(57)【要約】【課題】親弁と子弁の切替えにおいて、ボイラの運転中でも任意の開度で親子弁をバンプレスに切替え、ボイラの蒸気温度を変動させることなく、蒸気温度制御を継続する。【解決手段】過熱蒸気への注水により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御方法は、過熱蒸気への注水を行う互いに最大通過流量の異なる２台の注水弁１２，１３を設け、２台の注水弁１２，１３のうち制御中の一方の注水弁を、非制御中の他方の注水弁に切り替えるにあたり、切替前の一方の注水弁の弁開度での通過流量に対応した他方の注水弁の対応弁開度を求め、該対応弁開度となるよう他方の注水弁を制御するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱蒸気への注水により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御方法において、
過熱蒸気への前記注水を行う互いに最大通過流量の異なる２台の注水弁を設け、
前記２台の注水弁のうち制御中の一方の注水弁を、非制御中の他方の注水弁に切り替えるにあたり、切替前の前記一方の注水弁の弁開度での通過流量に対応した前記他方の注水弁の対応弁開度を求め、該対応弁開度となるよう前記他方の注水弁を制御することを特徴とするボイラの蒸気温度制御方法。
【請求項２】
前記対応弁開度を、前記一方の注水弁の流量特性および前記他方の注水弁の流量特性に基づき求めることを特徴とする、請求項１に記載のボイラの蒸気温度制御方法。
【請求項３】
過熱蒸気への注水により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御装置において、
過熱蒸気への前記注水を行う互いに最大通過流量の異なる２台の注水弁のうち制御中の一方の注水弁を、非制御中の他方の注水弁に切り替えるにあたり、切替前の前記一方の注水弁の弁開度での通過流量に対応した前記他方の注水弁の対応弁開度を求め、該対応弁開度となるよう前記他方の注水弁を制御する切替制御装置を備えることを特徴とするボイラの蒸気温度制御装置。
【請求項４】
前記切替制御装置は、前記対応弁開度を、前記一方の注水弁の流量特性および前記他方の注水弁の流量特性に基づき求めるよう構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のボイラの蒸気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱蒸気への注水（散水）により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御方法および蒸気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボイラの温度制御方法では、１台の注水弁を用い、蒸気負荷に応じて過熱蒸気へのスプレー水の注水量を制御することによって蒸気の温度制御を行うことが一般的である。ところが、ボイラの蒸気温度制御において、既存の注水弁より弁容量の小さな注水弁をもう１台増設し、低流量域での注水量の制御性を改善し、低負荷時のボイラの蒸気負荷調整範囲を広げることにより、ボイラ全体の蒸気負荷調整範囲を広げて、蒸気発生プラントの運用メリットを享受したいような場合がある。この場合、２台の注水弁をバンプレスに切替え、制御弁の切替時にボイラの主蒸気温度を変動させずに切替えることが重要となる。
【０００３】
例えば、２台の制御弁の切替方法として一般的に知られているものに、スプリット制御がある。これは１台の調節計の操作出力で、２台の制御弁を制御するものである。例えば、調節計の出力が０〜５０％で小さい方の制御弁（以下、子弁という。）が全閉から全開へ、５０〜１００％で大きい方の制御弁（以下、親弁という。）が全閉から全開に動くようにポジショナーを調整してやれば、１台の調節計で２台の制御弁をシリーズに連続して操作することができるようになり、大きなレンジアビリティを確保することが可能となる。
【０００４】
また、特許文献１や特許文献２に示すように、低流量域では、子弁を用いて流量制御を行い、高流量域では、親弁を用いて流量制御を行い、この親子弁の切替えがバンプレスになるような工夫を行ったものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−６５７８５号公報
【特許文献２】特開昭５８−７０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、スプリット制御は、１台の調節計によって広いレンジアビリティの制御を行うものであるため、高流量域と低流量域で制御ゲインが異なった場合に個別に制御ゲインの調整を行うことが困難である。また、注水弁が１台しかない既存のボイラを、改善によってもう１台注水弁を増設しようとするような場合など、各弁の弁開度と、調節計の制御信号の関係を調整し直す必要があるため、既設の注水弁のポジショナーの再調整が必要となる。更に、子弁から親弁、親弁から子弁へと制御が切替る付近の弁開度では、各制御弁の制御精度が落ちるため、温度制御の制御性が悪化する可能性がある。
【０００７】
上記特許文献１には、スプリット制御をベースとして、低流量域では子弁のみで制御し、親弁のみで制御可能な流量領域に達したときに、切替装置、切替信号発信器、弁開度設定器等を用いて、子弁を全閉とし、その制御量を親弁が肩代わりして、親弁のみで制御するような方式が提案されている。しかし、本方式では、子弁を全閉することによって発生する外乱を、調節計の制御機能を用いて親弁で自然吸収するものであり、子弁が全閉になるまでに時間がかかる。子弁の閉止速度を速くすると、親弁の外乱吸収が遅れ、温度制御に悪影響を及ぼす可能性がある。また、子弁から親弁への切替えは配慮されているが、親弁から子弁への切替動作が配慮されていないため、子弁と親弁を頻繁に、任意の開度で切替えるような系には適用できない。
【０００８】
特許文献２に開示される方法では、低流量を測定する発信器と、高流量を測定する発信器の２台の発信器を必要とするため、不経済である。また、子弁と親弁を切替えるポイントが、低流量検出器の測定範囲の上限に達したときのみであり、任意の開度で子弁と親弁を切替えることができない。
【０００９】
本発明の目的は、親弁と子弁の切替えにおいて、ボイラの運転中でも任意の開度で親子弁をバンプレスに切替え、ボイラの蒸気温度を変動させることなく、蒸気温度制御を継続する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、過熱蒸気への注水により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御方法において、過熱蒸気への前記注水を行う互いに最大通過流量の異なる２台の注水弁を設け、前記２台の注水弁のうち制御中の一方の注水弁を、非制御中の他方の注水弁に切り替えるにあたり、切替前の前記一方の注水弁の弁開度での通過流量に対応した前記他方の注水弁の対応弁開度を求め、該対応弁開度となるよう前記他方の注水弁を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のボイラの蒸気温度制御方法の有利な態様では、前記対応弁開度を、前記一方の注水弁の流量特性および前記他方の注水弁の流量特性に基づき求める。
【００１２】
また、本発明は、過熱蒸気への注水により蒸気温度を制御するようにしたボイラの蒸気温度制御装置において、過熱蒸気への前記注水を行う互いに最大通過流量の異なる２台の注水弁のうち制御中の一方の注水弁を、非制御中の他方の注水弁に切り替えるにあたり、切替前の前記一方の注水弁の弁開度での通過流量に対応した前記他方の注水弁の対応弁開度を求め、該対応弁開度となるよう前記他方の注水弁を制御する切替制御装置を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のボイラの蒸気温度制御装置の有利な態様では、前記切替制御装置は、前記対応弁開度を、前記一方の注水弁の流量特性および前記他方の注水弁の流量特性に基づき求めるよう構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ボイラの蒸気温度制御において、温度制御用の注水弁を２台設け、制御弁のレンジアビリティを広くとることにより、低負荷時のボイラの蒸気負荷調整範囲の拡張を達成したい場合に、２台の注水弁の弁開度と流量特性を加味した弁の切替開度を求めることによって、ボイラの運転中でも任意の開度で注水弁をバンプレスに切替え、蒸気温度を変動させることなく、蒸気温度制御を継続させることが可能となる。
【００１５】
また、注水弁が１台しかない既存のボイラを、改善によってもう１台注水弁を増設しようとする場合など、既設の注水弁のポジショナーの再調整が不要であり、改造作業が簡便になる。
【００１６】
本発明では、特にボイラの蒸気発生負荷が変動するような系において２台の注水弁の自動切替指令回路を設けてもよく、つまり、ボイラ蒸気発生負荷量を監視し、閾値を設けて、ボイラの発生蒸気負荷が少ない場合は、自動的に最大通過流量の小さな注水弁（子弁）を選択し、ボイラの発生蒸気負荷が多い場合には、自動的に最大通過流量の大きな注水弁（親弁）を選択して任意の弁開度で親弁と子弁を自動で切り替えるようにしてもよく、このようにした場合には連続して安定的にボイラの発生蒸気量を調整することが可能となり、蒸気発生プラントの弾力的な運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したボイラ主蒸気温度制御系統の一例を説明する図である。
【図２】２次過熱器出口蒸気温度制御回路（ボイラの蒸気温度制御装置）を説明する図である。
【図３】図２における自動切替指令回路を説明する図である。
【図４Ａ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｂ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｃ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｄ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｅ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｆ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｇ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｈ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図４Ｉ】図２における切替回路をその動作状況と共に示した図である。
【図５】子弁から親弁、及び親弁から子弁への切替時のタイムチャートである。
【図６】親子弁調節計ＭＶ値変換関数の求め方を説明する図である。
【図７】親子弁調節計ＭＶ値変換関数の求め方を説明する図である。
【図８】従来のボイラ主蒸気温度制御系統を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ボイラの主蒸気温度制御において、通常のボイラの蒸気負荷発生領域での温度制御を行うための注水弁に加え、既存の注水弁（親弁）では制御できない低流量域での注水量を制御可能な注水弁（子弁）を１台増設し、この２台の注水弁を任意の開度で切替えることにより、低負荷時のボイラの蒸気負荷調整範囲を拡張することによって、ボイラ全体の蒸気発生量調整範囲の拡大を図る。２台の注水弁の切替えにあたっては、親弁と子弁のＣＶ値特性表から、親弁および子弁の弁開度と流量の特性表をそれぞれ作成し、その表に基づき、親弁の弁開度に見合った（対応した）流量を流すための子弁の弁開度（対応弁開度）、及び子弁の開度に見合った（対応した）流量を流すための親弁の弁開度（対応弁開度）を求め、それぞれを折線関数として備え、その関数を利用して親弁と子弁の切替時の流量変動を極力抑えることによって、主蒸気温度を変動させることなく、主蒸気温度制御を継続するという思想に基づくものである。親弁と子弁との切替えは、後述の自動切替指令回路により自動で行ってもよく、あるいは手動で行ってもよい。手動で行う場合は、オペレータがモード切替スイッチを手動モードに選択し、使用する注水弁を任意に選択することによって、親子弁の切替えが可能になる。また、ボイラの蒸気発生負荷が変動するような系において、親弁と子弁を自動で切替えたいような場合には、オペレータがモード切替スイッチを自動にモードに選択することによって、ボイラ蒸気発生負荷量を監視し、閾値を設けて、ボイラの発生蒸気負荷が少ない場合は、自動的に子弁を選択し、ボイラの発生蒸気負荷が多い場合には、自動的に親弁を選択して任意の開度で親弁と子弁を自動切替することなども可能である。
【００１９】
以下、図面に基づき詳細に説明する。図８は、従来のボイラ主蒸気温度制御系統の概略図である。給水ポンプ１にて昇圧されたボイラ給水は、給水弁２と給水加熱器３を経由してボイラドラム４に給水され、燃料の燃焼によって加熱されて高圧蒸気となり排出される。この蒸気は過熱蒸気となっており、本蒸気にスプレー水を吹きかけることによって、蒸気の温度制御を行い、規定温度の高圧蒸気が製造される。製造された蒸気は主蒸気流量計１４を経て、高圧蒸気レシーバー７に一旦蓄積され、蒸気タービン等の各種高圧蒸気使用設備に分配されて使用される。
【００２０】
ここで、主蒸気温度の制御について、詳細に述べる。ボイラドラム４より排出された主蒸気は、１次過熱器（ＳＨ）５を通過して再加熱されたあと、２次過熱器（ＳＨ）６に導入され、更に加熱されて製品蒸気になる。このとき、２次過熱器６の入側に設置された２次過熱器入口蒸気温度計８によって、温度を計測され、その温度信号を２次過熱器入口蒸気温度調整計１１に入力し、設定値との偏差を補償すべく、注水弁（親弁）１２を制御し、２次過熱器６の入口蒸気温度を制御する。２次過熱器入口蒸気温度調節計１１の設定値は、２次過熱器出口蒸気温度調節計１０の出力信号が入力されたカスケード制御になっている。２次過熱器出口蒸気温度調節計１０は、２次過熱器６の出口に設置された２次過熱器出口蒸気温度計９の温度信号と設定値との偏差を補償するように制御信号を出力する。
【００２１】
図１に本発明の実施形態として本発明を適用したボイラ主蒸気温度制御系統を示す。なお、図８で説明した従来の制御系統と重複する部分については説明を省略し、相違点のみを説明する。プロセスフローの違いとしては、互いに最大通過流量の異なる注水弁が２台並列に設置されていることであり、本発明を適用するボイラ主蒸気温度制御系統は、通常のボイラ負荷制御範囲の主蒸気温度を制御する注水弁（親弁）１２に加えて、低負荷時のボイラの主蒸気温度を制御する注水弁（子弁）１３を備える。２次過熱器入口蒸気温度調節計１１の出力信号はこの２台の注水弁１２，１３に出力され、本発明の一実施形態のボイラの蒸気温度制御（注水弁の切替制御）が行われる。
【００２２】
図２に本発明のボイラの蒸気温度制御装置としての２次過熱器出口蒸気温度制御回路の一例を示す。
制御信号の流れは、図８で説明した主蒸気温度の制御と同じであるが、２次過熱器入口蒸気温度調節計が２式設置されている点で異なる。２次過熱器入口蒸気温度調節計１１−１は、子弁１３を制御する調節計であり、２次過熱器入口蒸気温度調節計１１−２は、親弁１２を制御する調節計である。以後、説明を分かりやすくするため、２次過熱器入口蒸気温度調節計１１−１を子弁調節計、２次過熱器入口蒸気温度調節計１１−２を親弁調節計と呼ぶ。
【００２３】
親弁調節計１１−２と子弁調節計１１−１の制御出力は、同時に温度制御を行うことは無く、選択されたいずれか一方の調節計が一方の注水弁による主蒸気温度の制御を実施し、他方の調節計は、現状の注水量（制御中の一方の注水弁の弁開度での流量）に見合った（対応した）他方の注水弁の開度（対応弁開度）をトラッキングしながら、当該他方の注水弁を全閉状態（非制御状態）とする。例えば、親弁調節計１１−２が選択されているときは、切替回路１７より出力される第２スイッチＳＷ２の切替信号Ｄ３がＯＦＦ状態となっており、親弁調節計１１−２の出力はＰＩＤ演算がなされた制御出力が選択され、親弁１２による主蒸気温度制御を行っている。一方、子弁調節計１１−１を選択すると、切替回路１７より出力される第１スイッチＳＷ１の切替信号Ｄ４がＯＦＦ状態となり、子弁調節計の出力はＰＩＤ演算がなされた制御出力が選択され、子弁１３による主蒸気温度制御を開始する。この時の子弁１３の制御開始の弁開度は、切替回路１７から子弁調節計１１−１に出力され、待機していた開度信号Ｄ２であり、この値は、親弁１２の弁開度での通過流量に見合う（対応した）流量を流すのに必要な子弁１３の弁開度（対応弁開度）である。親弁調節計１１−２では、このタイミングで第２スイッチＳＷ２の切替信号Ｄ３がＯＮし、切替回路１７からの開度信号Ｄ１の信号によって、親弁調節計１１−２の出力が０％とされ、親弁１２が全閉になる。
【００２４】
子弁１３による主蒸気温度制御から、親弁１２による主蒸気温度制御に切替える場合も同様である。親弁調節計１１−２を選択すると、切替回路１７より出力される第２スイッチＳＷ２の切替信号Ｄ３がＯＦＦ状態となり、親弁調節計１１−２の出力はＰＩＤ演算がなされた制御出力が選択され、親弁１２による主蒸気温度制御を開始する。この時の親弁１２の制御開始の弁開度は、切替回路１７から親弁調節計１１−２に出力され、待機していた開度信号Ｄ１であり、この値は、子弁１３の弁開度での通過流量に見合う（対応した）流量を流すのに必要な親弁１２の弁開度（対応弁開度）である。子弁調節計１１−１では、このタイミングで第１スイッチＳＷ１の切替信号Ｄ４がＯＮし、切替回路１７からの開度信号Ｄ２によって、子弁調節計１１−１の出力が０％とされ、子弁１３が全閉になる。
【００２５】
切替回路１７には、この他にも、子弁調節計１１−１の出力信号Ｃ１と親弁調節計１１−２の出力信号Ｃ２とが入力されている。また、自動切替指令回路１８から切替関連信号Ｂ１〜Ｂ５を受信するとともに、自動切替指令回路１８に、切替完了指令Ｄ５を出力する。
【００２６】
自動切替指令回路１８には、この他に、主蒸気流量計１４の蒸気流量信号、親弁／子弁切替スイッチ１６の親弁モードＡ１、子弁モードＡ２の選択信号、自動／手動切替スイッチ１５の手動モードＡ３、自動モードＡ４の選択信号が入力される。これらの制御系の切替えは、切替回路１７と自動切替指令回路１８を用いて実現する。
【００２７】
図３に自動切替指令回路１８を示す。
自動切替指令回路１８は、親弁選択指令Ｂ４、子弁選択指令Ｂ５、親弁切替指令Ｂ２、子弁切替指令Ｂ３、及び親子弁切替中信号Ｂ１を構築するものであり、切替回路１７に各信号を出力して親弁１２と子弁１３の切替を実現する。手動モードＡ３が選択されているときに、親弁モードＡ１を選択すると、親弁選択指令Ｂ４、親弁切替指令Ｂ２、及び親子弁切替中信号Ｂ１が成立し、親弁１２と子弁１３の切替えが行われる。切替回路１７より切替完了信号Ｄ５が返ってくると親弁切替指令Ｂ２、及び親子弁切替中信号Ｂ１は脱落する。同様に、手動モードＡ３が選択されているときに、子弁モードＡ２を選択すると、子弁選択指令Ｂ５、子弁切替指令Ｂ３、及び親子弁切替中信号Ｂ１が成立し、親弁１２と子弁１３の切替えが行われる。切替回路１７より切替完了信号Ｄ５が返ってくると子弁切替指令Ｂ３と親子弁切替中信号Ｂ１は脱落する。また、自動モードＡ４が選択されているときに、主蒸気流量の信号が、主蒸気流量高規定値Ｈを超えると親弁選択指令Ｂ４、親弁切替指令Ｂ２、及び親子弁切替中信号Ｂ１が成立し、親弁１２と子弁１３の切替えが行われる。切替回路１７より切替完了信号Ｄ５が返ってくると親弁切替指令Ｂ２、及び親子弁切替中信号Ｂ１は脱落する。同様に、自動モードＡ４が選択されているときに、主蒸気流量の信号が、主蒸気流量低規定値Ｌより下がると子弁選択指令Ｂ５、子弁切替指令Ｂ３、及び親子弁切替中信号Ｂ１が成立し、親弁１２と子弁１３の切替えが行われる。切替回路１７より切替完了信号Ｄ５が返ってくると子弁切替指令Ｂ３、及び親子弁切替中信号Ｂ１は脱落する。以上の動作によって、手動モード時は、オペレータによるモードスイッチの切替操作によって、任意に親弁１２と子弁１３の切替えを実施し、自動モード時は、ボイラ負荷（主蒸気流量）の高低によって、自動的に親弁１２と子弁１３の切替えを実施することが可能となる。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｉに、本発明のボイラの蒸気温度制御装置における切替制御装置としての切替回路１７のロジックを示し、図５に本ロジックに従って親弁１２と子弁１３の切替えを行った場合の切替タイムチャートを示す。
【００２９】
切替回路１７には、子弁調節計ＭＶ値Ｃ１、親弁調節計ＭＶ値Ｃ２、親弁切替指令Ｂ２、子弁切替指令Ｂ３、子弁選択指令Ｂ５、親弁選択指令Ｂ４、親子弁切替中信号Ｂ１が入力され、親弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ１、子弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ４、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３、子弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ２、切替完了信号Ｄ５が出力される。切替回路１７の各動作を切替タイムチャートを併用して説明する。なお、図４Ａ〜４Ｉにおいて「１」はオン、「０」はオフを示す。
【００３０】
初期状態として、注水弁（子弁）１３で主蒸気温度制御を行っている状態を想定する。このとき、図４Ａ及び図５に示すように、子弁選択指令Ｂ５がＯＮし、親弁選択指令Ｂ４はＯＦＦしている。また、親子弁切替中指令Ｂ１は既に前回の切替えを完了しているため、ＯＦＦ状態であり、切替完了信号Ｄ５もＯＦＦしている。このため、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３がＯＮし、子弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ４はＯＦＦしている。子弁調節計１１−１は、第１スイッチＳＷ１がＯＦＦとなり、ＰＩＤの出力が注水弁（子弁）１３の制御を行うとともに、子弁調節計ＭＶ値Ｃ１として、切替回路１７に戻り、ホールド回路及び子弁調節計ＭＶ値／親弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（１）を経由して親弁調節計変換ＭＶ値Ｃ３として、子弁調節計１１−１のＭＶ値をトラッキングしながら変換後の親弁開度信号として待機している状態にある。一方、親弁調節計１１−２は、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３がＯＮのため、第２スイッチＳＷ２もＯＮし、親弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ１が０％であるため、注水弁（親弁）１２は全閉状態にある。この時点では、親弁切替指令Ｂ２及び子弁切替指令Ｂ３はＯＦＦ状態である。
【００３１】
最初に、子弁１３で主蒸気温度制御を行っている状態から、親弁１２に切替える場合の動作を説明する。図４Ｂ及び図５に示すように、親弁選択指令Ｂ４が手動モード、または自動モードの指令によってＯＮされると、子弁選択指令Ｂ５はＯＦＦとなり、親子弁切替中信号Ｂ１がＯＮ状態となる。このため、図４Ｃ及び図５に示すように、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３はＯＮのままであるが、子弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ４もＯＮする。子弁調節計１１−１は、第１スイッチＳＷ１がＯＮとなり、親子弁切替中指令Ｂ１がＯＮとなるため、閉指令関数が作動し、子弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ２がＴｓ／フルスケールの操作速度で０％に変化する。本動作によって、注水弁（子弁）１３は全閉となる。親弁調節計１１−２は、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３がＯＮしているため、第２スイッチＳＷ２がＯＮし、親弁切替指令Ｂ２がＯＮになった瞬間の子弁調節計ＭＶ値Ｃ１信号をホールドし、子弁調節計ＭＶ値／親弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（１）にて変換された親弁調節計変換ＭＶ値Ｃ３になるまで、親弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ１を変化させ、注水弁（親弁）１２を開放する。以上の動作によって、図４Ｄ及び図５に示すように、切替完了信号Ｄ５が成立し、その後、図４Ｅ及び図５に示すように、親子弁切替中信号Ｂ１がＯＦＦし、親子弁の切替が完了し、切替完了信号Ｄ５もＯＦＦする。以後、親弁調節計１１−２は、第２スイッチＳＷ２がＯＦＦし、ＰＩＤの出力が注水弁（親弁）１２の制御を行うとともに、親弁調節計ＭＶ値Ｃ２として、切替回路１７に戻り、ホールド回路及び親弁調節計ＭＶ値／子弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（２）を経由して子弁調節計変換ＭＶ値Ｃ４として、親弁調節計１１−２のＭＶ値をトラッキングしながら変換後の子弁開度信号として待機している状態になる。
【００３２】
次に、親弁１２で主蒸気温度制御を行っている状態から、子弁１３に切替える場合の動作を説明する。図４Ｆ及び図５に示すように、子弁選択指令Ｂ５が手動モード、または自動モードの指令によってＯＮされると、親弁選択指令Ｂ４はＯＦＦとなり、親子弁切替中信号Ｂ１がＯＮ状態となる。このため、図４Ｇ及び図５に示すように、子弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ４はＯＮのままであるが、親弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ３もＯＮする。親弁調節計１１−２は、第２スイッチＳＷ２がＯＮとなり、親子弁切替中指令Ｂ１がＯＮとなるため、閉指令関数が作動し、親弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ１がＴｓ／フルスケールの操作速度で０％に変化する。本動作によって、注水弁（親弁）１２は全閉となる。子弁調節計１１−１は、子弁調節計ＭＶ切替中指令Ｄ４がＯＮしているため、第１スイッチＳＷ１がＯＮし、子弁切替指令Ｂ３がＯＮになった瞬間の親弁調節計ＭＶ値Ｃ２信号をホールドし、親弁調節計ＭＶ値／子弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（２）にて変換された子弁調節計変換ＭＶ値Ｃ４になるまで、子弁調節計切替中ＭＶ値Ｄ２を変化させ、注水弁（子弁）１３を開放する。以上の動作によって、図４Ｈ及び図５に示すように、切替完了信号Ｄ５が成立し、その後、図４Ｉ及び図５に示すように、親子弁切替中信号Ｂ１がＯＦＦし、親子弁の切替が完了し、切替完了信号Ｄ５もＯＦＦする。以後、子弁調節計１１−１は、第１スイッチＳＷ１がＯＦＦし、ＰＩＤの出力が注水弁（子弁）１３の制御を行うとともに、子弁調節計ＭＶ値Ｃ１として、切替回路１７に戻り、ホールド回路及び子弁調節計ＭＶ値／親弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（１）を経由して親弁調節計変換ＭＶ値Ｃ３として、子弁調節計１１−１のＭＶ値をトラッキングしながら変換後の親弁開度信号として待機している状態になる。
【００３３】
本回路に用いている減算器は、プラスの入力信号から、マイナスの入力信号を減算し、結果の信号を出力するものである。一致検出器とは、規定値信号（定数）と入力信号を比較し、一致した場合にＯＮ信号を出力するものである。閉指令関数とは、閉指令関数ＯＮ信号がＯＦＦの場合には、入力信号をそのまま出力し、ＯＮになると現状の入力信号をＴｓ／フルスケールの速さで０％に変化させ、以後、０％のままとなる関数発生器である。ホールド回路とは、ホールド指令が入力された瞬間の信号をホールドし、解除されると、現状の入力信号をそのまま出力するものである。
【００３４】
図６は親子弁調節計ＭＶ値変換関数を説明するものであり、前述した子弁調節計ＭＶ値／親弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（１）、及び親弁調節計ＭＶ値／子弁調節計ＭＶ値変換関数ｆ（２）を決定する方法である。
【００３５】
本関数は、親子弁の弁開度と当該弁開度のときの通過流量を示した弁開度−流量特性関数である。一般的に、制御弁を購入した場合、弁開度−流量特性表のような資料が提示されることは少なく、代わりに、弁開度と、Ｃｖ値比を表したＣｖ特性表と、最大流量Ｆmaxとそのときの最大Ｃｖ値Ｃｖmax、及び最小流量Ｆminとそのときの最小Ｃｖ値Ｃｖminが提示されるのみである。このため、これらの値から、弁開度−流量特性関数を作成する必要がある。
【００３６】
手順としては、まず、図６（ａ）に示すＣｖ値特性表を基にして、図６（ｂ）に示すように弁開度−Ｃｖ値比特性表を作成する。この中には、最大流量Ｆmax時の最大弁開度Ｘmaxとそのときの最大Ｃｖ値比Ｃｖmax／Ｃｖmax、及び最小流量Ｆmin時の最小弁開度Ｘminとそのときの最小Ｃｖ値比Ｃｖmin／Ｃｖmaxを折り込む。これらの値は既知であることから、最大流量Ｆmax時のＣｖmax／Ｃｖmax、最小流量Ｆmin時のＣｖmin／Ｃｖmaxの値が分かる。
【００３７】
Ｃｖ値は弁の容量を示す数値であり、流体の流量、流体の比重、弁前後の差圧の関数となるが、流体の比重は一定であり、弁前後の差圧は厳密に言えば弁開度によって変化するが、大きな変化ではないため一定とみなすことができる。従ってＣｖ値を流量の関数とみなす。このため、以下のような一次関数による連立方程式を作成し、係数ａ、ｂを求める。
Ｙ＝ａＦ  ＋  ｂ
但し、ＹはＣｖ値比、Ｆは流量、ａ、ｂは係数である。
これを流量の式に変換し、
Ｆ＝（Ｙ＋ｂ）／ａ  として弁開度−Ｃｖ値比特性表のＣｖ値比を代入することで、Ｆ：流量を求めることができ、図６（ｃ）に示すような弁開度−流量特性表を作成することができる。
【００３８】
この弁開度−流量特性表を親弁１２及び子弁１３のそれぞれについて作成し、図７上段に示すように、子弁開度−流量特性表、及び親弁開度−流量特性表を作成する。これらの特性表から、流量を基準にして、図７下段左側に示す子弁開度−親弁開度の変換特性表を作成し、これを子弁調節計ＭＶ値／親弁調節計ＭＶ値変換関数：ｆ（１）とする。また、図７下段右側に示す親弁開度−子弁開度の変換特性表を作成し、これを親弁調節計ＭＶ値／子弁調節計ＭＶ値変換関数：ｆ（２）とする。以上の作業によって、親子弁調節計のＭＶ値変換関数を作成することが可能になる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態によれば、ボイラの蒸気温度制御において、温度制御用に最大通過流量の異なる２台の注水弁１２，１３を設けたことにより、ボイラの蒸気負荷調整範囲を拡張することができる。また、２台の注水弁１２，１３の弁開度と流量特性を加味した弁の切替開度を求めることによって、ボイラの運転中でも任意の開度で注水弁をバンプレスに切替え、蒸気温度を変動させることなく、蒸気温度制御を継続させることが可能となる。さらに、２台の２次過熱器出入口蒸気温度調節計１０，１１により、ボイラ蒸気負荷の常用範囲と低流量域で調節計の出力を切替えて運転することで、低流量域と高流量域で調節計のゲインが異なる場合においても、個別にＰＩＤゲインを設定できるため、トータル的な制御の安定性を向上させることができる。
【００４０】
また、親弁１２と子弁１３の切替速度を決定する閉指令関数の動作速度Ｔｓを可変可能に構成する有利な態様によれば、例えば、２次過熱器入口蒸気温度調節計１１の制御出力が激しく変動している制御系においては、Ｔｓ時間を短く設定して短期間で切替え、反対に比較的安定している制御系では、Ｔｓ時間を長めに設定してゆっくり切替えて安定性を確保するなど、個々の制御系に見合った切替速度のチューニングを行うことなども可能である。
【００４１】
また、注水弁が１台しかない既存のボイラを、改善によってもう１台注水弁を増設しようとする場合など、既設の注水弁のポジショナーの再調整が不要であり、改造作業が簡便になる。
【００４２】
さらに、本発明の応用として、ボイラの蒸気発生負荷が変動するような系において、ボイラ蒸気発生負荷量を監視し、閾値を設けて、ボイラの発生蒸気負荷が少ない場合は、自動的に子弁を選択し、ボイラの発生蒸気負荷が多い場合には、自動的に親弁を選択して任意の開度で親子弁を自動で切り替えるようにしてもよく、このようにした場合には連続して安定的にボイラの発生蒸気量を調整することが可能となり、蒸気発生プラントの弾力的な運用が可能となるという効果もある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明により、親弁と子弁の切替えにおいて、ボイラの運転中でも任意の開度で親子弁をバンプレスに切替え、ボイラの蒸気温度を変動させることなく、蒸気温度制御を継続する方法及び装置を提供することが可能になる。
【符号の説明】
【００４４】
１    給水ポンプ
２    給水弁
３    給水加熱器
４    ボイラドラム
５    １次過熱器
６    ２次過熱器
７    高圧蒸気レシーバー
８    ２次過熱器入口蒸気温度計
９    ２次過熱器出口蒸気温度計
１０  ２次過熱器出口蒸気温度調節計
１１  ２次過熱器入口蒸気温度調節計
１２  注水弁（親弁）
１３  注水弁（子弁）
１４  主蒸気流量計
１５  自動／手動切替スイッチ
１６  親弁／子弁切替スイッチ
１７  切替回路
１８  自動切替指令回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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