(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサデミネライザを具備し、該コンデンサデミネライザの出口側の下流の薬液注入点に薬液を注入し、該薬液注入点の後段に設けた復水ブースタポンプあるいは低圧ヒータの出口側の薬液の濃度を検知して設定値と比較し、該比較結果に応じて前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置において、
前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度の検知信号を前記復水ブースタポンプの通過時間またはこれと低圧ヒータの通過時間だけ遅延させ、該遅延信号を前記復水ブースタポンプあるいは低圧ヒータの出口側の薬液濃度の検知信号から減算し、該減算した信号に前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度の検知信号を加えた信号を、前記設定値と比較することを特徴とする発電プラントの薬液注入制御装置。
【請求項２】
前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって、
前記レシプロポンプの回転数を、前記復水流量と共に前記比較結果に応じても制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの薬液注入制御装置。
【請求項３】
前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって、
前記レシプロポンプの回転数を、前記復水流量と共に前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度に応じても制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの薬液注入制御装置。
【請求項４】
前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって、
前記レシプロポンプの回転数を、前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度が所定値を超えたとき、固定回転数に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの薬液注入制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサデミネライザ（復水脱塩装置）を装備している発電プラントの薬液注入制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、火力発電プラントでは、そのボイラ系（すなわち蒸気、復水、給水系）の腐食防止のための水質調整剤（薬液）として、アルカリ薬品が使用され、現状ではアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）が多く使われている。復水器の出口に装備されているコンデンサデミネライザには、イオン交換樹脂として、カチオン樹脂とアニオン樹脂が使用されており、ＰＨ調整に使われたアンモニアは、このうちのカチオン樹脂により、その全量が吸着されるため、新たに必要量のアンモニアを注入しなければならない。
【０００３】
そこで、火力発電プラントでは、アンモニア使用量削減のために、イオン交換樹脂がアンモニアを１００％吸着しても再生をせずそのまま使い続ける方式を採用している。このために、アンモニア注入ポンプとして大容量ポンプと小容量ポンプを装備し、イオン交換樹脂がイオン交換作用をしているときには、大容量ポンプを使用して比較的多量のアンモニア注入を行い、イオン交換作用をしていないときは、アンモニアが復水と一緒にボイラ側に戻ってくるのでアンモニア注入量が少なくて済み、また大容量ポンプでは細かな注入量精度が維持できないことから、小容量ポンプで注入している。
【０００４】
図３はこの従来のアンモニア注入の制御系統を説明するための図である。１はボイラ蒸気を復水させる復水器（図示せず）の出口側に設置される復水ポンプである。２はアニオン、カチオンイオン交換樹脂を用いたコンデンサデミネライザであって、復水中のアンモニアをはじめとする陽イオンや陰イオン、シリカ等の全ての電解質を取り除き、純水（Ｈ2Ｏ）に変えて再びボイラ系統に戻す働きをする。３はそのコンデンサデミネライザ２のバイパス用の手動弁、４は復水ブースタポンプ、５は復水を加熱する低圧ヒータ、６は復水中の溶存ガスを除去する脱気器、７は給水ポンプ、８は高圧ヒータ、９はエコノマイザ（節炭器）、１０はボイラである。
【０００５】
１１はコンデンサデミネライザ２の出口側の液のアンモニア濃度に相当する導電度を計測する導電度計、１２は復水ブースタポンプ４の出口側の液のアンモニア濃度に相当する導電度を計測する導電度計である。導電度計１２の計測値は、予め決めた設定値Ａと減算器１３で減算され、そこで得られた偏差分がＰＩ制御器１４に取り込まれ、このＰＩ制御器１４の出力値と導電度計１１の計測値が加算器１５で加算（実際には、導電度計１１の計測値が逆極性で入力し、ＰＩ制御器１４の出力信号から導電度計１１の計測値が減算される）されて、大容量ポンプ１６のサーボユニット１６ａ、小容量ポンプ１７のサーボユニット１７ａに入力され、それらポンプ１６，１７のストローク長が調整される。
【０００６】
大容量ポンプ１６のモータ１６ｂは復水流量信号をパラメータとして所定の関数を演算する関数器１８からの信号を受けるインバータ１９により制御されている。これら両ポンプ１６，１７はモータ１６ｂ，１７ｂの回転数Ｎとストローク長Ｌにより吐きだし量Ｈ（＝Ｎ・Ｌ）が決まるレシプロポンプである。なお、小容量ポンプ１７のモータ１７ｂの回転数は固定である。
【０００７】
したがって、大容量ポンプ１６は復水流量に応じて回転数が制御され、検出アンモニア濃度に応じてストローク長が制御されて、注入点Ｐ（復水ブースタポンプ４の入口側）へのアンモニア注入量が制御される。前者が主制御、後者が副制御（補正制御）となる。小容量ポンプ１７は検出アンモニア濃度に応じてストローク長のみが制御され、同様に注入点Ｐへのアンモニア注入量が制御される。なお、大容量ポンプ１６と小容量ポンプ１７とは択一的に動作する。
【０００８】
アンモニア注入制御は次のように行われる。（１）コンデンサデミネライザ２がアンモニア吸着動作を行っているときは、復水中の１００％のアンモニアがそこに吸着されるため、多量のアンモニア注入が必要となることから、大容量ポンプ１６を使用する。このときの制御は、復水流量に連動してモータ１６ｂの回転数を制御し、かつ復水ブースタポンプ４の出口側の導電度（導電度計１２の計測値μＳ２）と設定値Ａ（＝６．５μＳ）の差分に応じてストロークを制御する。これにより、導電度計１２の計測値がμＳ２＝６．５μＳとなるようにアンモニア注入制御が行われる。このときは、コンデンサデミネライザ２からアンモニアは漏れず、導電度計１１の計測値μＳ１はほぼ０である。
【０００９】
（２）上記した吸着動作の継続により、コンデンサデミネライザ２がブレークする（アンモニアの吸着能力が限界に達する）と、そこからアンモニアが徐々に漏れ出してくる。その量は導電度計１１でμＳ１として計測され、加算器１５に逆極性で加えられるので、その加算器１５の出力が減少し、大容量ポンプ１６のストロークが先行的に減少する。
【００１０】
すなわち、漏れ出したアンモニアはいずれは導電度計１２でμＳ２に含まれて計測され注入アンモニアを減少するよう制御系が働くが、それよりも速いタイミングで導電度計１１でμＳ１として検出されるので、μＳ２と設定値Ａを比較して行う本来の制御よりも速いタイミングでアンモニアの注入量を減少するような制御が行われ、制御系が速いタイミングで安定領域にもたらされる。
【００１１】
（３）このようにして、大容量ポンプ１６の理論吐出量（もっぱらストローク長と回転数で決まる吐出量）が小容量ポンプ１７の性能範囲に入ると、制御を大容量ポンプ１６から小容量ポンプ１７に、図示しない切り替え手段により切り替え、小容量ポンプ１７で運転を行う。この小容量ポンプ１７の吐出量制御は、加算器１５の出力信号のみによってもっぱらストローク制御で行われる。
【００１２】
（４）この後、コンデンサデミネライザ２を再生し運用に入った場合、すなわちイオン交換樹脂に再生剤（Ｈ2ＳＯ4とＮａＯＨ）を加え再度アンモニアの吸着動作に入った場合は、導電度計１１の計測値μＳ１が減少するので、小容量ポンプ１７のストロークが先行的に増加するよう制御される。
【００１３】
（５）このようにして、小容量ポンプ１７の理論吐出量が大容量ポンプ１６の性能範囲に入ると、図示しない切り替え手段により、小容量ポンプ１７から大容量ポンプ１６に切り替えられる。
【００１４】
（６）大容量ポンプ１６の運転時は、コンデンサデミネライザ２がアンモニアを１００％吸着するので、（１）で説明したのと同様に、そのポンプ１６は、復水流量に連動してモータ１６ｂの回転数が制御され、導電度計１２の計測値が設定値Ａとなるように、ストローク長が制御される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記制御システムでは、コンデンサデミネライザ２の出口のアンモニア濃度信号（導電計測値μＳ１）が、先行的にＰＩ制御器１４の下流の加算器１５に加わっているため、定量的な補正ができず、ＰＩ制御器１４のＰやＩの値を調整したときはそのたびに補正値（計測値μＳ１のゲイン）を修正しなければならない。
【００１６】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御性能を向上することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための第１の発明は、コンデンサデミネライザを具備し、該コンデンサデミネライザの出口側の下流の薬液注入点に薬液を注入し、該薬液注入点の後段に設けた復水ブースタポンプあるいは低圧ヒータの出口側の薬液の濃度を検知して設定値と比較し、該比較結果に応じて前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置において、前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度の検知信号を前記復水ブースタポンプの通過時間またはこれと低圧ヒータの通過時間だけ遅延させ、該遅延信号を前記復水ブースタポンプあるいは低圧ヒータの出口側の薬液濃度の検知信号から減算し、該減算した信号に前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度の検知信号を加えた信号を、前記設定値と比較するように構成した。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって、前記レシプロポンプの回転数を、前記復水流量と共に前記比較結果に応じても制御するように構成した。
【００２０】
第３の発明は、第１の発明において、前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって前記レシプロポンプの回転数を、前記復水流量と共に前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度に応じても制御するように構成した。
【００２１】
第４の発明は、第１の発明において、前記ポンプをレシプロポンプとし、前記比較結果に応じて該レシプロポンプのストロークを制御し、および前記コンデンサデミネライザに流入する復水流量に応じて前記レシプロポンプの回転数を制御して、前記薬液の注入量を制御する発電プラントの薬液注入制御装置であって、前記レシプロポンプの回転数を、前記コンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度が所定値を越えたとき、固定回転数に切り替えるよう構成した。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のひとつの実施の形態のアンモニア注入の制御系統の構成を示す図である。図３に示したものと同じものには同じ符号を付した。本実施の形態では、ポンプを大容量ポンプ１６のみとする。また、復水ポンプ１の前段には復水器（コンデンサ）３１が設置されている。３２はこの復水器３１の液の導電度μＳ３を計測する導電度計である。
【００２３】
アンモニア型になったコンデンサデミネライザ２は、復水中のアンモニアイオンがそこを素通りするが、Ｈ型コンデンサデミネライザに比べて約５倍（１ヶ月程度）の長期運転が可能なこと、再生回数や再生廃液、再生用水が少なくて済むこと、ランニングコストが低いこと、ＰＨをあげるためのアンモニア注入量が少なくて済むことから、設置される。
【００２４】
本実施の形態では、上記導電度計３２で計測される導電度μＳ３と導電度計１１で計測される導電度μＳ１とをモニタ３３で比較検出し、コンデンサデミネライザ２の動作状態を判定する。すなわち、
μＳ３＞＞μＳ１・・・・・コンデンサデミネライザ２が動作中
μＳ３＞μＳ１・・・・・・コンデンサデミネライザ２が動作中でブレークが始まっている。
【００２５】
μＳ３＝μＳ１・・・・・・コンデンサデミネライザ２が完全にブレークした。
と判定する。
【００２６】
μＳ３＝μＳ１のときは、コンデンサデミネライザ２が１００％ブレークしているため、大容量ポンプ１６のモータ１６ｂを復水流量に応じた制御から、固定回転数制御に切り替える。つまり、このときのモニタ３３の検出結果により切替設定器３４をｂ→ｃの通路からａ→ｃの通路に切り替え、加算器３５に固定回転数設定値Ｃが入力するようにする。このように、コンデンサデミネライザ２が１００％ブレークしたときは、アンモニア注入量は復水流量と無関係になり、もっぱら検出したアンモニア濃度に応じて後記するように制御される。
【００２７】
また、本実施の形態では、ポンプ１６のモータの回転数制御系に、導電度計１１で計測された導電度μＳ１をパラメータとして取り込み所定の関数演算を行う関数器３６を設置し、この関数器３６の出力により、復水流量をパラメータとして取り込み所定の演算を行う関数器１８の出力を除算回路３７で除算する。
【００２８】
これは、コンデンサデミネライザ２の出口側の導電度μＳ１の値の大きさに反比例して、復水流量をパラメータとして演算する演算器１８による回転数指令信号を制御する必要があるからである。
【００２９】
すなわち、コンデンサデミネライザ２が、アンモニア型として働いているときは、復水器３１からアンモニアが多く流入するため、アンモニアを注入するためのポンプ１６の回転数を小さくしてその注入量を少なくする必要があり、Ｈ型として働いているときは、そのコンデンサデミネライザ２からアンモニアがあまり流出してこないので、ポンプ１６の回転数を大きくしてアンモニア注入量を増大しなけらばならない。そこで、計測値μＳ１の値が小さいときはポンプ１６のモータ１６ｂの回転数を大きくし、大きいときは小さくなるよう制御する。この制御は計測値μＳ１に応じて先行的に行われ、ストローク長を制御する通常の制御よりも速いタイミングで応答する。
【００３０】
また、本実施の形態では、導電度計１１の計測値μＳ１を遅延回路３８により遅延して、導電度計１２の計測値μＳ２から引算する引算器３９に加え、さらにこの引算器３９の出力に対して計測値μＳ１を加算器４０で加算している。
【００３１】
この制御系では、スタティック状態では、
μＳ２−μＳ１＋μＳ１＝μＳ２                （１）
となり、意味がないようにみえるが、プロセスには時間遅れがあるため、過度的に定量的先行制御として有効である。
【００３２】
すなわち、ある時点でμＳ１が増加すると、復水ブースタポンプ４による時間遅れｔの後にμＳ２が上昇する外乱が入力される。よって、遅延回路３８での遅延時間を上記した時間ｔに設定しておけば、μＳ１によるμＳ２の変動を最小にしながら、加算器４０に加わるμＳ１による先行制御が行われ、早期に安定領域に制御される。このとき、上記式（１）で明らかなように、従来例で説明したような誤差の問題は生じない。
【００３３】
図２はこれを説明するための図であり、この制御を行わないときは、（ａ）に示すように、コンデンサデミネライザ２の出口側の計測値μＳ１が変動してから時間ｔの後にμＳ２が変動し、これがそのまま引算器１３に入力する外乱となるが、上記した閉ループ制御を行うことで、μＳ１が増加すると同時に注入量が減少するので、（ｂ）に示すように、μＳ２は最小の変動に抑えられる。
【００３４】
また、本実施の形態では、大容量ポンプ１６の１台により、小容量ポンプによる制御範囲もきめ細かく制御する。４１は大容量ポンプ１６のサーボユニット１６ａから取り出したストローク長信号ＳＴとモータ１６ｂから取り出した回転数信号ＴＧを乗算する乗算器であり、その乗算により得られるポンプ吐出量（ＳＴ・ＴＧ）がポンプ１６のミニマム吐出量設定値Ｂ（＝７％）と引算器４２で比較され、その偏差分がＰＩ制御器４３に入力される。このＰＩ制御器４３の出力は制御回路４４に入力して、ポンプ１６から吐き出されるアンモニアを再度アンモニアタンク（図示せず）に戻すバイパス弁４５の開度を制御する。
【００３５】
上記ポンプ１６のミニマム吐出量を７％とした根拠は、ポンプ回転数が２５％以下、ストローク長が２５％以下になると、理論吐出量と実吐出量とが一致しなくなり、吐出量精度を所定の範囲内に確保することが困難になることから、
０．２５ｘ０．２５＝０．０６２５
より、７％としたものである。理論的には吐出量制御精度が確保できる範囲、この場合は６．２５％以上に設定すればよい。
【００３６】
このようにして、このバイパス弁４５はポンプ１６の吐出量の７％分をアンモニアタンクに戻すよう制御される。この結果ポンプ１６は、そのポンプ１６の最大吐出能力の少なくとも７％以上の吐出量となるよう制御され、アンモニアの注入量が少なくなった場合でも、ポンプ１６が精度の保証された大きな吐出量で動作するようになる。
【００３７】
なお、ポンプ１６は、常時は、引算器１３に入力する計測値μＳ２が設定値Ａ＝６．５μＳとなるように、ＰＩ制御器１４の出力によりそのストローク制御を行うことで十分であるが、装置の起動時の脱気器６のレベル制御や手動制御により、復水流量の変動幅が大きい場合があるので、これに対処するために、このＰＩ制御器１４の出力をパラメータとして所定の演算を行う演算器４６の出力を切替設定器３４の出力に加算器３５で加算した信号により、回転数も制御されるようにしている。
【００３８】
以上の各場合において、計測値μＳ２が設定値Ａ＝６．５μＳよりも大きいときには、ポンプ１６の吐出量が少なくなるよう制御されるが、この場合でも、その吐出量はポンプ１６の容量の７％以上となるように制御され、その内の７％分はバイパス弁４５からアンモニアタンクに戻され、それを差し引いた分が注入点Ｐに注入される。例えば、アンモニア注入量が０のときは、ポンプ１６の吐出量はその容量の７％であり、その全量がバイパス弁４５によりアンモニアタンクに戻される。
【００３９】
なお、上記説明では計測値μＳ２は復水ブースタポンプ４の出口側の液を計測したものであったが、低圧ヒータ５の出口側の液を計測したものであってもよい。このときは、遅延回路３８の遅延時間ｔは液が復水ブースタポンプ４と低圧ヒータ５を通過するに要する時間に設定する。
【００４０】
なお、上記では薬液としてアンモニアを扱う場合について説明したが、他の薬液、例えば苛性ソーダ水その他を注入する場合であっても、同様に制御することができることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、検出薬液濃度が急激に変動した場合であっても、これに追従して先行的に、外乱的な振る舞いを伴わずに滑らかに薬液注入量の制御を行うことができ、しかも補正の必要もない。
【００４３】
第２の発明によれば、レシプロポンプの回転数制御を復水流量のみならずストローク制御のための信号によっても行うので、復水流量の変動が大きい場合でもこれに追従して滑らかに薬液注入制御を行うことができる。
【００４４】
第３の発明によれば、レシプロポンプの回転数制御を復水流量のみならずコンデンサデミネライザの出口側の薬液濃度によっても制御するのでその制御能力がより向上する。
【００４５】
第４の発明によれば、薬液濃度が所定値を越えたときにレシプロポンプの回転数を固定値に切り替えるので、薬液注入量が復水流量によらず、もっぱら薬液濃度のみによって制御され、きめ細かい少量の薬液注入量制御の制御性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のアンモニア注入制御系統の構成を示すブロック図である。
【図２】  アンモニア濃度の急変時の制御の説明図である。
【図３】  従来のアンモニア注入制御系統の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：復水ポンプ、２：コンデンサデミネライザ、３：手動弁、４：復水ブースタポンプ、５：低圧ヒータ、６：脱気器、７：給水ポンプ、８：高圧ヒータ、９：エコノマイザ、１０：ボイラ、１１，１２：導電度計、１３：引算器、１４：ＰＩ制御器、１５：加算器、１６：大容量レシプロポンプ、１６ａ：サーボユニット、１６ｂ：モータ、１７：小容量レシプロポンプ、１７ａ：サーボユニット、１７ｂ：モータ、１８：関数器、１９：インバータ、３１：復水器、３２：導電度計、３３：モニタ、３４：切替制御器、３５：加算器、３６：関数器、３７：除算器、３８：遅延回路、３９：引算器、４０：加算器、４１：乗算器、４２：引算器、４３：ＰＩ制御器、４４：制御回路、４５：バイパス弁、４６：関数器。
【図１】
0003945908.tif 000002
【図２】
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【図３】
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