JPH0765729B2 - ボイラ自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所のボイラ自動制御装置に係り、特
に、伝熱部へのスートブロア注入時の蒸気温度急変動を
防止するのに好適なボイラ蒸気温度制御方式に関する。

〔従来の技術〕

ボイラの蒸気温度制御法は、「ボイラの自動制御」（オ
ーム社）23〜25頁の2.6過（再）熱器と蒸気温度制御装
置、260〜263頁の4,6蒸気温度制御に示されているよう
に、発生蒸気は１次,2次過熱器及びスプレー減温器にて
定格蒸気温度に制御され、再熱蒸気は再熱器を通る煙道
ガス量をガス再循環ダンパにより制御し、定格蒸気温度
を確保している。しかし、スートブロアの制御法につい
ては、上記の「ボイラの自動制御」207頁の9.1スートブ
ロア制御に示されているように、ボイラの伝熱面に運転
中スケールが付着して熱伝達率を下げ、ボイラ熱吸収バ
ランスのずれを生じるため、蒸気温度が定格温度まで上
がらなくなるため、定期的（使用燃料により時間に大き
な差異があり、スケール付着が早い石炭焚きプランドで
は約30分周期、スケール付着が少ないナフサ焚きプラン
トでは約４時間周期にボイラ全体で約30ケ所にスートブ
ロアを注入している）にこれを除去するようにしている
が、このスートブロア注入に伴なう蒸気温度への影響に
ついては、配慮がされていなかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、スートブロア注入に伴なう蒸気温度へ
の影響についての配慮がされておらず、スートブロア注
入によるボイラの水蒸気管伝熱率の向上に伴ない蒸気温
度が急変動しプラントの大きな外乱となるという問題が
あつた。

本発明の目的は、スートブロア注入時に、水蒸気管伝熱
率が上昇することによる蒸気温度変動を防止する装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところ
は、複数の過熱器に対してスートブロア注入時に、水蒸
気管伝熱率が上昇することによる主蒸気温度変動を防止
するように、発電機出力に基づいて各過熱器に対応して
設定された設定値により、各過熱器毎に特性に合わせて
減温器スプレー水を制御し、また再熱器に対するスート
ブロア注入時に、水蒸気管伝熱率が上昇することによる
再熱蒸気温度変動を防止するように、発電機出力に基づ
いて設定された設定値により、ガス再循環ファン入口ダ
ンパを制御することにある。更に、本発明では複数の過
熱器に対してスートブロア注入時に、水蒸気管伝熱率が
上昇することによる主蒸気温度変動及び再熱蒸気温度変
動を防止するように、発電機出力に基づいて各過熱器に
対応して設定された設定値により、燃料流調弁を制御す
ることを特徴とする。

〔作用〕

伝熱部ヘスートブロアが注入されると、スートブロアに
よる伝熱部の水蒸気管伝熱率向上により主蒸気温度急変
動するが、スプレー又は再循環ガス量の先行的制御によ
り変動巾を極小にできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第６図において、火力発電プラントの概要を説明する。
火力発電プラントは、ボイラ全体50、タービン２、発電
機３により構成され、ボイラ自動制御装置101は、負荷
（タービン・発電機）からの要求に基づき、タービン入
口蒸気の圧力，温度を規定値に保つべく、燃料流調弁7
0、給水流調弁23及び空気量を制御する。さらに燃焼ガ
スの流れについて説明すると、火炉にて燃焼したガス
は、まず火炉壁25にて熱吸収された後２次過熱器（以下
2SHという）29、再熱器（以下RHという）52、１次過熱
器（以下1SHという）27、節炭器（以下ECOという）24を
通り一部は再循環ガスとしてガス再循環フアン（以下GR
Fという）54の入口ダンパ53より火炉内へ注入され、火
炉壁（以下WWという）25、ドラム26、2SH29,RH52,1SH2
7,ECO24での伝熱量調整に使用され、残りは空気予熱器
などを通り煙突より排出される。また、その他の制御装
置として、中央操作盤102、スートブロア盤103がある。

この図を使つて、水蒸気系の流れをより詳細に説明す
る。まず、ボイラ給水ポンプ（以下BFPという）22にて
加圧された水は、給水流調弁23にて流量調整された後、
ECO24にて高温，高圧の水となり、WW25にて過熱されて
蒸気となる。この蒸気は、ドラム26にて飽和蒸気と飽和
水に分離され、1SH27で過熱され、さらに給水の一部をS
Hスプレー弁15を介して減温器28に注水した後、2SH29に
て過熱されて高圧タービン２へ送られる。２で仕事を終
えた蒸気は、非常用のRH減温器105を通つてRH52にて再
熱されて中圧タービン49に送られる。105にはRHスプレ
ー弁104を介して給水の一部が注入され再熱温度制御が
される。

なお、各伝熱部には、スートブロア用の蒸気弁（シヤツ
トオフバルブ30〜34）があり、30〜34を開して蒸気を各
伝熱部外壁に吹きつけ、付着したスケールを除去した伝
熱効率を向上される。なお、バルブ30〜34の各々につい
て運転員の選択によりスートブロアを使用することが出
来る。

第８図に、従来の主蒸気温度制御方式におけるスートブ
ロア投入時の主蒸気温度偏差、減温器出口蒸気温度偏
差、SHスプレー弁操作信号の挙動を示す。

2SH29へのスートブロア注入では、2SH伝熱率向上によ
り、主蒸気温度が急上昇している。2SH29での温度上昇
が顕著な理由は、2SH29が減温器28より後段に設置され
ており、2SH29への直接の外乱（例えば今回のような2SH
へのスートブロア注入）に対しての制御手段がないため
である。

次に1SH27へのスートブロア注入では、2SH29同様に、主
蒸気温度の上昇が見られるが、2SHの温度上昇に比べて
小さい。これは、減温器28でのSHスプレー注入による減
温効果に依るものであるが、従来のプラント運転中に見
られる温度変動に対する制御法、例えば温度急変を微分
器により演算し、SHスプレー弁15の制御信号を補償する
方法を用いても、温度上昇は押えることが出来ない。

また、WW25へのスートブロア注入では、主蒸気温度に対
してマイナス偏差として表われる。これは、WW25での熱
吸収率が向上するため、煙道ガス温度が下がり、2SH29
での煙道ガスによる熱吸収が低下するため、主蒸気温度
が下がるものである。

同様に、図示はしないが再熱蒸気温度制系においても、
RH52へのスートブロア注入時に、RH伝熱率向上により、
再熱蒸気温度が急上昇する。

以上のことより、スートブロア注入時の蒸気温度急変対
策としては、スートブロア使用の条件により、SHスプレ
ー弁15又はGRF入口ダンパを強制的に動作させることが
必要となる。

第１図に、主蒸気温度制御系の本発明を適用した制御回
路について説明する。

１は制御装置の範囲を示す。スートブロアを使用しない
場合は、主蒸気温度検出器６の信号と、設定値の偏差を
加算器７で演算し、この偏差を比例積分器８で演算し、
減温器28の出口蒸気温度の設定を求める。次に、減温器
28の出口蒸気温度検出器５の信号と比例積分器８の出力
信号との偏差を加算器９にて演算し、この偏差を比例積
分器10にて演算し、さらに微分器11による温度変化分
を、加算器12にて演算して、SHスプレー弁15を制御す
る。

次に、スートブロア使用時については、各伝熱面へのス
ートブロア注入における、主蒸気温度への影響が異なる
ことから、各スートブロア使用の条件（2SHは接点14,1S
Hは接点16,ECOは接点18,WWは接点21）を取り込み、SHス
プレー弁15補正信号については、各スートブロア使用時
の主蒸気温度変化特性より、SHスプレー弁15の補正関数
（2SHは13,1SHは15,ECO17,WWは19と極性変換器20）を、
発電機出力信号34をベースに設定し、SHスプレー弁15へ
補正信号を加算する。

第２図に、再熱蒸気温度制御系に本発明を適用した制御
回路について説明する。

１は制御装置の範囲を示す。RHスートブロアを使用しな
い場合は、再熱蒸気温度検出器42の信号と、設定値の偏
差を加算器45で演算し、この偏差を比例積分器46で演算
し、さらに微分器47による温度変化分を加算器48にて演
算して、GRF54の入口ダンパ53を制御する。

次にRHスートブロア使用時には、RHスートブロア使用の
接点条件44を取り込み、GRF入口ダンパ補正信号につい
ては、RHスートブロア注入時の再熱蒸気温度変化特性よ
り、発電機出力をベースにしたGRF入口ダンパ補正関数4
3を設定し、GRF入口ダンパ53を補正する。同様のガス再
循環制御についてはRHガスパスダンパ55,SHガスパスダ
ンパ56,火炉ホツパー入口ダンパーについても適用出来
る。

第３図に、燃料流量制御系に本発明を適用した制御回路
について説明する。

１は制御装置の範囲を示す。まず、スートブロアを使用
しない場合は、主蒸気圧力検出器63の信号と、設定値と
の偏差を加算器65にて演算し、この偏差信号を比例積分
器66で演算し燃料指令信号を作成する。次に燃料流量検
出器64の信号と66の燃料指令信号との偏差を加算器67で
算出し、この偏差を比例積分器68にて演算して燃料流調
弁70を制御する。

次にスートブロア使用時には、スートブロア使用の条件
を取り込み、燃料流量補正関数61を、発電機出力信号34
をベースに設定する。本関数は、スートブロア使用時の
主蒸気温度制御系及び再熱蒸気温度制御系における温度
制御を補うものとして設定するが、燃料節約となること
より、プラント効率向上につながる。

第７図に、本発明の制御方式を採用した場合の主蒸気温
度特性カーブを示す。本図と第８図を比較して明らかな
ように、スートブロア注入時についても、主蒸気温度偏
差は、＋８℃以下となり、良好な結果が得られることが
判かる。

次に、2SHへスートブロア注入時の実施例について説明
する。

2SH29へのスートブロア注入による2SH伝熱率の向上は、
主蒸気温度プロセスゲインを上げる結果となり、従来よ
り主蒸気温度制御に使われている減温出口蒸気温度によ
るカスケード制御に対して悪影響を及ぼしている。

第９図に、本カスケード制御の概略制御ブロツクを示し
て説明する。本カスケード制御は、主蒸気温度検出器に
よる減温器出口蒸気温度設定グループ111と、この設定
信号によりSHスプレー弁や減温器出口温度検出器からな
るプロセス113を有するグループ112により構成される。
ここで、2SHスートブロアにより影響を受けるのは、111
である。111中、2SH及び主蒸気温度検出器からなるプロ
セスの伝達関数は114となる。これより111の比例積分器
８の最適な定数は下記となる。

ここで、 K_P:プロセスゲイン T_P:プロセス時定数 L_P:プロセスむだ時間 K_C:最適PIゲイン T_C:最適PI時定数 である。

よつて、プロセス114へ2SHスートブロアが注入される
と、このプロセス定数が変化してしまい、式（１），
（２）で示したPI定数も変わつてしまう。ところが、現
状のボイラ自動制御装置では、上記問題に対する解決策
を持つていない。このことは、第８図に示されている様
に、SHスプレー弁はスートブロア注入時の急速な温度変
化に対して応答が遅く、RIゲイン、時定数とも不適切な
値となつている。つまり、ボイラのバフオーマンスによ
つて決まる熱吸収バランス（この場合、減温器出口蒸気
温度と主蒸気温度との関係）が、2SHへスートブロアを
注入することにより変化してしまうようなものに対いて
は、カスケード制御方式は使えない。

以上のことより、伝熱面へ2SHスートブロアを注入する
と、その伝熱面の熱吸収率が向上し、むだ時間のない急
激な温度変化が現われること、及びボイラの熱吸収バラ
ンスが崩れてしまうことが、判かる。よつて、2SHスー
トブロア注入時の主蒸気温度制御の対応策としては、前
述の第１図にて示した所のSHスプレー弁制御信号に補正
を加える他に、減温器出口蒸気温度によるカスケード制
御を止めて、主蒸気温度による直接制御方式とすること
が有効であることが判かる。

第４図に、上記対策を考慮した制御回路を示した。以
下、本制御回路について説明する。

１は制御装置の範囲を示す。まず、2SHスートブロアを
使用しない通常制御の場合は、減温器出口蒸気温度によ
るカスケード制御方式とする。すなわち、主蒸気温度検
出器６の信号と設定値の偏差を加算器７で演算し、この
偏差を比例積分器８で演算し、減温器出口蒸気温度の設
定を求める。次に減温器出口蒸気温度検出器５の信号と
８の出力の偏差を比例積分器10にて演算して、SHスプレ
ー弁15を制御する。

次に、2SHスートブロア使用時の制御法について説明す
る。まず、2SHスートブロア使用中の条件４により減温
器出口蒸気温度によるカスケード制御回路を信号切替器
83により切り離し、主蒸気温度信号６と設定値との偏差
を比例積分器81にて演算された信号と、微分器11による
主蒸気温度偏差の急変分を演算した補正信号とを加算器
82にて合計した信号にてSHスプレー弁15を制御する。本
制御回路により、2SHスートブロア注入時のSHスプレー
弁応答遅れの補償及び、カスケード制御方式の弊害につ
いて解決出来る。

第５図に、本発明の機能説明フローを示す。まず、演算
ブロツク91にて、ボイラがスートブロア使用中か判定す
る。スートブロア使用中であれば、演算ブロツク95にて
燃料流量を制御する。次に、演算ブロツク92にてスート
ブロアの位置を確認する。大別して、スプレー制御系で
あれば演算ブロツク94へ進み、SHスプレー弁開度補正及
び主蒸気温度偏差による直接のSHスプレー弁制御を行な
う、一方、ガス再循環量制御系であれば演算ブロツク93
へ進み、GRF入口ダンパ，ガスパスダンパ，火炉ホツパ
ー入口ダンパを補正する信号を加算する。

最後に、演算ブロツク96にて、スートブロア注入が終了
したかを判定し、終了していれば、スートブロア使用に
よるSHスプレー弁及びGRF入口ダンパなどの補正信号を
取り除き、通常の制御方式に戻すということを示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、火力発電所のボイラの伝熱面スケール
付着による熱伝達率低下防止のためのスートブロア注入
の際に発生する、蒸気温度急変動を防止出来るので、プ
ラント運転の安全かつ容易化に寄与出来ると伴に、ボイ
ラ，タービン本体のメタル疲労低減及びボイラ効率向上
にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、本発明の一実施例の制御系統図を示す。
第５図は、第１〜４図の説明で本発明の機能説明フロー
図を示す。 第６図は、代表的なドラムボイラの本体系統図及び主要
制御装置構成図を示す。 第７図は、本発明の制御方式を採用した場合の主蒸気温
度特性カーブを示す。 第８図は、従来の制御方式の場合の主蒸気温度特性カー
ブを示す。 第９図は、カスケード制御の概略制御ブロツクを示す
図。 101……ボイラ自動制御装置、29……２次過熱器、52…
再熱器、54……ガス再循環フアン、24……節炭器、25…
…火炉壁、23……給水ポンプ、27……１次過熱器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 駒田 正 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭59−21902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−85201（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−226604（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝熱面に付着したスケールを除去するスー
   トブロア、タービン入口蒸気温度を定格値に保つ過熱器
   及びスプレー水による減温器を有するボイラ蒸気温度制
   御装置において、 複数の過熱器に対してスートブロア注入時に、水蒸気管
   伝熱率が上昇することによる主蒸気温度変動を防止する
   ように、発電機出力に基づいて各過熱器に対応して設定
   された設定値により、各過熱器毎の特性に合わせて減温
   器スプレー水を制御することを特徴とするボイラ自動制
   御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、主蒸気温度制御は、主蒸気温度と減温器出口蒸気温
   度との偏差信号を用いるカスケード制御方式として、過
   熱器メタル熱伝達の遅れと側容量効果による主蒸気温度
   の応答遅れ補償を行ない、２次過熱器部へのスートブロ
   ア注入時には、主蒸気温度による直接の減温器スプレー
   制御方式へ切替える回路を設けたことを特徴とするボイ
   ラ自動制御装置。
3. 【請求項３】伝熱面に付着したスケールを除去するスー
   トブロアと煙道ガスの一部を火炉に再循環し、煙道ガス
   量とガス温度を変えて再熱蒸気温度を制御するガス再循
   環ファンを有するボイラ蒸気温度制御装置において、 前記再熱器に対するスートブロア注入時に、水蒸気管伝
   熱率が上昇することによる再熱蒸気温度変動を防止する
   ように、発電機出力に基づいて設定された設定値によ
   り、ガス再循環ファン入口ダンパを制御することを特徴
   とするボイラ自動制御装置。
4. 【請求項４】煙道を過熱器側と再循環側に分割したバイ
   パスダンパを有する特許請求の範囲第３項記載の装置に
   おいて、過熱器へのスートブロア注入時は煙道ガスを再
   熱器へ送り、再熱器へのスートブロア注入時は煙道ガス
   を過熱器へ送るバイパスダンパ制御回路を設けたことを
   特徴とするボイラ自動制御装置。
5. 【請求項５】伝熱面に付着したスケールを除去するスー
   トブロアとタービン入口蒸気温度を定格値に保つ過熱器
   を有するボイラ蒸気温度制御装置において、 複数の過熱器に対してスートブロア注入時に、水蒸気管
   伝熱率が上昇することによる主蒸気温度変動及び再熱蒸
   気温度変動を防止するように、発電機出力に基づいて各
   過熱器に対応して設定された設定値により、燃料流調弁
   を制御することを特徴とするボイラ自動制御装置。