(57)【要約】【課題】水燃比バランスまたは熱負荷バランスがくずれた場合でも的確に水燃比の修正が可能な貫流ボイラの蒸気温度制御装置を提供する。【解決手段】節炭器出口から抜き出した流体を該過熱器出口に設けた減温器に注入して該過熱器出口の蒸気温度を制御する手段と、上記注入量と水燃比に基づくＰＩ制御により算出した主蒸気温度制御バイアスを、蒸発器出口過熱度補正値により修正して主蒸気温度を所定値に制御する手段とを備えた貫流ボイラの蒸気温度制御装置において、天井壁出口飽和温度制限補正値を算出する手段を設け、前記主蒸気温度制御バイアスを、該補正値によりさらに修正するようにしたこと、または前記火炉内を通過する流体流量と燃料量との比を設定し、燃料が過剰供給された場合、前記水燃比に対して減バイアス操作する手段を設けたことを特徴とする貫流ボイラの蒸気温度制御装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
節炭器、火炉、天井壁、蒸発器および過熱器を備えた貫流ボイラの該節炭器出口から抜き出した流体を該過熱器出口に設けた減温器に注入して該過熱器出口の蒸気温度を制御する手段と、上記流体の注入量と水燃比に基づくＰＩ（比例・積分）制御により算出した主蒸気温度制御バイアスを、前記蒸発器の出口温度に基づいて算出した蒸発器出口過熱度補正値により修正して主蒸気温度を所定値に制御する手段とを備えた貫流ボイラの蒸気温度制御装置において、前記貫流ボイラの天井壁出口温度に基づいて天井壁出口飽和温度制限補正値を算出する手段を設け、前記主蒸気温度制御バイアスを、前記蒸発器出口過熱度補正値と該天井壁出口飽和温度制限補正値とにより修正するようにしたことを特徴とする貫流ボイラの蒸気温度制御装置。
【請求項２】
節炭器、火炉、天井壁、蒸発器および過熱器を備えた貫流ボイラの該節炭器出口から抜き出した流体を該過熱器出口に設けた減温器に注入して該過熱器出口の蒸気温度を制御する手段と、上記流体の注入量と水燃比に基づくＰＩ（比例・積分）制御により算出した主蒸気温度制御バイアスを、前記蒸発器の出口温度に基づいて算出した蒸発器出口過熱度補正値により修正して主蒸気温度を所定値に制御する手段とを備えた貫流ボイラの蒸気温度制御装置において、前記火炉内を通過する流体流量と燃料量との比を設定し、燃料が過剰供給された場合、前記水燃比に対して減バイアス操作する手段を設けたことを特徴とする貫流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、貫流ボイラの蒸気温度制御装置に係り、特にプラント起動過程または負荷変化過程での主蒸気温度の安定な制御を行うのに好適な貫流ボイラの蒸気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、一般的な石炭焚き変圧貫流ボイラの流体経路の説明図であり、図４および図５は貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図である。
貫流ボイラに供給された水などの流体（単位、水ということがある）は、図３に示すように節炭器、水壁、天井壁および蒸発器を通過する過程で熱吸収し、蒸発器と一次過熱器とのラインに設けられた汽水分離器で蒸気と飽和水に分離され、分離された蒸気は、一次過熱器、二次過熱器、三次過熱器および最終過熱器を経て、タービンへ供給される。また分離された飽和水は、汽水分離タンクに貯水され、節炭器入口部の給水等に再利用される。また過熱器出口の蒸気温度制御に使用されるスプレー水は、節炭器出口部分から分岐され、各過熱器の出口部に設置した減温器に注入される。
また、上記流体経路における主蒸気温度の制御は、図４および図５に示すように、水燃比とスプレー水によりＰＩ（比例＋積分）制御される。具体的には、主蒸気温度の過渡的な変化修正をスプレー水により制御し、最終的には水燃比のバイアス操作により静特性時のバランスに制御する方式が採用されている。
【０００３】
水燃比制御は、蒸気温度を規定値に制御するためにボイラ蒸発量に応じたボイラ入力指令で作成された基本燃料指令に蒸気温度偏差による補正が加えられて燃焼量指令を作成するものであり、実際には負荷信号を基にプログラムされた主蒸気温度設定値と実温度との偏差に対して比例・積分動作により制御を行う。
また蒸気温度の調整は、一次過熱器、二次過熱器および三次過熱器の出口部に設置した減温器にスプレー水をスプレーし、過熱蒸気と水を混合させて温度を制御する手法で各過熱器での熱吸収量の変化に対してスプレー量を増減して行われる。
貫流運転中の主蒸気温度は、水燃比とスプレー水量にてＰＩ（比例＋積分）制御されることになるが、主蒸気温度の過渡的な変化修正は上記スプレーで制御し、静的には水燃比（給水と燃料の割合）へのバイアス操作で計画値のバランス点となるように修正して温度を安定させている。
【０００４】
主蒸気温度設定は、中給からの指令（ＤＰＣ）または所内にて設定した指令（ＡＬＲ）のいずれかにて設定された目標負荷指令より関数発生器２にてプログラムされた主蒸気温度設定値（蒸発器出口過熱温度を確保した修正値）と実温度を減算器１で算出した偏差をもとに、積分器５による積分、微分器７による微分、積分器５の先行信号による比例演算することにより、水燃比への主蒸気温度制御バイアスが作成されて行われる。この際には、燃料流量変化による主蒸気温度の応答時定数、変化量が負荷により変動するため、比例分、積分分についてボイラ入力指令（ＢＩＤ）から関数発生器１８ａ、１８ｂにより補正が加えられる。また主蒸気温度偏差にボイラ入力指令（ＢＩＤ）から関数発生器１８ｂによる補正値を加えた比例制御信号が加算器１０にて主蒸気温度制御に加算される。
【０００５】
積分器５の先行信号としては、目標負荷指令より関数発生器１１にてプログラムされた蒸発器出口温度設定値（蒸発器出口過熱度を確保した修正値）と実温度との偏差量を減算器１２にて算出し、積分器５の先行信号とするように構成しているため、過渡的な負荷変化に対して主蒸気温度制御は、各過熱器出口温度をみてスプレーで調整されるが、主蒸気温度バイアス補正は、蒸発器出口温度の過熱度の裕度偏差に対する比例修正分で、水燃比へ補正されるため、一次過熱器出口に比べて動作遅れがなく、蒸発器出口流体温度の過熱度を確保するように修正が行われる。
【０００６】
また、給水流量は火炉通過流量とスプレー流量の総和を負荷ベースにてタービンへの供給蒸気流量として制御している。ただし、循環運転中は火炉通過流量を規定値以上に保持するため、水と燃料の比率は一定ではない。
給水流量のうち、主蒸気温度制御を行っているスプレー流量は、過熱器部の熱負荷バランスの挙動により流量が変化し、それにより、火炉通過流量も変化することになるが、現状の回路では蒸発器出口の過熱度を保持するように水燃比が補正されるため、過熱度保持されている状態（燃料供給過多の場合を含む）は水燃比を減操作する補正がかからない回路構成となっている。
【０００７】
このような主蒸気温度制御方式において、給水に対して燃料が少ない水燃比のアンバランス状態が発生した場合、各部の収熱状態により過熱器側に関しては過熱度を確保するように水燃比の修正が行われるが、逆に給水に対して燃料が多い水燃比のアンバランス状態が発生した場合には、蒸発器出口流体の過熱度は確保されているため燃焼量指令を減操作するような水燃比補正は行われないため、過熱器側の熱吸収量が少なく水壁側での熱吸収量が多い場合、水壁部の温度アンバランスが発生、チューブ許容温度超過および天井壁の管内で気水混合状態となり、管内熱負荷のアンバランスによるチューブ損傷等の問題があった。
なお、火炉水冷壁出口蒸気温度の制御に関する文献として下記のものが挙げられる。
【特許文献１】特開平７−２３３９０３号公報
【特許文献２】特開昭５０−６５９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように従来技術では、二次過熱器、三次過熱器の出口部分の蒸気温度制御として、蒸気流量に対してプログラムよりスプレー流量を設定し、それに出口温度偏差により補正を加えて温度調整を行い、主蒸気温度はボイラ出口主蒸気温度偏差から四次過熱器入口温度設定を修正して三次過熱器スプレーにより規定値となるように制御する方式とし、水燃比もボイラ蒸発量に応じた燃料指令により燃料制御を行う方式としているため、火炉内の収熱バランスに対し、蒸発器出口の流体温度を検出して過熱温度を保持するように水燃比を持ち上げる（燃料量を増加）補正を行い、過熱蒸気は過熱器出口部の温度偏差を補正するようにスプレー量を増加させるような制御がなされるが、スプレー量の増加により火炉を通過する給水量が低下し、水壁および天井壁内の流体温度上昇する現象への配慮がされておらず、過熱部での熱吸収が少ない状態の場合、火炉部での熱吸収量が増加し、天井壁出口流体温度が過熱域となる事象が発生し、チューブが許容温度を超過して破損するという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、燃料過剰供給および燃料供給不足時の何れの場合でも的確に水燃比の修正を行い、主蒸気温度の安定した制御を行うことができる貫流ボイラの蒸気温度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】
【００１０】
本発明者は、上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、天井壁出口流体温度を検出し、または該流体が飽和温度以下となるように水燃比を引き下げる（燃料量を減少）補正を行うことにより、または燃焼状態により火炉部での熱吸収と過熱器部での熱吸収バランスの違いによる水燃比の補正に対して、天井壁出口連絡管部分までの流体を飽和温度制限域に確保するように、火炉通過流体流量と燃料比の比率を設定し、これを逸脱した場合は水燃比を引き下げる（燃料量を減少）補正を行うことにより、上記課題を達成できることを見いだし、本発明に到達した。
すなわち、本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
【００１１】
（１）節炭器、火炉、天井壁、蒸発器および過熱器を備えた貫流ボイラの該節炭器出口から抜き出した流体を該過熱器出口に設けた減温器に注入して該過熱器出口の蒸気温度を制御する手段と、上記流体の注入量と水燃比に基づくＰＩ（比例・積分）制御により算出した主蒸気温度制御バイアスを、前記蒸発器の出口温度に基づいて算出した蒸発器出口過熱度補正値により修正して主蒸気温度を所定値に制御する手段とを備えた貫流ボイラの蒸気温度制御装置において、前記貫流ボイラの天井壁出口温度に基づいて天井壁出口飽和温度制限補正値を算出する手段を設け、前記主蒸気温度制御バイアスを、前記蒸発器出口過熱度補正値と該天井壁出口飽和温度制限補正値とにより修正するようにしたことを特徴とする貫流ボイラの蒸気温度制御装置。
【００１２】
（２）節炭器、火炉、天井壁、蒸発器および過熱器を備えた貫流ボイラの該節炭器出口から抜き出した流体を該過熱器出口に設けた減温器に注入して該過熱器出口の蒸気温度を制御する手段と、上記流体の注入量と水燃比に基づくＰＩ（比例・積分）制御により算出した主蒸気温度制御偏差値を、前記蒸発器の出口温度に基づいて算出した蒸発器出口過熱度補正値により修正して主蒸気温度を所定値に制御する手段とを備えた貫流ボイラの蒸気温度制御装置において、前記火炉内を通過する流体流量と燃料量との比を設定し、燃料が過剰供給された場合、前記水燃比に対して減バイアス操作する手段を設けたことを特徴とする貫流ボイラの蒸気温度制御装置。
【発明の効果】
【００１３】
本願の請求項１によれば、負荷変化時の水燃比バランスがくずれても天井壁出口の飽和温度制限が保持されるため、スプレー流量の変動に対して天井壁出口部の温度が過熱域に突入する恐れがなく、チューブ損傷の防止を図ることができる。また本願の請求項２によれば、負荷変化時の熱負荷バランスがくずれても、水壁および天井壁部の内部流体温度を過熱状態とならないように飽和温度以下に維持できるため、チューブ損傷の防止を図ることができる。
従って、水壁、天井壁、ケージ壁、副側壁等の配管の材質の低減を図ることもでき、熱疲労等による保守の軽減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を図面により説明する。
図１は本発明の一例を示す貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図である。
図１において、従来の制御ブロック図である図５と異なる点は、過熱度補正回路に天井壁出口飽和温度制限補正回路を追加した点である。
具体的には、汽水分離器タンク圧力から関数発生器４０にてプログラム設定された飽和温度制限値に対し、天井壁出口温度の偏差が規定値以内になるように制御する天井壁出口流体の飽和温度制限補正制御からの補正値を関数発生器４２により算出し、従来の蒸発器出口過熱度補正信号に加算器４５により加算させる。すなわち、従来、積分器５の先行信号である比例演算値を、蒸発器出口過熱度の補正値のみで修正していたのに対し、図１では、該蒸発器出口過熱度補正に、さらに天井壁出口温度の飽和制限補正を加えた過熱度補正（ΔＣＳＨＩ）により修正が行われる。
なお、過渡的な負荷変化に対する主蒸気温度制御は、各過熱器出口温度をみてスプレー流量で調整されるので改善の必要性はないことから、上記した従来の制御回路に従って行われる。また水燃比への主蒸気温度バイアス補正についても、蒸発器出口温度の過熱器の裕度偏差に対する比例修正分で水燃比が補正されるため、一次過熱出口に比べて動作遅れがなく、蒸発器出口流体温度の過熱度を確保するように修正が行われる。
このような構成とすることにより、どのような熱吸収条件下においても蒸発器出口温度が過熱度および天井壁出口流体の飽和温度制限を確保するように修正が行われるため、チューブの損傷を防止することができる。
【００１５】
図２は本発明の他の例を示す貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図である。
図２において、従来の制御回路である図５と異なる点は、過熱度補正回路に、火炉通過流量と燃料比との比率が一定の範囲を逸脱した場合に水燃比を補正する回路を追加した点である。
具体的には、給水流量から合計スプレー流量を減算器５１にて算出して火炉通過流量を求め、関数発生器５２にてプログラム設定された必要燃料流量設定値に対し、合計燃料量との偏差を減算器５３にて求め、関数発生器５４により燃料補正値（水燃比比率補正）を算出し、従来の蒸発器出口過熱度補正信号に加算器５９にて加算させる。すなわち、従来、積分器５の先行信号である比例演算値を、蒸発器出口温度過熱度補正値にて修正していたのに対し、該補正値に加え、火炉通過流量と燃料量との比により飽和温度制限補正値も加えた過熱度補正（ΔＣＳＨＩ）により修正を行い、負荷変化時の燃料供給が過剰傾向にある場合は、水燃比に減バイアス補正を行って燃料の引き戻し操作が行われる。
また、過渡的な負荷変化に対する主蒸気温度制御は、各過熱器出口温度をみてスプレー流量で調整されるので改善の必要性はないことから従来の制御回路に従って制御される。また水燃比への主蒸気温度バイアス補正についても、蒸発器出口温度の過熱器の裕度偏差に対する比例修正分で水燃比が補正されるため、一次過熱出口に比べて動作遅れがなく、蒸発器出口流体温度の過熱度を確保するように修正が行われる。
このような構成とすることにより、どのような熱吸収条件下においても蒸発器出口温度が過熱度および天井壁出口流体の飽和温度制限を確保するように修正が行われるため、チューブの損傷を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明によれば、特に起動過程または負荷変化過程において蒸気温度の安定な制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一例を示す貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図。
【図２】本発明の他の例を示す貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図。
【図３】石炭焚き変圧貫流ボイラの流体経路の説明図。
【図４】従来の貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図。
【図５】従来の貫流ボイラ蒸気温度の制御ブロック図。
【符号の説明】
【００１８】
１…減算器、２…関数発生器、３…乗算器、４…切替器、５…積分器、６…変化率制限器、７…微分器、８…乗算器、９、１０…加算器、１１…関数発生器、１２…減算器、１３…乗算器、１４…加算器、１５…乗算器、１６…関数発生器、１７…乗算器、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ…関数発生器、２１…関数発生器、２２、２３…加算器、２４、２５、２６…関数発生器、２７…信号発生器、２８…切替器、２９…減算器、３０…関数発生器、３１…乗算器、３２…比例設定器、３３…切替器、３４…減算器、３５…関数発生器、３６…乗算器、３７…比例設定器、３８…切替器、３９…加算器、４０…関数発生器、４１…減算器、４２…関数発生器、４３…比例設定器、４４…切替器、４５…加算器、５１…減算器、５２…関数発生器、5 ３…減算器、５４、５５…関数発生器、５６…乗算器、５７…比率設定器、５８…切替器、５９…加算器。
【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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