JPS60245906A - ボイラ蒸気温度制御装置 - 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］ この発明は、ボイラから出力される蒸気の温度を所定温
度に制御するボイラ蒸気温度制御装置に関する。

［発明の技術的背景］ 例えば、火力発電においては、ボイラから出力される高
い温度の蒸気を利用しているが、この場合この蒸気の温
度が一定に維持されていることが非常に重要である。火
力発電は高い温度の蒸気を利用するほど効率はよいわけ
ではあるが、あまり高い温度で作動させると、温度系の
制御が困難になる上、発電用タービンやボイラなどの保
護という点からも好ましくなく、蒸気温度としては少し
低目の温度に一定に維持されるように制御されている。

第１図は、このような従来のボイラ蒸気温度制御装置の
一例を示すものである。同図において、ボイラのドラム
１から流出した飽和蒸気は、第１の過熱器３で過熱され
た後、第１の注水減温器５を通過し、第２の過熱器７で
再度過熱されている。

第１の注水減温器５は、調節弁２１および給水管２９を
介して図示しない給水ポンプから供給される水を蒸気に
注水し、蒸気の温度を低下させるものである。第２の過
熱器７で過熱された蒸気は、第１の温度検出器９で温度
が検出された後、第′２の注水減温器１１を通過する。

第１の温度検出器って検出された温度は、第１の温度調
節計１９に供給されている。第１の温度調節計１９は、
この検出された温度に基づき第２の過熱器７の出口に。

おける蒸気の温度が当該筒２の過熱器７の過熱により所
定の設定温度になるように第２の過熱器７の入口におけ
る蒸気の温度を調整すべく第１の調節弁２１を制御し、
この第１の調節弁２１を介して第１の注水減温器５に供
給される水の注水量を制御する。この結果、第２の過熱
器７に供給される蒸気の温度は注水量に応じて変化し、
第２の過熱器７の出口の温度は前記所定の設定温度にな
る・ように制御されている。

第２の注水減温器１１を通過した蒸気は、第２の温度検
出器１３で温度を検出された後、第３の過熱器である最
終の過熱器１５で更に過熱され、第３の温度計１７で温
度を検出された後、主蒸気として出力されている。第２
の温度検出器１３で検出された温度は、第２の温度調節
計２３に供給されている。また、第３の温度計１７で検
出された温度は、第３の温度調節計２５に供給されてい
る。第３の温度調節計２５は、最終の過熱器１５か−ら
出力される主蒸気の温度を所定の最後設定温度に制御す
べく一定値制御演算を実行し、第３の温度計１７で検出
された温度が前記最終設定温度と異なる場合には両者の
差に基づく温度補正値を算出し、この温度補正値を前記
第２の温度調節計２３の設定温度値として供給している
。第２の温度調節計２３は、前記第２の温度検出器１３
から供給された温度を前記設定温度値と比較し、両者の
差に基づき第２の注水減温器１１の出口における蒸気の
温度が最終の過熱器１５の過熱により前記設定温度値に
なるように最初の過熱器１５の入口における蒸気の温度
を調整すべく第２の調節弁２７の開度を制御する弁開度
制御信号を第２の調節弁２７に供給する。この弁開度制
御信号は、第２の調節弁２７０開度を制御し、第２の調
節弁２７を介して図示しない給水ポンプから第２の注水
減温器１１に供給される水の注水量を制御する。

この結果、第２の注水減温器１１からの注水量に応じて
温度の変化した蒸気が最終の過熱器１５に供給され、所
定の最終設定温度に調節された主蒸気が出力されるよう
になっている。なお、ドラム１には、給水ポンプから給
水管２つを介して常に。

水が供給されている。

［背景技術の問題点］ このような従来のボイラ蒸気湿度制御装置は、第１の温
度調節計１９、第１の調節弁２１、第１の注水減温器５
等で構成される第１の過熱湿度制御部と、第２の温度調
節計２３、第３の温度調節計２５、第２の調節弁２７、
第２の注水減温器１１等で構成される第２の過熱温度制
御部とを有し、この２つの過熱温度制御部により出力さ
れる主蒸気の温度を所定の最終設定温度になるように制
御している。しかしながら、両送熱温度制御部はそれぞ
れ独立に作動し、両者の間に相互作用の関係がないため
、蒸気の温度を制御するに当り一方の過熱温度制御部の
方が他方の過熱温度制御部よりも余計に作用し、場合に
よっては一方の過熱温度制御部のみが作用し、他方の過
熱温度制御部はほとんど作用していないというアンバラ
ンスが生ずることがある。このことは、一方の過熱温度
制御部の注水流量用の調節弁は、制御可能範囲を逸脱し
てしまい、負荷変化時に迅速かつ適切に応答できないこ
とになる。一般に、蒸気温度プロセス制御系は大きな無
駄時間と遅れ時定数を有する。従って、プロセス状態の
変動に迅速かつ適切に対応できないと、蒸気１度が大き
く変動するとともに、この変動が長時間収束しないこと
によりプロセスに対して致命的な欠陥を惹き起こすこと
がある。

また、一方の過熱温度制御部のみが作用し、他方の過熱
温度制御部がほとんど作用しないような状態が頻繁に続
くと、一方の過熱湿度制御部のみが早く損傷し、故障し
易くなるということもある。

また、上記従来装置のように、過熱した結果の蒸気温度
を検出し、この検出した蒸気温度から算出された注水量
の水を注水して蒸気温度を制御するという方法では、過
熱されたり、注水された結果、蒸気が所定温度になるま
でにかなりの時間がかかるため、迅速に蒸気温度を制御
できないという問題がある。

［発明の目的］ この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、蒸気温度を迅速かつ適切に所定温度に制
御し得るとともに、信頼性の高いボイラ蒸気温度制御装
置を提供することにある。

「発明の概要コ 上記目的を達成するため、この発明は、流入する蒸気を
過熱あるいは注水することで過熱制御する過熱制御部を
少なくとも１つ有し、ボイラから流出する蒸気を当該少
なくとも１つの過熱制御部を通過させることで過熱制御
して設定温度に制御する装置において、前記ボイラへの
入熱量を算出する入熱量算出手段と、前記ボイラにおけ
る出熱量を算出する出熱量算出手段と、入熱量算出手段
で算出された入熱量および出熱量算出手段で算出された
出熱量の差に基づき前記ボイラがら流出する蒸気を設定
温度に制御するために必要な総注水流量を算出する注水
流量算出手段と１．この注水流量算出手段で算出された
総注水流量の水を過熱制御部において蒸気に注水制御す
る注水制御手段とを有する構成としたことを要旨とする
。

「発明の実施例」 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示すものである。

第２図に示すボイラ蒸気温度制御装置は、第１図に示す
従来のボイラ蒸気温度制御装置に、”入熱量算出部３１
、出熱量算出部３２、注水流量算出部３３、注水流量分
配部３４、主蒸気流量検出器３５、注水流量検出器３７
を追加した構成であり、その他の構成は第１図の装置と
同じである。従って、第１図における構成装置と同じ構
成装置には同じ符号が付されている。

入熱量算出部３１は、ボイラ全体に供給される熱量、す
なわち入熱量を算出する部分である。一般に、入熱量は
、ボイラに供給される燃料流量Ｘ燃料の単位発熱量×燃
焼効率により算出することができる。従って、入熱量算
出部３１は、ボイラに供給される燃料流（イ）を検出す
る燃料流量検出部３９と、燃料の単位発熱量の数値を設
定しである単位発熱量設定部４１と′、燃料流量に応じ
た燃焼効率を出力する燃焼効率算出部４３と、燃料流量
検出部３９からの燃料流量、単位発熱量設定部４゜１か
らの単位発熱量、燃焼効率算出部４３からの燃焼効率を
乗算して、ボイラに供給される熱量を出力する乗算部４
５とで構成されている。なお、燃焼効率は、燃料流量の
関数で算出しているが、排ガス温度Ｘ排ガス流量×定数
十一定値（ボイラ壁面からのふく射熱）でめることもで
きる。

出熱量算出部３２は、ボイラから出力される熱量、すな
わち出熱量を算出する部分である。出熱量は、蒸気の有
する熱量＋排ガスの有する熱置十ボイラ壁面からふく射
熱により算出することができるが、ここで排ガスの有す
る熱量＋ボイラ壁面からのふく射熱は、入熱側の燃焼効
率に含入することができる。従って、出熱量は、蒸気の
保有熱により決まるが、これは、蒸気の保有するエンタ
ルピと給水過熱器の出口の給水の保有するエンタルごと
の差に蒸気流量を乗じて算出される。蒸気の保有するエ
ンタルピは、定格運転時の主蒸気圧力に対して温度−エ
ンタルピの関数を演算することによりめられる。ここで
、主蒸気圧力は主蒸気の温度設定値に対応するものであ
る。また、給水過熱器出口の給水の保有するエンタルピ
は、給水過熱器出口の給水の温度からめられる。従って
、出熱量算出部３２は、主蒸気の温度を設定している主
蒸気温度設定器４７と、この主蒸気温度設定器４７から
の蒸気の温度設定値に基づき蒸気のエンタルピを算出す
る蒸気エンタルピ算出手段４９と、給水過熱器の出口の
給水の温度を検出する給水温度検出手段５１と、この給
水温度検出手段５１で検出した給水温度に基づき給水の
エンタルピを算出する給水エンタルご算出手段５３と、
蒸気エンタルピ算出手段４９がら供給される蒸気のエン
タルピから給水エンタルピ算出手段５３がら供給される
給水のエンタルピを引く減算器５５と、減算器５５で算
出した蒸気のエンタルごと給水のエンタルピとの差に主
蒸気流量検出器３５で検出した蒸気流量を乗じて出熱量
を算出する乗算器５７とで構成されている。

なお、上記においては、蒸気の保有するエンタルピをめ
るに当り主蒸気圧力が一定の場合について説明している
が、変圧ボイラのように主蒸気。

圧力が変動する場合には、圧力補正が必要である。

この方法には種々の方法があるが、その−例を示す。す
なわち、定格主蒸気圧力最大値（Ｐｌ）に対する温度−
エンタルビ関数および定格主蒸気圧力最小値（Ｐ２）に
対する温度−エンタルピ関数を作り、ある温度に対する
エンタルピ（ｉ＋、ｉ２）を上記２つの関数からめる。

これらのデータを直線近似して、式１＝（ｉ丁−１２）
・（Ｐ−Ｐ２）／（Ｐｉ−Ｐ２＞を作り、この式から蒸
気圧力（Ｐ）の時のエンタルピｉをめることができる。

また、この場合、精度を良くするためには、主蒸気圧力
幅を小さくして温度−エンタルピ関数を多くすればよい
。

注水流量算出部３３は、入熱量算出部３１で算出した入
熱量と出熱量算出部３２で算出した出熱量とから両者の
差に対する注水流量を算出するものであり、入熱量算出
部３１の乗算回路４５がらの入熱量と出熱量算出部３２
の乗算器５７がらの出熱量との差Ｘをめる減算器５９と
、この減算器５９からの入熱量と出熱量との差Ｘを前記
減算器５５で算出した蒸気のエンタルピと給水のエンタ
ルごとの差Ｙで割って注水流量設定値Ｚを算出する除算
器６１とから構成されている。減算器５９で算出した入
熱量と出熱量との差Ｘは、この差分だけ入熱量と出熱量
とがアンバランスの状態にあることを意味しているもの
であり、入熱量に対して出熱量をバランスさせるために
は、この差分に相当する注水流量を全体と゛して供給す
ることが必要なことを意味している。また、蒸気のエン
タルピと給水のエンタルごとの差Ｙは、単位当りのエン
タルピであるから、この単位当りのエンタルピで入熱量
と出熱量との差Ｘを割ることにより注水流量Ｚが算出さ
れるものである。

注水流量分配部３４は、注水流量算出部３３で算出した
全体の注水流量Ｚから現在実際に各注水減温器５．１１
に供給している注水量を減算し、不足分の注水流量、す
なわち入熱量と出熱量とのバランスを取るために不足し
ている注水流量を各注水減温器５，１１に分配して加算
する部分である。従って、注水流量分配部３４は、注水
流量算。

山部３３の除算器６１から供給される注水流量設定値Ｚ
から注水流量検出器３７で検出した注水量を減算し、不
足分の注水流量を算出する減算器６３と、減算器６３で
算出した不足分の注水流量を第１の注水減温器５および
第２の注水減温器１１にそれぞれ分配するように第１の
調節弁２１および第２の調節弁２７にそれぞれ対応する
第１．第２の補足弁開度制御信号を出力する第１の分配
器６５および第２の分配器６７と、第１の分配器６５か
らの分配注水流量に対応する第１の補足弁開度制御信号
を第１の温度調節計１９で算出した第１の弁開度制御信
号に加算する加算器６９と、第２の分配器６７からの分
配注水流量に対応する第２の補足弁開度制御信号を第２
の温度調節計２５で算出した第２の弁開度制御信号に加
算する加算器７１とで構成されている。第１の分配器６
５および第１の分配器６７は、注水流量分配関数として
それぞれ主蒸気流量検出器３５で検出される主蒸気流量
の関数であるに１およびに２を有している。この分配関
数に１．に２により各ボイラ負荷帯における最適値が分
配されるようになっている。

次に上記実施例の作用を説明する。

ボイラのドラムから流出した飽和蒸気は、第１図の場合
と同様に、第１の過熱器３、第２の過熱器７、最終の過
熱器１５で過熱されるとともに、第２の過熱器７の出口
の蒸気温度が第１の温度検出量９で検出され、この温度
に基づいて第１の温度調節計１９が第２に過熱器７の出
口の温度を所定の設定温度にする第１の弁開度制御信号
を加算器６９の一方の入力に供給し、更に最終の過熱器
１５の手前の温度および最終の過熱器１５の出口におけ
る蒸気の温度がそれぞれ第２の温度検出器１３および第
３の温度計１７により検出され、この検出された温度に
基づいて最終の過熱器１′５の出口濃度を所定温度にす
るように第２の温度調節計２３および第３の温度調節計
２５で算出された第２の弁開度制御信号が加算器７１の
一方の入力に供給されている。

一方、入熱量算出部３１は、燃料流量検出部３９、単位
発熱最設定部４１、燃焼効率算出部４３からの燃料流量
、燃料の単位発熱量、燃焼効率に基づき乗算回路４５で
算出した入熱量を注水流量算出部３３の減算器５９の非
反転入力端子に出力する。また、出熱量算出部３２は、
主蒸気温度設定器４７からの主蒸気温度に基づき蒸気エ
ンタルピ算出手段４９で算出した蒸気のエンタルごと給
水エンタルピ算出手段５３からの給水温度に基づき給水
エンタルご算出手段５３で算出した給水のエンタルごと
の差Ｙを減算器５５で算出し、乗算器５７においてこの
差Ｙに主蒸気流量検出器３５で検出した主蒸気流量を乗
じて算出した出熱量を注水流量算出部３３の減算器５９
の反転入力端子に出力する。減算器５９は、入熱量と出
熱量との差Ｘを除算器６１に出力する。除算器６１は、
入熱量と出熱量との差Ｘを蒸気のエンタルピと給水のエ
ンタルごとの差Ｙで割って得られた注水流量設定値Ｚを
注水流量分配部３４の減算器６３に出力する。減算器６
３は、注水流量設定値Ｚがら注水流量検出器３７で検出
した注水流量を減算して不足分の注水流量を第１の分配
器６５および第２の分配器６７に出力する。

この不足分の注水流量は、第１の分配器６５および第２
の分配器６７にそれぞれ設定されている分配関数に１お
よびに２に従って分配され、それぞれに対応した第１の
補足弁開度制御信号および第２の補足弁開度制御信号が
加算器６９．７１において前記第１の弁開度制御信号お
よび第２の弁開度制御信号に加算される。加算器６９は
、第１の弁開度制御信号と第１の補足弁開度制御信号と
の和により第１の調節弁２１の弁開度を制御し、第１の
弁開度制御信号と第１の補足弁開度制御信号との和に相
当する注水量を第１の注水減温器５から供給する。また
、加算器７１は、第２の弁開度制御信号と第２の補足弁
開度制御信号との和に　゛より第２の調節弁２７の弁開
度を制御し、第２の弁開度制御信号と第２の補足弁開度
制御信号との和に相当する注水量を第２の注水減温器１
１から供給する。この結果、第１の注水減温器５および
第２の注水減温器１１からは、入熱量と出熱量との差Ｘ
に相当する全体として必要な注水流量設定。

値Ｚから注水流量検出器３７で検出した現に供給されて
いる注水流量を引いた不足分の注水流量がそれぞれ分配
供給され、全体として入熱量と出熱量とがバランスし、
これにより主蒸気が所定の設定温度になるように精度良
く制御される。すなわち、プラントの状態を変動する原
因である入熱量と出熱量とから必要な注水流量を迅速に
決定し、このバランスを取るように注水しているので、
迅速にかつ精度良く制御することができる。また、過渡
特性や定常時必要な注水量の演算値と実際値との誤差分
を補償するためには、温度検出器および温度調節計を利
用した従来の温度制御方式が作用する。

なお、上記実施例においては、２個の注水減温器を有す
る場合について説明しているが、２個に限定されるもの
でなく、１個または３個以上にも適用することができる
。１個の場合には分配機能が不要である。

また、上記実施例では、入熱量と出熱量との差Ｘから算
出した不足分の注水流量を温度検出器で検出した温度制
御側の出力に加算器６９．７１において加算する場合に
ついて説明しているが、温度制御側の出力を補正するよ
うにしても良いことは勿論である。

更に、上記実施例においては、注水流量設定が１ループ
の場合について説明しているが、各注水減温器毎に注水
流量制御ループを設けるようにしてもよい。

また、上記実施例では、入熱量と出熱量との差Ｘに基づ
き注水流量を制御しているが、注水流量の代りに燃料流
量を制御してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、入熱量と出熱
量との差に基づき必要な注水流量を算出し、この注水流
量を供給して蒸気の温度を制御しているので、温度制御
における無駄時間や遅れ時間が少なく、迅速かつ精度良
く主蒸気温度を制御することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボイラ蒸気温度制御装置の構成。 図、第２図はこの発明の一実施例を示ずボイラ蒸気温度
制御装置の構成図である。 ３・・・第１の過熱器 ５・・・第１の注水減温器 ７・・・第２の過熱器 ９・・・第１の温度検出器 １１・・・第２の注水減温器 １３・・・第２の温度検出器 １５・・・最終の過熱器 １７・・・第３の温度計 １９・・・第１の温度調節計 ２１・・・第１の調節弁 ２３・・・第２の温度調節計 ２５・・・第３の温度調節計 ２７・・・第２の調節弁 ３１・・・入熱量算出部 ３２・・・出熱量算出部 ３３・・・注水流量算出部 ３４・・・注水流量分配部 ３５・・・主蒸気流量検出器 ３７・・・注水流量検出器 代理人弁理士三好保男

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　流入する蒸気を過熱あるいは注水することで過
   熱制御する過熱制御部を少なくとも１つ有し、ボイラか
   ら流出する蒸気を当該少なくとも１つの過熱制御部を通
   過させることで過熱制御して設定湿度に制御”する装置
   において、前記ボイラへの入熱量を算出する入熱量算出
   手段と、前記ボイラにおける出熱量を算出する出熱量算
   出手段と、入熱量算出手段で算出された入熱値および出
   熱量算出手段で算出された出熱量の差に基づき前記ボイ
   ラから流出する蒸気を設定温度に制御するために必要な
   乾性水流量を算出する注水流量算出手段と、この注水流
   量算出手段で算出された乾性水流量の水を過熱制御部に
   おいて蒸気に注水制御する注水制御手段とを有すること
   を特徴とするボイラ蒸気温度制御装置。
2. （２）　前記注水制御手段が、過熱制御部が複数あると
   きには、算出された乾性水流量の水を夫々の過熱制御部
   で予め設定された分配係数に基づき分配して注水制御す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のボイ
   ラ蒸気温度制御装置。