JPS6020643B2 - ボイラ蒸気温度制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボィラ蒸気温度制御方式に係り、特にドラム
式ボィラブラントの起動時の蒸気温度制御の最適化およ
び自動化をはかったポィラ蒸気温度制御方式に関する。

最近の原子力発電あるいは火力発電プラントでは１ユニ
ットで１，０００ＭＷをこえるような大規模なものが用
いられるようになっており、このような大規模プラント
は通常負荷一定運転とされる。このため負荷変動時の追
従のために、中容量、例えば３５０ＭＷ級のドラムボィ
ラプラントの使用が有用視されている。こうした目的に
ドラムボィラを用いる場合には、特に負荷量に応じてド
ラムボィラプラントの起動あるいは停止が必要とされ、
このためのプラント制御の自動化および最適化が重要な
課題となっている。上記のようなドラムボィラプラント
の構造およびその従来の制御方式について以下に説明す
る。

第ＩＡ図および第ＩＢ図は、ドラムボィラプラントの系
統図およびその構造説明図である。第ＩＡ図および第Ｉ
Ｂ図において、バーナー２による燃焼により、ドラム１
にて蒸気が発生され、１次週熱器２、減温器３、２次過
熱器４で温度制御された高圧蒸気は高圧タービン５に供
給されたのち、さらに再熱器１１を介して低圧タービン
６に付く給され、発電機７が駆動される。上記のタービ
ン５および６を通過した蒸気は復水器８で水にもとされ
給水ポンプ９により節炭器１４を介してドラム１に戻さ
れるとともに、その一部にスピレ−弁１０を介して減温
器３の冷却用に用いられる。１４はＧＲＦダンパ−であ
り、１３はガス再循環ファン、Ｎは煙突である。

上記のようなドラムポィラプラントの制御は第２図に示
すような目標値に従って行なわれていた。

すなわち負荷プログラム設定値ＯＬ〜主義気温度Ｔ４の
目標値ＯＴ４、再熱蒸気温度Ｔ５の目標値ＯＴ５、およ
び主蒸気圧力Ｐの目標値ＯＰを第２図のように定めて起
動させる。この場合〜 このプラントの並入（起動）時
点から３０％負荷までの間は蒸気温度制御、給水制御お
よび燃焼制御ともにすべて手動操作を必要とし、特に蒸
気温度制御は３０％以上の負荷時にも手勢操作を必要と
していた。また、通常負荷運転領域（３０〜ｉｏｏ％負
荷）の制御においては第３図に示すような制御回路が用
いられていた。すなわち、主蒸気温度Ｌと設定器２２か
らのその目標値ＯＴ４とは減算器２１で比較されも し
かるのちにその偏差の比例積分器２３による比例積分値
と「微分器２＆と増幅器２５により検出された主蒸気温
度Ｔ４の変化率と、主蒸気流量ＱｓＦに対応して関数発
生器７１から出力される負荷のプログラム信号（第２図
ＯＬ）とが加算器２６で加算され「 この加算された信
号によりスプレー弁ｌｑ（第ＩＡ図）に開度指令が出さ
れて減温器出口温度Ｔ３が調節されている。また減算器
２７では、ドラム圧力Ｐ，から関数発生器７２により検
出されたドラム飽和温度と減温器出口温度Ｔ３との差が
とられ、この差は比例積分器２８を介して比例積分され
たのち低信号選択器２９によりスプレー弁開度指令を制
限してスプレー注水量の制限を行なうようになっており
、さらにモニターリレー３肌ま、減温器出口温度Ｔ３が
ボイラ許容制限値以下になると同時にスプレー注水量を
制限できるように、低信号選択器２９が加算器２６の出
力信号を選択しているときのみ比例積分器２８の動作時
間を数１０針部こ加速させるような機能を有しているも
のである。一方再熱器温度設定器３２により設定された
再熱器温度Ｔ５の目標値ＯＴ５は、主蒸気流量ＱｓＦを
入力とす、る関数発生器７３の出力とともに低信号選択
器３１に入力されへより低い値が再熱器温度ちと減算器
３３で比較され、その差分は比例積分器３４を介して比
例積分されてのち関数発生器７４からの負荷プログラム
信号と加算器３５にて加算され〜 この世力がＧＲＦダ
ンパ一関度指令として出力される。

しかるに「上記のような従来の制御方式では並入後、第
３図の起動制御が作動するまでの間は手敷にたよってお
り、またその後の第３図の制御によれば主蒸気温度Ｔ４
、再熱器蒸気温度Ｔ５〜 主蒸気氏力Ｐの各々を第２図
で示したようにボィラ特性を考慮せず、ただ時間に比例
して上昇させるようなプログラムとなっているために次
のような欠点がある。

｛１｝ 第３図で説明したように、再熱器蒸気温度制御
のためにＧＲＦダンパー開度制御を行なっているが、こ
のようにすると主蒸気温度制御を乱す原因となる。

すなわち、起動時には再熱器蒸気温度Ｌは主義気温度Ｌ
に比例して上昇する（これは低負荷時には再熱蒸気はガ
ス量と熱交換する割合が少なく「かつ主蒸気温度Ｔ４の
変化による再熟蒸気温度応答に比べガス量の変化による
応答が遅いためである）。したがってＣＲＦダンパ−開
度は減少トスブレー弁開度は増大する方向に制御される
が、ＧＲＦガス注入「量により主蒸気温度はあまり変ら
ずその制御領域が制限され、特にＧＲＦガス量を抑制す
るとスプレー注入ができないという場合も生じる。｛２
） 起動時に昇圧制劉を行なうと燃料が過剰に投入され
「 このため２次過熱器の温度上昇をまねき、主蒸気温
度Ｔ４を急激に上昇させ「主蒸気温度制御との協調をと
ることがむつかしくなる。醐 ボイラー特性、タービン
の熱応力制限値を考慮して起動時（２／４負荷以下）の
主蒸気温度Ｌの昇温率を定める必要があるが、これを手
動操作により行なわなければならない。

■ 起動制御を自動化することができず、またボィラ特
性を十分考慮した最適制御が手動のため極めて困難であ
る。

このため主タービンおよびボイラーの寿命を重視すれば
負荷上昇に時間がかかりすぎ、逆に負荷上昇を重視して
これを早めればボイラー等の寿命を著しく短くしてしま
つｏ本発明はし上記したような従来技術の欠点をなくし
、ドラムボイラーの起動時にも最適制御を行なえるよう
な自動化したボイラー蒸気温度制御方式を提供すること
を目的とするものである。

上記の目的は「本発明になるボイラー蒸気温度制御方式
において、主蒸気温度および主蒸気圧力の目標値の上昇
変化率を負荷の値に応じて制限するような機能を有せし
めるとともに、再熱器蒸気温度を低負荷領域では負荷に
追従して制御しかつ通常負荷領域では負荷あるいは再熱
蒸気温度設定目標値の小さい方の値に追従するように制
御する機能を有せしめ、かくしてプラント起動時にプラ
ントの動作特性に適した最適自動制御を行なうようにす
ることにより蓬せられる。以下、本発明の詳細を具体的
に説明する。

まず第ＩＡ図に示したドラムボイラープラントの動作特
性は次のようである。第ＩＡ図においてトドラム１の出
口温度Ｔ，は、ドラム圧力Ｐ，に比例した飽和蒸気温度
でありＴＩニｆｌ（ＰＩ）比ＰＩ｛１｝であらわされる
。

一次過熱器２の出口温度Ｌはドラム出口温度Ｔ，、主蒸
気流量ＱｓＦ炉内のガス量Ｑｃ＾ｓ、およびガス温度Ｔ
Ｇ＾ｓにより定まり、ｔこＴ，十ｆ２（ＱｓＦ，ＱＧＡ
Ｓ，Ｔｃ＾ｓ ‘２）であらわされる。減温器出口
温度Ｌは、一次過熱器出口温度Ｌ、主蒸気流量ＱｓＦ、
スプレー注水量ＱｓＰ「およびスプレー注水温度Ｔ６の
関数として決まり、Ｌ：Ｔ２−ｆ３（ＱＳＦ，ＱＳＰ，
Ｔ６）．Ｔ２ＱＳＦ＋Ｔ，Ｑ９ｐ‘３｝ ・ＱｓＦ＋ＱＰ であらわされる。

主蒸気温度Ｔ４は、減溢器出口温度Ｔ３、主蒸気流量Ｑ
ｓＦ、炉内ガス量ＱＧＡｓ、および燃料量ＱＦの関数と
して決まり、Ｔ４＝Ｔ３十ｆ４（ＱＳＦ，ＱＧ＾Ｓ，Ｑ
Ｆ） ‘４１であらわされる。

また減温器出口温度Ｔ３は ＬＺＴ，十（定数） ｛５｝なる条件
を満さなければならない。

その理由は、式■が満されないような低い値に減温器出
口温度Ｔ３が低下した場合には、スプレー注入量が大き
すぎて微温器出口の蒸気が飽和状態となり、湿った蒸気
がタービンに悪影響を与えるからである。このために従
来例の第３図で示したようにドラム圧力Ｐ，と減温器出
口温度Ｌの差によるスプレー注水制限回路が設けられる
必要がある。第４図は、ＧＲＦ再循環ガス注入量をパラ
メータとして、並入時から定格負荷までのボイラー蒸気
温度特性を示す図であり、ＣＲＰ再循環ガス量０％のと
きの曲線Ｃ，からＧＲＦ再循環ガス注入時の曲線Ｃ２に
示すように、一次過熱器出口蒸気糧度Ｔ２はＧＲＦ再婚
毅ガス注入登に比例して上昇する。

しかし、主蒸気温度丸は再循環ガスの注入童には関係せ
ず一定である。また同図において「再循環ガス量０％の
ときの曲線Ｃ，は１／４負荷近くの点Ｒで１次過熱器出
口温度Ｌとドラム飽和温度Ｔ，とが一致していることを
示している。

これは一次過熱器２の熱吸収量がほぼ零であることを示
しており、この状態では、式５で説明したように、スプ
レー注水量は霧としなければならず、それゆえ主務気温
度Ｔの上昇制御は不可能であることを示している。次に
第５図は、第３図の点ＲＩこ相当する約１ノ４負荷時に
おいてＧＲＦガス再循環量を変化させた場合の主蒸気温
度Ｔ４、ドラム飽和温度Ｔ，、１次週熱器出口温度Ｔ２
の変化を示す図であり、この図から、再循環ガス量を増
やしていくと一次過熱器の熱吸収量○が急激に増大して
いく様子がわかる。これとは逆に２次過熱器の熱吸収量
Ｅ「すなわち主蒸気温度Ｔ４から１次週熱器出口温度Ｔ
２を差引いた量は再循環ガス量の増大とともに減少して
いくという煩向にある。第５図の説明から明らかなこと
は「ＯＲＦ再循環ガス量を増大させると「主蒸気温度Ｔ
４も若干増大するが「１次過熱器２の熱吸収量が大きく
なり、この増大分だけいつでもスプレー注入が可能とな
るから、主蒸気の温度制御を行ない易くなるということ
である。

以上に説明したようなドラムボイラーの動作特性を用い
て改善された本発明の制御方式の実施例を第６図および
第７図により以下に説明する。

第６図は本発明になる制御方式を用いた制御回路の実施
例を示す図であり、第３図の従来回路に附加された部分
について主に説明する。｛１｝ 減温器２ １の主蒸気
温度Ｔ４の目標値ＯＴ４の設定は主蒸気温度設定切替器
ＳＱＩより与えられ、プラント並入時までは９０１は主
蒸気温度ｔを減温器２１に与えており「 ２１の出力が
０となっている。並入後は主蒸気温度談定切襖器９０１
が作動して主蒸気温度特定器２２の出力を減算器２１に
与え、２１１こ設定された温度まで第７図の目標値ＯＴ
４に示したように徐々に上昇させられる。この昇温速度
は関数発生器７０１により主蒸気流量ＱｓＦから検出さ
れた負荷量に応じて変化率制限器８０１により定められ
、この変化率はボイラー特性に応じて最適となるように
変えうるようになっている。‘２｝ スプレー弁関度指
令は「通常時には従来と同じように、減算器２１で検出
された主義気温度偏差を比例積分器露３で比例積分した
信号とト関数発生器？１からの負荷プログラム信号と、
微分器２４および増幅器２辱１とより算出された主蒸気
温度の微分信号とを加算器２６により加算した信号によ
り制御される。

またスプレー注入量が多く、減温器出口温度Ｔ３が、ド
ラム圧力Ｐ，に基づいて関数発生器？２により検出され
たドラム温度Ｔ，以下となった場合には低信号選択器２
９の作動によりスプレー注入による主蒸気温度制御は無
制御となる。このスプレー注入抑制が鱗除されたときト
直ちに主蒸気温度制御を開始できるようにするために「
本発明では低信号選択器５かのスプレー弁関度信号を加
算器公０１および自動切換器ｇＱ麹を介して比例積分器
２３にダィバツクしている。尚〜 １蟹１，溝Ｑ２は適
宜のバイアス設定器でありへ ｇＱ３は切替器である。
例えば〜 電■乳ま手敷運転時に出力するものであり〜
９８３は自動と手動の切替器である。‘３｝ ＧＲＦ
ダンパ−閥度制御による再熱器温度制御は、減算器３ｇ
の２つの入力は２／４負荷附近までは再熱器温度Ｔ５と
される。

つまり、２ノ４負荷に至るまでは切替器９８６は虫を選
択しており低選択器３亀を介して減算器３３に入力され
「 ３３の出力は零となっている。この間ＧＲＦダンパ
ー開度指令は関数発生器７８２の出力する負荷ＯＬに応
じてＧＲＦダンパ一関度信号切換器９Ｑ傘の出力とする
。この設定値は起動時のボイラー特性により定まり第了
図の折線ＯＬのようになる。負荷が２ノ４をこえると切
換器９８４，９８５を切換えて、負荷プログラム制御か
ら、従来と同様の再熱器温度設定追従制御を行ないトこ
のときの設定器３２の与える設定値は第？図のＯＴ５の
ようになる。このようにすることにより従来の欠点であ
った起動時のＧＲＦダンパー開度制御による主蒸気温度
制御に対する外乱を除去できる。｛４｝ 起動時に主蒸
気圧力Ｐを負荷とともに昇圧させると主蒸気温度イ４が
急上昇させられ「 夕−ビンロータ熱応力を極度に大き
くする必要が生じるため、低負荷域での負荷上昇時には
昇圧を行なわず、負荷定値（初負荷保持および補機籾換
）時に昇圧するようにした。

すなわち、主蒸気圧力設定器２０２の設定値まで関数発
生器７８３の出力する負荷プログラムに応じて変イり率
制限器８０２により徐々に設定値を上昇せしめる。この
主蒸気圧力設定プログラムは第７図のＯＰのごとくであ
る。尚、第７図における曲線ＬＬは〜減温器出口温度制
限値プログラム曲線を示すものである。これは蒸発管内
の蒸気は過熱温度でなければならないのに、減温器出口
はＳ／日スプレー量によりドラム飽和温度以下になり「
湿り蒸気となるがそれがあるが、これを防止するために
曲線ＬＬが設定される。尚〜 ２８川ま減算器であり、
主蒸気圧力Ｐと切替器８０２の出力であるその設定値と
の差を求め比例積分器に与える。

加算器簿０２は比例積分器の出力と関数発生器７０４の
与える先行信号との和をボィラマスター信号とする。以
上に説明したようにｔ本発明によれば〜ドラムボイラー
プラントの起動時の最適自動制御が可能となり「負荷へ
の追従が早くかつボイラーおよびタービンの寿命延長を
大幅に改善することができる。

なお、本方式の一部は貫流ボイラーの場合にも適用可能
であり、また制御回路の一部を計算機により行なうこと
もでき極めて広い応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第ＩＡ図および第亀Ｂ図はドラムボイラープラントの系
統図および構成図、第２図および第３図は従来の制御目
標値プログラムおよび制御回路例の各々を示す図、第４
図および第５図はドラムボイラープラントの動作説明図
「第６図および第７図は本発明になる制御方式の実施例
を示す制御回路図よび制御目標値プログラムを示す図で
ある。 亀…・・・ドラム〜 ２・・・…１次週熱器、３……減
溢器〜 ４……２次過熱器、５冊…高圧タービン「 ６
……中低圧タービン、１１……再熱器、２１，２？，３
３，２Ｑ竃・・…４減算器「 ２２・・・…主蒸気温度
設定器ト２３，２８……比例積分、３４，３０１……比
例積分器「 ２６，３５，４０１，４０２…・・・加算
器、２９，３１…・・・低信号選択器、３２．．…．再
熱塩度設定器、７１，７２，７３，７４，７０１，７０
２，７０３，７０４……関数発生器、８０１，８０２・
・・・・・変化率制限器、３０…・・・モニタリレー、
９０１，９０２，９０３，９０４，９０５・・・・・・
切換器、２４……微分器ｔ ２５・・・…増幅器、１０
１，１０２……設定器。努ーＢ図 群Ｚ図 第３図 第４図 第５図 第１４図 弟Ｓ図 第「図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボイラで発生された蒸気を一次過熱器で過熱し次に
   減温器に注水して冷却することにより蒸気温度および圧
   力を調節したのち高圧タービンに入力し、しかるのちに
   該高圧タービンから出力された蒸気を再過熱して上記高
   圧タービンと連結された中低圧タービンに入力し、かく
   して上記連結された高圧および中低圧タービンを回動せ
   しめるとともにボイラ排ガスをボイラ内に再循環して蒸
   気温度を調節するようにしたボイラプラントのボイラ蒸
   気温度制御方式において、上記高圧タービンへ入力され
   る蒸気温度の上昇変化率を上記ボイラプラント負荷の値
   に応じて制限した温度設定信号により前記減温器への注
   水量を定めるような機能を有せしめるとともに、上記再
   過熱された蒸気の温度を上記負荷の小さい領域では該負
   荷に追従して上昇せしめかつ上記負荷の大きい運転領域
   では該負荷の大きさあるいはあらかじめ設定された再熱
   蒸気温度目標値の小さい方の値に追従するように前記ボ
   イラへの再循環ガス量を制御するような機能を有せしめ
   、かくして上記プラント起動時に該プラントの動作特性
   に適した最適自動制御を行なうようにしたことを特徴と
   するボイラ蒸気温度制御方式。