JPS60213703A - 流体流量調節装置の制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、火力発電等の発電プラントにおける流体流量
調節装置のｉ脚装置に係シ、特に送風機や給水ポンプ等
の大形補機の制御に好適な制御装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

まず、第１図に火力発電プラントの全体の概要を示す。

第１図において、１はボイラー自動制御装ｄｆ（以下、
ＡＢＣ装置という。）を示している。

このＡＢＣ装置１は、火力発電プラントの制御の中枢的
機能を担うもので、発電機負荷要求、即ち給電指令Ｒ１
に即応してボイラー２の入力量である燃料Ｆｔｓ給水Ｗ
１空気人１等を制御して負荷の変動間ｋかかわらず、タ
ービン３の入口蒸気の圧力、温度を規定値に維持するも
のである。すなわちＡＢＣ装置１は＠電プラントを総括
的に制御するマスター制御装置４と、マスター制御装置
４からの制御信号によシ流体である燃焼空気Ａ、の流量
を調節する調節部である押込通風ファン５の入口ダンパ
ー２３を制御する燃焼制御装置６と、燃料Ｆｔの流量を
調節する燃料制御弁７を制御する蒸気温度制御装置８と
、給水制御弁９を制御する給水制御装置１０と、蒸気加
減弁１２を制御する出力制御装置１３とを備えている。

なお、１４は発電機、１５は復水機、１６は吸水ポンプ
、１７はガス再循環ファンを示している。

一方、今日における電力供給システムは第２図に示すよ
うに原子力発電、水力発電、火力発電の３種類の発電プ
ラントを総合的に便い分けて電力需要に応じるようにな
っている。第２図は日間負荷変化の状態を示すものでメ
ジ、出力制御の難しい原子力発電プラントをベースロー
ド領域に用い、日間負荷変化については火力発電によシ
調整することとしていることがわかる。なお、ベースロ
ードとは日間負荷変化量に対して最低限ρ電力供給を確
保する量を意味する。第３図は日本全体の供給電力量の
推ｉを年度別に示したものであり、この第３図からもわ
かるように最近の火力発電プラントの運用はベースロー
ドから中間負荷帯での運用に移行していることがわかる
。ここに、中間負荷体とは定格運転の１７４〜３／４の
負荷帯をいう。

このような運用にあたり、第１図に示すＡＢＣ装置１に
よシ出力制御を行なうわけであるが、問題となるのは給
水ポンプ１６の送風機（例えば、押込通風ファン５）の
制御である。すなわち、燃焼空気入、は流体調節部とし
ての押込通風ファン５とその上流側に設けられたダンＡ
−２３によって制御されるのであるが、その従来での制
御は押　１、通道風ファン５の駆動電動機を低速で運転
しダンパー２３の開度調節によシ行なうものであった。

また、ボイラー給水Ｗの流量調節についても同様であり
、給水ポンプ１６の駆動電動機を低速で運転し、給水流
量調節弁９の開度を調節して行なう方式が一般的であっ
た。かかる方式は全て流体流量を絞りによ多制御するも
のであり、例えば第４図に示すような日間負荷変化に対
応して供給電力量を制御する場合には第５図斜線に示す
部分に対応するダンパー２３や給水流量調節弁９による
損失Ｌｓが生ずることとなる。第５図かられかるように
、特に低負荷での損失が多く現在の中間負荷運用におい
ては効率が悪くしかもダンパー２３や給水流量調節弁９
に加わる負担が大きいという欠点があった。

ここで、押込通風ファン５の制御系を例にとってさらに
詳しく説明する。第６図は火力発電プラントの煙風道系
統を示すものである。押込通風機　、−をもつボイラー
は機密構造となっておシ、火炉１８の炉壁からの外気漏
入が皆無となるため燃焼に必要な窒気量は全て燃焼空気
Ａ１の量で決まる。

第６図において、燃焼−気Ａ、が火炉１８において燃焼
されその生成ガスとして煙道１９を通シ外部へ流出する
ためには押込通風路２０や煙道１９における各部の空気
抵抗に打勝つ程度の圧力を持たせなければならない。そ
のために燃焼空気Ａ。

は押込通風ファン５により昇圧された後、燃焼に最適な
温度となるよう空気予熱機２１にて昇温され、燃焼バー
ナ装置（図示せず）に供給された後、誘引ファン２２に
より煙道１９を介して外部に放出される。なお、２４は
誘引ファン２２の入口ベーンを示している。以上の煙風
道系統の各所における圧力は第７図に示すような値に維
持される。

すなわち第７図のような圧力値に保りだめに押込通風フ
ァン５の入口ダンパー２３や誘引ファン２２の入口ベー
ン２４が制御されるのである。先に述べたように、この
ような制御をする場合において従来では押込通風ファン
５や誘引ファン２２の駆動電動機を一定の速度で運転し
、ダンパー　□２３やベーン２４の開度を調節すること
により燃焼空気Ａ、の流量を制御するものであった。

〔発明の目的〕

本発明は、押込通風ファンや給水ポンプ等の流量操作部
とダンパーや流量調節弁等の流量調節手段とを協調制御
することによシ最適制御が可能な制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成す石ために、本発明による制御　′装置
は、発電プラントの負荷が所定値以下のとき流ｉｔ調節
手段の開度を一定に開放した状態で流量操作部を制御し
、一方、負荷が所定値を越えたとき流量操作部を固定し
た状態で運転するとともに流量調節手段を制御すること
により流体の流量を制御するようにした点ｌ／ｃ％徴を
有する。

すなわち、流量操作部としてのファンやポンプの駆動電
動機を回転数制御すると共にダンパーやベーンの開度調
節を併用して協調制御すること忙よシ省エネルギー化を
図るものである。比較的負荷変動の少ない所定の負荷の
値以下の状態においてプロセスへの応答性が遅い回転数
制御を用い負荷の変動が著しい所定の負荷の値の領域で
は応答性が良好なダンパーやベーンの開度調節を行なう
ものである。

〔発明の実施例〕

次に、本発明による流体流量調節装置の制御装置の実施
例を図面に基づいて説明する。

第８図に本発明による制御装置の概要構成を示す。なお
、第１図に示した部分と同一の部分については同一の符
号を付し、その詳細な説明は省略する。

第８図において、押込通風ファン５はクラッチ２５を介
して接続された駆動用誘導電動機（以下、電動機という
）２６によって駆動されるのであるが、この電動機２６
は電源母線２７からサーキットブレーカ２８を介し正電
力供給を受ける。サーキットブレーカ２８と電動機２６
との間に本発明、による制御装置が挿入されている。制
御装置は可変周波インバータ２９によシミ動機２６を回
転制御する回転制御系３０と、電源母線２７からの電力
を直接電動機２６へ伝える絞シ制御系３１との２つの制
御系に大別される。この回転制御系３０と絞シ制御系３
１の切換えはスイッチ３２と３３の切換えによって行な
われる。これらの切換スイッチ３２及び３３はＡＢＣ装
置ｌからの指令信号によって負荷の状態に応じて切換え
られる。すなわち負荷の値が全負荷の３／４以下以下台
場はスイッチ３２が投入されスイッチ３３は開いたまま
であり、従って回転制御系３０が動作して電動機２６は
可変周波制御されることになる。一方、負荷が３／４を
越える値になったときＡＢＣ装置１からの指令によりス
イッチ３２が開かれ、これに変えてスイッチ３３が投入
される。その結果電源母線２７からの電力が直接電動機
２６に供給されることとなり、電動機２６は一定の速度
で回転される。

一方、回転制御系３０のスイッチ３２が投入された場合
、ＡＢＣ装置１からの指令によシダンパー２３は全開の
状態で固定される。スイッチ３３が投入された場合には
ＡＢＣ装置１からの命令によりダンパー２３の開度が負
荷の変化に応じて制御されることとなる。なお、３４は
変圧器を示している。

次に、本発明の制御を行なうためのＡＢＣ装置ｌの詳細
を第９図に示す。第９図において、いま、負荷は３／４
負荷以下の状態であるとする。このとき、モニタ・リレ
ー３５は３／４負荷以下でＯＮとなり、論理信号Ｈを出
力する。一方、他のモニタ・リレー３６はダンパー２３
の開度が所定値以上の場合に同じく論理信号Ｈを出力す
る。こ゛れらの論理信号ＨはＡＮＤ回路３７によシ論理
積がとられ切換スイッチ３２及び３３に与えられる。

ＡＮＤ回路３７の出力がＨである場合切換スイッチ３２
が閉じ３３は開いている。従って３／４負荷以下では可
変周波インバータ２９を中心とする回転制御系３０によ
って電動機２６が速度制御さｒ−１′ れることとなる。

さて、３／４負荷以下の要求空気流量信号ＶＡＤ１が入
力されると、この信号は第１関数発生器３８に入力され
る。第１関数発生器３８の特性は第１０図（ａ）に示す
とおシであり、要求空気流製信号ｖＡＤ１　の大きさに
応じて所定の回転数信号Ｖ、を出力する。その特性は第
１０図（ａ）からもわかるように、１／４負荷すなわち
要求空気流量信号ＶＡＤＩが２５俤の値までは最近空気
流量を一定にしそれ以上は３／４負荷まで所定の昇速率
で上昇し１．。

３／４負荷以上では再び一定の速度となるような回転数
信号Ｖ、を発生するも゛のである。このようにして発生
した回転数信号Ｖ、は加算要素３９の一方の入力に加え
られる。

加算製菓３９の他方の入力には第２関数□発生器４０か
ら与えられる回転数増減バイアス信号Ｖｂが加えられて
補正される。すなわち、現在は可変周波インバータ２９
による回転数制御モードであるが、このよりな３／４負
荷以下の場合においても突発的な負荷の変動はあシ得る
。そこで実空気流量を検出して突発的な変動分に対する
補正はダンパー２３によシ行なうものである。そのため
に、実空気流量信号ＶＡＤ、を加算要素４１に入力し、
かつ、要求空気流量信号ＶＡＤ１　を加算要素４１に入
力しその偏差値をＰＩ（比例、積分）調節計４２に入力
しＰＩＩＩ節計４２から出力される開度調節信号ＶＯを
第２関数発生器４０に入力しその開度調節信号ＶＯに基
づく所定の回転数増減バイアス信号Ｖｂを加算要素３９
に加えるものである。

第２関数発生器４０の特性を第１０図（ｂ）に示す。

つまり、実空気流量信号ＭＡＤ、に基づく第２関数発生
器４０の機能はダンパー２３の調節動作に余裕をもたせ
るためのものである。第１０図（ｂ）に示すように第２
関数発生器４０の特性はダンパー回路が８０チ以上及び
２０俤以下になシ関度調節余裕がなくなると電動機２６
の回転数を増加させあるいは減少させ、常にダンパー開
度にある程度の余裕をもたせておくようになっている。

なお、４３は回転制御モードにお・いてＰＩ調節計４２
に適当な制御ゲインを切換スイッチ４４を介して出力す
るものである。この第３関数発生器４３の特性は第１０
図（ロ）ｋ示すとおりである。一方、４５は後述する絞
シ制御モードにおいてＰＩ調節計４２に適当な制御ゲイ
ンをスイッチ４４を介して出力するものである。第４関
数発生器４４の特性は第１０図（ｆ）に示しである。

以上のようにして加算要素３９において補正された回転
数信号Ｖ′、は可変周波インバータ２９に与えられる。

従って可変周波インバータ２９はダンパー２３に所定の
余裕開度を持たせつつ要求空気流量信号ＶＡＤＩ’に従
った回転数で電動機２６の回転数を制御することとなる
。その結果、第５図に示すように、押込通風ンアン５は
要求空気流量信号ＶＡＤＩ　に従りた流量の燃焼空気を
押込通風路２０を介して火炉１８に供給する。

次に、以上は１／４〜３／４負荷体において可変周波イ
ンバータ２９により電動機２６の回転数制御を行なうも
のであったが、３／４負荷を越えた場合の制御動作につ
いて以下に説明する。先にも述べたように、３／４以上
の負荷体の場合は発生頻度が比較的少なく、その場合に
損失ならびにダンパーへの負担を軽減させるためダンパ
ー２３による絞シ制御を行なうものである。

ここで第１１図に押込通風ファン５の特性を示す。第１
１図において、曲線人はシステムロス（通風系における
空気抵抗による損失）を表わし、曲線Ｂ−Ｇはダンパー
２３の開度が８０１時における押込通風ファン５の各回
転数に対する空気流ｔ（Ｑ）−吐出圧力（ｈ）曲線を示
す。そして、Ｂは定格周波数（弁髪電源）、Ｃは９０俤
、Ｄは８９チ、Ｅは７０チ、Ｆは６０ｍ、Ｇは５０％＋
７）周波数のときのものである。また、Ｂ１は定格周波
数時にあけるダンパー開度が７０１のとき、Ｂには同じ
く６０％、Ｂｓは同じ＜５（ｌのときのＱ−ｈ曲線であ
る。

匹ま、可変周波インバータ２９が８０％周波数の回転で
あシ、仮にダンパー開度が８０俤であったとし、かつ第
１１図の曲線りとＡとの交点すにおいて押通道、風ファ
ン５がバランスしているものとすると、可変周波インバ
ータ２９から絞り制御系に切）換りたとき押込通風ファ
ン５は電源母線２７から与えられる所要電圧による最高
速度まで昇速し、ａ点まで空気流量が移動することとな
るため、回転数制御から絞シ制御への切換時のｂ点へダ
ンパー開度を絞り込んで押え込む必要がある。

そこで、可変周波インバータ２９の出力電圧をｆ／Ｖ変
換器４６により周波数１６号に変換して第５関数発生器
４７に入力する。第５関数発生器４７の特性は、第１０
図（Ｃ）に示すとおりであり、回転制御から絞夛制御へ
の切換時における回転数が高いほど絞シ込み開度を少な
くＬ、１／４負荷以下では最低空気流量時まで絞り込む
特性となっている。一方、ダンパー２３を絞シ込むにあ
たっては急激に行なうことはできない。従って電動機２
６の昇速率に見合った時間でダンパー２３を除徐に絞り
込まなければならない。そのために、ｆ／Ｖ変換器４６
の出力信号は第６関数発生器４８に入力され、昇速率に
見合った時間の信号ｔを変化率設定器４９に入力する。

第６関数発生器４８の特性は第１０図（ｄ）に示すとお
￥！７狛あシ、可変周波インバータ２９から絞シ制御に
切換えるときの定修時までの昇速時間ｔに見合った昇速
率を与えるものである。第１０図（ｄ）にお込て８秒は
回転数０チからｉｏｏ＊までの昇速時間を示している。

このようＫして、第５関数発生器４７から出力される絞
シ込み開度信号と第６関数発生器４゛８から出力される
昇速時間ｔ、を基にして変化率設定器４９は絞シ込み信
号Ｖｃを作シ、加算要素５０の一端子に入力する。

加算要素５０の＋側端子には、ＰＩ調節計４２からの開
度調節信号Ｖ、が与えられておシ、従ってこの開度調節
信号ＶＯは絞り込み信号Ｖｃによシ補正され、一度調節
信号Ｖ′ｏとして駆動装置５１に供給される。その結果
駆動装ｅ５１は要求空気流量信号ＶＡＤ！　と実空気流
量信号ＶＡ　Ｄ　２　との偏差に基づ＜ＰＩ調節計４２
からの開度調節信号Ｖｏをメインにして所定の絞シ込み
変化率でダンパー２３が開度調節されることとなる。

以上の説明は負荷が低負荷から高負荷、すなわち３／４
以下の負荷から３／４を超える負荷に変動した場合の動
作であるが、逆に３／４負荷を超える負荷帯においてダ
ンパー２３の開度調節すなわち絞り制御をしていた場合
に負荷が減少し、３／４負荷以下になった場合について
説明する。

この場合は、負荷が３／４以下になることによシ回転数
信号Ｖ’＋ｔが小さくなるのでモニタ・リレー３５がＯ
Ｎとなり、論理信号Ｈを出力する。その結果切換スイッ
チ３３が開かれ、これにかえて切換スイッチ３２が閉じ
る。その結果制御モードは回転数制御モードにかわり再
び可変周波インノ（−タ２９によシミ動機２°６が制御
されることとなる。

このときダンパー２３の開度を所定の値に調整しなけれ
ばならないが、そのためにｆ／ｖ変換器４６から第７関
数発生器５２に信号が与えられ回転数に見合ったダンパ
ー操作レート（変化率）が第７関数発生器５２からスイ
ッチ５３を介し忙変化率設定器４９に与えられる。その
結果ダンノく−２３の駆動装置５１は変化率設定器４９
からの絞少込み信号Ｖｃに従って開度調節を行なう。第
７関数発生器５２の特性は、第１０図（ｅ）に示すとお
りであり、第６関数発生器４８（第１０図（ｄ））と同
様な特性ではあるが昇速時間誤減速時間が異なっている
。第１０図（ｅ）においてＭ秒は回転数１００　−俤か
らＯｑｂまでの減速時間を示している。

なお、５４はダンパー２３の絞シ込みを全く行なわない
場合（すなわち、０１）に用いる設定器、５５は第５関
数発生器からの絞シ込み制御信号か設定器５３からの信
号のいずれかを選択するだめのスイッチである。

以上を要約して本発明の作用を説明すると次のとおシで
ある。第１２図（ａ）に示すような負荷パターンに対し
、従来では電動機２６を常に一定の速度で回転させてい
るため負荷に見合った空気量の調節は第１２図（Ｃ）の
点線で示すように操作するものであった。しかし、本発
明においては第１２図（ｂ）Ｋ示すように負荷パターン
に見合った回転数（すなわち中間負荷運用にて運用範囲
が多い３／４負荷まで）変化させて電動機２６の回転数
制御な′　行ない、それ以上の負荷帯、すなわち頻度の
低い３・／４を超える負荷帯比においては原動機２６を
定格回転数で運転しダンパー２３によシ負荷に合せて空
気蓋を調節するものである。従って、本発明による制御
の場合にはダンパー２３による損失は第１２図（Ｃ）の
ダンパー開度曲線上に斜線で示した部分のみであり、第
５図に示した従来の場合と比較して損失を著しく低減さ
せることができる。

また低負荷時においても同様に損失を小さく保つことが
できる。

、　なお、以上の実施例においては、押込通風７アン５
による燃焼空気の供給系における制御について述べたが
、第１図に示すような給水ポンプ１６と給水流ｉｌ調節
弁９による給水Ｗの負荷追従制御に′おいても適用でき
ることは言うまでもない。給水ポンプ１６及び給水流量
調節弁９に適用する場合には押込通風ファン５にかえて
給水ポンプを適用しダンパー１７にかえて給水流量調節
弁口を適用し、その他給水系に合せた設計をすればよい
。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、発電プラントの負荷
が所定値以上のとき流量調節手段ｅ開度を一定に開放し
た状態で流量操作部を制御し、一方、負荷が所定値を越
えたとき流量操作部を固定した状態で運転するとともに
流量調節手段を制御して協調制御によシ流体流量を制御
する構成としたので、負荷の変化に応じて最適制御が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な火力発電プラントの全体の概要を示す
ブロック図、館２図は電力需要に対する発電プラントの
受持ち分担状態を示す説明図、第３図は供給電力址の年
度別推移を示す説明図、第４図は日間負荷変化状態を示
す説明図、第５図は押込通風ファンの入口ダンパーの損
失を示す説明図、第６図は火力発電プラントの煙風道系
統のブロック図、第７図は煙風道系統中の各所における
圧力値を示す説明図、第８図は本発明による制御装置の
概要を示す回路図、第９図は本発明に係るＡＢＣ装置の
構成を示すブロック図、第１Ｏ図は各関数発生器の特性
を示す特性図、第１１図は押込通風ファンの流量（Ｑ）
−吐出圧力（Ｈ）曲線を示す特性図、第１２図は本発明
の制御による効果を説明するための説明図である。 １・・・ＡＢＣ装置、２・・・ボイラ、５・・・押込通
風７アン、９・・・給水流量調節弁、１６・・・給水ポ
ンプ、２３・・・入口ダンパー、２６・・・電動機、３
２．３３・・・切換スイッチ、Ａｒ・・・燃焼空気％　
ＶＡＤＩ　・・・要求空気流量。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 芽１　目 ｖ、Ｚの Ｍｉ′ｌ　− 茅、３０ ｇＪＡ　固 茅、５″　目 茅６　目 茅７　目 ５匹　デ　区 茅１ｏ　ｐＢ （０Ｌ）　（ｂ）　（（） σ　ｔｏｏ’／。 茅ｌＩ　目 ↑ ９２ｔ；火責ａ− 茅１２目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発電プラントに設けられた、流量操作部と流量調節
   手段とを備えた流体流量調節装置の制御装置において、
   前記発電プラントの負荷が所定値以下のとき前記流量調
   節手段の開度を一定に開放した状態で前記流量操作部を
   制御し、前記負荷が所定値を越えたとき前記流量操作部
   を固定した状態４で前記流′ｉｋ調節手段を制御するこ
   とにより流量制御を行なうようにしたことを特徴とする
   流体流量調節装置の制御装置。