(PTn +C) C:飽和圧力に対する余裕 この計算式により算出された圧力差Yは、給水ポンプ吸
込管路内にある給水の状態を示し、フラツシング発生す
る可能性の有無を判断する指標となる。圧力差Yおよび
負荷降下率Lxは熱水置換要否判定部1.4に入力さ
れ、下記に示すLxおよびYの値により、熱水置換の要
否を判断し、制御信号18を復水器排水弁20a,20
b,20cに発信せしめ、復水器排水弁20a,20
b,20cを制御する。尚、復水器排水弁20a,20
b,20cの各々は、同時に作動させる場合もあるが、
各給水ポンプの運転状態が異なるため(第2図,第3図
に示すイ点に到達する時間は給水ポンプ毎に異なる)復
水器排水弁20a,20b,20cは、判定部1.4の
信号により個別に制御される。
熱水置換要否判定部1.4での過程は、 第2図,第3図に示すようにイ点以降の状態となり、フ
ラツシングを発生するため(プラント負荷変化率Lxに
無関係に)熱水置換弁20を開く必要がある。
(2)Y=0 AND Lx>0の場合、 第2図,第3図に示す、まさに、イ点の状態であり、こ
れ以上、プラント負荷が低下すれば、フラツシングを発
生するため、Lx>0であれば熱水置換弁20を開く。
(3)Y=0 AND Lx≦0の場合、 (2)と同様の状態であり、これ以上プラント負荷が低下
することがない(Lx≦0)ため、熱水置換弁20を閉
じる。
第2図,第3図に示すイ点以前の状態であり、プラント
負荷変化率Lxに無関係に熱水置換弁20を閉じる。
このように、熱水置換要否判定部1.4により判断した
過程(弁開閉に対する指針)によつて、作業員もしくは
制御信号18により、復水器排水弁20を操作させる。
この過程を継続的に実行することにより、各給水ポンプ
吸込側管路内の状態を常時監視することができ、又、フ
ラツシングを発生する可能性のある場合のみ、熱水置換
を実施し、熱水置換終了前すなわち、復水器排水弁20
を閉じるタイミングも、決定することができ、いかなる
場合も、給水ポンプを安定に運用することができる。
次に、前述の実施例と異なる実施例を第6図,第7図に
より説明する。
第6図は、第1図の従来装置において、給水ポンプ34
とブースタポンプ32が別置式の(駆動軸が異なる)場
合のフラツシング現象を説明するための図表であり、第
7図は、第4図の装置を用いて本発明の方法を実施した
一例の制御原理図である。
プラント負荷カーブJは、第2図と同様にt時点から
下降し始めt時点までほぼ一様に下降する。t時点
で、給水ポンプ34bが停止するが、ブースタポンプ
は、別置式のため、運転を継続(ミニマムフロー運転)
する。Operatorがブースタポンプを停止させない限りポ
ンプは停止しない。このため、給水ポンプ34b吸込側
管路内の給水は、ブースタポンプにより徐々に脱気器2
2に戻される。しかし、その量は極少量であるため、短
時間に降水管および給水ポンプ吸込側管路の熱水を置換
することはできない。
よつて、停止された給水ポンプ34bの吸込側管路内給
水の飽和圧力N(b)は、第6図に示すように、徐々に降
下しイ点以降はフラツシングを発生し、ブースタポンプ
のウオータハンマやキヤビテーシヨンの原因となり、も
はや、ブースタポンプを運転することは難しく、ポンプ
の故障にもつながる。
第7図で自動演算器1の内部構造は第5図に示すものと
同様であるので説明を省略する。
第7図の熱水置換要否判定部1.4の制御信号18をブ
ースタポンプ32に適用することにより、ブースタポン
プを安全停止させることができる。
すなわち、制御信号18で第5図に示す熱水置換弁開の
信号をブースタポンプ停止信号に、熱水置換弁閉の信号
をブースタポンプ運転継続の信号に置き換えることによ
り、その効果を発揮できる。
このように、演算器1の演算結果を基にブースタポンプ
運転,停止指令信号および熱水置換弁20の開閉信号を
発信せしめ熱水置換およびブースタポンプの運転制御さ
せると本発明の給水ポンプ運転制御方法を全自動的で行
なうことができ、非常に有効である。
このように、給水ポンプ運転制御方法は、給水ポンプ装
置を設置した蒸気タービンプラントで、プラント負荷、
給水ポンプ入口圧力および同ポンプ入口温度を検出し、
検出値を自動演算器に入力して、自動演算器により、熱
水置換最適制御およびブースタポンプの最適運転制御を
可能とする。給水ポンプ運転状態値であるポンプ入口圧
力およびポンプ入口温度において、前者の代わりに給水
流量、ブースタポンプ吐出圧、給水ポンプ回転数、給水
ポンプ軸動力、脱気器器内圧力、又、後者の代わりに、
給水ポンプ入口側給水温度を用いても同様の効果が得ら
れる。
又、第5図の実施例は三個の給水ポンプ34a,34
b,34c、にそれぞれブースタポンプ32a,32
b,32cを直列に接続した給水ポンプ装置に本発明を
適用したものであるが、ブースタポンプ32a,32
b,32cを省略した構成の給水ポンプ装置でも本発明
の熱水置換制御を上述と同様に適用することができる。
〔発明の効果〕
本発明によればプラント負荷が低下した際、フラツシン
グ発生と判断し、熱水置換最適制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の給水ポンプの系統図、第2図,第3図は
第1図のポンプ運転特性図、第4図は本発明の一実施例
の給水ポンプ系統図、第5図は第4図の制御原理図、第
6図は第1図のフラツシング現象の説明図、第7図は第
4図の制御原理図である。 1……自動演算器、2a,2b,2c……圧力発信器、
3a,3b,3c……給水温度検出器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】蒸気タービンの排気を復水器により凝縮
    し、この復水を加熱脱気して貯水する脱気器貯水タンク
    と、該脱気器貯水タンクに貯水された熱水を抽出してボ
    イラへ供給する複数の給水ポンプと、前記脱気器貯水タ
    ンク及び前記複数の給水ポンプを連結して熱水を通す複
    数の給水ポンプ吸込管と、該吸込管の各々に設けられ、
    前記吸込管内の熱水を復水器へ通水する通水手段とを備
    え、前記蒸気タービンの負荷に応じて前記複数の給水ポ
    ンプの運転台数を制御すると共に、前記タービンの負荷
    が降下したならば、前記通水手段を作動させて前記吸込
    管内の熱水を復水器へ排出する給水ポンプ運転制御方法
    において、 前記吸込管内の圧力と前記吸込管内を通る熱水の温度と
    を検出し、その圧力と温度とに基づいて、それぞれの前
    記吸込管内の熱水のフラッシング可能性を判定し、フラ
    ッシング可能性があると判定された前記吸込管内の熱水
    を、前記通水手段を作動させて復水器へ排出することを
    特徴とする給水ポンプ運転制御方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の給水ポンプ運
    転制御方法において、前記通水手段の作動継続時間を、
    前記熱水の温度に基づいて演算された飽和圧力及び前記
    吸込管内の検出圧力の圧力差と前記タービン負荷とに基
    づいて定めることを特徴とする給水ポンプ運転制御方
    法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項記載の給水ポンプ運
    転制御方法において、前記通水手段による熱水の排出
    は、前記通水手段が作動してから、前記圧力差が実質的
    に零になり、かつ前記タービン負荷が実質的に降下しな
    くなるまで継続されることを特徴とする給水ポンプ運転
    制御方法。
  4. 【請求項4】蒸気タービンの排気を復水器により凝縮
    し、この復水を加熱脱気して貯水する脱気器貯水タンク
    と、該脱気器貯水タンクに貯水された熱水を抽出してボ
    イラへ供給する複数の給水ポンプと、前記脱気器貯水タ
    ンクと前記複数の給水ポンプとを連結して熱水を通す複
    数の給水ポンプ吸込管と、該吸込管の各々に設けられ、
    前記吸込管内の熱水を復水器へ通水する複数の管路と、
    該各々の管路に設けられ、前記管路の通水を制御する復
    水器排出弁と、前記タービンの負荷を検出する負荷検出
    手段とを有し、前記負荷検出手段の出力信号に応じて前
    記複数の給水ポンプの運転台数を制御するように構成さ
    れた給水ポンプ運転制御装置において、 前記吸込管の各々に設けられ、前記吸込管内の圧力を検
    出する複数の圧力検出手段と、前記吸込管の各々に設け
    られ、前記吸込管内の熱水の温度を検出する複数の熱水
    温度検出手段とを具備すると共に、前記熱水温度検出手
    段の出力信号に基づいて演算された飽和圧力と前記圧力
    検出手段によって検出された検出圧力との圧力差を求
    め、この圧力差と前記負荷検出手段の出力信号とに基づ
    いて前記複数の復水器排出弁の各々に開弁及び閉弁信号
    を送る自動演算器とを備えたことを特徴とする給水ポン
    プ運転制御装置。
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