JPH10288331A - 所内単独運転機能を備えたボイラの燃料調節弁開度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所内単独運転発生時に、燃料調節弁の設定時
との開度ずれを補正して確実な所内単独運転を行えるよ
うにする。 【解決手段】 燃料指令１３に基づいた開度指令２０
を、所内単独運転指令１７発生時に規定開度２８に切替
えて出力する回路２６と、弁３の入側と出側の差圧３５
を検出する差圧計３４と、差圧３５の平方根３９を求め
る計算器４０と、燃料流量１６に比例定数４１を掛算し
て流量係数信号４２を得る掛算器４３と、信号４２を平
方根３９で割算して弁３のＣｖ値４４を得る割算器４５
と、Ｃｖ値４４の移動平均値４６ａを求める移動平均計
算器４６と、値４６ａから計測弁開度信号５０を得る関
数発生器４８と、指令２０と信号５０とを引算して開度
ずれ信号５２を得る引算器５１と、指令１７の発生と同
時に信号５２をホールドして出力する切替器５５と、切
替器５５からの信号５２を規定開度２８に加算する加算
器５６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所内単独運転機能
を備えたボイラの燃料調節弁開度制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図５は、発電用のボイラの一例を示した
もので、油或いは天然ガス等の燃料１が、燃料管２に備
えた燃料調節弁３を介してボイラ４のバーナ５に供給さ
れて燃焼されており、ボイラ４にて水を加熱することに
より発生した蒸気６は、過熱器７を介して過熱された
後、タービン加減弁８を介して高圧の蒸気タービン９に
供給されて発電機１０を駆動することにより発電を行
い、高圧の蒸気タービン９から出た蒸気６は、再熱器１
１により再熱された後、中圧の蒸気タービン１２及び図
示しない低圧の蒸気タービンに導かれて発電機１０を駆
動することにより発電を行うようになっている。

【０００３】発電機指令に基づいてボイラ負荷指令から
得られた燃料指令１３が燃料調節弁開度制御装置１４に
入力されており、該燃料調節弁開度制御装置１４により
前記燃料指令１３に基づいて前記燃料調節弁３の開度が
制御されるようになっている。また、燃料調節弁開度制
御装置１４には燃料管２に備えた流量計１５にて検出し
た燃料流量１６が入力されるようになっている。

【０００４】上記したような発電用のボイラ４において
は、発電した電気を供給する送電系統の事故や変電所関
係の事故等によって送電がストップされる事態が発生し
た場合に、所内単独運転指令１７（Ｆａｓｔ Ｃｕｔ
Ｂａｃｋ）によってボイラ４を所内単独運転に切替える
機能を備えたものがある。

【０００５】所内単独運転は、送電系統の事故や変電所
関係の事故等によって送電がストップされた場合に、蒸
気タービン９，１２から送電系統の負荷を切離し、ボイ
ラ４（発電所）側での必要な最低限の発電のみを得る規
定開度（３％〜５％）に燃料調節弁３を絞り込んでボイ
ラ４及び蒸気タービン９，１２を最小の負荷で運転して
おき、前記送電系統や変電所関係の事故が復旧した際
に、直ちにボイラ４の負荷を上昇させて所要の電力が供
給できるようにするためのものである。

【０００６】図６は燃料調節弁開度制御装置１４の一例
を示したもので、該燃料調節弁開度制御装置１４は、前
記燃料指令１３と燃料管２に備えられた流量計１５から
の燃料流量１６とを引算して偏差信号１９を得る引算器
１８を備えており、更に該引算器１８からの偏差信号１
９がなくなるように開度指令２０（電気信号）を電流−
空気変換器２１に出力する比例積分器２２（ＰＩ調節
計）を備えている。

【０００７】前記燃料調節弁３は、作動空気源２３から
の加圧空気が供給されたポジショナー変換器２４によっ
て開度を変更できるようになっており、前記比例積分器
２２からの開度指令２０が電流−空気変換器２１により
空気制御信号２５に変換されて、該空気制御信号２５に
より前記ポジショナー変換器２４を作動させて燃料調節
弁３の開度を制御するようになっている。なお、上記で
は燃料調節弁３の開度を空気制御信号２５で制御する場
合を示したが、開度指令２０（電気信号）によって直接
燃料調節弁３の開度を制御するようにしたものもあり、
この場合は電流−空気変換器２１を省略することができ
る。

【０００８】上記燃料調節弁開度制御装置１４によれ
ば、ボイラ４に供給される燃料１の流量が、燃料指令１
３になるように自動的に制御される。

【０００９】前記燃料調節弁開度制御装置１４には、図
６に示すように所内単独運転切替回路２６が備えられて
いる。

【００１０】所内単独運転切替回路２６は、前記比例積
分器２２と電流−空気変換器２１との間に備えられた第
１の切替器２７と、ボイラ４の所内単独運転時に必要な
例えば３〜５％程度の規定開度２８を出力する信号発生
器２９と、該信号発生器２９からの規定開度２８に変化
率（レート）を付加した規定開度指令３０を前記第１の
切替器２７に入力する変化率制限器３１と、前記信号発
生器２９と変化率制限器３１との間に設けられ、前記比
例積分器２２からの開度指令２０が入力された第２の切
替器３２とを備えている。

【００１１】前記第１の切替器２７と第２の切替器３２
は、ボイラ４の通常運転時はｂ側に切替えられており、
所内単独運転指令１７が発せられると６０秒間だけａ側
に切替えられるようになっている。

【００１２】更に、前記変化率制限器３１は、前記第１
の切替器２７と第２の切替器３２が夫々ａ側に切替えら
れた時だけ変化率（レート）動作するようになってい
る。

【００１３】また、前記比例積分器２２は、前記所内単
独運転指令１７が発せられると、引算器１８からの偏差
信号１９による制御を停止して、第１の切替器２７出口
の信号と同じ信号を出力するように切り替わるタイバッ
ク回路３３を備えている。

【００１４】従って、前記燃料調節弁開度制御装置１４
において、ボイラ４の通常の運転時は、比例積分器２２
からの開度指令２０が第１の切替器２７を通って電流−
空気変換器２１に出力されることにより、燃料調節弁３
の開度が制御される。この時、第２の切替器３２に導か
れた開度指令２０は変化率制限器３１を介して第１の切
替器２７の入口まできている。

【００１５】この様な状態において、送電系統の事故や
変電所関係の事故等によって所内単独運転指令１７が発
せられると、所内単独運転切替回路２６の第１の切替器
２７及び第２の切替器３２が夫々６０秒間だけａ側に切
替えられ、これにより図６及び図７に示すように、第２
の切替器３２に入力されていた比例積分器２２からの開
度指令２０を、信号発生器２９からの規定開度２８（３
％〜５％）に切替えて変化率制限器３１に出力するよう
になり、これにより変化率制限器３１は、前記開度指令
２０から前記規定開度２８に所要の変化率Ｘ（レート）
で変化するようにした規定開度指令３０を、第１の切替
器２７を介して電流−空気変換器２１に出力するように
なる。これにより、燃料調節弁３は速やかに規定開度２
８まで開度が絞り込まれてその状態が保持される。

【００１６】燃料調節弁３が規定開度２８に絞り込ま
れ、且つ前記所内単独運転指令１７の発生から６０秒間
経過すると、第１の切替器２７及び第２の切替器３２が
夫々ｂ側に切り替わるが、この時には既に、燃料指令１
３が所内単独運転発生時における燃料調節弁３の規定開
度２８に対応した低い流量値に設定されているので、こ
のように小さく設定された燃料指令１３に基づいて、前
記比例積分器２２、第１の切替器２７、及び電流−空気
変換器２１を介して燃料調節弁３の開度が制御されるよ
うになる。

【００１７】尚、所内単独運転指令１７によって第１の
切替器２７及び第２の切替器３２がａ側に切り替わった
時、比例積分器２２はタイバック回路３３によって第１
の切替器２７出口と同じ信号を第１の切替器２７に出力
するようになっているので、前記第１の切替器２７を所
内単独運転指令１７の発生から６０秒後にｂ側に切替え
るときの切替えを安定して行うことができる。

【００１８】前記所内単独運転指令１７の発生時に燃料
を絞り込む操作は、図５の再熱器１１を保護する上で決
められた変化率Ｘ（レート）にて行う必要がある。即
ち、所内単独運転指令１７の発生時、蒸気タービン９，
１２の負荷が切離されることによって今まで３０００ｒ
ｐｍ或いは３６００ｒｐｍの回転数で回転していた蒸気
タービン９，１２の回転数が急激に上昇することになる
ため、タービン加減弁８を一旦急激に絞り込むことによ
り、前記蒸気タービン９，１２の回転数の上昇を抑えて
一定に保持することを行っており、このために蒸気ター
ビン９，１２に取込まれる蒸気６が急激に希薄になり、
このために、再熱器１１が蒸し焼きになって焼損してし
まうという問題がある。

【００１９】このために、所内単独運転指令１７の発生
時には、１０秒間で規定燃料α％以下に絞り込み、また
３０秒間で規定燃料β％以下に絞り込む（絞り込み幅
は、α％以下に絞り込む際の方がβ％以下に絞り込む際
より大きい）という条件を満たす必要があり、このため
に、図６の変化率制限器３１によって図７に示すように
所定の変化率Ｘ（レート）で燃料調節弁３の急激な絞り
込み操作を例えば３０秒間で行い、その後３０秒間で整
定させた後に、第１の切替器２７と第２の切替器３２を
ｂ側に切替えて、前記燃料指令１３に基づいた制御を行
うようにしている。

【００２０】従って、前記所内単独運転指令１７発生時
に、前記燃料調節弁３の絞り込み操作が遅れると、再熱
器１１を保護できなくなるという問題があり、また燃料
調節弁３の絞り込み操作が早過ぎた場合には、燃料１の
バーナ５前圧力が低下してバーナ５が失火してしまうと
いう問題がある。バーナ５が失火すると、ボイラ４の再
起動に１〜２時間の長い時間が掛かり、このために送電
系統や変電所関係の事故が復旧しても、直ちに給電を再
開することができないという問題がある。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の前記所内単独運
転切替回路２６に備えられる変化率制限器３１に設定さ
れる変化率Ｘ（レート）は、ボイラ４の建設時に行う所
内単独運転試験時に設定するようにしているが、ボイラ
４の運転を継続すると、バーナチップの摩耗や電流−空
気変換器２１及びポジショナー変換器２４等の経年変化
による設定時との開度ずれ（ドリフト）が生じ、この開
度ずれのために、所内単独運転時に燃料調節弁３が最適
開度になっておらず、よって前記したように再熱器１１
を焼損させたり、或いはバーナ５の失火により所内単独
運転を失敗するという危険を有していた。

【００２２】本発明は、かかる従来装置の問題点を解決
すべくなしたもので、所内単独運転発生時に、燃料調節
弁の設定時との開度ずれを補正して確実な所内単独運転
を行えるようにした所内単独運転機能を備えたボイラの
燃料調節弁開度制御装置を提供することを目的としてい
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料指令に基
づいて燃料調節弁に出力されている開度指令を、所内単
独運転指令発生時に規定開度に切替えて出力する所内単
独運転切替回路と、前記燃料調節弁の入側と出側の燃料
の差圧を検出する差圧計と、前記差圧の平方根を求める
計算器と、燃料流量を検出する流量計と、前記燃料流量
に比例定数を掛算して流量係数信号を得る掛算器と、前
記流量係数信号を差圧の平方根で割算して燃料調節弁の
Ｃｖ値を得る割算器と、前記Ｃｖ値の移動平均値を求め
る移動平均計算器と、前記Ｃｖ値の移動平均値から計測
弁開度信号を得る関数発生器と、前記開度指令と前記計
測弁開度信号とを引算して開度ずれ信号を得る引算器
と、所内単独運転指令の発生と同時に前記開度ずれ信号
をホールドして出力する切替器と、該切替器からの開度
ずれ信号を前記所内単独運転切替回路の規定開度に加算
する加算器とを備えたことを特徴とする所内単独運転機
能を備えたボイラの燃料調節弁開度制御装置、に係るも
のである。

【００２４】本発明では、開度ずれ信号を常時求めてお
き、所内単独運転指令の発生と同時に開度ずれ信号をホ
ールドして規定開度指令に加算するようにしているの
で、バーナチップの摩耗や電流−空気変換器及びポジシ
ョナー変換器等の経年変化が生じても、経年変化に基づ
いた開度ずれ信号にて補正した規定開度指令により燃料
調節弁を制御することができ、よって、燃料調節弁の絞
り込み操作が遅れたり早過ぎたりするようなことがな
く、最適なタイミングで所内単独運転を確実に行うこと
ができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２６】図１は本発明を実施する形態の一例であっ
て、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしている。

【００２７】図１に示すごとく、図６と同様に、燃料指
令１３と流量計１５からの燃料流量１６との偏差信号１
９がなくなるように、比例積分器２２から電流−空気変
換器２１を介して燃料調節弁３に出力されている開度指
令２０を、所内単独運転指令１７によって規定開度２８
に切替えて出力するようにした所内単独運転切替回路２
６を備えている。

【００２８】一方、前記燃料管２における燃料調節弁３
の入側と出側の燃料１の差圧３５を検出する差圧計３４
を設ける。図１の場合は、燃料調節弁３の入側と出側の
燃料１の圧力を検出する圧力計３６，３７と、該圧力計
３６，３７からの圧力検出信号３６ａ，３７ａを引算器
３８で引算することにより差圧３５を得るようになって
いる。

【００２９】前記差圧計３４からの差圧３５の平方根３
９を求める計算器４０を設けている。更に、前記流量計
１５からの燃料流量１６に比例定数４１を掛算して流量
係数信号４２を得る掛算器４３を設け、該掛算器４３か
らの流量係数信号４２を、前記計算器４０からの差圧の
平方根３９で割算して燃料調節弁３の特性を表すＣｖ値
４４を得る割算器４５を設けている。前記燃料流量を
Ｑ、定数をＫ、前記圧力検出信号３６ａ，３７ａを
Ｐ₁，Ｐ₂とすると、燃料調節弁３のＣｖ値４４は下記式
１から求めることができる。

【００３０】

【数１】

【００３１】前記Ｃｖ値４４は移動平均計算器４６に入
力されることにより、図２に示すように移動平均値４６
ａが求められるようになっており、更にＣｖ値４４の移
動平均値４６ａが、基準値４７を入力している関数発生
器４８に入力されることにより図３に示すような関数４
９から計測弁開度信号５０が得られるようになってい
る。

【００３２】前記所内単独運転切替回路２６からの開度
指令２０と、前記関数発生器４８からの計測弁開度信号
５０とが、引算器５１に入力されて引算されることによ
り開度ずれ信号５２が得られるようになっている。この
開度ずれ信号５２は、図１のバーナ５のバーナチップの
摩耗や電流−空気変換器２１及びポジショナー変換器２
４等の経年変化によって表れる燃料調節弁３のＣｖ値が
設定時と比較して変化したずれ量である。

【００３３】更に、前記引算器５１からの開度ずれ信号
５２を図４に示すような不感帯５３を有する不感帯付加
関数発生器５４に入力して、不感帯５３が与えられた開
度ずれ信号５２が得られるようになっており、更に該不
感帯付加関数発生器５４からの開度ずれ信号５２が切替
器５５に入力されている。

【００３４】切替器５５は、所内単独運転指令１７の発
生と同時に、前記不感帯付加関数発生器５４からの開度
ずれ信号５２をホールドして出力するようになってお
り、該切替器５５からの開度ずれ信号５２が、前記所内
単独運転切替回路２６の信号発生器２９からの規定開度
２８に加算器５６を介して加算されるようになってい
る。

【００３５】以下、上記図１に示した実施の形態例の作
用を説明する。

【００３６】ボイラ４の通常の運転時は、比例積分器２
２からの開度指令２０が第１の切替器２７を通って電流
−空気変換器２１に出力されることにより、燃料調節弁
３の開度が自動的に制御される。

【００３７】この時、差圧計３４により燃料調節弁３の
入側と出側の燃料１の差圧３５が検出され、該差圧３５
から計算器４０により得た平方根３９が割算器４５に入
力されていると共に、流量計１５からの燃料流量１６に
掛算器４３にて比例定数４１を掛算することにより得た
流量係数信号４２が前記割算器４５に入力されており、
該掛算器４３により前記流量係数信号４２を差圧の平方
根３９で割算することによって燃料調節弁３の特性を表
すＣｖ値４４が求められている。

【００３８】更に、前記Ｃｖ値４４が移動平均計算器４
６に入力されて、図２に示すように移動平均値４６ａが
求められ、更にＣｖ値４４の移動平均値４６ａが関数発
生器４８に入力され、基準値４７に基づいて図３に示す
ような関数４９から計測弁開度信号５０が得られてい
る。

【００３９】前記所内単独運転切替回路２６からの開度
指令２０と、前記関数発生器４８からの計測弁開度信号
５０とが引算器５１に入力されて引算されることによ
り、開度ずれ信号５２が得られ、更に該開度ずれ信号５
２が不感帯付加関数発生器５４に入力されることにより
図４に示すような不感帯５３が与えられる。

【００４０】不感帯５３が与えられた開度ずれ信号５２
は、所内単独運転指令１７の発生と同時に前記不感帯付
加関数発生器５４からの開度ずれ信号５２をホールドし
て出力するようにした切替器５５に入力されており、該
切替器５５からの開度ずれ信号５２が、加算器５６を介
して前記所内単独運転切替回路２６の信号発生器２９か
らの規定開度２８に加算されて、常時規定開度２８を補
正するようになっている。

【００４１】上記状態において、送電系統の事故や変電
所関係の事故等によって所内単独運転指令１７が発せら
れると、所内単独運転切替回路２６の第１の切替器２７
及び第２の切替器３２が夫々６０秒間だけａ側に切替え
られ、これにより、第２の切替器３２に入力されていた
比例積分器２２からの開度指令２０を、信号発生器２９
からの規定開度２８（３％〜５％）に切替えて変化率制
限器３１に出力するようになり、これにより変化率制限
器３１は、前記開度指令２０から前記規定開度２８に所
要の変化率Ｘ（レート）で変化するようにした規定開度
指令３０を、第１の切替器２７を介して電流−空気変換
器２１に出力するようになる。

【００４２】この時、所内単独運転指令１７の発生と同
時に不感帯付加関数発生器５４からの開度ずれ信号５２
をホールドして出力するようにした切替器５５からの開
度ずれ信号５２が、加算器５６を介して前記所内単独運
転切替回路２６の信号発生器２９からの規定開度２８に
加算されるので、経年変化に基づいた開度ずれ信号５２
により補正された規定開度指令３０が、第１の切替器２
７及び電流−空気変換器２１を介して燃料調節弁３に出
力されるようになり、よってバーナチップの摩耗や電流
−空気変換器２１及びポジショナー変換器２４等の経年
変化が生じても、燃料調節弁３の絞り込み操作が遅れた
り早過ぎたりするようなことがなく、最適なタイミング
で所内単独運転を確実に行うことができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、開度ずれ信号を常時求
めておき、所内単独運転指令の発生と同時に開度ずれ信
号をホールドして規定開度指令に加算するようにしてい
るので、バーナチップの摩耗や電流−空気変換器及びポ
ジショナー変換器等の経年変化が生じても、経年変化に
基づいた開度ずれ信号にて補正した規定開度指令により
燃料調節弁を制御することができ、よって、燃料調節弁
の絞り込み操作が遅れたり早過ぎたりするようなことが
なく、最適なタイミングで所内単独運転を確実に行うこ
とができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。

【図２】Ｃｖ値から移動平均値を求める例を示す線図で
ある。

【図３】Ｃｖ値の移動平均値から計測弁開度信号を求め
る例を示す線図である。

【図４】開度ずれ信号に不感帯を付加する例を示す線図
である。

【図５】発電用のボイラの一例を示す概略図である。

【図６】従来の燃料調節弁開度制御装置の一例を示すブ
ロック図である。

【図７】所内単独運転指令発生時における燃料調節弁開
度の例を示す線図である。

【符号の説明】

１ 燃料 ３ 燃料調節弁 １３ 燃料指令 １５ 流量計 １６ 燃料流量 １７ 所内単独運転指令 ２０ 開度指令 ２６ 所内単独運転切替回路 ２８ 規定開度 ３４ 差圧計 ３５ 差圧 ３９ 平方根 ４０ 計算器 ４１ 比例定数 ４２ 流量係数信号 ４３ 掛算器 ４４ Ｃｖ値 ４５ 割算器 ４６ 移動平均計算器 ４６ａ 移動平均値 ４８ 関数発生器 ５０ 計測弁開度信号 ５１ 引算器 ５２ 開度ずれ信号 ５５ 切替器 ５６ 加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料指令に基づいて燃料調節弁に出力さ
   れている開度指令を、所内単独運転指令発生時に規定開
   度に切替えて出力する所内単独運転切替回路と、前記燃
   料調節弁の入側と出側の燃料の差圧を検出する差圧計
   と、前記差圧の平方根を求める計算器と、燃料流量を検
   出する流量計と、前記燃料流量に比例定数を掛算して流
   量係数信号を得る掛算器と、前記流量係数信号を差圧の
   平方根で割算して燃料調節弁のＣｖ値を得る割算器と、
   前記Ｃｖ値の移動平均値を求める移動平均計算器と、前
   記Ｃｖ値の移動平均値から計測弁開度信号を得る関数発
   生器と、前記開度指令と前記計測弁開度信号とを引算し
   て開度ずれ信号を得る引算器と、所内単独運転指令の発
   生と同時に前記開度ずれ信号をホールドして出力する切
   替器と、該切替器からの開度ずれ信号を前記所内単独運
   転切替回路の規定開度に加算する加算器とを備えたこと
   を特徴とする所内単独運転機能を備えたボイラの燃料調
   節弁開度制御装置。