(57)【要約】【課題】排熱回収システム（１０）を提供する。【解決手段】過熱器（６０、６２）は、蒸気経路中に過熱蒸気流を生成する。中間過熱低減器（６４）に結合された制御弁（６８）は、中間過熱低減器（６４）への温度調節液の流れを制御する。制御弁（６８）および中間過熱低減器（６４）に結合されたコントローラ（６６）は、温度調節液の所望の流量を求めるフィードフォワードコントローラ（９２）および求めた温度調節液の流量の誤差を補償して、過熱器（６２）からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁（６８）を通じて中間過熱低減器（６４）の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めるトリミングフィードバックコントローラ（９６）をさらに含む。コントローラ（６６）は、弁への流れの特性に基づいて、制御弁需要を求め、制御弁（６８）を操作し、所望の温度調整流量を注入して、過熱器（６２）への入口の上流側で温度調節を実施する。【選択図】図１
2010223579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気流を受ける蒸気経路中の、過熱蒸気流を生成するように構成された少なくとも１つの過熱器（６０、６２）または再熱器と、
温度調節液を前記蒸気経路に注入する中間過熱低減器（６４）と、
前記中間過熱低減器（６４）に結合された制御弁（６８）であって、前記中間過熱低減器（６４）への前記温度調節液の流れを制御するように構成される制御弁（６８）と、
開ループ温度調節液の所望の流量を求めるように構成されたフィードフォワードコントローラ（９２）と、求めた開ループ温度調節液の流量の誤差を補償して、前記過熱器（６２）からの蒸気の出口温度に基づいて、前記制御弁（６８）を通じて前記中間過熱低減器（６４）の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めるように構成されたトリミングフィードバックコントローラ（９６）とを備えるコントローラ（６６）であって、
弁への流れの特性に基づいて、制御弁需要を決定し、
前記中間過熱低減器（６４）の前記制御弁（６８）を操作し、
前記中間過熱低減器（６４）を介して前記所望の流量を注入して、前記過熱器（６２）への入口の上流側で温度調節を実施する
ようにさらに構成されたコントローラ（６６）と
を備える排熱回収システム（１０）。
【請求項２】
前記過熱器（６０、６２）に蒸気を送達するように蒸気経路中の蒸発器（４２、５０、５８）または蒸気ボイラドラムを構成することができる請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項３】
前記過熱器（６０、６２）が、共に前記蒸気経路中にあり、前記蒸発器（４２、５０、５８）からの蒸気を過熱するように構成された前記１次過熱器（６０）および最終過熱器（６２）をさらに備える請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項４】
前記制御弁需要が、流量需要、弁係数、密度、および前記制御弁（６８）にわたる圧力の変化に基づいて求められる請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項５】
前記コントローラ（６６）から分離され、前記最終過熱器（６２）の入口での蒸気温度を飽和温度より上に維持するように構成された急冷防止コントローラ（１０８）をさらに備える請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項６】
前記コントローラ（６６）が、前記最終過熱器（６２）への蒸気の入口温度が蒸気の飽和温度を所定の安全値だけ超過していないときはいつでも、温度調節を迂回するように構成される請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項７】
前記コントローラ（６６）が、前記最終過熱器（６２）への煙道ガスの入口温度、前記最終過熱器（６２）への蒸気または煙道ガスの入口圧力、前記最終過熱器（６２）への蒸気または煙道ガスの入口流量、弁係数、密度、入口過熱低減器圧力、入口過熱低減器温度、またはそれらの組合せを含む入力変数に少なくとも部分的に基づく請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項８】
前記コントローラ（６６）が、実験データベースのモデル、熱力学ベースのモデル、またはそれらの組合せを含むモデルベースの予測温度制御論理機構を有する請求項１記載の排熱回収システム（１０）。
【請求項９】
排熱回収システム（１０）の最終過熱器（６２）からの蒸気の出口温度を制御する方法（７０）であって、
フィードフォワードコントローラ（９２）を介して開ループ温度調節液の所望の流量を求めること、
トリミングフィードバックコントローラ（９６）を介して、求めた開ループ温度調節液の流量の誤差を補償すること、
排熱回収システム（１０）の最終過熱器からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁（６８）を通じて中間過熱低減器（６４）の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めること、
弁への流れの特性に基づいて制御弁需要を求めること、
前記中間過熱低減器（６４）の前記制御弁（６８）を操作すること、および
温度調節液の前記所望の流量を注入し、前記最終過熱器（６２）への入口の上流側で温度調節を実施すること
を含む方法（７０）。
【請求項１０】
温度調節を実施することが、前記最終過熱器（６２）への入口の上流側で制御弁（６８）を開くことを含み、前記制御弁（６８）を開くことにより、前記蒸気と共に経路に温度調節液が導入され、前記温度調節液が前記蒸気よりも冷たい請求項９記載の方法（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には温度を制御する制御システムに関する。より具体的には、本発明は、複合サイクル発電適用分野における排熱回収（ＨＲＳＧ）システムで使用することのできる、中間温度調節に関する蒸気の温度制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＲＳＧシステムは、非常に高い出口温度の蒸気を生成することができる。具体的には、ＨＲＳＧシステムは、蒸気タービンで使用する前に蒸気を過熱することのできる過熱器を含むことができる。過熱器からの出口蒸気が十分に高い温度に達する場合、蒸気タービン、ならびにＨＲＳＧの下流側の他の装置が悪影響を受ける可能性がある。例えば、蒸気配管および蒸気タービン内の高循環熱応力により、最終的に寿命が短くなる可能性がある。ある場合には、過剰な温度のために、制御措置がガスタービンおよび／または蒸気タービンをトリップする可能性がある。この結果、発電が失われる可能性があり、それにより、プラントの収入およびオペラビリティが低下する可能性がある。蒸気温度の制御が不十分であることによっても蒸気配管および蒸気タービン内の高循環熱応力が生じ、蒸気配管および蒸気タービンの耐用寿命に影響を及ぼす可能性がある。従来型制御システムは、ＨＲＳＧシステムからの出口蒸気の温度を監視および制御する助けとなるように考案されている。遺憾ながら、こうした制御システムではしばしば、過渡期の間に温度が行き過ぎることが許され、その場合、例えば過熱器の入口温度が急激に上昇する。
【０００３】
逆に、高い出口蒸気温度を制御することを試みている間、別の潜在的な悪い温度調節制御効果がある。温度が低くなり過ぎ、その結果、ほぼ飽和した過熱低減器液が、過熱器、相互接続配管、または蒸気タービンを通じて流れる危険がある。制御安定性問題はまた、過熱低減器の下流側の蒸気システムの循環寿命を使用する可能性があり、温度調節システム弁、ポンプなどの寿命に影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
具体的には、一般的に使用される非モデルベース技法は、最終高圧過熱器から出る所望の蒸気温度と実際の蒸気温度との差に基づいて最終高圧過熱器に入る蒸気に関する設定温度を外部ループが生成する制御構造からなる。外部ループ比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラが、内部ループＰＩＤコントローラに関する設定温度を確立することができる。制御論理の内部ループは、実際の温度と設定温度との差に基づいて制御弁を駆動し、蒸気が最終高圧過熱器に入る前に蒸気温度を適切に低減することができる。遺憾ながら、この技法は、ガスタービン出力の過渡的変化中に蒸気温度行過ぎを制御するように常に働くわけではない可能性がある。さらに、この技法はしばしば、すべての潜在的過渡事象中に満足の行く動作を検証するために多大のチューニングを必要とする可能性がある。
【０００５】
非モデルベース技法に伴う行過ぎ問題に関して、ガスタービンからの排気ガスの温度が上昇するにつれて、最終高圧過熱器内に存在する蒸気の温度は、設定温度を超えて上昇する可能性があるだけでなく、排気ガスの温度が低下し始めた後であっても最大許容温度を行き過ぎ続ける可能性がある。この行過ぎ問題は、部分的には、最終高圧過熱器で使用される金属の塊によって引き起こされる著しい加熱遅れが存在するためである可能性がある。温度調節に影響を及ぼす他の要素には、温度調節弁のタイプおよびサイジング、過熱低減器液供給ポンプの動作状態、使用される装置間の距離、使用される装置の他の制限、センサの位置および精度などが含まれる可能性がある。この行過ぎ問題はまた、ガスタービン排気温度が急激に変化するときに、より深刻となる可能性がある。
【０００６】
従来型過熱低減器制御論理機構は、対話式の長いチューニングサイクルを必要とする。モデルベースの予測技法は、外部ループ（フィードバックとフィードフォワードの何らかの組合せ）が最終過熱器（ＦＳＨ）から出る所望の蒸気温度と実際の蒸気温度との差に基づいて最終過熱器（ＦＳＨ）に入る蒸気（すなわち、ＦＳＨの入口での蒸気）に関する設定温度を生成するカスケーディング制御構造からなる。内部ループが、ＦＳＨへの入口に関する実際の温度と設定温度との差に基づいて過熱低減器弁を駆動し、蒸気がＦＳＨに入る前に蒸気温度を適切に低減する。カスケード制御構造が存在するために、あるコントローラの変化が他のコントローラの性能に影響を及ぼすので、制御チューニングは容易ではない。これにより、対話式の長いチューニングサイクルが必要となる。市場の競争が激しく、受注スケジュールが厳しいため、そのようなコントローラは結局は最適にはチューニングされない可能性があり、したがってシステム全体の長期的性能に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，４２２，０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、安定するように容易にチューニング可能であり、大きな温度行過ぎも防止し、ほぼ飽和した過熱低減器液が過熱低減器の下流側の蒸気システムを通じて流れるのを防止する、排熱回収システムでの改良型の温度制御システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、排熱回収システム（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｓｙｓｔｅｍ）が提供される。この排熱回収システムは、蒸気流を受ける蒸気経路中の、過熱蒸気流を生成するように構成された少なくとも１つの過熱器を含む。このシステムはまた、温度調節液を蒸気経路に注入する中間過熱低減器をも含む。このシステムは、中間過熱低減器に結合された制御弁をさらに含む。制御弁は、中間過熱低減器への温度調節液の流れを制御するように構成される。このシステムはまた、制御弁および中間過熱低減器に結合されたコントローラをも含む。コントローラは、フィードフォワードコントローラおよびトリミングフィードバックコントローラをさらに含む。フィードフォワードコントローラは、温度調節液の所望の流量を求めるように構成され、トリミングフィードバックコントローラは、求めた温度調節液の流量の誤差を補償して、過熱器からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁を通じて中間過熱低減器の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めるように構成される。コントローラはまた、弁への流れの特性に基づいて、制御弁需要を求める。コントローラはさらに、中間過熱低減器の制御弁を操作し、中間過熱低減器を介して所望の温度調節流量を注入して、過熱器への入口の上流側で温度調節を実施する。
【００１０】
別の実施形態では、排熱回収システムの最終過熱器からの蒸気の出口温度を制御する方法が提供される。この方法は、フィードフォワードコントローラを介して開ループ温度調節液の所望の流量を求めることを含む。この方法はまた、トリミングフィードバックコントローラを介して、求めた開ループ温度調節液の流量の誤差を補償して、排熱回収システムの最終過熱器からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁を通じて中間過熱低減器の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めることをも含む。この方法はまた、弁への温度調節流の特性に基づいて、制御弁需要を求めることをも含む。この方法は、中間過熱低減器の制御弁を操作して、所望の温度調節量を注入し、最終過熱器への入口の上流側で温度調節を実施することをさらに含む。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、コントローラが提供される。このコントローラは、制御弁および中間過熱低減器に結合される。このコントローラは、フィードフォワードコントローラおよびトリミングフィードバックコントローラをさらに含む。フィードフォワードコントローラは、温度調節液の所望の流量を求めるように構成され、トリミングフィードバックコントローラは、求めた温度調節液の流量の誤差を補償して、過熱器からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁を通じて中間過熱低減器の入口に流れる温度調節液の正味の所望の流量を求めるように構成される。コントローラはまた、弁への流れの特性に基づいて、制御弁需要を求める。コントローラはさらに、中間過熱低減器の制御弁を操作して、中間過熱低減器を介して所望の温度調節流量を注入し、過熱器への入口の上流側で温度調節を実施する。
【００１２】
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むときに、本発明の上記およびその他の特徴、態様、および利点をより良く理解されよう。添付の図面では、同様の文字は図面全体を通して同様の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】単一ループ温度調節制御機構を有する複合サイクル発電システムの一実施形態の概略的流れ図である。
【図２】図１のシステムの単純ループ温度調節コントローラと共に給水温度調節を使用する中間温度調節システムの一実施形態の概略流れ図である。
【図３】図１のシステムの過熱器からの出口蒸気温度を制御する方法の流れ図である。
【図４】単一ループ温度調節コントローラおよび急冷防止コントローラを有するコントローラ構造の別の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本技法は、一般には、最終過熱器の上流側の中間温度調節システムの動作を制御し、最終過熱器からの出口温度をさらに制御する制御システムおよび方法を対象とする。制御システムは、フィードフォワード制御機構およびフィードバック制御機構を含み、温度調節流を、温度を制御する弁需要に変換する弁特性計算を利用する。具体的には、制御システムの実施形態は、最終過熱器からの蒸気の出口温度が設定温度を超過したかどうか、ならびに最終過熱器への蒸気の入口温度が蒸気の飽和温度に近づき、または蒸気の飽和温度未満であるかどうかに基づいて、温度調節が望ましいかどうかを判定することができる。
【００１５】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つまたは複数があることを意味するものとする。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「ｈａｖｉｎｇ」という用語は、包括的なものであり、列挙される要素以外の追加の要素が存在する可能性があることを意味するものとする。動作パラメータのどんな例も、開示される実施形態の他のパラメータを除外するものではない。
【００１６】
図１は、以下で詳細に論じる、温度制御システムを有する複合サイクル発電システム１０の例示的実施形態の概略的流れ図である。システム１０は、第１負荷１４を駆動するガスタービン１２を含むことができる。ガスタービン１２は、タービン１６および圧縮器１８を含むことができる。システム１０はまた、第２負荷２２を駆動する蒸気タービン２０をも含むことができる。第１負荷１４および第２負荷２２は、電力を生成する発電機でよく、またはガスタービン１２および蒸気タービン２０で駆動することのできる他のタイプの負荷でよい。さらに、ガスタービン１２と蒸気タービン２０をタンデムで使用して、単軸を介して単一の負荷を駆動することもできる。図示される実施形態では、蒸気タービン２０は、低圧ステージ２４、中圧ステージ２６、および高圧ステージ２８を含むことができる。しかし、蒸気タービン２０ならびにガスタービン１２の特定の構成は、実装に特有のものでよく、任意のステージの組合せを含むことができる。
【００１７】
複合サイクル発電システム１０はまた、多段排熱回収装置（ＨＲＳＧ）３０をも含むことができる。図示されるＨＲＳＧシステム３０は、ＨＲＳＧシステムの一般的動作の単純化した図であり、限定的ではないものとする。ガスタービン１２からの排気ガス３２を使用して、ＨＲＳＧ３０内の蒸気を加熱することができる。蒸気タービン２０の低圧ステージ２４からの排気をコンデンサ３４に向けて送ることができる。復水（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）ポンプ３６を用いて、コンデンサ３４からの復水をＨＲＳＧ３０の低圧区間に向けて送ることができる。復水は、まず低圧エコノマイザ３８（ＬＰＥＣＯＮ）を通じて流れることができ、ＬＰＥＣＯＮ３８を使用して復水を加熱することができ、次いで復水を低圧ドラム４０に向けて送ることができる。復水を低圧ドラム４０から低圧蒸発器４２（ＬＰＥＶＡＰ）にくみ上げることができ、ＬＰＥＶＡＰ４２が低圧ドラム４０に蒸気を戻すことができる。低圧ドラム４０からの蒸気を蒸気タービン２０の低圧ステージ２４に送ることができる。低圧ドラム４０からの復水を中圧ボイラ給水ポンプ４６で中圧エコノマイザ４４（ＩＰＥＣＯＮ）にくみ上げることができ、次いで復水を中圧ドラム４８に向けて送ることができる。復水を中圧ドラム４８から中圧蒸発器５０（ＩＰＥＶＡＰ）にくみ上げることができ、ＩＰＥＶＡＰ５０は、中圧ドラム４８に蒸気を戻すことができる。中圧ドラム４８からの蒸気を蒸気タービン２０の中圧ステージ２６に送ることができる。低圧ドラム４０からの復水を高圧ボイラ給水ポンプ５４で高圧エコノマイザ５２（ＨＰＥＣＯＮ）にもくみ上げることができ、次いで高圧ドラム５６に向けて送ることができる。復水を高圧ドラム５６から高圧蒸発器５８（ＨＰＥＶＡＰ）にくみ上げることができ、ＨＰＥＶＡＰ５８は、高圧ドラム５６に蒸気を戻すことができる。
【００１８】
最後に、高圧ドラム５６から出る蒸気を１次高圧過熱器６０および最終高圧過熱器６２に向けて送ることができ、そこで蒸気が過熱され、最終的に蒸気タービン２０の高圧ステージ２８に送られる。蒸気タービン２０の高圧ステージ２８からの排気を蒸気タービン２０の中圧ステージ２６に向けて送ることができ、蒸気タービンの中圧ステージ２６からの排気を蒸気タービン２０の低圧ステージ２４に向けて送ることができる。ある実施形態では、１次高圧過熱器６０および最終高圧過熱器６２と共に１次および２次再熱器を使用することもできる。この場合も、図示される実施形態は単に、ＨＲＳＧシステムの一般的動作を例示するものに過ぎないので、エコノマイザ、蒸発器、および蒸気タービンの間の接続は、実装ごとに異なる可能性がある。
【００１９】
ＨＲＳＧシステムのプロセスの効率と、関連する装置、過熱器、および再熱器を含む蒸気タービン２０の寿命とを維持するために、中間温度調節を使用して、ＨＲＳＧ３０から出る蒸気の堅牢な温度制御を達成することができる。１次高圧過熱器６０と最終高圧過熱器６２との間に中間過熱低減器６４を配置することができる。中間過熱低減器６４により、最終高圧過熱器６２からの蒸気の出口温度をより堅牢に制御することが可能となる。最終高圧過熱器６２からの蒸気出口温度をより正確に制御するために、単純ループ温度調節制御機構によって中間過熱低減器６４を制御することができる。中間過熱低減器６４は、例えば、適切なら蒸気経路への給水スプレーなどのより冷たい高圧給水を可能にすることによって蒸気の温度を制御することができる。この場合も、図１に示されていないが、再熱器からの出口蒸気温度を温度調節するために、１次および／または２次再熱器を専用の温度調節装置と関連付けることもでき、または１次および／または２次再熱器は、中間過熱低減器６４を使用することもできる。
【００２０】
図２は、図１のシステム１０の単一ループ温度調節コントローラ６６と共に温度調節液を使用する中間温度調節システムの一実施形態の概略的流れ図である。温度調節液は、過熱器への蒸気の入口温度よりも低い温度である。一実施形態では、中間過熱低減器６４が、排熱回収システムとは無関係に、蒸気プロセス配管源から温度調節液を受けることができる。別の実施形態では、中間過熱低減器６４は、蒸発器またはドラムから温度調節液を受けることができる。コントローラ６６が制御弁６８および中間過熱低減器６４に結合され、最終過熱器６２からの蒸気の出口温度に基づいて、制御弁６８を通じて中間過熱低減器６４の入口に流れる、水および蒸気を含む温度調節液の正味の所望の流量を求めるように構成される。制御弁６８は、適切などんなタイプの弁でもよい。しかし、どんなタイプの弁を使用するとしても、コントローラ６６が、制御弁６８の動作に影響を及ぼすことができる。コントローラ６６はさらに、弁への流れの特性に基づいて制御弁需要を決定し、中間過熱低減器６４を介して所望の流量の温度調節液を注入し、最終過熱器６２への入口の上流側で温度調節を実施する。一実施形態では、本発明は、フィードフォワードおよびフィードバックならびに飽和限界に基づいて圧力変動、密度、および補正後の流れを補償する間の制御弁の弁リフトの関数として制御弁需要または流れを表すデータを動的に計算する弁管理技法を含む。
【００２１】
図２に示されるように、本発明の一実施形態では、中間過熱低減器コントローラ６６への様々な入力は、例えば、最終高圧過熱器６２の入口での蒸気温度Ｔｉｎ、最終高圧過熱器６２から出る蒸気温度Ｔｏｕｔ、過熱低減器入口での蒸気温度Ｔ１、および過熱低減器水温度Ｔ２を含むことができる。別の実施形態では、中間過熱低減器コントローラ６６への他の入力は、過熱器管の数、過熱器管の長さ、管直径、およびガスタービン排気伝熱面積などの、幾何学的パラメータまたは構成パラメータを含むことができる。さらに別の実施形態では、コントローラ６６への別の入力パラメータは、排気ガスの流れ、過熱低減器入口圧力、過熱低減器水流、最終過熱器６２への蒸気流、最終高圧過熱器６２の入口の蒸気圧を含むことができる。
【００２２】
図３は、図１のシステム１０の過熱器からの出口蒸気温度を制御する方法７０の流れ図である。非限定的な例示的実施形態では、伝熱装置からの流体の出口温度を制御することのできる多数の異なるタイプのプロセスに方法７０を適用することもできる。ステップ７２で、システム１０について開始過熱器温度Ｔｓｔａｒｔおよび停止過熱器温度Ｔｅｎｄを求めることができる。開始過熱器温度Ｔｓｔａｒｔまたは停止過熱器温度Ｔｅｎｄは、最終過熱器６２の所望の出口温度よりも低くなるべきである。ステップ７４で、最終過熱器６２の温度が温度Ｔｅｎｄ以下に達する場合、温度調節プロセスを停止することができる。ステップ７６で、最終過熱器６２の温度が温度Ｔｓｔａｒｔ以上の温度に達する場合にのみ温度調節をトリガすることができる。さらにステップ７８で、最終過熱器６２からの蒸気の出口温度Ｔｏｕｔについて設定温度Ｔｓｐを設定することができる。蒸気タービン２０および関連する配管、弁、ならびに他の装置を保護することのできる任意の特定の温度に設定温度Ｔｓｐを設定することができる。別の実施形態では、設定温度Ｔｓｐは、最大許容温度の比率またはオフセット値を表すことができる。設定温度Ｔｓｐに関する適切な値は、例えば１０５０°Ｆでよい。ステップ８０で、温度調節液の正味の所望の流量ＷＴが、過熱低減器流量需要ＷＦＦおよびＷＰＩに基づいて求められ、過熱低減器流量需要ＷＦＦおよびＷＰＩは、フィードフォワードおよびフィードバックに基づく。
【００２３】
ステップ８２で、図２に示される最終過熱器６２の入口温度Ｔｉｎが蒸気の飽和温度Ｔｓａｔに所定のある安全値Δを加えたものよりも高いかどうかに基づいて、急冷防止過熱低減器液流量ＷＱを求めることができる。このステップは、蒸気が蒸気の飽和温度Ｔｓａｔよりも十分高いままとどまることを保証するために望ましいことがある。この決定は、蒸気テーブルおよび蒸気入口圧力Ｐｉｎを使用して行うことができる。蒸気の入口温度ＴｉｎがＴｓａｔ＋Δよりも高い場合、温度調節を許可することができる。しかし、蒸気の入口温度Ｔｉｎが既に現在はＴｓａｔ＋Δよりも低い場合、温度調節を迂回することができ、方法７０は戻って、後続の時間枠に関する状況を再評価することができる。この制御ステップは本質的に、結果として管内の応力または腐食が通常よりも高くなる、最終高圧過熱器６２の管に対する水衝撃を防止するためのスプレー温度調節のオーバーライドである。
【００２４】
したがって、蒸気の出口温度Ｔｏｕｔを設定温度Ｔｓｐよりも下に保つために温度調節が望ましいとステップ７６で判定される場合であっても、蒸気温度を飽和点よりも十分に上に維持するために温度調節を迂回することができる。言い換えれば、蒸気の出口温度Ｔｏｕｔが一時的に設定温度Ｔｓｐよりも上に上昇することを許可することができる。ステップ８４で、急冷防止過熱低減器液流量ＷＱを温度調節液流量ＷＴと共に含めることが望ましいかどうかを判定する。
【００２５】
ステップ８６で、中間過熱低減器の入口、および最終過熱器の入口での流量需要、弁係数、密度、および圧力の変化に基づいて弁需要を求める。制御弁需要は、フィードフォワードおよびフィードバックならびに飽和限界に基づいて圧力変動、密度、または補正後の流れを補償する間の制御弁の弁リフトの関数である流れと定義することができる。最後に、ステップ８８で、出口温度Ｔｏｕｔを所望のレベルに維持することができるように蒸気の入口温度Ｔｉｎを低減するために、最終高圧過熱器６２への入口の上流側で温度調節のプロセスを実施することができる。図２に関して上記で論じたように、温度調節は、制御弁６８を開いて、冷却された高圧給水スプレーを蒸気流に導入することを可能にすることを含むことができる。スプレーは、図２に示される最終高圧過熱器６２の入口温度Ｔｉｎを低減することができるように、蒸気流を冷却するように働くことができる。
【００２６】
図４は、単一ループ温度調節制御機構を有するコントローラ構造９０の一実施形態である。単一ループ内にフィードフォワードコントローラ９２を含むこのコントローラ構造９０は、フィードフォワード制御機構９２を使用して、最終過熱器６２からの蒸気の出口温度に基づいて、図２に示される制御弁６８を通じて中間過熱低減器６４の入口に流れる所望の流量の給水を求めるように構成される。単一ループ温度調節制御機構は、弁への流れの特性に基づいて制御弁需要を求めることができ、過熱低減器６４を介して所望の量の給水を注入し、最終過熱器６２への入口の上流側で温度調節を実施することができる。単純ループ温度調節制御の開示される実施形態は、フィードフォワード流量需要ＷＦＦおよびフィードバック流量需要ＷＦＢの和に基づいて補正後の流量需要ＷＴを求めるための、比例積分（ＰＩ）トリミングフィードバックコントローラ９６と並列のフィードフォワードコントローラ９２を備える。図示されるように、フィードフォワードコントローラ９２は、とりわけ過熱低減器入口での蒸気温度、過熱低減器入口圧力、過熱低減器水流、過熱低減器水温度、最終過熱器６２への蒸気流、最終高圧過熱器６２の入口での蒸気温度Ｔｉｎ、最終高圧過熱器６２の入口での蒸気圧力、および最終高圧過熱器６２から出る蒸気の温度Ｔｏｕｔを考慮に入れて蒸気の予測出口温度Ｔｏｕｔに関する値が求められた後、その値を使用することができる。フィードフォワードコントローラ９２への別の入力変数は、過熱器管の数、過熱器管の長さ、および管直径などの、幾何学的パラメータまたは構成パラメータを含むことができる。
【００２７】
一実施形態では、限定はしないが定常状態第１原理熱力学モデルなどのモデルベースの予測技法を使用してフィードフォワード値を求めることができる。したがって、コントローラは、実験データベースのモデル、熱力学ベースのモデル、またはそれらの組合せを含むモデルベースの予測温度制御論理機構でよい。このモデルベースの予測温度制御機構は、予測温度モデルの誤差を補償するように構成された比例積分コントローラをさらに備えることができる。別の実施形態では、第１原理物理モデルなどの物理モデルを使用してフィードフォワード値を求めることができる。さらに別の実施形態では、テーブルルックアップまたは回帰ベースの入出力マップに基づくモデルを使用してフィードフォワード値を求めることができる。フィードフォワードコントローラ９２と並列に使用されるＰＩトリミングフィードバックコントローラ９６は、単一ループを形成する並列制御経路を有する。しかし、図示される制御要素および経路は単に、開示される実施形態を例示するためのものに過ぎないので、厳密な制御要素および制御経路は、実装ごとに異なることがある。
【００２８】
さらに、補正後の流量需要ＷＴ信号が、制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４で受信される。図３に関して上記で論じたように、蒸気の入口温度ＴｉｎがＴｓａｔ＋Δよりも高い場合、温度調節を続行することができ、それにより、制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４への流量需要信号ＷＱが引き起こされる。制御の観点からは、蒸気の予測出口温度Ｔｏｕｔが設定温度Ｔｓｐよりも高いので温度調節を続行すること、および蒸気の入口温度ＴｉｎがＴｓａｔ＋Δよりも高くないので続行しないことの間の判定は、メイン単純温度調節制御ループの制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４に接続された急冷防止ループ内の別のＰＩ急冷コントローラ１０８を使用して実装することができる。この急冷防止ループはメインループに一体化されず、したがってメインループのチューニングを妨害することなく別々にチューニング可能である。したがって、チューニングタイミングに関する、メインループに関連する利点は存続する。
【００２９】
一実施形態では、制御セレクタおよびオーバーライド制御１０４は、１つのループからの出力を制御することができ、より重要なループが出力を操作することが可能となる。オーバーライドコントローラ１０４は、複数のコントローラからオーバーライドコントローラ１０４で受信中の複数の信号から信号を選択するだけではなく、積分またはワインドアップを停止するようにＰＩ急冷コントローラ１０８に信号を送ることに戻ることも行う。したがって、制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４によって、ＰＩＤ制御に関連するワインドアップ問題が回避される。入口温度Ｔｉｎが既にＴｓａｔ＋Δ未満である場合、調節後の過熱低減器水流を制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４でオーバーライドすることができる。したがって、コントローラ構造９０は、最終過熱器６２への蒸気の入口温度が蒸気の飽和温度を所定の安全値だけ超過しないときはいつでも、温度調節を迂回するように構成される。最終高圧過熱器６２への蒸気の飽和温度Ｔｓａｔは、とりわけ、最終高圧過熱器６２に流れる蒸気の入口圧力Ｐｉｎに基づいて計算することができる。この計算は、圧力の何らかの関数に基づいて、例えば蒸気テーブルを介して行うことができる。最終高圧過熱器６２への蒸気の飽和温度Ｔｓａｔが計算された後は、この値にある安全値Δを加えたものを急冷防止コントローラ１０８で使用して、制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ１０４への流量信号ＷＱを求めることができる。
【００３０】
さらに、流量需要および弁特性に基づいて弁需要を求めることができ、弁特性は、弁係数、密度、および過熱低減器弁にわたる圧力の変化に基づき、それによって、中間過熱低減器６４での温度調節の量を増加または減少させるように制御弁６８を操作し、それによって、最終高圧過熱器６２の入口での蒸気の入口温度Ｔｉｎに影響を及ぼすことができる。一実施形態では、制御弁６８に線形関数ブロックを付随させて、ループ利得を概して一定することができる。この手法により、チューニングを単純化し（例えば、チューニングの必要が１つの負荷だけとなる）、負荷範囲にわたってループ応答が一貫したものとすることが可能となる。このような制御弁６８応答の線形化はまた、ループ利得が負荷範囲にわたって著しく変化する、多量の負荷変動を伴う大規模プラントを運用するときに特に有用であることも示すことができる。
【００３１】
有利には、本発明は、フィードフォワードコントローラを伴う単純ループ構造を使用して流れを与え、次いで流れが、弁特性を使用して、温度調節を求める厳密な弁需要に変換される。したがって、本システムで使用される内部ループの追加のＰＩコントローラに関連する加熱遅れが除去される。それによって、本発明では、誘発される加熱遅れがかなり小さくなる。さらに、別の利点は、システム内の単純ループ構造のためにチューニングパラメータが少ないことである。今日の競争の激しい市場、厳しい受注スケジュールでは、そのようなコントローラは、より短時間で最適にチューニングすることができるので、一般にはより好ましいはずであり、したがってシステム全体の性能が向上する。
【００３２】
さらに、開示される実施形態は蒸気の中間温度調節に特に適しているが、食料および酒の処理プラントなどの他の類似の応用例で使用することもできる。さらに、カスケードコントローラではなく単一コントローラを使用するという概念は、内部ループが外部ループと比べて非常に高速であり、内部ループに関連する制御変数が何らかの所望の値に規制または追跡することが必要ではないほぼすべての場所で適用可能である。
【００３３】
上記で論じたように、出口蒸気温度の制御以外の他の多数のシナリオで、開示される実施形態を利用することができる。例えば、伝熱装置を使用して流体を加熱すべきほぼどんなシステム、さらには冷却すべきほぼどんなシステムでも、開示の実施形態を使用することができる。伝熱装置からの流体の出口温度を制御することが重要であるときはいつでも、開示される実施形態は、モデルベースの予測技法を使用して、伝熱装置への入口の状態に基づいて出口温度を予測することができる。次いで、開示される実施形態と共に予測出口温度を使用して、伝熱装置の入口温度の温度調節を実施して、伝熱装置からの実際の出口温度が受け入れられる範囲内（例えば設定温度未満、または飽和温度より上）にとどまることを保証することができる。さらに、上述の技法を使用して、モデルベースの予測および温度調節プロセスの制御を実施することができる。したがって、開示される実施形態を、伝熱装置で流体を加熱または冷却すべき広範な応用例に適用することができる。
【００３４】
本明細書では本発明のいくつかの特徴だけを図示および説明したが、多数の修正および変更を当業者は思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が本発明の真の精神の範囲内に含まれるすべての修正および変更を包含するものとすることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  排熱回収システム
１２  ガスタービン
１４  第１負荷
１６  タービン
１８  圧縮器
２０  蒸気タービン
２２  第２負荷
２４  低圧ステージ
２６  中圧ステージ
２８  高圧ステージ
３０  多段排熱回収装置（ＨＲＳＧ）
３２  排気ガス
３４  コンデンサ
３６  復水ポンプ
３８  低圧エコノマイザ
４０  低圧ドラム
４２  低圧蒸発器（ＬＰＥＶＡＰ）
４４  中圧エコノマイザ（ＩＰＥＣＯＮ）
４６  ボイラ給水ポンプ
４８  中圧ドラム
５０  中圧蒸発器（ＩＰＥＶＡＰ）
５２  高圧エコノマイザ（ＨＰＥＣＯＮ）
５４  高圧ボイラ給水ポンプ
５６  高圧ドラム
５８  高圧蒸発器（ＨＰＥＶＡＰ）
６０  １次高圧過熱器
６２  最終高圧過熱器
６４  中間過熱低減器
６６  コントローラ
６８  制御弁
７０  システムの過熱器からの出口蒸気温度を制御する方法
７２  開始過熱器温度Ｔｓｔａｒｔおよび停止過熱器温度Ｔｅｎｄを求めるステップ
７４  最終過熱器の温度が温度Ｔｅｎｄ以下に達する場合に温度調節プロセスを停止する判定ステップ
７６  最終過熱器の温度が温度Ｔｓｔａｒｔ以上の温度に達する場合に温度調節プロセスをトリガする判定ステップ
７８  設定温度を確立するステップ
８０  過熱低減器流量需要ＷＦＦおよびＷＰＩに基づいて温度調節液の正味の所望の流量ＷＴを求めるステップ
８２  急冷防止過熱低減器液流量ＷＱを求めるステップ
８４  急冷防止過熱低減器液流量ＷＱを温度調節液流量ＷＴと共に含めることが望ましいかどうかを判定するステップ
８６  弁需要を求めるステップ
８８  温度調節プロセスを実施するステップ
９０  コントローラ構造
９２  フィードフォワードコントローラ
９６  フィードバックコントローラ
１０４  制御セレクタおよびオーバーライドコントローラ
１０８  急冷コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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