(57)【要約】【課題】ドラムレベル制御に伴う排水を極力少なくすることで、ボイラの経済性を高める。【解決手段】ボイラにおけるドラムのドラムレベルを所定の制御レベルに基づいて制御するドラムレベル制御について、ボイラの起動時には、起動前のドラムについて測定して得られるドラム状態量に基づいて起動用制御レベル演算器１１で起動用制御レベルＬｓを求め、その起動用制御レベルＬｓを制御レベルとして用いるようにしている。【選択図】  図１
2008267742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラにおけるドラムのドラムレベルを所定の制御レベルに基づいて制御するようになっているドラムレベル制御方法において、
前記ボイラの起動時には、起動前の前記ドラムについて測定して得られるドラム状態量に基づいて設定される起動用制御レベルを前記制御レベルとして用いるようにしたことを特徴とするドラムレベル制御方法。
【請求項２】
前記ボイラの起動過程での蒸気供給開始に伴うドラムレベル低下分を推測し、その推測に基づいた給水制御を前記起動過程で行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のドラムレベル制御方法。
【請求項３】
前記ドラムレベル低下分の推測は、ドラム圧力の変化率に基づいて行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のドラムレベル制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載のドラムレベル制御方法に用いられるドラムレベル制御装置であって、
前記起動前のドラム状態量に基づいて前記起動用制御レベルを算出する起動用制御レベル算出手段を備えていることを特徴とするドラムレベル制御装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載のドラムレベル制御方法に用いられるドラムレベル制御装置であって、
前記ドラムレベル低下分の推測に基づいた給水制御を行う給水制御手段を備えていることを特徴とするドラムレベル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラのドラムレベルの制御技術に関し、特に、ボイラの運転に伴って発生する排水を低減することが望まれるボイラ、例えば独立発電事業者などが運用する比較的容量の小さい火力発電用のボイラなどに好適なドラムレベル制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力自由化で分散型電源の普及が進み、独立発電事業者により小容量の火力発電設備が数多く設置されるようになってきている。これに伴って、小容量の火力発電設備用のボイラのより経済的な設計に対する要望が高まってきている。そうした要望に応えるために火力発電設備用のボイラの経済性を高める上での大きなファクタの１つとして、ボイラからの排水がある。
【０００３】
一般に火力発電設備用のボイラは、蒸気発生器としてドラムを備えており、そのドラムに張った水（通常は純水が用いられる）を加熱することで蒸気を発生させるようになっており、ドラムに張る水の水位、つまりドラムレベルを適切に保つためのドラムレベル制御がなされる。ドラムレベル制御は、負荷に供給する蒸気に水分が混入することがないようにするための上限ドラムレベルとドラムが空炊きとなることがないようにするための下限ドラムレベル（トリップレベル）の間で制御レベルを設定し、その制御レベルにドラムレベルを保つようになされる（例えば特許文献１、２）。
【０００４】
こうしたドラムレベル制御では、ドラムレベルが過剰になった際に、その過剰分を排水する必要があり、それに伴って排水を生じる。このドラムレベル制御に伴う排水は、純水の使用量を増大させることでボイラの経済性に影響し、またそれを処理するために排水量に応じ他規模の排水設備を必要とすることでもボイラの経済性に影響する。こうしたことから、ドラムレベル制御に伴う排水を低減できれば、排水設備を小型化することが可能となり、また純水使用量を低減することもでき、ひいてはボイラの経済性を高めることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６８７４号公報
【特許文献２】特開平１１−３５１５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、ドラムレベル制御に伴う排水の低減は、ボイラの経済性を高めるのに有効である。本発明はこうした観点からなされたものであり、その課題は、ドラムレベル制御に伴う排水を極力少なくすることで、ボイラの経済性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ドラムレベル制御に伴う排水は、ボイラの起動過程において主に生じる。すなわち起動過程では、ドラム水に大幅な温度上昇を生じ、その昇温によるドラム水の体積膨張でドラムレベルが上昇することで、ドラムレベルが過剰となり、そのために排水が必要となる。こうした起動過程での排水を減らすためには、通常運転時の制御レベルである通常運転用制御レベルよりも低く設定される起動用制御レベルを用いて起動過程でのドラムレベル制御を行うのが有効で、従来でもそのようにしていた。しかし、従来では、起動用制御レベルによるドラムレベル制御を行ってもなお、例えば発生蒸気容量が１００トンであると、数トンの排水を生じるというように、発生蒸気容量の数パーセントのオーダにもなる排水を発生する場合が少なからずあった。
【０００８】
こうした従来における排水の発生について発明者等は詳細な検討を行ってきた。その結果、起動用制御レベルの設定方法に問題のあることが明らかになった。すなわち、従来では、起動用制御レベルを試験運転により求めて設定し、その起動用制御レベルを一律に用いるようにしている。そのために、ボイラの停止時間、停止中のボイラの待機状態、ボイラ設置環境の季節ごとの温度条件など多くの要因の影響を受けることになる起動過程の昇温によるドラムレベルの上昇に十分に対応することができない。その結果として、相当な量の排水を発生することになっていたのである。
【０００９】
このような知見から、本発明では、起動前のドラムについて圧力や温度などのドラム状態量を実測し、その実測したドラム状態量からドラム昇温に伴うドラムレベル上昇を起動過程ごとに予測し、その予測に基づいて起動用制御レベルを設定するようにし、このことにより起動過程ごとの実際のドラム状態に即した起動過程用のドラムレベル制御を行えるようにすることで、ドラム昇温に起因する排水を低減できるようにする。
【００１０】
すなわち本発明では、ボイラにおけるドラムのドラムレベルを所定の制御レベルに基づいて制御するようになっているドラムレベル制御方法において、前記ボイラの起動時には、起動前の前記ドラムについて測定して得られるドラム状態量に基づいて設定される起動用制御レベルを前記制御レベルとして用いるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
このように実測したドラム状態量に基づいて起動用制御レベルを設定する場合、その起動用制御レベルは、ドラムが空炊きとなることがないようにするための下限ドラムレベルに近接したレベルになるのが通常である。そのため起動過程での蒸気供給開始に伴うドラムレベルの急低下に給水が追随できずに下限ドラムレベルまでドラムレベルを低下させてドラムレベル制御に不安定性を招く可能性がある。そこで、上記のようなドラムレベル制御方法については、蒸気供給開始に伴うドラムレベルの急低下時にドラムレベルが下限ドラムレベルとなるのを効果的に防止できるようにするのが好ましい。こうしたことから本発明では、上記のようなドラムレベル制御方法について、前記起動過程での蒸気供給開始に伴うドラムレベル低下分を推測し、その推測に基づいた給水制御を起動過程で行うようにするものとしている。
【００１２】
このようなドラムレベル低下分の推測は、ドラム圧力の変化率に基づいて行うのが特に適切である。したがって本発明では、上記のようなドラムレベル制御方法について、前記ドラムレベル低下分の推測をドラム圧力の変化率に基づいて行うようにするものとしている。
【００１３】
また本発明では、上記のようなドラムレベル制御方法に用いるドラムレベル制御装置は、前記起動前のドラム状態量に基づいて前記起動用制御レベルを算出する起動用制御レベル算出手段を備えた構成とし、また前記ドラムレベル低下分の推測に基づいた給水制御を行う給水制御手段を備えた構成とするものとしている。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明によれば、ドラムレベル制御に伴う排水を極力少なくすることができ、ボイラの経済性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、一実施形態によるドラムレベル制御装置１の機能的な構成を制御対象の蒸気発生器であるドラム２との関係で示す。ドラム２には給水管３が接続されている。給水管３には給水調節弁４が設けられており、この給水調節弁４の弁開度のドラムレベル制御装置１による制御を通じてドラム２のドラムレベル制御がなされる。またドラム２には排水管５が接続されている。排水管５には、排水調節弁６が設けられ、この排水調節弁６の開閉をドラムレベル制御装置１により制御することでドラム２からの排水の制御がなされる。排水管５によるドラム２からの排水は、ドラムレベルが過剰になった場合になされ、それにより排出された排水は排水処理装置７に送られて所定の処理が施される。さらにドラム２には、図示を省略してあるボイラの加熱部から熱の伝達を受ける蒸発器８が接続されている。
【００１６】
ドラムレベル制御装置１は、起動用制御レベル演算器１１、ドラム温度演算器１２、制御レベル切替器１３、圧力変化率演算器１４、先行弁開度指令値演算器１５、弁開度指令値演算器１６、および加算器１７を備えている。なおドラムレベル制御装置１は、これらの他に、排水調節弁６の開閉を制御する排水制御系なども備えているが、それらについては図示を省略してある。
【００１７】
起動用制御レベル演算器１１は、起動用制御レベル算出手段であり、ボイラの起動がなされるごとに起動用制御レベルＬｓを算出する。起動用制御レベル演算器１１における起動用制御レベルＬｓの算出は、ドラム２について測定して得られるドラム状態量に基づいてなされる。図の例では、圧力計１８で測定される起動前ドラム圧力（ボイラ起動前のドラム２の内部圧力）を基礎的なドラム状態量としている。すなわち起動用制御レベル演算器１１は、圧力計１８で測定される起動前ドラム圧力とドラム温度演算器１２により起動前ドラム圧力から算出される起動前飽和温度（ボイラ起動前のドラム２の飽和温度）から起動前ドラム保有熱量（ボイラ起動前のドラム２の保有熱量）を算出し、さらに起動過程での蒸気発生開始時までのドラム２の昇温でドラム水に生じる体積膨張によるドラムレベルの上昇分を起動前ドラム保有熱量から予測し、その予測ドラムレベル上昇に基づいて起動用制御レベルＬｓを算出する。
【００１８】
こうして算出される起動用制御レベルＬｓは、起動前ドラム圧力に相関した値となり、一例として図２に示すように、ドラムが空炊きとなることがないようにするためのトリップレベルに近接した値となる。このような起動前ドラム圧力に相関させた、つまり起動前ドラム圧力から予測される昇温によるドラムレベル上昇を見込んだ起動用制御レベルＬｓを用いることにより、起動過程でドラムレベルが過剰になる事態を効果的に避けることができ、したがって起動過程でのドラムレベル制御に伴う排水を低減することができる。そしてドラムレベル制御に伴う排水の低減により、排水処理装置７を小型化することが可能となり、また純水使用量を低減することもでき、ひいてはボイラの経済性を高めることができる。
【００１９】
制御レベル切替器１３は、制御レベル切替手段であり、ドラムレベル制御の基準とする制御レベルをボイラの起動時（より具体的には起動過程における水張り時）と蒸気を安定的に発生させている通常運転時で選択的に切り替えるのに機能する。すなわち起動時には起動用制御レベル演算器１１で算出された起動用制御レベルＬｓを制御レベルとして設定し、通常運転時には予め与えられている通常運転用制御レベルＬｎを制御レベルとして設定する。
【００２０】
圧力変化率演算器１４、先行弁開度指令値演算器１５、弁開度指令値演算器１６、および加算器１７は、給水調節弁４の弁開度を制御してドラム２への給水を制御する給水制御手段１９を構成している。この給水制御手段１９にあって、圧力変化率演算器１４と先行弁開度指令値演算器１５は、フィードフォワード制御に機能し、弁開度指令値演算器１６はフィードバック制御に機能する。
【００２１】
フィードフォワード制御では、ドラム圧力の変化でドラムレベルに急激な変化を生じる際に、そのドラムレベルの急変化に先立って給水調節弁４の弁開度を大きくする方向に制御する。具体的にいうと、圧力変化率演算器１４は、圧力変化率算出手段として、圧力計１８が提供するドラム圧力からその変化率を算出し、先行弁開度指令値演算器１５は、圧力変化率演算器１４が算出したドラム圧力の変化率からドラムレベルの急変の有無を予測し、急変があるとなった場合にはその急変におけるドラムレベルの変化量を推測し、その推測変化量に基づいて先行弁開度指令値を算出して加算器１７に出力する。そして加算器１７は、先行弁開度指令値を後述の弁開度指令値演算器１６からの弁開度指令値に加算して実効弁開度指令値として給水調節弁４に出力する。
【００２２】
一方、フィードバック制御では、ドラムレベル計２０で測定される実際のドラムレベルと制御レベルとの偏差を求め、その偏差を解消するのに必要な弁開度指令値を算出して加算器１７に出力する。
【００２３】
以下では、ドラムレベル制御装置１でなされるボイラ起動時のドラムレベル制御について説明する。起動時のドラムレベル制御は、図３にその流れを示すように、ステップ１０１〜１１１の各処理過程を含む。
【００２４】
ステップ１０１では、起動用制御レベルＬｓの設定がなされる。具体的には上述のようにして起動用制御レベル演算器１１が起動用制御レベルＬｓを算出し、それを制御レベル切替器１３が制御レベルとして設定する。
【００２５】
ステップ１０２では、残留ドラム水によるドラムレベルの判定を行う。具体的には、起動過程における水張りがなされる前での実際のドラムレベルをドラムレベル計２０による測定値から求め、その実ドラムレベルが起動用制御レベルＬｓより低いかを判定する。ステップ１０２の判定結果が肯定的な場合には、ステップ１０３に進んでドラム２への給水を行って水張り完了となり（ステップ１０５）、一方、ステップ１０２の判定結果が否定的な場合には、ステップ１０４に進んでドラム２からの排水を行って水張り完了となる（ステップ１０５）。
【００２６】
水張りが完了すると、加熱が開始されてドラム２の温度が上昇し、それに伴ってドラムレベルが上昇する（ステップ１０６）。ドラムレベルが上昇し始めたらステップ１０７として昇温中の実ドラムレベルの判定を行う。具体的には、昇温中の実ドラムレベルをドラムレベル計２０による測定値から求め、その昇温時実ドラムレベルが通常運転用制御レベルＬｎより高いかを判定する。ステップ１０７の判定結果が肯定的な場合には、ステップ１０８に進んでドラム２からの排水を行う。一方、ステップ１０７の判定結果が否定的な場合には、その実ドラムレベルを保ったままとする。
【００２７】
ドラム２が飽和温度まで昇温するとドラム２において蒸気の安定的な発生が開始する（ステップ１０９）。蒸気の安定的な発生が開始すると、負荷への蒸気供給が開始される。そして、負荷への蒸気供給が開始されると、それまで開かれていたドレン弁が閉じられることから、ドラム圧力が急変し、それに応じてドラムレベルの急激な低下を生じる。このドラムレベルの急低下は、上述のような起動用制御レベルＬｓを用いた起動過程のドラムレベル制御に不安定性を招く可能性がある。つまり起動用制御レベルＬｓがトリップレベルに近接しているために、蒸気供給開始に伴うドラムレベルの急低下に給水が追随できずにトリップレベルまでドラムレベルを低下させてドラムレベル制御に不安定性を招く可能性がある。そこでこれに対処するために、上述のフィードフォワード制御を付加した給水制御によりドラムレベル急低下分の給水をステップ１１０として行う。ステップ１１０の給水は通常運転用制御レベルＬｎを制御レベルとして行う。そのためにステップ１１１で制御レベルを通常運転用制御レベルＬｎに切り替え、起動過程の完了となる。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態の１つについて説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば、上記実施形態では、起動用制御レベルを求めるためのドラム状態量としてドラム圧力を用いていたが、これに代えてドラム温度をドラム状態量とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態によるドラムレベル制御装置の構成を示す図である。
【図２】起動前ドラム圧力と起動用制御レベルの関係の例を示す図である。
【図３】起動時のドラムレベル制御における処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      ドラムレベル制御装置
２      ドラム
１１    起動用制御レベル演算器（起動用制御レベル算出手段）
１４    圧力変化率演算器
１９    給水制御手段
【図１】
2008267742.tif 000003
【図２】
2008267742.tif 000004
【図３】
2008267742.tif 000005