JPS62182502A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、複数種の燃料を使用するボイラの蒸気温度制
御装置に係り、特に、予め設定された各プロセスの操作
量の基本設定値を負荷指令信号。

混焼率により自動的に最適な設定値に修正可能ならしめ
る蒸気温度制御装置の最適調整装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

この種のボイラは、火炉ガスの熱量を過熱器と再熱器を
介して蒸気に吸熱する構造が一般的である。ところで、
複数種の燃料を使用するボイラにおいては、燃料によっ
て熱分布が異なる傾向にあるので、燃焼状態を検出して
燃焼状態や蒸気温度等の制御をするのが早道であるが、
このように制御することは現状の技術では困難な状況に
ある。

これの対応策として、燃焼状態を燃料の混焼率から算出
し、これをもって各種のボイラ制御を行う方法が提案さ
れている。それでは従来より提案されている蒸気温度制
御の一例を第５図〜第７図を参照しながら説明する。

第５図において、１はボイラ、２はバーナ、３は風箱、
４は風箱入口ダンパ、５はＦ　Ｄ　Ｆ　（Ｆｏｒｃｅｄ
Ｄｒａｆｔ　Ｆａｎ　）　、６はＦＤＦ入ロベロベーン
はバーナ入口弁、８は燃料流量弁、９〜１２はボイラ１
内に設けられた水管であって、これら木管９〜１−２に
は図示しない給水ポンプから給水されるようになってい
る。９と１１は高圧タービン１９への主蒸気を発生させ
る過熱器（スーパーヒータ（以下、Ｓ　Ｈと略称とする
こともある））であり、水管１０と１２は中低圧タービ
ン２０への再熱蒸気を発生させる再熱器（レヒータ（以
下、ＲＩ−１と略称することもある））である。】３及
び１−４はそれぞれＳ　Ｉ−Ｉ側分配ダンパ及びＲＨ側
全分配ダンパあり、開度を調整して１次Ｓ　Ｈ１１およ
び１次ＲＩ−Ｉ　１２の通過ガス量を分配制御するよう
になっている。１５はボイラ内に設けられたＳ　Ｈ及び
ＲＨＨ配ダンパ１３及び１４の仕切り板である。

１６は主蒸気温度を制御するＳ　Ｈスプレ弁、１７は再
熱器出口温度検出器、１８は再熱蒸気温度を制御するＲ
Ｈスプレ弁である。２１はガス再循環ファンＧ　ＲＦ　
（Ｇａｓ　Ｒｅｃａｑｕｌａｔｉｏｎ　Ｆａｎ）で、Ｇ
ＲＦ２０の入口のダンパ２２によりＧＲＦ２０の出口の
ドラフトが一定値に制御されるようになっている。また
、ＧＲＦ２０の後段の火炉人口ダンパ２３により、再熱
蒸気温度が制御されるようになっている。

再熱蒸気温度制御は、通常火炉人口ダンパ２３とＲＨ側
分配ダンパ１４でＲＨＩｏ、１３を通過するガス量を調
整することにより行なわれる。また、緊急時の再熱蒸気
温度制御は前記の火炉人口ダンパ２３及びＲＨ側分配ダ
ンパ１４の制御域を越え（上限となり）、かっ再熱蒸気
温度が規定値を越える場合に使用される。

第６図は火炉人口ダンパ２３による従来の再熱蒸気温度
制御回路を示すブロック図である。

第６図において、３１−はユニットの負荷指令信号であ
り、３２は関数発生器である。３３は燃料の混焼率指令
信号であり、第７図（ａ）に示すようなプラント特性の
場合に、乗算器３４に前記関数発生器３２の出力信号を
修正し、再熱蒸気温度の設定信号どして減算器３５へ送
られる。減算器３５では再熱器出口温度検出器１７で検
出した測定値との偏差演算を行い、比例積分器３６にて
火炉入口ダンパ２３への操作信号を形成する。関数発生
器３２の設定は第７図（ａ）の混焼率０％に示す如くな
り、混焼率０〜１００％の場合には前記設定信号を乗算
器３４にて修正することにより得られる。従来の火炉人
口ダンパ２３の制御は上記の如くであり、混焼率に対し
一定比率の場合には一義的に定められてあり、その限り
においては有効である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第７図（ｂ）に示すようなプラント特性に対
して、前述した従来の制御方法では対処しようとすると
、混焼率ごとに関数発生器を何台も設け、切換えるとい
う制御を行わなければならず、かつ関数発生器に設定す
るデータを採取し、これを調整する等の多くの時間を要
すると共に、回路構成が複雑となり、現実的には対応が
困難となるという問題があった。

データ採取と調整を考えると、第７図（ａ）に示すよう
なプラント特性の場合、混焼率の代表３ケースに対し、
それぞれ負荷指令４点（０％。

２５％、７５％、１００％）程度のデータを採取すれば
、設定可能となるが、第７図（ｂ）のプラント特性の場
合には、混焼率が信士ケースにもなり、それに伴い、そ
れぞれ関数発生器を設ける必要があるため、その設定お
よび調整に多くの労力を要すると共に経験の少ない調整
員では最適調整が不可能となる問題があった。尚この種
の装置として関連するものは例えば特開昭５６−１２４
８０９号等が挙げられる。

本発明の目的は、複数種の燃料を使用するボイラの蒸気
温度制御において、混焼率が変化しても蒸気温度の変動
が最小となるようにした蒸気温度制御装置の最適調整装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

」−記問題点を解決した本発明は、複数種の燃料を火炉
にて燃焼させる燃焼手段と、主蒸気を発生する過熱器及
び再熱蒸気を発生する再熱器と、該過熱器及び再熱器の
うちの少なくとも一方を流れる燃焼ガス量を制御可能な
火炉ガス量制御手段と、前記燃焼ガスの一部を流量可減
可能に火炉に導くガス再循環手段とを有するボイラにお
ける該過熱器と再熱器へのスプレ量、及び火炉ガス量制
御手段により火炉ガス量、ガス再循環手段により再循環
ガス量を可変して主蒸気温度と再熱蒸気温度とを制御す
るものにおいて、目標負荷指令に対する前記手段の操作
量を作成すると共に、この操作量を、現在に負荷指令信
号、複数種の燃料が燃焼手段に供給される流量信号及び
それ以前のボイラ状態量を基に代表的な混焼率から最適
値に修正する自動調整手段とを設けてなることを特徴と
するものである。

〔作用〕

蒸気温度の変動を規定値以内に抑制すべく混焼率によっ
て変わるプラント特性を代表的３ケース（例えば、０％
、５０％、１００％）において、その中間と考えられる
混焼率５０％をベースに０％〜１００％に対して相互に
修正することにより各プロセス操作量の基本設定値を修
正して混焼率変化時の蒸気温度の変動を最小限に抑える
ものである。このために、上記機能をもたせた自動調整
手段を設けたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、そ
の前に本発明の詳細な説明する。

ボイラの混焼率が変わるとボイラ内の水管における熱吸
収量が変わり、プラント特性が変わる。

これに伴い主蒸気温度を制御するＳＨスプレ弁１６、Ｓ
　Ｉ−Ｉ側分配ダンパ１３、再熱蒸気温度を制御する火
炉入口ダンパ２３、ＲＨ側分配ダンパ１４及びＲＩ−Ｉ
スプレ弁１８を用いて、スプレ量や火炉ガス量を調節す
ることが必要となる。

混焼率が小さい場合、バーナの火炎が長い（または短い
）ため、火炉での熱吸収が少なく（または多く）、ボイ
ラ出口側すなわち１次過熱器１再熱器での熱吸収量が多
く　（または少なく）なる。

逆に、混焼率が大きい場合、バーナの火炎が短い（また
は長い）ため、火炉での熱吸収が多く（または少なく）
なり、ボイラ出口側での熱吸収が少ない（または多い）
状態となる。尚、前述カッコ書きは燃料の種類によって
は別の状態となることがあるために記載したものであり
、最初のカッコのときに以後カッコ内の言葉を使用する
ものとする。

一方、混焼率が上記の中間程度の場合、バーナの火炎の
長さもほぼ中間となるが、火炉での熱吸収が多い状態と
なる。

そこで、混焼率の代表的な３ケ一ス程度を選択し、混焼
率０％時と１００％時をベースにプログラム化して、混
焼率５０％にしその偏差分を算出して、それぞれの混焼
率時のプロセス操作量を自動的に最適化することにより
、蒸気温度の変動を最小限に抑えることができる。

以上が複数種の燃料に対して蒸気温度の変動が最小限に
抑えられる本発明の基本原理である。

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図及び第３図を
参照して説明する。以下の説明においても同一部材には
同一の符号を符して説明を省略する。

第１図は、本発明の蒸気温度制御系のブロック図である
。本発明の実施例が第６図の従来の蒸気温度制御系と異
なるところは、オートチューニング回路６０を含む自動
調整回路６１を付加した点にある。１７は前述の再熱蒸
気温度検出器、３１は前述のユニット負荷指令信号、３
３は燃料の混焼率信号である。自動調整回路６１は、オ
ートチューニング回路６０を除き下記の要素を有してい
る。３２ａへ３２ｃは関数発生器、４０及び４３は減算
器、４１及び４４は乗算器、４２及び４５は加算器、４
６は信号モニタ、４７は切替スインチである。尚、５０
ａ〜５０ｎはｎ種の燃料流量、５１は発電機解列信号、
５２は蒸気温度設定信号、５３は蒸気温度、５４は火炉
入口ダンパ操作指令信号である。

第２図は、オートチューニング回路６０の演算処理を説
明するために示すフローチャートである。

本回路６０での演算は発電機解列信号５１が入力される
まで繰り返し演算を行うとともに負荷指令信号３１の関
数と複数種の燃料の混焼率として遂次データを蓄積する
。

演算処理は次の通りである。

ステップ１０１で初回（プラントが起動した）であるか
否かを判定し、そうであればステップ１−０２の処理に
移るが、否であれば、ステップ１０８へ飛ぶ、ステップ
１０２は関数発生器３２ａ〜３２ｃのデータを零にセッ
トし、ステップ１０３に移る。ステップ１０３では負荷
指令信号３１と燃料流量５０ａ〜５０ｎの信号を入力す
る処理に移る。ステップ１０３での処理が終了するとス
テップ１０４に移り、このステップ１０４では、ステッ
プ１０３で入力した負荷指令信号３１に対する代表的な
混焼率Ｏ％、５０％、１ｏＯ％におけるプムグラム関数
ａｘ（ＭＷＤ）ｔ　ａｘｃＭＷＤ）ａ３（ＭＷＤ）を作
成する。ステップ１０５は、燃料流量５０ａ〜５０ｎか
ら、その時点における混焼率ｆＲＡＴＴｏを作成する。

次に、ステップ１０６において、ステップ１０４にて作
成されたプログラム関数ａ工（ＭＷＤ）〜ａｓ（ＭＷＤ
）を関数発生器３２８〜３２ｃのデータとして更新し、
ステップ１０７では、同様に混焼率ｆ　ＲＡＴｆＯを乗
算器４１及び４４と信号モニタ４６のデータとして更新
する。ステップ１０８では蒸気温度設定信号５２、蒸気
温度５３、火炉入口ダンパ操作指令信号５４を入力する
。ステップ１０９では、ステップ１０８で入力したデー
タから、各負荷域における単位火炉ガス量当りの蒸気温
度変動幅１時定数及びむだ時間を演算処理し。

これらを用いて、ステップ１１０において最適火炉ガス
投入量ΔＱ、投入時刻Δｉを演算処理する。

ステップ１１１では、ｉ−Δｉ時のプロセス操作量の基
本プログラムにΔＱを加算し、Ｑ（ｉ−Δ１）＝Ｑ　（
ｉ）＋ΔＱを演算する。ステップ１１２はプラント運転
中か否かを、発電機解列したか否かにより判定し、プラ
ント停止（発電機材解列）であれば、ステップ１０１に
戻り処理を終了する。

一方、プラント運転中（発電機解列していない）であれ
ば、ステップ１１３において関数発生器３２ａ〜３２Ｑ
のデータを更新して一連の処理を終了する。プラントが
運転中であれば、ステップ１０１〜ステツプ１１３の処
理を繰り返し演算をするとともに、負荷指令信号３１の
関数としてデータを逐次更新しながら蓄積する。

このようにしてオートチューニング回路６０で使用する
データは現在使われているプロセス操作設定値３２ａ〜
３２ｃと逐次照合演算され、プロセス操作設定値及び混
焼率を最適値に修正することなかできる。

第７図は、ユニット負荷指令に対する混焼率０％、５０
％、１００％時の火炉人口ダンパ開度特性図である。第
７図（ａ）と第７図（ｂ）とは、それぞれ従来のプラン
ト特性における火炉入口ダンパ開度特性と、本発明のプ
ラント特性における火炉人口ダンパ開度特性とを示す図
である。これらを比較すると、前者は、混焼率が増加す
ると共に火炉入口ダンパ開度も一定比率で増加している
ことが明確である。一方、後者は、混焼率により火炉人
口ダンパ特性が夫々異なっていることが判る。

本発明では、第７図（ｂ）に示す混焼率０％。

５０％、１００％の特性をユニット負荷指令信号（ＭＷ
Ｄ）３１から、それぞれ３２ａ、３２ｂ。

３２ｃのＦｘにて予め設定する。その関数は次式％式％ 混焼率　　　０％　ｆ　ｏ　　＝　ａ　ｚ（ＭＷＤ）　
　　・・・（１）式混焼率　　５０％　ｆＩ５ｏ＝ａｚ
（ＭＷＤ）　　　−（２）式混焼率　１００％　ｆｚｏ
ｏ＝ａｇ（ＭＷＤ）　　　−（３）式（１）及び（３）
式はそれぞれ火炉入口ダンパ２３の下限及び上限設定と
なる。混焼率０〜１ｏ。

％の領域で運転することになるため、その中間の混焼率
５０％におけるプラント特性を（２）式にて設定し、０
〜５０％、５０〜１００％の領域にて自動的にプロセス
操作量を修正できるようにする。

すなわち、混焼率が０〜５０％の場合、３２ａと３２ｂ
の関数発生器にて混焼率０％、５０％時の設定値をそれ
ぞれ、減算器４ｏで偏差を取り、混焼率信号３３に対し
、乗算器４１ので混焼率の修正信号を作成する。この乗
算器４１の出力を加算器４２にて演算して、混焼率０〜
５０％におけるプロ示ス設定信号を作成する。混焼率５
０％未満か以上かを信号モニタ４６で検出し、切替スイ
ッチ４７へ指令する。混焼率５ｏ％未満の場合には切替
スイッチ４７は入力×１が選択され、加算器４２からの
修正されたプロセス操作設定量が減算器３５へ送られる
。減算器３５では再熱蒸気温度検出器１７の信号との偏
差を取り、比例積分器３６にて火炉人口ダンパ２３の開
度指令信号を作成する。

混焼率５０〜１００％の場合には、上記と同様に３２ｂ
、３２ｃの関数発生器で混焼率５ｏ％。

１００％時の設定値をそれぞれ減算器４３で偏差を取り
、混焼率信号３３に対し、乗算器４４にて混焼率の修正
信号を作成する。この乗算器４４の出力を加算器４５に
て演算して、混焼率５０〜１００％におけるプロセス設
定信号を作成する。

この信号は切替スイッチ４７の入力×２を介して減算器
３５へ送られ、以下混焼率０〜５０％と同様となる。

以上を式で表わすと次のようになる。

（ｉ）　　混焼率０〜５０５時（減算器４０の出方）。

ｆｚ＝ａｔ（ＭＷＤ）−ａｘ（ＭＷＤ）　　　−（４）
式（ｉｔ）　　混焼率５０〜１００％時（減算器４ｏの
出力）。

ｆｘ＝ａａ（ＭＷＤ）−ａｓ（ＭＷＤ）　　　”（５）
式したがって乗算器４１及び４４の出力はそれぞれ次の
ようになる。

乗算器４１の出力＝ｆｔ・ｆＲＡｔｙｏ＝［ａｚ（ＭＷ
Ｄ）−ａ　２（Ｍ　Ｗ　Ｄ　）〕・ｆ　ＲＡＴＩＯ・＝
　（６）大乗算器４４の出力＝ｆｚ”ｆＲＡｒｙｏ＝［
ａｚ（ＭＷＤ）−ａ　ｓ（ＭＷＤ））　・ｆ　ＲＡｒｒ
ｏ　　　　　　　　−（７）式ここでｆ　ＲＡＴｒＯは
燃料の混焼率を示す。

また、加算器４２及び４５の出力は次のようになり、こ
れが、プロセス操作設定値となる。

加算器４２の出力＝　ａ　１（ＭＷＤ）＋　ｆ　ｓ・ｆ
　ＲＡｔｒ。

・・・（８）式 ％式％ ・・・（９）式 この実施例によれば、ユニット負荷指令（？！１１０）
から代表的な混焼率における火炉入口ダンパの設定値を
作成して、複数種の燃料の混焼率にて修正することによ
り、混焼室Ｏ〜１００％の領域において上記設定値をオ
ートチューニング可能となり蒸気温度の変動を最小限に
抑えることができる。

上記実施例では、火炉人口ダンパの設定値に対し、修正
を加えたが、ＳＨ側分配ダンパ、ＳＨスプレ弁、ＲＨス
プレ弁に対しても同様に修正することも可能であり、ま
た、これら全てに対しても修正することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、混焼率によつて変わ
るプラント特性を自動的に修正して、混焼率にかかわら
ず最適な蒸気温度制御性が得られると共に、データ採取
および調整に要する時間を最小限にすることができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気温度制御系を示すブロック図、第
２図はオートチューニング回路の演算処理フロー図、第
３図は負荷指令に対する単位火炉ガス量変化時の蒸気温
度変動量特性を示す特性図、第４図は火炉ガス量ステッ
プ変化時の蒸気温度特性図、第５図はボイラの全体構成
を示す構成図、第６図は従来の蒸気温度制御系を示すブ
ロック図、第７図は負荷指令に対する火炉入口ダンパ開
度特性図である。 １７・・・再熱蒸気温度検出器、３１・・・ユニット負
荷指令信号、３２　ａ　＝　ｃ・・・関数発生器、３３
・・・燃料の混焼率、３５，４０．４３・・・減算器、
４１゜４４・・・乗算器、４２．４５・・・加算器、４
６・・・信号モニタ、４７・・・切替スイッチ、２３・
・・火炉人口ダンパ、３６・・・比例積分器、５０ａ〜
５０ｎ・・・ｎ種の燃料流量、６０・・・オートチュー
ニング回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数種の燃料を火炉にて燃焼させる燃焼手段と、主
   蒸気を発生する過熱器及び再熱蒸気を発生する再熱器と
   、該過熱器及び再熱器のうち少なくとも一方を流れる燃
   焼ガス量を制御可能な火炉ガス量制御手段と、前記燃焼
   ガスの一部を流量可減可能に火炉に導くガス再循環手段
   とを有するボイラにおける該過熱器と再熱器へのスプレ
   量、及び火炉ガス量制御手段により火炉ガス量、ガス再
   循環手段により再循環ガス量を可変して主蒸気温度と再
   熱蒸気温度とを制御するものにおいて、目標負荷指令に
   対する前記手段の操作量を作成すると共に、この操作量
   を、現在の負荷指令信号、複数種の燃料が燃焼手段に供
   給される流量信号及びそれ以前のボイラ状態量を基に代
   表的な混焼率から最適値に修正する自動調整手段を設け
   てなることを特徴とする蒸気温度制御装置の最適調整装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項において、プラントの運用パ
   ターンやプラントの特性の変化を、それぞれのプロセス
   操作量を分離独立設定とし、前記操作量を負荷指令信号
   と混焼率により、それぞれ自動的に修正する手段を備え
   たことを特徴とする蒸気温度制御装置の最適調整装置。