JPH07180802A - ドラム水位制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】給水流量補償制御部１８は、水位検出信号ＳＶ
と水位指令信号ｌとの偏差信号に所定の制御演算処理を
施して得られる給水流量補償信号ｃ１０を出力する。給
水流量制御部１９は、蒸気流量検出信号と前記給水流量
補償信号とを加算して、この加算信号と給水流量検出信
号との偏差信号を算出し、前記加算信号が前記給水流量
検出信号となるように前記偏差信号を制御演算処理を施
して得られる給水流量操作信号を給水弁へ出力する。 【効果】 ドラム圧力の急減に起因するドラム水位信号
の減少の影響を回避しプラントの稼働を継続することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汽力発電プラントにお
けるドラム形ボイラシステムを構成する気水ドラムの水
位を制御するドラム水位制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に、ドラム周辺の概要を示す。給水
は給水ポンプ１１０によって昇圧され、給水配管１０２
を介して予熱器１１１を通ってドラム１０１に供給さ
れ、ドラム１０１から炉１１２の内部の水管１１３によ
って自然循環でバーナ１１４により加熱され、ドラム１
０１の液面で蒸気を発生させる。発生した蒸気は、ヘッ
ダ１１５に集まり、気水分離された後に、蒸気配管１０
３を経て過熱器１１６に入って過熱されて、過熱蒸気と
なり、需要端に送出される。

【０００３】上記したドラムの水位を制御するドラム水
位制御装置は、図７に示すように、ドラム１０１の給水
配管１０２に配置される給水流量検出器４により給水流
量が検出され、給水流量信号ｆが出力される。また、ド
ラム１０１の蒸気配管１０３に配置される蒸気流量検出
器３により蒸気流量が検出され、蒸気流量信号ｓが出力
され、それぞれ加減算器５に入力される。

【０００４】加減算器５では、前記二つの信号の差が演
算され偏差信号ｅ１として出力される。そして、ＰＩＤ
アルゴリズムで構成される水位補償制御部８は偏差信号
ｅ１を入力して、偏差信号ｅ１の拡大を抑制するように
水位補償信号ｃ１を演算出力する。水位補償信号ｃ１は
加減算器７でドラム水位信号ｌとの和が演算され、水位
補償帰還値信号ｍとして出力する。

【０００５】加減算器６では、水位補償帰還値信号ｍと
ドラム水位設定器１で設定されるドラム水位指令信号Ｓ
Ｖとの差が演算され、偏差信号ｅ２として出力される。
ＰＩＤアルゴリズムで構成される水位制御部９は前記偏
差信号ｅ２を入力して、この偏差信号ｅ２の拡大を抑制
するような水位操作信号ＭＶを演算出力する。

【０００６】給水弁開度調整部１０では、水位操作信号
ＭＶにより給水弁１１の開度を開閉する動作をする。こ
れによって、給水流量が制御されてドラム水位が制御さ
れる。

【０００７】次に、プラント稼働中のドラム水位の検出
について図８を参照して説明する。

【０００８】まず、ドラム１０１の上部に引き出した測
定管１０５と下部より引き出した測定管１０６とに差圧
計１０８を取付け、この差圧計１０８によって差圧ΔＰ
を得る。

【０００９】また、測定管１０５に取り付けた圧力計１
０７によりドラム内での飽和蒸気１０９の圧力Ｐが得ら
れる。

【００１０】ここで、差圧ΔＰと圧力Ｐとは、次の式
（１）の関係で示される。

【００１１】

【数１】

【００１２】従って、上記式（１）より次の式（２）が
得られる。

【００１３】

【数２】

【００１４】さらに、上記式（２）より次の式（３）を
得られる。

【００１５】

【数３】

【００１６】さらに、上記式（３）より次の式（４）を
得られる。

【００１７】

【数４】

【００１８】上記（４）式中でＶは飽和水１０４の比容
積である。飽和水１０４の比容積Ｖは、飽和圧力により
決められるので比容積Ｖは式（５）のように示される。

【００１９】

【数５】

【００２０】式（４）、式（５）より次の式（６）が得
られる。

【００２１】

【数６】

【００２２】式（６）よりドラム水位は、図９に示すア
ルゴリズムにより導入され、関数設定器１１６は、ある
飽和圧力を基準とした比容積Ｖ０と比容積Ｖとを正規化
した量と飽和圧力Ｐとの関数であり、圧力検出信号１１
８を入力して関数比Ｖ／Ｖ０を乗算器１１９へ出力す
る。そして、差圧検出信号１２０と重力加速度ｇの逆数
１２１とが乗算器１２２で乗算され、この値と関数比Ｖ
／Ｖ０とが乗算器１１９で乗算して、水位信号の比ｌ／
ｌ０（１２３）が求められる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
８および図９に示す方法によるＰＩＤアルゴリズムによ
れば、蒸気流量の急増等でドラム１０１の圧力が急激に
低下した場合、ドラム１０１の実際の水位が低下しない
にもかかわらずドラム１０１の圧力に応じて急激に水位
が低下するように算出されるという問題がある。

【００２４】すなわち、式（６）で表される飽和圧力の
関数たる比容積Ｖは圧力一定、つまり、飽和圧力が確定
された状態でのみ定義される量であり、圧力の急激な低
下を想定したような場合には、式（６）と式（６）より
導出される図９による水位検出アルゴリズムは、適用で
きない。

【００２５】従って、前記アルゴリズムは、ゆるやかな
変化に対して有効で、図７に示す従来の制御構成では、
ドラム内の圧力の急激な低下によって水位検出器２によ
り不当に小さいドラム水位信号ｌが出力され、これによ
り、給水流量を増加させるような水位操作信号ＭＶを出
力してしまう。

【００２６】その結果として、給水流量が急増し、ドラ
ム水位検出の方法が正常に作用する前に、ドラム水位高
の状態に陥り、プラントの稼働を継続することが不可能
な状態となる。つまり、従来の制御構成では蒸気量が急
激に増加し、ドラム圧力が急激に低下した場合には、ド
ラム水位高という状態が引き起こされプラントの正常な
稼働が困難になる。

【００２７】そこで、本発明はドラム圧力の急変という
状態になっても安全方向に制御動作し、しかも、ドラム
圧力状態が回復するまでプラントの稼働を維持可能とす
るドラム水位制御装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、水位検出
信号と水位指令信号との偏差信号に所定の制御演算処理
を施して得られる給水流量補償信号を出力する給水流量
補償制御手段と、蒸気流量検出信号と給水流量補償信号
とを加算して、この加算信号と給水流量検出信号との偏
差信号を算出し、加算信号が給水流量検出信号となるよ
うに偏差信号を制御演算処理を施して得られる給水流量
操作信号を給水弁へ出力する給水流量制御手段とを設け
るようにしたものである。

【００２９】第２の発明は、給水流量検出信号と蒸気流
量検出信号との偏差信号に所定の制御演算処理を施して
得られる水位補償信号を出力する水位補償制御手段と、
所定の時間遅れを有する水位検出信号と水位補償信号と
を加算し、この加算信号と水位指令信号との偏差信号を
算出し、加算信号が水位指令信号となるように偏差信号
に所定の制御演算処理を施して得られる水位操作信号を
給水弁へ出力する水位制御手段とを設けるようにしたも
のである。

【００３０】第３の発明は、給水流量検出信号と蒸気流
量検出信号との偏差信号に所定の制御演算処理を施して
得られる水位補償信号を出力する水位補償制御手段と、
ドラムの水底部と蒸気部との差圧信号とドラム内部の温
度信号とを入力してこれらの信号と温度基準の飽和蒸気
関数に基づいて所定演算を施し得られる水位検出信号を
出力する水位検出手段と、この水位検出手段による水位
検出信号と水位補償信号とを加算し、この加算信号と水
位指令信号との偏差信号を算出し、加算信号が水位指令
信号となるように偏差信号を所定の制御演算処理を施し
て得られる水位操作信号を給水弁へ出力する水位制御手
段とを設けるようにしたものである。

【００３１】

【作用】第１の発明は、水位検出信号と水位指令信号と
に基ずく給水流量補償信号を蒸気流量検出信号に加算し
て、この加算信号と給水流量検出信号との偏差信号を制
御演算処理を施して得られる給水流量操作信号を給水弁
へ出力するようにしたためにドラム圧力の急減に起因す
るドラム水位信号の減少の影響を回避若しくは低減でき
る。これによって、制御演算結果として得られる給水流
量を適性なものとできプラントの稼働を継続することが
できる。

【００３２】第２の発明は、水位検出信号に所定の時間
遅れを有するようにしたドラム圧力の急減に起因するド
ラム水位信号の減少の影響を回避若しくは低減できる。
これによって、制御演算結果として得られる給水流量を
適性なものとできプラントの稼働を継続することができ
る。

【００３３】第３の発明は、温度基準の飽和蒸気関数に
基づいて所定演算を施し得られる水位検出信号を用いる
ようにしたためにドラム圧力の急減に起因するドラム水
位信号の減少の影響を回避若しくは低減できる。これに
よって、制御演算結果として得られる給水流量を適性な
ものとできプラントの稼働を継続することができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３５】図１は、本発明の第１実施例に係るドラム
水位制御装置の構成図を示し、図７と同一符号は、同一
部分または相当部分を示す。

【００３６】図１において、図７と異なる主な点は、図
７の水位補償制御部８と水位制御部９の代わりに、給水
流量補償制御部１８と給水流量制御部１９とを設けたこ
とである。

【００３７】ここで、給水流量補償制御部１８は、ドラ
ム水位指令信号ＳＶとドラム水位信号ｌとの偏差信号ｅ
１０を入力して、ＰＩＤアルゴリズムによって演算し、
得られる出力信号を給水流量補償信号ｃ１０として加減
算器６へ出力するものである。

【００３８】給水流量制御部１９は、蒸気流量信号ｓと
給水流量補償信号ｃ１０との蒸気補償帰還値信号ｍ１０
に対して給水流量信号ｆを減算して得られる偏差信号ｅ
１１を入力し、ＰＩＤアルゴリズムによって演算し、得
られる出力信号を水位流量操作信号ＭＶ１として給水弁
開度調整部１０へ出力するものである。

【００３９】以上の構成で、蒸気流量がステップ状に大
きく増加した場合を考えると、まず、ドラム圧力が急激
に減少する。この圧力の低下によって図８、図９により
示された方法により検出されているドラム水位が急激に
低下される。

【００４０】このために、ドラム水位信号ｌが急激に低
下して加減算器５へ入力され、偏差信号ｅ１０が増大し
て給水流量補償制御部１８へ入力される。偏差信号ｅ１
０を入力した給水流量補償制御部１８では、主制御系の
給水流量を補正するようにＰＩＤ演算を施して得られる
給水流量補償信号ｃ１０が加減算器６へ出力される。

【００４１】一方、蒸気流量信号ｓが増加して加減算器
６へ入力され、加減算器６の出力である蒸気補償帰還値
信号ｍ１０から給水流量信号ｆが減算される。

【００４２】この状態のとき、給水流量補償制御部１８
からの給水流量補償信号ｃ１０が蒸気流量信号ｓと給水
流量信号ｆとの偏差に対して補償するように加減算器６
へ出力されるため蒸気補償帰還値信号ｍ１０がドラム水
位信号ｌの変動による影響を受けないようになる。給水
流量制御部１９では、蒸気流量信号ｓと給水流量信号ｆ
との変化に応じて水位流量操作信号ＭＶ１を給水弁開度
調整部１０へ出力する。

【００４３】このように、蒸気流量と給水流量から主た
る水位操作信号を演算し、ドラム圧力の急変時において
は水位補償信号の変動を最小限に止めるようにして給水
流量操作信号を演算出力する。従って、ドラム水位が急
激に蒸気流量信号ｓと給水流量信号ｆとによる水位制御
を主として行うことによりドラム圧力の急変時の水位制
御へ与える影響を極力低減することができる。

【００４４】次に、本発明の第２実施例について図２を
参照して説明する。

【００４５】図２について、図７の構成と異なる点は、
時間遅れ要素設定器１２を追加したことである。

【００４６】時間遅れ要素設定器１２は、ドラム水位信
号ｌを入力して所定の時間遅れをもったドラム補正水位
信号ｌ１０を出力するものである。

【００４７】この構成で、ドラム圧力が急上昇して、水
位検出器からのドラム水位信号が急変してもこの信号時
間遅れ要素τによって遅延され、変化の少ないドラム補
正水位信号ｌ１０として出力される。従って、ドラム圧
力が急変した場合も、ドラム補正水位信号がそのままで
急激に変化しないように制限される。

【００４８】これにより、ドラム補正水位信号が制御に
悪影響を及ぼす前にドラム内の蒸発の状態が正常に回復
する。

【００４９】次に、本発明の第３実施例を図３を参照し
て説明する。

【００５０】図３において、図７と異なる点は、水位検
出器２の代わりに温度基準水位検出器２０を設けたこと
である。

【００５１】温度基準水位検出器２０は、ドラムの水底
部と蒸気部との差圧検出信号とドラム内の温度検出信号
と、温度基準飽和蒸気容積関数とを用いて所定演算を施
して水位検出信号を得るものである。

【００５２】ここで、図４と図５とを参照して説明する
と、図８で説明したドラム１０１において圧力計１０７
の代わりに、温度計１２７ａ，１２７ｂ，１２７ｃを配
置して飽和蒸気１０９の温度を検出して、次の式（７）
により求める。

【００５３】

【数７】

【００５４】具体的には、図５に示すように温度検出信
号１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃを各々関数設定器１３
６ａ，１３６ｂ，１３６ｃへ入力してそれぞれの比容積
Ｖ／Ｖ０を平均演算器１４０へ入力して得られる平均値
を乗算器１１９へ出力するようにする。さらに、差圧検
出信号１２０と重力加速度の逆数１２１とを乗算器１２
２で乗算した値を乗算器１１９へ入力して水位検出信号
の比ｌ／ｌ０（１５０）を得るようにしている。

【００５５】この構成で、温度を基準に取っているため
ドラム内の温度の急激な変化は通常起こり得ないから前
記したようなドラム圧力の急激な変化によってもドラム
水位信号の異常な挙動は起こらない。

【００５６】この場合に、温度は測定点によって測定値
のばらつきが多いために測定点を複数にし、測定値の平
均値をとって所定の演算をして正確な値をえるようにし
ている。

【００５７】このように、蒸気流量の急激な変化により
起因するドラム圧力の変動によるドラム水位信号の挙動
を排除することができ、これによりドラム水位の三要素
制御の特長を持ったままの制御性の優れたドラム水位制
御装置が得られる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明よれば、
水位検出信号と水位指令信号とに基ずく信号を給水流量
補償信号として、この給水流量補償信号を蒸気流量検出
信号と給水流量検出信号との偏差信号に加算して制御演
算処理を施して得られる給水流量操作信号を給水弁へ出
力するようにしたためにドラム圧力の急減に起因するド
ラム水位信号の減少の影響を回避若しくは低減でき、制
御演算結果として得られる給水流量を適性なものとでき
プラントの稼働を継続することができる。

【００５９】第２の発明は、水位検出信号に所定の時間
遅れを有するようにしたドラム圧力の急減に起因するド
ラム水位信号の減少の影響を回避若しくは低減でき、制
御演算結果として得られる給水流量を適性なものとでき
プラントの稼働を継続することができる。

【００６０】第３の発明は、温度基準の飽和蒸気関数に
基づいて所定演算を施し得られる水位検出信号を用いる
ようにしたためにドラム圧力の急減に起因するドラム水
位信号の減少の影響を回避若しくは低減でき、制御演算
結果として得られる給水流量を適性なものとできプラン
トの稼働を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すドラム水位制御装置
の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例を示すドラム水位制御装置
の構成図である。

【図３】本発明の第３実施例を示すドラム水位制御装置
の構成図である。

【図４】図３に備える温度基準水位検出器の水位検出方
法を示す説明図である。

【図５】図３に備える温度基準水位検出器の水位検出ア
ルゴリズムを示す説明図である。

【図６】ドラム周辺の概要を示す系統図である。

【図７】従来例を示すドラム水位制御装置の構成図であ
る。

【図８】図６に備える水位検出器の水位検出方法を示す
説明図である。

【図９】図３に備える水位検出器の水位検出アルゴリズ
ムを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 水位設定器 ２ 水位検出器 ３ 蒸気流量検出器 ４ 給水流量検出器 ８ 水位補償制御部 ９ 水位制御部 １０ 給水弁開度調整部 １１ 給水弁 １２ 時間遅れ要素設定器 １８ 給水流量補償制御部 １９ 給水流量制御部 ２０ 温度基準水位検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水位検出信号と水位指令信号との偏差信
   号に所定の制御演算処理を施して得られる給水流量補償
   信号を出力する給水流量補償制御手段と、 蒸気流量検出信号と前記給水流量補償信号とを加算し
   て、この加算信号と給水流量検出信号との偏差信号を算
   出し、前記加算信号が前記給水流量検出信号となるよう
   に前記偏差信号を制御演算処理を施して得られる給水流
   量操作信号を給水弁へ出力する給水流量制御手段とを備
   えたことを特徴とするドラム水位制御装置。
2. 【請求項２】 給水流量検出信号と蒸気流量検出信号と
   の偏差信号に所定の制御演算処理を施して得られる水位
   補償信号を出力する水位制御補償手段と、 所定の時間遅れを有する水位検出信号と前記水位補償信
   号とを加算し、この加算信号と水位指令信号との偏差信
   号を算出し、前記加算信号が水位指令信号となるように
   前記偏差信号に所定の制御演算処理を施して得られる水
   位操作信号を給水弁へ出力する水位制御手段とを備える
   ことを特徴とするドラム水位制御装置。
3. 【請求項３】 給水流量検出信号と蒸気流量検出信号と
   の偏差信号に所定の制御演算処理を施して得られる水位
   補償信号を出力する水位補償制御手段と、 ドラムの水底部と蒸気部との差圧信号と前記ドラム内部
   の温度信号とを入力してこれらの信号と温度基準の飽和
   蒸気関数に基づいて所定演算を施し得られる水位検出信
   号を出力する水位検出手段と、 この水位検出手段による水位検出信号と前記水位補償信
   号とを加算し、この加算信号と水位指令信号との偏差信
   号を算出し、前記加算信号が水位指令信号となるように
   前記偏差信号を所定の制御演算処理を施して得られる水
   位操作信号を給水弁へ出力する水位制御手段とを備える
   ことを特徴とするドラム水位制御装置。