(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの炉底から炉内に再循環させる排ガス量をダンパの開度で制御する排ガス再循環制御手段と、再熱蒸気配管に介在して注水を行う減温器を非作動とする温度が設定され前記非作動温度に応じた信号を出力する第１の信号発生手段と、前記減温器を作動させる温度が設定され前記作動温度に応じた信号を出力する第２の信号発生手段と、所定の条件に基づいて前記第１の信号発生手段の出力信号を前記第２の信号発生手段の出力信号に切り換える切換手段と、負荷要求信号に応じた再熱蒸気温度に前記切換手段で切り換えられた信号を加算する加算手段と、前記加算手段の信号と再熱蒸気温度の測定信号との偏差を演算する演算手段と、前記偏差に応じて開度が調整される前記減温器の調整弁と、を備えた再熱蒸気系減温器の注水制御装置であって、
前記所定の条件は、前記ボイラの負荷信号が所定値以上であるときと前記負荷要求信号と前記負荷信号との差が所定値以上であるときとの論理積を求め、前記排ガス再循環制御手段が下限動作状態を所定時間継続するときと前記論理積の出力との論理和であり、
さらに、前記演算手段と前記調整弁との間に、前記調整弁が閉じ方向に動作しているとき前記偏差の変化率を制限する変化率制限手段を設ける
ことを特徴とする再熱蒸気系減温器の注水制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記変化率制限手段を作動させる作動信号は、前記調整弁が自動的に制御される状態にあり、且つ負荷が変化中であり、且つ前記調整弁が閉じ方向の開度指令を受けて動作しており、且つ前記調整弁の開度指令が所定値未満である条件が発生したときに出力され、
前記出力によって前記変化率制限手段が前記偏差の変化率を制限するように動作する
ことを特徴とする再熱蒸気系減温器の注水制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記偏差が所定値以上であり、且つ再熱蒸気温度上昇率が所定値以上であり、且つ前記負荷要求信号と前記負荷信号との差が所定値以上であることを条件として先行的に前記調整弁を開動作させる先行注水手段を、前記変化率制限手段と前記調整弁との間に設ける
ことを特徴とする再熱蒸気系減温器の注水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ボイラの再熱器において、水をスプレーすることにより再熱蒸気温度を制御する再熱蒸気系減温器の注水制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子力発電設備による電力の安定供給により、ボイラの運用形態は中間負荷火力的運用が増加し、これに伴い、負荷変化についても、負荷変化率および負荷変化幅の両者とも大きく、かつ、高頻度負荷変化の形態が一般化してきている。このようなボイラの運用形態において、再熱蒸気温度は、プラントの高効率運転を考慮して広範な負荷範囲について所定の管理値になるように制御されている。
【０００３】
このための制御として、節炭器出口の排ガスを炉底から再循環させる量を制御することにより伝熱管の対流伝熱係数を増減させる手段、および応答遅れをカバーするために水をスプレーして再熱蒸気温度を管理値に近付ける手段が採用されている。これらの手段を図６〜図１１を参照して説明する。
【０００４】
図６はボイラ構成の概要を示す図である。この図で、１はボイラ、２はボイラ１の火炉を構成する火炉水壁管、３は風箱、４はバーナ、５は火炎を示す。６は高温過熱器、７は高温再熱器、８は低温再熱器、９は低温過熱器、１０は節炭器であり、これらは火炉内の上流から下流に順次配置されている。１１は空気予熱器、１２は節炭器１０からの排ガスを導出する煙道、１３は空気を風箱３に導入する風道である。１４は節炭器１０からの排ガスを火炉のホッパに導入するガス再循環ファン、１５は当該排ガスの導入量を制御する再循環ガス制御ダンパ、１６は当該排ガスに混合する空気の量を制御する混合ガス量制御ダンパ、１７はホッパに導入される再循環ガス量を制御する火炉ホッパダンパである。再循環ガス制御ダンパ１５、混合ガス量制御ダンパ１６、および火炉ホッパダンパ１７によって再循環ガス量を制御することにより、高温再熱器７の出口の蒸気温度を所定値に制御するようになっている。
【０００５】
図７はボイラの水−蒸気系の系統図である。この図で、図６に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。又、実線は水系統、破線は蒸気系統を示す。２０は高圧タービンであり、高温過熱器６からの蒸気が高温過熱蒸気管２１、主蒸気塞止弁２２を経て供給され、排出された蒸気は逆止弁２３を介して低温再熱器８に導入される。２４は中圧タービンであり、高温再熱器７からの蒸気が高温再熱蒸気管２５、高温再熱蒸気塞止弁２６を経て供給され、ここから排出された蒸気はさらに各低圧タービン２７に導入される。
【０００６】
２８は低圧タービン２７から排出される蒸気を復水する復水器、２９は低圧復水ポンプ、３０は脱塩装置、３１は低圧給水加熱器、３２は脱気器、３３は脱気器ストレージ、３４は給水ポンプ、３５は高圧給水加熱器、３６は給水流量計、３７は高圧給水加熱器３５から分岐するスプレー配管である。４０は低温過熱器９の出口蒸気管に設けられた減温器であり、スプレー配管３７から過熱器スプレー遮断弁４１、過熱器スプレー流量調整弁４２を介してスプレー水が供給される。４３は低温再熱器８の出口蒸気管に設けられた減温器であり、スプレー配管３７から再熱器スプレー遮断弁４４、再熱器スプレー流量調整弁４５を介してスプレー水が供給される。
【０００７】
図８は図７に示す再熱器スプレー流量調整弁４５を制御する注水制御装置のブロック図である。この図で、５１は発電機出力指令値、５２は再熱蒸気温度測定信号を示す。５３は関数発生器であり、発電機出力指令値をこれに対応する再熱蒸気温度に変換する。５４、５５は信号発生器、５６は信号発生器５４と信号発生器５５のいずれかを切り換え選択する信号切換器である。
【０００８】
信号発生器５４にはスプレーを阻止するために関数発生器５３から出力される再熱蒸気温度を高い値に設定する温度が設定されており、信号発生器５５にはスプレーを可能とするために関数発生器５３から出力される再熱蒸気温度を低い値に設定する温度が設定されている。５７は関数発生器５３の出力と信号切換器５６で切り換えられた信号発生器の出力とを加算する加算器、５８は加算器５７の出力と再熱蒸気温度測定信号５２との偏差を演算する減算器、５９は比例積分器である。
【０００９】
６０は信号切換器、６１は関数発生器、６３は自動・手動切換器を示す。関数発生器６１は、さきに示した発電機出力指令値５１に応じた再熱蒸気温度を作成して出力する。信号切換器６０は比例積分器５９と関数発生器６１の切り換えを行う。
【００１０】
上記の構成において、信号切換器５６は、常時信号発生器５４を加算器５７に接続し、信号Ａ1 が入力されたとき信号発生器５５を加算器５７に接続する。又、信号切換器６０は、常時比例積分器５９を自動・手動切換器６３に接続し、信号Ｂ1 が入力されたとき関数発生器６１を自動・手動切換器６３に接続する。上記各信号Ａ1 、Ｂ1 の発生条件、即ち、各信号切換器５６、６０の切換条件を図９および図１０に示す。
【００１１】
図９は信号切換器５６の切換条件を示す図である。この図で、ＡＮＤは論理積を示す記号である。信号Ａ1 は、「負荷がある所定値ａ以上」であり、かつ、「火炉ホッパダンパが下限動作にある（これ以上再循環ガス制御による蒸気温度下降が望めない状態）」とき出力される。
【００１２】
図１０は信号切換器６０の切換条件を示す図である。この図で、ＡＮＤは図９に示すものと同じ論理積を示す記号である。信号Ｂ1 は、「起動期間経過（ボイラ起動時でない）」、「負荷上昇中」、「再熱蒸気温度上昇率がある所定値ｄ以上」、「再熱蒸気温度偏差がある所定値ｅ以上」の各条件が全て満たされた状態にあるとき出力される。図９および図１０に示す各条件はボイラ制御の過程ににおいて得られる条件である。
【００１３】
図８に示す注水制御装置において、通常の状態（再循環ガス制御により再熱器蒸気温度が制御されている状態）では、信号切換器５６は信号発生器５４側を選択しているので、加算器５７において高い設定温度が関数発生器５３の出力に加算され、減算器５８で得られる偏差は小さくなり、再熱器スプレー流量調整弁４５を作動させるには到らず、減温器４３によるスプレーは行われない。しかし、図９に示す条件が発生すると、信号Ａ1 が出力されて信号切換器５６が信号発生器５５側へ切り換えられ、加算器５７には低い設定温度が入力されるので、減算器５８の出力は大きくなり、これに応じて再熱器スプレー流量調整弁４５が作動して減温器４３によるスプレーが行われ、再熱蒸気温度が調整される。
【００１４】
又、図１０に示す条件（特に再熱蒸気温度の上昇率と偏差が極めて大きい場合）が発生すると、信号Ｂ1 が出力されて信号切換器６０が比例積分器５９から関数発生器６１に切り換えられ、関数発生器６１の特性に従って先行的に再熱器スプレー流量調整弁４５が作動して減温器４３によるスプレーが行われる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置においては、スプレーは専ら再熱蒸気温度を極力一定に保持するために用いられ、これに沿ってその制御が行なわれていた。ところで、前述のように、近年、ボイラの運用形態が、高負荷変化率、広い負荷変化幅、高頻度の負荷変化となってきているため、間欠的なスプレーが繰り返し行われるようになった。このようなスプレーは好ましくない問題を生じる。これを図１１を参照して説明する。
【００１６】
図１１は図７に示す減温器４３の一部断面図である。この図で、図７に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。４６は注水逆止弁（図７には示されていない）である。減温器４３は、低温再熱蒸気管８０に介在せしめられ、ノズル４３１、インレットノズル４３２、スプレーノズル４３３、サーマルスリーブ４３４で構成されている。低温再熱蒸気管８０を通過する蒸気温度が所定の温度を超え、前述の条件が揃うと上記注水制御装置が作動し、これに応じて再熱器スプレー流量調整弁４５が調整され、当該蒸気にスプレー水配管３７を通って供給される水をスプレーノズル４３３からスプレーして再熱蒸気温度を低下させる。
【００１７】
このようなスプレー動作において、スプレー実施前においては、低温再熱蒸気管８０や減温器４３のサーマルスリーブ４３４の表面、内面はともに高温状態にあるが、一旦スプレーが開始されるとそれらの内面の温度が低下し表面のみ高温状態が保持される。ここで、低温再熱蒸気管８０は大きな肉厚を有し、又、減温器４３のサーマルスリーブ４３４も相応の肉厚を有するので、表面と内面との間に相当な温度差が生じ、スプレーの繰り返しによりそれらに大きな熱応力が生じ、これが累積すると遂にはそれらに熱疲労による割れ（損傷）が発生する。
【００１８】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、スプレーを抑制することができ、ひいては低温再熱蒸気管や減温器の熱疲労による損傷を防止することができる再熱蒸気系減温器の注水制御装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
ボイラの炉底から炉内に再循環させる排ガス量をダンパの開度で制御する排ガス再循環制御手段と、再熱蒸気配管に介在して注水を行う減温器を非作動とする温度が設定され前記非作動温度に応じた信号を出力する第１の信号発生手段と、前記減温器を作動させる温度が設定され前記作動温度に応じた信号を出力する第２の信号発生手段と、所定の条件に基づいて前記第１の信号発生手段の出力信号を前記第２の信号発生手段の出力信号に切り換える切換手段と、負荷要求信号に応じた再熱蒸気温度に前記切換手段で切り換えられた信号を加算する加算手段と、前記加算手段の信号と再熱蒸気温度の測定信号との偏差を演算する演算手段と、前記偏差に応じて開度が調整される前記減温器の調整弁と、を備えた再熱蒸気系減温器の注水制御装置であって、
前記所定の条件は、前記ボイラの負荷信号が所定値以上であるときと前記負荷要求信号と前記負荷信号との差が所定値以上であるときとの論理積を求め、前記排ガス再循環制御手段が下限動作状態を所定時間継続するときと前記論理積の出力との論理和であり、
さらに、前記演算手段と前記調整弁との間に、前記調整弁が閉じ方向に動作しているとき前記偏差の変化率を制限する変化率制限手段を設ける構成とする。
【００２０】
【作用】
本発明では、切換手段の条件に、負荷要求信号と現在の負荷信号との差が所定値以上であることを付加し、これにより注水を抑える。また、切換手段の条件に、下限動作状態（再循環ガス制御による蒸気温度下降が望めない状態）が所定時間継続することを付加し、これにより、所定時間内に下限動作状態がなくなったときには、再循環ガスにより蒸気温度を制御し、注水を抑える。また、変化率制限手段により、調整弁が閉じ方向に動作しているとき偏差の変化率を制限し、連続して繰り返される注水の繰り返しを抑える。
さらに、本発明では、先行注水手段により、偏差および再熱蒸気温度がそれぞれ所定値以上であるばかりでなく、さらに、負荷要求信号と前記負荷信号との差が所定値以上になって初めて蒸気調整弁を開動作させて先行注水を行なう。また、上記変化率制限手段と先行注水手段を組み合わせることにより、より一層効果的に注水を抑える。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例に係る再熱蒸気系減温器の注水制御装置のブロック図である。図で、図８に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。６４は発電端出力値、６５は減算器、６６は関数発生器、７０は変化率制限器、７１は微分器、７２、７３はモニタリレーである。Ａ2 は信号切換器５６の切り換え信号、Ｂ2 は信号切換器６０の切り換え信号、Ｃは変化率制限器７０の作動信号である。
【００２２】
ここで、信号切換器５６、６０の切換信号Ａ2 、Ｂ2 、および変化率制限器７０の作動信号Ｃの出力条件を図２、図３および図４に示す。
図２は信号切換器５６の切換条件を示す図である。この図で、ＡＮＤは論理積、ＯＲは論理和、ＤＥＲは時間的遅延を示す。切換信号Ａ2 は次の条件が発生したとき出力される。（ｉ）負荷が所定値ａ以上であり、かつ、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であるとき、又は、（ii）火炉ホッパダンパ下限動作がＤＥＲに設定された時間以上継続されているとき。
【００２３】
上記（「発電要求出力指令値」−「現発電端要求出力値」≧ｂ）の条件は、発電機出力指令値の発電端要求指令値に対する変化が小さいときには再熱蒸気温度の変化幅も小さいことから、このような場合にはスプレーを行わないようにする条件であり、本実施例では、従来装置における条件にこの条件を加えることにより、従来装置よりさらにスプレーを抑制することができる。又、火炉ホッパダンパが下限動作状態になっても、即ち、これ以上再循環ガス制御による蒸気温度下降が望めない状態になっても、直ちに切換信号Ａ2 を出力せず、所定時間（例えば数１０秒）待っても当該下限動作が継続しているときに限り切換信号Ａ2 を出力する。これにより、当該所定時間内に再循環ガス制御が可能となったときには、スプレーを実施しなくても済み、スプレーを抑制することができる。
【００２４】
図３は変化率制限器７０の作動信号Ｃの出力条件を示す図である。この図で、ＡＮＤは論理積を示す。作動信号Ｃは次の条件が発生したとき出力される。（ｉ）再熱器スプレー流量調整弁４５が自動的に制御される状態にあり、かつ、（ii）負荷が変化中であり、かつ、（iii）再熱器スプレー流量調整弁４５が閉じ方向の開度指令を受けて動作しており、かつ、（iv）再熱器スプレー流量調整弁４５の開度指令が所定の値ｃ％未満であるとき。これら条件のうち、（ｉ）、（ii）はボイラ制御装置から得ることができ、又、（iii）は図１に示す微分器７１とモニタリレー７３で検出され、さらに、（iv）は図１に示すモニタリレー７２で検出される。これら条件の効果については後述する。
【００２５】
図４は信号切換器６０の切換条件を示す図である。この図で、ＡＮＤは論理積、を示す。切換信号Ａ2 は図１０に示す各条件に加えて、図２に示すものと同じく「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であるという条件も満足したときに出力される。この条件が加えられたことにより、信号切換器５６の切換条件と同じ理由で、従来装置よりさらに先行的スプレーの実施を抑制することができる。
【００２６】
次に、本実施例の動作を説明する。切換信号Ａ2 の切換条件として、従来の切換信号Ａ1 の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加えることにより、信号切換器５６が信号発生器５５側へ切り換えられる動作が抑えられ、その分スプレーが抑えられることは図２に示す条件の説明で述べたとおりである。信号切換器５６の切換状態の如何にかかわらず、減算器５８からの偏差信号は比例積分器５９を経て変化率制限器７０に入力される。
【００２７】
変化率制限器７０は、作動信号Ｃが入力されない状態では比例積分器５９からの信号をそのまま信号切換器６０へ送信する。作動信号Ｃの出力条件のうち、再熱器スプレー流量調整弁４５が閉じ方向の開度指令を受けていることは上述のように微分器７１で検出され、この検出信号はモニタリレー７３を介して変化率制限器７０に入力される。なお、再熱器スプレー流量調整弁４５が動作していることはボイラ制御装置により把握される。又、再熱器スプレー流量調整弁４５の開度指令が所定の値ｃ％未満であることは、モニタリレー７２で検出され、その信号が変化率制限器７０に入力される。
【００２８】
作動信号Ｃの出力条件が揃うと、変化率制限器７０は比例積分器５９からの信号の閉じ方向の変化を抑えるように機能する。これを図５に示す。図５は変化率制限器７０の動作を説明する図である。この図で、横軸には時間が、縦軸には再熱器スプレー流量調整弁４５の開度がとってあり、スプレーが時間ｔ1 、ｔ2 （例えばそれぞれ数分）間隔で３回連続して実施された場合が示されている。図の実線は変化率制限器７０が設けられていない従来装置における再熱器スプレー流量調整弁４５の動作を示す。
【００２９】
再熱器スプレー流量調整弁４５の開度がｃ％未満であり、かつ、再熱器スプレー流量調整弁４５が閉じ方向に動作しているとき、作動信号Ｃが出力して変化率制限器７０を作動させ、その結果、比例積分器５９からの信号の変化は緩和され、再熱器スプレー流量調整弁４５の開度は、図５に破線で示すように変化し、図示の場合、スプレーは１回だけ行われることになる。この場合、再熱器スプレー流量調整弁４５の開度は、従来装置では２回全閉状態（再熱蒸気管や減温器が高温になる状態）になり、再熱蒸気管や減温器で生じる温度差が大きくなる状態が繰り返されるのに対して、本実施例では上記２回の全閉状態は存在しないので、温度差が大きくなる状態の繰り返しは緩和され、その分、低温再熱蒸気管や減温器の熱疲労による損傷の防止に大きく寄与することができる。
【００３０】
次に、信号切換器６０と関数発生器６６による先行的スプレーについて説明する。切換信号Ｂ2 の切換条件として、従来の切換信号Ｂ1 の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加えることにより、信号切換器６０が関数発生器５５側へ切り換えられる動作が抑えられ、その分スプレーが抑えられることは、上述の信号切換器５６の場合と同じである。又、本実施例では、関数発生器６６の特性が、発電機出力指令値５１と発電端出力値６４の偏差に応じて定められており、これにより、負荷変化の大きさに対応するスプレー特性を容易に得ることができる。
【００３１】
このように、本実施例では、信号切換器５６、６０の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加えたので、従来装置に比較してスプレーの実施をより一層抑えることができ、又、変化率制限器７０を設けたので、スプレーによって再熱蒸気管や減温器で生じる温度差が大きくなる状態を抑えることができ、これらにより、低温再熱蒸気管や減温器の熱疲労による損傷を防止することができる。
【００３２】
なお、上記実施例の説明では、（Ｉ）信号切換器５６の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加える手段、（II)信号切換器５６の切換条件に、火炉ホッパダンパ下限動作となった信号を遅延させる手段、（III）変化率制限器７０を設ける手段、および、（IV）信号切換器６０の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加える手段の全てを備える例について説明したが、これらを全て設ける必要はなく、それらを単独に、即ち、（Ｉ）、（II）、（III）、（IV）のいずれか１つのみを設けてもよいし、それらの全ての組み合わせ、即ち、（Ｉ）と（II）、（Ｉ）と（III）、（Ｉ）と（IV）、（II）と（III）、（II）と（IV）、（III）と（IV）、（Ｉ）と（II）と（III）、（Ｉ）と（II）と（IV）、（II）と（III）と（IV）の組合せのうちのいずれの組合せでも所期の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、信号切換器の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加える手段と、信号切換器の切換条件に、火炉ホッパダンパ下限動作となった信号を遅延させる手段と、変化率制限器７０を設ける手段と、先行的注水を選択する信号切換器の切換条件に、「発電要求出力指令値」と「現在の発電端に要求されている出力値」との差が所定値ｂ以上であることを加える手段のうちのいずれか１つ又はそれら手段を任意に組み合わせて用いるようにしたので、再熱蒸気の減温器による注水を抑えることができ、又は、スプレーによる温度差が大きくなる状態を抑えることができ、ひいては、低温再熱蒸気管や減温器の熱疲労による損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る再熱蒸気系減温器の注水制御装置のブロック図である。
【図２】図１に示す信号切換器５６の切換条件を示す図である。
【図３】図１に示す変化率制限器の作動信号出力の切換条件を示す図である。
【図４】図１に示す信号切換器６０の切換条件を示す図である。
【図５】変化率制限器の動作を説明する図である。
【図６】ボイラ構成の概要を示す図である。
【図７】ボイラの水−蒸気系の系統図である。
【図８】図７に示す再熱器スプレー流量調整弁を制御する注水制御装置のブロック図である。
【図９】図８に示す信号切換器５６の切換条件を示す図である。
【図１０】図８に示す信号切換器６０の切換条件を示す図である。
【図１１】図７に示す減温器４３の一部断面図である。
【符号の説明】
５１  発電機出力指令値
５２  再熱蒸気温度測定信号
５３、６６  関数発生器
５４、５５  信号発生器
５６、６０  信号切換器
６４  発電端出力値
７０  変化率制限器
７１  微分器
７２、７３  モニタリレー
【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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