JPH09280504A - スウェリング発生予知検出装置およびボイラ給水制御装置 - Google Patents

スウェリング発生予知検出装置およびボイラ給水制御装置

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JPH09280504A
JPH09280504A JP9240796A JP9240796A JPH09280504A JP H09280504 A JPH09280504 A JP H09280504A JP 9240796 A JP9240796 A JP 9240796A JP 9240796 A JP9240796 A JP 9240796A JP H09280504 A JPH09280504 A JP H09280504A
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変圧貫流ボイラのスウェリング発生を正確に
予知検出するスウェリング発生予知検出装置をえる。 【解決手段】 汽水分離器ドレンタンクにつながれた火
炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラ
インを有する変圧貫流ボイラのボイラ点火信号を受け所
定時間出力するタイマ、レベル制御弁の開度信号を受け
る第1の高信号検出器、タイマおよび第1の高信号検出
器の出力を受ける第1のAND素子、同AND素子の出
力をセット入力に受けるセットリセット器、同セットリ
セット器の出力を受ける遅延タイマ、火炉再循環ライン
合流後の火炉通過流量信号を受ける第2の高信号検出
器、遅延タイマおよび第2の高信号検出器の出力を受け
出力をセットリセット器のリセット入力へ送る第2のA
ND素子を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は変圧貫流ボイラに適
用されるスウェリング発生予知検出装置およびボイラ給
水制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の変圧貫流ボイラの系統図を図4に
示す。復水器1の水は復水ブースタポンプ2、復水ポン
プ3、低圧給水過熱器4、脱気器5、複数のボイラ給水
ポンプ6、複数の給水制御弁17を順次経て高圧給水過
熱器7へ送られる。さらに高圧給水過熱器7から節炭器
8、火炉蒸発管9、火炉出口汽水分離器10、過熱器1
1を順次経て高圧タービン12へ送られる。
【0003】火炉出口汽水分離器10のドレンは汽水分
離器ドレンタンク13、火炉再循環ポンプ14、火炉再
循環流量制御弁15を順次経て高圧給水過熱器7の出口
に送られる。またドレンタンク13の出口から分岐して
複数の汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁16を経て
復水器1へ送られる。
【0004】なお図中、51は火炉再循環ライン、52
は給水ラインである。
【0005】給水系統の制御装置を図5に示す。負荷指
標器21の出力は加算器22、高選択器23、減算器2
5、PI調節器26を順次経て給水制御弁17またはボ
イラ給水ポンプ6へ送られる。また主蒸気圧力制御装置
20の出力は加算器22へ送られる。さらに最低給水流
量指令器24の出力は高選択器23へ送られる。
【0006】給水ライン52と火炉再循環ライン51の
合流後のラインに設けられた火炉通過流量検出器26の
出力は減算器25へ送られる。
【0007】以上において、加算器22で負荷指標器2
1からの負荷指標信号と主蒸気圧力制御装置20からの
ボイラ圧力制御補正信号が加えられる。
【0008】次に高選択器23でこの信号と、最低流量
指令器24からの変圧貫流ボイラに要求される最低給水
流量指令信号の高い方が選択され減算器25へ出力され
る。減算器25で、この信号と、火炉通過流量検出器2
6からの火炉通過流量信号26sとの偏差が算出されP
I調節器26へ送られる。PI調節器26から制御信号
が給水制御弁17またはボイラ給水ポンプ6へ送られ、
偏差がゼロとなるよう火炉通過流量が調節される。
【0009】火炉再循環系統の制御装置を図6に示す。
汽水分離器ドレンタンク13のドレンレベル計28の出
力は流量指令関数器29およびドレン弁開度指令関数器
32,33,34へ送られる。流量指令関数器29の出
力は減算器30、PI調節器31を順次経て火炉再循環
流量制御弁15へ送られる。またドレン弁開度指令関数
器32〜34の出力は各汽水分離器ドレンタンクレベル
制御弁16a〜16bへ送られる。
【0010】以上において、流量指令関数器29はドレ
ンレベル計28の出力を受け、図7に示すような特性の
再循環流量指令信号を出力する。減算器30はこの信号
および再循環流量検出器27の出力を受け、偏差信号を
PI調節器31へ送る。PI調節器31から再循環弁開
度制御信号が火炉再循環流量制御弁27へ送られ、偏差
がゼロとなるよう再循環流量が調節される。すなわちド
レンレベルがα以上になると流量制御弁27が開き、さ
らにβ以上になると再循環流量が20%になるよう弁開
度が調節される。
【0011】また、ドレン弁開度指令関数器(A弁用)
32、(B弁用)33、(C弁用)34の特性は図8に
示すようになっていて、ドレンレベルがさらに高いL1
以上になるとドレンタンクレベル制御弁(A弁)16a
が開き、ドレンは復水器1側へも流されレベル調節が行
われる。例えばドレンレベルがamのときはドレンタン
ク制御弁16a(A弁)と16b(B弁)が全開する。
【0012】なお、図9に示すように、負荷によってボ
イラ圧力が亜臨界圧から超臨界圧力まで連続的に変化し
て運転する変圧貫流ボイラでは、特に低負荷時の亜臨界
圧運転領域では、水と蒸気が共存する沸騰現象により火
炉のチューブを保護するために、超臨界圧領域における
限界重量流量以上の速度が必要となる。その為に図示し
ない回路により、火炉出口流体、即ち汽水分離器10の
ドレンの一部を再循環させ、給水ポンプ6からの給水と
混合し、火炉を通過する流量を前記限界流量に保つ。ま
た負荷に対する火炉給水流量の関係は図10のように表
され、負荷が約30%まではいわゆる最低給水流量、即
ち、前述の限界重量流量に保たれる。その後は負荷上昇
に従って比例的に給水も増加し、火炉再循環流量は0と
なり、全量が給水ポンプ6より供給される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】一般にボイラ起動時に
亜臨界圧においてバーナ点火後しばらくしてから、火炉
内の缶水が飽和水から汽水混合領域に移行する際に、急
激に暖められた気泡の比容積が増加し体積膨張により、
缶水を押し上げ、ドレンタンクのレベルが急上昇する、
いわゆるスウェリング現象が発生する。
【0014】しかし、やがて押し上げられた缶水がウォ
ータドレン弁により排出されたあとは火炉内の給水が急
激に減少するため、逆にドレンレベルが急低下しウォー
タドレン弁全閉、更には火炉再循環流量も急減する。こ
のとき前述の給水制御系は最低給水量を確保すべく給水
ポンプの流量を増加する動作をするが、追従が遅れ、結
果的に最低給水流量を割り込む。
【0015】この様なレベル低下は再循環ポンプの危急
保護停止、又、給水流量の低下はボイラ火炉保護の面か
らボイラの危急停止に繋がる。それを防ぐためには一般
には運転員の慎重な監視により、スウェリングの兆候に
合わせ、手動にて給水制御弁17を開操作しレベル低
下、給水流量低下を防止することもできる。しかしなが
ら、操作要領などが極めて複雑であり、現実的には不可
能に近かった。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。
【0017】(1) 汽水分離器ドレンタンクならびに
同汽水分離器ドレンタンクにつながれた火炉再循環ライ
ンおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有する
とともにボイラ給水ラインを有する変圧貫流ボイラのボ
イラ点火信号を受け所定時間出力するタイマと、上記レ
ベル制御弁の開度信号を受ける第1の高信号検出器と、
上記タイマおよび第1の高信号検出器の出力を受ける第
1のAND素子と、同AND素子の出力をセット入力に
受けるセットリセット器と、同セットリセット器の出力
を受ける遅延タイマと、上記ボイラ給水ラインおよび火
炉再循環ラインの合流後の火炉通過流量信号を受ける第
2の高信号検出器と、上記遅延タイマおよび第2の高信
号検出器の出力を受け出力を上記セットリセット器のリ
セット入力へ送る第2のAND素子とを備えてなるスウ
ェリング発生予知検出装置。
【0018】以上において、ボイラ始動時、ボイラ点火
信号がオンする。この信号を受けタイマはスウェリング
が発生する時間に対応する所定時間出力する。
【0019】一方、レベル制御弁はスウェリングの兆候
発生とともに弁開度が増加するので、この信号を入力す
る第1の高信号検出器は入力が所定値以上のとき出力す
る。第1のAND素子はこれらの信号を同時に入力した
ときセットリセット器へセット信号を送る。セットリセ
ット器はこの信号によりセット状態になりスウェリング
信号を出力する。
【0020】また火炉通過流量信号はスウェリングを抑
えるために増加する。この信号を入力する第2の高信号
検出器は入力が所定値以上のとき出力する。
【0021】一方、遅延タイマはセットリセット器の出
力を受け、給水ポンプ流量増加動作に所要する時間、遅
延して出力する。第2のAND素子はこれらの信号を同
時に入力したときセットリセット器へリセット信号を送
る。セットリセット器はこの信号によりリセット状態に
なる。
【0022】以上のようにして、ボイラ始動時のスウェ
リング発生が容易に、かつ正確に予知検出される。
【0023】(2) 汽水分離器ドレンタンクならびに
同汽水分離器ドレンタンクにつながれた流量制御弁を持
つ火炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制
御ラインを有する変圧貫流ボイラの上記汽水分離器ドレ
ンタンクのドレンレベル信号を受ける流量指令関数器
と、同流量指令関数器の出力および上記火炉再循環ライ
ンの火炉再循環流量信号を受ける減算器と、同減算器の
出力を受け上記火炉再循環ラインの流量制御弁へ再循環
弁開度制御信号を送るPI調節器とを有するボイラ給水
制御装置において、上記流量指令関数器および減算器間
に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化率付切替
器の入力端へ送る減額流量信号器と、出力を同変化率付
切替器の制御入力端へ送る上記(1)のスウェリング発
生予知検出装置とを備えてなるボイラ給水制御装置。
【0024】以上において、通常は、変化率付切替器は
流量指令関数器の出力を受け出力し、PI調節器により
流量制御弁が調節されている。
【0025】スウェリングの兆候が発生し、スウェリン
グ発生予知検出装置の出力が変化率付切替器に送られる
と、変化率付切替器は入力を所定の変化率で切替え減額
流量信号器の出力を出力する。減額流量信号器は通常の
再循環流量から増加したい給水ポンプ流量を引いた流量
指令信号を出力しているので、この信号が減算器へ送ら
れる。減算器で偏差信号が作られPI調節器を経て流量
制御弁へ再循環弁開度制御信号が送られる。流量制御弁
は入力に応じて絞られ、再循環流量が低下する。
【0026】この低下分だけ給水ポンプ流量が増加する
よう動作する。この増加分がスウェリング完了後の汽水
分離器のレベル低下を予防的に抑制する。
【0027】このようにして、ボイラのスウェリング発
生が防止される。
【0028】(3) ボイラ給水ポンプおよび給水制御
弁を持つ給水ラインならびに火炉再循環ラインを有する
変圧貫流ボイラの負荷指標信号を出力する負荷指標器
と、ボイラ圧力補正信号を出力する主蒸気圧力制御装置
と、上記負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の
加算信号および最低流量指標器の出力を受ける高選択器
と、上記給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の
火炉通過流量信号および上記高選択器の出力を受ける減
算器と、同減算器の出力を受け上記ボイラ給水ポンプま
たは上記給水制御弁へ制御信号を送るPI調節器とを有
するボイラ給水制御装置において、上記最低流量指令器
および高選択器間に挿入される変化率付切替器と、出力
を同変化率付切替器の入力端へ送る増額流量信号器と、
出力を同変化率付切替器の制御入力端へ送る上記(1)
のスウェリング発生予知検出装置とを備えるボイラ給水
制御装置。
【0029】以上において、通常は変化率付切替器は最
低流量指標器の出力を受け出力する。高選択器はこの信
号と負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の加算
信号を受け、高い方を出力する。減算器はこの信号およ
び火炉通過流量検出器の出力から偏差信号を出力する。
PI調節器はこの偏差信号から制御信号を出力して給水
ラインの流量を制御する。
【0030】スウェリングの兆候が発生し、スウェリン
グ発生予知検出装置の出力が変化率付切替器に送られる
と、変化率付切替器は入力を所定の変化率で切替え増額
流量信号器の出力を出力する。増額流量信号器は増加し
たい給水ポンプ流量(最低流量+α)信号を出力してい
る。
【0031】この出力が高選択器を経て減算器へ送られ
る。減算器で偏差信号が作られPI調節器を経てボイラ
給水ポンプまたは給水制御弁へ制御信号が送られる。こ
の制御信号に応じてボイラ給水ポンプまたは給水制御弁
が作動し、給水ラインの流量が増加する。
【0032】この増加分がスウェリング完了後の汽水分
離器のレベル低下を予防的に抑制する。
【0033】このようにして、ボイラのスウェリング発
生が防止される。
【0034】
【発明の実施の形態】
(1) 本発明1の実施の一形態を図1により説明す
る。なお、従来例で説明した部分は、同一の番号をつけ
説明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明す
る。
【0035】汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁16
a,16b,16cの弁開度信号16as,16bs,
16csはそれぞれ第1の高信号検出器40a,40
b,40cへ送られる。第1の高信号検出器40a〜4
0cの出力はOR素子41、第1のAND素子42を経
てセットリセット器46のセット入力端へ送られる。ま
たボイラ点火信号43sはタイマ43を経てAND素子
42へ送られる。
【0036】火炉通過流量検出器26の出力は第2の高
信号検出器44、第2のAND素子45を経てセットリ
セット器46のリセット端へ送られる。またセットリセ
ット器46の出力は遅延タイマ47を経てAND素子4
5へ送られる。
【0037】以上において、ボイラ始動時、ボイラ点火
信号43sがオンする。この信号を受けタイマ43はス
ウェリングが発生する時間に対応する所定時間出力す
る。
【0038】一方、各レベル制御弁16a〜16cはス
ウェリングの兆候発生とともに弁開度が増加するので、
この弁開度信号16as〜16csを入力する第1の高
信号検出器40a〜40cは入力が所定値以上のとき出
力する。これらの出力はOR素子41を経てAND素子
42へ送られる。AND素子42はタイマ43とAND
素子42の出力を同時に入力したときセットリセット器
46へセット信号を送る。セットリセット器46はこの
信号によりセット状態になりスウェリング信号46sを
出力する。
【0039】また火炉通過流量検出器26からの火炉通
過流量信号26sはスウェリングを抑えるために増加す
る。この信号を入力する第2の高信号検出器44は入力
が所定値以上のとき出力する。
【0040】一方、遅延タイマ47はセットリセット器
46の出力を受け、給水ポンプ流量増加動作に所要する
時間、遅延して出力する。第2のAND素子45はこれ
らの信号を同時に入力したときセットリセット器46へ
リセット信号を送る。セットリセット器46はこの信号
によりリセット状態になる。
【0041】以上のようにして、ボイラ始動時のスウェ
リングの兆候発生が容易に、かつ正確に検出される。
【0042】(2) 本発明2の実施の一形態を図2に
より説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の
番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体
に説明する。
【0043】流量指令関数器29の出力は変化率付切替
器48を経て減算器30へ送られる。また減額流量信号
器49の出力は変化率付切替器48の入力端へ送られ
る。さらに上記(1)のスウェリング発生予知検出装置
の出力46sは変化率付切替器48の制御入力端へ送ら
れる。
【0044】以上において、通常は、変化率付切替器4
8は流量指令関数器29の出力を受け出力し、PI調節
器31により流量制御弁15が調節されている。
【0045】スウェリングが発生し、スウェリング発生
予知検出装置の出力46sが変化率付切替器48に送ら
れると、変化率付切替器48は入力を所定の変化率で切
替え減額流量信号器49の出力を出力する。減額流量信
号器49は通常の再循環流量から増加したい給水ポンプ
流量を引いた流量指令信号(例えば15%増加したいと
き、20%(再循環流量)−15%=5%)を出力して
いるので、この信号が減算器30へ送られる。減算器3
0で偏差信号が作られ、PI調節器31を経て流量制御
弁15へ再循環弁開度制御信号が送られる。流量制御弁
15は入力に応じて絞られ、再循環流量が低下する。
【0046】一方ボイラ給水ポンプ6の制御系により、
この低下分だけ給水ポンプ流量が増加するよう給水ポン
プ6が動作する。この増加分がスウェリング完了後の汽
水分離器10のレベル低下を予防的に抑制する。
【0047】このようにして、ボイラのスウェリング発
生が防止され、安定した起動が可能となる。
【0048】(3) 本発明3の実施の一形態を図3に
より説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の
番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体
に説明する。
【0049】最低流量指令器24の出力は変化率付切替
器48を経て高選択器23へ送られる。また増額流量器
50の出力は変化率付切替器48の入力端へ送られる。
【0050】さらに上記(1)のスウェリング発生予知
検出装置の出力46sは変化率付切替器48の制御入力
端へ送られる。
【0051】高選択器23の出力は減算器25、PI調
節器26を順次経てボイラ給水ポンプ6または給水制御
弁17へ送られる。
【0052】以上において、通常は変化率付切替器48
は最低流量指標器24の出力を受け出力する。高選択器
23はこの信号と負荷指標器21および主蒸気圧力制御
装置20の出力の加算信号を受け、高い方を出力する。
減算器25はこの信号および火炉通過流量検出器26の
出力から偏差信号を出力する。PI調節器26はこの偏
差信号から制御信号を出力して給水ライン52の流量を
制御する。
【0053】スウェリングの兆候が発生し、スウェリン
グ発生予知検出装置の出力46sが変化率付切替器48
に送られると、変化率付切替器48は入力を所定の変化
率で切替え増額流量信号器50の出力を出力する。増額
流量信号器50は増加したい給水ポンプ流量(最低流量
+スウェリングにより押し出された流量)信号を出力し
ている。
【0054】この出力が高選択器23を経て減算器25
へ送られる。減算器25で偏差信号が作られPI調節器
26を経てボイラ給水ポンプ6または給水制御弁17へ
制御信号が送られる。この制御信号に応じてボイラ給水
ポンプ6または給水制御弁17が作動し、給水ライン5
2の流量が増加する。
【0055】この増加分がスウェリング完了後の汽水分
離器10のレベル低下を予防的に抑制する。
【0056】このようにして、ボイラのスウェリング発
生が防止され、安定した起動が可能となる。
【0057】本形態は、前記(2)が再循環流量を下
げ、その結果給水流量がそれを補うという経路で、いわ
ば間接的に制御されるのに対し、直接給水ポンプまたは
制御弁により流量を増加するため、応答性が速い。ま
た、増加したい給水流量の値も前記(2)がいわゆる再
循環流量、流量指令関数器29で与えられる設定値約2
0%の幅に制限されるのに対し、増額流量器50には制
限がなく設定値の範囲が広く取れる効果がある。
【0058】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば次
の効果を奏する。
【0059】(1) スウェリング発生予知検出装置に
よりスウェリング現象の兆候発生が正確に予知検出され
る。
【0060】(2) スウェリング発生予知検出装置の
出力により、給水ラインの流量が迅速に増加され、スウ
ェリング発生による汽水分離器のレベル低下が抑制され
る。したがってボイラの安定した起動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明1の実施の一形態の構成系統図である。
【図2】本発明2の実施の一形態の構成系統図である。
【図3】本発明3の実施の一形態の構成系統図である。
【図4】従来例の変圧貫流ボイラの系統図である。
【図5】同従来例の給水系統の制御装置の構成系統図で
ある。
【図6】同従来例の火炉再循環系統の構成系統図であ
る。
【図7】同従来例の作用説明図である。
【図8】同従来例の作用説明図である。
【図9】同従来例の作用説明図である。
【図10】同従来例の作用説明図である。
【符号の説明】
1 復水器 2 復水ブースタポンプ 3 復水ポンプ 4 低圧給水過熱器 5 脱気器 6 ボイラ給水ポンプ 7 高圧給水加熱器 8 節炭器 9 火炉蒸発器 10 火炉出口汽水分離器 11 過熱器 12 高圧タービン 13 汽水分離器ドレンタンク 14 火炉再循環ポンプ 15 火炉再循環ポンプ流量制御弁 16,16a〜16c 汽水分離器ドレンタンクレベル
制御弁 20 主蒸気圧力制御装置 21 負荷指標器 22 加算器 23 高選択器 24 最低給水流量指令器 25 減算器 26 火炉通過流量検出器 27 再循環流量計 28,31 PI調節器 29 流量指令関数器 30 減算器 32〜34 ドレン弁開度指令関数器 40a〜40c,44 高信号検出器 41 OR素子 42,45 AND素子 43 タイマ 46 セットリセット器 47 遅延タイマ 48 変化率付切替器 49 減額流量信号器 50 増額流量信号器 51 火炉再循環ライン 52 給水ライン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水
    分離器ドレンタンクにつながれた火炉再循環ラインおよ
    びレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有するととも
    にボイラ給水ラインを有する変圧貫流ボイラのボイラ点
    火信号を受け所定時間出力するタイマと、上記レベル制
    御弁の開度信号を受ける第1の高信号検出器と、上記タ
    イマおよび第1の高信号検出器の出力を受ける第1のA
    ND素子と、同AND素子の出力をセット入力に受ける
    セットリセット器と、同セットリセット器の出力を受け
    る遅延タイマと、上記ボイラ給水ラインおよび火炉再循
    環ラインの合流後の火炉通過流量信号を受ける第2の高
    信号検出器と、上記遅延タイマおよび第2の高信号検出
    器の出力を受け出力を上記セットリセット器のリセット
    入力へ送る第2のAND素子とを備えてなることを特徴
    とするスウェリング発生予知検出装置。
  2. 【請求項2】 汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水
    分離器ドレンタンクにつながれた流量制御弁を持つ火炉
    再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ライ
    ンを有する変圧貫流ボイラの上記汽水分離器ドレンタン
    クのドレンレベル信号を受ける流量指令関数器と、同流
    量指令関数器の出力および上記火炉再循環ラインの火炉
    再循環流量信号を受ける減算器と、同減算器の出力を受
    け上記火炉再循環ラインの流量制御弁へ再循環弁開度制
    御信号を送るPI調節器とを有するボイラ給水制御装置
    において、上記流量指令関数器および減算器間に挿入さ
    れる変化率付切替器と、出力を同変化率付切替器の入力
    端へ送る減額流量信号器と、出力を同変化率付切替器の
    制御入力端へ送る請求項1記載のスウェリング発生予知
    検出装置とを備えてなることを特徴とするボイラ給水制
    御装置。
  3. 【請求項3】 ボイラ給水ポンプおよび給水制御弁を持
    つ給水ラインならびに火炉再循環ラインを有する変圧貫
    流ボイラの負荷指標信号を出力する負荷指標器と、ボイ
    ラ圧力補正信号を出力する主蒸気圧力制御装置と、上記
    負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の加算信号
    および最低流量指標器の出力を受ける高選択器と、上記
    給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の火炉通過
    流量信号および上記高選択器の出力を受ける減算器と、
    同減算器の出力を受け上記ボイラ給水ポンプまたは上記
    給水制御弁へ制御信号を送るPI調節器とを有するボイ
    ラ給水制御装置において、上記最低流量指令器および高
    選択器間に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化
    率付切替器の入力端へ送る増額流量信号器と、出力を同
    変化率付切替器の制御入力端へ送る請求項1記載のスウ
    ェリング発生予知検出装置とを備えてなることを特徴と
    するボイラ給水制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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