(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水分離器ドレンタンクにつながれた火炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有するとともにボイラ給水ラインを有する変圧貫流ボイラのボイラ点火信号を受け所定時間出力するタイマと、上記レベル制御弁の開度信号を受ける第１の高信号検出器と、上記タイマおよび第１の高信号検出器の出力を受ける第１のＡＮＤ素子と、同ＡＮＤ素子の出力をセット入力に受けるセットリセット器と、同セットリセット器の出力を受ける遅延タイマと、上記ボイラ給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の火炉通過流量信号を受ける第２の高信号検出器と、上記遅延タイマおよび第２の高信号検出器の出力を受け出力を上記セットリセット器のリセット入力へ送る第２のＡＮＤ素子とを備えてなることを特徴とするスウェリング発生予知検出装置。
【請求項２】
汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水分離器ドレンタンクにつながれた流量制御弁を持つ火炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有する変圧貫流ボイラの上記汽水分離器ドレンタンクのドレンレベル信号を受ける流量指令関数器と、同流量指令関数器の出力および上記火炉再循環ラインの火炉再循環流量信号を受ける減算器と、同減算器の出力を受け上記火炉再循環ラインの流量制御弁へ再循環弁開度制御信号を送るＰＩ調節器と、上記流量制御弁が入力に応じて絞られ低下した分だけ給水ポンプの流量が増加するよう同給水ポンプを動作させる給水ポンプの制御系とを有するボイラ給水制御装置において、上記流量指令関数器および減算器間に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化率付切替器の入力端へ送る減額流量信号器と、出力を同変化率付切替器の制御入力端へ送る請求項１記載のスウェリング発生予知検出装置とを備えてなることを特徴とするボイラ給水制御装置。
【請求項３】
ボイラ給水ポンプおよび給水制御弁を持つ給水ラインならびに火炉再循環ラインを有する変圧貫流ボイラの負荷指標信号を出力する負荷指標器と、ボイラ圧力補正信号を出力する主蒸気圧力制御装置と、上記負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の加算信号および最低流量指標器の出力を受ける高選択器と、上記給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の火炉通過流量信号および上記高選択器の出力を受ける減算器と、同減算器の出力を受け上記ボイラ給水ポンプまたは上記給水制御弁へ制御信号を送るＰＩ調節器とを有するボイラ給水制御装置において、上記最低流量指令器および高選択器間に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化率付切替器の入力端へ送る増額流量信号器と、出力を同変化率付切替器の制御入力端へ送る請求項１記載のスウェリング発生予知検出装置とを備えてなることを特徴とするボイラ給水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変圧貫流ボイラに適用されるスウェリング発生予知検出装置およびボイラ給水制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の変圧貫流ボイラの系統図を図４に示す。復水器１の水は復水ブースタポンプ２、復水ポンプ３、低圧給水過熱器４、脱気器５、複数のボイラ給水ポンプ６、複数の給水制御弁１７を順次経て高圧給水過熱器７へ送られる。さらに高圧給水過熱器７から節炭器８、火炉蒸発管９、火炉出口汽水分離器１０、過熱器１１を順次経て高圧タービン１２へ送られる。
【０００３】
火炉出口汽水分離器１０のドレンは汽水分離器ドレンタンク１３、火炉再循環ポンプ１４、火炉再循環流量制御弁１５を順次経て高圧給水過熱器７の出口に送られる。またドレンタンク１３の出口から分岐して複数の汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁１６を経て復水器１へ送られる。
【０００４】
なお図中、５１は火炉再循環ライン、５２は給水ラインである。
【０００５】
給水系統の制御装置を図５に示す。負荷指標器２１の出力は加算器２２、高選択器２３、減算器２５、ＰＩ調節器２６を順次経て給水制御弁１７またはボイラ給水ポンプ６へ送られる。また主蒸気圧力制御装置２０の出力は加算器２２へ送られる。さらに最低給水流量指令器２４の出力は高選択器２３へ送られる。
【０００６】
給水ライン５２と火炉再循環ライン５１の合流後のラインに設けられた火炉通過流量検出器２６の出力は減算器２５へ送られる。
【０００７】
以上において、加算器２２で負荷指標器２１からの負荷指標信号と主蒸気圧力制御装置２０からのボイラ圧力制御補正信号が加えられる。
【０００８】
次に高選択器２３でこの信号と、最低流量指令器２４からの変圧貫流ボイラに要求される最低給水流量指令信号の高い方が選択され減算器２５へ出力される。減算器２５で、この信号と、火炉通過流量検出器２６からの火炉通過流量信号２６ｓとの偏差が算出されＰＩ調節器２６へ送られる。ＰＩ調節器２６から制御信号が給水制御弁１７またはボイラ給水ポンプ６へ送られ、偏差がゼロとなるよう火炉通過流量が調節される。
【０００９】
火炉再循環系統の制御装置を図６に示す。汽水分離器ドレンタンク１３のドレンレベル計２８の出力は流量指令関数器２９およびドレン弁開度指令関数器３２，３３，３４へ送られる。流量指令関数器２９の出力は減算器３０、ＰＩ調節器３１を順次経て火炉再循環流量制御弁１５へ送られる。またドレン弁開度指令関数器３２〜３４の出力は各汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁１６ａ〜１６ｂへ送られる。
【００１０】
以上において、流量指令関数器２９はドレンレベル計２８の出力を受け、図７に示すような特性の再循環流量指令信号を出力する。減算器３０はこの信号および再循環流量検出器２７の出力を受け、偏差信号をＰＩ調節器３１へ送る。ＰＩ調節器３１から再循環弁開度制御信号が火炉再循環流量制御弁２７へ送られ、偏差がゼロとなるよう再循環流量が調節される。すなわちドレンレベルがα以上になると流量制御弁２７が開き、さらにβ以上になると再循環流量が２０％になるよう弁開度が調節される。
【００１１】
また、ドレン弁開度指令関数器（Ａ弁用）３２、（Ｂ弁用）３３、（Ｃ弁用）３４の特性は図８に示すようになっていて、ドレンレベルがさらに高いＬ1 以上になるとドレンタンクレベル制御弁（Ａ弁）１６ａが開き、ドレンは復水器１側へも流されレベル調節が行われる。例えばドレンレベルがａｍのときはドレンタンク制御弁１６ａ（Ａ弁）と１６ｂ（Ｂ弁）が全開する。
【００１２】
なお、図９に示すように、負荷によってボイラ圧力が亜臨界圧から超臨界圧力まで連続的に変化して運転する変圧貫流ボイラでは、特に低負荷時の亜臨界圧運転領域では、水と蒸気が共存する沸騰現象により火炉のチューブを保護するために、超臨界圧領域における限界重量流量以上の速度が必要となる。その為に図示しない回路により、火炉出口流体、即ち汽水分離器１０のドレンの一部を再循環させ、給水ポンプ６からの給水と混合し、火炉を通過する流量を前記限界流量に保つ。また負荷に対する火炉給水流量の関係は図１０のように表され、負荷が約３０％まではいわゆる最低給水流量、即ち、前述の限界重量流量に保たれる。その後は負荷上昇に従って比例的に給水も増加し、火炉再循環流量は０となり、全量が給水ポンプ６より供給される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一般にボイラ起動時に亜臨界圧においてバーナ点火後しばらくしてから、火炉内の缶水が飽和水から汽水混合領域に移行する際に、急激に暖められた気泡の比容積が増加し体積膨張により、缶水を押し上げ、ドレンタンクのレベルが急上昇する、いわゆるスウェリング現象が発生する。
【００１４】
しかし、やがて押し上げられた缶水がウォータドレン弁により排出されたあとは火炉内の給水が急激に減少するため、逆にドレンレベルが急低下しウォータドレン弁全閉、更には火炉再循環流量も急減する。このとき前述の給水制御系は最低給水量を確保すべく給水ポンプの流量を増加する動作をするが、追従が遅れ、結果的に最低給水流量を割り込む。
【００１５】
この様なレベル低下は再循環ポンプの危急保護停止、又、給水流量の低下はボイラ火炉保護の面からボイラの危急停止に繋がる。それを防ぐためには一般には運転員の慎重な監視により、スウェリングの兆候に合わせ、手動にて給水制御弁１７を開操作しレベル低下、給水流量低下を防止することもできる。しかしながら、操作要領などが極めて複雑であり、現実的には不可能に近かった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため次の手段を講ずる。
【００１７】
（１）  汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水分離器ドレンタンクにつながれた火炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有するとともにボイラ給水ラインを有する変圧貫流ボイラのボイラ点火信号を受け所定時間出力するタイマと、上記レベル制御弁の開度信号を受ける第１の高信号検出器と、上記タイマおよび第１の高信号検出器の出力を受ける第１のＡＮＤ素子と、同ＡＮＤ素子の出力をセット入力に受けるセットリセット器と、同セットリセット器の出力を受ける遅延タイマと、上記ボイラ給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の火炉通過流量信号を受ける第２の高信号検出器と、上記遅延タイマおよび第２の高信号検出器の出力を受け出力を上記セットリセット器のリセット入力へ送る第２のＡＮＤ素子とを備えてなるスウェリング発生予知検出装置。
【００１８】
以上において、ボイラ始動時、ボイラ点火信号がオンする。この信号を受けタイマはスウェリングが発生する時間に対応する所定時間出力する。
【００１９】
一方、レベル制御弁はスウェリングの兆候発生とともに弁開度が増加するので、この信号を入力する第１の高信号検出器は入力が所定値以上のとき出力する。第１のＡＮＤ素子はこれらの信号を同時に入力したときセットリセット器へセット信号を送る。セットリセット器はこの信号によりセット状態になりスウェリング信号を出力する。
【００２０】
また火炉通過流量信号はスウェリングを抑えるために増加する。この信号を入力する第２の高信号検出器は入力が所定値以上のとき出力する。
【００２１】
一方、遅延タイマはセットリセット器の出力を受け、給水ポンプ流量増加動作に所要する時間、遅延して出力する。第２のＡＮＤ素子はこれらの信号を同時に入力したときセットリセット器へリセット信号を送る。セットリセット器はこの信号によりリセット状態になる。
【００２２】
以上のようにして、ボイラ始動時のスウェリング発生が容易に、かつ正確に予知検出される。
【００２３】
（２）  汽水分離器ドレンタンクならびに同汽水分離器ドレンタンクにつながれた流量制御弁を持つ火炉再循環ラインおよびレベル制御弁を持つレベル制御ラインを有する変圧貫流ボイラの上記汽水分離器ドレンタンクのドレンレベル信号を受ける流量指令関数器と、同流量指令関数器の出力および上記火炉再循環ラインの火炉再循環流量信号を受ける減算器と、同減算器の出力を受け上記火炉再循環ラインの流量制御弁へ再循環弁開度制御信号を送るＰＩ調節器と、上記流量制御弁が入力に応じて絞られ低下した分だけ給水ポンプの流量が増加するよう同給水ポンプを動作させる給水ポンプの制御系とを有するボイラ給水制御装置において、上記流量指令関数器および減算器間に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化率付切替器の入力端へ送る減額流量信号器と、出力を同変化率付切替器の制御入力端へ送る上記（１）のスウェリング発生予知検出装置とを備えてなるボイラ給水制御装置。
【００２４】
以上において、通常は、変化率付切替器は流量指令関数器の出力を受け出力し、ＰＩ調節器により流量制御弁が調節されている。
【００２５】
スウェリングの兆候が発生し、スウェリング発生予知検出装置の出力が変化率付切替器に送られると、変化率付切替器は入力を所定の変化率で切替え減額流量信号器の出力を出力する。減額流量信号器は通常の再循環流量から増加したい給水ポンプ流量を引いた流量指令信号を出力しているので、この信号が減算器へ送られる。減算器で偏差信号が作られＰＩ調節器を経て流量制御弁へ再循環弁開度制御信号が送られる。流量制御弁は入力に応じて絞られ、再循環流量が低下する。
【００２６】
この低下分だけ給水ポンプ流量が増加するよう動作する。この増加分がスウェリング完了後の汽水分離器のレベル低下を予防的に抑制する。
【００２７】
このようにして、ボイラのスウェリング発生が防止される。
【００２８】
（３）  ボイラ給水ポンプおよび給水制御弁を持つ給水ラインならびに火炉再循環ラインを有する変圧貫流ボイラの負荷指標信号を出力する負荷指標器と、ボイラ圧力補正信号を出力する主蒸気圧力制御装置と、上記負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の加算信号および最低流量指標器の出力を受ける高選択器と、上記給水ラインおよび火炉再循環ラインの合流後の火炉通過流量信号および上記高選択器の出力を受ける減算器と、同減算器の出力を受け上記ボイラ給水ポンプまたは上記給水制御弁へ制御信号を送るＰＩ調節器とを有するボイラ給水制御装置において、上記最低流量指令器および高選択器間に挿入される変化率付切替器と、出力を同変化率付切替器の入力端へ送る増額流量信号器と、出力を同変化率付切替器の制御入力端へ送る上記（１）のスウェリング発生予知検出装置とを備えるボイラ給水制御装置。
【００２９】
以上において、通常は変化率付切替器は最低流量指標器の出力を受け出力する。高選択器はこの信号と負荷指標器および主蒸気圧力制御装置の出力の加算信号を受け、高い方を出力する。減算器はこの信号および火炉通過流量検出器の出力から偏差信号を出力する。ＰＩ調節器はこの偏差信号から制御信号を出力して給水ラインの流量を制御する。
【００３０】
スウェリングの兆候が発生し、スウェリング発生予知検出装置の出力が変化率付切替器に送られると、変化率付切替器は入力を所定の変化率で切替え増額流量信号器の出力を出力する。増額流量信号器は増加したい給水ポンプ流量（最低流量＋α）信号を出力している。
【００３１】
この出力が高選択器を経て減算器へ送られる。減算器で偏差信号が作られＰＩ調節器を経てボイラ給水ポンプまたは給水制御弁へ制御信号が送られる。この制御信号に応じてボイラ給水ポンプまたは給水制御弁が作動し、給水ラインの流量が増加する。
【００３２】
この増加分がスウェリング完了後の汽水分離器のレベル低下を予防的に抑制する。
【００３３】
このようにして、ボイラのスウェリング発生が防止される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（１）  本発明１の実施の一形態を図１により説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。
【００３５】
汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度信号１６ａｓ，１６ｂｓ，１６ｃｓはそれぞれ第１の高信号検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ送られる。第１の高信号検出器４０ａ〜４０ｃの出力はＯＲ素子４１、第１のＡＮＤ素子４２を経てセットリセット器４６のセット入力端へ送られる。またボイラ点火信号４３ｓはタイマ４３を経てＡＮＤ素子４２へ送られる。
【００３６】
火炉通過流量検出器２６の出力は第２の高信号検出器４４、第２のＡＮＤ素子４５を経てセットリセット器４６のリセット端へ送られる。またセットリセット器４６の出力は遅延タイマ４７を経てＡＮＤ素子４５へ送られる。
【００３７】
以上において、ボイラ始動時、ボイラ点火信号４３ｓがオンする。この信号を受けタイマ４３はスウェリングが発生する時間に対応する所定時間出力する。
【００３８】
一方、各レベル制御弁１６ａ〜１６ｃはスウェリングの兆候発生とともに弁開度が増加するので、この弁開度信号１６ａｓ〜１６ｃｓを入力する第１の高信号検出器４０ａ〜４０ｃは入力が所定値以上のとき出力する。これらの出力はＯＲ素子４１を経てＡＮＤ素子４２へ送られる。ＡＮＤ素子４２はタイマ４３とＡＮＤ素子４２の出力を同時に入力したときセットリセット器４６へセット信号を送る。セットリセット器４６はこの信号によりセット状態になりスウェリング信号４６ｓを出力する。
【００３９】
また火炉通過流量検出器２６からの火炉通過流量信号２６ｓはスウェリングを抑えるために増加する。この信号を入力する第２の高信号検出器４４は入力が所定値以上のとき出力する。
【００４０】
一方、遅延タイマ４７はセットリセット器４６の出力を受け、給水ポンプ流量増加動作に所要する時間、遅延して出力する。第２のＡＮＤ素子４５はこれらの信号を同時に入力したときセットリセット器４６へリセット信号を送る。セットリセット器４６はこの信号によりリセット状態になる。
【００４１】
以上のようにして、ボイラ始動時のスウェリングの兆候発生が容易に、かつ正確に検出される。
【００４２】
（２）  本発明２の実施の一形態を図２により説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。
【００４３】
流量指令関数器２９の出力は変化率付切替器４８を経て減算器３０へ送られる。また減額流量信号器４９の出力は変化率付切替器４８の入力端へ送られる。さらに上記（１）のスウェリング発生予知検出装置の出力４６ｓは変化率付切替器４８の制御入力端へ送られる。
【００４４】
以上において、通常は、変化率付切替器４８は流量指令関数器２９の出力を受け出力し、ＰＩ調節器３１により流量制御弁１５が調節されている。
【００４５】
スウェリングが発生し、スウェリング発生予知検出装置の出力４６ｓが変化率付切替器４８に送られると、変化率付切替器４８は入力を所定の変化率で切替え減額流量信号器４９の出力を出力する。減額流量信号器４９は通常の再循環流量から増加したい給水ポンプ流量を引いた流量指令信号（例えば１５％増加したいとき、２０％（再循環流量）−１５％＝５％）を出力しているので、この信号が減算器３０へ送られる。減算器３０で偏差信号が作られ、ＰＩ調節器３１を経て流量制御弁１５へ再循環弁開度制御信号が送られる。流量制御弁１５は入力に応じて絞られ、再循環流量が低下する。
【００４６】
一方ボイラ給水ポンプ６の制御系により、この低下分だけ給水ポンプ流量が増加するよう給水ポンプ６が動作する。この増加分がスウェリング完了後の汽水分離器１０のレベル低下を予防的に抑制する。
【００４７】
このようにして、ボイラのスウェリング発生が防止され、安定した起動が可能となる。
【００４８】
（３）  本発明３の実施の一形態を図３により説明する。なお、従来例で説明した部分は、同一の番号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。
【００４９】
最低流量指令器２４の出力は変化率付切替器４８を経て高選択器２３へ送られる。また増額流量器５０の出力は変化率付切替器４８の入力端へ送られる。
【００５０】
さらに上記（１）のスウェリング発生予知検出装置の出力４６ｓは変化率付切替器４８の制御入力端へ送られる。
【００５１】
高選択器２３の出力は減算器２５、ＰＩ調節器２６を順次経てボイラ給水ポンプ６または給水制御弁１７へ送られる。
【００５２】
以上において、通常は変化率付切替器４８は最低流量指標器２４の出力を受け出力する。高選択器２３はこの信号と負荷指標器２１および主蒸気圧力制御装置２０の出力の加算信号を受け、高い方を出力する。減算器２５はこの信号および火炉通過流量検出器２６の出力から偏差信号を出力する。ＰＩ調節器２６はこの偏差信号から制御信号を出力して給水ライン５２の流量を制御する。
【００５３】
スウェリングの兆候が発生し、スウェリング発生予知検出装置の出力４６ｓが変化率付切替器４８に送られると、変化率付切替器４８は入力を所定の変化率で切替え増額流量信号器５０の出力を出力する。増額流量信号器５０は増加したい給水ポンプ流量（最低流量＋スウェリングにより押し出された流量）信号を出力している。
【００５４】
この出力が高選択器２３を経て減算器２５へ送られる。減算器２５で偏差信号が作られＰＩ調節器２６を経てボイラ給水ポンプ６または給水制御弁１７へ制御信号が送られる。この制御信号に応じてボイラ給水ポンプ６または給水制御弁１７が作動し、給水ライン５２の流量が増加する。
【００５５】
この増加分がスウェリング完了後の汽水分離器１０のレベル低下を予防的に抑制する。
【００５６】
このようにして、ボイラのスウェリング発生が防止され、安定した起動が可能となる。
【００５７】
本形態は、前記（２）が再循環流量を下げ、その結果給水流量がそれを補うという経路で、いわば間接的に制御されるのに対し、直接給水ポンプまたは制御弁により流量を増加するため、応答性が速い。また、増加したい給水流量の値も前記（２）がいわゆる再循環流量、流量指令関数器２９で与えられる設定値約２０％の幅に制限されるのに対し、増額流量器５０には制限がなく設定値の範囲が広く取れる効果がある。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば次の効果を奏する。
【００５９】
（１）  スウェリング発生予知検出装置によりスウェリング現象の兆候発生が正確に予知検出される。
【００６０】
（２）  スウェリング発生予知検出装置の出力により、給水ラインの流量が迅速に増加され、スウェリング発生による汽水分離器のレベル低下が抑制される。したがってボイラの安定した起動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明１の実施の一形態の構成系統図である。
【図２】本発明２の実施の一形態の構成系統図である。
【図３】本発明３の実施の一形態の構成系統図である。
【図４】従来例の変圧貫流ボイラの系統図である。
【図５】同従来例の給水系統の制御装置の構成系統図である。
【図６】同従来例の火炉再循環系統の構成系統図である。
【図７】同従来例の作用説明図である。
【図８】同従来例の作用説明図である。
【図９】同従来例の作用説明図である。
【図１０】同従来例の作用説明図である。
【符号の説明】
１          復水器
２          復水ブースタポンプ
３          復水ポンプ
４          低圧給水過熱器
５          脱気器
６          ボイラ給水ポンプ
７          高圧給水加熱器
８          節炭器
９          火炉蒸発器
１０        火炉出口汽水分離器
１１        過熱器
１２        高圧タービン
１３        汽水分離器ドレンタンク
１４        火炉再循環ポンプ
１５        火炉再循環ポンプ流量制御弁
１６，１６ａ〜１６ｃ  汽水分離器ドレンタンクレベル制御弁
２０        主蒸気圧力制御装置
２１        負荷指標器
２２        加算器
２３        高選択器
２４        最低給水流量指令器
２５        減算器
２６        火炉通過流量検出器
２７        再循環流量計
２８，３１  ＰＩ調節器
２９        流量指令関数器
３０        減算器
３２〜３４  ドレン弁開度指令関数器
４０ａ〜４０ｃ，４４  高信号検出器
４１        ＯＲ素子
４２，４５  ＡＮＤ素子
４３        タイマ
４６        セットリセット器
４７        遅延タイマ
４８        変化率付切替器
４９        減額流量信号器
５０        増額流量信号器
５１        火炉再循環ライン
５２        給水ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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