ボイラ再熱蒸気温度制御装置及び方法
【課題】タービン効率を低下させることなく良好な制御性を有するボイラ再熱蒸気温度制御装置を提供することにある。
【解決手段】ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパ１５と減温器スプレー水流量調節弁１７とを用いてボイラの再熱器１４の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０と、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９とを備える。
【解決手段】ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパ１５と減温器スプレー水流量調節弁１７とを用いてボイラの再熱器１４の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０と、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントのボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントには事業用あるいはＩＰＰ（Independent Power Producer）用などの火力発電プラントがある。通常、これらの火力発電プラントではボイラを有している。また、ボイラで発生した蒸気を高圧タービンに導き、高圧タービンで仕事を終えた蒸気を再び再熱器で過熱して低圧タービンに導くようにした再熱蒸気系を有した火力発電プラントがある。このような火力発電プラントでは、再熱蒸気温度は、再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御とで行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来の火力発電プラントにおけるボイラ再熱蒸気温度制御装置のブロック構成図である。ボイラで発生した蒸気は過熱器１１及び減温器１２にて温度制御され、高圧タービン１３に供給される。そして、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、一旦、ボイラの再熱器１４により加熱され、再熱器出口ダンパ１５で温度が調整されて低圧タービン１６に導かれる。減温器１２はスプレー水流量調整弁１７からのスプレー水量により温度調整が行われる。
【０００４】
低圧タービン１６に供給される再熱蒸気の温度制御は、ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８により行われる。ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【０００５】
再熱器出口ダンパ制御部１９は、減算器２１で再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１をとり、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算し、その加算した信号と過熱器出口温度Ｔ１との偏差を減算器２４により演算する。そして、その結果得られる偏差ΔＴ２をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６により制限を掛けて減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。つまり、減温器スプレー水流量制御部２０は、温度偏差ΔＴ１が大きくなった場合のバックアップとして動作するように構成されている。
【０００６】
減温器スプレー水流量制御部２０による制御は制御性は良いが、スプレー水を吹きかけることによる効率の低下があり、再熱器出口ダンパ制御部１９による制御は時定数が大きく制御性が悪いが効率の低下は小さい。そこで、効率面を重視して再熱器出口ダンパ制御を優先し、減温器スプレー水流量制御をバックアップとしている。
【特許文献１】特開平８−１３５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来のボイラ再熱蒸気温度制御装置においては、時定数が大きい再熱器出口ダンパ制御を優先としているため制御性が悪い。また、再熱器出口ダンパ制御の制御性が悪いので、減温器スプレー水流量制御が動作すると、減温器スプレー水流量制御ではスプレー水を吹きかけることにより温度制御するので、タービン効率が低下することになる。
【０００８】
本発明の目的は、タービン効率を低下させることなく良好な制御性を有するボイラ再熱蒸気温度制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボイラ再熱蒸気温度制御装置は、ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のボイラ再熱蒸気温度制御方法は、ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御方法において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に減温器スプレー水流量制御するとともに、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に再熱器出口ダンパ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、再熱器出口蒸気温度をその設定値に制御するために減温器スプレー水流量を調節する減温器スプレー水流量制御と、減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパ開度を調節する再熱器出口ダンパ制御とを協調して動作させるので、タービン効率を低下させることなく良好な制御性を維持して再熱器出口蒸気温度を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【００１３】
減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１とを減算器２４により減算し、その結果得られる偏差ΔＴ３をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６を通して減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。
【００１４】
一方、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７のゼロ開度指令値Ｈ０を設定値とし、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。すなわち、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する。
【００１５】
この場合、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御とは、従来のボイラ再熱蒸気温度制御装置での制御方法とは異なり、別々の設定値とプロセス値とを使用した制御となっているため、両制御系が干渉することはない。
【００１６】
第１の実施の形態によれば、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御とを協調させて動作させるので、早い温度変化に対しては、制御性の良い減温器スプレー水流量制御で対応し、一方、再熱器出口ダンパ制御によりスプレー水がゼロになる運転点でゆっくりとバランスすることができる。このため、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり効率の低下を防ぐことができる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。図２に示すように、ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【００１８】
再熱器出口ダンパ制御部１９は、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値になるように再熱器出口ダンパの開度を調節する第１制御系２９と、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパの開度を調節する第２制御系３０とを有し、さらに、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下か否かを判定する比較器３１と、比較器３１の比較結果が「以下」の場合には第１制御系２９の出力を選択し「以下」でないときは第２制御系３０の出力を選択する切換器３２とを備えている。
【００１９】
一方、減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算し、その加算した信号と過熱器出口温度Ｔ１との偏差を減算器２４により演算する。そして、その結果得られる偏差ΔＴ２をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６により制限を掛けて減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。
【００２０】
すなわち、再熱器出口ダンパ制御部１９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１をＰＩＤ制御器２２にて制御演算し、再熱器出口ダンパ１５を制御する第１制御系２９による制御系と、減温器スプレー水流量調節弁１７のゼロ開度指令値Ｈ０を設定値とし、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する第２制御系による制御系との両方を持つ。
【００２１】
そして、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その結果得られる偏差ΔＴ２を比較器３１で比較する。比較の結果、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、切換器３２は第２制御系３０の出力を選択する。つまり、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する。
【００２２】
過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作する状態であるため、減温器スプレー水流量制御部２０による減温器スプレー水流量制御も行われている。これにより、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が行われる。従って、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
また、比較器３１での比較の結果、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、切換器３２により第１制御系２９が選択される。すなわち、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、減温器スプレー水流量制御部２０よる減温器スプレー水流量制御が動作しないため、第１制御系２９により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１がなくなるように制御される。
【００２４】
第２の実施の形態によれば、第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、第２制御系による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御とを切り換える機能を持つので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、ゲート回路３３を追加して設け、運転員による切換指令信号Ｓによりゲート回路３３を開くようにしたものである。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２６】
図３に示すように、運転員による切換指令信号Ｓはゲート回路３３に入力される。ゲート回路３３には比較器３１の出力も入力されており、比較器３１は過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合に論理値「１」を出力する。従って、ゲート回路３３は、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合に、その比較器３１の出力信号を切換器３２に出力することを許可するものである。
【００２７】
これにより、通常状態では第１制御系２９の出力信号で再熱器出口ダンパ１５を制御し、比較器３１により過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きいと判断された状態で、かつ、運転員からの切換指令信号Ｓがあったときに、第１制御系２９の出力信号から第２制御系３０の出力信号に切り換えが行われ、第２制御系３０の出力信号で再熱器出口ダンパ１５が制御される。
【００２８】
第３の実施の形態によれば、切換器３２の切換条件として、比較器３１の条件成立と運転員の切換指令信号Ｓとのアンド条件としたので、運転員の判断で第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と第２制御系による再熱器出口ダンパ制御を切り換えることができる。つまり、第２制御系による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御を運転員の判断で選択できる。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、関数発生器３４を設け、この関数発生器３４により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３に基づいて、再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とするようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３０】
図４において、減温器スプレー水流量制御部２９による減温器スプレー水流量制御と、再熱器出口ダンパ制御部１９による再熱器出口ダンパ制御との協調制御において、減算器２４により得られる再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３を関数発生器３４に入力し、関数発生器３４は偏差ΔＴ３に基づいてＰＩＤ制御器２８のゲインを算出する。
【００３１】
関数発生器３４で算出するゲインは、偏差ΔＴ３がマイナスのときは、その絶対値が大きくなるほど大きくなるように算出される。これにより、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を小さくする。
【００３２】
第４の実施の形態によれば、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３に基づいて再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とし、偏差ΔＴ３がマイナスになるほどゲインを大きくするので、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を最小となるような制御となり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第５の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０に関数発生器３４を設け、この関数発生器３４により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいて、再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とするようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３４】
図５に示すボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０の再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御とを切り換える機能を持つ。
【００３５】
このボイラ再熱蒸気温度制御装置１８において、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御を行う第２制御系のＰＩＤ制御器２８のゲインを関数発生器３４により可変とする。関数発生器３４は、減算器２４により得られる再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいてゲインを算出する。関数発生器３４にて算出する可変ゲインは、偏差ΔＴ２がマイナスになるほど大きくなるようにする。
【００３６】
第５の実施の形態によれば、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいて再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とし、偏差ΔＴ３がマイナスになるほどゲインを大きくするので、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を最小となるような制御となり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００３７】
（第６の実施の形態）
図６は本発明の第６の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第６の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、比較器３１及び切換器３２に代えて比較選択器３５を設け、比較選択器３５により、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３８】
再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００３９】
比較選択器３５は、第１制御系２９の出力信号と第２の制御系３０の出力信号とを入力し、第１制御系２９の出力信号と第２制御系３０の出力信号とを比較する。そして、比較選択器３５は、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパ１５に出力する。
【００４０】
第６の実施の形態によれば、第２制御系３０の出力信号が大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作し、再熱器出口ダンパ制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が比較選択器３５により選択されるので、再熱器出口ダンパ１５による減温効果をより早く動作させることができる。これにより、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００４１】
（第７の実施の形態）
図７は本発明の第７の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第７の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器３５を設け、切換器３２は、比較器３１の比較結果に基づき、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下のときは第１制御系２９の出力を選択し、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下でないときは比較選択器３５の出力を選択して再熱器出口ダンパ３５に出力するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００４２】
図７において、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００４３】
再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その偏差ΔＴ２を比較器３１で比較する。そして、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、比較選択器３５の出力信号が選択される。
【００４４】
過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作する。このため、再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御となり、その場合の再熱器出口ダンパ制御の要求値は、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方である。一方、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作しない。このため、切換器３２により第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御が選択される。
【００４５】
第７の実施の形態によれば、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合は第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御を行い、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合は、第２制御系３０による再熱器出口ダンパ制御の出力信号または第１制御系２９の再熱器出口ダンパ制御の出力信号のいずれか大きい方を比較選択器３５で選択して、減温器スプレー水流量制御との協調制御となるので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００４６】
（第８の実施の形態）
図８は本発明の第８の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第８の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、比較器３１に代えて切換判定部３６を設け、切換器３２は切換判定器３６の出力に基づいて第１制御系２９の出力または第２制御系３０の出力を切り換えるようにしたものである。切換判定部３６は、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値より低い温度から蒸気温度の上昇変化を計算し、その蒸気温度上昇変化に基づいて第１制御系２９から第２制御系３０への切り換えの判定を行う。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００４７】
図８において、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００４８】
切換判定部３６は第１制御系２９から第２制御系３０への切り換えの判定を行うものであり、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その結果得られる偏差ΔＴ２を微分器３７、３８で微分する。また、比較器３９は過熱器出口温度Ｔ１と予め定めた設定温度とを比較し、過熱器出口温度Ｔ１が予め定めた設定温度になったとき論理値「１」を出力する。範囲付き比較器４０、４１は過熱器出口温度Ｔ１が予め定めた温度範囲であるときに積分器４２、４３の動作を許可するものである。
【００４９】
いま、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低い温度であるとする。この状態では比較器３９の出力は論理値「０」である。この状態で、過熱器出口温度Ｔ１が急激に上昇し、その上昇した過熱器出口温度Ｔ１が範囲付き比較器４０で設定した温度範囲であれば、微分器３７の出力値が積分器４２で積分され比較器４４に入力される。比較器４４では、その積分値と予め定めた設定値とを比較し、予め定めた設定値を超えたときは論理値「１」を出力する。
【００５０】
一方、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低い温度で、その低い温度から比較器３９で設定した温度まで急上昇が継続した場合には、範囲付き比較器４１で設定した温度範囲であれば、微分器３８の出力値が積分器４３で積分され、比較器４５は、その積分値と予め定めた設定値とを比較し、予め定めた設定値を超えたときは論理値「１」を出力する。
【００５１】
選択器４６は、過熱器出口温度Ｔ１が急激に上昇した場合には比較器４４を選択し、比較器３９で設定した温度まで急上昇が継続した場合には比較器４５を選択し、比較器３９で設定した温度まで急激な温度上昇がない場合には比較器３９を選択する。
【００５２】
過熱器出口温度Ｔ１が上昇すると減温器スプレー水流量制御が動作するため、選択器４６により、第２制御系３０が選択され、減温器スプレー水流量制御部２０による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が行われる。これにより、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり、ボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低く、また設定温度まで急激な温度上昇がない場合には、減温器スプレー水流量制御が動作しないため、選択器４６により第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御が選択されボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【００５４】
第８の実施の形態によれば、第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、第２制御系による再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御を切り換える機能を持つので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、ボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図８】本発明の第８の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図９】従来例による再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００５６】
１１…過熱器、１２…減温器、１３…高圧タービン、１４…再熱器、１５…再熱器出口ダンパ、１６…低圧タービン、１７…スプレー水流量調整弁、１８…ボイラ再熱蒸気温度制御装置、１９…再熱器出口ダンパ制御部、２０…減温器スプレー水流量制御部、２１…減算器、２２…ＰＩＤ制御器、２３…加算器、２４…減算器、２５…ＰＩＤ制御器、２６…開度制限器、２７…減算器、２８…ＰＩＤ制御器、２９…第１制御系、３０…第２制御系、３１…比較器、３２…切換器、３３…ゲート回路、３４…関数発生器、３５…比較選択器、３６…切換判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラントのボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントには事業用あるいはＩＰＰ（Independent Power Producer）用などの火力発電プラントがある。通常、これらの火力発電プラントではボイラを有している。また、ボイラで発生した蒸気を高圧タービンに導き、高圧タービンで仕事を終えた蒸気を再び再熱器で過熱して低圧タービンに導くようにした再熱蒸気系を有した火力発電プラントがある。このような火力発電プラントでは、再熱蒸気温度は、再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御とで行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来の火力発電プラントにおけるボイラ再熱蒸気温度制御装置のブロック構成図である。ボイラで発生した蒸気は過熱器１１及び減温器１２にて温度制御され、高圧タービン１３に供給される。そして、高圧タービン１３で仕事を終えた蒸気は、一旦、ボイラの再熱器１４により加熱され、再熱器出口ダンパ１５で温度が調整されて低圧タービン１６に導かれる。減温器１２はスプレー水流量調整弁１７からのスプレー水量により温度調整が行われる。
【０００４】
低圧タービン１６に供給される再熱蒸気の温度制御は、ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８により行われる。ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【０００５】
再熱器出口ダンパ制御部１９は、減算器２１で再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１をとり、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算し、その加算した信号と過熱器出口温度Ｔ１との偏差を減算器２４により演算する。そして、その結果得られる偏差ΔＴ２をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６により制限を掛けて減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。つまり、減温器スプレー水流量制御部２０は、温度偏差ΔＴ１が大きくなった場合のバックアップとして動作するように構成されている。
【０００６】
減温器スプレー水流量制御部２０による制御は制御性は良いが、スプレー水を吹きかけることによる効率の低下があり、再熱器出口ダンパ制御部１９による制御は時定数が大きく制御性が悪いが効率の低下は小さい。そこで、効率面を重視して再熱器出口ダンパ制御を優先し、減温器スプレー水流量制御をバックアップとしている。
【特許文献１】特開平８−１３５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来のボイラ再熱蒸気温度制御装置においては、時定数が大きい再熱器出口ダンパ制御を優先としているため制御性が悪い。また、再熱器出口ダンパ制御の制御性が悪いので、減温器スプレー水流量制御が動作すると、減温器スプレー水流量制御ではスプレー水を吹きかけることにより温度制御するので、タービン効率が低下することになる。
【０００８】
本発明の目的は、タービン効率を低下させることなく良好な制御性を有するボイラ再熱蒸気温度制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボイラ再熱蒸気温度制御装置は、ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のボイラ再熱蒸気温度制御方法は、ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御方法において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に減温器スプレー水流量制御するとともに、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に再熱器出口ダンパ制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、再熱器出口蒸気温度をその設定値に制御するために減温器スプレー水流量を調節する減温器スプレー水流量制御と、減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパ開度を調節する再熱器出口ダンパ制御とを協調して動作させるので、タービン効率を低下させることなく良好な制御性を維持して再熱器出口蒸気温度を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【００１３】
減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１とを減算器２４により減算し、その結果得られる偏差ΔＴ３をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６を通して減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。
【００１４】
一方、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７のゼロ開度指令値Ｈ０を設定値とし、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。すなわち、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する。
【００１５】
この場合、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御とは、従来のボイラ再熱蒸気温度制御装置での制御方法とは異なり、別々の設定値とプロセス値とを使用した制御となっているため、両制御系が干渉することはない。
【００１６】
第１の実施の形態によれば、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御とを協調させて動作させるので、早い温度変化に対しては、制御性の良い減温器スプレー水流量制御で対応し、一方、再熱器出口ダンパ制御によりスプレー水がゼロになる運転点でゆっくりとバランスすることができる。このため、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり効率の低下を防ぐことができる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。図２に示すように、ボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部１９と、減温器スプレー水流量調節弁１７により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部２０とから構成される。
【００１８】
再熱器出口ダンパ制御部１９は、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値になるように再熱器出口ダンパの開度を調節する第１制御系２９と、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパの開度を調節する第２制御系３０とを有し、さらに、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下か否かを判定する比較器３１と、比較器３１の比較結果が「以下」の場合には第１制御系２９の出力を選択し「以下」でないときは第２制御系３０の出力を選択する切換器３２とを備えている。
【００１９】
一方、減温器スプレー水流量制御部２０は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算し、その加算した信号と過熱器出口温度Ｔ１との偏差を減算器２４により演算する。そして、その結果得られる偏差ΔＴ２をＰＩＤ制御器２５にて制御演算し、開度制限器２６により制限を掛けて減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を調節する。
【００２０】
すなわち、再熱器出口ダンパ制御部１９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１をＰＩＤ制御器２２にて制御演算し、再熱器出口ダンパ１５を制御する第１制御系２９による制御系と、減温器スプレー水流量調節弁１７のゼロ開度指令値Ｈ０を設定値とし、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する第２制御系による制御系との両方を持つ。
【００２１】
そして、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その結果得られる偏差ΔＴ２を比較器３１で比較する。比較の結果、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、切換器３２は第２制御系３０の出力を選択する。つまり、再熱器出口ダンパ制御部１９は、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令をゼロにするように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する。
【００２２】
過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作する状態であるため、減温器スプレー水流量制御部２０による減温器スプレー水流量制御も行われている。これにより、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が行われる。従って、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
また、比較器３１での比較の結果、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、切換器３２により第１制御系２９が選択される。すなわち、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、減温器スプレー水流量制御部２０よる減温器スプレー水流量制御が動作しないため、第１制御系２９により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１がなくなるように制御される。
【００２４】
第２の実施の形態によれば、第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、第２制御系による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御とを切り換える機能を持つので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、ゲート回路３３を追加して設け、運転員による切換指令信号Ｓによりゲート回路３３を開くようにしたものである。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２６】
図３に示すように、運転員による切換指令信号Ｓはゲート回路３３に入力される。ゲート回路３３には比較器３１の出力も入力されており、比較器３１は過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合に論理値「１」を出力する。従って、ゲート回路３３は、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合に、その比較器３１の出力信号を切換器３２に出力することを許可するものである。
【００２７】
これにより、通常状態では第１制御系２９の出力信号で再熱器出口ダンパ１５を制御し、比較器３１により過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きいと判断された状態で、かつ、運転員からの切換指令信号Ｓがあったときに、第１制御系２９の出力信号から第２制御系３０の出力信号に切り換えが行われ、第２制御系３０の出力信号で再熱器出口ダンパ１５が制御される。
【００２８】
第３の実施の形態によれば、切換器３２の切換条件として、比較器３１の条件成立と運転員の切換指令信号Ｓとのアンド条件としたので、運転員の判断で第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と第２制御系による再熱器出口ダンパ制御を切り換えることができる。つまり、第２制御系による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御を運転員の判断で選択できる。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、関数発生器３４を設け、この関数発生器３４により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３に基づいて、再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とするようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３０】
図４において、減温器スプレー水流量制御部２９による減温器スプレー水流量制御と、再熱器出口ダンパ制御部１９による再熱器出口ダンパ制御との協調制御において、減算器２４により得られる再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３を関数発生器３４に入力し、関数発生器３４は偏差ΔＴ３に基づいてＰＩＤ制御器２８のゲインを算出する。
【００３１】
関数発生器３４で算出するゲインは、偏差ΔＴ３がマイナスのときは、その絶対値が大きくなるほど大きくなるように算出される。これにより、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を小さくする。
【００３２】
第４の実施の形態によれば、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ３に基づいて再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とし、偏差ΔＴ３がマイナスになるほどゲインを大きくするので、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を最小となるような制御となり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第５の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０に関数発生器３４を設け、この関数発生器３４により、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいて、再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とするようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３４】
図５に示すボイラ再熱蒸気温度制御装置１８は、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０の再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御とを切り換える機能を持つ。
【００３５】
このボイラ再熱蒸気温度制御装置１８において、減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御を行う第２制御系のＰＩＤ制御器２８のゲインを関数発生器３４により可変とする。関数発生器３４は、減算器２４により得られる再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいてゲインを算出する。関数発生器３４にて算出する可変ゲインは、偏差ΔＴ２がマイナスになるほど大きくなるようにする。
【００３６】
第５の実施の形態によれば、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加算した加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ２に基づいて再熱器出口ダンパ制御部１９のＰＩＤ制御器２８のゲインを可変とし、偏差ΔＴ３がマイナスになるほどゲインを大きくするので、再熱器出口ダンパ１５の減温動作を大きくし、減温器スプレー水流量調節弁１７の開動作によるスプレー水流量を最小となるような制御となり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００３７】
（第６の実施の形態）
図６は本発明の第６の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第６の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、比較器３１及び切換器３２に代えて比較選択器３５を設け、比較選択器３５により、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３８】
再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００３９】
比較選択器３５は、第１制御系２９の出力信号と第２の制御系３０の出力信号とを入力し、第１制御系２９の出力信号と第２制御系３０の出力信号とを比較する。そして、比較選択器３５は、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパ１５に出力する。
【００４０】
第６の実施の形態によれば、第２制御系３０の出力信号が大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作し、再熱器出口ダンパ制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が比較選択器３５により選択されるので、再熱器出口ダンパ１５による減温効果をより早く動作させることができる。これにより、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００４１】
（第７の実施の形態）
図７は本発明の第７の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第７の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器３５を設け、切換器３２は、比較器３１の比較結果に基づき、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下のときは第１制御系２９の出力を選択し、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値以下でないときは比較選択器３５の出力を選択して再熱器出口ダンパ３５に出力するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００４２】
図７において、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００４３】
再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その偏差ΔＴ２を比較器３１で比較する。そして、過熱器出口温度Ｔ１の方が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、比較選択器３５の出力信号が選択される。
【００４４】
過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作する。このため、再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御となり、その場合の再熱器出口ダンパ制御の要求値は、第１制御系２９の出力と第２制御系３０の出力とのうち大きい方である。一方、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合には、減温器スプレー水流量制御が動作しない。このため、切換器３２により第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御が選択される。
【００４５】
第７の実施の形態によれば、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より小さい場合は第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御を行い、過熱器出口温度Ｔ１が加算値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）より大きい場合は、第２制御系３０による再熱器出口ダンパ制御の出力信号または第１制御系２９の再熱器出口ダンパ制御の出力信号のいずれか大きい方を比較選択器３５で選択して、減温器スプレー水流量制御との協調制御となるので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、ボイラの効率の低下を防ぐことができる。
【００４６】
（第８の実施の形態）
図８は本発明の第８の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図である。この第８の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、比較器３１に代えて切換判定部３６を設け、切換器３２は切換判定器３６の出力に基づいて第１制御系２９の出力または第２制御系３０の出力を切り換えるようにしたものである。切換判定部３６は、過熱器出口温度Ｔ１が再熱器出口温度設定値Ｔｒ１にバイアス値Ｔｂを加えた値より低い温度から蒸気温度の上昇変化を計算し、その蒸気温度上昇変化に基づいて第１制御系２９から第２制御系３０への切り換えの判定を行う。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００４７】
図８において、再熱器出口ダンパ制御部１９の第１制御系２９は、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１と過熱器出口温度Ｔ１との偏差ΔＴ１を減算器２１で求め、ＰＩＤ制御器２２にて制御演算して再熱器出口ダンパ１５を制御する。また、再熱器出口ダンパ制御部１９の第２制御系３０は、ＰＩＤ制御器２５からの減温器スプレー水流量調節弁１７の開度要求値Ｈとの偏差ΔＨを減算器２７により演算し、ＰＩＤ制御器２８により、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度指令がゼロになるように再熱器出口ダンパ１５の開度を調節する。
【００４８】
切換判定部３６は第１制御系２９から第２制御系３０への切り換えの判定を行うものであり、再熱器出口温度設定値Ｔｒ１とバイアス値Ｔｂとを加算器２３で加算した値（Ｔｒ１＋Ｔｂ）と過熱器出口温度Ｔ１との偏差（Ｔｒ１＋Ｔｂ−Ｔ１）を減算器２４により演算し、その結果得られる偏差ΔＴ２を微分器３７、３８で微分する。また、比較器３９は過熱器出口温度Ｔ１と予め定めた設定温度とを比較し、過熱器出口温度Ｔ１が予め定めた設定温度になったとき論理値「１」を出力する。範囲付き比較器４０、４１は過熱器出口温度Ｔ１が予め定めた温度範囲であるときに積分器４２、４３の動作を許可するものである。
【００４９】
いま、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低い温度であるとする。この状態では比較器３９の出力は論理値「０」である。この状態で、過熱器出口温度Ｔ１が急激に上昇し、その上昇した過熱器出口温度Ｔ１が範囲付き比較器４０で設定した温度範囲であれば、微分器３７の出力値が積分器４２で積分され比較器４４に入力される。比較器４４では、その積分値と予め定めた設定値とを比較し、予め定めた設定値を超えたときは論理値「１」を出力する。
【００５０】
一方、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低い温度で、その低い温度から比較器３９で設定した温度まで急上昇が継続した場合には、範囲付き比較器４１で設定した温度範囲であれば、微分器３８の出力値が積分器４３で積分され、比較器４５は、その積分値と予め定めた設定値とを比較し、予め定めた設定値を超えたときは論理値「１」を出力する。
【００５１】
選択器４６は、過熱器出口温度Ｔ１が急激に上昇した場合には比較器４４を選択し、比較器３９で設定した温度まで急上昇が継続した場合には比較器４５を選択し、比較器３９で設定した温度まで急激な温度上昇がない場合には比較器３９を選択する。
【００５２】
過熱器出口温度Ｔ１が上昇すると減温器スプレー水流量制御が動作するため、選択器４６により、第２制御系３０が選択され、減温器スプレー水流量制御部２０による減温器スプレー水流量制御と再熱器出口ダンパ制御との協調制御が行われる。これにより、減温器スプレー水流量調節弁１７の開度を抑え、スプレー水の流量を少なくすることになり、ボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、過熱器出口温度Ｔ１が比較器３９で設定した温度より低く、また設定温度まで急激な温度上昇がない場合には、減温器スプレー水流量制御が動作しないため、選択器４６により第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御が選択されボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【００５４】
第８の実施の形態によれば、第１制御系２９による再熱器出口ダンパ制御と、第２制御系による再熱器出口ダンパ制御と減温器スプレー水流量制御との協調制御を切り換える機能を持つので、スプレー水流量が最小となるように制御でき、ボイラ効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図８】本発明の第８の実施の形態に係わるボイラ再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【図９】従来例による再熱蒸気温度制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００５６】
１１…過熱器、１２…減温器、１３…高圧タービン、１４…再熱器、１５…再熱器出口ダンパ、１６…低圧タービン、１７…スプレー水流量調整弁、１８…ボイラ再熱蒸気温度制御装置、１９…再熱器出口ダンパ制御部、２０…減温器スプレー水流量制御部、２１…減算器、２２…ＰＩＤ制御器、２３…加算器、２４…減算器、２５…ＰＩＤ制御器、２６…開度制限器、２７…減算器、２８…ＰＩＤ制御器、２９…第１制御系、３０…第２制御系、３１…比較器、３２…切換器、３３…ゲート回路、３４…関数発生器、３５…比較選択器、３６…切換判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備えたことを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項２】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備え、前記再熱器出口ダンパ制御部は、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値になるように再熱器出口ダンパの開度を調節する第１制御系と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節する第２制御系と、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下か否かを判定する比較器と、前記比較器の比較結果が以下の場合には第１制御系の出力を選択し以下でないときは第２制御系の出力を選択する切換器とを備えたことを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項３】
前記第１制御系と前記第２制御系との切換を手動で選択できるようにしたことを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項４】
前記再熱器出口ダンパ制御部のゲインを再熱器出口温度設定値と過熱器出口温度との偏差によって可変としたことを特徴とする請求項１記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項５】
前記再熱器出口ダンパ制御部の第２制御系のゲインを再熱器出口温度設定値にバイアス値を加算した加算値と過熱器出口温度との偏差によって可変とすることを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項６】
前記比較器及び前記切換器に代えて、前記第１制御系の出力と前記第２制御系の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器を設けたことを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項７】
前記第１制御系の出力と前記第２制御系の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器を設け、前記切換器は、前記比較器の比較結果に基づき、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下のときは第１制御系の出力を選択し、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下でないときは前記比較選択器の出力を選択して前記再熱器出口ダンパに出力することを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項８】
前記再熱器出口ダンパ制御部は、前記比較器に代えて、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値より低い温度から蒸気温度の上昇変化を計算し、その蒸気温度上昇変化に基づいて前記第１制御系から前記第２制御系への切り換え判定する切換判定部を備え、前記切換器は前記切換判定器の出力に基づいて第１制御系の出力または第２制御系の出力を切り換えることを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項９】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御方法において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に減温器スプレー水流量制御するとともに、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に再熱器出口ダンパ制御することを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御方法。
【請求項１】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備えたことを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項２】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御装置において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する減温器スプレー水流量制御部と、前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に制御する再熱器出口ダンパ制御部とを備え、前記再熱器出口ダンパ制御部は、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値になるように再熱器出口ダンパの開度を調節する第１制御系と、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節する第２制御系と、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下か否かを判定する比較器と、前記比較器の比較結果が以下の場合には第１制御系の出力を選択し以下でないときは第２制御系の出力を選択する切換器とを備えたことを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項３】
前記第１制御系と前記第２制御系との切換を手動で選択できるようにしたことを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項４】
前記再熱器出口ダンパ制御部のゲインを再熱器出口温度設定値と過熱器出口温度との偏差によって可変としたことを特徴とする請求項１記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項５】
前記再熱器出口ダンパ制御部の第２制御系のゲインを再熱器出口温度設定値にバイアス値を加算した加算値と過熱器出口温度との偏差によって可変とすることを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項６】
前記比較器及び前記切換器に代えて、前記第１制御系の出力と前記第２制御系の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器を設けたことを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項７】
前記第１制御系の出力と前記第２制御系の出力とのうち大きい方を選択して再熱器出口ダンパに出力する比較選択器を設け、前記切換器は、前記比較器の比較結果に基づき、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下のときは第１制御系の出力を選択し、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値以下でないときは前記比較選択器の出力を選択して前記再熱器出口ダンパに出力することを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項８】
前記再熱器出口ダンパ制御部は、前記比較器に代えて、過熱器出口温度が再熱器出口温度設定値にバイアス値を加えた値より低い温度から蒸気温度の上昇変化を計算し、その蒸気温度上昇変化に基づいて前記第１制御系から前記第２制御系への切り換え判定する切換判定部を備え、前記切換器は前記切換判定器の出力に基づいて第１制御系の出力または第２制御系の出力を切り換えることを特徴とする請求項２記載のボイラ再熱蒸気温度制御装置。
【請求項９】
ボイラの過熱器の出口温度と再熱器の出口温度設定値との偏差に基づいて、再熱器出口ダンパと減温器スプレー水流量調節弁とを用いてボイラの再熱器の温度制御を行うボイラ再熱蒸気温度制御方法において、前記減温器スプレー水流量調節弁により減温器スプレー水流量を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に減温器スプレー水流量制御するとともに、前記減温器スプレー水流量調節弁の開度指令をゼロにするように前記再熱器出口ダンパの開度を調節して再熱器出口蒸気温度を設定値に再熱器出口ダンパ制御することを特徴とするボイラ再熱蒸気温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１３２６３０（Ｐ２００７−１３２６３０Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２８３１４（Ｐ２００５−３２８３１４）
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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