(57)【要約】【課題】  汽水ドラム内で局所的に発生する水位変動にも容易に対処できるようにしたボイラ制御装置を提供すること。【解決手段】  汽水ドラム１の長手方向の一方の端部におけるドラム内水位を検出する第１の水位検出器２０と、他方の端部におけるドラム内水位を検出する第２の水位検出器２１と、複数のバーナＡ〜Ｈの中からボイラの起動停止と負荷変動に際して点火すべきバーナと消火すべきバーナを選定する燃焼制御部２３を設け、バーナの点消火に際して汽水ドラム１内に現われる水位の変動がバーナの燃焼制御により抑えられるようにしたたもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバーナを複数備えたボイラの制御方法において、
前記ボイラの汽水ドラムの長手方向の一方の端部の近傍におけるドラム内水位を一方の水位検出値とし、前記汽水ドラムの長手方向の他方の端部の近傍におけるドラム内水位を他方の水位検出値として、これら一方の水位検出値と他方の水位検出値の偏差を求め、
前記複数のバーナの中からボイラの起動停止と負荷変動に際して点火すべきバーナと消火すべきバーナの選定を、前記偏差に基づいて行うことを特徴とするボイラ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラの制御方法において、
前記ボイラの給水制御が、前記汽水ドラムの水位偏差を制御要素とする１要素制御と、前記汽水ドラムの水位の平均値にタービンの高圧第１段後圧力と給水流量を制御要素とする３要素制御に切換えられることを特徴とするボイラ制御方法。
【請求項３】
少なくともバーナを複数備えたボイラの制御装置において、
前記ボイラの汽水ドラムの長手方向の一方の端部の近傍におけるドラム内水位を検出して一方の水位検出値を与える第１の水位検出手段と、
前記汽水ドラムの長手方向の他方の端部の近傍におけるドラム内水位を検出して他方の水位検出値を与える第２の水位検出手段と、
前記複数のバーナの中からボイラの起動停止と負荷変動に際して点火すべきバーナと消火すべきバーナを選定する燃焼制御手段を設け、
前記燃焼制御手段は、前記一方の水位検出値と前記他方の水位検出値の偏差に基づいて前記バーナの選定を行うように構成されていることを特徴とするボイラ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のボイラの制御装置において、
前記ボイラの給水制御が、前記汽水ドラムの水位偏差を制御要素とする１要素制御と、前記汽水ドラムの水位の平均値にタービンの高圧第１段後圧力と給水流量を制御要素とする３要素制御に切換えられることを特徴とするボイラ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汽水分離用のドラムを備えたボイラの水位制御に係り、特に、水管式ボイラの水位制御に好適なボイラ制御方法とボイラ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所など比較的大容量の蒸気パワープラントにおけるボイラには、従来から還流形の水管式ボイラが用いられているが、この場合、運転中、汽水分離を受け持っている汽水ドラム内の水位を適正レベルに維持することが重要な制御項目になる。
【０００３】
これは、このような還流形のボイラでは、ドラム内の水位、いわゆるドラムレベルが適正レベルを割ると空焚きの虞れが生じるからであり、このため、ドラム内の水位が予め設定してある判定用のレベル(極低域レベルと呼ばれている)まで下った場合、安全のためボイラを緊急停止させるインターロックが組まれている。
【０００４】
そして、このドラム内水位の維持は、従来からボイラに対する給水量の調節により自動制御しており、このため、従来技術では、ドラム内水位を検出し、この検出値が所定の適正レベルに収斂するように給水量を制御している。
【０００５】
このとき、この給水量の自動制御は、ボイラの負荷変化に関連して実行される場合が多く、この場合、更にボイラの蒸気流量を入力信号として給水量が制御されることになる(例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照)。
【特許文献１】特開２００２−３９５０６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７９８０４号公報
【特許文献３】特開平１０−１４１４６５号公報
【特許文献４】特開平７−１８０８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術は、バーナ(バーナー)の点火時と消火時に汽水ドラム内で局所的に現われる水位の変動に配慮がされておらず、このためドラムに空焚きの虞れが生じたり、実際にはドラムに空焚きが発生する虞れがないにもかかわらず、緊急停止のためのインターロックが作動して、ボイラがトリップしてしまうなどの問題があった。
【０００７】
このため、従来技術では、運転員が常時、ボイラの運転状態を監視し、異常の虞れに際しては、運転員の対応により対処する必要があるが、この場合、運転員にかかる負担が重くなる上、人為的な理由によるトリップ発生の虞れが払拭できない。
【０００８】
本発明の目的は、汽水ドラム内で局所的に発生する水位変動にも容易に対処できるようにしたボイラ制御方法とボイラ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、少なくともバーナを複数備えたボイラの制御方法において、前記ボイラの汽水ドラムの長手方向の一方の端部の近傍におけるドラム内水位を一方の水位検出値とし、前記汽水ドラムの長手方向の他方の端部の近傍におけるドラム内水位を他方の水位検出値として、これら一方の水位検出値と他方の水位検出値の偏差を求め、前記複数のバーナの中からボイラの起動停止と負荷変動に際して点火すべきバーナと消火すべきバーナの選定を、前記偏差に基づいて行うことにより達成される。
【００１０】
同じく、本発明の目的は、少なくともバーナを複数備えたボイラの制御装置において、前記ボイラの汽水ドラムの長手方向の一方の端部の近傍におけるドラム内水位を検出して一方の水位検出値を与える第１の水位検出手段と、前記汽水ドラムの長手方向の他方の端部の近傍におけるドラム内水位を検出して他方の水位検出値を与える第２の水位検出手段と、前記複数のバーナの中からボイラの起動停止と負荷変動に際して点火すべきバーナと消火すべきバーナを選定する燃焼制御手段を設け、前記燃焼制御手段は、前記一方の水位検出値と前記他方の水位検出値の偏差に基づいて前記バーナの選定を行うようにして達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ドラム内水位の変動が自動的に抑えられるので、誤ったトリップの虞れがなく、安定したボイラの運転を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明によるボイラ制御装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるボイラ制御装置の一実施形態が適用された蒸気パワープラントの一例で、図において、(a)は全体を表し、(b)はバーナの詳細で、(c)は火炉壁の詳細である。
【００１４】
そして、この図１の実施形態では、汽水ドラム１を備えた水管式ボイラが用いられており、従って、この汽水ドラム１は、図示のように、ボイラ本体の上部に設置されていて、その下に、図示してないが、ボイラの伝熱面の主要な部分を形成する水管が設けられていることになる。
【００１５】
汽水ドラム１にはボイラ水を供給する必要があり、このため、給水ポンプ２が設けられている。そして、ここで加圧された水が、詳しくは後述するが、給水流量調節弁３により流量を調整され、節炭器４により加熱された上で供給されるようになっている。ここで、この節炭器(エコノマイザ)４は、図では省略されているが、実際にはボイラの煙道に設置され、排気ガスにより加熱されるようになっている。
【００１６】
汽水ドラム１の中では蒸気が汽水分離され、この蒸気が一次加熱器５と二次加熱器６を介してタービンＴに供給され、動力に変換される。このとき、タービンＴの高圧段と低圧段の間の蒸気経路に再熱器７が設けられ、低圧段で蒸気に凝結が発生しないようにされる。ここで、これら一次加熱器５と二次加熱器６、それに再熱器７は、ボイラの燃焼ガス通路に設置され、燃焼ガスにより加熱されるようになっている。
【００１７】
一方、ボイラの燃料は、燃料タンク８から燃料流量調節弁９と燃料遮断弁１０を介してバーナ１１に供給されるようになっているが、このとき、これらのバーナ１１は、ボイラの燃焼室を構成する４面の火炉壁Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに設けられている。
【００１８】
これらの火炉壁Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは、図の右下に詳細に示されているように、上から見て四角形になるように、立った状態で配置されており、これにより各火炉壁Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの中にバーナ１１による燃焼炎が放射されるようになっている。
【００１９】
そして、このバーナ１１は、図の左下に詳細に示されているように、各々が２列に並んで配列された８個の単位バーナＡ〜Ｈ(単位バーナＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ)で構成されている。そして、これらの単位バーナＡ〜Ｈは、詳しくは後述するが、各々個別に燃料の供給量が制御でき、点火と消火が行えるように構成してある。
【００２０】
なお、この実施形態では、給水ポンプ２により加圧された水が調節弁１２にも供給されているが、これは蒸気温度の調節に利用されるもので、調節弁１２により流量が調節された水が一次加熱器５と二次加熱器６の間の蒸気経路に供給され、蒸気にスプレーされるようになっている。
【００２１】
ここで、汽水ドラム１には、その中の水位(ドラムレベル)を検出するための検出器を設ける必要があり、このため、図示のように、この実施形態では、第１の水位検出器２０と第２の水位検出器２１の２個の検出器を設けてある。
【００２２】
そして、まず第１の水位検出器２０は、汽水ドラム１の一方の端部の水位、ここでは左端部の水位を検出し、これをドラムレベル信号ａ(一方の水位検出値)とする。次に第２の水位検出器２１は、汽水ドラム１の他方の端部の水位、ここでは右端部の水位を検出し、これをドラムレベル信号ｂ(他方の水位検出値)とするのである。
【００２３】
そして、まず、給水制御部２２は、これらドラムレベル信号ａ、ｂに応じて給水流量調節弁３の開度の制御を行なう。この結果、汽水ドラム１に対する給水量がドラムレベルの検出結果に応じて制御されることになり、ドラムレベルが直接制御されることになる。
【００２４】
次に、燃焼制御部２３は、これらドラムレベル信号ａ、ｂに応じて燃料流量調節弁９とバーナ１１の単位バーナＡ〜Ｈを制御する。この結果、バーナによる燃焼状態がドラムレベルの検出結果に応じて制御されることになり、後述するように、ドラムレベルの変動抑制が得られることになる。
【００２５】
このため、これら給水量制御部２２と燃料量制御部２３は、コンピュータのプログラムにより、図２の制御系統図に従って動作するようになっている。このとき給水制御部２２による制御系統は、主に図の左側に示され、燃焼制御部２３による制御系統は、主に図の右側に示されている。そして、中央が共用部分となっていて、この共用部分に第１と第２のドラムレベル信号ａ、ｂが供給されるようになっている。
【００２６】
これらドラムレベル信号ａ、ｂは平均演算部３０に入力され、ドラムレベル平均値ｍ(＝ａｂ＝(ａ＋ｂ)／２)が演算される。そして、この平均値ｍは給水制御部２２に供給されるが、このとき燃焼制御部２３には、この平均値ｍと共に、各ドラムレベル信号ａ、ｂも供給される。
【００２７】
ここで、初めに給水制御部２２による給水流量の制御について説明すると、これは、ドラムレベル信号ａ、ｂの平均値ｍ(＝ａｂ)を予め設定してある適正ドラムレベルＬと比較し、これらの偏差εＬ(＝Ｌ−ｍ)に応じて給水流量調節弁３を制御し、結果として偏差εＬが０に収斂されるように制御するものである。
【００２８】
このとき、この実施形態では、この偏差εＬだけを制御要素とする１要素制御と、この平均値ｍにタービンＴの高圧第１段後圧力と給水流量を制御要素に加えた３要素制御に任意に切換え、例えば低負荷時は１要素制御を適用し、負荷増加に伴って３要素制御に切換えることができるようになっている。
【００２９】
このため、この平均演算部３０で演算された平均値ｍを偏差演算器Δに供給し、ここで偏差εＬが演算された上で比例積分器ＰＩを介して切替器３１に供給する。そして、ここで必要に応じて１要素と３要素に選択された後、関数発生器を介して給水流量調節弁３の制御に適用され、何れの場合にもドラムレベルの平均値ｍが適正ドラムレベルＬに収斂する制御が実行され、給水量制御によるドラムレベル制御が与えられることになる。
【００３０】
次に、燃焼制御部２３によるバーナ１１の制御について制御すると、ここで、まず、このバーナ１１は、既に説明したように、８個の単位バーナＡ〜Ｈで形成され、且つ、それらは各々個別に燃料の供給量が制御でき、個別に点火と消火が行えるようになっている。このため、燃料流量調節弁９も各単位バーナＡ〜Ｈ毎に専用される形の個別の燃料流量調節弁９Ａ〜９Ｈに分けてあり、図示のように、各弁に専用される演算処理部分と共にバーナ駆動部４０Ａ〜４０Ｈ(バーナ駆動部４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆ、４０Ｇ、４０Ｈ)に分けて設けてある。但し燃料流量調節弁９Ａ以外の弁は図示してない。
【００３１】
まず、上記したように、燃焼制御部２３にはドラムレベル信号ａ、ｂと平均値ｍが入力される。そして偏差演算器４１、４２により平均値ｍとの偏差εａ(＝ａ−ｍ)、εｂ(＝ｂ−ｍ)が演算される。ここで、これらの偏差εａ、εｂについてみると、これらは汽水ドラム１(図１)の長手方向の一方の端部(左端)と他方の端部(右端)で水位が異なっていた場合、そのレベルの違いを表わしている。
【００３２】
このとき、偏差εａは、汽水ドラム１の左端のドラムレベルと平均値ｍの偏差であり、偏差εｂは汽水ドラム１の右端のドラムレベルと平均値ｍの偏差であるから、これらの大小関係は汽水ドラム１内での水位の左右方向の傾きを表わし、εａ＞εｂなら汽水ドラム１の左端のドラムレベルが高く、εｂ＞εａなら汽水ドラム１の右端のドラムレベルが高い。そして、εｂ＝εａは勿論、水位に傾きが無く、水平な場合である。
【００３３】
ここで、図３は、バーナの点消火(点火と消火)における汽水ドラム１内での水位(ドラムレベル)の変動状況を示したもので、このとき図３の(a)はドラムレベルの平均値の変動状況で、同図(b)は汽水ドラム１の左端における検出値(図１のドラムレベル信号ａ)の変動状況と右端における検出値(同じくドラムレベル信号ｂ)の変動状況を分けて表わしたものである。
【００３４】
これらの図から明らかなように、バーナの点消火に際して、ドラムレベル制御による給水流量の増加が働いているにもかかわらず、過渡的にはレベル変動(主として一時的なレベル低下)が発生するが、このとき、図３の(b)に示されているように、汽水ドラム１内の一方の端部(左端)と他方の端部(右端)でレベル変動が異なった挙動を示していることが判る。
【００３５】
これは、起動時や負荷変動時などで複数のバーナが別々に点火又は消火されると、点火しているバーナと点火していないバーナが混在してしまい、ボイラの火炉内で汽水ドラム１の長手方向と同じ方向に温度勾配が生じ、温度が高くなった方の端部では水位が増し、相対的に温度が低くなった方の端部では水位が低下してしまうからである。
【００３６】
そこで、この実施形態では、単位バーナＡ〜Ｈの内で、ボイラの火炉内で汽水ドラム１の長手方向の一方の端部(ここでは左端部)の温度に対して支配的な働きをする単位バーナ(左側のバーナという)と、他方の端部(ここでは右端部)の温度に対して支配的な働きをする単位バーナ(右側のバーナという)に分け、バーナの点消火に際して、これらを偏差εａ、εｂに応じて選定するようにしたものである。
【００３７】
図１において、いま、バーナ１１を構成している単位バーナＡ〜Ｈの中で、汽水ドラム１の一方の端部、つまり第１の水位検出器２０が設けられている左端部の温度上昇に支配的な働きをするのが左側の単位バーナＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで、汽水ドラム１の他方の端部、つまり第２の水位検出器２１が設けられている右端部の温度上昇に支配的な働きをするのが右側の単位バーナＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈであるとする。
【００３８】
ここで、いま、もしも偏差εａ、εｂについて、それらが(εａ＞εｂ)の関係になったとき、つまり汽水ドラム１の左端部の水位が高くなっていたとすると、この場合、まず、バーナの点火に際しては、右端部の温度上昇に支配的な右側の単位バーナＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの中から点火すべきバーナを選定し、これにより汽水ドラム１の右端部の水の温度が上昇されるようにする。一方、バーナの消火に際しては、左端部の温度上昇に支配的な左側の単位バーナＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの中から消火すべきバーナを選定し、これにより汽水ドラム１内の左端部の水の温度が低下されるようにするのである。
【００３９】
従って、反対の場合、つまり偏差εａ、εｂが(εａ＜εｂ)、つまり汽水ドラム１の右端部の水位が高くなっていた場合には、バーナの点火に際しては左側の単位バーナＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの中から点火すべきバーナを選定し、消火に際しては右側の単位バーナＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの中から消火すべきバーナを選定することになる。
【００４０】
このとき、これら単位バーナＡ〜Ｈの選定処理は、図２の関数発生器４３、４４がバーナ制御手段となって実行され、バーナ駆動部４０Ａ〜４０Ｈが選定された結果として与えられるが、このとき、バーナの点火に際しては図４に示すインターロックが取られ、消火に際しては、図５に示すインターロックが取られるようになっている。
【００４１】
ここで、以下の説明では、単位バーナＡ〜Ｈについて、夫々Ａバーナ、Ｂバーナ、Ｃバーナ、Ｄバーナ、Ｅバーナ、Ｆバーナ、Ｇバーナ、それにＨバーナと記載する。
【００４２】
初めに図４のバーナ点火時でのインターロックについて説明すると、この図で実線で表わされている部分が手動による点火操作のための回路で、これは従来技術でも同じで、この場合、運転員が操作ボタンＰＢを操作すると、点火許可が下りていることを条件として、或るバーナ、例えばＡバーナの点火指令が出され、点火が完了したとき点火指令により点火指令がリセットされるというインターロックになっている。
【００４３】
このとき、この実施形態では、破線で囲って示したように、更に＜バーナ点火指令＞というロジックが付加されていて、これから、例えばＡバーナについて点火指令が発生されていることが更に条件として加わるようにされていて、このＡバーナ点火指令が出されていれば自動的にＡバーナの点火指令が発信される。
【００４４】
そこで、次に、このバーナ点火指令、例えばＡバーナ点火指令の発生ロジックについて説明すると、いま、偏差εａ、εｂに応じて選定されたのが左側のバーナで、このとき左側のバーナの中のＣバーナ(又はＤバーナ)が点火(使用中)していて、ＡバーナとＢバーナが消火(不使用)していたとすると、この場合、Ａバーナが選定され点火されるという判定条件を設定しておく。このときＡバーナとＢバーナの何れが選定されるかについては、予め所定の優先順位を設定しておくのである。
【００４５】
次に、図５のバーナ消火時でのインターロックについて説明すると、この図でも実線で表わされている部分が手動による点火操作のための回路で、これも従来技術でも同じで、この場合、運転員が操作ボタンＰＢを操作すると、消火条件が成立していることを条件として、或るバーナ、例えば、同じくＡバーナの消火指令が出され、消火が完了したとき消火指令により消火指令がリセットされるというインターロックになっている。
【００４６】
このとき、同じく破線で囲って示したように、更に＜バーナ消火指令＞というロジックが付加されていて、これから、例えばＡバーナについて消火指令が発生されていることが更に条件として加わるようにされていて、このＡバーナ消火指令が出されていれば自動的にＡバーナの消火指令が発信される。
【００４７】
そこで、次に、このバーナ消火指令、例えばＡバーナ消火指令の発生ロジックについて説明すると、いま、偏差εａ、εｂに応じて選定されたのが同じく左側のバーナで、このとき左側のＡバーナからＤバーナまでの全てが点火(使用中)していたとすると、この場合、Ａバーナが選定され点火されるという判定条件を設定しておく。このときＡバーナからＤバーナまでの全てのバーナの中から何れが選定されるかについては、予め所定の優先順位を設定しておくのである。
【００４８】
以上は、例示としてＡバーナについてだけ説明したが、他のバーナについても同じようにして判定するロジックを組めばよいので、これらについての説明は割愛する。
【００４９】
従って、この実施形態によれば、バーナの点消火に際してボイラの汽水ドラム内に現われる水位の変動を自動的に抑えることができるので、運転員の負担を抑え、ボイラの運転を安定して得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、火力発電所以外の蒸気パワープラントにも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明によるボイラ制御装置の一実施形態が適用された蒸気パワープラントの一例を示す構成図である。
【図２】本発明によるボイラ制御装置の一実施形態における制御系統図である。
【図３】汽水ドラム内での水位の変動状況を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるバーナ点火時での制御ロジック図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるバーナ消火時での制御ロジック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：汽水ドラム
２：給水ポンプ
３：給水流量調節弁
４：節炭器(エコノマイザ)
５：一次加熱器
６：二次加熱器
７：再熱器
８：燃料タンク
９：燃料流量調節弁
１０：燃料遮断弁
１１：バーナ
１２：調節弁
２０：第１の水位検出器
２１：第２の水位検出器
２２：給水制御部
２３：燃焼制御部
【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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