(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲のガスとの熱交換によって内部蒸気を加熱する再熱器と、
前記再熱器に前記内部蒸気として導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らす抽気部と、
前記再熱器にて検出された前記内部蒸気の温度に基づいて前記抽気蒸気の量を制御する抽気制御部と、
開度指令に応答して前記周囲のガスの流量を制御するガス流量制御部とを具備し、
前記抽気制御部は、前記開度指令が所定の基準値よりも大きいとき前記抽気部による抽気を開始し、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉と、
前記火炉が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、
前記過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して前記導入蒸気を吐出するタービンとを具備し、
前記抽気部は、前記タービンから吐出され前記再熱器に導入される前の前記導入蒸気の一部を前記抽気蒸気として抽気する
ボイラシステム。
【請求項２】
請求項１に記載されたボイラシステムであって、
前記抽気制御部は、前記開度指令が前記所定の基準よりも小さい所定の第２基準よりも小さいとき前記抽気蒸気の量を減少させる
ボイラシステム。
【請求項３】
請求項１に記載されたボイラシステムであって、
前記ガス流量制御部は、前記周囲のガスが流れる流路の断面積を変化させることによって前記流量を制御するガスダンパを含む
ボイラシステム。
【請求項４】
請求項１に記載されたボイラシステムであって、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉
を具備し、
前記ガス流量制御部は、前記再熱器の下流側における前記周囲のガスを前記火炉の内部に循環させることによって前記流量を制御する再循環ファンを含む
ボイラシステム。
【請求項５】
請求項３に記載されたボイラシステムであって、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲のガスとして前記再熱器に供給する火炉と、
前記再熱器から供給される前記内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービンと、
前記タービンの負荷に応答して前記火炉に供給される前記燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部と、
前記負荷が減少するとき、前記燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部
とを具備する
ボイラシステム。
【請求項６】
請求項４に記載されたボイラシステムであって、
更に、前記再熱器から供給される前記内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービンと、
前記タービンの負荷に応答して前記火炉に供給される前記燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部と、
前記負荷が減少するとき、前記燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部
とを具備する
ボイラシステム。
【請求項７】
ボイラによって生成される燃焼ガスとの熱交換により再熱器の蒸気流路を流れる蒸気を加熱するステップと、
前記再熱器の出口側において前記蒸気の出口温度を検出するステップと、
前記出口温度が低下したとき、前記再熱器の周囲における前記燃焼ガスの流量を調節するダンパーの開度を大きくすることによって前記流量を大きくするステップと、
前記ダンパーの開度が所定の基準開度以上のとき、前記再熱器に導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らすステップとを具備し、
前記ダンパーの前記開度の開度指令が所定の基準値よりも大きいとき前記減らすステップが開始され、
更に、内部で燃料を燃焼して前記周囲における前記燃焼ガスとして前記再熱器に供給する火炉が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するステップと、
前記過熱蒸気を駆動蒸気として用いることにより前記導入蒸気を吐出するタービンを駆動するステップとを具備し、
前記タービンから吐出され前記再熱器に導入される前の前記導入蒸気の一部は、前記抽気蒸気として抽気される
ボイラシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラにおいて高温のガスを生成し、そのガスを用いて蒸気を加熱し、その蒸気によって蒸気タービンを駆動するボイラシステムが知られている。こうしたボイラシステムにおいて、蒸気の温度が低下した場合、蒸気を加熱するために用いられるガスの流量を増やすことにより、蒸気温度の低下を抑制する制御が行われる。負荷変化に対する追従性をより向上することを可能にするボイラシステムとその制御方法が求められている。
【０００３】
特許文献１には、負荷上昇時に、ボイラ蓄熱を増やすために燃料の燃焼による熱量が多く費やされ、再熱器出口蒸気温度が低下してしまうことが避けられないという課題に鑑み、再熱器ガスダンパの開度が実際の負荷変化前に広げられるボイラの再熱蒸気温度制御装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、急速負荷降下時に再熱器蒸気温度が過渡的に低下するのを、安定燃焼を損なうことなく、また、ＮＯｘ発生量を増加させることなく防ぐことを課題とした再熱ボイラ、及び再熱ボイラの運転方法が記載されている。この文献には、負荷変化時においてボイラ入力加速信号（ＢＩＲ）を用いた制御が記載されている。
【特許文献１】特開２００２‐１６８４０６号公報
【特許文献２】特開２００３‐３２２３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ボイラの制御性を向上することである。
本発明の他の目的は、負荷変動時におけるボイラの蒸気温度の安定性を向上することである。
本発明の更に他の目的は、負荷の変動速度を大きく設定することのできるボイラシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
本発明によるボイラシステムは、周囲（６）のガスとの熱交換によって内部蒸気を加熱する再熱器（１０）と、再熱器（１０）に内部蒸気として導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らす抽気部（４５、４６、１０２、１０４）と、再熱器（１０）にて検出された内部蒸気の温度に基づいて抽気蒸気の量を制御する抽気制御部（５６）とを備える。
【０００８】
本発明によるボイラシステムは、開度指令に応答して周囲（６）のガスの流量を制御するガス流量制御部（５４）を備える。抽気制御部（５６）は、ガス流量制御部（５４）の開度指令が所定の基準よりも大きいとき抽気蒸気の量を増加させる。
【０００９】
本発明によるボイラシステムにおいて、抽気制御部（５６）は、ガス流量制御部（５４）の開度指令が所定の基準よりも小さい所定の第２基準よりも小さいとき抽気蒸気の量を減少させる。
【００１０】
本発明によるボイラシステムにおいて、ガス流量制御部（５４）は、周囲のガスが流れる流路（６）の断面積を変化させることによって流量を制御するガスダンパ（１２）を含む。
【００１１】
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲（６）のガスとして再熱器（１０）に供給する火炉（４）を備える。ガス流量制御部（５４）は、再熱器（１０）の下流側における周囲（６）のガスを火炉の内部に循環させることによって流量を制御する再循環ファン（５０）を含む。
【００１２】
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲（６）のガスとして再熱器（１０）に供給する火炉（４）と、再熱器（１０）から供給される内部蒸気を駆動蒸気として用いるタービン（３２、３４）と、タービン（３２、３４）の負荷に応答して火炉（４）に供給される燃料の量を制御するための燃料指令値を生成する燃料指令値生成部（２４）と、負荷が減少するとき、燃料指令値が小さくなるようにフィードフォワード制御を行う燃料指令値補正部（２５）とを備える。
【００１３】
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲（６）のガスとして再熱器（１０）に供給する火炉（４）と、火炉（４）が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器（図示せず）と、過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して導入蒸気を吐出するタービン（３４）とを備える。抽気部（４５、４６）は、タービン（３４）から吐出された導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気する。
【００１４】
本発明によるボイラシステムは、内部で燃料を燃焼して周囲（６）のガスとして再熱器（１０）に供給する火炉（４）と、火炉（４）が生成する熱によって蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する過熱器（図示せず）と、過熱蒸気を駆動蒸気として用いて駆動して導入蒸気を吐出するタービン（３４）とを備える。抽気部（１０２、１０４）は、過熱器とタービン（３４）との間を流れる過熱蒸気の一部を抽気蒸気として抽気する。
【００１５】
本発明によるボイラシステムの制御方法は、ボイラ（２ａ）によって生成される燃焼ガスとの熱交換により再熱器（１０）の蒸気流路を流れる蒸気を加熱するステップと、再熱器（１０）の出口側において蒸気の出口温度を検出するステップと、出口温度が低下したとき、再熱器（１０）の周囲における燃焼ガスの流量を調節するダンパー（１２、５２）の開度を大きくすることによって流量を大きくするステップと、ダンパー（１２、５２）の開度が所定の基準開度以上のとき、再熱器（１０）に導入される導入蒸気の一部を抽気蒸気として抽気することによって減らすステップとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ボイラの制御性が向上する。
更に本発明によれば、負荷変動時におけるボイラの蒸気温度の安定性が向上する。
更に本発明によれば、負荷の変動速度を大きく設定することのできるボイラシステムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、ボイラシステムの構成を示す。ボイラシステムは、ボイラ２ａを備える。ボイラ２ａは、内部に燃焼空間を有する火炉４を備える。火炉には図示しないバーナが設置される。バーナには、燃料供給部１８から燃料配管２０を通して燃料が供給され、空気配管２２を通して空気が供給される。
【００１８】
火炉４は、後部伝熱部に接続される。後部伝熱部は、隔壁で相互に仕切られた再熱器流路６と過熱器流路８とを備える。再熱器流路６には再熱器１０が設置される。再熱器１０には、過熱を防ぐための給水スプレイ１６が設けられる。再熱器１０は、内部蒸気が流れる蒸気流路を備える。内部蒸気は、再熱器１０の周囲、即ち再熱器流路６の内部のガスと熱交換を行う。再熱器流路６の再熱器１０よりも下流側には再熱器ガスダンパ１２が設けられる。再熱器ガスダンパ１２は、再熱器流路６の断面積を絞ることによって、再熱器流路６を流れるガスの流量を調節する。過熱器流路８の過熱器よりも下流側には、過熱器流路８を流れるガスの流量を調節するための過熱器ガスダンパ１４が設けられる。
【００１９】
ボイラ２ａの内部には、直列に接続された複数の過熱器が設置される。それらの過熱器は、内部に蒸気が流れる蒸気流路を備える。複数の過熱器のうち最下段の蒸気流路の出口側は、高圧タービン３４の入口に接続される。
【００２０】
高圧タービン３４の出口側は、再熱器入口側配管４２の一端に接続される。再熱器入口配管４２の内部には再熱器６に導入される導入蒸気が流れる。再熱器入口配管４２の他端は、再熱器１０の蒸気流路の入口に接続される。再熱器１０の蒸気流路の出口側は、再熱器出口側配管を介して中低圧タービン３２の入口に接続される。中低圧タービン３２の出口側は、復水器入口側配管を介して復水器４０の入口に接続される。高圧タービン３２と中低圧タービン３４とはトルクを合成するためのシャフトで結合されている。合成されたトルクは発電機３８に伝達される。
【００２１】
再熱器入口側配管４２には、抽気ポイント４４が設定される。その抽気ポイント４４において、再熱器入口側配管４２はバイパス配管４５の一端に接続される。バイパス配管４５の他端は、復水器入口側配管に接続される。バイパス配管４５には抽気弁４６が設けられる。
【００２２】
ボイラシステムは、燃料指令値生成部２４を備えている。燃料指令値生成部２４には、中低圧タービン３２と高圧タービン３４を含むタービン群にかかる負荷を制御するための信号である負荷指令２６が入力される。燃料指令値生成部２４は、負荷指令２６が入力されると、予め記憶している関数を用いて、火炉４のバーナに供給される燃料の量と空気の量を示す開度指令２３を生成する。
【００２３】
ボイラシステムは更に、ＢＩＲ部２５を備えている。ＢＩＲは「Ｂｏｉｌｅｒ  Ｉｎｐｕｔ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ」又は「Ｂｏｉｌｅｒ  Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  Ｒａｔｅ」の略である。ＢＩＲ部２５には、燃料指令値生成部２４が生成した開度指令２３と、負荷指令２６を補正するために用いられる先行信号２７とが入力される。ＢＩＲ部２５は、負荷指令２６が入力されないとき、開度指令２３をそのまま補正開度指令２８として燃料供給部１８に出力する。ＢＩＲ部２５は、負荷指令２６が入力されると、開度指令２３を先行信号２７に応答して補正した補正開度指令２８を生成し燃料供給部１８に出力する。燃料供給部１８は入力した補正開度指令２８を用いて火炉４に供給する燃料と空気の量を制御する。
【００２４】
再熱器出口側配管には、その内部を流れる蒸気の温度を検出して再熱器出口蒸気温度検出値を生成する温度センサ３０が設置される。ボイラシステムは更に、制御部４８ａを備える。制御部４８ａは、温度センサ３０から受信した温度情報を用いて、再熱器ガスダンパ開度指令と再熱器バイパス制御弁開度指令とを生成する。再熱器ガスダンパ１２の開度は、再熱器ガスダンパ開度指令に応答して変化する。抽気弁４６の開度は、再熱器バイパス制御弁開度指令に応答して変化する。
【００２５】
図２は、制御部４８ａの構成を示す。制御部４８ａは、ガス流量制御部５４とバイパス制御部５６とを備える。バイパス制御部５６は、再熱器入口側配管からの抽気を制御するため抽気制御部とも呼ばれる。ガス流量制御部５４は、減算器５８とＰＩ演算器６０とを備える。減算器５８には、再燃器出口蒸気温度設定値と、温度センサ３０が生成する再熱器出口蒸気温度検出値とが入力される。減算器５８は、入力された再燃器出口蒸気温度設定値と再熱器出口蒸気温度検出値との差を出力する。ＰＩ演算器６０は比例積分補償演算を行い、減算器５８が出力する差を小さくするように再熱器ガスダンパ開度指令を生成して出力する。
【００２６】
バイパス制御部５６は、第１開度指令判定部６２、第２開度指令判定部６４、切換器６６、信号発生器６８、ＰＩ演算器７０、切換器７２、信号発生器７４及びゲートリミッタ７６を備える。第１開度指令判定部６２には、ＰＩ演算器６０が出力する再熱器ガスダンパ開度指令が入力される。第１開度指令判定部６２は、第１開度指令基準値を記憶する。第１開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ１２が全開あるいは全開に近い開度であることを示す値に設定されることが好ましい。第１開度指令判定部６２は、再熱器ガスダンパ開度指令と第１開度指令基準値との大小関係を示す情報を含むバイパス使用開始情報を生成する。以下の説明において、再熱器ガスダンパ開度指令が第１開度指令基準値よりも小さいときのバイパス使用開始情報を「バイパス使用開始せず」、再熱器ガスダンパ開度指令が第１開度指令基準値よりも大きいときのバイパス使用開始情報を「バイパス使用開始」と表現する。
【００２７】
第２開度指令判定部６４には、ＰＩ演算器６０が出力する再熱器ガスダンパ開度指令が入力される。第２開度指令判定部６４は、第２開度指令基準値を記憶する。第２開度指令基準値は、第１開度指令基準値と同じ値又は第１開度指令基準値よりも小さい値に設定される。以下、第１開度指令基準値よりも小さい値に設定された場合について説明がなされる。第２開度指令判定部６４は、再熱器ガスダンパ開度指令と第２開度指令基準値との大小関係を示す情報を含むバイパス使用停止情報を生成する。以下の説明において、再熱器ガスダンパ開度指令が第２開度指令基準値よりも大きいときのバイパス使用停止情報を「バイパス使用停止せず」、再熱器ガスダンパ開度指令が第２開度指令基準値よりも小さいときのバイパス使用停止情報を「バイパス使用停止」と表現する。
【００２８】
信号発生器６８は、数値０を示す数値情報を生成する。切換器６６には、第１開度指令判定部６２が生成するバイパス使用開始情報と、減算器５８が出力する差と、信号発生器６８が生成する数値情報とが入力される。切換器６６は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始せず」のとき、信号発生器６８から入力される数値情報をＰＩ演算入力偏差としてＰＩ演算器７０に出力する。切換器６６は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始」のとき、減算器５８から入力される差をＰＩ演算入力偏差としてＰＩ演算器７０に出力する。ＰＩ演算器７０は比例積分補償演算を行い、ＰＩ演算入力偏差を小さくするように再熱器ガスダンパ制御弁開度指令を生成して出力する。
【００２９】
信号発生器７４は、数値０を示す数値情報を生成する。切換部７２には、第２開度指令判定部６４が出力するバイパス使用停止情報と、ＰＩ演算器７０が出力する再熱器ガスダンパ制御弁開度指令と、信号発生器７４が生成する数値情報とが入力される。切換部７２は、バイパス使用停止情報が「バイパス使用停止せず」のときには、ＰＩ演算器７０から入力する再熱器ガスダンパ制御弁開度指令をゲートリミッタ入力値として出力する。切換部７２は、バイパス使用停止情報が「バイパス使用停止」のときには、信号発生器７４から入力する数値情報をゲートリミッタ入力値として出力する。ゲートリミッタ７６は、切換部７２から入力されるゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。
【００３０】
燃料指令値生成部２４、ＢＩＲ部２５又は制御部４８は、コンピュータシステムを用いて実現することができる。その場合、各々の外部との通信は通信インターフェースを介して行われ、各々の内部の情報処理は、記憶媒体に格納されたプログラムを演算制御装置が読み取って実行することによってソフトウェア的に実行される。
【００３１】
次に、以上の構成を備えるボイラシステムの動作について説明する。
（負荷静定時）
負荷を制御する図示しない制御装置は、その制御に用いている負荷指令２６を所定の時間周期で燃料指令値生成部２４に送信する。負荷静定時には、ＢＩＲ部２５に先行信号２７は入力されない。このとき、ＢＩＲ部は開度指令２３をそのまま補正開度指令値２８として出力する。
【００３２】
燃料供給部１８は、補正開度指令値２８に応答した量の燃料と空気とを火炉４のバーナに供給する。バーナ４はその燃料と空気を用いて火炎を生成し、火炉４の内部のガスを加熱する。加熱されたガスは、後部伝熱部に導入され、再熱器流路６と過熱器流路８とを通って排出される。再熱器流路６のガス流量と加熱器流路８のガス流量とは、再熱器ガスダンパ１２の開度と過熱器ガスダンパ１４の開度とによって制御される。
【００３３】
図示しない過熱器の内部の蒸気流路を流れる蒸気は、ボイラ２ａのガスと熱交換することによって加熱され、高圧タービン入口配管３６を介して高圧タービン３４に駆動蒸気として導入される。高圧タービン３４から吐出された駆動蒸気は、再熱器入口側配管４２を介して再熱器１０の内部の蒸気流路に導入される。通常時、再熱器バイパス制御弁４６は全閉しており、高圧タービン３４から吐出された駆動蒸気はバイパス配管４５を流れない。
【００３４】
再熱器１０の蒸気流路に導入された駆動ガス（内部蒸気）は、再熱器１０の周囲の再熱器流路６を流れるガスと熱交換して加熱され、再熱器出口側配管を介して中低圧タービン３２に駆動蒸気として導入される。中低圧タービン３２から吐出された駆動蒸気は、復水器４０によって凝縮される。
【００３５】
温度センサ３０は、再熱器出口側配管の内部を流れる蒸気の温度を所定の周期で検出し、検出された温度を示す再熱器出口蒸気温度検出値を生成して制御部４８ａに送信する。制御部４８ａは更に、再熱器出口蒸気温度設定値を入力する。制御部４８ａのガス流量制御部５４は、再熱器出口蒸気温度検出値と再熱器出口蒸気温度設定値との差の絶対値が小さくなるように、再熱器ガスダンパ開度を比例積分制御するための再熱器ガスダンパ開度指令を出力する。
【００３６】
バイパス制御部５６は、ＰＩ演算器６０が生成した再熱器ガスダンパ開度指令を入力する。再熱器ガスダンパ開度指令が第１開度指令基準値よりも小さいときは「バイパス使用開始せず」であり、切換部６６は信号発生器６８から入力する０を示す数値情報を後段に送信する。ＰＩ演算器７０は、０が入力され続けている間、０を出力し続ける。切換部７２は、ＰＩ演算器７０から入力した０か、信号発生器７４から出力された０のいずれかを選択し、結局は０を後段に出力する。この出力信号はゲートリミッタ７６を通過して、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力される。この信号により、再熱器バイパス制御弁４６は開度がゼロであるように制御される。高圧タービン３４から吐出された駆動蒸気はバイパス配管４５に逃れずに再熱器入口側配管４２を通って再熱器１０に供給される。
【００３７】
（負荷降下時）
低中圧タービン３２と高圧タービン３４を含むタービン部にかかる負荷が降下（減少）するとき、ボイラ２ａに蓄熱された熱量が大きいため、ボイラ２ａの応答遅れが発生する。即ち、負荷降下時にはボイラ２ａに要求される熱量が減少するため、バーナに供給される燃料と空気が減少して火炎を弱くするように制御が行われるが、ボイラ２ａに蓄熱された熱量が大きいため、火炉４によって生成される燃焼ガスの圧力及び温度はすぐには低下しない（ボイラの応答遅れ）。
【００３８】
ボイラの応答遅れを回避するために、ボイラシステムはＢＩＲ部２５を備える。負荷を制御する図示しない制御装置は、負荷を降下するとき、先行的に負荷の低下を知らせる先行信号２７をＢＩＲ部２５に送信する。ＢＩＲ部２５は、先行信号２７を用いて火炉４のバーナに供給される空気と熱の量をフィードフォワード制御する。即ち、ＢＩＲ部２５は、火炉４のバーナに供給される燃料と空気の量が、燃料指令値生成部２４が生成する開度指令２３よりも大きなレート（ＢＩＲ）で絞り込まれるように、補正開度指令２８を生成し出力する。燃料供給部１８は、補正開度指令２８に応答して、火炉４のバーナに供給する空気と燃料の量を減らす。火炉４のガス流量及び燃焼温度が低下する。
【００３９】
ＢＩＲ部によるフィードフォワード制御の結果、ボイラ２ａの蓄熱を補償する以上に熱量が低下する可能性が考えられる。その場合、一方では、ボイラ２ａのガス流量が低下することにより、再熱器１０の内部の蒸気流路で加熱される内部蒸気の温度が一時的に低下する。他方、負荷が降下することにより、再熱器１０の蒸気流路を流れる蒸気の流量も低下し、この流量の低下は、蒸気温度を上昇させる方向に作用する。この結果、蒸気の温度は過渡期を経て再び安定する。
【００４０】
過渡期において、再熱器１０の出口側における蒸気の温度が低下する傾向が発生する。このときガス流量制御部５４は、再熱器ガスダンパ１２の開度が大きくなるように再熱器ガスダンパ開度指令を生成する。その結果、再熱器流路６を流れるガスの流量が増大し、再熱器１０の出口側における蒸気の温度が上昇する。この制御は、再熱器ガスダンパ１２の開度が全開に近づくまで行われる。
【００４１】
再熱器ガスダンパ１２が全開となり、更に再熱器１０の出口側の蒸気温度を上昇させることが求められる場合、再熱器バイパス制御弁４６が開けられる。すると、再熱器入口側配管４２から蒸気の一部がバイパス配管４５に抽気される。再熱器入口配管４２と復水器４０との圧力差は大きいため、抽気は高速で行われる。その結果、再熱器１０に導入される蒸気の流量が減少し、再熱器１０の出口側の蒸気温度が上昇する。こうした制御により、再熱器ガスダンパ１２が開ききった場合でも、さらに蒸気温度を上げる制御が可能になる。これにより、負荷降下時におけるボイラの蒸気温度の安定性が向上する。あるいは、蒸気温度の安定性を維持しながら、負荷の変動速度を大きく設定することが可能である。
【００４２】
再熱器バイパス制御弁４６の制御について以下に説明する。再熱器ガスダンパ１２が全開（または全開に近い開度）になると、再熱器ガスダンパ開度指令が、第１開度指令判定部６２の記憶する第１開度指令基準値を上回る。すると、切換器６６は減算器５８が出力する再熱器出口蒸気温度の検出値と設定値の差を、ＰＩ演算器７０に送信する。ＰＩ演算器７０はその差に元づいて再熱器バイパス制御弁開度指令を生成する。
【００４３】
第２開度指令判定部６４の記憶する第２開度指令基準値が第１開度指令基準値以下に設定されていることにより、切換器７２はＰＩ補償器７０の出力の方をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ７６に出力する。ゲートリミッタ７６は、ゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。その結果、再熱器１０の出口側における蒸気温度の検出値と設定値の差に基づいて、再熱器バイパス制御弁４６が比例積分制御される。
【００４４】
再熱器バイパス制御弁４６が開けられることにより、再熱器出口蒸気温度検出値が上昇する。その結果、再熱器ガスダンパ開度指令の値が小さくなる。再熱器ガスダンパ開度指令が、第２開度指令判定部６４が記憶する第２開度指令基準値を下回ると、切換器７２は信号発生器７４の発生する数値０を示す数値情報をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ７６に出力する。その結果、再熱器バイパス制御弁４６は、ゲートリミッタ７６によって許容される範囲で最も速い速度で閉じられる。これにより、蒸気温度の上昇が要求されない場合にバイパス配管４５に逃される蒸気が低減し、効率の高い運転が可能である。
【００４５】
第２開度指令基準値が第１開度指令基準値よりも小さく設定されると、再熱器バイパス制御弁４６の開度のハンチングが確実に防止され好ましい。以下により詳しく説明する。再熱器１０の下流側における蒸気温度が低下したとき、次の４つの過程が自己循環的に繰り返されることによるハンチングが発生する可能性がある。
（１）蒸気温度の低下に応答して再熱器ガスダンパ開度指令が大きくなり、基準値を超える。
（２）再熱器バイパス制御弁が開けられる。
（３）蒸気温度の上昇に応答して再熱器ガスダンパ開度指令が小さくなり、基準値を下回る。
（４）再熱器バイパス制御弁が閉じられる。
第２開度指令基準値が第１開度指令基準値よりも小さく設定されることは、（３）における基準値が（１）における基準値よりも小さく設定されることを意味する。この基準値間の余裕により、再熱器バイパス制御弁４６の制御がハンチングする可能性が回避される。
【００４６】
制御部４８ａは、温度低下基準値に関する処理を行う機能を有することが好ましい。この場合、制御部４８ａは温度低下基準値を記憶する。そして、再熱器ガスダンパ１２が全開となった時点と比較して再熱器出口蒸気温度検出値の温度低下が温度低下基準値を下回ったときのみ、再熱器バイパス制御弁４６を開けることを許可する。こうした制御により、温度低下が小さく温度を回復させることが要求されない場合に、蒸気がバイパス配管４５に逃げて効率が低下することが防止される。
【００４７】
図３は、ボイラシステムを制御するための制御部の他の実施例を示す。図１に記載されたボイラシステムにおける制御部４８ａに代えて、図３に示された制御部４８ｂを使用することができる。制御部４８ｂは、ガス流量制御部７８とバイパス制御部８０とを備える。ガス流量制御部７８は、図２に記載されたガス流量制御部５４と同一の減算器５８とＰＩ演算器６０とを備える。ガス流量制御部７８は、図２に記載されたガス流量制御部５４において減算器５８の出力信号を切換器６６に送信する信号線を有しない。ガス流量制御部７８のその他の構成はガス流量制御部５４と同一である。
【００４８】
バイパス制御部８０は、図２におけるバイパス制御部５６と同じ第１開度指令判定部６２、第２開度指令判定部６４及びゲートリミッタ７６を備える。バイパス制御部８０は更に、切換器９０、信号発生器９２、切換器９４及び信号発生器９６を備える。
【００４９】
切換器９０には、第１開度判定部６２が生成するバイパス使用開始情報と、信号発生器９６が生成する数値情報と、信号発生器９６が生成する数値情報とが入力される。信号発生器９２が生成する数値情報は、再熱器バイパス制御弁４６の０％（全閉）より大きい所定の開度、例えば１００％（全開）を示す。信号発生器９２の数値情報は、オペレータが入力装置から行う入力によって設定される。信号発生器９６が発生する数値情報は、再熱器バイパス制御弁の開度０％を示す。切換器９０は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始せず」のとき、信号発生器９６から入力される数値情報（開度０％）を切換部９４に送信する。切換器９０は、バイパス使用開始情報が「バイパス使用開始」のとき、信号発生器９２から入力される数値情報（０％より大きい所定の開度）を切換部９４に送信する。
【００５０】
切換部９４には、第２開度判定部６４が生成するバイパス使用停止情報と、切換部９４が出力する情報と、信号発生器９６が生成する数値情報とが入力される。切換部９４は、入力されたバイパス使用停止情報が「バイパス使用停止せず」のときには、切換部９０から入力された情報をゲートリミッタ７６に出力する。切換部９４は、入力されたバイパス使用停止情報が「バイパス使用停止」のときには、信号発生器９６から入力された情報をゲートリミッタ７６に出力する。ゲートリミッタ７６は、入力された情報に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。
【００５１】
こうした制御部４８ｂを備えたボイラシステムの制御について以下に説明する。再熱器ガスダンパ１２が全開（または全開に近い開度）になると、再熱器ガスダンパ開度指令が、第１開度指令判定部６２の記憶する第１開度指令基準値を上回る。すると、切換器６６は信号発生器９２がにより生成された数値情報（０％より大きい所定の開度を示す）を切換器９４に送信する。
【００５２】
第２開度指令判定部６４の記憶する第２開度指令基準値が第１開度指令基準値以下に設定されていることにより、切換器９４は切換器９０の出力の方をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ７６に出力する。ゲートリミッタ７６は、ゲートリミッタ入力値に対して所定の範囲内に収まるように補正を行い、再熱器バイパス制御弁開度指令として出力する。その結果、信号発生器９２に記憶されている所定の開度を目標値として、再熱器バイパス制御弁４６が制御される。
【００５３】
再熱器バイパス制御弁４６が開けられることにより、再熱器出口蒸気温度検出値が上昇する。その結果、再熱器ガスダンパ開度指令の値が小さくなる。再熱器ガスダンパ開度指令が、第２開度指令判定部６４が記憶する第２開度指令基準値を下回ると、切換器９４は信号発生器９６の発生する数値０を示す数値情報をゲートリミッタ入力値として選択し、ゲートリミッタ７６に出力する。その結果、再熱器バイパス制御弁４６は、ゲートリミッタ７６によって許容される範囲で最も速い速度で閉じられる。
【００５４】
こうした制御部４８ｂは、オペレータによって設定される所定の開度を目標値として再熱器バイパス制御弁４６が開けられる。この動作が行われるのは、再熱器ガスダンパ１２が全開且つ蒸気温度を更に上げることが要求される場合である。これはどちらかと言えば例外的な運転条件なので、オペレータの人的な判断に依った制御が望ましい場合がある。その場合は、オペレータが設定する開度（信号発生器６８に記憶される）を用いた本実施例の制御が望ましい。
【００５５】
図４は、他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。ボイラシステムは、ボイラ２ｂを備える。ボイラ２ｂは、内部に燃焼空間を有する火炉４を備える。火炉には図示しないバーナが設置される。バーナには、燃料供給部１８から燃料配管２０を介して燃料が供給され、空気配管２２を通して空気が供給される。
【００５６】
火炉４は、後部伝熱部に接続される。後部伝熱部は、再熱器流路６ａを備える。再熱器流路６ａには再熱器１０ａが設置される。再熱器１０ａは、内部に蒸気が流れる蒸気流路を備える。ボイラ２ｂは更に、再循環流路４９、再循環ファン５０及び再循環ファン入口ベーンを備える。再熱器１０ａよりも下流側において、再熱器流路６ａを流れるガスの一部は再循環ファン５０が生成する流れによって再循環流路４９を通って火炉４に導入される。再熱器流路６ａを流れるガスの他の一部はボイラ２ａの外部に排出される。再循環流路４９を通るガスの流量は、再循環ファン入口ベーンの開度を制御することにより調節される。
【００５７】
ボイラシステムは、制御部４８ｃを備える。制御部４８ｃの構成は、図２に示された制御部４８ａ又は図３に示された制御部４８ｂの構成とほぼ同一である。異なる点は、ガス流量制御部５４が出力する再熱器ガスダンパ開度指令に代えて、再循環ファン入口ベーン開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。図２又は３において第１開度指令判定部６２に記憶されている第１開度指令基準値及び第２開度指令判定部６４に記憶されている第２開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ１２の開度を示す値ではなく再循環ファン入口ベーン５２の開度を意味する。
【００５８】
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器１０ａの出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再循環ファン入口ベーン５２が全開であるとき、制御部４８ｃは再熱器バイパス制御弁４６を開ける制御を行い、再熱器１０ａに導入されていた蒸気の一部がバイパス配管４５に逃れる。その結果、再熱器１０ａの蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器１０ａの出口側の蒸気温度が上昇する。
【００５９】
図５は、更に他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。本実施の形態におけるボイラシステムは、図１に示されたボイラシステムが備えるバイパス配管４５、再熱器バイパス制御弁４６及び制御部４８に代えて、バイパス配管１０２、高圧タービンバイパス制御弁１０４及び制御部４８ｄを備える。バイパス配管１０２の一端は、再熱器１０に蒸気を供給する高圧タービン３４の入口側の配管に設定される抽気ポイント１００に接続される。バイパス配管１０２の他端は、復水器４０の入口側の配管に接続される。
【００６０】
制御部４８ｄの構成は、図２に示された制御部４８ａ又は図３に示された制御部４８ｂの構成とほぼ同一である。異なる点は、バイパス制御部が出力する再熱器バイパス制御弁開度指令に代えて、高圧タービンバイパス開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。図２又は３において第１開度指令判定部６２に記憶されている第１開度指令基準値及び第２開度指令判定部６４に記憶されている第２開度指令基準値は、再熱器ガスダンパ１２の開度を示す値ではなく高圧タービンバイパス制御弁１０４の開度を意味する。
【００６１】
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器１０の出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再熱器ガスダンパ１２が全開であるとき、制御部４８ｃは高圧タービンバイパス制御弁１０４を開ける制御を行い、高圧タービン３４に導入されていた蒸気の一部がバイパス配管１０２に逃れ、高圧タービン３４から吐出される蒸気の量も減る。その結果、再熱器１０の蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器１０の出口側の蒸気温度が上昇する。
【００６２】
図６は、更に他の実施の形態におけるボイラシステムの構成を示す。本実施の形態におけるボイラシステムは、図４に示されたボイラシステムが備えるバイパス配管４５、再熱器バイパス制御弁４６及び制御部４８ｃに代えて、バイパス配管１０２、高圧タービンバイパス制御弁１０４及び制御部４８ｅを備える。バイパス配管１０２の一端は、再熱器１０に蒸気を供給する高圧タービン３４の入口側の配管に設定される抽気ポイント１００に接続される。バイパス配管１０２の他端は、復水器４０の入口側の配管に接続される。
【００６３】
制御部４８ｅの構成は、図４の制御部４８ｃの構成とほぼ同一である。異なる点は、バイパス制御部が出力する再熱器バイパス制御弁開度指令に代えて、高圧タービンバイパス開度指令が出力されるように設定されていることであり、他は同一である。
【００６４】
こうしたボイラシステムにおいて、再熱器１０の出口側の蒸気温度を上げることが要求され且つ再循環ファン入口ベーン５２が全開であるとき、制御部４８ｅは高圧タービンバイパス制御弁１０４を開ける制御を行い、高圧タービン３４に導入されていた蒸気の一部がバイパス配管１０２に逃れ、高圧タービン３４から吐出される蒸気の量も減る。その結果、再熱器１０の蒸気流路を流れる蒸気が減少し、再熱器１０の出口側の蒸気温度が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、ボイラシステムの構成を示す。
【図２】図２は、制御部の構成を示す。
【図３】図３は、制御部の構成を示す。
【図４】図４は、ボイラシステムの構成を示す。
【図５】図５は、ボイラシステムの構成を示す。
【図６】図６は、ボイラシステムの構成を示す。
【符号の説明】
【００６６】
２…ボイラ
４…火炉
６…再熱器流路
８…過熱器流路
１０…再熱器
１２…再熱器ガスダンパ
１４…過熱器ガスダンパ
１６…給水スプレイ配管
１８…燃料供給部
２０…燃料配管
２２…空気配管
２３…開度指令
２４…燃料指令値生成部
２５…ＢＩＲ部
２６…負荷指令
２７…先行信号
２８…補正開度指令
３０…温度センサ
３２…中低圧タービン
３４…高圧タービン
３６…高圧タービン入口配管
３８…発電機
４０…復水器
４２…再熱器入口側配管
４４…抽気ポイント
４５…バイパス配管
４６…再熱器バイパス制御弁
４８…制御部
５０…再循環ファン
５２…再循環ファン入口ベーン
５４…ガス流量制御部
５６…バイパス制御部
５８…減算器
６０…ＰＩ演算器
６２…第１開度判定部
６４…第２開度判定部
６６…切換器
６８…信号発生器
７０…ＰＩ演算器
７２…切換器
７４…信号発生器
７６…ゲートリミッタ
７８…ガス流量制御部
８０…バイパス制御部
９０…切換器
９２…信号発生器
９４…切換器
９６…信号発生器
１００…抽気ポイント
１０２…バイパス配管
１０４…高圧タービンバイパス制御弁
【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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