JPS6011002A - Controller for boiler load - Google Patents

Controller for boiler load

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JPS6011002A
JPS6011002A JP11620183A JP11620183A JPS6011002A JP S6011002 A JPS6011002 A JP S6011002A JP 11620183 A JP11620183 A JP 11620183A JP 11620183 A JP11620183 A JP 11620183A JP S6011002 A JPS6011002 A JP S6011002A
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stress
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boiler
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load
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JP11620183A
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庫本 篤
幸穂 深山
川野 滋祥
程塚 国男
森 修二
笹渕 陽
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Babcock Hitachi KK
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ負荷制御装置に係り%特にボイラ各部の
発生応力を監視しつつ負荷追従性を最適に行なうボイラ
負荷制御装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a boiler load control device, and more particularly to a boiler load control device that optimizes load followability while monitoring stress generated in each part of a boiler.

火力光゛畦プラントは電力需賛の要請によって中間負荷
で運転されることが多く、この中間負荷運転に伴なって
短時間内に、起動、停止あるいは急速負荷変化が要求さ
れる状況にある。
Thermal power plants are often operated at intermediate loads due to demand for electricity, and as a result of this intermediate load operation, startup, shutdown, or rapid load changes are required within a short period of time.

この要求に対処するために中間負荷運転を行なうと、タ
ービンプラントではタービンロータ部、ボイラプラント
では過熱器などの耐圧部の厚肉管に発生する応力および
これに伴う寿命消費が問題となる。
When intermediate load operation is performed to meet this demand, stress generated in thick-walled pipes of pressure-resistant parts such as turbine rotors in turbine plants and pressure-resistant parts such as superheaters in boiler plants and the resulting loss of service life become a problem.

従来、タービンプラントにおいては、タービン寿命を保
証しつつより早い起動、停止、急速′負性変化を行なう
ことを目的に、ロータ部の熱応力を予測したタービン制
御システムが開発されている。
BACKGROUND ART Conventionally, in turbine plants, turbine control systems have been developed that predict thermal stress in the rotor section in order to ensure earlier startup, shutdown, and rapid negative change while guaranteeing the life of the turbine.

タービンのロータ部では計画時に予想される運用パター
ンから寿命消費をめ、これに基づいて運用モード毎の応
力制限値を定めている。そして実際の運用では、タービ
ンが負荷制御モードにあるか、速度制御モードにあるか
に分けて、任意時間先の蒸気状態を予測して発生応力を
算出し、これと予め計画した応力制限1f!Ee比較し
、つり、応力制限値を越えない範囲で最大の負荷変化率
、最大の昇速率を探索する。このようにしてめた負荷変
化率をA L R(Automatic ’Load 
Regul、ator)設定値とし、昇速率i’A S
 R(Automatic SpeedRegulat
or )設定値とする制御システムが用いられていた。
The life consumption of the turbine rotor is estimated from the expected operating pattern at the time of planning, and stress limit values for each operating mode are determined based on this. In actual operation, the generated stress is calculated by predicting the steam state at an arbitrary time point, depending on whether the turbine is in load control mode or speed control mode, and this is combined with a pre-planned stress limit 1f! Compare Ee and search for the maximum load change rate and maximum acceleration rate within a range that does not exceed the lifting and stress limit values. The load change rate obtained in this way is called A L R (Automatic 'Load
Regul, ator) setting value, acceleration rate i'A S
R (Automatic Speed Regulat
or) a control system with a set value was used.

このように従来のタービンプラントで用いられていた制
御システムは以下に述べるような欠点があった。
As described above, the control systems used in conventional turbine plants have the following drawbacks.

タービンプラントの応力制限値は、計FiJJ運用回数
と予想運用パターンからめる寿命消費によって決められ
るために、実際の運用パターンが計画時のものと異なっ
た場合には、応力制限値が厳しいものであったり、ある
いは緩やかなものであったりすることである。
The stress limit value of a turbine plant is determined by the lifetime consumption calculated from the total number of FiJJ operations and the expected operation pattern, so if the actual operation pattern differs from the planned one, the stress limit value may become stricter. , or it may be gradual.

また実際の運転においては、現時点までの総寿命消費を
積算していないために、それまでの運転実績をそれ以後
の運転に反映できない。
Furthermore, in actual operation, since the total life consumption up to the present time is not integrated, the operation results up to that point cannot be reflected in subsequent operations.

そして、タービンロータ部の発生応力予測には、ロータ
が回転体であることからメタル温度を直接針側できない
ため、蒸気状態をもとに蒸気からメタルへの熱伝達率を
推定して温度分布計算を行ない発生応力を予測していた
。そのために発生応力の精度向上には自ずと限度がある
To predict the stress generated in the turbine rotor, since the rotor is a rotating body, the metal temperature cannot be measured directly, so the temperature distribution is calculated by estimating the heat transfer coefficient from the steam to the metal based on the steam state. The generated stress was predicted by Therefore, there is a natural limit to the improvement in accuracy of generated stress.

しかしながら、ボイラプラントにおいては、過熱器など
のボイラ厚肉管は高温高圧の内圧機器であるために、メ
タル内外面の温度計測が直接性なうことができるために
発生応力を計算することができるので、発生応力の推定
精度が一段と向上できる。
However, in boiler plants, boiler thick-walled tubes such as superheaters are high-temperature, high-pressure internal pressure devices, so the temperature of the inner and outer surfaces of the metal can be directly measured, making it possible to calculate the generated stress. Therefore, the accuracy of estimating the generated stress can be further improved.

さらに、タービンのロータ部の寿命消費においては、こ
のロータ部に発生する繰返し熱応力による疲労損傷が支
配的であるために、熱応力の監視と制御が主題となって
いるが、ボイラプラントでは、高温高圧の内圧機器であ
るために、繰返し熱応力による疲労に加え、クリープ寿
命消費の占める割合が大きい。このために各種のボイラ
材に関するクリープ損傷データの蓄積と、オンラインで
のクリープ損傷の評価技術の確立かボイラのオンライン
寿命管理システムを完成するためには不可決である。
Furthermore, in the life consumption of the rotor of a turbine, fatigue damage due to repeated thermal stress occurring in the rotor is dominant, so monitoring and control of thermal stress has become a subject, but in boiler plants, Because it is a high-temperature, high-pressure internal pressure device, in addition to fatigue due to repeated thermal stress, a large proportion of its life is consumed by creep. For this reason, it is necessary to accumulate creep damage data on various boiler materials and to establish online creep damage evaluation technology or to complete an online boiler life management system.

また、火力プラント全体の寿命消費の適正化を行なうた
めには、ボイラ、タービンの両プラントのそれぞれで発
生応力、寿命消費の管理を行なうと同時に、その間の協
調制御が必要であるが、従来はその協調制御は行なわれ
ていなかった。
In addition, in order to optimize the lifetime consumption of the entire thermal power plant, it is necessary to manage the stress generated and lifetime consumption in both the boiler and turbine plants, and at the same time, coordinate control between them. There was no coordinated control.

すなわち、タービンの熱応力管理システムにおいては、
運転中に熱応力が過大になると、タービンの負荷変化率
を減少させるが、負荷変化率を零(負荷保持)にしても
タービンの熱応力が十分減少しないことが、特にプラン
ト起動時に起る。このような場合には、ボイラの昇温率
(燃料変化率)を低減させることが必要であり、ボイラ
、タービンの協調制御が必要である。
In other words, in the turbine thermal stress management system,
If the thermal stress becomes excessive during operation, the load change rate of the turbine is reduced, but even if the load change rate is reduced to zero (load maintenance), the thermal stress of the turbine is not sufficiently reduced, especially at the time of plant startup. In such a case, it is necessary to reduce the temperature increase rate (fuel change rate) of the boiler, and cooperative control of the boiler and turbine is required.

本発明はかがる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、応力制限設定値を基に負荷制
御ができるボイラ負荷制御装置を得ようとするものであ
る。
The present invention attempts to eliminate the drawbacks of the conventional technology.
The purpose is to obtain a boiler load control device that can perform load control based on stress limit settings.

本発明は前述の目的を達成するために、ボイラ耐圧部か
らの計測値によって現在応力値全予測する現在応力値算
出器と、予め計画した応力制限設定値を算出する応力制
限値設定器と、現在応力値と応力制限設定値を比較する
比較器とを設け、現在応力値と応力制限設定値を比較し
て応力制限設定値を越えない範囲で負荷変化率を得るよ
うに制御するようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes a current stress value calculator that predicts all current stress values based on measured values from a boiler pressure-resistant part, a stress limit value setter that calculates a stress limit setting value planned in advance, A comparator is provided to compare the current stress value and the stress limit set value, and the current stress value and the stress limit set value are compared to control the load change rate within a range that does not exceed the stress limit set value. It is something.

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明のボイラ負荷制御装置の概略系統図、第
2図は横軸に時間、縦軸に負荷変化率を示す特性図、第
3図は横軸に時間、縦軸に応力予測値を示した特性図で
、第2図の負荷変化率の変化による応力予測値の変化を
第3図に示す。第4図は応力監視個所であるボイラ厚肉
管の縦断面図、第5図は第4凶のX−X線断面における
温度分布算出のための円筒モデルの拡大図、第6図はメ
タルの板厚方向における温度分布曲線図、第7図は横軸
に許容繰返し回数を示し、縦軸に応力片振幅を示した設
計疲労線図、第8図は横軸に時間、縦軸に主応力差を示
した主応力差発生の模式図、第9図は横軸に時間、縦軸
に応力を示したボイラ運用時の発生応力模式図、第10
図は横軸に時間、縦軸に緩和応力値を示した応力緩和線
区、第11図は横軸に破断時間、縦軸に緩和応力値を示
したクリープ破断線図、第12図は横軸に応力制限値、
縦軸に寿命消費を示した特性図である。
Fig. 1 is a schematic system diagram of the boiler load control device of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and load change rate on the vertical axis, and Fig. 3 is a characteristic diagram showing time on the horizontal axis and stress prediction on the vertical axis. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the values, and shows changes in the predicted stress value due to changes in the load change rate shown in FIG. 2. Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the boiler thick-walled tube, which is the stress monitoring point, Figure 5 is an enlarged view of the cylindrical model for calculating the temperature distribution in the X-X cross section of the fourth line, and Figure 6 is the metal tube. Temperature distribution curve in the plate thickness direction. Figure 7 is a design fatigue diagram with the horizontal axis showing the allowable number of repetitions and the vertical axis showing stress fragment amplitude. Figure 8 is the horizontal axis showing time and the vertical axis showing principal stress. Fig. 9 is a schematic diagram of the generation of principal stress difference showing the difference. Fig. 9 is a schematic diagram of the stress generated during boiler operation, with time on the horizontal axis and stress on the vertical axis. Fig. 10
The figure shows a stress relaxation line section with time on the horizontal axis and relaxed stress values on the vertical axis, Figure 11 is a creep rupture line diagram with rupture time on the horizontal axis and relaxed stress values on the vertical axis, and Figure 12 is a horizontal Stress limit value on axis,
It is a characteristic diagram showing life consumption on the vertical axis.

以下、第11を用いてボイラ負荷制御装置の概略につい
て説明する。
Hereinafter, the outline of the boiler load control device will be explained using the eleventh example.

ボイラの熱応力監視点の代表例として過熱器の高温高圧
蒸気管寄せ(ヘッダ)1のノズルコーナ部2を例に説明
するが、ボイラ全体ではこのような熱応力監視点を複数
個所設けてもよい。
The nozzle corner 2 of the high-temperature, high-pressure steam header (header) 1 of the superheater will be explained as a typical example of a thermal stress monitoring point in a boiler, but multiple such thermal stress monitoring points may be provided in the entire boiler. .

ボイラの監視箇所の熱応力をめるため、まずヘッダ1の
内面、外面のメタル温度計測値3.4をメタル内面温度
検出器5によりメタル内面温度6を、メタル外面温度検
出器7によりメタル外面温度8をそれぞれ検出し、この
両信号6.8を温度分布算出器9に加え、この両信号6
.8をもとにメタル厚み方向温度分布算出値1oを算出
する。
In order to reduce the thermal stress at the monitoring points of the boiler, first measure the metal temperature values 3.4 on the inner and outer surfaces of the header 1 using the metal inner surface temperature detector 5 to measure the metal inner surface temperature 6, and then measure the metal outer surface using the metal outer surface temperature sensor 7. Detect the temperature 8 respectively, add these two signals 6.8 to the temperature distribution calculator 9, and add these two signals 6.
.. 8, a metal thickness direction temperature distribution calculation value 1o is calculated.

一方、ヘッダ1内より圧力計測値11を圧力検出器12
で検出し、この圧力計側値11を圧力検出器12より検
出した蒸気圧力信号13を現在応力値算出器14に加え
る。
On the other hand, the pressure measurement value 11 is sent from inside the header 1 to the pressure detector 12.
The steam pressure signal 13 obtained by detecting this pressure gauge side value 11 from the pressure detector 12 is applied to the current stress value calculator 14.

この現在応力値算出器14ではメタル厚み方向温度分布
算出値10會もとにめた熱応力と、圧力検出器12によ
り検出した蒸気圧力信号13をもとにめた内圧力を加え
た現在応力値15ヲ算出する。
This current stress value calculator 14 calculates the current stress by adding the thermal stress based on the metal thickness direction temperature distribution calculation value 10 and the internal pressure based on the steam pressure signal 13 detected by the pressure detector 12. Calculate the value 15.

寿命消費算出器16では現在応力値15をもとに疲労お
よびクリープによる寿命消費算出値17ヲ算出し、応力
制限値設定器18では監視箇所毎、運転モード毎に計画
時に決めた寿命配分から実際の運用での寿命消費算出値
17を差し引き、残余寿命を算出し、さらに残余寿命お
よび残余運転回数から今後の運用モード1回あたりの許
容寿命消費を定め、この寿命消費をもたらすと予画され
る発生応力をへラダ1の応力制限設定値19として設定
する。
The life consumption calculator 16 calculates the life consumption calculation value 17 due to fatigue and creep based on the current stress value 15, and the stress limit value setting device 18 calculates the actual life consumption value 17 from the life distribution determined at the time of planning for each monitoring point and each operation mode. Calculate the remaining life by subtracting the life consumption calculation value 17 in operation, and further determine the allowable life consumption per future operation mode from the remaining life and the remaining number of operations, and it is planned that this life consumption will be achieved. The generated stress is set as the stress limit setting value 19 of the spatula 1.

この応力制限値設定器18での応力制限設定値19は起
動、停止の任意回数毎に更新できる仕組になっている。
The stress limit set value 19 in this stress limit value setter 18 can be updated every arbitrary number of times of starting and stopping.

次に現在応力値15と応力制限設定値19を比較器加で
比較し、この結実現在応力値15が応力制限設定値19
を越えるときには、負荷ホールド信号発生器21より負
荷ホールド信号22ヲ発生し、ボイラ負荷制御器部に送
る。
Next, the current stress value 15 and the stress limit setting value 19 are compared using a comparator, and this fruiting current stress value 15 is the stress limit setting value 19.
When the load hold signal 22 is exceeded, the load hold signal 22 is generated by the load hold signal generator 21 and sent to the boiler load controller section.

一方、現在応力値15が応力制限設定値19以下の場合
には、ボイラの最適な負荷変化率(燃料変化率、圧力変
化率)を決定するために予め設定された複数の負荷変化
率の中から負荷変化率設定器冴によってその最大のもの
を負荷変化率設定値5として設定する。
On the other hand, if the current stress value 15 is less than or equal to the stress limit set value 19, one of multiple load change rates set in advance to determine the optimum load change rate (fuel change rate, pressure change rate) for the boiler. From there, the maximum value is set as the load change rate set value 5 using the load change rate setting device.

つぎに、応力予測値算出器部では第2図に示すよつ九負
荷変化率設定値5で運転した場合の211分後の発生応
力予測値27ヲ算出する。なお、Δτ菖は目標予測時間
設定器列の目標子側時間29として与えられる。
Next, the stress predicted value calculator section calculates the predicted stress value 27 that will occur after 211 minutes when the engine is operated at the load change rate set value 5 shown in FIG. Note that the Δτ axis is given as the target child side time 29 of the target prediction time setter array.

発生応力予測値27と応力制限値19を比較器3oで比
較し、発生応力予測値nが応力制限値19以下であれば
設定した負荷変化率設定値5が発生応力かもみた最終負
荷変化率31として決定される。しかし発生応力予測値
27を算出していく段階で発生応力予測値27が応力制
限値19ヲ越えるならば負荷変化率設定値囚で一段階下
げた負荷変化率設定値5を選定し、再度発生応力予測値
27ft算出して、前述と同様に、負荷変化率設定器冴
、負荷変化率設定値5、応力予測値算出器部、発生応力
予測値27、比較器加のステップを繰返す。
The predicted generated stress value 27 and the stress limit value 19 are compared with the comparator 3o, and if the predicted generated stress value n is less than or equal to the stress limit value 19, the set load change rate set value 5 is the final load change rate 31 based on the generated stress. is determined as. However, at the stage of calculating the predicted stress value 27, if the predicted stress value 27 exceeds the stress limit value 19, the load change rate setting value 5, which is one level lower than the load change rate setting value, is selected and the stress occurs again. A predicted stress value of 27 ft is calculated, and the steps of adding the load change rate setting device, load change rate setting value 5, stress predicted value calculator, generated stress predicted value 27, and comparator are repeated in the same manner as described above.

このように決められた最終負荷変化率31とタービン熱
応力監視装置32のタービン負荷変化率制限設定値33
とを比較器あで比較し、両者のうち小さい方の値を最終
負荷変化率35として最適負荷変化率設定器36に設定
し、その最適負荷変化率設定値37をボイラ負荷制御器
おへ送る。
The final load change rate 31 determined in this way and the turbine load change rate limit setting value 33 of the turbine thermal stress monitoring device 32
A comparator compares the two values, sets the smaller value of both as the final load change rate 35 in the optimum load change rate setter 36, and sends the optimum load change rate set value 37 to the boiler load controller O. .

このように、第2図に示す所望の周期Δτ、(〈Δτ、
)間隔で繰返されるので、常時、発生応力を監視しなが
ら最適負荷変化率を決定することができるのである。
In this way, the desired period Δτ, (〈Δτ,
), the optimum load change rate can be determined while constantly monitoring the generated stress.

次に、第2図および第3図を用いて、ボイラの負荷変化
率を決定する例について説明する。
Next, an example of determining the boiler load change rate will be explained using FIGS. 2 and 3.

第2図において負荷変化率Aで現時点T0までボイラの
運転を行っており、Δτ1後の時刻T、まで同じ負荷変
化率Bで運転したと仮定すれは応力予a++、+値は第
3凶の曲線りとなり、時刻T、では応力制限値19を越
えることになる。
In Fig. 2, assuming that the boiler has been operated at the load change rate A up to the present time T0, and has been operated at the same load change rate B until time T after Δτ1, the stress forecast a++ is the + value of the third worst factor. The curve becomes curved, and at time T, the stress limit value 19 is exceeded.

この場合、前述した如(第1図の負荷変化率設定器Uで
一段階下げた負荷変化率設定値25を選定して比較器3
0までのステップlJiリ−返すことKより応力予測曲
線が例えば第3図の曲線Eで示すようなボイラ負荷変化
率Cを決定するのである。
In this case, as described above (select the load change rate set value 25, which is one step lower with the load change rate setter U in Fig. 1, and set the comparator 3
The stress prediction curve determines the boiler load change rate C as shown by curve E in FIG. 3, for example.

一方、最近では、タービンプラントにも熱応力監視制御
装置32が設置されるようになっており、このタービン
熱応力監視装置32は、本来タービン各部の熱応力が許
容値以内になるようにタービンの負荷変化率(蒸気量変
化率)を制御するものであるが、特にボイラの起動時(
昇温過程)では、タービン負荷上昇率を零(負荷保持)
にしても、蒸気温度上昇率を下げなければタービン熱応
力を許容値以下にできない場合がある。このようなとき
には第1図に示すようにタービン熱応力監視装置32か
もタービン負荷変化率制限設定値33が送られてくる。
On the other hand, recently, thermal stress monitoring and control equipment 32 has been installed in turbine plants, and this turbine thermal stress monitoring equipment 32 originally controls the turbine so that the thermal stress in each part of the turbine is within the allowable value. It controls the load change rate (steam amount change rate), especially when starting the boiler (
During the temperature increase process), the turbine load increase rate is reduced to zero (load maintenance).
Even so, it may not be possible to reduce the turbine thermal stress to a permissible value or less unless the rate of steam temperature rise is reduced. In such a case, as shown in FIG. 1, the turbine thermal stress monitoring device 32 also sends the turbine load change rate limit setting value 33.

このタービン負荷変化率制限設定値33が前述の負荷変
化率C以下であればタービン負荷変化率設定値おが最適
ボイラ負荷変化率として決定され、ボイラとタービンの
協調のとれた負荷制御が可能となる。
If this turbine load change rate limit set value 33 is equal to or less than the load change rate C described above, the turbine load change rate set value is determined as the optimum boiler load change rate, and coordinated load control of the boiler and turbine is possible. Become.

第4図はボイラのヘッダ1の拡大断面を示し、ヘッダ1
の応力集中部であるノズルコーナ部2に注目し、発生応
力および寿命消費を監視する。
Figure 4 shows an enlarged cross section of the header 1 of the boiler.
Focusing on the nozzle corner part 2, which is the stress concentration part, the generated stress and life consumption are monitored.

このノズルコーナ部2の発生応力は、ヘッダ1の円筒部
の発生応力に、応力集中係数を乗じてめることができる
The stress generated in the nozzle corner portion 2 can be determined by multiplying the stress generated in the cylindrical portion of the header 1 by a stress concentration factor.

円筒部熱応力は、円筒部の厚み方向温度分布よりめるが
、その温度分布は、円筒部の熱伝導方式(1)式 α:メタル温度伝導度 T:メタル温度12時間 r:
円筒中心からの距離 を、第5図に示す同心円筒にN等分に分割して接点を等
間隔にとり、差分化して解く。差分式は、(2)式 %式% i:節点パラメータ j:時間パラメータ で表わされ、(N−1)個の未知数Tx、j+1(N=
L 2+ ””” r ” 1 )に対し、(N−1)
個の式が得られ、境界値T。、j+1. Tn、 J+
1は、メタル内面および外面温度の現在計測値3.4で
あり、それぞれのメタル内面温度信号6およびメタル外
面温度信号8により与えられる。
The thermal stress of the cylindrical part is determined from the temperature distribution in the thickness direction of the cylindrical part, and the temperature distribution is determined by the heat conduction method of the cylindrical part (1) Formula α: Metal temperature conductivity T: Metal temperature 12 hours r:
Divide the distance from the center of the cylinder into N equal parts into the concentric cylinders shown in FIG. 5, set contact points at equal intervals, and solve by difference. The difference formula is represented by (2) formula % formula % i: node parameter j: time parameter, and (N-1) unknowns Tx, j+1 (N=
L 2+ """ r "1), (N-1)
equations are obtained and the boundary value T. , j+1. Tn, J+
1 is the current measured value 3.4 of the metal inner and outer surface temperatures, given by the respective metal inner surface temperature signal 6 and metal outer surface temperature signal 8.

従ってメタル内部の厚み方向温度分布算出値1゜すなわ
ちT)+ + 1+x (N = 1〜n −1)を(
2)式によりめることができる。
Therefore, the calculated value of the temperature distribution in the thickness direction inside the metal is 1°, that is, T) + + 1 + x (N = 1 to n -1) as (
2) It can be determined by the formula.

その温度分布算出値10の一例を第6図に示す。An example of the calculated temperature distribution value 10 is shown in FIG.

ここで、3軸方向の熱応力、つまり半径方向熱応力σr
t、周方向熱応力σθt、軸方向熱応力σztはそれぞ
れ次式によりめることができる。
Here, the thermal stress in the three axial directions, that is, the radial thermal stress σr
t, circumferential thermal stress σθt, and axial thermal stress σzt can be determined by the following equations.

・・・・・・・・・(3) ・・・・・・・・・(4) ここで、σrt:半径方向熱応力 E:ヤング率σθt
 :周方向熱応力 α′二腺膨張率σzt:軸方向熱応
力 シ:ボアンン比つぎに、内圧による3方向応力は(
6) (7) (8)式により得られる。
・・・・・・・・・(3) ・・・・・・・・・(4) Here, σrt: Radial thermal stress E: Young's modulus σθt
: Circumferential thermal stress α′ Bilateral expansion coefficient σzt : Axial thermal stress C : Boann ratio Next, the three-direction stress due to internal pressure is (
6) (7) Obtained from equations (8).

σrp”f) ・・・・・・・・・・・・・・・(6)
ここで、σrp:半径方向内圧応力、P:内圧σ6.二
層方向内圧応力 Di=ミニ 内径セル軸方向内圧応力 t:板厚 以上(3)〜(8)式は円筒−股部に発生する応力であ
り、ノズル等応力集中部に発2生ずる応力は一般部に発
生する応力に応力集中係数を乗じてめる。したかって、
ノズルコーナ部2に発生する現在応力値15の3方向応
力は(9)〜(11)で得られる。
σrp”f) ・・・・・・・・・・・・・・・(6)
Here, σrp: radial internal pressure stress, P: internal pressure σ6. Internal pressure stress in the two-layer direction Di = Internal pressure stress in the axial direction of the mini inner diameter cell t: Greater than or equal to the plate thickness Equations (3) to (8) are the stresses generated in the cylinder-crotch area, and the stress generated in stress concentration areas such as the nozzle is Multiply the stress occurring in the general area by the stress concentration factor. I wanted to,
The three-directional stress of the current stress value 15 generated in the nozzle corner portion 2 is obtained from (9) to (11).

σr=Krt−σrt+Krp”arp ””’°−−
−−−−−−−°−(9)σθ=にθ【@σθを十にθ
p@σθp 曲・曲・・・曲・・αO)σz:Kzt、
σzt 十Kzp σzp ゛°°四′″゛−−Ql)
ここで、Krt: 半径方向熱応力集中係数にθt: 
周方向熱応力集中係数 Kzt: 軸方向熱応力集中係数 Krp: 半径方向内圧応力集中係数 にθp: 周方向内圧応力集中係数 Kzp: 軸方向内圧応力集中係数 σr= 半径方向合計応力 σθ: 周方向合計応力 σ2: 軸方向合計応力 つぎに寿命消費算出器16では、現在応力値15ヲもと
に疲労寿命消費およびクリープ寿命消費をめる。
σr=Krt−σrt+Krp”arp””’°−−
−−−−−−−°−(9) σθ = to θ [@σθ to θ
p@σθp song/song...song...αO)σz:Kzt,
σzt 10 Kzp σzp ゛°°4′″゛--Ql)
Here, Krt: radial thermal stress concentration coefficient θt:
Circumferential thermal stress concentration coefficient Kzt: Axial thermal stress concentration coefficient Krp: Radial internal pressure stress concentration coefficient θp: Circumferential internal pressure stress concentration coefficient Kzp: Axial internal pressure stress concentration coefficient σr= Radial total stress σθ: Circumferential total Stress σ2: Axial total stress Next, the life consumption calculator 16 calculates fatigue life consumption and creep life consumption based on the current stress value 15.

まず疲労寿命消費は、(9)〜(11)式に基づき主応
力差e (12)〜(14)式よりめる。
First, the fatigue life consumption is calculated from the principal stress difference e (12) to (14) based on the formulas (9) to (11).

Sl−σθ−σ2 ・・・・・・曲・・・・・α2)S
!= σ2− σr ・・・・・・・・・・・・・・・
α3)S、= σr−σθ ・・・・・・・・・・・・
・・・Q4)つぎに3つの主応力差について応力振幅を
め、第7図に示す設計疲労線図より疲労寿命消費を計算
する。第8図は、主応力差S、の変動を示し、応力振幅
Z11Z12がめられる。S、 、 83についても同
様に”I r ””2・・・・・・ zl: 、 z−
がめられる。
Sl-σθ-σ2...Song...α2)S
! = σ2− σr ・・・・・・・・・・・・・・・
α3) S, = σr−σθ ・・・・・・・・・・・・
Q4) Next, calculate the stress amplitude for the three principal stress differences and calculate the fatigue life consumption from the design fatigue diagram shown in FIG. FIG. 8 shows the fluctuation of the principal stress difference S, and the stress amplitudes Z11Z12 can be seen. Similarly for S, , 83, "I r ""2... zl: , z-
I get criticized.

すなわち S+ K ツ95 Z’+ 、 Z’t (Z’+ >
”’t)S、 KツキZ−、Z”、−(Z”、 )Z’
、) ・)83 K ツーa z、 、 ’l”l ・
・’ (””t > ”t > ”’ )となり、応力
片振幅H,、H,、・・・・・・ は(15) (16
)式%式%) ) 応力片振幅H,、H,・・・・・・および第7凶設計疲
労線図から許容繰返回数N1. N2・・・・・・を得
られ、疲労寿命消費φfは07)式でめられる。
That is, S+ K ツ95 Z'+ , Z't (Z'+ >
"'t)S, K Tsuki Z-, Z", -(Z", )Z'
,) ・)83 K two az, , 'l”l ・
・'(""t>"t>"'), and the stress piece amplitude H,, H,,... is (15) (16
) Formula % Formula %) ) From the stress piece amplitude H,, H, ...... and the seventh design fatigue diagram, the allowable number of repetitions N1. N2... is obtained, and the fatigue life consumption φf can be calculated using the formula 07).

一方、クリープ寿命消費は、以下の手順で不める。第9
図に、発生応力の模式図を示す。コールドスタート及び
ホットスタート時熱応力の変動により発生応力は圧縮応
力側に変動した後、定常運転に入るに従い熱応力が小さ
くなり内圧応力による引張り応力が主体となる。初期応
力σiに達した応力は時間経過とともに緩和してゆきσ
(1)のように変動する。そこで、時間をΔtに分割し
、各区間における緩和応力値σ(1)を第10図に示す
応力緩和線図よりめる。つぎに第11図に示すクリープ
破断線図より緩和応力値σ(1)に対応する破断時間t
r(σ(t))をめる。
On the other hand, creep life consumption can be reduced by following the steps below. 9th
The figure shows a schematic diagram of the generated stress. The generated stress changes to the compressive stress side due to fluctuations in thermal stress during cold start and hot start, and then as steady operation begins, the thermal stress decreases and becomes mainly tensile stress due to internal pressure stress. The stress that reaches the initial stress σi will relax over time and become σ
It fluctuates as shown in (1). Therefore, the time is divided into Δt, and the relaxation stress value σ(1) in each section is calculated from the stress relaxation diagram shown in FIG. Next, from the creep rupture diagram shown in Fig. 11, the rupture time t corresponding to the relaxation stress value σ(1)
Find r(σ(t)).

時間Δtの間のクリープ寿命消費はΔt/lrで得られ
、1回の起動停止間でのクリープ寿命消費φCは(18
)式でめられる。
The creep life consumption during time Δt is obtained by Δt/lr, and the creep life consumption φC between one start and stop is (18
) is determined by the formula.

そして、寿命消費算出値5は、一般に用いられている線
形側式を用いて(19)式でめる。
Then, the life consumption calculation value 5 is calculated by equation (19) using the generally used linear equation.

φ−φf十φC・・・・・・・・・・・・・・・α9)
ここに、寿命消費算出は、起動停止間を1サイクルとし
て行ない積nを行なう。
φ−φf×φC・・・・・・・・・・・・α9)
Here, the life consumption calculation is performed by treating the start/stop period as one cycle and calculating the product n.

応力制限値設定器18では、計画時運用モード毎の運用
回数N:(コールドスタート回数)、N:(ウオームス
タート回数)、N:(ホットスタート回数)とし、それ
に対応した寿命配分金φ:、φ;。
In the stress limit value setting device 18, the number of operations for each operation mode at the time of planning is N: (number of cold starts), N: (number of warm starts), N: (number of hot starts), and the corresponding life allocation money φ:, φ;.

φ: とすると、計画時の各モード1回当りの許容でき
る寿命消費は、それぞれ として与えられ、現在までの各モード毎の運用口aをN
′c、 N−、N;、各モード毎の寿命消費合計をφ)
。、φ)1.φIとすると、今後の各モードの1回の起
動停止当りの許容寿命消費はそれぞれ(21)。
φ: Then, the allowable life consumption for each mode at the time of planning is given as each, and the operation port a for each mode up to now is N
'c, N-, N;, the total life consumption for each mode is φ)
. ,φ)1. Assuming φI, the allowable life consumption per activation/stop of each mode in the future is (21).

(22)、(23)式で得られる。It can be obtained from equations (22) and (23).

つぎに、第12図に示す応力制限値−寿命消費線図より
、許容寿命消費に対応する応力を応力制限値19とする
Next, from the stress limit value-life consumption diagram shown in FIG. 12, the stress corresponding to the allowable life consumption is set as stress limit value 19.

また、第1図に示す実施例では現在応力値15の推定側
算法として管内外面メタル温度計測値3.4よりめる方
法を示しているが応用例として、応力監視箇所に直接歪
ゲージを取り付は発生応力を直接計測する方法を採用し
ても同等の効果を得ることができる。
In addition, in the embodiment shown in Fig. 1, a method for estimating the current stress value of 15 is shown based on the measured value of the metal temperature on the inner and outer surfaces of the tube, which is 3.4, but as an applied example, a strain gauge may be installed directly at the stress monitoring point. The same effect can be obtained by directly measuring the generated stress.

以上述べたように本発明のボイラ負荷制御装置によると
、プラント運用に伴なう寿命消費を計画的に行ない、予
定した寿命を有効に使うことができる。すなわち、予定
した期間を信頼性、安全性高く運転することが可能にな
り、経済性向上にもつながる。さらに応力値をもとに負
荷制御を行なうために、応力制限のために過剰なマージ
yfe見込んだ緩やかな負荷制御を行なわなくてもよく
負荷追従性も良くなる。
As described above, according to the boiler load control device of the present invention, life consumption associated with plant operation can be carried out in a planned manner, and the planned life can be used effectively. In other words, it becomes possible to operate with high reliability and safety during the scheduled period, which also leads to improved economic efficiency. Furthermore, since load control is performed based on stress values, there is no need to perform gentle load control that takes into account excessive merge yfe to limit stress, and load followability is also improved.

新たに、本発明のようボイラ負荷制御を行なう場合、ボ
イラが既設のものであっても、応力監視箇所にメタルサ
ーモカッグルなどを設置すればよく経済的である。
When newly performing boiler load control as in the present invention, even if the boiler is already installed, it is economical to install a metal thermocouple or the like at the stress monitoring location.

本発明はボイラ酎圧部からの耐側値によって現在応力値
を予測する現在応力値算出器と、予め計画した応力制限
設定値を算出する応力制限値設定器と、現在応力値と応
力制限設定値を比較する比較器とを設け、現在応力値と
応力制限設定値を比較して応力制限設定値を越えない範
囲で負荷変化率を得るように制御することによって、応
力制限設定値を基に負荷制御を行なうことができ、負荷
追従性を向上させることができる。
The present invention includes a current stress value calculator that predicts a current stress value based on a side value from a boiler pressure section, a stress limit value setter that calculates a stress limit setting value planned in advance, and a current stress value and stress limit setting. A comparator is provided to compare the current stress value and the stress limit set value, and control is performed to obtain a load change rate within a range that does not exceed the stress limit set value. Load control can be performed and load followability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のボイラ負荷制御装置の概略系統図、餓
2図は横軸に時間、縦軸に負荷変化率を示す特性図、第
3図は横軸に時間、縦軸に応力予測値を示した特性図、
第4図は応力監視個所であるボイラ厚肉管(ヘッダ)の
縦断面図、第5凶は第4図のX−X線断面における温度
分布算出のだ ]めの円筒モデルの拡大図、第6凶はメ
タルの板厚方向における温度分布算出凶、第7L!!、
lは横軸に許容繰返し回数を示し、縦軸に応力片振幅を
示した設計疲労線図、第8図は横軸に時間、縦軸に主応
力差を示した主応力差発生の模式図、第9図は横軸に時
間、縦軸に応力を示したボイラ運用時の発生応力模式図
、第10図は横軸に時間、縦軸に緩和応力値を示した応
力緩和線図、第1111は横軸に破断時間、縦軸に緩和
応力値を示したクリープ破断線図、第12図は横軸に応
力制限値、縦軸に寿命消費を示した特性図である。 l・・・・・・ヘッダ、2・・曲ノズルコーナ部、3,
4・・・・・・温度計側値、11・・面圧力計611j
値、14・・・・・・現在応力値算出器、15・・・・
・・現在応力値、18・・・・・・応力制限値設定器、
19・・・・・・応力制限値、加四・・比較器、35・
・・・・・最適負荷変化率。 第1図 2 第2図 第3図 第4図 第7図 第8図 一言千客刊h&し圓挙廷 第12図
Figure 1 is a schematic system diagram of the boiler load control device of the present invention, Figure 2 is a characteristic diagram with time on the horizontal axis and load change rate on the vertical axis, and Figure 3 is a characteristic diagram with time on the horizontal axis and stress prediction on the vertical axis. Characteristic diagram showing values,
Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the boiler thick-walled tube (header), which is the stress monitoring point, and Figure 5 is an enlarged view of the cylindrical model used to calculate the temperature distribution in the X-X cross section of Figure 4. The 6th problem is the temperature distribution calculation in the metal plate thickness direction, the 7th L! ! ,
1 is a design fatigue diagram in which the horizontal axis shows the allowable number of repetitions and the vertical axis shows the stress strip amplitude. Figure 8 is a schematic diagram of principal stress difference generation with time on the horizontal axis and principal stress difference on the vertical axis. , Figure 9 is a schematic diagram of stress generated during boiler operation, with time on the horizontal axis and stress on the vertical axis, Figure 10 is a stress relaxation diagram with time on the horizontal axis, and relaxation stress values on the vertical axis, 1111 is a creep rupture diagram in which the horizontal axis shows the rupture time and the vertical axis shows the relaxation stress value, and FIG. 12 is a characteristic diagram in which the horizontal axis shows the stress limit value and the vertical axis shows the life consumption. l... Header, 2... Curved nozzle corner section, 3,
4...Thermometer side value, 11... Surface pressure gauge 611j
Value, 14...Current stress value calculator, 15...
...Current stress value, 18... Stress limit value setter,
19... Stress limit value, addition four... Comparator, 35...
...Optimum load change rate. Fig. 1 2 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ボイラ耐圧部からの計測値によって現在応力値を予測す
る現在応力値算出器と、予め計画した応力制限設定値を
算出する応力制限値設定器と、現在応力値と応力制限設
定値を比較する比較器とを設け、現在応力値と応力制限
設定値を比較して応力制限設定値を越えない範囲で負荷
変化率を得るように制御すること全特徴とするボイラ負
荷制御装置。
A current stress value calculator that predicts the current stress value based on the measurement value from the boiler pressure-resistant part, a stress limit value setter that calculates the stress limit setting value planned in advance, and a comparison that compares the current stress value and the stress limit setting value. 1. A boiler load control device comprising: a current stress value and a stress limit setting value, and the control is performed so as to obtain a load change rate within a range that does not exceed the stress limit setting value.
JP11620183A 1983-06-29 1983-06-29 Controller for boiler load Granted JPS6011002A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59180203A (en) * 1983-03-30 1984-10-13 株式会社日立製作所 Boiler stress monitoring method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59180203A (en) * 1983-03-30 1984-10-13 株式会社日立製作所 Boiler stress monitoring method

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