(57)【要約】【課題】自家電設備において負荷電力の変化に発電電力を応答性よく追従させることにより、追従不良によるボイラ停止を防止するとともに、外部電力を少なくして効率の良い操業を行う。【解決手段】負荷変化に追従して自家発電設備における発電量を調整するボイラ制御方法であって、静特性上の燃料供給量に対し予め過剰の燃料を供給し、前記ボイラから蒸気を供給するタービン入口部に設置したタービンバイパス弁を中間開度とし、かつ、該タービンバイパス弁にタービン主蒸気加減弁と逆の動きをさせることにより前記蒸気圧力を調整することを特徴とする負荷変化に追従するボイラ制御方法。【選択図】 図１
2005155349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷変化に追従して自家発電設備における発電量を調整するボイラ制御方法であって、
静特性上の燃料供給量に対し予め過剰の燃料を供給し、
前記ボイラから蒸気を供給するタービン入口部に設置したタービンバイパス弁を中間開度とし、かつ、該タービンバイパス弁にタービン主蒸気加減弁と逆の動きをさせることにより前記蒸気圧力を調整することを特徴とする負荷変化に追従するボイラ制御方法。
【請求項２】
前記蒸気圧力とその設定値との偏差からなるボイラマスタ信号をホールドし、タービンバイパス弁規定開度バイアス設定値の燃料バイアス量を前記ボイラマスタ信号に加算することにより、静特性上の燃料供給量に対して予め過剰の燃料を供給し、前記タービンバイパス弁を開とすることにより該タービンバイパス弁による蒸気圧力の調整を行い、
該タービンバイパス弁を中間開度に制御する制御器および開度特性によるゲイン調整用の関数発生器により前記タービンバイパス弁の開度補正量を求め、該開度補正量を蒸気流量に加算して、前記タービンバイパス弁の開度補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の負荷変化に追従するボイラ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自家発電設備において、発電電力を負荷電力の変化に応答性良く追従させることを可能とするボイラの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、自家発電設備の系統構成図を示し、自社工場４１内で消費する電力に相当する負荷電力４２は、自家発電設備４５で発電する発電電力４３と電力会社など他の電源から受電する外部電力４４とからなっており、負荷電力４２のうち発電電力４３でまかなう量が多いほど、外部電力４４を少なくできるので経済的である。
【０００３】
外部電力４４を少なくするためには、負荷電力４２の変化に発電電力４３を応答性良く追従させることが必要であるが、従来技術では、負荷電力４２の変化に発電電力４３を安定して追従させることが困難であり、図５に示すように発電電力４３（破線）は要求される瞬時の負荷電力４２（実線）の変化に追従できない。その結果、発電電力４３と負荷電力４２との差が大きくなり、不足電力を外部電力４４（斜線部）で補うことになる。
【０００４】
負荷電力の変化に発電電力を応答性良く追従できない理由を図３に示す回路構成図で説明する。従来のドラム型ボイラではドラム内の蒸気圧力１を検出して、これを制御器２で設定値３と比較し、その偏差をなくすようにボイラマスタ信号６を変化させる。このボイラマスタ信号６は燃料および空気の供給量の指令となる。
【０００５】
負荷電力に変化が生じた場合は、蒸気タービンで消費する蒸気量が変化するため蒸気圧力１が変化するが、この変化が現れるまでには時間遅れが生じる。この時間遅れを補うために蒸気圧力１よりも早く負荷電力の変化による変化が現れる主蒸気配管内の蒸気流量４を検出し、蒸気流量４に変化が生じた場合に、その変化分に見合った量を加算器５で先行的にボイラマスタ信号６に加算する。いわゆるボイラ追従制御を行う。
【０００６】
しかしながら、ボイラマスタ信号６により燃料および空気の供給料を増減させても、発電電力が増減するまでには時間を要するため、負荷電力の変化に発電電力を応答性よく追従させることができず、最悪の場合は燃料および空気の過剰供給によりボイラ停止に至ってしまう場合があった。
【０００７】
一方、外部電力を少なくするために発電電力を高目に設定する方法が考えられるが、発電電力は追従性が悪いため発電電力が負荷電力を超えた場合は図５に示すように余剰電力４７が発生する。余剰電力４７は外部電力の上流側の送電系統に対して外乱となる等の理由により許されていないため、発電電力を高目に設定することはできない。
【０００８】
また、外部電力を少なくする方法として、負荷電力の変化を予測し、発電電力を負荷電力の変化に追従させる方法が、例えば特許文献１および２により知られているが、負荷電力の変化を精度よく予測することは困難であるという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８６９３２号公報
【特許文献２】特開２００１−６９６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、自家発電設備において負荷電力の変化に発電電力を応答性よく追従させることにより、追従不良によるボイラ停止を防止するとともに、外部電力を少なくして効率の良い操業を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である
（１）負荷変化に追従して自家発電設備における発電量を調整するボイラ制御方法であって、
静特性上の燃料供給量に対し予め過剰の燃料を供給し、
前記ボイラから蒸気を供給するタービン入口部に設置したタービンバイパス弁を中間開度とし、かつ、該タービンバイパス弁にタービン主蒸気加減弁と逆の動きをさせることにより前記蒸気圧力を調整することを特徴とする負荷変化に追従するボイラ制御方法。
（２）前記蒸気圧力とその設定値との偏差からなるボイラマスタ信号をホールドし、タービンバイパス弁規定開度バイアス設定値の燃料バイアス量を前記ボイラマスタ信号に加算することにより、静特性上の燃料供給量に対して予め過剰の燃料を供給し、前記タービンバイパス弁を開とすることにより該タービンバイパス弁による蒸気圧力の調整を行い、
該タービンバイパス弁を中間開度に制御する制御器および開度特性によるゲイン調整用の関数発生器により前記タービンバイパス弁の開度補正量を求め、該開度補正量を蒸気流量に加算して、前記タービンバイパス弁の開度補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の負荷変化に追従するボイラ制御方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば自家発電設備において、負荷電力の変化に対してボイラ入力を一定とし、タービン側で必要とする蒸気流量の調整をタービンバイパス弁にて行うことで負荷電力の変化に発電電力を応答性よく追従させることができる。その結果、外部電力を小さくするとともに余剰電力の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係るボイラ制御方法について図面を用いて説明する。
図１に示した自家発電設備の系統構成図において、自家発電設備４５の発電電力を急に増加させる必要が生じた場合、ボイラ４６から蒸気タービン３４に多量の蒸気を送ると、ボイラ４６の蒸気圧力１が低下する結果、発電電力を増加させることができない。この場合、蒸気圧力１が一定になるようにボイラを運転するためには、燃料および空気量を増加させて蒸気の発生量を増加させる必要がある。
【００１４】
逆に、発電電力を急に減少させる必要が生じた場合、ボイラ４６から蒸気タービン３４に送る蒸気量を減少させると、ボイラ４６で蒸気が余剰となってボイラの蒸気圧力１が上昇する結果、発電電力を減少させることができない。この場合、蒸気圧力が一定になるようにボイラを運転するためには、燃料および空気量を減少させて蒸気の発生量を減少させる必要がある。前述した燃料および空気量を増加または減少させる指令となるのが、ボイラマスタ信号６である。
【００１５】
図２は本発明の実施形態を示すボイラ制御系統図である。図３と同じ符号は、名称および機能ともに同じであり、また、図１と図２とは、蒸気圧力１と１、蒸気流量４と４、タービンバイパス蒸気流量１１と１１、タービンバイパス弁開度１３と１３およびタービンバイパス弁２０と２０がそれぞれ対応している。図２のボイラマスタ信号６は、図１の給炭機３７および石炭粉砕機３８に出力される。
【００１６】
図２において、蒸気圧力１を検出し、これを制御器２で設定値３と比較し、その偏差をなくするように制御器出口のボイラマスタ信号２３を変化させる。また、主蒸気配管内のボイラに供給される蒸気流量４を検出し、蒸気流量４に変化が生じた場合には、その変化分に見合った量を加算器５で先行的にボイラマスタ信号６に加算する、いわゆるボイラ追従制御を行う。
【００１７】
負荷電力の変化に対して発電電力が応答性よく追従するモード（以下、フリンジモードと称す）とするために、タービンバイパス弁２０にて発電電力の追従を図る。フリンジモードでは、ボイラマスタ信号回路上の切替器９により上流側のボイラマスタ信号２３をホールドすると共にタービンバイパス弁規定開度バイアス設定値１０の燃料バイアス量を加算器８にてボイラマスタ信号２４に加算することにより、静特性上の燃料供給量に対して予め過剰の燃料を供給する。
【００１８】
ここで、切替器９は、通常時はｂ→ｃとなり、フリンジモードではａ→ｃとなってボイラマスタ信号２３がホールドされるように動作し、ボイラマスタ信号２４にタービンバイパス弁規定開度バイアス設定値１０が加算される。この際、フリンジモードは、例えばフリンジモード押しボタン（図示しない）をオペレータがオンすることによって作動する態様である。
【００１９】
上述した燃料バイアス加算によりボイラから供給される蒸気圧力１は上昇するが、切替器９では上流側のボイラマスタ信号２３をホールドしているため、蒸気圧力１によるボイラマスタ信号２３の調整は行われず、蒸気圧力１は制御器１８において設定値１９と比較され、その偏差によりボイラ圧力制御出力５１が出力され、タービンバイパス弁２０が開となり、蒸気圧力の調整を行う。
【００２０】
ここで、タービンバイパス弁規定開度バイアス設定値１０の燃料バイアス量は、タービンバイパス弁２０の弁開度特性により制御性が良い開度範囲の中間位置（中間開度）となる燃料バイアス量を設定してあるため、タービバイパス弁２０は中間開度となる。また、減算器１２ではタービンバイパス蒸気流量１１をボイラから供給される蒸気流量４から減算することにより、タービンバイパス弁２０の開閉動作による蒸気流量４の変化に伴うボイラマスタ信号２３，２４の変化を防止している。
【００２１】
発電に使用される蒸気流量の信号を図２の減算器１２の出力から取出し、該蒸気流量と同量で逆符号の流量指令を逆特性関数４９で発生させ、タービンバイパス弁２０の開度指令に加えることにより、タービンバイパス弁２０をタービン主蒸気加減弁３３（図１）と逆の動きをさせる。その結果、ボイラから供給される蒸気流量４（発電用蒸気流量＋タービンバイパス蒸気流量）が、ほぼ一定に保たれ、蒸気使用量の急激な変化が主な原因であるボイラの蒸気圧力変化を小さくすることができ、蒸気圧力がボイラ圧力許容値を超えることがなくなるので、ボイラ停止を防止できる。
【００２２】
また、ボイラ圧力変化を入力とする制御装置１８の出力５１の働きにより、タービンバイパス弁２０の開度を補正することにより、緩やかな発電出力変化に対してフリンジモードでの制御可能な発電出力の使用範囲を大きくすることができ、外部電力を少なくして高率のよい操業を行うことができる。
小さい負荷変化４８（図４）が発生すると、蒸気タービン３４（図１）で蒸気流量が変化し、蒸気圧力１が変化するが、蒸気圧力１は制御器１８によるタービンバイパス弁２０の開度調整により制御される。さらに、フリンジモードで切替器１６を補正側（ａ→ｃ）に切替え、タービンバイパス弁開度１３を中間開度に制御する制御器１４および開度特性によるゲイン調整用の関数発生器１５によりタービンバイパス弁２０の開度補正量を求め、開度補正量を加算器１７により蒸気流量４に加算することにより、タービンバイパス弁２０の開度補正を行い、タービンバイパス弁２０を中間開度に維持することができる。ここで、切替器１６は通常時にはｂ→ｃになり、フリンジモードでａ→ｃとなり開度補正が行われるように動作する。
【００２３】
なお、３は蒸気圧力の設定値、７は切替器、２５は通常時バイアス量、２６は脱気器、２７は給水ポンプ、２８は給水調節弁、２９は節炭器、３０はドラム、３１は水壁、３２は過熱器、３３は主蒸気加減弁、３５は復水器、３６は復水ポンプ、３９は一次空気ファン、４０は発電機である。
【実施例】
【００２４】
図４は本実施形態を適用する負荷の変化パターン図であり、図４に示すように小さな負荷変化幅４８で負荷が変化しており、５〜１０％／分の高負荷変化率が必要とされている。
【００２５】
図６は、本実施形態による負荷変化への追従を示す特性図である。ここで、負荷変化幅と負荷変化率の関係、並びに本発明に係る制御が対象とする負荷変化態様について説明する。従来技術では、小さな負荷変化幅、例えば６〜７％程度の負荷変化幅で、その負荷変化率が例えば３％／分未満（低負荷変化率）の場合は、負荷変化頻度が低ければ制御可能であるが、負荷変化頻度が高い場合は制御できない。これに対して、本発明ではフリンジモードによって負荷変化頻度に関係なく制御可能であり、負荷変化率が３％／分を超える場合でも制御可能である。
【００２６】
以上説明したように、本発明の主たる特徴は、高負荷変化率で小さい負荷変化幅に対して、ボイラ入力を一定とし、タービンバイパス弁２０にてタービン３４側で必要とする蒸気量の調整を行うものである。なお、以上の説明ではタービンバイパス弁２０の出側に覆水器３５を接続した例で説明したが、覆水器３５に代えて蒸気アキユームレータなどに接続し、そこから必要量を工場プロセス蒸気として供給すれば、タービンバイパス弁２０を通過する蒸気を無駄に水に戻すことなく有効に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用する自家発電設備の制御系統図である。
【図２】本発明の実施形態を示すボイラマスタ制御の制御系統図である。
【図３】従来技術のボイラマスタ制御の制御系統図である。
【図４】本発明を適用する負荷電力の変化パターンを示す図である。
【図５】従来における負荷電力への発電電力の追従性を示す図である。
【図６】本発明による負荷電力への発電電力の追従性を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  蒸気圧力
２  制御器
３  設定値
４  ボイラから供給される蒸気流量
５  加算器
６  ボイラマスタ信号
７  切替器
８   加算器
９  切替器
１０ タービンバイパス弁規定開度バイアス設定値
１１ タービンバイパス蒸気流量
１２ 減算器
１３ タービンバイパス弁開度
１４ 制御器
１５ 関数発生器
１６ 切替器
１７ 加算器
１８ 制御器
１９ 設定値
２０ タービンバイパス弁
２３ ボイラマスタ信号（蒸気圧力制御器出口）
２４  ボイラマスタ信号（蒸気流量加算器出口）
２５  通常時バイアス量
２６  脱気器
２７  給水ポンプ
２８  給水調節弁
２９  節炭器
３０  ドラム
３１  水壁
３２  過熱器
３３  主蒸気加減弁
３４  蒸気タービン
３５  復水器
３６  復水ポンプ
３７  給炭機
３８  石炭粉砕機
３９  一次空気ファン
４０  発電機
４１  自社工場
４２  負荷電力
４３  発電電力
４４  外部電力
４５  自家発電設備
４６  ボイラ
４７  余剰電力
４８  小さい負荷変化
４９  逆特性関数
５０  発電に使用される蒸気流量
５１  ボイラ圧力制御出力
【図１】
2005155349.tif 000003
【図２】
2005155349.tif 000004
【図３】
2005155349.tif 000005
【図４】
2005155349.tif 000006
【図５】
2005155349.tif 000007
【図６】
2005155349.tif 000008