(57)【要約】【課題】プラント効率と急速な負荷変化とを両立させたボイラの再熱蒸気系と再熱蒸気温度の制御方法を提供すること。【解決手段】負荷指令値と温度計１０による低温蒸気流路ｂ内の低温蒸気温度の測定値と蒸気温度計１２によるバイパス蒸気との合流前の高温蒸気流路ｃの高温蒸気温度の測定値とに基づきスプレ減温器２の注水弁３の開度を設定し、負荷指令値と温度計１１によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路ｄの高温蒸気温度の測定値とに基づきバイパス蒸気流路ｅの蒸気バイパス弁５の開度を設定して再熱蒸気温度を制御する。スプレ減温器２による注水制御は定常的な変化幅を与えるが応答は遅く、蒸気バイパス量の制御は過渡的な変化しか与えないが、応答は速いという特性があるので、両者を組み合わせることにより、プラント効率への影響を最低限に抑えた上で、急速な負荷変化に対応することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスで低温蒸気を熱交換して高温蒸気を生成させる再熱器（１）を備えた再熱蒸気系において、
該再熱器（１）の入口側に設けた低温蒸気流路（ａ）又は再熱器（１）の中間部に注水弁（３）を有するスプレ減温器（２）を配置し、低温蒸気流路（ａ）から再熱器（１）をバイパスして低温蒸気を再熱器（１）の下流側に設けられた高温蒸気流路（ｄ）に流す蒸気バイパス弁（５）を有するバイパス蒸気流路（ｅ）を設け、スプレ減温器（２）の下流側であって、低温蒸気流路（ａ）に続く再熱器（１）の上流側の低温蒸気流路（ｂ）に第１の蒸気温度計（１０）を設け、バイパス蒸気流路（ｅ）との合流部（４）の前後の高温蒸気流路（ｃ、ｄ）にそれぞれ第３の蒸気温度計（１２）と第２の蒸気温度計（１１）を設け、前記各蒸気温度計（１０〜１２）の蒸気温度測定値及び負荷指令に基づいてスプレ減温器注水弁（３）及び／又は蒸気バイパス弁（５）の開閉制御を行う制御装置を備えたことを特徴とするボイラの再熱蒸気系。
【請求項２】
請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、
負荷指令値と第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値と第３の蒸気温度計（１２）によるバイパス蒸気との合流前の高温蒸気流路（ｃ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定し、
負荷指令値と第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する
ことを特徴とする再熱蒸気温度の制御方法。
【請求項３】
請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、
負荷指令値と第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値と第３の蒸気温度計（１２）によるバイパス蒸気との合流前の高温蒸気流路（ｃ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定し、
負荷指令値と第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に加えて、第３の蒸気温度計（１２）の前記測定値と第２の蒸気温度計（１１）の前記測定値との偏差及び負荷指令値に基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する
ことを特徴とする再熱蒸気温度の制御方法。
【請求項４】
請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、
負荷指令値に応じた先行信号によりスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定して再熱器（１）へ供給する低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度のフィードフォワード制御を行い、
第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する
ことを特徴とする再熱蒸気温度の制御方法。
【請求項５】
第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値に基づき前記注水弁（３）の開度を補正することを特徴とする請求項４記載の再熱蒸気温度の制御方法。
【請求項６】
第２の蒸気温度計（１１）による高温蒸気流路（ｄ）内の再熱器出口高温蒸気温度の測定値と負荷指令に基づく前記再熱器出口高温蒸気温度との偏差に応じてスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を補正することを特徴とする請求項４記載の再熱蒸気温度の制御方法。
【請求項７】
請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、
静定時に常時スプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）を「所定開度」に開いておき、
負荷上昇時には第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度が共に大きくなるよう補正し、
負荷降下時には第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度が共に小さくなるように補正することを特徴とする再熱蒸気温度の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ再熱蒸気系とその再熱蒸気温度の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温の流体と低温の流体との間で熱を交換させる熱交換器は産業上広く用いられている。特にボイラでは、発生した蒸気を所定の温度まで加熱する過熱器や、高圧タービンの排気を所定の温度まで加熱する再熱器において、多管式熱交換器が多用されている。
【０００３】
以下、発電用ボイラの再熱器を例に取り図を用いて説明する。  
図１０はスプレ減温器２を備えた再熱器１の構成である。図示しない高圧タービンで仕事をした蒸気は、飽和温度より少し高い温度の低温蒸気として再熱器１に導入される。低温蒸気は再熱器１において高温の燃焼ガスから熱を受けて高温蒸気となって、図示しない中低圧タービンに送られる。
【０００４】
低温蒸気を再熱器１に導入する上流側の低温蒸気流路ａにスプレ減温器２が設けられる。スプレ減温器２は低温の水を蒸気中に注入することにより蒸気温度を下げるもので、スプレ減温器注水弁３によりスプレ水の注入量を加減して蒸気の温度を所定の値に調整する。図１０ではスプレ減温器２を再熱器１の入口側の低温蒸気流路ａに配したが、再熱器１が多段に分割される場合は、その中間部又は再熱器１の出口側の高温蒸気流路ｃに配する場合もある。スプレ減温器２からの注水量を調整するための温度計１０、１２がそれぞれスプレ減温器２の出口と再熱器１の出口の蒸気流路ｂ、ｃに設けられている。  
スプレ水として蒸気に注水するための低温水は、再熱器１の場合には給水ポンプ（図示せず）中段からの抽水を用いるのが一般的である。
【０００５】
図１２はボイラ負荷とスプレ減温器注水量の関係およびボイラ負荷と再熱蒸気温度の関係を示したものである。ボイラは低負荷では火炉の熱吸収割合が大きく、高付加で火炉の熱吸収割合が小さくなるという特性がある。従って、スプレ減温器２を使用しない場合の再熱蒸気温度は、負荷が高くなると点線で示すように高くなる。このため、スプレ減温器２より負荷に応じた量の注水を行い、タービンに供給する高温蒸気の温度を一定に保っている。
【０００６】
図１１はスプレ減温器注水弁３の開度を調整するための制御回路である。  
温度計１２で計測された高温蒸気温度は、負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器１０１で生成される前記高温蒸気流路ｃの目標蒸気温度と減算器１０２において比較され、その偏差が比例要素１０３、積分要素１０４及び微分要素１０５のＰＩＤ制御器に入力され、さらにそれらの各出力が加算器１０６で合計される。加算器１０６の出力は、負荷指令（ＭＷＤ）を入力とする関数発生器１０７と該負荷指令（ＭＷＤ）の微分値を入力とする関数発生器１０９の各出力を加算機１１０で合計したものと、加算器１１１で合計される。ここで、関数発生器１０７は負荷指令（ＭＷＤ）に対する負荷静定時のスプレ減温器２の出口温度を、微分器１０８は負荷変化中の動特性を考慮した先行信号を与える。
【０００７】
すなわち、加算器１１１の出力はスプレ減温器２の出口温度の目標値である。このスプレ減温器２の出口温度目標値と、温度計１０で計測されたスプレ減温器２の出口温度目標値を減算器１１２で比較し、その偏差に基づきＰＩ制御器１１３によりスプレ減温器注水弁３の開度を調整する。
【０００８】
また、特開平０６−０７４４０７号公報にはボイラ過熱器の入口に注水弁を備えたスプレ減温器と過熱器をバイパスする制御弁を有するバイパス蒸気流路を設け、高速負荷変動があっても、バイパス蒸気と過熱蒸気の合流後の蒸気温度に基づき前記スプレ減温器からのスプレ水の所要量を蒸気に注水し、さらにバイパス蒸気流路に蒸気の一部を流すことにより過熱蒸気の温度を所定の値に調整することが記載されている。
【特許文献１】特開平０６−０７４４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
スプレ減温器を再熱蒸気温度制御に用いたボイラでは、急速な負荷変化時に高温蒸気温度の変動を抑制しにくいという課題がある。その理由を以下に述べる。  
スプレ減温器２による注水量を増やすとプラント効率が低下するため、再熱器１のスプレ減温器２の注水量は最低限にしたいという要求がある。
【００１０】
ところで、スプレ減温器２では、蒸気中に低温水を注入することにより蒸気の温度を下げる。従って、高温蒸気温度が低下した場合には注入水を減じて対応する。この事は、高温蒸気温度の低下に対応するためには、予め、相当量の注水が定常的に行われている必要があることを意味する。
【００１１】
ボイラの負荷変化に際しては火炉や過熱器、再熱器１のメタル温度の変化に相当する熱量をまかなうため、燃料を過渡的に過剰に増加又は減少させる、いわゆるオーバーファイアリング／アンダーファイアリングが必要である。燃焼ガス温度は負荷上げ時にはオーバーファイアリングにより相当負荷におけるバランス値に比べて過渡的に高くなり、負荷下げ時にはアンダーファイアリングにより低くなる。燃焼ガス温度と熱交換する再熱器１はこの影響を受けるため、注水量を加減する必要がある。
【００１２】
負荷変化中の再熱蒸気温度とスプレ減温器２の注水量の時間応答の例を図１３に示す。図１３に示すように、時刻ｔ１の時点で負荷上げを行い、時刻ｔ２の時点で負荷下げをしている。オーバーファイアリング／アンダーファイアリングは、負荷変化率が大きくなるほど、過剰な操作が必要になる。また、負荷上げ時の温度上昇に対しては注水量を増加させることで対応可能であるが、負荷下げ時の温度低下に対しては、負荷下げ前の静定時の注入量に相当する下げ幅にしか対応できない。
【００１３】
図１３の実線で示したケース１は、プラント効率を重視し、静定時に必要最低限の注水量とした場合である。負荷下げ時の過渡的なガス温度の低下に対して負荷下げ前の注水量が不足するため、注水量が０となり、制御手段を失って再熱蒸気温度は大きく低下している。
【００１４】
このような事態を回避するためには、図１３に点線で示したケース２のように、再熱蒸気温度の過渡的な低下幅に対応するため、予め注水量を多くする必要があるが、プラント効率の低下を招く。  
以上のような問題があるため、従来技術では、急速な負荷変化に対応しにくかった。
【００１５】
また、上記特許文献１記載の発明は、負荷指令値とバイパス蒸気と過熱蒸気の合流後の蒸気温度に基づきスプレ減温器からのスプレ水の蒸気への注水量とバイパス蒸気流量を調整することにより過熱器出口の過熱蒸気の温度を所定の値に調整する方法である。
【００１６】
この方法はスプレ水の注水量とバイパス蒸気流量により過熱蒸気の温度を制御する方法であり、その応答性はスプレ水の注水量を調整するだけの方法に比べて優れている。しかしかし、上記特許文献１記載の発明ではバイパス蒸気が合流後の蒸気温度に依って、バイパス蒸気量とスプレ量を同時に操作しているため、両者の役割分担が明確でなく、その温度制御の精度があまり良くなかった。また、上記特許文献１記載の発明は、過熱蒸気の負荷変動に対する温度制御に関する発明であり、再熱蒸気の温度制御ではない。過熱器系へのスプレ水の使用によるプラント効率低下は、きわめて僅かであるが、本発明の制御対象である再熱蒸気系へのスプレ水の投入は効率低下に直結するため、その使用を最小限に抑える必要があり、制御が困難である。
【００１７】
本発明の課題は、プラント効率と急速な負荷変化とを両立させたボイラの再熱蒸気系と再熱蒸気温度の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の課題は、次の解決手段により解決される。  
請求項１記載の発明は、燃焼ガスで低温蒸気を熱交換して高温蒸気を生成させる再熱器（１）を備えた再熱蒸気系において、該再熱器（１）の入口側に設けた低温蒸気流路（ａ）又は再熱器（１）の中間部に注水弁（３）を有するスプレ減温器（２）を配置し、低温蒸気流路（ａ）から再熱器（１）をバイパスして低温蒸気を再熱器（１）の下流側に設けられた高温蒸気流路（ｄ）に流す蒸気バイパス弁（５）を有するバイパス蒸気流路（ｅ）を設け、スプレ減温器（２）の下流側であって、低温蒸気流路（ａ）に続く再熱器（１）の上流側の低温蒸気流路（ｂ）に第１の蒸気温度計（１０）を設け、バイパス蒸気流路（ｅ）との合流部（４）の前後の高温蒸気流路（ｃ、ｄ）にそれぞれ第３の蒸気温度計（１２）と第２の蒸気温度計（１１）を設け、前記各蒸気温度計（１０〜１２）の蒸気温度測定値及び負荷指令に基づいてスプレ減温器注水弁（３）及び／又は蒸気バイパス弁（５）の開閉制御を行う制御装置を備えたボイラの再熱蒸気系である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、負荷指令値と第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値と第３の蒸気温度計（１２）によるバイパス蒸気との合流前の高温蒸気流路（ｃ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定し、負荷指令値と第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、負荷指令値と第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値と第３の蒸気温度計（１２）によるバイパス蒸気との合流前の高温蒸気流路（ｃ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値とに基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定し、負荷指令値と第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に加えて、第３の蒸気温度計（１２）の前記測定値と第２の蒸気温度計（１１）の前記測定値との偏差及び負荷指令値に基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、負荷指令値に応じた先行信号によりスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を設定して再熱器（１）へ供給する低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度のフィードフォワード制御を行い、第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度を設定する再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２２】
請求項５記載の発明は、第１の蒸気温度計（１０）による低温蒸気流路（ｂ）内の低温蒸気温度の測定値に基づき前記注水弁（３）の開度を補正する請求項４記載の再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２３】
請求項６記載の発明は、第２の蒸気温度計（１１）による高温蒸気流路（ｄ）内の再熱器出口高温蒸気温度の測定値と負荷指令に基づく前記再熱器出口高温蒸気温度との偏差に応じてスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度を補正する請求項４記載の再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項１記載のボイラの再熱蒸気系における再熱蒸気温度の制御方法であって、静定時に常時スプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）を「所定開度」に開いておき、負荷上昇時には第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度が共に大きくなるよう補正し、負荷降下時には第２の蒸気温度計（１１）によるバイパス蒸気との合流後の高温蒸気流路（ｄ）の再熱器出口高温蒸気温度の測定値に基づきスプレ減温器（２）の注水弁（３）の開度とバイパス蒸気流路（ｅ）の蒸気バイパス弁（５）の開度が共に小さくなるように補正する再熱蒸気温度の制御方法である。
【００２５】
（作用）
請求項１〜７の本発明によれば、図４に負荷一定時におけるスプレ減温器（２）の注水量と蒸気バイパス量のステップ応答の例をそれぞれ示し、図４より次のような特性が読み取れる。  
図１に示す構成からなる本発明の再熱蒸気系において、スプレ減温器（２）による注水では高温蒸気温度は単調に温度が変化し、注水の顕熱及び潜熱に応じた変化幅に静定する。またこのときの温度変化は比較的緩やかである。これは、再熱器（１）の入口又は中間にスプレ減温器（２）が設置されるため、それより下流のメタル熱容量の影響を受けるためである。
【００２６】
一方、再熱器（１）をバイパスする蒸気バイパス路（ｅ）を設けた場合には、蒸気をバイパス路（ｅ）に流し始めると、その直後に蒸気温度が変化し、その後、徐々に前記蒸気をバイパス路（ｅ）に流し始める前の温度近くまで戻る。蒸気バイパス路（ｅ）には、再熱器（１）の入口の低温蒸気の一部を再熱器（１）をバイパスさせて流すものである。
【００２７】
蒸気パイバス量のステップ増を例にすると、ステップ直後は、低温のバイパス蒸気の割合が増えるため、再熱器（１）に入る低温蒸気流路（ｂ）の蒸気と蒸気バイパス路（ｅ）の蒸気が再合流した後の再熱蒸気温度が大きく低下する。このとき、再熱器（１）を通過する蒸気量はバイパス量の増加分だけ減るため、再熱器（１）の出口の高温蒸気流路（ｃ）での蒸気温度がメタル熱容量相当の遅れをともなって上昇し、蒸気バイパス路（ｅ）の蒸気との再合流後の蒸気温度が再び上昇する。
【００２８】
再熱器の蒸気温度の上昇に伴い燃焼ガスとの温度差が低下するため、熱吸収量が低下し、その結果、再熱蒸気温度の静定値はステップ増前の温度には至らないが、その変化幅は一般にわずかである。なお、蒸気をバイパスさせることはプラント効率への影響は無い。
【００２９】
本発明の回路は、スプレ減温器２を再熱器１の入口または中間に設置する場合に適する回路である。すなわち、再熱器１のメタル熱容量の影響を受け、スプレ減温器注水弁３の操作に対する高温蒸気の応答に遅れがあることを考慮して、応答の速いスプレ減温器２の出口温度のマイナーループを設けた、いわゆるカスケード制御である。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１〜７記載の本発明によれば、再熱器（１）の出口側の蒸気温度の制御においてスプレ減温器（２）による注水制御は定常的な変化幅を与えるが応答は遅く、蒸気バイパス量の制御は過渡的な変化しか与えないが、応答は速いという特性がある。従って両者を組み合わせることにより、プラント効率への影響を最低限に抑えた上で、急速な負荷変化に対応することが可能である。
【００３１】
請求項１記載の発明によれば、以上の再熱器（１）の出口側の蒸気温度の制御をスプレ減温器（２）による注水制御と蒸気バイパス量の制御で行うことができるボイラの再熱蒸気系を提供できる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、再熱器（１）の出口のバイパス蒸気再合流前の蒸気温度を参照してスプレ減温器（２）の注水弁（３）を調節すると、再熱器出口蒸気温度は応答遅れのため過渡的な偏差を生じるが、バイパス蒸気再合流後の蒸気温度を参照して蒸気バイパス弁（５）が調節されるため、再熱蒸気温度の変動はわずかに抑えられ、この蒸気温度調整方法を採用したボイラにおいては、プラント効率を低下させることなく、急速な負荷変化に対応可能という顕著な効果が得られる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、バイパス蒸気との合流前後の高温蒸気温度差のみに基づきスプレ減温器（２）による注水制御と蒸気バイパス量の制御で再熱器出口側の蒸気温度の制御を行うことができるので、比較的簡単にプラント効率を低下させることなく、急速な負荷変化に対応可能という顕著な効果が得られる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、スプレ減温器による注水制御と蒸気バイパス量の制御で行のそれぞれの性質を活かし、負荷変化による定性的な再熱蒸気出口の調節をスプレ減温器（２）による注水制御で行い、過渡的な変動に対しての再熱器蒸気出口温度の調節を蒸気バイパス量の制御で行うことによって、プラント効率の低下を招くことなく、過渡的な再熱蒸気出口温度の影響を抑えることができる。
【００３５】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、運転継続による火炉汚れによりスプレ減温器注水弁（３）が最適な開度からずれることを防止できる。
【００３６】
請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、蒸気バイパス弁（５）が全開に近くなった場合で、高温の再熱器出口蒸気温度を所定の偏差内に低下させられない場合に限り、スプレ減温器注水弁（３）を開くことによって高温の再熱器出口温度を低下させて、比較的高温側の耐久性が乏しい再熱器出口側の蒸気配管の材料の耐久性を維持し、同時に蒸気バイパス弁（５）の容量を小さくすることができる。
【００３７】
請求項７記載の発明によれば、負荷上昇と下降に関して課せられた負荷変化率に応じてスプレ減温器（２）での注水量と蒸気バイパス量の配分量を最適に組み合わせることにより制御偏差を所定の範囲内に納めて制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の以下の各実施例のボイラの再熱蒸気温度の制御に使用する再熱蒸気系の構成を図１に示す。図１０と同一の部品には同じ番号を付して、その説明を省略する。  
高圧タービン（図示しない）から低温蒸気流路ａに導入された低温蒸気の一部は、スプレ減温器２の上流側の蒸気バイパス路ｅから抜き出され、蒸気バイパス路ｅに設けられたバイパス弁５を介して再熱器１の出口の高温蒸気流路ｃとの合流部４まで流れて、再熱器１を通過した高温蒸気と合流する。中、低圧タービン（図示せず）に送られる蒸気温度を調節するため、スプレ減温器２が用いられる。図１では再熱器１の入口にスプレ減温器２を配しているが、再熱器１が多段に分割される場合は、その中間、あるいはその出口に配置される場合もある。
【００３９】
また、スプレ減温器２の下流で、再熱器１の上流の低温蒸気流路ｂの蒸気温度は温度計１０で計測され、再熱器１の出口の高温蒸気流路ｃの温度は温度計１２で計測され、蒸気バイパス路ｅのバイパス蒸気が高温蒸気と合流した後の高温蒸気流路ｄでの蒸気温度は温度計１１で計測される。
【実施例１】
【００４０】
本実施例のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路を図２により説明する。図１１と同一の部品には同じ番号を記し、説明を省略する。
【００４１】
本制御回路のスプレ減温器注水弁３の制御回路は図１１に示す制御回路と同一であるため、説明を省略する。ただし、負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器１０１で生成される高温蒸気流路ｃの再熱器出口蒸気温度の目標値は、蒸気バイパス路ｅを設けたことにより低温蒸気流路ｂを流れる蒸気流量が少なくなって再熱器１の出口蒸気温度が上昇することを考慮して設定した。
【００４２】
温度計１１で測定されたバイパス蒸気と合流後の再熱蒸気温度は負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器２０１で生成される再熱蒸気温度目標値と減算器２０２で比較され、その偏差が比例要素２０３と微分要素２０５に入力され、さらにその出力が加算器２０６で合計される。
【００４３】
また、負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器２０７で生成される出力及び微分器２０８で発生する負荷指令（ＭＷＤ）の微分値を入力する関数発生器２０９の出力の加算器２１０で得られる和が加算器２１１において、加算器２０６の出力と足しあわされ、バイパス弁５の開度指令となる。
【００４４】
ここで、関数発生器２０７はバイパス弁５のプラント負荷静定時のバランス開度を与えるものであり、また、関数発生器２０９はオーバーファイアリング／アンダーファイアリングに対応する加速信号を与えるものである。また、バイパス蒸気は定常的な温度調整ができないため、温度偏差に対して積分要素は設けていない。
【００４５】
本実施例における、プラント負荷変化時の再熱蒸気温度と、スプレ減温器２の注水量、バイパス蒸気量の時間応答を図５に示す。  
スプレ減温器２は再熱器１の出口蒸気温度の偏差に対して過敏に反応しないように調整しため、注水量のオーバーシュート／アンダーシュートがほとんど見られない。このため、負荷静定中の注水量を最低限としているにも拘わらず、負荷下げ時のスプレ減温器注水弁３の全閉を生じない。スプレ減温器２に対する応答遅れや、オーバーファイアリング／アンダーファイアリングによって生じる再熱蒸気の過渡的な変動はバイパス蒸気合流後に設けた温度計１１で検出され、それに応じてバイパス弁５の開度が調節される。結果として再熱蒸気温度の変動を少なく抑えられる。
【実施例２】
【００４６】
図３は本発明の他の実施例の再熱器１の制御回路であり、再熱器１の出口の高温蒸気流路ｃの蒸気温度を温度計１２で測定し、またバイパス路ｅと高温蒸気流路ｃとの合流点の交流側の高温蒸気流路ｄの蒸気温度を温度計１１で測定する。本制御回路のスプレ減温器注水弁３の制御回路は図２、図１１に示す制御回路と同一であるため、説明を省略する。
【００４７】
本実施例ではバイパス弁５の開度の定常値の与え方を変えている。すなわち、負荷指令（ＭＷＤ）の関数を実施例１のように関数発生器２０７で生成させる代わりに、温度計１２で測定した再熱器１の出口の高温蒸気流路ｃの蒸気温度と温度計１１で測定したバイパス路ｅと高温蒸気流路ｃとの合流点の下流側の高温蒸気流路ｄの蒸気温度を減算器２２０で算出し、バイパス蒸気合流前後の再熱器１の出口の蒸気温度差を負荷指令（ＭＷＤ）に応じた関数発生器２２１における目標値と比較し、その偏差に基づいて積分要素２２３でバイパス弁５の開度の定常値を作成した。
【００４８】
なお、このとき、実施例１と同様に微分器２０８で発生する負荷指令（ＭＷＤ）の微分値を入力する関数発生器２０９の出力の加算器２１０で得られる値を加算器２１０において積分要素２２３の出力と足し合わせ、バイパス弁５の開度指令を得る。
【００４９】
実施例１では負荷による蒸気量の変化を考慮して関数発生器２０７を設定する必要があったが、本実施例ではバイパス蒸気合流前後の再熱蒸気温度差のみを与えれば良いため、調整が容易になるとういう特徴がある。
【実施例３】
【００５０】
本実施例のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路を図６により説明する。なお実施例３〜実施例５では再熱器出口の蒸気温度計測用の温度計１２は使用しない。
【００５１】
スプレ減温器２の注水弁３の開度は、負荷に応じて決定する。従って負荷指令（ＭＷＤ）に基づくスプレ減温器２の出口温度の目標値である関数発生器４０２の出力で決まる。ただし、実際には運転を続けると火炉汚れ等により、関数発生器４０２の計算結果が最適なスプレ減温器注水弁３の開度からはずれていく可能性がある。そこで、再熱器１の入口温度計１０で再熱器入口の蒸気温度を計測し、前記弁３の開度を次のように補正する。
【００５２】
すなわち、スプレ減温器出口（再熱器入口）温度計１０の実測値と負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器４０１で生成される再熱器入口目標温度との偏差が減算器３０２で算出され、その値が比例要素３０３、積分要素３０４及び微分要素３０５のＰＩＤ制御器に入力され、さらにそれらの各出力が加算器３０６で合計される。加算器３０６の出力は、負荷指令（ＭＷＤ）に基づくスプレ減温器２の出口温度の標準値である関数発生器４０２の出力と加算器４０３で合計され、スプレ減温器２の出口温度の目標値を構成する。
【００５３】
また、再熱器１の出口の高温蒸気とバイパス蒸気との合流後の高温蒸気温度が温度計１１で測定されるので、温度計１１で測定された再熱器出口の高温蒸気温度と負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器２０１で生成される目標高温温度との偏差が減算器２０２で算出され、その値が比例要素２０３、積分要素２０４及び微分要素２０５のＰＩＤ制御器に入力され、さらにそれらの各出力が加算器２０６で合計される。加算器２０６の出力により蒸気バイパス弁５の開度が求められる。
【実施例４】
【００５４】
本発明の他の実施例を図７に示す。図７の実施例では、図６で示す実施例３の構成に高温蒸気温度の目標値との偏差と、蒸気バイパス弁５の開度を入力として、スプレ減温器注水弁３の開度を補正する要素を追加している。再熱器出口蒸気温度は一般的に、材料の耐久性の制約で、高温側に厳しい制約となっている。例えば再熱蒸気温度目標値６００℃に対して高温側６０８℃、低温側５８０℃という制約となる場合がある。その場合、蒸気バイパス弁５が全開に近くなった場合で、高温蒸気温度を所定の偏差内に低下させられない場合に限り、スプレ減温器注水弁３を開くことによって高温蒸気温度を低下させる。
【００５５】
すなわち、温度計１１で測定された再熱器１の出口の高温蒸気とバイパス蒸気と合流後の蒸気温度と負荷指令（ＭＷＤ）に応じて関数発生器２０１で生成される目標高温蒸気温度との偏差である減算器２０２の出力を修正量計算要素としてスプレ減温器２の出口温度の目標値である関数発生器４０２の出力と加算器４０３で合算される。  
このような制御によって、蒸気バイパス弁５の容量を小さくすることができる。
【００５６】
従って、実施例３、４によれば、スプレ減温器２と蒸気バイパスのそれぞれの性質を活かし、負荷変化による定性的な再熱蒸気出口温度の調節をスプレ減温器２に持たせ、過渡的な変動に対してのバイパス蒸気と合流後の再熱器出口の蒸気温度の調節を蒸気バイパスに持たせることによって、プラント効率の低下を招くことなく、過渡的な再熱蒸気出口温度の影響を抑えることができる。
【実施例５】
【００５７】
本実施例のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路を図８により説明する。  
本実施例の制御回路は図６に示す制御回路の変形例であり、図６に示す制御回路と相違した部分を説明する。その他の構成は実施例３で説明した通りである。
【００５８】
スプレ減温器２での注水量の制御と蒸気バイパス制御に関して、負荷変化あったときのステップ応答特性は図４に示した通りである。これらスプレ減温器２での注水量の制御を行う際には、遅れ時間の総和は４分程度である。一方、蒸気バイパス制御の遅れは１分程度と考えられる。
【００５９】
従って再熱蒸気温度制御に際して、これらの遅れ時間の相違を有効利用できる。すなわちスプレ減温器２での注水量の制御は全負荷条件で注水を継続して行い、蒸気バイパスの制御も常時投入しておくことを前提として、負荷上昇と負荷降下それぞれで次のような制御をを行う。
【００６０】
まず、負荷上昇時にはスプレ減温器２での注水量および蒸気バイパス量を常時投入量とフィードバック補正による量の加算とし、両者を同時作動させる。  
そして負荷降下時には、スプレ減温器２での注水量および蒸気バイパス量を常時投入量よりフィードバック補正量だけ低減する。
【００６１】
このような制御アクションにおいて、負荷上昇と下降に関して課せられた負荷変化率に応じてスプレ減温器２での注水量と蒸気バイパス量の配分量を最適に組み合わせることにより制御偏差を所定の範囲内に納めて制御できる。
【００６２】
スプレ減温器２での注水量は負荷降下時において、再熱器１の出口の高温蒸気とバイパス蒸気の合流点４より下流側の高温蒸気温度が低下する場合には、負荷指令の時間変化率に応じた関数発生器５０１で前記注水量の制御に振り分けられる比率（α）に対応する注水量だけ減少させ得ることで高温蒸気温度の降下を抑制することができる。同時に再熱器１をバイパスさせる蒸気バイパス量の制御に振り分けられる比率（１−α）に対応するバイパス蒸気量を減少させて高温蒸気温度の降下を抑制する。  
なお負荷が降下して前記高温蒸気温度が低下する時は、蒸気バイパス制御は作動させない。
【００６３】
また負荷上昇時においても同様に、負荷指令の時間変化率に応じた関数発生器５０１で前記注水量の制御に振り分けられる比率（α）に対応する注水量だけ増加させ得ることで高温蒸気温度の上昇を抑制し、同時に再熱器１をバイパスさせる蒸気バイパス量の制御に振り分けられる比率（１−α）に対応するバイパス蒸気量を増加させて高温蒸気温度の上昇を抑制する。  
なお前記比率（α）は負荷上昇率又は下降率に応じて適切な値に変えることで最適制御が可能となる。
【００６４】
図９には本実施例の効果を再熱器１の出口温度の変化で示す。図９（ａ）は負荷上昇時、図９（ｂ）は負荷降下時の値である。
【００６５】
負荷上昇時には、バイパス蒸気量を増加させ、スプレ減温器２の注水を増加させることによって、バイパス蒸気量による温度降下の効果（イ）がすぐに見られ、その後スプレ減温器２による温度降下の効果（ロ）が定常的に見られる。負荷降下時には、バイパス蒸気量を減少させ、スプレ減温器２での注水を減少させることによって、バイパス蒸気量による温度上昇の効果（ハ）がすぐに見られ、スプレ減温器２による温度上昇の効果（ニ）が定常的に見られる。
【００６６】
本実施例により、負荷上昇／下降時にあって高温蒸気温度の上昇／下降を時間遅れが小さく早く効果が現れるバイパス蒸気量によっていったん抑制し、引き続いて残る高温蒸気温度の上昇／下降傾向を効果の遅い、しかし定常的な温度偏差が顕著となるスプレ減温器２での注水によって抑制することができる。
【００６７】
さらにこれら２種の操作端の重み付けを負荷上昇・下降率に応じて適応的に変化させるため、負荷上昇・下降率に応じた最適制御がなされる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によれば、ボイラ蒸気温度制御性能は厳しくなることこそあれ、緩和される可能性は低く、パラレルダンパー及びガス再循環を省略し、廉価なスプレ減温器と再熱器バイパスによる再熱蒸気温度制御方式が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例の再熱蒸気温度の制御機構を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の再熱蒸気温度制御回路の構成図である。
【図３】本発明の実施例２の再熱蒸気温度制御回路の構成図である。
【図４】スプレ減温器と蒸気バイパスのステップ応答の例を説明する図である。
【図５】本発明によるプラント負荷変化時の再熱蒸気温度、スプレ減温器注水量の時間変化の例を示す図である。
【図６】本発明の実施例３のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路である。
【図７】本発明の実施例４のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路である。
【図８】本発明の実施例５のボイラの再熱蒸気系の再熱蒸気温度の制御回路である。
【図９】本発明の実施例の再熱器出口蒸気温度の変化を示す図（図９（ａ）は負荷上昇時、図９（ｂ）は負荷下降時の値）である。
【図１０】従来技術の再熱蒸気温度の制御機構を示す図である。
【図１１】従来技術の再熱蒸気温度の制御回路図である。
【図１２】従来技術のボイラ負荷に対する再熱蒸気温度とスプレ減温器注水量の関係を示す図である。
【図１３】従来技術によるプラント負荷変化時の再熱蒸気温度およびスプレ減温器注水量の時間変化の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  再熱器                              ２  スプレ減温器
３  スプレ減温器注水弁                  ４  合流部
５  バイパス弁                          １０、１１、１２  温度計
１０１、１０７、１０９、２０１、２０７  関数発生器
２０９、２２１、４０１、４０２、５０１  関数発生器
１０２、１１２、２０２、２２０、３０２  減算器
１０３、２０３、３０３  比例要素
１０４、２０４、２２３、３０４  積分要素
１０５、２０５、３０５  微分要素
１０６、１１０、１１１、２０６、２１０、２１１、３０５、４０３  加算器
１０８、２０８  微分器                  １１３  ＰＩ制御器 
ａ、ｂ  低温蒸気流路                    ｃ、ｄ  高温蒸気流路
ｅ  蒸気バイパス路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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