JPH08285205A - 石炭火力プラントの運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷変化時のプロセス変動量を小さくするこ
とができる石炭火力プラントの運転制御方法を提供する
こと。 【構成】 関数発生器３０１は、ミル運転台数に対する
下限負荷を設定し、関数発生器３０２は、ミル運転台数
に対する上限負荷を設定する。高値選択器３０３は、負
荷指令２００と関数発生器３０１の出力信号とで高値側
の信号を選択する。低値選択器３０４は、高値選択器３
０３の出力信号Ｓ１３と関数発生器３００の出力信号と
で低値側の信号を選択する。到達負荷は、負荷指令２０
０がミル運転台数に対して予め定められた上下限負荷範
囲内にある場合は、負荷指令２００が到達負荷となり、
負荷指令２００がミル運転台数に対して予め定められた
上下限負荷範囲を越えた信号であれば、上限負荷又は、
下限負荷が到達負荷として選択される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭火力プラントの運
転制御方法に係り、負荷変化時に動的補正信号（以下先
行制御量と称する。）を用いてプラントの安定運転を図
るのに好適な石炭火力プラントの運転制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に石炭火力プラントの構成を示す。
同図において、石炭火力プラントは、運転制御装置１０
と、ボイラ２０と、給炭機３０と、ミル４０と、タ−ビ
ン・発電機７０とを有している。また５０はエアダン
パ、６０は給水弁である。

【０００３】火力プラントの制御盤１０では図示してな
い中央給電所のような上位の制御盤から与えられる負荷
指令２００等の指令信号に基づき、ボイラ入力量を作成
し、ボイラに供給する給水量・燃料量・空気流量の各基
本制御量と動的補正信号を加え各調整量を算出する。

【０００４】石炭火力プラントのミルは負荷により規定
の運転台数で運用される。図４にミルの運転台数と負荷
との関係を示す（但し、数値については便宜上のもの
で、発電容量、ミル容量により異なる）。ミルの運転台
数と負荷との関係は、負荷０％から２５％までの範囲で
はミル２台で運転し、以下２５％から５０％が３台、５
０％から７５％が４台、７５％から１００％が５台とい
うように、負荷に対しミル運転台数は一義的に決まる関
係にある。

【０００５】運転台数と負荷との関係をグラフに示すと
図の様に、０台から２台までのミルに対しての運転可能
な負荷範囲は、下限が０％で上限は２５％、２台から３
台までのミルに対しての運転可能な負荷範囲は、下限が
２５％で上限は５０％、３台から４台では下限が５０％
で上限は７５％、４台から５台では下限が７５％で上限
は１００％、といった以上の様な関係がある。

【０００６】また、ミルは起動してからバ−ナに石炭が
供給されて点火するまでに数十分の時間を要する（これ
をミルウォ−ミングと言う）。したがってミルの起動・
停止は負荷変化を止めた状態（負荷定値）で行なわれ
る。このような石炭火力プラントの運用において、負荷
変化がミル運転台数の増減が発生する負荷を通過する場
合、その負荷で一担、定値にしてミルを入切する必要が
ある。

【０００７】従来の石炭火力プラントの運転制御方式に
あっては、このミルの入切に関係なく、先行制御量を負
荷変化の開始負荷と最終到達負荷から算出していたため
に、ミル入切による定値運転状態がある場合に過多の先
行制御量が入り、プロセス量を大きく変動させる結果と
なっていた。

【０００８】図５及び図６に従来の石炭火力プラントの
運転制御方式を示す。これらの図において、負荷指令２
００はステップ的な要求値Ｓ０１である（図６
（ａ））。負荷指令２００を変化率制限器１０１を通し
リニアな信号Ｓ０２とする（図６（ｂ））。更に信号Ｓ
０２は微分器１０２入力され、信号Ｓ０２の傾きが算出
される（図６（ｃ））。

【０００９】一方、減算器１０３は負荷指令２００より
変化率制限器１０１の出力信号Ｓ０２を減算することに
より、到達負荷までの負荷変化分Ｓ０４を算出する（図
６（ｄ））。この負荷変化分Ｓ０４をモニタリレ−１０
４で監視する。到達負荷までの負荷変化分Ｓ０４がα％
以上であればモニタリレ−１０４はＯＮ接点を出力し、
α％以下となる時点、すなわち到達負荷まで近づいた時
点で、換言すれば到達負荷のβ時間前にＯＦＦする（図
６（ｅ））。

【００１０】切換器１０５はモニタリレー１０４の出力
信号Ｓ０５がＯＮの時、微分器１０２の出力信号Ｓ０３
を選択し、ＯＦＦの時０％信号を選択するように動作す
る（図６（ｆ））。これにより到達負荷までの負荷変化
分がα％以上の時、微分器１０２からの出力信号が出力
され、α％以下で０％になる。

【００１１】この切換器１０５の出力信号は変化率制限
器１０６に入力され、変化率制限器１０６で適量のレ−
トが付けられ、この変化率制限器１０６の出力を先行制
御量としている（図６（ｇ））。

【００１２】なお減算器１０３、モニタリレー１０４、
切換器１０５及び変化率制限器１０６は負荷上昇側で使
うもので、減算器１０７、モニタリレー１０８、切換器
１０９及び変化率制限器１１０は負荷下降時に使う。減
算器１０７の符号が減算器１０３と逆になっているのは
このためである。

【００１３】加算器１１１は、この負荷上昇側の信号と
下降側の信号を合成するためのものである。この合成さ
れた先行制御量が最終的に、給水量・燃料量・空気流量
の動的補正量として使用され、動的に遅れの生じる各調
整量を適正に保つことができるものである。以上の従来
方式における問題点を図７を参照して説明する。

【００１４】負荷を５０％から１００％に上昇させる場
合を例に採り説明する。負荷を５０％から１００％に上
昇させる負荷指令が出力されると、負荷変化は、７５％
でミルの入操作が行なわれるために７５％で定値となり
ミルの運転台数が追加される。 すなわち、５０％から
１００％の負荷上昇は、５０％から７５％の負荷変化
と、７５％から１００％への負荷変化の合成で成立す
る。負荷定値は変化率制限器Ｂ０１のスイッチにミルウ
ォ−ミング中が入力されると変化率制限器１０１は出力
をホ−ルドすることで実現される。

【００１５】負荷指令２００は目標到達負荷が５０％か
ら１００％にステップ状に上昇する（図７（ａ））。負
荷指令２００が入力された変化率制限器１０１の出力信
号Ｓ０２は５０％から７５％まで一定レ−トで上昇する
（図７（ｂ））。負荷が７５％に到達するとミルが一台
ウォ−ミングに入るため、変化率制限器１０１はその出
力をホ−ルドし、、７５％で定値となる。

【００１６】ミルウォ−ミングが完了する（ミルの運転
台数が１台加算される。）と変化率制限器１０１は出力
のホ−ルドを解除し、変化率制限器１０１の出力は再び
７５％から１００％へ一定レ−トで上昇する（信号Ｓ０
２）。

【００１７】変化率制限器１０１の出力は、微分器１０
２に入力され、微分器１０２の出力は変化率制限器１０
１の出力信号Ｓ０２の傾きＳ０３となる（図７
（ｃ））。

【００１８】減算器１０３の出力である到達負荷までの
負荷変化分Ｓ０４は到達負荷が負荷指令２００であるた
め１００％負荷から変化率制限器１０１の出力信号Ｓ０
２が減算されることにより得られる（図７（ｄ））。こ
れにより到達負荷までの負荷変化分Ｓ０４を監視するモ
ニタリレ−１０４の出力Ｓ０５は５０％から７５％への
負荷変化ではＯＦＦせず、７５％から１００％の負荷変
化の時にのみＯＦＦする（図７（ｅ））。したがって先
行制御量となる切換器１０５の出力信号Ｓ０６ひいては
変化率制限器１０６の出力信号Ｓ０７は５０％から７５
％の負荷変化では本来７５％負荷到達時点のβ時間前か
ら０％に落としたいにもかかわらず、変化率制限器１０
１が出力をホ−ルドして微分器１０２の出力信号Ｓ０３
が０になるまでは落ちない不具合があった（図７
（ｆ），（ｇ））。これは先行補正量が多目に投入され
てしまうために結果としてプロセス量（温度、圧力等）
を大きく変動させてしまうものであった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
石炭火力プラントの運転制御方式では、先行制御におい
て、負荷変化の到達負荷が最終的な到達目標負荷しか考
慮されていないため、負荷変化の途中でミルの入切が生
じ、負荷が定値となった場合の負荷変化における定値と
なる到達負荷を無視した状態で先行制御量が投入される
ため、プロセス変動が大きくなるという問題があった。

【００２０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、上記ミル入切で定値となった場合に、到達
負荷を最終的な到達負荷でなくこの定値となる負荷で切
り替ることで、ミル入切で途中負荷変化がはいった場合
でも、適正な先行制御量を算出できる様にし、負荷変化
時のプロセス変動量を小さくすることができる石炭火力
プラントの運転制御方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の石炭火力プラン
トの運転制御方法は、プラントの負荷要求信号からボイ
ラ入力指令を作成し、該ボイラ入力指令に基づいて発電
機を駆動するタービンに供給する蒸気を生成するボイラ
に供給する給水量、燃料量、空気流量の各基本制御量を
決定し、これに負荷要求信号が変化した場合に負荷の変
化量に応じた制御量に相当する動的補正信号を加えて給
水量、燃料量、空気流量を制御する石炭火力プラントの
運転制御方法において、負荷変化終了後の到達負荷を予
め、ミルの運転台数から算出し、該算出された到達負荷
を目標到達負荷として前記動的補正信号を求めることを
特徴とする。

【００２２】また本発明の石炭火力プラントの運転制御
方法は、前記負荷変化時の到達負荷の算出は、前記プラ
ントの負荷要求信号である負荷指令をミル運転台数で決
まる予め定められた上限負荷及び下限負荷により制限す
ることにより求めることを特徴とする。

【００２３】

【作用】負荷指令２００がミル運転台数から定まる上限
負荷及び下限負荷の範囲内に制限されることで、ミル運
転台数の上下限負荷を越えた負荷指令に対して、到達負
荷は上限負荷、下限負荷で制限されているため、上記上
限負荷または下限負荷が、到達負荷となり、ミルの入切
で定値となる負荷と合致したものとなる。

【００２４】したがって、ミル入切で途中負荷変化がは
いった場合でも、適正な先行制御量を算出でき、負荷変
化時のプロセス変動量を小さくすることができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１に本発明が適用される石炭火力プラントの運
転制御装置の要部の構成を示す。本実施例が図５に示し
た運転制御装置と構成上、異なる点は負荷指令制限部３
００を設けたことであり、その他の構成は同じである。

【００２６】同図において、負荷制限部３００は、関数
発生器３０１、３０２と、高値選択器３０３と、低値選
択器３０４とを有している。

【００２７】関数発生器３０１は、ミル運転台数に対す
る下限負荷を設定するもので、図４の点線で示した負荷
カ−ブを設定する。

【００２８】また関数発生器３０２は、ミル運転台数に
対する上限負荷を設定するもので、図４の実線で示した
負荷カ−ブを設定する。

【００２９】高値選択器３０３は、負荷指令２００と関
数発生器３０１の出力信号である上記ミル運転台数に対
する下限負荷信号Ｓ１２とで高値側の信号を選択する。

【００３０】また低値選択器３０４は、高値選択器３０
３の出力信号Ｓ１３と関数発生器３００の出力信号であ
るミル運転台数に対する上限負荷信号Ｓ１１とで低値側
の信号を選択する。

【００３１】本実施例では、目標の到達負荷となる負荷
指令２００に対して関数発生器３０１，３０２でハイパ
スフィルタ、ローパスフィルタをかけることで制限させ
るようにしたもので、到達負荷を現状運転のミル台数に
見当った負荷バンド内に押さえるようにしている。以上
により、到達負荷は、負荷指令２００がミル運転台数に
対して予め定められた上下限負荷範囲内にある場合は、
負荷指令２００が到達負荷となるし、負荷指令２００が
ミル運転台数に対して予め定められた上下限負荷範囲を
越えた信号であれば、上限負荷又は、下限負荷が到達負
荷として選択されることになる。

【００３２】図２に負荷５０％から１００％へのロ−ド
アップする場合を例に図１の運転制御装置の各部の動作
状態を示す。

【００３３】負荷指令信号Ｓ０１は５０％から１００％
へとステップ状に変化する（図２（ａ））。今、ミルの
運転台数が４台のｔ１区分にあるとする。負荷変化開始
時（ａ点）、ミルの運転台数は４台である。よって、ミ
ル運転台数からの上限負荷は７５％、下限負荷は５０％
であるから、関数発生器３０１，３０２からはそれぞ
れ、下限負荷５０％を示す下限負荷信号Ｓ１２、上限負
荷７５％を示す上限負荷信号Ｓ１１が出力される（図２
（ｄ），（ｅ））。

【００３４】一方、負荷指令２００は５０％から１００
％に変化したわけで、高値選択器３０３の出力（Ｓ１
３）は高値側の信号１００％（負荷指令２００）が選択
されるものの、低値選択器３０４により関数発生器３０
２の出力信号（Ｓ１１）７５％が選択されるため、負荷
変化開始時の到達負荷（Ｓ１４の信号が到達負荷）は７
５％となる（図２（ｆ），（ｇ））。

【００３５】また負荷指令２００は変化率制限器１０１
に入力され、変化率制限器１０１によりリニアな信号Ｓ
０２に変換される（図２（ｂ））。但し、この変化率制
器１０１は、ミルウォ−ミング中は出力をホ−ルドする
ため、負荷が７５％に達すると、ミルウォ−ミングの負
荷となるため、ミルウォ−ミング完了まで出力をホ−ル
ドする。更に微分器１０２により変化率制限器１０１の
出力信号Ｓ０２の傾きＳ０３が算出される（図２
（ｈ））。

【００３６】また減算器１０３は、低値選択器３０４の
出力信号である到達負荷Ｓ１４から変化率制限器１０１
の出力信号Ｓ０２を減算することにより、到達負荷まで
の負荷変化分（Ｓ０４）を算出する（図２（ｉ））。こ
の負荷変化分Ｓ０４をモニタリレ−１０４で監視し、到
達負荷までの負荷変化分Ｓ０４がα％以上であればこの
モニタリレ−１０４はＯＮ接点の信号を出力し、負荷変
化分Ｓ０４がα％以下、つまり到達負荷まで近づいたこ
とでＯＦＦ接点の信号を出力する（Ｓ０５）（図２
（ｊ））。

【００３７】切換器１０５はモニタリレ−１０４の出力
信号Ｓ０５がＯＮの時、微分器１０２からの信号を選択
し、ＯＦＦの時、０％信号が選択するように切り換える
（図２（ｋ））。これにより到達負荷までの負荷変化分
Ｓ０４がα％以上の時、微分器１０２からの出力信号が
出力され、α％以下で０％になる。この切換器１０５の
出力信号Ｓ０６に変化率制限器１０６で適量のレ−トを
付け先行制御量Ｓ０７を作する。減算器１０３、モニタ
リレー１０４、切換器１０５及び変化率制限器１０６は
負荷上昇側で使用し、減算器１０７、モニタリレー１０
８、切換器１０９及び変化率制限器１１０は負荷下降時
に使用する。加算器１１１はこの負荷上昇側と負荷下降
側の各出力を合成するものである。

【００３８】これにより、５０％から７５％での負荷変
化時にも、到達負荷を７５％と算出できたことにより、
先行制御量を負荷が７５％到達のβ時間前から減少させ
ることができ、プロセス変動の少ない、最適な先行制御
量を投入することが可能となる。

【００３９】次に ７５％での定値の間、ミルウォ−ミ
ングを行ないミルが１台追加されると同時に７５％から
１００％の負荷変化が開始され図中ｔ２区分へ移行す
る。ミルの運転台数が４台から５台となったことによ
り、関数発生器３０１，３０２の出力信号（Ｓ１２，Ｓ
１１）はそれぞれ、７５％、１００％となり、高値選択
器３０３、低値選択器３０４で選択される信号は１００
％となり、到達負荷は１００％となる。

【００４０】ミルウォ−ミングが完了したことで変化率
制限器１０１は出力のホールド動作を解除し、その出力
Ｓ０２は７５％から１００％へ、一定のレ−トで増加を
開始する。微分器１０２の出力は変化率制限器１０１の
出力信号Ｓ０２の傾きＳ０３となる。減算器１０３の出
力信号である到達負荷までの負荷変化分Ｓ０４は、到達
負荷が低値選択器３０４で選択された１００％であるか
らこれと変化率制限器１０１の出力値との減算になって
いる。これにより到達負荷までの負荷変化分を監視する
モニタリレ−１０４の出力信号Ｓ０５は１００％到達時
点のβ時間前にＯＦＦし、７５％到達時と同様、１００
％到達前に先行制御量を減少させることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、負荷変化等、動的な変
化に対応して制御対象対して通常の制御量に動的補正量
を加える先行制御方式において、ミルの入切で一担、負
荷を定値にさせる負荷変化運用に対しても、負荷変化の
到達負荷をミル入切で定値となる負荷に合致させること
により、最適の先行制御量が得ることができる。

【００４２】これによりプラントのプロセス変動量は小
さく押えることができ、プラントの安定した運転を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される石炭火力プラントの運転制
御装置の要部の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した石炭火力プラントの運転制御装置
の各部の動作状態を示すタイムチャートである。

【図３】石炭火力プラントの概略構成を示す図である。

【図４】ミルの運転台数と負荷との関係を示す特性図で
ある。

【図５】従来の石炭火力プラントの運転制御装置の要部
の構成を示すブロック図である。

【図６】図５に示した従来の石炭火力プラントの運転制
御装置の各部の動作状態の一例を示すタイムチャートで
ある。

【図７】図５に示した従来の石炭火力プラントの運転制
御装置の各部の動作状態の他の例を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１０１ 変化率制限器 １０２ 微分器 １０３ 減算器 １０４ モニタリレー １０５ 切換器 １０６ 変化率制限器 １０７ 減算器 １０８ モニタリレー １０９ 切換器 １１０ 変化率制限器 １１１ 加算器 ３０１ 関数発生器 ３０２ 関数発生器 ３０３ 高値選択器 ３０４ 低値選択器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 聖治 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの負荷要求信号からボイラ入力
   指令を作成し、該ボイラ入力指令に基づいて発電機を駆
   動するタービンに供給する蒸気を生成するボイラに供給
   する給水量、燃料量、空気流量の各基本制御量を決定
   し、これに負荷要求信号が変化した場合に負荷の変化量
   に応じた制御量に相当する動的補正信号を加えて給水
   量、燃料量、空気流量を制御する石炭火力プラントの運
   転制御方法において、 負荷変化終了後の到達負荷を予め、ミルの運転台数から
   算出し、該算出された到達負荷を目標到達負荷として前
   記動的補正信号を求めることを特徴とする石炭火力プラ
   ントの運転制御方法。
2. 【請求項２】 前記負荷変化時の到達負荷の算出は、前
   記プラントの負荷要求信号である負荷指令をミル運転台
   数で決まる予め定められた上限負荷及び下限負荷により
   制限することにより求めることを特徴とする請求項１に
   記載の石炭火力プラントの運転制御方法。