JPS5921902A - ボイラの蒸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気過熱系統に複数段の減温器をＯｍえ、種
類の異なる燃料を使用する混焼ボイラや、ガス再循環方
式のボイラや、あるいはガヌー蒸気コンバインドサイク
ル発電プラント用の助燃式ボイラのように、種類の異人
る伝熱源で蒸気を発生し過熱するボイラにおける蒸気温
度制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ボイラで発生する蒸気温度を制御するためには、蒸気過
熱器の前段に減温器を設け、ここでスプレ４水を噴霧し
て蒸気温度を調節する方式が一般に用いられている。蒸
気過熱プロセスは、通常、伝熱特性の異なる数種類の過
熱器を直列に接続して構成されている。このため、ボイ
ラ出口蒸気温度の制御性能を向上させるために、過熱器
群の間に複数個の減温器を設けた２段以上の多段スプレ
ィ方式が採用されている場合がある。

このようなプロセスにおいては、ボイラ内の蒸気温度分
布が入口から出口に向けてほぼ均等に上昇するように、
また各定常状態においては外乱発生に備えて操作余裕が
確保されているように、各が必要である。

この一方策として、後段の減温器におけるスプレィ量が
給水ちあるいは蒸気流量と一定比率となるように、前段
の減温器におけるスプレィ量を操作する方式を用いてい
る場合がある。

第１図は、この従来装置の制御対象である多段スプレィ
方式の蒸気過熱プロセスおよびその制御機構の概念構成
図である。

第１図において、１は蒸発器、２は前段過熱器、３は前
段減温器、４は中間過熱器、５は後段減温器、６は最終
過熱器、７は前段スプ！し１弁１．８は後段スグレ弁、
、１０は主蒸気温度制御要素、１０９はその出力、１１
は後段減温器出口蒸気温度制御要素、１０７ばその出力
、１２は除算要素、１３はス／プ、・し比率制御要素、
１０５ばその出力、１５は削１ス減温器出ロ蒸気温度制
御要素、１０３はその出力、１００は給水、１０１は検
出される給水流量、１０２は前段スプレ弁７によって罎
整されるスプレ水、１０４は前段減温器出口蒸気温度検
出値、１０６は後段スプレ弁８により調節されるスプレ
水、又は検出さ１ｔたスプレ水１０６の流量、ｙは主蒸
気流量１１２まだは給水流［：１０１、ｘ　／　ｙは除
算要素１２の出力、１０８は後段減温器出口蒸気温度検
出値、１１１は主蒸気温度目標値、１１０は主蒸気温度
検出１１転　１１３は主蒸気である。

ボイラへの給水１００は、主に燃料の？、焼による放射
伝熱により蒸発器１（ドラム形ボイラの場合にはドラム
を含む）で蒸発して蒸気になる。

この蒸気を前段過熱器２で過熱し、欠いて前段減温器３
において前段スプレ弁７で調節したスプレ水１０２を噴
きして温度を下げる。

前段減温器３ｆ：出た蒸気を中間過熱器４で書び過熱し
、後段減温器５において後段スプレ弁８で調節したスプ
レ水１０６を噴霧して再び温度を一トげろ。

そして、最終過熱器６で所定の温度１で過熱し主蒸気と
してボイラから送り出す。

この従来装置メ１の制御機構は、一方では、主蒸気温度
目標値１１１と主蒸気温度目標値１１０の偏差により主
蒸気温度制御要素１０の出力１０９を制御し、さらに出
力１０９と後段減温器出口蒸気温度検出値１０８の偏差
によＩ喉減温器出口蒸気温度制御要素１１の出力１０７
　全制御し後段スプレ弁８の１５１１度を調整する。

１ｍ方では、スプレ水１０６のスプレ流量Ｘと主蒸気流
セ（１１２あるいは給水流量１０１からなるｙ′を除算
要素工２へ与えてｘ／ｙｅスプレ比率制御夢素１３に出
力し、その出力（目標値）１０５と前段減温器出口蒸気
温度検出値１０４の偏差により前段減温器出口蒸気温度
制御ｉ要素１５の出力１０３を制御し、この出力１０３
により前段スプレ弁７の開度をＷ４節している。

なお、従来機構として後段の減温器５におけるスプレ量
を蒸気量と一足の比率に保つ方法として、前段の減温器
３におけるスプレｎ：を操作して、後段の減温器５にお
ける人口と出口の蒸気温１組差か−Ｖ値となるように制
御する方式が第２図に示される。

図において第１図と同一符号は同一もしくは相当部分を
表わす。

１１５は後段減温器人口蒸気温度検出値、１４は後段減
温器出口蒸気温度制御要素、１１４はその出力である。

この従来装置は、主蒸気温度制御要素１０の出力１０９
と後段減温器入口蒸気温度検出値１１５との偏差により
後段減温密入出口蒸気温度差制御要素１４の出力１１４
を制御し、その出力１１４と前段減温器出口蒸気温度検
出値１０４との偏差をとシ前段減温器出ロ蒸気温度制御
要素１５の出力１０３′ｆｃ制御して前段スプレ弁７の
開度を調整している。

後段スプレ弁８の開度調節は第１図の場合と同じ。

しかして、混焼ボイラにおいては混焼比率により、ガス
再循環式ボイラでは燃料量に対する再循環ガス量の比率
によシ、またコンバインドサイクル発電プラントの助燃
にボイラではボイラでの燃料量に対するガスタービン排
ガス量の比率によシ、ボイラ各部での熱吸収配分が大幅
に変化する。

例えば、液体燃料と気体燃料を混焼する場合には１．液
体燃料の比率が大きいほど火炉（蒸発部たとえば蒸発器
１）での熱吸収の割合が大きくなる。

逆に、気体燃料の割合が大きいほど煙道部（たとえば過
熱器２，４．６）での熱吸収割合が増大する。

このため、混焼ボイラにおいて、後段の減温器５におけ
るスプレ量を蒸気量に対して、混焼比率によらず一定比
率となるように、前段の減温器３におけるスプレ量を操
作して制御する方式では以下の難点があった。

すなわち、液体燃料の割合が多い場合には、過熱器２．
　４．　６での伝熱量が減るためスプレ量を減少させな
ければガらず、前段の減温器３のスプレ量の定常値が下
限近くになる。

逆に、気体燃料の割合が多くなると、過熱器２゜４．６
での伝熱量が増大しスプレ量を増大しなければならなく
なり、前段の減温器３のスプレ量の定常値が上限近くに
なる。

この結果、前段の減温器３による蒸気温度調整能力が低
下し、負荷変化などの外乱発生時における蒸気温匠変動
の抑制能力に問題があった。

また、混焼の伝熱源比率が変化した時、その影響が蒸気
温度に現われて始めてフィードバック的に制御している
ため制御の応答性が悪かった。

さらに、前段の減温器３におけるスプレ量が大幅に変動
し、制御系の時定数が過大なとき前記変動が持続する傾
向があり、安定性の面からも問題があった。

なお、ガス再循環式ボイラでは、前記混焼ボイラにおけ
る液体燃料を燃料とし気体燃料を再循環ガス量とし、あ
るいはコンバインドサイクル発電プラントにおける助燃
式ボイラでは、液体燃料をボイラにおける燃料とし気体
燃料をガスタービン排ガスとすれば、前記混焼ボづうに
おける場合と同し状況にある（このため、本発明は混焼
ボイラの場合について説明をする）。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、従来装置の不具合な状況に鑑みてなさ
れたもので、伝熱源比率の異なる種々の状態においても
、各減温器でのスプレ量の定常値を負荷変化などの外乱
に対処できる適正な値とし、また同時に伝熱源比率変化
時にはフ４−ドフォワード的制御機能を発揮する、制Ｔ
ｌＩ４１性能が＆ｔしたボ４うの蒸気温度制御装置を提
供することを、その目的とする。

〔発明の概狭〕

本発明は、複数り類の伝熱源で蒸気を発生し過熱し、蒸
気過熱系統に複数段の減温器を設けて蒸気温度を制御し
ている２段以上の多段スプレづ方式からなるボイラにお
いて、伝熱源（混焼）比率を関数要素を介しであるいは
その出力をさらに動特性要素を経て、スプレ比率制御要
素あるいは後段減温密入出口蒸気温度差制御要素に与え
て、前記伝熱源比率に応じて給水旬あるいは蒸気毎二と
、スプレ量との比率を可変にしたボイラの蒸気温度制御
装置である。

〔発明の実施例〕

第３図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

すなわち、従来のｆ）；ＩＪ　ｌ＋ｌｔｌ装置における
構成要素に新たに関数要素１６また必要に応じて動特性
要素エフを付加して、本発明の制御装置が構成される。

ここで、関数要素１６は伝熱源（混焼）比率信号１１５
を入力して、その混焼定常状態での適止なスプレ比率（
蒸気流量または給水流部とスプレ流量の比率）の目標値
を発生する弗素で、１．１６はその出力である。

また、動特性要素１７は、伝熱線比率信号１１５の変化
と伝熱源比率変化によるボづう各部の蒸気温度変化に動
的なタイミングのずれがある場合に、その過渡変化時の
動特性のマツチングをはかり、同時に良好なフィードフ
ォワード制御性を実現するために、関数快素１６の出力
信号１１６を動特性変換してスプレ比率目標値１１７を
発信する要素である。

次に本発明の動作について説明する。

除算要素１２からのスプレ比率実測値ｘ　／　ｙがその
目標値１１７と一致するように、スプレ比率制御要素１
３は前段減温器出口蒸気温度の目標値１０５を発信する
。

前段減温器出口蒸気温度別で面要素１５は、前段スプレ
弁７を操作して前段減温器出口蒸気温度検出値１０４が
その目標値１０５と一致するように匍制御する。

すなわち、前段スプレ弁７を操作して結果的に後段減温
器出口蒸気温度１０４を変え、後段減温器５におけるス
プレ流量１０６の、蒸気流量１１２あるいは給水流Ｈ−
ｔｏｔとの比率が所定の値となるようにｆｌｉ！制御が
行なわれる。

ここで、関数髪素１６は伝熱源（混焼）比率信号１１５
を人力して、その混焼状態における’＞Ｉη切なスプレ
比系の目標値１１６を発信する。つまり、気体燃料の割
合が増減して過熱器２．　４．　６部での伝熱袖が増減
すると、主蒸気温ｌ＆：ｌｌｏを一定に保つためにはス
プレーを増減させなけｔ’ＬばならｉＶ）。

このため、スプレ比率の目標値１０５も変化させ、前段
減温器３におけるスプレ４４．の増７威と共に、後段減
温器５のスプレ適も増減する。

これにより、従来、伝熱源（わも焼）比率が変化した際
にスプレ偏・の増減が全て前段スプレ弁７に背負され、
伝熱源（混焼）比率が標準値から離ノｔだ場合に前段ス
プレ弁７の開度が限界値近くになるという、負荷変化時
における制御上の問題点が解消した。

さらに、伝熱源（混焼）比率のと同時に、蒸気温度の変
化を待つことなくフィードフォワード的にスプレ弁を操
作するため、過渡変化時における応答性が早まり、制御
性が向上する。

しかも動特性要素１７は、伝熱源（混焼）比率が変化し
た時の信号の伝達の遅速を補償して過渡時の制御性をさ
らに改善する必要がある場合に、制御系に挿入して使用
し、関数要素１６の出力信号１１６の変化特性を変えて
スプレ目標値信号として発信する。

なお、伝熱源（混焼）比率が変化した時に、その変化信
号１１５が本発明装置を介してスプレ弁７の開度を変化
させ、これによる主蒸気温度の応答１１０とボイラ内部
における熱吸収配分変化による主蒸気温度の応答１１０
を比較し、前者の応答が早ければ遅れ特性の要素を、逆
に遅ければ進み特性の要素を、動特性要素１７として用
いる。

さらに、熱吸収配分変化による主蒸気温度の応答１１０
が逆応答特性を示すボイラでは、こ・れを補償する逆応
答特性の要素を、動特性要素１７とじて採用する。

これにより、応答のマツチングがとれ、伝熱源（混焼）
比率の定常時の制御性のみならず、伝熱源（混焼）比率
変化時においても優ｔ″した制御性全発揮するボイラの
蒸気温度制御装置を得ることができる。

第４図は、本発明の能の実施例の構成を表わすブロック
図である。

この能の実施例は第２図の従来装置において、減温益５
０人出口１晶度差が一定であれば、蒸気流量に対するス
プレ流量の比率もほぼ一定になることを利用している。

すなわち、後に減温器入出口蒸気温度走制御要素１４は
、仮設減温器入口蒸気温度検出値１１５とその出口蒸気
温度目標値１０９の間の温鹿差を、その温匿差−標帥１
１９と一致するように、前段減温器出口蒸気温度目標値
１１４を発信し前段減温器出口蒸気温度検出値素１５を
介して前段スプレ弁７を制（財）する。

さらに、関数要素１８は伝熱源（混焼）比率信号１１５
を入力（−１その混焼状態で適切なスプレ比率の場合の
温度差値を温度差１樟ｆｉｇ、　１１８として発信する
。

なお、伝熱源（混焼）比率変化時の過渡制御応答をさら
に改善したい場合には、第３図の実施例と同様に、動特
性要素１９を系に挿入して関数要素１８の出力信号１１
８の変化特性を変えて温度差の目標値１１９として発信
する。

〔発明の効果〕

かぐしと本発明によれば、多段スプレ方式で蒸気温度を
制（財）しているボイラにおいて、伝熱源比率を変化さ
せる運用がなされても、いずれの状態においても、負荷
変化時に蒸気を晶度を良好に制御できる。また、伝熱源
比率変化の過渡時においても制御性が向上し、蒸気温度
変動幅が減少する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来装置のブロック図、第３図お
よび第４図は本発明の一実施例および曲の実施例の栴成
を示すブロック図である。 １・・・蒸発器、２・・・前段過熱器、３・・・前段減
温器、４・・・中間過熱器、５・・・後段減温器、６・
・・最終過熱器、７・・・前段スプレ弁、８・・・後段
スプレ弁、　１０・・・主蒸気温度制御要素、１１・・
・後段減温器出口蒸気温度制御要素、１２・・・除算要
素、１３・・・スプレ比率制御要素、１４・・・後段減
温器出口蒸気温度制御要素、１５・・・前段減温器出口
蒸気温度制？ｉｌｌ要素、１６．１８・・・関数要素、
１７．１９・・・動特性要素。 出願人代理人　　猪　股　　　清 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数種類の伝熱源で蒸気を発生し過熱し、蒸気過熱
   系統に複数段の減温器を設けて蒸気温度を制御している
   ２段以上の多段スプレィ方式からなるボイラにおいて、
   低熱源比率に応じて給水量あるいは蒸気量と、スプレィ
   量との比率を可変にしたこと全特徴とするボイラの蒸気
   温度制御装置。 ２、前記複数段の減温器において、後段の減温器の入・
   出口蒸気温度差を低熱源比率に応じて可変にすることに
   より、給水量あるいは蒸気量、とスプレィ量との比率を
   変えろようにした特許請求の範囲第１項記載のボイラの
   蒸気温度制御装置。 ３、低熱源比率の変化と所定の動的対応をもって、給水
   量あるいは蒸気量との比率をさせるようにした特許請求
   のイ１１λ囲第１項記載のボイラの蒸気温度制御装置。 ４、伝熱源が種類の異なる燃料の混焼ボイラにおいて、
   低熱源比率として混焼比率を用いる特許請求の範囲第１
   項記載のボづうの蒸気温度制御装置。 ５、伝熱源が燃料と火炉へ再循環される排ガスのガス再
   循環式ボイラにおいて、低熱源比率として燃料量とガス
   再循環量の比率を用いる特許請求の範囲第１項記載のボ
   イラの蒸気温度制御装置。 ６、伝熱源がガスタービン排ガスと燃料のコンバインド
   サイクル発′亀用助燃式ボイラにおいて、低熱源比率と
   して燃料量とガスタービン排ガス俸の比率音用いる特許
   請求の範囲第１項記載のボイラの蒸気温度制御装置。