蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法
【課題】蒸気負荷変動の急激かつ突発的な外乱にも耐えうる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法を提供する。
【解決手段】復水器レベル制御出力補正回路２３においてタービン入口蒸気流量計１９により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計２１により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量ｍｖに換算して、定常回路２２により定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力ＭＶに加算して復水器レベル制御弁を制御するようにした。
【解決手段】復水器レベル制御出力補正回路２３においてタービン入口蒸気流量計１９により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計２１により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量ｍｖに換算して、定常回路２２により定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力ＭＶに加算して復水器レベル制御弁を制御するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法、特に、大きな蒸気負荷変動の発生が予想される蒸気発電プラント等における蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に蒸気タービンの復水器の水位レベル制御では、復水器の水位レベルを発信器で計測し、単純なＰＩＤ制御によって定値制御を行っている場合が多い。このため、蒸気負荷が一定で運転している場合は大きな問題はないが、突発的に大きな蒸気負荷変動が発生した場合はＰＩＤ制御だけではその外乱を吸収しきれず、オペレータの手動介入による復水器の水位レベル調整が必要であり、安定したレベル制御を行なうことが困難であった。
【０００３】
また、特許文献１に示されるように、復水器のレベルを常時監視し、単位時間当たりのレベル変化量が大きくなってから、復水器レベル制御の出力補正を行って、突発的な外乱に耐えうる復水器の水位レベル制御方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の制御方法では、蒸気負荷が一定で運転している場合は大きな問題はないが、突発的に大きな蒸気負荷変動が発生した場合は、オペレータの手動介入による復水器の水位レベル調整等が必要となる。ここで、このような負荷変動が事前に予測できるものであれば事前にオペレータを待機させて、手動介入による復水器の水位調整に対応することも可能であるが、系統に繋がっている設備のトリップなど予測できない負荷変動に対してはオペレータの対応が遅れ、復水器の水位が下がってしまい、復水器の真空が破壊されて蒸気タービンをトリップさせ、操業に大きな影響を与えてしまうという問題もあった。
【０００６】
また、特許文献１に示される方法では、従来の技術に比べ、突発的な外乱に対する応答性に優れているが、復水器のレベルが変化してから、復水器レベル制御の出力補正を行うため、外乱の変化速度が急激であった場合、レベル制御が間に合わず、蒸気タービンをトリップさせてしまう場合がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気負荷変動の急激かつ突発的な外乱にも耐えうる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法は、蒸気タービン復水器の水位変化を水位レベル発信器によって監視し、水位レベルの計測値に基づいてサージタンクから復水器に給排水する復水器レベル制御弁の開度量を演算により算出してＰＩＤ制御による定値制御を行う蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法において、タービン入口蒸気流量計により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量に換算して、前記定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して前記復水器レベル制御弁を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量との偏差信号を常時監視し、この偏差信号に復水器レベル制御弁の容量変換係数を乗ずることで復水器レベル制御補正量に換算し、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して復水器レベル制御弁を制御するようにしたので、蒸気負荷変動の急激かつ突発的な外乱にも耐えうる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態における蒸気タービンの蒸気・水バランス系統を示す概略系統図である。
【図２】図２は、本実施の形態の復水器レベル制御回路を抽出して示す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、本実施の形態における蒸気タービンの蒸気・水バランス系統を示す概略系統図である。この例では、復水蒸気タービン３、背圧蒸気タービン４およびボイラー１７を一台ずつしか描いていないが、実際には複数の設備が接続されている。ボイラー１７によって製造された高圧蒸気は、高圧蒸気レシーバ１８を介して分配され、復水蒸気タービン３や背圧蒸気タービン４に供給される。背圧蒸気タービン４に供給された蒸気は発電機５を駆動して蒸気エネルギーの一部を発電量として回収し、減圧した蒸気を工場用蒸気として工場内の各所に送気している。
【００１２】
一方、高圧蒸気レシーバ１８からの蒸気をタービン入口蒸気流量計１９によって流量を計測しながら復水蒸気タービン３に供給して利用した後、蒸気は復水器１に供給され水に復水される。復水器１の水は復水ポンプ１０によって昇圧され、復水流量制御弁１１で流量調節され、流量を復水流量計２１で計測しながら復水母管１２へ供給される。さらに、復水母管１２から脱気器１３に供給され、ここで水分の脱気処理を施し、溶存酸素を除かれた水は低圧給水母管１４を経て、給水ポンプ１５によって昇圧され、高圧給水母管１６に入り、そこから、再びボイラー１７に給水されて高圧蒸気を製造するようになる。
【００１３】
ここで、工場内の各所に供給される工場用蒸気に負荷変動が発生した場合、ボイラー１７の発生蒸気量が変化し、それが次々に高圧給水母管１６、低圧給水母管１４、復水母管１２の圧力変化として現れ、復水流量制御弁１１の開度が一定でも、弁前後の差圧変化によって、復水母管１２に流れ込む水量が変化する。復水蒸気タービン３から供給される蒸気によって生じる復水器１の水位レベルを一定に保つために、復水器レベル発信器６によって復水器１の水位レベルを計測する。得られた水位レベル信号ＰＶを復水器レベル制御調節計９に入力し、ここで設定水位レベルＳＶとの偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、これによって復水器レベル制御調節計９からの弁開度動作指令により復水器レベル制御弁となるメーク弁７（サージタンク２から復水器１に水を供給のときに開）またはスピール弁８（復水器１からサージタンク２に水を回収するときに開）の開度量ＭＶに制御し、復水器１の水増減を行って蒸気バランスを保つようにしている。
【００１４】
このため、蒸気負荷一定で運転している場合は、工場用蒸気の負荷変動に対してオペレータによる蒸気負荷の調整を行わなくても操業上の大きな問題はない。しかし、ボイラー１７のトリップなどにより突発的に高圧蒸気レシーバ１８に供給される高圧蒸気が大きな負荷変動をした場合、その蒸気過不足を補うために復水蒸気タービン３の入口蒸気流量を増減する必要が発生し、一時的に復水器１の水位レベル制御が不安定になり、場合によっては、復水器１の水位が低下し、復水真空が破壊されて、設備のトリップに至ることも想定される。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、復水器レベル制御回路を備えている。図２は、本実施の形態の復水器レベル制御回路を抽出して示す概略系統図である。本実施の形態の復水器レベル制御回路は、単純なＰＩＤ制御を行う定常回路２２からなる定常回路ルートと、復水器レベル制御出力補正回路２３からなる異常回路ルートとからなっている。
【００１６】
定常操業においては、復水器１の水位変化を復水器レベル発信器６によって常に監視し、大きな蒸気負荷変動がない場合には、単純なＰＩＤ制御を行う定常回路２２により制御される。すなわち、復水器レベル発信器６によって計測された水位レベル信号ＰＶを復水器レベル制御調節計９で受け、ここで水位レベル信号ＰＶと設定水位レベルＳＶとの偏差に基づいて演算を行い、復水器レベル制御弁として配設されたメーク弁７またはスピール弁８に対する操作指令信号を発信する。復水器レベル制御調節計９からの操作指令信号によりメーク弁７またはスピール弁８の開度を比例、積分および微分演算（ＰＩＤ）をし、得られた定常開度量ＭＶで定値制御を行い、復水器１の水増減により蒸気バランスを保つ。
【００１７】
一方、大きな蒸気負荷変動がある場合には、復水器レベル制御出力補正回路２３を備えた異常回路ルートを併用する。復水器レベル制御出力補正回路２３では、タービン入口蒸気流量計１９により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計２１により計測される復水流量との偏差を演算器２４により常時監視し、変換テーブル２５を参照してその偏差信号を復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の開度量に相当する復水器レベル制御補正量ｍｖに変換する。この復水器レベル制御補正量ｍｖは、復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の通常運転時の弁開度を基準とし、その位置から、蒸気の偏差信号に応じた蒸気流量を可変するのに必要な弁開度量を予め試験によって求めることにより、蒸気流量の変化による復水器１のレベル変化を解消するために必要な復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の操作量となるように算出されたものである。このため、予め偏差−復水器レベル制御補正量の変換テーブル２５が作成され、偏差信号を復水器レベル制御補正量に換算するために参照される。
【００１８】
このように算出された復水器レベル制御補正量ｍｖは、加算器２６によって、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力ＭＶに加算され、大きな蒸気負荷変動が発生した場合の復水器１のレベル制御の制御性が改善される。この結果、復水蒸気タービン３は、急激かつ突発的な大きな蒸気負荷変動が発生した場合でもフィードフォワード的に復水器１の水位レベル制御の操作出力が制御されるので、設備のトリップを生ずることなく運転を継続することが可能となる。また、設備の安定運転のみでなく、オペレータの調整による作業負荷の軽減効果もある。
【符号の説明】
【００１９】
１ 復水器
２ サージタンク
３ 復水蒸気タービン
６ 復水器レベル発信器
７ メーク弁
８ スピール弁
１９ タービン入口蒸気流量計
２１ 復水流量計
２３ 復水器レベル制御出力補正回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法、特に、大きな蒸気負荷変動の発生が予想される蒸気発電プラント等における蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に蒸気タービンの復水器の水位レベル制御では、復水器の水位レベルを発信器で計測し、単純なＰＩＤ制御によって定値制御を行っている場合が多い。このため、蒸気負荷が一定で運転している場合は大きな問題はないが、突発的に大きな蒸気負荷変動が発生した場合はＰＩＤ制御だけではその外乱を吸収しきれず、オペレータの手動介入による復水器の水位レベル調整が必要であり、安定したレベル制御を行なうことが困難であった。
【０００３】
また、特許文献１に示されるように、復水器のレベルを常時監視し、単位時間当たりのレベル変化量が大きくなってから、復水器レベル制御の出力補正を行って、突発的な外乱に耐えうる復水器の水位レベル制御方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の制御方法では、蒸気負荷が一定で運転している場合は大きな問題はないが、突発的に大きな蒸気負荷変動が発生した場合は、オペレータの手動介入による復水器の水位レベル調整等が必要となる。ここで、このような負荷変動が事前に予測できるものであれば事前にオペレータを待機させて、手動介入による復水器の水位調整に対応することも可能であるが、系統に繋がっている設備のトリップなど予測できない負荷変動に対してはオペレータの対応が遅れ、復水器の水位が下がってしまい、復水器の真空が破壊されて蒸気タービンをトリップさせ、操業に大きな影響を与えてしまうという問題もあった。
【０００６】
また、特許文献１に示される方法では、従来の技術に比べ、突発的な外乱に対する応答性に優れているが、復水器のレベルが変化してから、復水器レベル制御の出力補正を行うため、外乱の変化速度が急激であった場合、レベル制御が間に合わず、蒸気タービンをトリップさせてしまう場合がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気負荷変動の急激かつ突発的な外乱にも耐えうる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法は、蒸気タービン復水器の水位変化を水位レベル発信器によって監視し、水位レベルの計測値に基づいてサージタンクから復水器に給排水する復水器レベル制御弁の開度量を演算により算出してＰＩＤ制御による定値制御を行う蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法において、タービン入口蒸気流量計により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量に換算して、前記定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して前記復水器レベル制御弁を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量との偏差信号を常時監視し、この偏差信号に復水器レベル制御弁の容量変換係数を乗ずることで復水器レベル制御補正量に換算し、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して復水器レベル制御弁を制御するようにしたので、蒸気負荷変動の急激かつ突発的な外乱にも耐えうる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態における蒸気タービンの蒸気・水バランス系統を示す概略系統図である。
【図２】図２は、本実施の形態の復水器レベル制御回路を抽出して示す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、本実施の形態における蒸気タービンの蒸気・水バランス系統を示す概略系統図である。この例では、復水蒸気タービン３、背圧蒸気タービン４およびボイラー１７を一台ずつしか描いていないが、実際には複数の設備が接続されている。ボイラー１７によって製造された高圧蒸気は、高圧蒸気レシーバ１８を介して分配され、復水蒸気タービン３や背圧蒸気タービン４に供給される。背圧蒸気タービン４に供給された蒸気は発電機５を駆動して蒸気エネルギーの一部を発電量として回収し、減圧した蒸気を工場用蒸気として工場内の各所に送気している。
【００１２】
一方、高圧蒸気レシーバ１８からの蒸気をタービン入口蒸気流量計１９によって流量を計測しながら復水蒸気タービン３に供給して利用した後、蒸気は復水器１に供給され水に復水される。復水器１の水は復水ポンプ１０によって昇圧され、復水流量制御弁１１で流量調節され、流量を復水流量計２１で計測しながら復水母管１２へ供給される。さらに、復水母管１２から脱気器１３に供給され、ここで水分の脱気処理を施し、溶存酸素を除かれた水は低圧給水母管１４を経て、給水ポンプ１５によって昇圧され、高圧給水母管１６に入り、そこから、再びボイラー１７に給水されて高圧蒸気を製造するようになる。
【００１３】
ここで、工場内の各所に供給される工場用蒸気に負荷変動が発生した場合、ボイラー１７の発生蒸気量が変化し、それが次々に高圧給水母管１６、低圧給水母管１４、復水母管１２の圧力変化として現れ、復水流量制御弁１１の開度が一定でも、弁前後の差圧変化によって、復水母管１２に流れ込む水量が変化する。復水蒸気タービン３から供給される蒸気によって生じる復水器１の水位レベルを一定に保つために、復水器レベル発信器６によって復水器１の水位レベルを計測する。得られた水位レベル信号ＰＶを復水器レベル制御調節計９に入力し、ここで設定水位レベルＳＶとの偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、これによって復水器レベル制御調節計９からの弁開度動作指令により復水器レベル制御弁となるメーク弁７（サージタンク２から復水器１に水を供給のときに開）またはスピール弁８（復水器１からサージタンク２に水を回収するときに開）の開度量ＭＶに制御し、復水器１の水増減を行って蒸気バランスを保つようにしている。
【００１４】
このため、蒸気負荷一定で運転している場合は、工場用蒸気の負荷変動に対してオペレータによる蒸気負荷の調整を行わなくても操業上の大きな問題はない。しかし、ボイラー１７のトリップなどにより突発的に高圧蒸気レシーバ１８に供給される高圧蒸気が大きな負荷変動をした場合、その蒸気過不足を補うために復水蒸気タービン３の入口蒸気流量を増減する必要が発生し、一時的に復水器１の水位レベル制御が不安定になり、場合によっては、復水器１の水位が低下し、復水真空が破壊されて、設備のトリップに至ることも想定される。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、復水器レベル制御回路を備えている。図２は、本実施の形態の復水器レベル制御回路を抽出して示す概略系統図である。本実施の形態の復水器レベル制御回路は、単純なＰＩＤ制御を行う定常回路２２からなる定常回路ルートと、復水器レベル制御出力補正回路２３からなる異常回路ルートとからなっている。
【００１６】
定常操業においては、復水器１の水位変化を復水器レベル発信器６によって常に監視し、大きな蒸気負荷変動がない場合には、単純なＰＩＤ制御を行う定常回路２２により制御される。すなわち、復水器レベル発信器６によって計測された水位レベル信号ＰＶを復水器レベル制御調節計９で受け、ここで水位レベル信号ＰＶと設定水位レベルＳＶとの偏差に基づいて演算を行い、復水器レベル制御弁として配設されたメーク弁７またはスピール弁８に対する操作指令信号を発信する。復水器レベル制御調節計９からの操作指令信号によりメーク弁７またはスピール弁８の開度を比例、積分および微分演算（ＰＩＤ）をし、得られた定常開度量ＭＶで定値制御を行い、復水器１の水増減により蒸気バランスを保つ。
【００１７】
一方、大きな蒸気負荷変動がある場合には、復水器レベル制御出力補正回路２３を備えた異常回路ルートを併用する。復水器レベル制御出力補正回路２３では、タービン入口蒸気流量計１９により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計２１により計測される復水流量との偏差を演算器２４により常時監視し、変換テーブル２５を参照してその偏差信号を復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の開度量に相当する復水器レベル制御補正量ｍｖに変換する。この復水器レベル制御補正量ｍｖは、復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の通常運転時の弁開度を基準とし、その位置から、蒸気の偏差信号に応じた蒸気流量を可変するのに必要な弁開度量を予め試験によって求めることにより、蒸気流量の変化による復水器１のレベル変化を解消するために必要な復水器レベル制御弁（メーク弁７またはスピール弁８）の操作量となるように算出されたものである。このため、予め偏差−復水器レベル制御補正量の変換テーブル２５が作成され、偏差信号を復水器レベル制御補正量に換算するために参照される。
【００１８】
このように算出された復水器レベル制御補正量ｍｖは、加算器２６によって、定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力ＭＶに加算され、大きな蒸気負荷変動が発生した場合の復水器１のレベル制御の制御性が改善される。この結果、復水蒸気タービン３は、急激かつ突発的な大きな蒸気負荷変動が発生した場合でもフィードフォワード的に復水器１の水位レベル制御の操作出力が制御されるので、設備のトリップを生ずることなく運転を継続することが可能となる。また、設備の安定運転のみでなく、オペレータの調整による作業負荷の軽減効果もある。
【符号の説明】
【００１９】
１ 復水器
２ サージタンク
３ 復水蒸気タービン
６ 復水器レベル発信器
７ メーク弁
８ スピール弁
１９ タービン入口蒸気流量計
２１ 復水流量計
２３ 復水器レベル制御出力補正回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン復水器の水位変化を水位レベル発信器によって監視し、水位レベルの計測値に基づいてサージタンクから復水器に給排水する復水器レベル制御弁の開度量を演算により算出してＰＩＤ制御による定値制御を行う蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法において、
タービン入口蒸気流量計により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量に換算して、前記定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して前記復水器レベル制御弁を制御することを特徴とする蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法。
【請求項１】
蒸気タービン復水器の水位変化を水位レベル発信器によって監視し、水位レベルの計測値に基づいてサージタンクから復水器に給排水する復水器レベル制御弁の開度量を演算により算出してＰＩＤ制御による定値制御を行う蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法において、
タービン入口蒸気流量計により計測される蒸気タービンの入口蒸気流量と復水流量計により計測される復水流量との偏差信号を、前記復水器レベル制御弁の開度量に相当する復水器レベル制御補正量に換算して、前記定値制御を行っているＰＩＤ制御の出力に加算して前記復水器レベル制御弁を制御することを特徴とする蒸気タービン復水器の水位レベル制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１５９０２４（Ｐ２０１２−１５９０２４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７１３（Ｐ２０１１−１８７１３）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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