JPS6027883B2

JPS6027883B2 - ボイラ昇温制御方式

Info

Publication number: JPS6027883B2
Application number: JP9872279A
Authority: JP
Inventors: 美雄佐藤; 政英野村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1985-07-02
Also published as: JPS5623606A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ボィラ昇温制御方式に係り、特に、昇温中に
昇圧が行なわれるような外乱が大きい昇温に適用するに
好適なボィラ昇温制御方式に関する。

従来の昇温制御方式としては、主蒸気の温度変化率から
主蒸気の温度変化予測を外挿法で求め、制御する方式が
提案されている。

ところが、昇温と同時に昇圧を伴ない蒸気流量が大幅に
変化するような場合には、最終段過熱器入口の蒸気温度
の一時的な降下を生じ、主蒸気温度の大きな外乱となる
。このため、変化率のみによる主蒸気の温度変化予測は
、誤差が大きく、良好な制御特性を得るのが難かしかっ
た。本発明の目的は、このような従来技術の欠点をなく
し、蒸気流量、最終段過熱器入口および出口の蒸気温度
、該過熱器管の温度から総合的に判断し、主蒸気温度の
変化化を正確に予測することにより、良好な制御特性を
得るボィラ昇温制御方式を提供するにある。

本発明は、最終段過熱器における内部流体のェネルギ保
存の法則より、最終段過熱器の入口蒸気温度および、該
過熱器管のメタル温度、主蒸気流量と該過熱器出口蒸気
温度の因果関係を求め、この因果関係を制御システムに
内蔵させ、上記過熱器出口の蒸気温度を予測するように
したものである。

以下、図面により具体的実施例を示す。第１図は、本発
明の制御対象であるボィラ起動バイパス系統および制御
系の入出力関係を示すブロック線図である。図で、主蒸
気の昇温は、次のようにして行われていた。すなわち、
最初減圧弁５０３を全閉にし、給水ポンプから供孫舎さ
れた給水４００は、節炭器５００火炉水冷壁５０１、１
次過熱器５０２を経てフラッシュタンク５１１に注がれ
、蒸気となる。ここで、１次週熱器バイパス弁５０７お
よび２次過熱器バイパス弁５０８は、それぞれ、１次過
熱器出口の圧力および温度が所定の値になるように制御
されている。このようにして、フラッシュタンク５１１
で蒸発した蒸気は、２次過熱器通気弁５０９を介して２
次過熱器５０４、加減弁５０５を経由して高圧タービン
５０６へ導かれている。高圧タービン排気４０３は、再
熱器（図示せず）で再熱され、中低圧タービン（図示せ
ず）へ導かれるのが一般的であるが、本発明と直接関係
しないので省略した。又、フラッシュタンクの蒸気のう
ち、２次過熱器へ導びかれない磯りの蒸気およびドレン
４０４は、給水加熱器や復水器等へ導かれるがこれも本
発明と直接関係しないので省略した。このような状態で
燃料調節弁５１０で燃料４０１が加減され、主蒸気４０
２がある規定値まで昇温されると、オペレータあるいは
、上位判断機能を持つ計算機から起動指令１０が発せら
れ、減圧弁５０３が開かれ昇温と同時に主蒸気の昇圧が
なされる。一方、この昇温、昇圧時の制御系は、燃料流
量制御器３０１、減圧弁制御器３０２、昇温制御装置１
００から構成される。

第２図は、燃料流量制御器３０１の具体的機能を示すブ
ロック線図である。

図で、起動指令１０が発せられると燃料パタ−ン発生器
３０１０より、時間関数として燃料設定の先行値信号３
０１４が出力される。次に、加算器３０１１で昇溢制御
装置１００で桁められた燃料流量バイアス信号２０１を
付加し、燃料デマンド３０１５を求め、減算器３０２で
燃料流量検出器３５０からの検出値２５０との偏差を求
め、比例・積分制御器３０１３でこの偏差が川こなるよ
うに比例・積分制御を実施し、燃料調節弁操作信号２０
３を決定する。第３図は、減圧弁制御器３０２の具体的
機能を示すブロック線図である。

図で、まず起動指令１０が発せられると主蒸気圧力設定
器３０２０より最終的な主蒸気圧力設定値３０２７が決
められる。次に、減算器３０２１で瞬時主蒸気圧力設定
値３０２８と差をとり、偏差制限器３０２２で制限を加
え、鶏算器３０２３で昇温制御装置１００から出力され
て昇圧率補正信号２０２を掛け、その値を積分器３０２
４で積分することにより瞬時主蒸気圧力設定値３０２８
を決定する。更に、減算器３０２５で、主蒸気圧力検出
器３５５からの検出値２５５との偏差を求め、比例・積
分制御演算を実行し（比例・積分制御器３０２６）、減
圧弁関度指令２０４を決定する。第４図は、昇圧制御装
置１００の機能を示すブロック線図である。

図で、まず機能ブロック１１０では、起動指令１０およ
び主蒸気温度２５３（主蒸気温度検出器３５３の出力）
を入力して、ｎ分後の主蒸気温度目標値を決定する。そ
の概略流れ図を第５図ａに示す。図で、起動指令の有無
を判定し、無の場合は何もせず、有の場合は、次式に従
ってｎ分後に目標温度ＴｓＰ（ｉ，ｎ）を計算する。Ｔ
ｓＰ（ｉ，ｎ）＝ＴｓＰ（ｉ，０）十Ｒｊ＊ｎ△ｔｓ
・・・‘１’ここに
、ＴｓＰ（ｉ，ｎ）：ｎ分後の目標温度ＴｓＰ（ｉ，０
）：現在の目標温度Ｒｉ：目標昇温率Ｔｊ‐．＜ＴｓＦ（ｉ，０）くＴｊ △ｔｓ：サンプリング周期次に、予測目標値ＴｓＰ（ｉ，ｎ）が次の昇温率の領域
に入ったかどうかの判定（補正計算要かどうかの判定）
をし、次の昇温率の領域に入っていれば次式により予測
目標値を計算し直す。

ＴＳＰ（ｉ，ｎ）＝Ｔｊ＋，十Ｒｊ＋，ＴＳＰ（ｉ，ｎ）−Ｔｊ＋，……
（２，Ｒｉこのようにして、予測目標値の計算をし直す
ことによって、やがて次の昇温率の領域に入らなくなれ
ば、その時の目標温度予測値１１１として出力する。

次に、機能ブロック１２０では、１次過熱器出口蒸気温
度２５１、２次週熱器メタル温度２５２、主蒸気温度２
５３、主蒸気流量２５４を入力として、主蒸気温度予測
値Ｔａ（ｉ，ｎ）を推定する。

予測の概略流れ図を第６図に示す。まず、最初に、起動
指令１０が発せられ、最初の計算かどうかのチェックを
する。最初であれば、各検出器の値を初期として記憶す
る。２回目からは、まず、主蒸気温度変化の外乱となる
、１次過熱器出口温度Ｔｓ，ｓＨ、主蒸気圧力Ｐｓ蟹Ｎ
、主蒸気流量Ｆ３柵・２次週熱器メタル温度Ｔｍ２Ｓ日
の各値交（ｉ，０）および変化率Ｙ（ｉ）を最小２乗法
で次式により推定する（ブロック：外乱推定）。

〈Ｘ（ｉ，。

）＝｛７災（ｉ）＋４災（ｉ−１）十災（ｉ−２）−２
災（ｉ−３）｝ …
……｛３，・〇Ｍ（ｉ）＝｛３蚤（ｉ）＋Ｘ（ｉ−・）
−×（ｉ−の−３×（ｉ−３）｝
………■１０×△ｔＳここに、滋
（ｉ，０）：ｉサンプル時の０分後の推定値滋（ｉ）：
ｉサンプル時の検出値Ｙ（ｉ）：ｉサンプル時の変化率 △ｔｓ：サンプリング周期次に、ｋサンプル後の外乱は、求めた糊，‘４｝式より
、直線外挿法で予測する。

念（ｉ，ｋ）＝Ｘ（ｉ，０）十Ｙ（ｉ）Ｘｋ．・・．・
・【５１また、主蒸気温度Ｔｓ＄日に関しては、ェネル
ギ保存の法則により次式が成り立つ。

空器三＝（ＨＳ＄Ｈ−ＨＳ数Ｈ）ＦＳ波日十Ａｓ２ｓＨ
Ｑｍｓ（Ｔｍ２ｓＨ−Ｔｓ２ｓＨ）……【６１ここに、
Ｈｓ器Ｈ：主蒸気ェンタルピ＝ｆ（Ｔｓ２ｓＨ，Ｐｓ２
ｓＨ）Ｈｓ，３Ｈ：１次過熱器出口ェンタルピ＝ｆ（ＴＳ，ＳＨ，ＰＳ，ＳＨ）Ａｓ群一：２次過熱器伝熱面積Ｑｍｓ：熱伝達率これをオィラ積分で近似すると、比２ｓＨ（ｉ，ｋ）−Ｈｓ２ｓＨ（ｉ，ｋ−１）△ｔ＝
｛Ｈｓ，ＳＨ（ｉ，ｋ−１）一日Ｓ２ＳＨ（ｉ，ｋ−・
）｝ＦＳ２８日（ｉ，ｋ−１）十ＡＳ２３ＭＱｍＳ｛
Ｔｍ２ＳＨ（ｉ，ｋ−１）一Ｔ離日（ｉ，ｋ一・）｝．・．Ｈ聡日（ｉ，ｋ）ニＨＳ２ＳＨ（ｉ，ｋ−・）十
〔（Ｈｓ，ｓＨ（ｉ，ｋ−１）一日Ｓ多Ｈ（ｉ，ｋ−・
）｝Ｆ３あけ（ｉ，ｋ一・）十ＡＳ２ＳＨＱｍ３｛Ｔｍ凶日（ｉ，ｋ・一１） −Ｔ職日（ｉ，ｋ−・）｝〕△ｔ．・・．・…‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐（７１となるので、
ｋ＝０〜ｎ−１について、【６’，‘７’式を繰り返し
計算することによって、ェンタルピのｎサンプル周期後
の予測値Ｈ聡日（ｉ，ｎ）が求まる。

従って、主蒸気温度のｎサンプル周期後の予測値Ｔｓ蟹
日（ｉ，ｎ）は、蒸気表により、次式のように表わされ
る。Ｔ籾日（ｉ，ｎ）ニｇ（日滋日（ｉ，ｎ），ＰＳ偽
日（ｉ，ｎ））．・・．・…．・・．・・・・・・‘８
１次に機能ブロック１３０にて、求められた主蒸気温度
の目標値の予測値１１１とモデルによる予測値１２１よ
り比例・積分演算を実行する。

△Ｐ＝Ｋ，ｊ≧，（Ｅ（ｉ，ｎ））＋ＫＰ（Ｅ（ｉ，ｎ
）−Ｅ（ｉ−１，ｎ）．・・．・・．・・．・・・・・
‘９）ここに、△Ｐ：比例・積分出力Ｋ，：積分ゲインＫＰ：比例ゲインＥ（ｉ，ｎ）＝ＴｓＰ（ｉ，ｎ）−Ｔｓ２ｓＭ（ｉ，ｎ
）次に機能ブロック１４０‘こて、１次過熱器出口温度
の変化率により、比例・積分演算結果△Ｐ：１３１に補
正を加える。

１次過熱器出口温度の変化率は、すでに■式で求まって
いるので、‘１０式により、燃料バイアスを決定する。

△Ｆｆ＝△Ｐ＋Ｋｄ・ｒｓ，ｓＨ ……｛１
■ここに、△Ｆｆ：燃料バイアス△Ｆｄ：微分ゲイン −ｄ虹１班ｒｓＩＳＨ− ｄｔ次に機能ブロック１５川こて、昇圧率肥ｄ／ｄｔの補正
をする。

１次週熱器出口温度の変化は、主蒸気流量の変化すなわ
ち昇圧率ｄＰｄ／ｄｔに依存するので昇圧率肥ｄ／ｄｔ
は、１次週熱器出口温度変化率ｒｓ，ｓＨ＝ｄＴｓ，ｓ
Ｈ／ｄｔの関数で補正するのが適している。

すなわち、｛等｝ｍ＝｛等｝十８・Ｋ・ｒＳＩＳＨ．・
・‐‐‐（１１）ここで１、６＝Ｋ：補正係数の形で補正すると、１次過熱器出口温度が上昇中は規定
値｛肥ｄ／ｄｔ｝で昇圧し、降下中は、昇圧率にブレー
キがかかることになる。

本発明の実施例では、主蒸気圧力により減圧弁を制御す
る例について述べたが、負荷により減圧弁を制御する例
もある。

この場合は圧力の代りに負荷が用いられるだけで本質的
差異はない。以上説明したごとく、本発明では、主蒸気
温度の外乱となる１次過熱器出口温度、２次過熱器メタ
ル温度、主蒸気流量、圧力等の諸変数を用いているので
主蒸気温度変化を正確に予測でき、安定な昇温が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、制御対象と制御装置間の関係を示す図、第２
図は、燃料流量制御器の具体例、第３図は、減圧弁制御
器の具体例、第４図は、昇縞制御装置の機能ブロック線
図、第５図は、主蒸気温度目標決定のための流れ図、第
６図は、主蒸気温度予測方法を示す流れ図、第７図は、
主蒸気の昇圧率補正方法を示す流れ図である。１０・・・起動指令、１００・・・昇温制御装置、１１
０・・・目標温度の予測、１１１…目標温度予測値、１
２０・・・主蒸気温度の予測、１２１・・・主蒸気温度
の予測値、１３０比例積分制御、１３１…比例積分制御
出力、１４０・・・入口温度変化による先行補正、２０
１・・・燃料流量バイアス信号、２０２・・・昇庄率補
正信号、２０３・・・燃料調節弁操作信号、２０４・・
・減圧弁操作信号、２５０・・・燃料流量検出値、２５
１・・・１次過熱器出口蒸気温度検出値、２５２・・・
２次過熱器メタル温度検出値、２５３・・・主蒸気温度
検出値、２５４・・・主蒸気流量検出値、２５５・・・
主蒸気圧力検出値、３０１・・・燃料流量制御器、３０
２…減圧弁制御器、３５０・・・燃料流量検出器、３５
１・・・１次過熱器出口蒸気温度検出器、３５２…２次
週熱器メタル温度検出器、３５３・・・主蒸気温度検出
器、３５４・・・主蒸気流量検出器、３５５主蒸気圧力
検出器、４００・・・給水、４０１・・・燃料、４０２
・・・主蒸気、４０３・・・高圧夕−ビン排気、４０４
…フラッシュタンク蒸気＆ドレン、５００・・・節炭器
、５０１・・・火炉水袷壁、５０２・・・１次過熱器、
５０３・・・減圧弁、５０４・・・２次過熱器、５０５
・・・加減弁、５０６・・・高圧タービン、５０７…１
次週熱器バイパス弁、５０８…２次過熱器バイパス弁、
５０９・・・２次過熱器通気弁、５１０・・・燃料調節
弁、５１１・・・フラッシュタンク。第２図図船第３図第４図第５図Ｏ第５図ｂ第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１ボイラの水冷壁から少なくとも１次過熱器、減圧弁
及び最終段過熱器を介して蒸気を得、かつ前記１次過熱
器及び最終段過熱器をそれぞれバイパスさせる系を有し
、前記ボイラへの燃料流量と前記減圧弁の開度制御によ
り前記蒸気の温度及び圧力をそれぞれ所定の変化率にし
たがつて上昇させるものにおいて、前記最終段過熱器を
流れる蒸気流気と圧力、該過熱器の出口及び入口の蒸気
温度、並びに該過熱器管の温度を検出し、これらの検出
値を用いて該過熱器出口の蒸気温度の将来の時系列的な
変化を予測し、所定の変化率より求めた蒸気温度目標の
予測値との偏差を求め、該偏差がゼロになるように前記
燃料流量を制御することを特徴とするボイラ昇温制御方
式。２特許請求の範囲第１項に記載した過熱器出口の蒸気
温度の将来の時系列的な変化の予測は、第１段階で最終
段過熱器を流れる蒸気流量と圧力、該過熱器入口及び出
口蒸気温度、並びに該過熱器管の温度の現在までの検出
値よりそれぞれ最小２乗法で現在の推定値及び変化率を
求め、第２段階でこれらの推定値及び変化率から該過熱
器出口の蒸気エンタルピの変化を予測し、第３段階で該
エンタルピの予測値と前記圧力の推定値及び変化率から
求めた圧力予測値とから蒸気温度の予測値を求めること
を特徴とするボイラ昇温制御方式。