JPH0713526B2 - 火力発電プラント自動制御装置 - Google Patents

火力発電プラント自動制御装置

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JPH0713526B2
JPH0713526B2 JP60050488A JP5048885A JPH0713526B2 JP H0713526 B2 JPH0713526 B2 JP H0713526B2 JP 60050488 A JP60050488 A JP 60050488A JP 5048885 A JP5048885 A JP 5048885A JP H0713526 B2 JPH0713526 B2 JP H0713526B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火力発電プラントのプラント自動制御装置に
係り、特に、AFC・ガバナフリー運用に好適なボイラ保
有熱量を利用した燃焼制御装置を有するプラント自動制
御装置に関する。
〔発明の背景〕
第2図に、本発明の適用対象となる火力発電プラントの
概略系統図の例を示す。10はボイラシステム、20はター
ビン発電機システムである。ボイラシステム10は、給水
ポンプ101、節炭器102、火炉水冷管103、一次過熱器10
4、過熱減温器105、二次過熱器106、再熱器107、スプレ
調節弁108、燃料調節弁109、押込通風機110、燃焼用バ
ーナ111より構成される。給水ポンプ101より供給された
給水は、節炭器102、火炉水冷管103で加熱され蒸気とな
り、一次,二次過熱器104,105で過熱されて主蒸気とな
りタービン発電機システム20に供給される。タービン発
電機システムからの排気は一部ボイラに戻され、再熱器
107で過熱されて再熱蒸気として再びタービン発電機シ
ステム20に供給される。燃焼用バーナ111に供給される
燃料と空気は、それぞれ燃料調節弁109、押込通風機110
にて制御される。バーナ111から供給する熱量は節炭
器、火炉水冷管で水を蒸気に変え、過熱器、再熱器で蒸
気を過熱蒸気にするために使用されるとともに、一部は
排出ガスとともに煙突から空気中に逃げる。スプレ調節
弁108は、蒸気温度を目標値に制御する目的で使用さ
れ、スプレ調節弁108で過熱減温器105に注水するスプレ
水量を調節して、二次過熱器106入口温度を変え、同出
口温度である主蒸気温度を目標値に制御する。
タービン発電機システム20は、主タービン加減弁201、
高圧タービン202、中・低圧タービン203およびタービン
ロータに直結された発電機204より構成される。加減弁2
01の開度に応じた量の主蒸気が高圧タービン202、およ
びボイラ再熱器を経て中・低圧タービン203に供給さ
れ、発電機204を回転させる。ボイラシステム10、およ
びタービン発電機システム20には計測装置が取付けられ
ており、時々刻々変化するプラント・データが計測され
る。即ち、ボイラシステムでは、節炭器入口給水流量・
温度が流量検出器301,温度検出器302で、同様に、一次
過熱器出口温度,二次過熱器入口温度、主蒸気圧力、同
温度、スプレ水量、再熱器入口温度、再熱蒸気圧力、同
温度、燃料流量、空気流量が、各々検出器303〜312にて
計測される。タービン発電機システムでは、発電量と周
波数が検出器313と314で計測される。
発明に最も近い公知例として上記のものは火力原子力発
電1983年11月号第326号p29〜35「火力発電所デイジタル
制御の動向」飯岡、本文中特にp33にて示されている。
第3図に、従来方式による火力発電プラント自動制御装
置を示す。以下、図に従いその機能を説明する。火力発
電プラントへの負荷指令401は、負荷変化率制限器402で
予め設定された負荷変化率に制限され、周波数補正バ
イアス用加算器404に加えられる。周波数補正バイアス
用加算器404では、AFC・ガバナフリー指令に基づく周波
数補正バイアスが、変化率制限された負荷指令に加
算され、発電量指令となる。発電量指令は、主ター
ビン加減弁制御への指令信号となり、発電量313が発電
量指令に一致する様、比較器405と調節器406により主タ
ービン加減弁開度を制御する。又、発電量指令を基
に、ボイラへの入力である給水・燃料・空気の各流量が
制御される。即ち、発電量指令の関数407で設定される
主蒸気圧力設定値に、主蒸気圧力305が一致する様、比
較器408と調節器409により主蒸気圧力補正バイアスを作
成、加算器410にて発電量指令に加算され、ボイラ入力
指令となる。ボイラ入力指令は、給水流量制御への指令
信号となり、節炭器入口給水流量301とスプレ流量307を
加算器411で加算して得られる合計給水流量が、ボイ
ラ入力指令に一致する様、比較器412と調節器413により
給水ポンプ101吐出流量を制御する。又、ボイラ入力指
令に見合うボイラ燃焼量(燃料・空気)が関数発生器41
4と温度補正バイアス加算器418で作成される。発電量指
令の関数415で設定される一次過熱器出口温度設定値
に、同温度303が一致する様、比較器416と調節器417に
より温度補正バイアスを作成、加算器418にてボイラ入
力指令からボイラ燃焼量への変換を行う関数発生器414
の出力に加え、ボイラ燃焼量指令を作成する。ボイラ燃
焼量指令は、燃料流量制御への指令信号となり、燃料流
量311が燃焼量指令に一致する様、比較器419と調節器
420により燃料調節弁109を制御する。又、燃焼量指令に
見合う空気流量指令が関数発生器421とO2補正バイアス
乗算器425で作成される。ボイラ燃焼量指令の関数422で
設定される節炭器出口ガスO2設定値に、節炭器出口での
排ガスO2315が一致する様、比較器423と調節器424によ
りO2補正バイアスを作成、乗算器425にてボイラ燃焼量
から空気流量への変換を行う関数発生器421の出力信号
を修正し、空気流量指令を作成する。空気流量指令は、
空気流量制御への指令信号となり、空気流量312が同指
令に一致する様、比較器426と調節器427により押込通風
機110吐出流量を制御する。
以上が従来方式による火力発電プラント自動制御装置の
機能である。
従来方式の制御性を示す例として、第4図に、AFC運用
時の制御特性を示す。が従来方式の場合である。図に
於いて、領域IおよびIIIは、それぞれ低および高負荷
一定時でのAFC運用、領域IIは負荷上昇中のAFC運用を示
す。信号〜は、第3図に示される記号とそれぞれ対
応する。AFC運用時、従来方式では、蒸気温度が大きく
変動しており、第4図では特に変動の大きい再熱蒸気
温度の特性を代表して示しているが、主蒸気温度も大き
く変動する。
以上、従来方式ではAFC・ガバナフリー運用時、主蒸気
および再熱蒸気温度が大きく変動する欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ボイラの運転方法としてボイラ保有熱
量を有効に利用したプラント運用を行うことにより、AF
C・ガバナフリー運転時に於いても良好な蒸気温度制御
を行い得る火力発電プラント自動制御装置を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
AFCおよびガバナフリー運転時、従来方式では蒸気温度
が大きく変動する理由は、燃料制御にある。即ち、第3
図に於いて燃料流量を規定する燃焼量指令は、ボイラ入
力指令を基に関数発生器414で作成される。言い換えれ
ば、ボイラ入力指令から静的関係のみに基づいて燃焼量
指令が作成され、ボイラの動特性(ボイラ保有熱量)が
全く考慮されていない。そのため、燃料流量は第4図
に示される通り給水流量と同期し、その振幅は給水流量
に対し関数発生器414で決まる静的比率を持つて変化す
る。この様な燃料流量の変化は、蒸気温度制御に対し外
乱として作用し、蒸気温度が大きく変動する原因となつ
ていた。
本発明は、AFCおよびガバナフリー運転時に見られる周
期性で速い変化率を要求されるプラント運転時に、ボイ
ラ運転方法としてボイラ保有熱量を有効に利用したプラ
ント運用を行い、適切なボイラ燃焼量指令を決定する。
これにより、燃料流量の変化巾を小さく抑えられ、蒸気
温度変動が小さく、燃料損失の少ない制御性の良い装置
が実現できる。
上記方式を実現する上で検討すべきことは、以下の2点
である。
1.ボイラ保有熱量を定量的に把握する手段。
2.ボイラ燃焼量指令の決定方法。
本発明では、上記2点についてそれぞれ次のようにして
解決した。
1.ボイラ保有熱量は、(A)ボイラ各部熱交換器の熱出
力を計算、(B)前記(A)で計算される熱出力の要求
値で、発電量指令に対応したボイラ熱出力要求値を計
算、(C)(A)で計算される熱出力と(B)で計算さ
れる熱出力要求値の差を計算し、その差により定量的に
把握する。即ち、発電量指令に基づく主タービン加減弁
の制御により強制的に取り出されるボイラ熱出力が、熱
出力要求値に追従している期間は、ボイラ保有熱量で対
応可能と判断する。
詳しくは実施例で述べる。
2.ボイラ燃焼量指令は、AFC・カバナフリー指令に基づ
く周波数補正バイアス加算前の発電量指令(基底負荷)
の関数として設定し、上記1に於ける、ボイラ熱出力と
要求値との偏差により補正する。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。第1図に於いて、第
3図の従来方式によるプラント自動制御装置と同一符号
を付したものは、同じ機能を持つので説明は省略し、本
発明の特徴である燃焼量制御について、以下詳細に説明
する。
演算器430では、プラント・データをもとにボイラ各部
熱交換器の熱出力を計算する。即ち、節炭器、火炉水冷
管、一次過熱器での熱出力をQECO,QWW,Q1SHとすると次
式で与えられる。
QECO=FWW×(HECO−HFW) …(1) QWW=FWW×(HWW−HECO) …(2) Q1SH=FWW×(H1SH−HWW) …(3) ここで FWW:節炭器入口給水流量 HFW:節炭器入口給水量エンタルピ HECO:節炭器出口給水エンタルピ HWW:火炉水冷管出口蒸気エンタルピ H1SH:一次過熱器出口蒸気エンタルピ (1),(2),(3)式を加えると節炭器から一次過
熱器までの合計熱出力QECO〜1SHが次式で求まる。
QECO〜1SH=QECO+QWW+Q1SH =FWW…(H1SH−HFW) …(4) 以下、同様に二次過熱器、再熱器での熱出力Q2SH,QRHは
次式で与えられる。
Q2SH=(FWW+FSP)×(H2SH−HSP) …(5) QRH=FRH×(HRH−HRHi) ………(6) ここに FSP:スプレ水量 H2SH:二次過熱器出口蒸気エンタルピ HSP:二次過熱器入口蒸気エンタルピ FRH:再熱蒸気流量 HRHi:再熱器入口蒸気エンタルピ HRH:再熱器出口蒸気エンタルピ 以上、(4),(5),(6)式よりボイラ合計熱出力
Qoutが次式で与えられる。
Qout=QECO〜1SH+Q2SH+QRH …(7) 又、熱出力の計算に用いる水又は蒸気のエンタルピは、
温度と圧力から蒸気表を用いて計算される。又、直接計
測していない再熱蒸気流量FRHは、中圧タービンの特性
より再熱蒸気圧力に比例するため、再熱蒸気圧力の関数
で与える。
FRH=f(PRH) ………(8) ここに PRH:再熱蒸気圧力 次に演算器431では、ボイラ入力指令とプラント・デー
タをもとにボイラ出力として要求される熱出力要求値を
計算する。即ち、ボイラ熱出力要求値QDは次式で与えら
れる。
QD=HMSD×FMS+HRHD×FRH −(HFW×FFW+HRHi×FRH) …(9) ここに、 FMS:主蒸気流量(=ボイラ入力指令) HMSD:主蒸気エンタルピ設定値 HRHD:再熱蒸気エンタルピ設定値 FFW:合計給水流量(=FWW+FSP) …(10) 又、主蒸気および再熱蒸気エンタルピ設定値は、各温度
設定値と圧力から蒸気表を用いて計算するか、予め計算
しておき、発電量指令の関数として与える。
ボイラ燃焼量指令は、AFC・ガバナフリー指令に基づく
周波数補正バイアス加算前の発電量指令の関数434とし
て、ボイラ燃焼試験時の静特性データより設定され、更
に加算器435で、演算器430の出力であるボイラ熱出力
が、演算器431の出力である熱出力要求値に一致する
様、比較器432と調節器433により作成される補正バイア
ス信号が加算される。加算器435の出力であるボイラ燃
焼量指令を演算器436により燃料発熱量で除して、燃料
流量指令を作成する。以下は、第3図従来方式と同一で
ある。
本発明の制御性を示す例として、第4図にAFC運用時の
制御特性を従来方式と比較して示す。が本発明の制御
特性である。従来方式に比較して、給水流量の特性は同
じであるが、ボイラ保有熱量を利用することにより燃料
流量の変動巾が小さく抑えられており、再熱蒸気温度の
変動が小さい。
又、本発明に対応して、第5図に示される様に制御回路
を単純化し、ボイラ保有熱量による燃焼量指令への補正
を行わない方式も考えられる。しかし、この方式は、第
4図に見られる周期性で変化巾の小さい発電量指令に対
しては本発明に近い効果が得られるが、AFC・ガバナフ
リー指令は必ずしも周期的とは言えず、第6図に示す様
な非周期性の指令に対し、ボイラ保有熱量で対応出来な
くなり蒸気温度が大きく変動する。本発明では、第6図
に示す様に、ボイラ保有熱量を定量的に把握し燃焼量
指令を補正しているため、蒸気温度の変動が抑えられ
る。
以上、本実施例によれば、AFCおよびガバナフリー運転
時、ボイラ運転方法としてボイラ保有熱量を有効に利用
したプラント運用が行え、適切なボイラ燃焼量指令が決
定できる。それゆえ、燃料流量の変化巾を小さく抑えら
れるため、蒸気温度変動が小さく、燃料損失の少ない制
御性の良い装置が実現できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、AFC・ガバナフリー運転時に於ける蒸
気温度変動の小さいプラント自動制御装置を提供でき、
プラントの運用性向上がはかれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるプラント自動制御装置の制御ブロ
ツク図、第2図は火力発電プラントの概略系統図、第3
図は従来方式によるプラント自動制御装置の制御ブロツ
ク図、第4図および第6図はAFC運用時の制御特性図、
第5図は本発明に類似したプラント自動制御装置の制御
ブロツク図。 430……ボイラ熱出力演算器、431……ボイラ熱出力要求
値演算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部から与えられた負荷指令に応じて、燃
    料流量指令を求める制御系統を有する火力発電プラント
    自動制御装置において、 ボイラ各部のプロセス量からボイラ各部熱交換器におけ
    る熱出力を演算する熱出力演算手段と、 ボイラ各部のプロセス量及びボイラ入力指令から上記負
    荷指令に対し要求されるボイラの熱出力を演算する熱出
    力要求値演算手段と、 上記熱出力演算手段の出力と上記熱出力要求値演算手段
    の出力とを入力し両者の差が所定の値となるように燃料
    流量指令を補正する燃料流量補正手段とを有することを
    特徴とする火力発電プラント自動制御装置。
JP60050488A 1985-03-15 1985-03-15 火力発電プラント自動制御装置 Expired - Lifetime JPH0713526B2 (ja)

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